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아연

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30Zn
아연
亞鉛  | 
Zinc
분류 전이 원소 상태 고체
원자량 65.38 밀도 7.14 g/cm3
녹는점 419.53 °C 끓는점 907 °C
용융열 7.32 kJ/mol 증발열 115 kJ/mol
원자가 2 이온화에너지 906.4, 1733.3, 3833 kJ/mol
전기음성도 1.65 전자친화도 0 kJ/mol
발견 ? (1000 BCE 이전)
CAS 등록번호 7440-66-6
이전 원소 구리(Cu) 다음 원소 갈륨(Ga)


1. 개요2. 이름의 유래3. 생산 및 활용
3.1. 모형 분야
4. 영양소5. 기타

1. 개요

파일:attachment/Zn-usage.jpg
파일:zinic.jpg

영어: Zinc / 중국어: 锌 / 일본어: 亜鉛(あえん)
푸른 빛을 띤 백색의 금속으로, 구리와의 합금황동은 고고학적 연구나 문헌 조사를 통해 고대부터 여러 지역에서 사용된 것이 확인되었으나 구리나 등의 금속에 비해 제련이 까다로워 순수한 아연의 생산은 12세기에 이르러서야 본격적으로 시작되었다. 1746년 마르크그라프가 아연의 분리에 성공한 뒤부터는 대규모 공업생산이 가능해졌다. 사람이나 동물, 식물에게 필수적인 원소로, 효소나 단백질을 구성하는 성분이다. 아연을 포함한 효소는 성장이나 발육, 수정능력 등의 조정을 행하며, 그중에서도 탄산탈수효소가 중요한 역할을 행한다. 이것이 기능하지 않으면 체내에 모인 탄산이온이 방출되지 않게 되는 것이다.

2. 이름의 유래

Zinc라는 단어는 스위스 연금술사 파라켈수스가 아연 결정을 보고 그 모양으로부터 갈래, 가지라는 뜻을 가진 독일어 zinke에서 따왔다고 한다.

한자어 '아연(亞鉛)'의 용례는 1713년 일본에서 만들어진 책인 화한삼재도회(和漢三才圖会) 59권 '쇠붙이 류(金類)'에서 쓰인 게 제일 처음으로 보인다. #(1715년판)(1888년판) 해당 책에서는 '아직 뭐에 쓰는 물건인지는 모른다. 과 아주 닮았으니 아연(버금 아+납 연)이라고 칭한다(按ずるに此れ、未だ何物と知らず。甚だ鉛に類す。故に亞鉛と稱す。)' 라고 써져있다. # 그리고 그 일본어 亞鉛이란 표기를 그대로 가져와 음만 한국식으로 아연이라 읽고 쓰게 된 것으로 보인다.

파일:external/s9.postimg.org/aen.png

일본어 위키피디아에 따르면 700년대 鍮石(유석) → 1500년대 眞鍮[1](진유) → 포르투갈인 접촉 이후 토탄(トタン, 포르투갈어 tutanaga에서 취음) 후 18세기부터 '아연'이라는 단어가 정착되었다고 한다. 위의 책에서도 '아연'이라는 한자 표기 옆에 "토탄(とたん)"이라고 요미가나를 달아놓았다. た 부분이 헨타이가나.

현대 중국에서는 (강할 자)를 아연이라는 뜻으로 사용한다.

앞서 말했듯 영어 명칭 zinc는 납과는 별 상관이 없다. 대신 재미있게도 몰리브데넘그리스어이라는 뜻이다.

3. 생산 및 활용

보통 카드뮴과 함께 산출된다. 은광의 주요한 부산물 중 하나. 그러나 은광을 제대로 폐쇄하지 못해서 은광이었던 지역 주변의 마을이 아연과 카드뮴 중독으로 폐허가 되는 사례도 있다. 주된 광석은 황화물 광석인 섬아연석이다. 이를 공기 중에서 가열하면 아황산가스와 산화아연을 얻을 수 있는데, 이 산화아연을 이용해 금속 아연을 얻는 생산 공정은 두 가지 방법이 존재한다. 하나는 이렇게 얻은 산화아연을 일산화탄소코크스와 함께 가열해 환원시켜서 얻은 아연 증기를 냉각시키는 것이며,[2] 다른 하나는 산화아연을 황산에 녹여 만든 황산아연 수용액을 전기분해하여 금속 아연을 얻는 것이다.

