<이미지 출처 : 위키피디아 Flame test for rubidium 검색결과>

 

안녕하세요, 화통이입니다!

지난 시간 저와 함께 36번 원소 '숨겨져 있는'이라는 어원을 가진, 크립톤'에 대해 알아보았죠?

오늘 소개해드릴 원소는 이름마저 붉은 37번 원소 "루비듐"입니다


루비듐이라는 단어를 처음 들었을 때 저는 

붉은 색의 아름다운 보석 '루비'가 가장 먼저 떠올랐는데요
루비안에 루비듐이 들어있지 않을까 생각했지만,

실제로 루비듐 원소는 전혀 포함되어 있지 않다고 합니다

(머쓱)

 

루비듐이라는 이름이 붉은 색을 뜻하는 라틴어 'rubidus'에서 유래된 것을 보면

그저 '붉다'라는 공통점이 있지 않을까 싶네요

그럼 지금부터 오늘의 주인공 루비듐에 대해 알아보도록 할까요?

 

 

 

 

루비듐은 1861년 독일의 화학자 분젠(Robert Bunsen)와

키르히호프(Gustav Kirchhoff)에 의해 발견되었습니다

 

이들 둘은 분광기(分光器)를 발명한 것으로 유명한데,

분광기란 가열된 원소에서 나오는 빛을 프리즘으로 분산시켜 원소의 스펙트럼을 얻는 장치를 말해요

 

이들은 이 장치를 통해 광천수에서 푸른 스펙트럼 선을 내는 새로운 원소 '세슘'을 먼저 발견하고,

수개월 후 인운모(lepidolite, 화학적 조성)에서 진한 붉은색의 스펙트럼 선을 내는

또 다른 새로운 원소를 발견되는데 이를 루비듐(rubidium)이라 명명함으로써

루비듐이 세상에 등장하게 되었답니다

 

 

 

<이미지 출처 : 위키피디아 https://en.wikipedia.org/wiki/File:RbH.JPG>

 

루비듐은 고체 상태에서는 아주 무른 은백색의 금속이지만,

불꽃 반응시에는 붉은색 불꽃으로 반응한답니다

 

지각에서는 16번째로 많이 존재하는 원소이지만,

반응성이 높아 천연상태에서는 화합물로만 확인할 수 있다고 하네요

 

가장 큰 특징으로는 녹는점이 39ºC 에 불과하다는 것인데요
따라서, 무더운 여름날에는 녹을 수 있다고 볼 수 있겠네요

(이는 초콜렛보다 약간 높은 수준이랍니다)

 

생명체에 꼭 필요한 원소가 아닌데다가 용도가 그리 많지 않은 원소이다보니

대부분의 사람들에게는 굉장히 낯선 원소처럼 느껴질 것 같아요

 

 

 

 

루비듐은 세슘과 화학성질이 유사해 그 활용처가 비슷한데,

세슘이 루비듐에 비해 생산량이 많아 세슘을 선호하는 경향이 큰 편이에요
이 때문에 루비듐을 활용하는 상업적 용도는 손에 꼽을 정도입니다

 

그래도 대표적인 활용사례를 몇 가지 꼽자면 먼저 '원자시계'를 이야기해볼 수 있습니다
원자시계는 원자나 분자의 고유 진동수가 영구히 변하지 아니한다는 것을 이용하여 만든 특수 시계
중력이나 지구 자전, 온도 등에 영향을 받지 않아그 정확도가 매우 높은 시계입니다

 

루비듐 시계는 세슘 시계에 비해 간단하고, 소형으로 휴대가 가능하며, 수명이 길다는 장점이 있지만
세슘 시계에 비해 안정도와 정밀도가 다소 뒤떨어진다는 단점도 있어요

 

또한, 루비듐은 광전지(photocell) 및 광전지 장치에도 사용되는데
이는 빛을 받으면 쉽게 전자를 내어놓는 특성때문이라네요

 

이 밖에 혈구에 잘 흡수되고, 자기공명영상장치(MRI)에 쉽게 검출된다는 특징에 따라

혈액 순환 추적에 사용되기도 하며
특수유리에 첨가되어 안정성을 높이는데 사용되기도 한답니다

 

 


지금까지 이름마저 붉은 원소, 루비듐에 대해 알아보았습니다
다음 '화학원소, 그것이 알고싶다'에서는

화려한 불꽃놀이의 레드담당 '스트론튬(Sr)'에 대해 알아보도록 할게요!

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화통이

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

 

안녕하세요! 화통이입니다

지난 시간 저 화통이와 함께 35번 원소 '악취라는 어원을 가진, 브로민'에 대해 알아보았죠?

 

오늘 소개해드릴 원소는 영화 슈퍼맨의 고향인 크립톤 행성과 연관 있는 36번 원소 "크립톤"입니다
크립톤이라는 이름은 '숨겨져 있는'이라는 뜻의 그리스어 ‘kryptos’에서 이름을 따왔다고 하는데요

어떤 배경에서 이러한 이름을 갖게 되었는지 궁금하네요!

 

그럼 지금부터 오늘의 주인공 크립톤에 대해 알아보도록 할까요?

