<과학교사가 알려주는 원소이야기 21.

티탄족에서 유래한 원소, 티타늄>

 

 

 

안녕하세요! 과학교사 정은희입니다. 여러분 저 배 이름을 아시나요?

최첨단 시설을 자랑했던 저 배는 1912년 빙하에 부딪혀 3시간만에 가라앉고 맙니다.

바로 '타이타닉호' 인데요. 이 배의 이름이 바로 그리스 신화에 나오는 티탄족에서 유래되었다고 해요.

그리스신화에서 티탄족은 하늘의 신 우라노스와 땅의 신 가이아의 자식들인데요.

올림푸스 12신과 전쟁을 치르고 땅 속 타르타로스에 갇히게 된 신의 후예입니다.

얼마나 강한 원소이길래 티탄족에서 이름을 따온 것일까요? 지금부터 알아봐요~

 

 

 

티타늄의 반응 특성

 

 

티타늄은 지각 무게의 0.63%를 차지하는 9번째로 풍부한 원소입니다.

티타늄은 본래 흰색 금속 광택을 띠며 가볍고 강한데요. 강철보다 가볍고 알루미늄보다 4배나 강하다고 합니다.

반응성은 매우 큰 금속이지만 물과 공기에는 느리게 반응하는 특징을 가지고 있죠.

이유가 무엇일까요? 바로 표면에 치밀하고 단단한 보호피막이 생기기 때문인데요.

이 피막이 생기면 백금과 비교할 정도로 내부식성도 강해진다는 특징이 있습니다.

바닷물에도 부식되지 않는다고 하니 강한 티탄족을 의미하는 원소답죠?

 

 

 

 

티타늄의 사용

 

 티타늄의 약 60%는 항공우주 산업에 쓰이고 있습니다.

엔진과 동체 등의 부품제작에 금속 자체나 합금으로 사용되고 있죠. 

바닷물에 부식되지 않는 특성 때문에 선박, 낚시 도구, 잠수부 칼 등에도 쓰입니다.

또한 생체 적합성이 탁월해 인공관절이나 치과 임플란트 등 의료기기에서도 각광을 받고 있습니다.

 채굴된 티타늄의 대부분은 이산화티타늄(TiO2)의 제조에 쓰이는데요.

이산화티타늄(TiO2)은 밝고 굴절율이 커서 흰색 안료에 쓰입니다.

분말상태로는 불투명하기 때문에 고무나 치약 속에 첨가되어 불투명한 느낌을 줄 때도 사용합니다.

또 고체의 표면에 얇게 입히면 빛을 잘 반사하는 성질이 있어서 유전체 거울이나 모조 보석 제조에도 이용됩니다.

 

 

 

이산화티타늄을 입힌 제품의 표면은 친수성으로 공기 중의 물 분자를 흡수하여 얇은 층을 형성하는데요.

따라서 오염물질이 표면에 붙는 것을 막아주는 역할을 합니다.

이러한 장점 때문에 청소가 필요없는 유리창이나 물로 쉽게 청소되는 타일 등에 쓰입니다.

또한 자외선을 흡수하는 성질까지 있어 햇빛 차단제로 사용되고 있으며 살균제로도 이용합니다.

 

지각에 많이 포함된 원소로 항공우주제품에 높은 고층빌딩에.. 하늘과 땅의 조합 속에 태어난 원소라고 할 수 있겠네요. 

새로운 용도를 찾아 개발이 계속되고 있다고 하니 기대가 되네요.

 

선생님의 한마디

신비의 금속이라 불리우는 티타늄은 높은 생산단가 때문에 널리 쓰이긴 어려웠죠.

그러나 3D 프린터에 티타늄 분말을 사용하게 되면서 다시 각광받기 시작했습니다. 

이에 비례하듯 최근 티타늄을 재활용 할 수 있는 기술도 개발되어 이목을 집중시키고 있죠.

이 기술은 금속 가공 중에 발생하는 티타늄 조각을 재활용하는 방법인데요.