아연이 가장 대량으로 이용되는 분야로는 에 아연을 도금한 함석[3]이 있다. 함석은 오랜 시간 비바람에 견딜 수 있는 철판인데, 이것은 아연이 철보다도 이온이 되기 쉬운 성질(이온화경향[4])에 따른 희생전극 현상을 이용한다.[5]

식기나 도시락통, 통조림 통 음료수 캔 등 식기용의 재료나 코팅재로는 현대에는 사용되지 않는데 생체 필수 원소이기는 하지만 과잉 섭취하면 몸에 해롭기 때문에 식기나 음료수 통에는 사용할 수 없다. 식기 용도로는 주석이나 알루미늄이 주로 사용된다.

아연은 용융 상태에서 냉간압연강판을 용탕에 통과시켜 도금되거나, 전해용액에서 전기도금된다. 아연도강판은 고속도로 가드레일이나 신호등 기둥에서 흔히 볼 수 있다. 표면에 불규칙적인 점무늬가 있는 경우는 대부분 아연도강판이다. 이 산화하기 전에 표면의 아연이 먼저 산화되어 내부의 을 지키는 것이다. 게다가 아연은 산화되어도 흰색이기 때문에 그만큼 눈에 띄지 않는다. 반면 아연은 산화 서열이 높으므로 노출시간이 길어지면 지속적으로 부식되므로 방식 작용이 아주 오래 가는 편은 아니다. 아연에 알루미늄을 섞어 도금할 경우 알루미늄의 산화피막에 의한 보호작용이 더해져 더욱 높은 방식능력을 갖게 된다. 이를 흔히 갈바륨(Galvalume)이라고 하며 고급 도금강판으로 취급된다.

아연 대신 주석을 철판에 도금하면 양철판이 되는 데 주석을 도금한 양철판은 20세기 전반에는 널리 쓰였지만 요즘은 주석이 너무 비싸져 보기 어렵고 대부분 아연을 도금한 함석판을 양철판 대신 쓰게되어 함석판을 양철판이라고 부르는 경우가 많다. 양철 지붕도 양철판이 아니라 대부분 함석 지붕이거나 알미늄 도금 철판이 많다.

얇은 아연도강판(0.2-0.5mm)은 함석판으로 불리며 금속광택이 강하고 특유의 아연결정 무늬가 있어 일반강판과 쉽게 구분된다. 함석가위로 쉽게 자르고 쉽게 구부리고 접어 다양한 형상으로 만들 수 있으므로 건축용 각종 판재, 빗물받이 홈통, 환기용 덕트, 보일러나 난로의 굴뚝 파이프로 많이 쓰였다. 가공하기 쉬운 철판으로 학교나 가정에서 간단한 DIY 공작에도 널리 쓰인다. 창고나 축사, 간이 군대막사 같은 가설건물 등에 값싼 지붕재료로 파도무늬로 주름을 잡은 얇은 함석판이 많이 쓰였다. 그 위에 광명단 등 페인트를 칠하는 경우도 있다. 이런 지붕을 함석지붕이라고 불렀고 지붕에 소나기나 비가 내리면 특유의 요란한 소리가 나서 제법 서정적인 느낌을 준다.

이런 높은 금속이온화 경향으로 여러 1차 전지의 음극재료로 널리 쓰인다. 예를 들어 건전지나 은-아연 전지, 공기전지 등. 건전지는 음극(cathod)인 금속 아연이 염화암모늄이나 수산화칼슘 등의 전해액과 반응하여 산화되며 전자를 방출하는 원리이다. 그러므로 건전지를 사용하면 아연이 수산화아연이 되어 소모된다. 은아연전지는 비싸지만 기전력이 크므로 리튬전지가 실용화되기 전에 인공위성 등에 쓰였다. 공기전지는 알칼리 건전지와 비슷한데 감극제로 공기중의 산소를 쓴다. 모두 이온화 경향이 큰 아연을 산화시켜 소모하며 전자방출 에너지원으로 쓰고 있다.

흔히 놋쇠라고 불리는 황동구리와 아연의 합금으로 가공성이 좋아 고대로부터 현대까지 장신구나 탄피 등 다양한 용도로 널리 쓰이고 있다.