 

 

 

□ 크립톤의 발견

 

크립톤은 1898년 스코틀랜드 화학자 '윌리엄 램지'와 그의 조수였던 '모리스 트래버스'에 의해 발견되었습니다

 

이들은 액화 질소에서 질소와 산소를 증발시킨 뒤

남은 것을 끓게 하며 전류를 흘릴 때 발생하는 빛의 스펙트럼을 조사할 당시
이전에는 보지 못했던 밝은 황록색 선스펙트럼을 발견하고, 이것이 새로운 원소의 발견임을 직감했습니다

 

공기 중에 존재량이 극미량이며 오랫동안 발견하지 못했던 특성을 바탕으로

이들은 이 원소를 '숨겨져 있는' 이란 뜻을 가진 '크립톤'이라 명명했답니다

 

크립톤의 발견과 함께 이들은 몇 주일 안에 같은 샘플에서 '네온(Ne)'과 '제논(Xe)'을 발견하였고,

윌리엄 램지는 이후 비활성화 기체들을 발견한 업적으로 1904년 노벨 화학상을 수상하게 됩니다

 

유명 히어로 '슈퍼맨'의 고향인 '크립톤' 행성이 바로 수수께기 같은 원소인 '크립톤'과 관련있다는 사실 알고 계셨나요?

 

 

 

□ 크립톤의 특징

 

크립톤은 대기의 0.0001%만 차지하고 있는 매우 희귀한 원소이며,

액체 공기 100리터에서 겨우 한 방울의 액체 크립톤을 얻을 수 있다고 합니다

이처럼 공기 중에 들어 있는 양이 워낙 적다보니, 전 세계 연간 생산량도 약 8톤 수준에 불과하다고 하네요

 

또한 무색, 무취, 무미의 특성을 가지고 있으며, 반응성이 매우 낮아

발견 초기 거의 반응성이 없는 원소로 알려졌지만

1963년 불소와 반응시켜 불소화합물이 만들어지면서 일부 크립톤 화합물들이 만들어지게 되었습니다

 

 

 

□ 크립톤의 용도

 

크립톤은 우리 삶 속 백열전구와 형광등에 사용되고 있습니다
또한 크립톤은 네온이나 아르곤과 마찬가지로 '네온'관에 사용되고 있으며,

수은 증기와 함께 아주 밝은 흰색 빛을 내도록 설계된 형광등에도 사용되고 있답니다

 

또한, 짧지만 매우 밝은 빛의 펄스를 발생시키는 특성에 따라 크립톤은 아크 램프로 사용되어
야간 비행시 안전을 책임지는 '비행장활주로 유도등'으로 활용되고 있고요

 

이 밖에 백색광을 내는 크립톤 레이저는 각종 레이저 쇼와 홀로그램에 사용되고 있으며,

컴퓨터 칩의 아주 작은 소자를 부식시키는 데 사용되는 크립톤-불소 레이저로도 활용되고 있습니다

 

 


지금까지 오늘의 화학원소

슈퍼맨의 고향, '숨겨져 있는'이라는 뜻을 가진 원소, '크립톤'에 대해 알아보았습니다


다음 '화학원소, 그것이 알고싶다'에서는

이름마저 붉은 '루비듐(Rb)'에 대해 알아보도록 하겠습니다

 

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안녕하세요, 지난 시간 저 화통이와 함께 34번 원소 '달의 여신, 셀레늄'에 대해 알아보았죠?

 

오늘 소개해드릴 원소는 '악취'를 뜻하는 그리스어 ‘브로모스(bromos)’에서

름을 딴 35번 원소 "브로민"입니다
어떤 독특한 냄새가 나기에 이름까지 악취에서 유래됐을지 궁금한데요,

 

그럼 지금부터 오늘의 주인공 브로민에 대해 알아보도록 할까요?

 

 

□ 브로민의 발견

 

브로민은 20대 초반의 두 젊은 화학자 '앙투안 제롬 발라르'와 '카를 뢰비히'로부터

거의 동시에 독립적으로 발견되었습니다

 

프랑스의 발라르는 1825년 소금소택지에서 얻은 소금물에서 알려지지 않은 적갈색 액체를 추출하게 되는데요,
처음에는 이 액체를 요오드와 염소의 화합물이라고 생각했지만,

곧 이를 새로운 원소라 확신하고 연구한 끝에 1926년 그 결과를 논문으로 출간합니다

 

독일에서 화학을 공부하던 학생 뢰비히도 광천수에 염소를 가해 적갈색 물질인 브로민을 얻어내고,

연구 끝에 1927년 연구결과를 학술지에 발간하였습니다

 

두 사람은 브로민을 얻는데 사용한 재료만 달랐을 뿐 얻는 방법은 근본적으로 동일했고,

사실 최초의 발견은 사실 발라르 보다 뢰비히가 더 빨랐습니다

 

하지만, 먼저 공식적으로 연구결과를 발표한 발라르가 현재 브로민의 최초 발견자로 인정받고 있는데요

이런 사례를 보면 과학분야에서 연구결과를 공식적으로 발표하는 것이 참 중요하다는 걸 다시금 느낄 수 있습니다

 

 

□ 브로민의 특징

 

적갈색 원소인 브로민은 상온에서 액체상태인 두 원소 중 하나입니다(다른 하나는 수은)
브로민의 끓는점은 59℃ 이지만 상온에서도 증발하는데, 이때 눈에 보이고 자극적인 냄새가 나는 기체를 발생시킵니다
이 자극적인 냄새로 인해 '악취'라는 뜻의 그리스어 브로모스(bromos)에서 이름을 딴 브로민으로 명명되고,

우리나라에서는'냄새가 나는 원소'라는 뜻의 '취소(臭素)'라는 이름으로 불렸습니다

 

 

□ 브로민의 용도

우리 삶에서 브로민은 주로 '난연제'로 사용되어져 왔습니다.

