값비싼 다이아몬드의 대체품 큐빅의 원료, "지르코늄(Zr)"

 

안녕하세요~ 화통이입니다!

 

지난 시간 저 화통이와 함께

39번 원소 다른 금속을 더 강하게 해주는 원소, '이트륨'에 대해 알아보았죠?

 

오늘 소개해드릴 원소는

값비싼 다이아몬드의 대체품 큐빅의 원료, 40번 원소 "지르코늄(Zr)"입니다

 

결혼식 날, 두사람의 영원한 사랑을 의미하는 
'다이아몬드' 반지를 서로에게 건네는 장면, 많이들 보셨을텐데요
영롱한 빛과 깨지지않는 단단함을 자랑하는 다이아몬드는

사실 우리가 평소에 착용하는
악세사리에는 많이 부담되죠
(그 값이 정말 후덜덜...)

 

이 때문에 예쁜 디자인의 쥬얼리의 경우,

다이아몬드 대신 '큐빅'이라는 물질을 대체하여 사용하는데요

 

큐빅은 굴절률이 높아 다이아몬드와 광채가 유사하고,

거의 모든 색상의 스톤이 생성된다는 점에서
다이아몬드의 대체품으로 활용되고 있는 것이죠

 

이런 큐빅은 바로 오늘 함께 알아볼 '지르코늄'의 산화물인

큐빅 지르코니아(cubic zircornia)로 만들고,

 

또한 지르코늄 광석의 일종인 지르콘(규산 지르코늄)은

예부터 중동 지역에서 보석으로 귀중하게 사용된다고 하네요

 

그럼 지금부터 오늘의 주인공 지르코늄에 대해 좀 더 알아보도록 할까요?

 

 

 

 

□ 지르코늄의 발견

지르코늄은 1789년 독일 화학자 클라프로트에 의해 처음 존재가 드러났습니다
지금의 스리랑카에서 채취한 지르콘(자곤,zargun) 광석에서

새로운 산화물을 발견했는데,
이를 발견한 원석의 이름인 '지르콘'에서 이름을 따

'지르코니아'라고 부르고, 그 속의 금속원소를 '지르코늄'이라고 명명하게됩니다

 

하지만 이때의 지르코늄은 순수 지르코늄이 아닌 다른 물질과 혼합된 형태였고,
이를 분리하기 위해 영국의 데이비, 스웨덴의 베르셀리우스 등

내로라 하는 화학자들이 도전했지만 순수한 상태의 분리는 성공하지 못했는데요
(그래도 베르셀리우스는 불순한 상태이긴 하나 분리하는 데에는 성공했다고해요!)

 

순수한 상태의 지르코늄은 최초 발견으로부터 100여년이 더 지난 1925년이 되어서야
네덜란드의 화학자 반아르켈과 드보어가 '아이오드화 법'을 통해 분리되었고,
비로소 지르코늄의 상업적 생산이 시작될 수 있었다고 합니다
(사아이오드화 지르코늄(ZrI4) 기체를 뜨거운 텅스텐 필라멘트 위에서 열 분해하는 방식)

 

 

 

 

□ 지르코늄의 특징

 

금속 지르코늄은 광택이 나는 은회색을 띠고 있으며,

무른 성질과 함께 전성과 연성이 큰 금속입니다

하지만 산소, 질소와 같은 불순물이 미량으로라도 포함되면

단단하고 잘 부서지지 않는 성질을 갖고 있는데요

이 때문에 다른 원소가 첨가된 지르코늄은 높은 온도에서도 매우 강해
'원자로 부품'과 같은 고온,고압에 노출되는 현장에 사용된다고 해요

 

또한 지르코늄은 산, 염기 등 여러 화학 물질에 대한 내부식성이 우수하고,
가공성, 강도, 열 전달 특성이 좋다는 특징을 가지고 있습니다

 

 

 

 

□ 지르코늄의 활용

 

먼저 금속 형태의 지르코늄은

대부분 원자력 발전소의 원자로를 만드는 데 사용된다고 하는데요

이는 중성자를 거의 흡수하지 않는 지르코늄의

독특한 성질과 열에 강한 내구성 때문이죠

 

다만 지르코늄은 고온에서 물과 반응성이 높아

대량의 수소를 발생시키는데
아시다시피 수소의 폭발력은 엄청나기에

지르코늄이 포함된 원자로는 제때 식히는 것이 무엇보다 중요하답니다

 

이 밖에 지르코늄 합금은 내열성과 내부식성이 매우 뛰어나

각종 산업에서 중요하게 사용되는데요
강한 내열성은 우주 왕복선의 내열재,

총알, 포탄의 탄두를 제작하는 데 용이하고,
강한 내구성은 고강도 정밀 세라믹 제품을 만드는 데 많이 이용됩니다

 

끝으로 지르코늄은 생체친화적인 특징이 있어

인공치아, 인공 관절 등 우리 몸의 일부를

대체하는 재료로도 많이 사용되죠

 

 

 

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지금까지 값비싼 다이아몬드의 대체품 큐빅의 원료,

"지르코늄(Zr)"에 대해 알아보았습니다

 

다음 '화학원소, 그것이 알고싶다'에서는

혼란스럽고 흥미로운 역사를 가진 원소, 나이오븀(Nb)에 대해 알아보도록 하겠습니다