함량에 따라서 분카힐 합금, 아펙스 합금, 미러 메탈, 잠메탈, 펜톤 메탈 등으로 나눠 불리기도 하는데 이들은 베어링(다만 강도문제로 현재는 거의 쓰이지 않는다), 치과용 합금으로도 쓰인다.

화합물 상태의 용도로는 산화아연(ZnO)이 자외선 차단제에 사용되며, 가전제품과 송전선을 보호하는 서지 프로텍터의 소자인 MOV(Metal Oxide Varistor)의 재료로도 사용된다. 또한 산화아연을 사용한 청색 발광 다이오드가 요즘 크게 주목을 받고 있다. 종래의 질화 갈륨을 사용한 것에 비해 비용도 1/10으로 저렴하여 차세대 청색 발광 다이오드의 원료로 크게 기대된다.

건전지에도 쓰이고 함석에도 쓰이고 하니 흔하고 철이나 값싼 금속 같지만 사실은 지각구성비로는 구리나 니켈 크롬 보다 훨씬 구성비가 낮아 그리 많이 나지 않는 금속이다. 산출도 은광이나 귀금속 제련의 부산물로 나오는 등 제법 귀한 금속이다. 가격은 알루미늄보다는 비싸고 납과 비슷한 가격이다. 구리의 1/3보다 조금 더 되는 정도.

아연은 귀금속까지는 아니지만 제법 비싼 금속이다. 현재 아연도금제품의 증가 등으로 인해 고철에 아연 함유량이 늘어나고 있는 추세이므로 대다수의 전기로는 고철을 녹일 때 나오는 아연 증기를 회수해서 재활용하는 설비를 갖추고 있다. 그러나 방식용 희생 전극으로 소모되어버린 아연은 재활용이 전혀 불가능하다. 애초에 아연이 원 금속 대신 녹슬게 하는 게 목적이므로 재활용은 기대할 수 없다.

국내에선 영풍그룹 산하의 영풍과 고려아연이 해외에서 아연원광을 수입해서 정련한 뒤에 공급하고 있다. 영풍그룹은 아연을 포함한 비철금속 분야에선 세계적으로도 상당히 큰 규모.

동전의 재료로도 가끔 쓰이는데, 대한민국 원에서 현재 발행되는 주화로는 유일하게 오십원 주화에 합금으로 18% 포함되어 있고, 2006년 이전 발행되던 옛 10원 주화나 발행 중지된 5원 주화에도 들어갔었던 적이 있다. 미국의 1센트 주화는 97.5%가 들어간다.

18세기 남북분립기 시절의 베트남에서는 남부를 다스리던 응우옌씨 정권이 일본과 중국의 구리수출중단으로 동전 주조가 힘들어지자 대신 아연전을 만들어 유통시켰는데, 동전에 비해 내구성이 떨어져 대량으로 주조한데다 민간에게도 주조권한을 주는 바람에 인플레이션을 발생시켰다.[6]

현대에는 볼 수 없지만 오스만 제국 시절에는 식기로도 사용되었다. 주로 음료수를 담는 병이나 잔을 아연으로 만들고 겉면은 에나멜을 상감하고 보석을 붙이는 식으로 장식했는데 은과 비슷한 색깔을 띄기 때문에 그렇게 썼던 걸로 추측된다.

알루미늄에 다른 금속을 도금하기 전 먼저 도금하는 금속으로도 사용되며, 주석과의 합금은 알루미늄에 납땜하기 위한 용도로도 사용된다. 다만 이러한 땜납으로도 직접적인 납땜은 불가하고, 알루미늄의 산소 친화력으로 인해 알루미늄 산화막을 없애주는 특수 플럭스가 필요하다.

3.1. 모형 분야

모형쪽에서도 아연 합금은 전통적으로 쓰여왔다. 다이캐스트 모형 참고. 장난감 중 분명 금속인데 강도는 일반 금속보다 떨어져 쉽게 깨지거나 닳아 빠지는 성질을 가지고, 도금이 벗겨지거나 부러진 부분이 마치 쇳가루를 뭉친 것 같은 형태를 띠는 두툼한 금속 부품들이 이것. 반다이가 광고하는 초합금도 결국은 아연 합금이다. 이름과는 달리, 가공하기 쉽도록 굉장히 무른 합금을 사용하므로 생각보다 쉽게 부러지고 바스라진다.

