올여름, V·Ac·At·I·O·N은 화학과 함께!

아, 기다리고 기다리던 방학과 휴가철이 다가왔습니다. 생각만 해도 두근두근, 설레는데요, 찌는 듯한 더위를 피해서 떠가는 휴가, 영어로는 ‘vacation’이라고 하죠. 올여름 여러분만의 특별한 휴가 계획은 무엇이신가요? 

만약 없으신 분들이라면, 화학에 진심인 한화토탈에너지스와 함께 VAcAtION을 즐기시는 건 어떨까요? 뜨거운 여름, 한화토탈에너지스 블로그 지기와 함께 케미 넘치는 추억을 만들러 출발해 봅시다!

 

 

01

원소계의 미의 여신, 바나듐(V)

   

 

이번 화학 여행의 첫 번째 목적지, 바나듐(V·Vanadium)에 도착했습니다! 

원자번호 23번의 바나듐은 단단한 은회색의 전이 원소입니다. 바나듐을 포함한 모든 전이 원소는 금속이기 때문에 금속광택을 자랑하는데요. 이들의 특징은 열과 전기의 전도도가 높으며, 녹는점과 끓는점이 매우 높다는 점입니다.

아주 순수한 상태의 바나듐은 비교적 무르고 연한 성질을 지니고 있습니다. 그러나 강철에 소량만 첨가해도 그 강도가 높아진다는 특징이 있어 대부분의 바나듐은 철강 산업에 활용되고 있습니다.

바나듐은 1801년, 스페인의 화학자인 안드레스 델리오(Andres M. del Rio)에 의해 처음 발견되었습니다. 하지만, 그 당시 프랑스의 한 화학자가 그가 발견한 것이 금속 원소인 크로뮴이라는 주장을 했고, 델리오가 이를 인정하면서 새로운 원소의 발견을 확신하지 못한 탓에 원소로 자리를 잡지는 못했죠.

이후 바나듐은 1830년, 스웨덴의 화학자 닐스 세프스트룀(Nils G. Sefström)에 의해 다시 발견되었습니다. 그는 스칸디나비아의 미(美)의 여신인 ‘바나디스’의 이름을 따와 이 원소의 이름을 바나듐으로 명명했는데, 그 이유는 여러 산화 상태의 바나듐 화합물들이 다양하고 찬란한 색을 띠어 아름다웠기 때문이죠. 하지만 독버섯과 같이 일부 생명체에서 발견되는 바나듐은 독성을 지니고 있으므로 그 아름다움에 홀려버리면 위험하답니다.

 

 

02

남은 것도 다시보자, 악티늄(Ac)!

  

 

화학 여행에 흥을 돋우기 위한 막간의 퀴즈 타임입니다! 겉으로 보기에는 은백색을 띠지만 어두운 곳에서 푸른 빛을 띠는 것은?

바로, 악티늄(Ac·Actinium)인데요. 이와 같은 특징으로 인해 ‘광선과 방사선’ 등을 뜻하는 그리스어 ‘actis’에서 따와 이름이 붙여졌답니다. 강한 방사선을 뿜어내는 악티늄은 1899년, 프랑스의 화학자 앙드레 루이 드비에른(André-Louis Debierne)이 발견했습니다. 퀴리 부부가 라듐을 추출하고 남긴 우라늄 광물의 일종, 피치블렌드(pitchblende)의 찌꺼기를 분리하여서 말이죠. 

악티늄은 자연계에서 매우 드물게 존재하는 희토류 원소로 란타넘과 화학적 성질이 비슷합니다. 란타넘보다 조금 더 염기성을 띠고, 강한 전기 양성을 가지고 있죠. 또한, 악티늄은 공기 중의 산소와 습기에 빠르게 반응하여 표면이 쉽게 산화된다는 특징이 있습니다. 

희귀하고 높은 가격의 악티늄은 앞서 말씀드린 바와 같이 강한 방사선을 내뿜기 때문에 산업적으로는 사용이 제한적입니다. 하지만 방사성 암 치료제 등으로 개발되고 있어 앞으로가 기대되는 원소랍니다.

 

 

03

#희귀한 #불안정한 #무거운 아스타틴(At)

   

 

지금부터는 자연적으로 발생하는 원소 중 가장 희귀하며, 지구의 지각 내에 단 30g 이내로 존재한다고 예측되는 아스타틴(At·Astatine)에 관해 알아보도록 하겠습니다. 

최대 8시간의 짧은 반감기*를 갖고 있기 때문에 ‘불안정’을 뜻하는 그리스어, ‘astatos’에서 이름이 유래된 아스타틴은 1940년 미국 버클리에 있는 캘리포니아대학교에서 세 명의 물리학자가 핵반응을 통한 합성을 통해 처음 발견했습니다. 

아스타틴은 현재까지 발견된 할로겐** 중 가장 무겁고, 강한 방사성을 지닌 원소로 알려져 있습니다. 그러나 희귀하고 불안정한 아스타틴의 특징때문에 물리·화학적 성질들은 실험적으로 정확히 측정되지 않았습니다. 다만, 다른 할로겐 원소들의 특징과 미루어 녹는점과 끓는점, 밀도 등을 짐작하고 있을 뿐이죠.

*반감기: 방사성 원소나 소립자가 붕괴 또는 다른 원소로 변할 경우, 그 원소의 원자 수가 최초의 반으로 줄 때까지 걸리는 시간

**할로겐: 주기율표 제17족 원소 가운데 플루오린, 염소, 브로민, 아이오딘, 아스타틴을 통틀어 이르는 전형적인 비금속 원소

 

 

04

보라빛 아이오딘(I)의 두 얼굴?