금속 가공과정에서 가스와 불순물이 오염되어서 산소와 강하게 결합하는 티타늄을 분리시키지 못했던

예전의 기술의 한계를 극복하여 전자기유도장치와 수소플라즈마로 

산소를 떼어내는 방법입니다. 재활용 기술과 새로운 용도까지 개발되어 앞으로 꿈의

금속의 역할을 톡톡히 할 전망입니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

블로그 이미지

화통이

소통이와 화통이가 전하는 화학 이야기. 세상에 빛을 더하는 정밀화학 이야기를 들려 드립니다 :) Leading Fine Change

 

 

 

티탄은 그리스 신화에 등장하는 거대하고 강력한 신의 종족으로, 올림포스 신들이 세상을 지배하기 전, 황금 시대를 다스린 거인 족의 12신입니다. 어머니인 가이아(땅)의 부추김을 받아, 막내 아들 크로노스(시간)을 중심으로 아버지 우라노스(하늘)를 몰아내고 세계를 지배했습니다.

 

이런 거대하고 강력한 신을 따서 이름 지어진 원소가 있었으니, 바로 1791년 발견된 타이타늄입니다.

 

 

어마어마한 이름에 걸맞게, 타이타늄은 그 자체만으로도 가벼우면서도 아주 단단하고 바닷물을 견딜 정도로 내부식성이 강하고, 알루미늄, 몰리브데넘, 망가니즈, 철 등의 금속과도 가볍고 단단하며 고온에 잘 견디는 합금을 만들어 내어 활용도가 매우 높습니다. 냉전시대에 구소련에서 타이타늄을 항공기와 잠수함의 엔진, 부품 재료로 사용되면서, 군사용 신소재로 주목 받기 시작했습니다. 이런 역사적 배경을 바탕으로 현재에도 금속 타이타늄의 60% 가량이 항공 산업에 쓰이고 있답니다.

 

초고도 운항 시, 마찰열로 인해 기체 외부 온도가 300도까지 올라가기 때문에

항공산업에서는 타이타늄이 많이 쓰입니다!

 

1997년, 미국 건축가 프랭크 게리가 티타늄을 스페인 빌바오 구겐하임 미술관의 주재료로 사용하면서 티타늄이 가진 재료학적 미학이 재조명 받게 되었습니다. 0.5mm 두께로 얇게 자른 티타늄 패널 3만 3,000여 개를 이어 붙여 만든 외관은, 티타늄의 빛 반사율 때문에 시시각각 다양한 아름다움을 자랑합니다.

 

우리 일상에서 타이타늄은 임플란트, 치과 인공관절, 인공심장박동 조절기 등에 쓰이고 있습니다. 군사용, 산업용으로 쓰이던 타이타늄이 어떻게 병원에서 쓰이게 되었을까요?

 

 

1952년, 스웨덴 의사 페르-인그바르 브로네마르크는 골수가 혈액세포를 어떻게 만들어내는지 연구하고 있었습니다. 골수의 혈액 세포 생성 과정을 직접 보고 싶었던 브로네마스크는 토끼 넓적다리에 구멍을 뚫고 그 위에 강한 빛이 통과할 정도로 얇은 타이타늄 창을 씌웠습니다. 그런데, 실험이 끝난 후 신기한 일이 일어났습니다. 값 비싼 타이타늄을 다른 실험에 재사용하려고 했지만, 타이타늄이 뼈에 단단히 붙어 떨어지지 않았던 것입니다. 반복해서 같은 현상이 일어나자, 이를 신기하게 여긴 브로네마르크는 오랜 연구 끝에 몸의 면역계가 타이타늄에 거부반응을 보이지 않는다는 사실을 발견했습니다. 그리고 이렇게 타이타늄이 염증을 일으키지 않고 골조직에 구조적으로 결합하는 현상을 골유착 현상(혹은 골융합 현상) 이라고 명명하였지요. 이를 시작으로 타이타늄은 보철술 분야에 널리 쓰이게 되었습니다.

 

여러모로 우리에게 많은 도움을 주는 타이타늄. 항공기, 선박 등에 쓰이는 차갑고 시크한 금속 이기도 하지만, 우리 몸에 따뜻하게 안착해 생활에 편리함을 제공해주는 금속입니다. 물론, 공항 검색대를 지날 때마다 인공관절 수술 환자임을 증명해야 하지만, 많은 사람들에게 잃어버린 가치를 되찾아 주는 고마운 원소임을 잊지 말아야 겠습니다!

블로그 이미지

화통이

소통이와 화통이가 전하는 화학 이야기. 세상에 빛을 더하는 정밀화학 이야기를 들려 드립니다 :) Leading Fine Change

티스토리 툴바