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FINE_CHEMI 2015. 6. 23. 13:47

<과학교사가 알려주는 원소이야기 3.> 불꽃같이 톡톡튀는 원소, 리튬

   

 

 

<과학교사가 알려주는 원소이야기 3.> 

 불꽃같이 톡톡튀는 원소,리튬

 

 

 

 

여러분 안녕하세요과학교사 정은희입니다. 매년 9월에서 10월 사이에 여의도에서 열리는 불꽃축제 가보신 적 있으신가요? 아름다운 색깔의 빛들이 밤하늘을 수놓는 그 광경이 너무 멋져서 넋을 놓고 쳐다보게 되는데요. 팡팡 터지는 불꽃을 보자 생각나는 원소가 하나 있더라구요. 아마도 이 원소의 불꽃색도 저 하늘 어딘가를 수놓기 위해 쓰이겠죠? 톡톡튀는 원소, 리튬을 소개합니다.

 

 

 

리튬의 반응성

 

 

 

 

여러분은 불꽃 색을 어떻게 다르게 하는지 아시나요?   하늘에 쏘아  올리는 공 안에 ‘별’이라는 공간이 있어요. 이 별을 어떻게 채워 넣느냐에 따라 불꽃의 모양이 변하고, 어떤 원소를 넣느냐에 따라 색이 달라진답니다! 특히 빨간 불꽃은 ‘별’안에 ‘리튬’을 넣어서 만들어지는 거에요. 왜 리튬은 빨간 불꽃을 내는 걸까요? 지난번에 게시글을 참조하시면 이해하시기가 쉬울거에요~

 

                             빨주노초파남보 다양한 색깔의 불꽃! 그 원리는?

http://www.finelfc.com/263

 

그럼 이제 우리 같이 빨간 불꽃의 주인공, 리튬에 대해서 알아보는 시간을 갖도록 해요.

리튬은 물과 반응하여 수산화물과 수소 기체를 생성한다는 공통점을 가지는 알칼리 금속 중

하나입니다.

 

리튬의 물에서의 반응성을 보여주기 위해 실험을 할 때는 아주 작은 크기로 잘라서 사용해야 합니다. 금속을 어떻게 자르냐구요? 알칼리 금속은 상온에서 고체지만, 연해서 커터칼로 쉽게 자를 수 있습니다., 그렇지만 자르자마자 보이는 단면은 반짝반짝 광택을 띄다가 산화되어 금방 불투명한 은백색 또는 회색이 되버리죠. 공기와도 반응할 만큼 반응성이 뛰어다는 것을 알 수 있어요! 물보다 낮은 밀도인 리튬은 물에 떠서 반응하는데 이때 발생하는 열에 의해 수소 기체가 연소하여 불꽃이 생기기 때문에 실제 실험에서는 주의해주세요!

 

 리튬이 치료제?!

 

리튬은 의료 목적으로도 쓰이는데요. 신경세포의 흥분을 진정시키기 때문에 조병 조절제로 사용되기도 합니다. 하지만 치료효과를 나타내는 유효용량과 독성 용량의 차이가 없어 조금만 과하게 복용해도 부작용이 발생할 수 있어 반드시 의사의 처방이 필요하답니다.

 

 

 에너지원 리튬

 

 

리튬! 하면 제일 먼저 떠오르는 용도는 뭐니뭐니해도 전지입니다. 리튬은 가벼운데다 에너지밀도가 높기 때문에 전지의 경량화에 크게 기여했습니다. 게다가 급속 충전이 가능하고 한 번 충전으로 장시간 사용이 가능하기 때문에 휴대용 전자 기기에 널리 사용되고 있는 중이죠.

 

현재는 리튬 2차전지가 급부상하고 있습니다. 2차 전지는 역반응이 일어나 재충전이 가능한 원리를 이용한 것입니다. 방전과정의 반대과정을 거쳐서 계속 사용이 가능한 것이죠.

리튬이 사용되는 2차전지로는 리튬-산화망간 전지, 리튬-산화코발트 전지, 리튬-고분자 전지 등이 있습니다. 계속적인 사용이 가능하고 가볍고 용량이 큰 리튬 2차전지는 앞으로 휴대용 전자기기나 전기자동차에 널리 쓰일 계획입니다.

 

금속원소이기 때문에 공업용으로만 사용될 줄 알았던 리튬, 굉장히 직선적이고 딱딱한 성질을 지닐 것 같았는데, 이곳 저곳에 다양하게 쓰이고 부드럽고 융통성이 있는 원소였어요! 놀랍지 않나요?

앞으로 전자기기 산업이 더 크게 발전할텐데, 리튬의 역할이 점점 중요해지겠어요.

삼성정밀화학에서도 양극활물질 등 전지소재 개발을 하고 있다고 하는데요. 앞으로의 삼성정밀화학의 전지소재 분야도 많은 관심 부탁드립니다.

 

 

 

 

 

선생님의 한마디

리튬의 불꽃이 왜 빨간색일까요?! 좀 더 과학적으로 접근해볼게요!

그림과 같이 전자(파란색)는 특정한 에너지를 가진 궤도에서 원운동합니다. 전자가 궤도를 점프할 때 두 궤도 사이의 에너지 차이만큼 에너지를 흡수하거나 방출이 일어나죠! 원자핵에서 멀리 떨어져 있을수록 에너지 크기 때문에 큰 궤도를 돌고 있는 많은 에너지를 보유한 전자가 작은 궤도로 이동하면 남는 에너지를 방출해야 합니다.  예를 들면 6의 에너지를 가지고 있는 전자가 1의 궤도로 오려면 5만큼의 에너지를 방출해야 한다는 것입니다.

전자들이 선호하는 상태는 에너지가 많은 상태가 아니라 에너지가 가장 낮아서 안전한 형태입니다. 되도록이면 원자핵에 가깝게 붙어있고 싶어한답니다.

 

만약 우리가 금속 원소를 불 속에 넣으면 원소는 에너지를 얻어서 원자에도 에너지가 전달되게 됩니다. 그러면 에너지가 낮은 전자들이 열을 받아 높은 궤도, 즉 바깥방향으로로 이동하게 됩니다. 하지만 전자들은 안정된 상태를 선호하기 때문에 다시 제자리, 낮은 에너지 궤도로 돌아가려고 합니다.

리튬의 경우 전자가 원자핵으로 가까이 떨어질 때 그 궤도의 차이가 궤도 중 가장 낮고 그 영역이 가시광선을 나타내기 때문에 붉은 빛을 방출하는 것이랍니다.

 

 

 

 

 

 

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