난연제섬유 및 플라스틱 제품이 불에 잘 타지 않도록 하여 화재를 예방과 피해를 줄이는 물질을 일컫는 말입니다.

과거 커튼이나 소파 등에 쓰이기도 했지만, 최근에는 유독성 이슈로 일반 생활용품에서는 사용을 금하고 있는 추세입니다.

 

또한 브로민은 은과 결합하여 '브로민화은'의 물질로 '감광제'로 사용되어져 왔는데요,
이때 감광제과거 필름 사진을 현상할 때 쓰는 물질입니다.
우리가 잘 아는 '브로마이드'가 바로 이 브로민화은(영어:실버 브로마이드)에서 유래되었다고 합니다.

 

이밖에 19세기부터 20세기 초중반까지는 살충제, 살균제, 농약으로 쓰였고,

과거 질병 중 간질치료제로도 사용된 적이 있었다고 하지만
오늘날에는 앞서 말한 유독성으로 인해 다른 대체재를 사용하고 있습니다.

 


지금까지 오늘의 화학원소 '악취'라는 이름 뜻을 가진 원소, 브로민에 대해 알아보았습니다.
다음 '화학원소, 그것이 알고싶다'에서는 '숨겨져 있는' 이라는 뜻의 이름을 가진

'크립톤(Kr)'에 대해 알아보도록 하겠습니다.

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

 

안녕하세요! 화통이입니다.

그동안 우리에게 알기 쉽게 화학원소 이야기를 들려주셨던 정은희 선생님을 이어 

이제는 저 화통이가 여러분들께 원소이야기를 들려드리려 합니다.

 

 

오늘 소개해드릴 원소는 '달의 여신, 셀레네'에서 이름을 딴 34번 원소"셀레늄"입니다.

생소한 이름이지만 사실 셀레늄은 우리생활 곳곳에서 함께하고 있는데요,

그럼 지금부터 오늘의 주인공 "셀레늄"에 대해 알아보도록 할까요? 

 

 

□ 셀레늄의 발견

셀레늄은 종종 자연에서 다른 원소와 결합하지 않은 상태로 발견되는 원소입니다.

보통 황철석과 같이 황을 함유한 광석에 소량 포함되어 있으며, 셀레늄이 처음 발견된 것도 황철석 샘플에서였습니다. 

 

1817년, 스웨덴 화학자 ‘옌스 야코브 베르셀리우스’와 ‘요한 고틀리프 간’은
황철석에서 얻은 황을 공장 화로에서 태운 뒤 남은 찌꺼기를 조사하던 중,

휘발성이며 쉽게 환원되는 물질을 발견하게 됩니다.

 

처음 이들은 이 물질을 이미 35년 전에 발견된 텔루륨으로 생각하였으나,
이후 베르셀리우스는 분석을 통해 자신의 실수를 알아냈고 새로운 원소의 발견을 선언했습니다.
그는 그리스 달의 여신인 셀레네(Selene)를 따라 그 원소의 이름을 ‘셀레늄’이라고 지었습니다.

 

재밌는 사실은 베르셀리우스가 셀레늄을 발견하기 500년 전,
스페인의 학자 ‘아르날두스 드 빌라 노바’도 같은 붉은색 황찌꺼기를 발견했지만

그것이 화학원소라는 것을 알지 못했다는 이야기가 있습니다.
이렇듯 과학에서의 발견이라는 찰나라라서 많은 과학자들의 희비가 엇갈리기도 하죠. 

 

 

 

 

□ 셀레늄의 활용

앞서 말씀드렸다시피 셀레늄은 우리생활 전반에서 자주 접하게 되는 원소 중 하나입니다.

 

먼저 우리가 자주 복용하는 비타민제, 항산화제와 같은 건강보조제에서 찾아볼 수 있는데요,
이는 셀레늄이 체내의 여러 가지 작용에 필수적인 미량 무기질이며 항산화 물질이기 때문입니다.
하지만 지나치게 섭취할 시 오히려 탈모, 구토, 어지럼증
전형적인 중금속 중독 증상이 나타나기 때문에 반드시 필요한 양만 섭취하도록 주의해야 합니다.


산업분야 속 셀레늄은 레이져 프린터, 복사기와 같은 다양한 광학기기에 활용되고 있습니다.
과거에는 빛을 전기로 변화시키는 광전지에도 사용되었으나,

최근에는 에너지 효율이 적다는 단점으로 다른 물질로 대부분 대체되었다고 하네요.

이 밖에 다른 물질들과 반응시켜 화합물로서 색유리 제조, 합성고무의 내마모성 향상 등에도 사용된다고 합니다.

 

 

지금까지 오늘의 화학원소 '달의 여신, 셀레늄'에 대해 알아보았습니다.

 

다음 '화학원소, 그것이 알고싶다'에서는

우리나라에서 '취소(臭素, 냄새가 나는 원소)'라고 불렸던 독특한 원소인 브롬(Br)에 대해 알아보겠습니다.