   

 

앞서 알아본 아스타틴의 물리·화학적 성질은 어떻게 알 수 있다고 했죠? 

네, 다른 할로겐 원소들의 특징과 미루어 짐작한다고 말씀드렸는데요. 그중 하나가 바로 요오드라고도 불리는 아이오딘(I ·Iodine)입니다. 고등학교 시절, 화학을 좋아했던 분들이라면 단번에 알아보시겠네요.

1811년, 나폴레옹 전쟁이 한참일 당시 프랑스 화학자 베르나르 쿠르투아(Bernard Courtois)에 의해 발견된 아이오딘은 실온에서 검보라색 바늘 모양의 금속처럼 보이며, 쉽게 보라색 기체로 승화한다는 특징이 있습니다. 금속처럼 보이지만 열과 전기는 거의 통하지 않죠.

아이오딘은 소량 섭취로도 충분한 필수 영양소(미량 영양소)입니다. 따라서 대부분의 생물이 아이오딘을 필요로 하죠. 또한, 여러분이 알고 계신 빨간약의 성분 중 하나가 바로 아이오딘인데요. 아이오딘은 산화력이 있어 살균 작용을 하기 때문에 소독제로도 사용된답니다. 하지만, 지난 2011년 일본에서 일어난 대지진으로 많은 사람들을 공포에 몰아넣은 원소 역시 아이오딘입니다. 걱정하실 필요는 없습니다. 우리 몸에 필요한 아이오딘과 전 세계를 두려움에 떨게 한 아이오딘은 다르니까요. 

원자의 번호는 같지만, 질량의 수가 서로 다른 원소를 동위원소라고 합니다. 다른 말로 설명하자면 양성자의 수는 같지만, 중성자의 수가 다른 것이죠. 아이오딘의 동위원소는 무려 30개가 넘는데요. 우리 몸에 필요한 아이오딘은 양성자 53개와 중성자 74개로 이루어져 있으며, 원자력 발전 혹은 핵폭탄 실험 과정에서 생성되는 아이오딘은 양성자 53개와 중성자 78개로 구성되어 있습니다.

 

 

05

산소(O)같은 너

   

 

한화토탈에너지스와 함께하는 VAcAtION여행의 필수 코스! 우리의 눈에 보이지 않고 냄새도 나지 않으며 아무 맛도 없지만, 우리가 살아가는 데 꼭 필요한 산소(O·Oxygen)입니다.

산소는 지각의 약 40% 정도의 질량비를 차지하고 있어 지각에서 가장 풍부한 원소라고 할 수 있습니다. 상온에서의 산소는 이원자 분자*로 존재합니다. 산소는 다른 물질이 타는 것을 도우며, 반응성이 크기 때문에 대부분의 원소와 반응하여 산화물을 만든다는 특징이 있습니다. 이러한 특징으로 인해 프랑스의 과학자 앙투안 라부아지에(Antoine Laurent Lavoisier)는 ‘신맛이 있다’라는 뜻의 그리스어 ‘oxys’와 ‘만들어진다’는 뜻의 ‘gennao’를 합쳐 이름을 명명하였습니다.

 

▶산소를 명명한 화학자는?

[과학의 법칙] 질량보존의 법칙

산소는 인간을 포함한 대부분의 생명체가 생명을 유지하는 데 꼭 필요합니다. 호흡을 통해 몸속으로 들어온 산소가 생존에 필요한 에너지를 공급해주기 때문이죠. 이 외에도 산소는 각종 화학공업 등의 분야에서도 많이 사용된답니다.

*이원자 분자: 두 개의 원자만으로 이루어진 분자

 

 

06

누구든 질소(N) 하나쯤은 가지고 있잖아?

   

 

‘질소를 샀더니 과자가 덤으로 왔다’라는 말, 들어보신 적 있으신가요? 이번 여행의 마지막은 과자 봉지를 빵빵하게 채워주는 질소(N·Nitrogen)와 함께하겠습니다.

지구에서 원소 상태로 존재하는 원소 중 그 양이 가장 많은 질소는 산소와 마찬가지로 색과 냄새, 맛이 없고, 이원자 분자로 존재하는 기체입니다. 질소는 단백질과 같은 기능성 생물 분자의 구성 원소이며, 우리 주변 모든 생명체에서 질소를 찾아볼 수 있답니다.

위에서 말씀드린 바와 같이 질소는 과자를 포장할 때 사용되는데요. 이는 질소가 인체에 해가 없고, 과자의 상태에 거의 영향을 주지 않기 때문입니다. 덧붙여 질소는 포장된 봉지 내부에서 과자가 화학적으로 변질되는 것을 막아줌과 동시에 외부 충격에 의한 물리적 손상을 막아주죠.

또한, 질소를 냉각하여 액체 상태로 만든 액체 질소는 대기 압력인 1기압에서 -196 ℃의 상태로 존재하기 때문에 식품, 혈액 등을 보존하기 위하여 사용된답니다.


여름 VAcAtION을 맞아 함께 떠난 화학 여행! 이번에는 총 6개의 원소를 알아보았는데 어떠셨나요? 화학과 함께한 이번 여행이 즐거우셨기를 바라며, 다음에는 더욱 재미있는 이야기로 돌아오겠습니다. 

 

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종합 케미칼 & 에너지 리더,

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