미국에서는 자마크, 유럽에서는 마자크라고 불리는 이 합금은 아연 90% 이상의 베이스에 알루미늄, 안티모니, 마그네슘, 구리, 주석 등의 타 금속을 1% 안팎 정도 혼합하여 다이캐스팅 방식으로만 제조되며 금속 제품 중에서 제일 하급의 물건으로 취급된다. 성질 상 강한 내구력을 요구하지 않지만 형상이 복잡해 쉽게 깍거나 찍어서 만들기 어려운 기계 부품으로 쓰인다. 예를 들어 모노폴리 보드 게임의 금속 말 따위나 조립식 프라모델이나 장난감의 금속부품 따위.

총기회사 중에 이 아연합금 다이캐스팅으로 최저가 권총, 그러니까 진짜 총을 만들어내는 하이포인트라는 미친 회사도 존재한다. 그나마 하이포인트 사는 약한거 알고 그야말로 아연합금을 떡칠을 해서 내구성을 확보하는데 성공해서 사람..그러니까 사용자를 잡아먹진 않는다. 이 회사 이외에도 새러데이 나잇 스페셜이라 불리는 싸구려 권총 제품군들 또한 이 아연합금으로 캐스팅하는 제작회사들이 꽤 된다. 다만 품질은 그 하이포인트가 양반으로 보일 정도로 개판이지만.

토미카 역시 제품에 아연 합금을 적극 활용하고 있다. 재질표시를 보면 아연합금이라고 써져있다만 차체 하판의 대부분이 ABS(플라스틱)이라 좀 그렇다.

베이블레이드 버스트 초제트의 초제트는 아연의 원소 기호인 Zn에서 따왔다. 초 + Z이다. 완구도 아연 합금으로 만들었다[7]

4. 영양소

생물체 내에서 2가 양이온으로 존재하며, 생물의 핵산과 아미노산 대사에 반드시 필요한 무기물질이자 지각을 이루는 중요 원소이다. 소화와 호흡은 물론, 인슐린 작용과 면역기능, 생식세포에도 관여한다. 단백질 신진대사에도 관여하며 뼈를 단단하게 하는 작용도 있다. 그리고 남성호르몬근육, 정자정액 생성[8], 피부 미용[9]에도 아연이 많은 관여를 한다. 호르몬과 근육 생성에 영향을 주기 때문에 운동선수나 몸을 많이 쓰는 사람, 웨이트 트레이닝을 즐기는 사람은 아연 섭취를 어느정도 신경쓰는 경향이 있다. 아연이 부족할 시 탈모의 원인이 될 수도 있으며, 손톱에 흰 반점, 흰 가로줄이 생기면 체내 아연이 부족한 것으로 본다.(##) 그리고 의학(특히나 소아과학)에서는 피부염과 설사를 아연 결핍증의 가장 대표적인 증상으로 가르치기도 한다. 이러한 다양한 신체 내 작용들을 바탕으로 아연을 먹으면 위 기능들이 향상되는 것처럼 광고되며 아연 영양제가 팔리기도 하지만 결론만 말하자면 일반적인 한국인 식단에서는 아연을 영양제 형태로 추가 섭취하는 것은 별 이득이 없다.

아연은 주로 면역력 향상을 타겟으로 영양제로 많이 팔리고 있다. 이때 써먹는 논리는 "아연은 면역력에 관여하는 물질이니까 아연을 먹으면 면역력이 상승된다" 같은 식인데 상식적으로 생각해봐도 전혀 말이 안 되는 소리다. 아연이 부족해서 면역결핍이 생긴 사람에게 아연을 보충해주면 정상면역으로 돌아오는 것이 가능하지만 이미 충분한 아연이 있는 상태에서 아연만 더 때려박는다고 정상 이상의 면역력이 생겨나는 것은 아니다. 성장기 어린이의 칼슘이 부족하면 키가 크지 않지만, 그렇다고 칼슘을 엄청 많이 먹는다고 갑자기 키가 자라서 장신이 되지 않는 것과 같다. 이는 약물 전문가인 약사들도 지적하는 점이다. #