 

 

 

<참고 서적 : 「사진으로 이해하는 원소의 모든 것 118원소」(출판사:지브레인)>

 

 

 

 

 

안녕하세요! 화통이입니다.

 

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<과학교사가 알려주는 원소이야기 32.

 비상()의 원소, 비소>

 

 

안녕하세요. 과학교사 정은희입니다.

그리스의 철학자 소크라테스는 신의 존재를 부정하고 젊은이들을 타락하게 만든 죄로 사상을 포기할 것인지

독약을 마실 것인지 선택의 기로에 놓이자 그는 독약이 든 잔을 받고 죽음을 선택합니다.

여기서 소크라테스가 받아마신 잔은 서양의 사약으로 독당근이 든 액체였습니다.

그렇다면 사약에 사용되었다고 알려진 이 원소는 대체 어떤 성질을 가지고 있는지 알아볼까요?

 

 

 

 

비소(As)의 발견

 

비소(As)는 '과학의 박사'라고 불리웠던 알베르투스 마그누스가 처음 분리해서 발견했던 것으로 알려져있습니다.  하지만 이 때는 순수한 비소의 형태가 아니었으며 순수한 비소 원소를 얻는 방법을 찾은 사람은 독일의 쉬뢰더였습니다. 그는 비소 산화물과 숯을 가열하여 비소를 얻었습니다

비소(As)의 명명은 꽤 오래전으로 거슬러가는데, 고대 때부터 안료로 사용한 비소는 기록이 전해지고 있으며 그 당시 노란색 안료를 일컬었던 ‘arsenikon’에서, 라틴어로는 'arsenicum', 불어로는 'arsenic'으로 불리게 되었으며 영어로는 'arsenic'이 되었다고 합니다.

 

 

 

비소(As)의 화학적 성질

 

비소는 금속과 비금속의 중간 성질을 띄는데요. 비소는 회색, 노란색, 검정색 3가지가 있는데 회색 비소가 가장 많이 사용됩니다. 회색 비소는 쉽게 부서지고 승화되는 성질이 있는데  수분이 있는 대기에서는 황동색을 띄다가 검게 변한다는 특징이 있습니다. 또한 승화된 비소 증기는 청백색 불꽃색을 지니며 특이한 냄새를 지니고 있습니다.

 

 

 

 

파리스 그린(Paris Green)과 나폴레옹

 

파리스 그린(Paris Green)은 이름 그대로 파리에서 만들어진 색깔이고, 화학식은  (CH3CO2)2ㆍ3Cu(AsO2)2 학이며, 아세트산아비스구리로 불립니다. 이 아름다운 색상을 좋아하는 사람이 있었으니 바로 "내 사전에 불가능은 없다"라고 외친 나폴레옹입니다. 나폴레옹은 세인트 헬레나 섬에 유배가게 되고 1821년 그가 사망할 때까지 섬 안에 있는 롱우드 하우스에서 머물렀습니다. 나폴레옹이 사망하고 난 뒤 독살설 등 각종 소문이 난무했고 바로 부검을 실시한 결과 사인은 위암으로 결론나는듯 했습니다. 그로부터 한참이 지난 뒤 나폴레옹의 머리카락을 분석한 결과 정상 수준보다 훨씬 큰 비소가 포함되어있다는 것이 밝혀집니다. 그는 왜 비소에 중독되었던 것일까요? 나폴레옹이 비소에 많이 노출된 이유는 바로 집에 원인이었습니다.  창문, 문, 벽 등에 비소를 함유한 파리스 그린 안료가 상당 부분 쓰였고, 결국 그는 비소중독증상에 시달렸다는 것이 알려졌습니다.

 

비상과 사약

삼산화비소(As2O3) 는 비소화합물 중 가장 많이 알려진 물질로, 우리말로 비상이라고 합니다. 비소가 연소되거나, 높은 온도에서 반응하였을때 발생하는 물질로 사극 드라마에서 쓰인 사약의 성분이라고 들어보셨을 것 같습니다. 사약은 주로 왕족이나 사대부들이 죄를 지었을 때의 내려진 형벌로 몸 속에서 들어가면 세포의 호흡을 방해해서 세포를 죽게 만듭니다. 예전에는 사약을 많이 쓰였다면 지금은 살충제, 제초제 등에도 사용하기도하고 순기능을 살려 면역질환을 치료하는 치료제로도 사용하기도 합니다.

비소의 독성

비소에 장시간 노출되면 메스꺼움, 구토를 일으킬 수 있고 공기든 액체든 인체 내에 들어올 경우 암을 유발할 수 있다고 합니다.

20세기에 접어들면서 방글라데시나 인도에서 비소 중독 증상이 많이 발견되었는데 지하수 오염에 의한 발병이라고 밝혀졌었습니다. 세계 보건기구에서는 비소 농도 상한선을  0.01mg/L로 정하고 있는데 이는 자연적으로 정화될 경우 가능한 수치이며, 각종 화합물로 오염될 경우는 이 수치를 넘을 수 있어 비소화합물의 사용은 산업적으로 제한하고 있습니다.

