구리

구리는 상온(20 °C)에서 밀도 8.96 g/cm³의 고체로 존재하며, 녹는점은 1,084.62 °C(1,357.77 K), 끓는점은 2,560 °C(2,833 K)다.^[3] 비열 용량은 385 J kg⁻¹ K⁻¹이다. 구리 고유의 붉은빛은 3d→4s 전자 전이에서 비롯되며, 금을 제외하면 자연 상태에서 특정 색깔을 띠는 거의 유일한 금속이다.^[4] 연성과 전성이 뛰어나 극히 얇은 박막이나 가느다란 전선으로 가공할 수 있다.

전자 배치는 [Ar] 3d¹⁰ 4s¹이며, 주요 산화 상태는 +1(cuprous)과 +2(cupric)다.^[3] 안정 동위원소는 ⁶³Cu(69.15%)와 ⁶⁵Cu(30.85%) 두 가지다. 대기 중에서 서서히 산화되어 표면에 산화구리(I) 또는 산화구리(II)가 형성되고, 장기간 노출되면 탄산구리가 주성분인 녹청(patina, 청록색)이 생긴다. 녹청은 내부를 보호하는 역할을 해 구리 구조물의 수명을 연장한다. 묽은 황산이나 질산에는 녹지만 염산에는 반응이 느리고, 알칼리에는 비교적 안정적이다.

구리의 전기 전도율은 20 °C에서 약 59.6 × 10⁶ S/m로, 모든 원소 중 은(62.1 × 10⁶ S/m) 다음으로 높다.^[3] 은보다 훨씬 저렴하고 가공이 쉬워 전선·배선 재료로 사실상 표준 지위를 갖는다. 열 전도율도 385 W/m·K로 매우 높아 열교환기와 방열판에 널리 쓰인다.

구리는 인류가 활용한 최초의 금속으로 여겨진다. 이라크 북부에서 기원전 8,700년경으로 추정되는 구리 펜던트가 발굴되었으며,^[4] 터키 아나톨리아 지역에서도 기원전 7,000년 전후의 구리 가공 흔적이 확인된다. 초기에는 자연동(native copper)을 망치로 두드려 성형하는 방식이 주를 이뤘다.

기원전 3,500~2,500년경의 동석기 시대(chalcolithic period)는 구리 제련이 본격화된 시기다.^[5] 메소포타미아에서는 기원전 4,000년경 구리를 주형에 부어 도구를 제작했으며, 이후 주석(tin)과의 합금 실험이 청동기 시대를 열었다. 청동은 순수 구리보다 경도가 높아 무기·농기구·제례 용기 제작에 혁신을 가져왔다. 한반도에서도 기원전 1,000년경부터 청동기가 등장하기 시작했으며, 한국 청동기의 성분비는 구리:주석:납이 약 75:16:9로 중국(70:20:10)과 다른 독자적 특성을 보인다.^[6]

고대 이집트에서는 기원전 5,000년 이전부터 구리 도구를 사용했고, 키프로스(Cyprus)섬이 지중해 최대 구리 산지로 번성했다. 로마인들은 이 섬의 이름을 따 구리를 cuprum이라 불렀으며, 이것이 현재의 원소기호 Cu와 영어명 copper의 어원이다.^[4] 기원전 280년경 로마는 황동 주화를, 기원전 23년에는 순동 주화를 발행했다.

고려 시대 한국의 구리 제품은 품질이 뛰어나 '고려동(高麗銅)'이라 불리며 중국 주나라와 원나라에 수출되었다.^[6] 통일신라 시대에는 대형 불상과 범종 제작에 구리가 대량 사용되었고, 조선 시대에는 화폐(엽전)의 주조와 각종 금속 공예에 활용되었다. 현대 한국에서 구리는 1978년 이후 주로 납·아연 광산의 부산물로 소량 생산되며, 필요량의 99% 이상을 수입에 의존한다.^[6]

구리와 주석의 합금으로, 가장 역사 깊은 구리 합금이다. 주석 함량은 보통 5~12%이며, 순구리보다 단단하고 주조성이 우수해 조각상·범종·선박 부품에 쓰인다. 알루미늄, 실리콘, 베릴륨을 첨가한 변형 청동도 산업에서 활용된다.

구리와 아연의 합금으로, 아연 함량은 5~45% 범위에서 조정된다. 가공성이 뛰어나고 외관이 금색에 가까워 악기(트럼펫, 호른 등), 장식품, 밸브, 배관 피팅에 널리 쓰인다.

구리와 니켈의 합금으로 내식성이 강하고 해수에 강해 선박 부품과 화폐(동전) 제조에 사용된다. 많은 나라의 동전이 백동이나 그 유사 합금으로 만들어진다.

구리에 1~2%의 베릴륨을 첨가한 합금으로, 열처리를 통해 구리 합금 중 가장 높은 강도를 얻을 수 있다. 스프링, 전자 커넥터, 정밀 공구 등 고강도·고전도가 동시에 필요한 분야에 쓰인다.

전 세계 구리 소비의 약 75%가 전기·전자 관련 용도다.^[2] 건물 배선, 전력 송배전, 전기모터, 변압기, 통신 케이블 등에서 구리는 대체재 없이 핵심 재료로 자리 잡고 있다. 2024년 기준 최대 수요 분야는 건설(26%), 소비재·냉방·전자(23%), 인프라(17%), 수송(13%), 산업기계(12%) 순이었다.^[2]

태양광 패널, 풍력 터빈, 배터리 충전 인프라 모두 구리를 대량 사용한다. 전기차(EV) 한 대에는 내연기관 차량 대비 약 3~4배 많은 구리가 들어간다. 탄소중립 목표를 위한 에너지 전환이 가속화되면서 구리 수요는 지속적으로 증가할 것으로 전망된다.

구리 파이프와 지붕 재료는 내부식성과 긴 수명 덕분에 건물 배관·지붕재로 선호된다. 구리 표면의 항균 특성은 병원과 공공 시설의 접촉면 재료로도 주목받고 있다.

황산구리(CuSO₄)는 살균제·살조제로 사용되며, 구리는 식물 성장에 필수적인 미량 원소이기도 하다.

2024년 기준 세계 구리 광산 생산량은 약 2,300만 톤이며, 국가별 순위는 다음과 같다.^[2]

칠레는 매장량에서도 세계 1위(전 세계의 약 19%)를 차지하며, 세계 최대 노천 구리 광산인 추키카마타(Chuquicamata) 광산이 위치한다.^[5]

전 세계 확인 구리 매장량은 약 10억 톤으로 추산된다.^[2] 현재 채굴 속도와 재활용률을 고려하면 수십 년 이상의 공급이 가능하지만, 에너지 전환 수요 증가에 따라 새로운 광산 개발과 심해 채굴 연구가 활발히 진행 중이다.

구리는 성질 손실 없이 무한히 재활용 가능한 금속이다.^[4] 현재 전 세계 구리 소비의 30% 이상이 재활용 원료에서 충당되며, 2024년 이차(재생) 구리 생산량은 470만 톤에 달했다.^[2] 구리의 재활용 에너지 소비는 원광 제련 대비 약 85% 적어 지속 가능성 측면에서도 중요하다.