얼음에서 독극물이 빠르게 분해된다고 합니다.

안녕하세요?

과학동아 2017년 5월호를 읽던 중에 [꽁꽁 언 그곳의 생명비결 '얼음화학']이라는 기사를 읽고나서 흥미로운 대목이 눈에 하나 들어왔습니다. 그것은 바로 '중금속 폐수를 '얼려서' 독성을 뺀다'라는 것입니다. 이 기사에서 얻은 흥미로운 이 내용을 이번 포스팅에서 다루고자 합니다.

먼저 1992년 일본 연구팀이 나이트라이트(아질산염)이 그냥 물에 있을 때 보다 물을 얼렸을 때 10만배 더 빠른 속도로 산화한다는 연구 결과를 발표 하였다고 합니다. 아질산염은 화학식이 NO2-를 지니는 음이온으로, 일반적으로 환원제, 산화제 등으로 작용한다고 합니다. 주로 식품첨가물로 알려져 있으나, 자동차 엔진에서 방출되어서 스모그, 산성비의 원인 물질로 지목되어 왔습니다.

문제는 이 물질이 물에 녹아서 11년 5개월이 지나야 산화가 되는데, 얼음 속에 들어가게 되면 1시간만에 산화되는 반응이 일어난다고 합니다. 기사에서는 이러한 현상은 '동결 농축 효과(Freeze Concentration Effect)'때문이라고 합니다.

동결 농축 효과를 일단 위 그림에서 나타내었습니다. 일단 얼음이 얼었다고 하면, 완전히 고체가 되는 것이 아니라 현미경으로 보면 미세하게 얼지 않은 부분이 얼음안에 존재한다고 합니다. 이 액체는 얼음 결정 주위에 액체상태를 유지하고 있으며, 유사액체층(Liquid-Like Layer)라고 부른다고 합니다.

유사 액체층에서는 물에 녹아 있는 물질의 농도가 수천~수만 배 상승한다고 알려져 있으며, pH의 변화가 일어나고, 산소의 농축등도 일어난다고 합니다. 이 결과 일반적으로 물에 녹아 있을 때 보다 화학반응의 속도가 더 빨라 진다고 합니다. 이런 현상을 이용해서 크롬이 포함된 폐수의 독성을 크게 줄이는 방법이 있다고 기사에서 언급이 되었습니다.

6가 크롬은 도금과정에서 발생을 하며, 발암물질로 지정이 되어 있습니다. 그런데 6가 크롬이 들어가 있는 폐수를 1시간 동안 얼리면, 인체에 유해성이 낮은 3가 크롬으로 환원 시킬 수 있다고 합니다. 이처럼 동결 농축 효과는 자연적인 상태에서 빠른 분해는 커녕, 정말 분해나 환원등이 오래 걸리는 오염 물질을 정화 시키는 데 사용할 수 있다고 합니다.