 

 

 

 

선생님의 한마디

올해 초 국내 연구진에 의해 금속 제련 시 가장 많이 발생하는 비소의 독성을 낮추는 박테리아가 발견되었다고 하는데요. 아비산염이나 비산염으로 존재하는 비소화합물은  0.1∼0.3g이 치사량으로 알려져있습니다. 이번에 발견한 박테리아는 이 치명적인 아비산염을 산화시키는 능력이 있으며 pH 3.8의 강한 산성조건에서도 살아남는 것으로 확인되어 토양오염을 상당 부분 개선해줄 것으로 기대를 모으고 있습니다. 산업단지 토양에 우선적으로 활용하여 중금속 오염을 예방했으면 좋겠다는 생각이 드는 뉴스였습니다.

 

원소를 알아가다보면 역사도 보이고 전반적인 산업구조의 변천사도 볼 수 있는데요. 매우 작은 원소 하나에 귀를 기울이는 것 만으로도 우리가 몰랐던 많은 사실들을 알 수 있어서 정말 유익하다는 생각이 듭니다.

지난 1년동안 알기 쉬운 원소이야기를 작성하며 저 또한 많이 배웠던 시간이었습니다.

그동안 알기 쉬운 원소이야기를 지켜봐주셔서 감사하다는 말씀 전해드리며, 앞으로도 유쾌발랄한 롯데정밀화학 블로그 많은 관심 부탁드립니다.

 

 

 

 

 

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<과학교사가 알려주는 원소이야기 31.

 기적의 원소, 게르마늄>

 

 

안녕하세요. 과학교사 정은희입니다.

혹시 게르마늄 원석에 대해 들어보셨나요?

아마 어르신 분들이 많이 찾으시는 건강팔찌의 주원료로 이용되고 있기도 해서 한번쯤 보셨을 수도 있는데요.

프랑스 루르드 성수에 이 원소가 있다고 하여 한 때 기적의 원소라고 불리기도 했습니다.

어떤 특징을 가지고 있는 원소인지 같이 알아볼까요?

 

 

 

 

 

게르마늄(Ge)의 발견

 

저마늄(영어) 또는 게르마늄(독일어)로 불리는 이 원소는 1869, 드미트리 멘델레예프가 예견한 원소 중 하나인데요. 규소와 주석 사이에 존재할 것이라고 예측하여 에카-규소라고 불렀습니다. 당시 발견되지 않은 원소에 대해 명명하는 것에 대해 부정적인 의견들도 많았지만 1885년 독일 프라이부르크 광산에서 은의 함량이 높은 광석이 발견되고 빙클러가 그 광석에서 새로운 원소를 발견하게 되면서 이 원소는 실제하는 원소임이 밝혀집니다. 빙클러는 본인의 모국인 독일을 나타내는 라틴어  Germania’을 따서 'Germanium'이라고 명명하였습니다.

 

 

게르마늄(Ge)과 트랜지스터

 

게르마늄을 처음 산업에 이용하게 된 것이 바로 트랜지스터인데요. 트랜지스터는 반도체를 이용하여 전기 신호를 발생시키거나 증폭시키는 소자를 말하는데 1940년 쇼클리에 의해 게르마늄이 교류를 직류로 변환시킨다는 성질이 있다는 것이 밝혀져 트랜지스터에 활발히 사용되다가 고순도 규소 반도체가 개발되면서 게르마늄은 대체되었죠.

 

 

이산화게르마늄

 

게르마늄은 회백색의 금속으로 공기 중에서는 안정적이지만, 가열하면 산화가 일어나는 특징이 있습니다. 또한 염산이나 묽은 황산에는 용해되지 않지만 뜨거운 진한 황산이나, 알칼리 용액에는 용해되기도 하는데요. 공기 중에서 산화시키면 가장 산업적으로 많이 이용되는 이산화게르마늄 형태가 됩니다. 이산화게르마늄과 게르마늄이 함께 사용된 유리는 적외선 장치에 많이 이용되는데요. 적외선을 잘 투과시키고 굴절률이 높아서 야간 투시 장치 등에 사용되고 있습니다.

 

 

 

 

또한 이산화게르마늄은 흰 파우더 형태로 여러 고분자 중합에 촉매로 사용되고 있기도 한데요. 투명도가 요구되는 고분자 중합에 많이 사용되고 있으며 주로 PET 중합시에 사용되고 있으나 비용이 높다는 단점이 있습니다. 이 이산화게르마늄은 탄소가 포함되어 있지 않은 무기 게르마늄으로 인체에 사용은 불가합니다.

 

 

 

 

유기 게르마늄

대부분의 상황버섯, 홍삼, 마늘 등 약용식물 등에 게르마늄의 함유되어 있다고 알려져 있는데 음식에 들어있는 게르마늄의 형태는 유기 게르마늄입니다.

이 유기 게르마늄은 게르마늄과 탄소의 결합이 있는 화합물로 독성이 없는 것으로 식용으로도 쓰이는데요. 게르마늄은 인체에 필수 원소라고 알려져 있지는 않으나 면역력 강화에 좋고 암과 같은 질병치료에도 효능이 있다고 하여 건강기능식품 등 다양하게 상품화되어 있습니다.

다만 게르마늄의 효능을 과학적으로 입증하는 것에 대해서는 아직까지 의견이 분분하기도 합니다.

