부식 — 금속에서 천천히 일어나는 산화

못이 빨갛게 변하고, 자전거 쇠 부분이 거칠어지고, 오래된 구리 동상이 푸르게 변하는 일은 그저 더러워진 결과가 아닙니다. 금속이 공기, 물, 주변 물질과 반응해 새 물질로 바뀌는 화학 변화입니다. 그 이름이 부식입니다.

연소가 빠른 산화이고 호흡이 몸 안에서 조절되는 산화라면, 부식은 살아 있지 않은 금속 표면에서 일어나는 가장 느린 산화입니다. 같은 산화라도 자리와 속도가 다를 뿐입니다.

부식은 천천히 일어나는 산화#

철 못을 오래 두면 표면이 붉은 갈색으로 변합니다. 이것을 보통 녹이라고 부릅니다. 녹은 원래 있던 철이 묻은 것이 아니라, 철이 산소와 물이 있는 환경에서 반응해 생긴 새 물질입니다.

철 + 산소 + 물 → 철의 녹

이 식은 방향을 보여 주는 정성식입니다. 정확한 녹의 모습은 한 가지 물질로 딱 떨어지지 않고, 여러 철 산화물과 물이 섞인 표면층으로 볼 수 있습니다. 중학교 수준에서는 철, 산소, 물이 함께 있어야 녹이 잘 생긴다는 구조를 잡으면 됩니다.

부식은 느린 불이라기보다, 산화가 금속 표면에서 아주 느리게 이어지는 일입니다.

물과 짠 기운이 부식을 빠르게 한다#

마른 곳의 철보다 젖은 곳의 철이 더 잘 녹습니다. 바닷가처럼 짠 기운이 많은 곳에서는 부식이 한층 빠르게 진행됩니다.

물속 이온이 반응을 이어 준다는 말은 중2 이온 단원과 연결됩니다. 부식의 전자 이동을 자세히 나누는 일은 전지 단원에서 다시 다룹니다.

부식을 막는 세 가지 방법#

부식을 막는 핵심은 단순합니다. 금속에 산소와 물이 닿는 길을 막거나, 금속 자체를 더 잘 버티게 만드는 것입니다. 큰 줄기로 보면 세 가지가 있습니다.

도금은 금속 표면에 다른 금속을 얇게 입히는 방법이고, 도색은 페인트나 코팅으로 표면을 덮는 방법입니다. 둘 다 산소와 물의 접근을 막는 코팅 계열입니다.

합금은 두 가지 이상의 금속을 섞어 새 재료를 만드는 방법입니다. 스테인리스가 대표적인 예로, 철에 크롬 등을 섞어 녹이 잘 슬지 않게 만든 합금입니다. 다만 어떤 환경에서도 완전히 변하지 않는 것은 아닙니다.

전기 방식은 큰 철 구조물에서 자주 쓰는 방법으로, 더 쉽게 산화되는 다른 금속을 먼저 반응시켜 철을 보호합니다. 자세한 원리는 다음 단원의 전지와 이어집니다.

금속마다 다른 표면 변화#

같은 공기 속에 있어도 금속마다 표면 변화가 다릅니다. 철의 녹을 중심으로 보고, 다른 금속은 비교용으로 짧게 정리합니다.

알루미늄은 산소와 매우 쉽게 반응하지만, 표면에 얇고 단단한 산화 피막이 생겨 속을 지킵니다. 그래서 겉보기에는 오히려 잘 변하지 않는 것처럼 보입니다. 철의 녹은 알루미늄 피막처럼 단단히 붙어 있지 않아서 떨어져 나가면 새 표면이 다시 드러나고, 부식이 이어집니다. 철에 도금이나 도색을 자주 쓰는 이유입니다.

같은 산화라도 결과가 다른 이유는 금속이 산화되는 쉬움과 표면층의 성질이 다르기 때문입니다. 산화는 항상 연소처럼 빠르게 일어나는 것이 아니며, 부식은 그중에서도 가장 느린 산화입니다.