그렇다고 아연 결핍이 쉽게 생기느냐 하면 그런 것도 아니다. 식품 속의 아연은 흡수율이 14~40%로 낮은 편이지만 꽤 흔하다. 아연은 식품으로도 쉽게 섭취할 수 있는 미량원소인데, 하루 권장량 남자 기준 10mg(여자는 8mg)을 기준으로 보자면, 카사노바가 많이 먹었다고 하는 은 80g 정도 섭취 시 하루 권장량을 충족하며, 돼지고기나 소고기 200g[10] 정도로도 하루 권장량을 충족할 수 있다. 그 외에도 닭고기 250g에 7.5mg, 견과류. 가령 아몬드와 땅콩(100g)에 아연 2mg 정도가 들어 있다. 현미, 보리, 콩 등에도 100g에 약 2mg 정도 들어 있어 한국식 식단으로 삼시세끼 골고루 먹는다면 결핍되기 어려운 영양소 중 하나이다.# 세계적으로는 아연 결핍이 심각한 사안으로 받아들여져 예방의학 등의 학문에서 아연 결핍증에 대해서 자주 다루기도 하지만, 끼니 걱정이 적고 고기도 적당히 섭취하는 한국에서는 크게 문제가 되는 부분은 아니다.[11] 이는 대부분 채식주의자[12]나 영양결핍증을 겪는 기아, 난민 등에서 볼 수 있는 것이고 모든 나라가 그런 것은 아니다.

만약 본인이 아연 결핍 증세를 느끼고 있거나, 식단에서 아연을 충분하게 섭취하지 못하고 있다는 생각이 든다면 영양제 형태로 보충해주는 것도 나쁘지 않은 생각이다. 하지만 이런 경우라도 아연만을 포인트로 잡은 고함량 아연 전용 영양제[13]보다는 그냥 종합비타민에 들어있는 소량의 아연만으로도 충분하다. 소량이라고는 하지만 대부분은 일일 권장량 이상을 집어넣는 편이고, 아연 영양제는 흡수율이 보통 40% 이상으로 음식에 비해 다소 높은 편인데다가 음식을 통해 흡수되는 양과 합치면 절대 부족한 양은 아니다. 오히려 고함량 아연 영양제 복용 시 아연 과다로 인한 부작용이 생길 수 있으니 저함량인 편이 더 건강에 좋다고 볼 수 있다. 아연을 과잉섭취하면 경련이나 메스꺼움[14], 설사, 발열, 복통, 미각 상실, 영구적 청력 손실 등이 발생할 수 있으며 아연의 섭취가 구리의 흡수를 막을 수 있어서[15] 오히려 면역 체계가 파괴되기도 한다. 한 번에 고용량 아연을 복용하게 되면 급성 아연 중독(zinc toxicity)이 생길 수도 있는데, 만약 영양제로 아연을 섭취한 뒤 갑작스럽게 감기 기운 같은 것이 생겼다면 이를 의심해볼 수도 있다. 식품의약품안전처에서 고지한 아연 50mg 제제의 부작용으로는 혈중 아밀레이스 및 라이페이스 감소, 위 불쾌감이 흔하다고 하며 초기 투여 시 간기능 검사를 1개월마다 할 것을 권고하고 있다. 또한 아밀레이스 및 라이페이스 감소가 발견될 경우 췌장기능검사를 할 것을 권고했다. #

드물지만 아연 과잉 섭취로 나타나는 증상 중 하나가 바로 좌골신경통이다. 허리 아랫부분부터 골반을 따라 다리까지 이어지는 신경계가 심하게 저리면서 아픈 일인데, 앉거나 서있는 것은 물론 누워있는 일조차 상당한 고통이 따르므로, 아플 때에는 사실상 아무 일도 못할 정도로 통증이 심각하다고 볼 수 있다. 이 증상은 화학적으로 흡수율이 특별히 좋게 정제된 40mg이상의 아연 보충제를 복용할 경우, 특정 개인에 따라 어느 순간 생길 수 있다고 알려져 있으나, 사람에 따라서 매우 적은 용량인 10mg만 섭취해도 심하게 증상이 나타나는 경우도 있다. 치료법은 즉각 아연 섭취를 중단하고, 평소 아연의 섭취량을 절대적으로 제한하는 것(20mg 이하)이다. 위 증상이 나타나는 사람의 경우 따로 아연만 정제된 형태의 보충제를 섭취하지 않도록 주의한다. 위 근본 원인 파악을 하지 못하고 통증이 너무 심각한 나머지 병원에 방문하게 되면, 의사는 당연히 디스크 등으로 의심하고 시술이나 수술을 권할 수가 있으므로 주의할 것. 치료법은 1~2주 이상 휴식과 아연 섭취 중단, 칼륨(K)이 풍부한 음식인 바나나, 오렌지, 감자, 건포도, 토마토 등을 섭취하는 것이다.