 

 

선생님의 한마디

 

전자산업에서도 게르마늄의 활용도는 계속 증가하고 있는데요, LED 및 반도체 등에도 사용되고 있고 최근에는 리튬이온전지에 이용할 수 있는 게르마늄 소재도 개발되었습니다. 게르마늄을 전극 소재로 이용하게 되면 많은 양의 리튬을 저장할 수 있어 충전과 방전을 1000회 이상해도 성능에 지장을 주지 않고 배터리의 연장을 실현할 것이라고 기대를 모으고 있습니다산업적인 측면이나 건강관리에 있어서도 적은 양으로 기적적인 큰 효과가 있다고 알려진 게르마늄, 앞으로도 또 어떤 새로운 분야에 적용될지 기다려지네요!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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<과학교사가 알려주는 원소이야기 30.

블링블링한 원소, 갈륨>

 

 

 안녕하세요. 과학교사 정은희입니다.

 형형색색의 아름다운 빛을 내뿜는 LED 블링블링하지 않나요?

LED는 조명 뿐만 아니라 TV, 신발, 옷 등에도 쓰이는데요. LED의 수요가 증가하면 바쁜 원소가 하나 있습니다.

그럼 그 원소에 대하여 알아볼까요?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

갈륨의 발견

 

 

갈륨은 1875년에 프랑스의 부아보드랑에 의해 섬아연석에서 발견되었습니다. 갈륨을 발견한 부아보드랑이 태어난 프랑스의 라틴명이 바로 Garllia인데 그 지역명칭을 따서 원소의 이름을 명명하였다고 합니다.

갈륨은 멘델레예프가 주기율표를 만들었던 당시 에카 -알루미늄으로 예언했던 원소 중 가장 먼저 발견한 원소인데요. 여기서 에카는 아래라는 뜻으로 알루미늄 아래 자리에 들어갈 원소라는 뜻을 지니는데 해당원소가 정확히 밝혀지기 전까지는 에카-알루미늄, 에카-규소, 에카-보론이라고 불렀다고 합니다.

 

 

갈륨의 성질

 

갈륨은 아주 무른 은색 금속으로 녹는점이 약 30℃로 손에서도 녹을 정도이며 끓는점은 2204℃로 매우 높아 온도 범위가 매우 넓은 금속입니다. 따라서 극단적으로 높은 온도를 재는 온도계에도 이용합니다. 또한 물과 같이 액체에서 고체로 변할 때 부피가 약 3.1% 늘어나기 때문에 단단한 용기에 보관하지 않습니다. 

 

 

 

 

비소화 갈륨(GaAs)의 이용

 

갈륨은 처음 발견 되었을 당시에는 특별한 용도가 없었습니다. 그러나 갈륨과 비소의 화합물인 비소화갈륨(GaAs)이 발견되면서부터는 엄청난 변화를 가져다주었습니다. 갈륨의 95% 이상은 이 비소화갈륨(GaAs)을 만드는데 사용하는데요. 비소화갈륨(GaAs)은 반도체에 주재료로 규소를 이용한 반도체보다 전자이동속도가 더 빠르게 만들어주며 열에 덜 민감하다는 장점이 있습니다. 이밖에도 초고속 논리칩이나 마이크로파 집적회로, 인공위성 등에 주로 이용되고 있습니다. 

 

반도체 이외에 비소화갈륨(GaAs)은 전기를 빛으로 직접 바꾸는 성질이 있어 LED 제작에도 많이 이용되고 있습니다. 전기를 빛으로 전환하는 효율이 높아 최고 90%까지 에너지를 절감할 수 있기 때문에 차세대 광원으로 주목받고 있는 발광 다이오드입니다. 갈륨을 이용한 TV, 조명기구, 전자기기 등 다양한 곳의 부품으로 쓰이고 있답니다.

 

 

갈륨은 다른 원소들과 같이 생물학적 역할은 없는 것으로 알려져 있습니다. 인체 내에서 하는 역할은 없지만, 장시간에 노출되면 피부염이 생길 수 있고, 혈액 세포의 생성이 감소하는 등 부작용이 있을 수 있다고 합니다. 실생활에서 노출될 일은 거의 없겠지만, 실험실 등에서 갈륨을 다루시는 분들은 주의하셔야 해요

 

 

 

 

 

 

 

선생님의 한마디

청색 LED의 아버지라고 불리우는 나카무라 교수는 2014년 노벨물리학상을 수상하였는데요. 그가 만든 청색 LED에 가장 큰 공헌을 한 것이 바로 갈륨나이트라이드(GaN)입니다. 나카무라 교수가 이 물질을 사용했을 때 많은 사람들은 그를 비난하며 손가락질 했지만, 그는 도전하였고 결국 노벨물리학상을 받을 만큼 혁신적인 공을 세우게 됩니다.

스웨덴 왕립과학 아카데미에서는 인류에 큰 공헌을 한 발명품으로 인정하였고, 청색 LED 개발방식이 백색광을 만드는데까지 영향을 주었습니다. 완전한 백색 LED 구현을 가능하게 만들어준 것이죠. 백색 LED는 빛의 혜택을 못받는 지역의 사람들에게까지 큰 도움을 줄 수 있어 큰 의미가 있다고 생각되네요.

인류에게 최대의 효율을 주는 LED, 갈륨이 없었다면 이런 혁신은 없었겠죠?

 

 

 

 

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

 

 

 

<과학교사가 알려주는 원소이야기 29.

