[박종진의 과학 이야기] 금

박종진

금값이 계속해서 치솟고 있다. 경제 상황이 나빠지고 불확실성이 커지면서 귀금속인 금에 대한 수요가 늘기 때문이다. 금은 원소주기율표에서 원자 번호가 79번인 Au(라틴어로 Aurum)로 원자핵 속에 양성자 79개, 중성자는 118개나 들어있는 무거운 원소인데 태양계에서 만들어진 물질이 아니다. 비교적 작은 별인 태양 핵융합 정도의 에너지로는 금이나 우라늄 같은 무거운 원소는 만들어지지 않는다. 태양 크기의 별은 항성 핵융합으로 헬륨(양성자 2개)을 시작으로 철(양성자 26개)까지는 만들지만, 그보다 무거운 원소는 태양보다 엄청나게 큰 별이 초신성 폭발을 해서 만들어진다고 한다. 그렇게 태양계 밖에서 만들어진 금 같은 무거운 원소는 우주 곳곳으로 퍼지면서 지구까지 날아와서 쌓였다.  
 
금은 부식하지 않고 전기가 잘 통하기 때문에 장신구의 재료로 쓰이고 전자 기기의 주요 배선으로 사용된다. 반세기 전 보이저호에 실려 갔던 지구를 소개하는 골든 레코드도 표면에 금박을 입힌 구리판이었다.  
 
금은 무른 금속이어서 장신구를 만들 때는 다른 금속을 섞어서 단단하게 한다. 100% 순금을 24캐럿이라 하고, 순금이 75% 들어간 합금을 18캐럿이라고 하며, 그보다 순도가 더 낮은 14캐럿은 순금의 함량이 58.5%라고 한다. 캐럿(karat)은 금의 순도를 나타내는 단위다.  
 
금 얘기를 할 때 빼놓을 수 없는 것이 값싼 금속으로 금을 만들어보려는 연금술인데 아이작 뉴턴이야말로 연금술의 대가였다. 그는 평생 금을 만들려고 노력했는데 일이 힘들고 고달플 때 머리도 식힐 겸 다른 것에 손을 대기도 하면서 빛이 입자의 성질을 갖는다는 사실을 알았고, 만유인력과 운동의 법칙을 발견했다고 한다.  
 
각 원소의 화학적 특성 차이는 원자핵 속에 들어있는 양성자 수에 의해서 결정된다. 수소의 원자핵에는 양성자가 하나 들어있고 헬륨에는 두 개, 그리고 금은 79개, 우라늄은 양성자를 92개나 품고 있는 아주 무거운 원소다. 그래서 수소는 원자 번호가 1번이라고 정해졌고, 헬륨은 2번, 금이 79번이고 우라늄은 92번이 되었다.  
 

빅뱅 이론에 따르면 태초에 우주에는 물질이라는 것이 없었다. 초고온, 초밀도의 공간에 에너지만 존재하다가 시간이 지나며 온도와 밀도가 떨어지자 쿼크나 전자 같은 입자가 생겨났고 쿼크가 모여서 양성자와 중성자가 되었다. +전하를 갖는 양성자는 -전하를 갖는 전자와 결합하여 수소 원자가 된 것이 물질의 시작이었고 빅뱅 시의 초고온, 초고압 때문에 수소 원자는 그 일부가 헬륨 원자가 되었다. 그렇게 해서 우주는 수소로 가득 차게 되었다.
 
당시 우주에는 수소 원자가 중력에 의해 서로 이끌려 핵융합 반응을 시작했는데 이것이 바로 별이고 별이 모여서 은하를 형성했다. 별의 내부에서는 핵 합성 반응이 계속 일어나서 양성자가 26개인 철까지는 합성했지만, 그 후 에너지가 모자라자 거기서 멈췄다.
 
덩치가 큰 별은 처음에 가지고 있던 수소가 소진되면 초신성 폭발을 하는데 이때 철 이후의 무거운 원소들이 만들어진다. 금이나 우라늄 등 아주 무거운 원소는 이렇게 생긴다.
 
금은 입자가속기를 사용하여 만들 수도 있지만, 투자 대비 산출량이 너무 적어서 전혀 경제성이 없다. 차라리 발품 팔고 시간 들여서 금광맥을 찾는 편이 훨씬 낫다고 한다. 참고로 금 매장량과 현재 보유량에서 미국이 세계 1위다.  (작가)
 
 
 

박종진