셀레늄은 금속과 비금속의 성질을 겸비한 준금속 원소로, 산업·전자공학·영양학 등 다양한 분야에서 중요한 역할을 한다. 본문에서는 셀레늄의 발견과 특성, 활용, 인체 영향과 환경 관리, 그리고 미래 전망을 상세히 다룬다.
셀레늄의 발견과 기본 성질
셀레늄(Selenium, 원자번호 34, 기호 Se)은 주기율표 16족 칼코젠 계열에 속하는 준금속 원소로, 산소, 황, 텔루륨과 화학적 성질이 유사하다. 전자배치는 [Ar] 3d10 4s2 4p4이며, 다양한 동소체를 가진다. 대표적으로는 금속성 회색 셀레늄, 비금속성 적색 셀레늄, 그리고 무정형 흑색 셀레늄이 있다. 1817년 스웨덴 화학자 예른스 야코브 베르셀리우스(Jöns Jacob Berzelius)와 요한 고트리프 간(Johan Gottlieb Gahn)이 황산 공장의 침전물에서 새로운 원소를 발견했다. 처음에는 황화물 광물 속 불순물로 오인되었으나, 스펙트럼 분석을 통해 독립적인 원소임이 확인되었다. 이름은 그리스어 'selene(달)'에서 유래했는데, 같은 족 원소인 텔루륨(Tellurium)이 'tellus(지구)'에서 유래한 것과 대칭을 이룬다. 셀레늄은 지각에 약 0.05ppm 존재하며, 주로 구리·니켈 제련의 부산물로 생산된다. 순수한 형태보다는 금속 황화물과 결합된 상태로 존재하며, 금속 정련 시 부산물로 회수된다. 셀레늄의 물리적 성질은 형태에 따라 차이가 크다. 금속성 회색 셀레늄은 전기를 잘 전달하지만, 빛을 받으면 전기전도도가 크게 변하는 광전 효과를 보인다. 이는 셀레늄이 전자공학에서 주목받게 된 중요한 이유 중 하나다. 화학적으로 셀레늄은 다양한 산화 상태(−2, +4, +6)를 가지며, 셀레니드, 셀레나이트, 셀레네이트 등의 화합물을 형성한다. 이들은 산업과 생물학에서 각기 다른 역할을 한다. 셀레늄은 생물체에 필수적인 미량 원소로, 인간과 동물의 항산화 방어와 면역 기능 유지에 핵심적인 역할을 한다. 그러나 과잉 섭취 시 독성을 나타내며, 환경에 장기간 축적되면 생태계에 해로운 영향을 미친다.
셀레늄의 산업적·생물학적 활용
셀레늄은 산업, 전자공학, 의학, 영양학 등 다양한 분야에서 중요한 역할을 한다. 산업적으로 가장 잘 알려진 활용은 **광전 소자**와 **정류기** 제조다. 셀레늄은 빛에 노출될 때 전기전도도가 급격히 증가하는 성질을 가지며, 이를 이용해 초기 복사기(제록스)의 감광 드럼, 태양전지, 광도계, 빛 감지 센서에 사용되었다. 전자공학에서는 셀레늄 정류기가 실리콘 반도체 이전 세대에서 널리 쓰였다. 특히 라디오와 TV 전원 공급 장치에서 교류 전류를 직류로 변환하는 데 사용되었다. 오늘날에는 실리콘이 대부분 대체했지만, 특수 환경에서는 여전히 셀레늄 소자가 사용된다. 유리 제조에서도 셀레늄은 중요한 역할을 한다. 소량 첨가 시 유리의 녹색빛을 중화시켜 무색 또는 붉은색을 구현할 수 있다. 또한 세라믹 안료 제조에서도 적색 색소로 사용된다. 금속 합금 제조에서 셀레늄은 황 대신 첨가되어 기계 가공성을 향상시키고, 절삭성을 높인다. 셀레늄 첨가 강철은 피로 수명과 내식성이 개선된다. 생물학적으로 셀레늄은 인간과 동물 모두에서 필수적인 미량 영양소다. 셀레늄은 글루타티온 퍼옥시다제(glutathione peroxidase)와 티오레독신 환원효소 같은 항산화 효소의 활성 중심에 존재하여, 세포 내 활성산소를 제거하고 산화 스트레스를 줄인다. 또한 갑상선 호르몬 대사에도 관여하며, 면역 반응 조절과 생식 건강 유지에 기여한다. 의학 분야에서는 셀레늄이 항암 효과와 면역 강화 가능성으로 연구되고 있다. 일부 연구에서는 적정량의 셀레늄 보충이 특정 암 발생 위험을 낮추는 것으로 보고되었다. 그러나 과잉 섭취는 셀레늄 중독증(셀레노시스)을 유발하여 탈모, 손톱 변형, 피부 발진, 신경 손상 등의 증상이 나타난다.
환경과 건강 영향, 안전 관리
셀레늄은 필수 원소이지만, 환경과 인체에 과도하게 노출되면 독성을 나타낸다. 자연적으로는 화산 활동, 암석 풍화, 해양 퇴적물에서 방출되며, 인위적으로는 금속 제련, 화력발전소의 석탄 연소, 유리·안료 제조 과정에서 배출된다. 환경에서 셀레늄은 무기 형태(셀레나이트, 셀레네이트)와 유기 형태(셀레노메티오닌, 셀레노시스테인)로 존재한다. 무기 형태의 셀레늄은 수계로 유입될 경우 수생 생물에 축적되어 먹이사슬을 통해 상위 포식자까지 전달된다. 특히 조류와 어류에서 번식 장애, 기형 발생을 유발할 수 있다. 인체 건강 측면에서 셀레늄은 권장 섭취량과 독성 기준 사이의 폭이 좁은 원소다. 성인의 권장 섭취량은 약 55㎍/일이며, 상한 섭취량은 약 400㎍/일이다. 장기간 고농도에 노출되면 셀레늄 중독증이 발생한다. 안전 관리를 위해 산업 현장에서는 셀레늄 화합물을 취급할 때 밀폐 시스템, 국소 배기 장치, 보호 장비 착용이 필수다. 폐수와 폐기물은 규정된 절차에 따라 처리해야 하며, 토양과 수질의 셀레늄 농도를 정기적으로 모니터링해야 한다. 미래 전망에서 셀레늄은 태양전지, 고효율 광전소자, 의약품, 영양 보충제 분야에서 수요가 유지될 것으로 보인다. 그러나 공급이 주로 금속 제련 부산물에 의존하므로, 회수·재활용 기술 개발이 중요하다. 또한 환경과 건강 위해를 최소화하는 관리 체계가 병행되어야 한다. 결론적으로, 셀레늄은 필수 영양소이자 산업적으로 가치 있는 원소지만, 그 잠재적 독성 때문에 정확한 사용량과 철저한 환경 관리가 필수적인 자원이다.