자기 희생이 뛰어난 원소, 아연>

 

 

 안녕하세요. 과학교사 정은희입니다.

여러분은 '아연'하면 뭐가 떠오르시나요? 아연은 몸에 좋다! 몸에 필수적이다!라고 생각하는 분들이 많을 것 같은데요.

아연 영양제가 따로 있을 정도니까요. 그렇다면 아연이 우리 몸에서 어떤 기능을 하는지, 어떤 특성을 가지고 있는지 알아보도록 합시다~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

아연(Zn)의 발견

 

 

아연, Zinc는 오래 전부터 사용된 금속이지만 1746년 독일의 마르그라프가 처음으로 금속의 아연을 추출해냈습니다. 아연의 결정 형태가 포크의 끝처럼 뾰족하기 때문에 '포크의 끝'이라는 뜻을 지닌 독일어 Zinke따라 원소명을 지었습니다.

 

아연은 은백색의 단단한 금속인데요. 부서지기 쉬운 성질을 지녔지만 100~150℃에서는 전성과 연성이 증가하여 가는 선이나 판으로 가공할 수 있습니다. 습한 공기에서는 금속 광택을 잃고 탄산아연이라는 막을 만드는데, 이 막은 부식이 지속되는 것을 막아주는 역할을 합니다.

물과 공기 뿐만 아니라 여러 비금속 원소들과도 쉽게 반응하는데요. 아연은 이처럼 반응성이 커서 자연계에서는 대부분 섬아연석, 능아연석의 화합물 형태로 존재합니다.

 

 

 

 

아연(Zn)의 활용

 

아연 생산량의 약 50%는 철의 부식 방지를 위한 도금에 사용됩니다. 철에 아연을 도금한 것을 함석이라고 하는데요. 아연이 철보다 반응성이 크다는 이온화경향을 이용한 것이랍니다. 아연이 다 산화되기 전 까지는 철이 녹슬지 않기 때문에 철의 부식을 예방할 수 있죠.

 

지난 블로그 컨텐츠에 이온화경향에 대한 이야기를 다루었으니, 궁금하신 분들은 클릭!해보세요~

 

 

 

 

아연의 30%는 합금 제조에 쓰이는데요. 가장 많이 이용되는 것이 아연과 구리 합금인 황동인데요. 주로 금관악기, 오르간, 부품, 선박 등에 많이 사용됩니다. '자막(Zamak)'이라는 아연-알루미늄-구리-마그네슘 합금은 조성 비율에 따라 여러 종류로 나뉘는데요. 주로 자동차 부품, 지퍼, 수도꼭지 등 다양하게 이용되고 있습니다. 아연합금은 동전에도 사용되는데 우리나라의 50원 주화에 사용되고 있습니다.

 

 

 

 

아연 화합물 중 가장 많이 알려진 산화아연(ZnO)은 고무 생산할 때 시간을 단축하는 데도 사용되며, 독성이 없고 변색되지 않는 특성이 있어서 흰색 페인트 제조에도 사용됩니다. 또한 유리의 내구성을 향상시키는 특성을 가지고 있어서 유리, 도자기 등에 사용합니다.

 

 

 

 

 

생물체에 필수적 원소, 아연(Zn)

 

아연은 생체 내 함량이 전이원소 중 철 다음 중 가장 많다고 해요. 건장한 성인의 경우 약 2g의 아연이 있는데, 대부분 산소와 단백질을 구성하는 성분으로 생체 내에서 다양한 기능들을 수행하고 있습니다. 아연 단백질은 DNA의 유전 정보를 발현, 보존, 조절하며 세포의 자살을 조절하기도 합니다, 또한 항산화성분으로 알려진 아연은 세포들이 산화적인 손상을 입지 않도록 보호하고 근육이 빨리 회복되도록 돕습니다.

 

 

이처럼 아연이 체내에서 관여하고 있는 부분이 많기 때문에 섭취량이 부족하면 건강 상 문제가 발생할 수 밖에 없습니다. 아연 결핍은 영양 흡수 불량, 간질환, 신장질환, 면역기능 저하 등 다양한 증상을 초래할 수 있습니다. 특히 성장기의 아이들이 아연에 결핍되면 왜소증이 나타날 수 있고, 태아의 경우 정신적, 육체적 문제가 유발될 수 있다고 합니다.

 

반대로 중독이 될 경우도 문제가 되는데요. 아연 중독이 되면 입에서 단맛이 나고 복통, 설사, 구토 등의 증상이 이어집니다. 금속 아연으로 된 제품을 삼키면 이런 증상을 겪게 된다고 하니깐 아이들이 삼키지 않도록 주의하셔야 해요!

 

 

 

아연(Zn)이 함유되어 있는 식품

 

아연이 함유되어 있는 식품은 위의 그림처럼 상당히 많은데요. 보시다시피 육류, 곡류, 콩 등에 들어있습니다. 일상생활에서 쉽게 먹을 수 있는 음식재료인데요. 대하나 게에도 많이 들어있다고 합니다. 하지만 아연은 섭취량의 70% 이상이 몸 밖으로 배출된다고 해요. 그래서 더욱 잘 챙겨먹어야한답니다.

 

다른 금속을 보호하고 인체 내에서 효소 속에서 여러 역할을 도우는 아연은 정말 자기 희생이 투철한 원소인 것 같네요!