5. 기타



[1] 현재에는 아연이 포함된 구리 합금황동을 나타내는 표현으로 쓰인다.[2] 아연이 코크스나 일산화탄소에 의해 환원되는 온도는 아연의 끓는점보다 높아서 아연 증기가 생성된다. 이때 생성된 고온의 아연 증기는 산소와의 접촉을 차단하지 않으면 다시 산화되기 때문에 고대에는 순수한 아연 금속을 제련하는 것이 까다로웠다. 때문에 금속 아연의 본격적인 생산은 구리나 철 등에 비해 상당히 늦은 12세기에 이르러서야 북인도에서 처음으로 이루어졌다. 이 방법으로 아연을 생산할 때는 불순물로 함유된 카드뮴에 의한 카드뮴 증기도 함께 생성되는데, 카드뮴 증기는 아연과 카드뮴의 끓는점 차이를 이용해 증류법으로 분리한다. 후자의 생산 방법에서는 전기분해 시 남는 황산카드뮴 수용액을 침전시켜 분리한다.[3] 생철, 혹은 양철이라고 부르는 재질은 주석을 도금한 것이다.[4] 이온화 경향 높음 ← K - Ba - Ca - Na - Mg - Al - Zn - Fe - Ni - Sn - Pb - (H) - Cu - Hg - Ag - Pt - Au → 이온화 경향 낮음, 다시 말해 철보다 아연이 녹슬기 쉽다.[5] 반대로 양철은 철에 그보다 이온화 경향이 낮은 주석을 도금한 것이라 긁히는 등의 상처가 생기면 그냥 철보다도 더 심하게 부식되거나 녹이 슬기 쉬운 상태가 되어버린다. 통조림에 "개봉 후 남은 것은 유리 그릇 등에 옮겨 냉장 보관하십시오."라는 글이 표시된 것도 이 때문이다.[6] 출처: 유인선, 『베트남의 역사 (고대에서 현대까지)』, 이산, 2018, p219~p220[7] 베이의 레이어 파츠의 일부분을 아연합금을 사용했을 뿐, 실제로 팽이 자체를 아연합금으로 만든 것은 아니다.[8] 웹상의 경험적인 증언은 많지만 정확히 어떤 원리인지는 증명되지 않았다. 비뇨기과 의사에 의하면 다른 조직에 비해 전립선 세포와 정액에 아연이 다량 있다고 하니 이와 연관이 있을지도 모른다.[9] 멜라닌 색소를 분해한다.[10] 식당마다 다르겠지만 보통 고깃집에서 1인분을 200g으로 판다.[11] 미국 아동의 아연 섭취량이 부족하다는 14년도 보고서가 있으나, 한국 내 영양학회지의 2021년도 보고서에 따르면 한국 아동들의 아연 섭취량은 크게 부족하지 않으며, 일부 과다섭취군이 있으므로 주의를 요한다고 한다.[12] 위에 적힌 음식들을 보면 알겠지만 아연이 많은 음식은 대부분 육식으로 섭취할 수 있으므로 채식주의자는 결핍에 주의할 필요가 있다.[13] 보통 50mg 정도를 집어넣으며 그보다 많은 것도 종종 보인다.[14] 특히 술과 함께 아연을 섭취할 경우 메스꺼움과 함께 구토를 유발할수 있다. 음주후 아연보충제 섭취는 자제 하도록 하자.(위장이 약한 사람의 경우 구토감이 다음날까지 오래간다.)[15] 이를 이용해서 구리가 체내에 축적되는 유전질환인 윌슨병의 치료에 아연을 사용하기도 한다.[16] 바닥 상태에서 d껍질이 불완전하게 채워져 있거나, d껍질이 불완전하게 채워져있는 양이온을 만들 수 있을 것.

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