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1. 영양제 속의 철분

철분이 부족하면 혈액의 중요 성분인 헤모글로빈이 만들어지지 못해 빈혈이 생긴다. 헤모글로빈은 중심에 철이온이 들어있는 거대 단백질 분자다. 우리 주변에는 철분을 공급해준다고 알려져 있는 약품과 음식들이 많다. 실제로 이것들 속에는 철분이 얼마나 들어 있는지 알아보자.

■ 왜 그럴까?

홍차를 넣었을 때 생기는 검은 알갱이들은 화학변화로 만들어진 것이다. 음료 안에 녹아있는 철분은 이온 형태이다. 철이온은 홍차 속에 들어있는 성분과 반응해 물에 녹지 않는 검은 침전을 만들어 가라앉는다. 검은 침전이 만들어지는 속도와 양은 음료에 포함돼 있는 철분의 양에 따라 다르며 철분이 많을수록 빠르게 많이 생긴다. 홍차 속에 들어있는 성분은 탄닌산(${C}_{76}$${H}_{52}$${O}_{46}$)이다. 떫은 맛을 내는 물질로 덜 익은 감 속에도 들어있다.

검푸른 침전은 철이온과 탄닌산이 만나서 만들어진 탄닌산철(Ⅲ)착이온이다. 그 생성과정을 자세히 살펴보면 2단계로 돼있다. 먼저 철2가 이온(${Fe}^{2+}$)이 탄닌산과 결합해 탄닌산철(Ⅱ)착이온이 되고, 이것은 공기중에서 서서히 산화돼 3가의 탄닌산철(Ⅲ)착이온으로 변한다. 이 때문에 실험 시간이 오래 걸린다. 이 착이온은 실제로 잉크를 만드는 데 사용된다. 파란색 잉크는 파랑 색소와 탄닌산철(Ⅲ)을 넣어서 만드는 것으로, 글씨를 쓰고 오래두면 검푸른색으로 변하게 된다. 파란 색소가 휘발해 날아가고 검푸른 탄닌산철(Ⅲ)만 남기 때문이다.

■ 착이온이란?

한개 혹은 그 이상의 금소 원소를 중심으로 다른 원자나 원자단이 결합해 하나의 원자 집단을 이루고 있을 때, 이 원자 집단을 착이온이라 한다. 예를 들어 〔${CO(NH₃)}_{6}〕$³+같은것인데, 여기에서 중금속이온은 ${Co}^{3+}$(코발트이온)이고 NH₃(암모니아)는 결합한 짝이다. 착이온의 중심 원자는 전이금속 원소가 대부분이며 결합하는 짝은 (-)를 띠거나 중성인 경우가 대부분이다.

보너스 실험

색깔있는 철분 멜로-옐로 반응

철과 반응하는 다섯개의 화합물용액이 연노랑에서 오렌지색, 붉은 포도주색, 검은 색으로 변해가다가 마지막에는 다시 연한 노란색으로 변하는 이유는?

■ 왜 그럴까?

이 실험은 3가의 철이온이 다른파트너와 결합하면서 다양한 색깔로 변하는 것을 보여준다. 한가지 이상의 산화수를 갖는 철은 전이금속의 일종으로 여러 종류의 용액과 반응하면서 여러 가지 색깔을 나타낸다. 각 잔에서 일어나는 변화는 다음과 같다.

● 1번 반 : 염화철(III)용액은 연한 노란색이다.
● 2,3번 잔 : 철(${Fe}^{3+}$ + 티오시안산이온→티오시안산철(붉은색)
● 4번 잔 : 철(${Fe}^{3+}$) + 탄닌산→탄닌산철(검은색)
● 5번 잔 : 철(${Fe}^{3+}$) + 옥살산→옥살산철(노란색)

2. 철가루가 철분?

철분 강화라고 쓰여있는 시리얼(cereal)을 본 적이 있을 것이다. 어떻게 철분을 강화했다는 말일까. 아침 식사 대용으로 또는 어린이들 간식용으로 많이 사용되는 시리얼에 철분이 얼마나 들어있는지 검출해보자.

■ 왜 그럴까?

이 실험은 시리얼 안에 들어있는 철가루를 자석을 이용해 분리해내는 것이다. 즉 철분 강화란 금속 철가루를 넣었다는 뜻이다. 사람은 금속 상태의 철가루를 그대로 흡수하지 못한다. 그런데 시리얼 속에 들어있는 철분은 분명 금속 철가루이다. 어떻게 된 일일까? 이 철가루는 위산에 녹아 우리가 흡수할 수 있는 철이온(${Fe}^{2+}$)으로 바뀌기 때문에 결국 사람의 몸에 유익하게 쓰인다. 이 2가철이온은 산화되면 3가 철이온이 되는데, 체내에서는 Fe(Ⅱ)와 Fe(Ⅲ)의 두 가지 형태가 모두 이용된다. 시리얼에 철가루를 넣는 이유는 철가루가 곡식의 산화를 막아주며 몸 속에 들어가서는 위산에 녹아 유용한 철이온을 공급하기 때문이다. 철의 흡수 이용률은 철의 형태, 철의 흡수에 영향을 미치는 인자들에 의해 영향을 받는다. 동물성 식품 속에 들어있는 철은 40% 정도가 헤모글로빈이나 미오글로빈에 포함된 형태이므로 체내 흡수율이 매우 높다. 하지만 식물성 식품을의 경우에는 철의 형태가 달라 몇 가지 요인에 의해 흡수율이 달라진다. 비타민 C나 육류, 생선류와 함께 먹으면 흡수율이 높아지고 차나 커피(탄닌산), 곡류(피틴산), 채소(주석산) 등과 함께 먹으면 크게 저하된다. 또 철의 흡수는 개인의 철 영양 상태에 따라서도 크게 영향을 받는다. 즉 어린이나 여성과 같이 체내 보유량이 적을 때 흡수율이 높아지고, 반대로 남성과 폐경 후 여성에서처럼 철 저장량이 높으면 낮아진다.