 

 

선생님의 한마디

일상생활에서 아연은 쉽게 섭취할 수 있지만 배출되는 것이 대부분이고, 인체의 나이가 증가할수록 아연이 결핍되기 쉬운 상태가 된다고 합니다. 그래서 나이를 먹을수록 미네랄은 잘 챙겨드셔야 되는데요. 아연은 남성분들에게 훨씬 중요하다고 합니다.

아연이 남성호르몬인 테스토스테론의 합성과 정자의 생성에 큰 도움을 주고 있기 때문이죠!

영양제로도 섭취할 수 있지만 식품을 통해서 섭취할 때, 비타민C와 함께 먹으면 효율이 극대화 된다고 하니 꼭 기억하시기 바랍니다.

 

 

 

 

 

 

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<과학교사가 알려주는 원소이야기 28.

통하였느냐, 구리(銅>

 

 

 

 

 안녕하세요. 과학교사 정은희입니다.

고대시대에서 금속을 다루는 문명의 문을 연 시대는 바로 청동기 시대였죠! 청동의 동은 무엇일까요? 여기서 '동'은 구리입니다.

동전은 구리로 만든 돈이라는 뜻을 가지고 있습니다. 그럼 얼마나 많은 곳에 구리가 사용되고 있는지 알아볼까요? 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

구리의 발견 및 명명

 

구리, copper는 고대부터 알려져 왔습니다. 가장 오래된 구리 제품은 기원전 8800년경 이라크에서 발굴된 구슬이죠. 정련이 시작된 것은 기원전 3000년경입니다. 역사가 참 오래되었죠? 어원은 구리의 산지로 유명한 키프로스 섬의 라틴어명인 Cuprum에서 유래되었습니다.

 

구리는 적갈색을 띠는 금속으로 자연계에서 모두 원소 상태로 발견됩니다. 연성과 전성이 아주 크고 비교적 무른 편에 속하죠. 순수 금속 중에서는 은 다음으로 열과 전기가 잘 통하는 특성을 가지고 있습니다.

실온에서 물과 공기에 반응하지 않지만, 가열하면 산화되어 주로 산화구리(Cu2O)가 됩니다. 습한 공기에서는 습기와 이산화탄소의 작용으로 푸른색 녹이 스는데, 이 녹이 방어막 역할을 하므로 더 이상의 부식은 진행되지 않는다고 해요. 고대의 구리 제품이 초록색을 띠는 이유랍니다!

 

 

 

 

 

구리의 이용

 

구리가 가장 많이 사용되는 곳은 전선입니다. 전체 사용량의 약 60%를 차지하죠. 두드려 얇게 펼 수 있는 전성이 좋고, 전기가 잘 통해서 전선으로 이용되는 것입니다. 전기제품의 회로, 배선, 케이블 등에 쓰이고 있습니다. 또한 열을 잘 통과시키고 분산시키기 때문에 전자기기의 방열기와 열 교환기로 사용되고 있습니다.

 

 

구리의 약 20%는 송수관과 지붕 재료로 사용되고 있습니다. 내부식성이 좋고 열이 잘 통하기 때문에 수도관과 난방용 배관 등에 많이 쓰이고 있습니다. 예전에 지어진 건물을 보면 지붕이 푸른 초록색을 띠고 있는 것을 볼 수 있을 거에요. 구리로 만들어진 지붕이기 때문에 시간이 흐르면서 습기와 반응하여 녹이 슨 것입니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

인체와 구리

 

구리는 인체에 필수적인 원소입니다. 체내에는 약 80mg의 구리가 주로 단백질에 결합된 채로 존재하고 있습니다. 뇌, 신장, 혈액 등에 많이 들어있죠. 산소운반과 전자 전달의 역할을 맡고 있어요. 산소를 운반하는 헤모글로빈의 필수 성분입니다. 이외에도 ATP합성에도 관여하며, 항산화 기능 촉진, 여러 효소 작용 등에 필수적입니다.


구리가 결핍되면 헤모글로빈과 적혈구 형성이 원활히 되지 않아서 빈혈이 올 수도 있습니다. 또한 뼈의 손상, 백반증, 성장 장애 등의 이상이 수반되죠. 하지만 일반적인 사람에게 구리 결핍증이 일어나는 경우는 드물다고 하네요! 게다가 구리는 독성도 거의 없어요. 너무 걱정하지 않아도 될 것 같네요!

 

우리나라 동전과 구리

 

현재 우리나라에서 사용되는 동전에는 모두 구리 합금이 들어있습니다. 1원 동전만 알루미늄으로 제작되었죠.

화폐 금속 중에서는 구리가 제일 싸기 때문에 많이 사용되었습니다. 10원짜리 동전을 신발 안에 보관하면 탈취효과가 있다고 하는데요. 이는 10원짜리 동전 안에 있는 구리성분이 항균작용을 하기 때문인데, 냄새와 세균증식을 억제할 수 있다고 하네요.

 

실제로 이런 구리화합물의 항균 성질을 이용해서 살충제나 곰팡이를 예방하는 항균제로, 또는 항균동의 침대 난간이나 세면대 등에도 이용한다고 합니다. 또한 어선과 선박 바닥에 구리 합금 피막을 입히는데요. 조개류가 붙어서 번식하는 것을 막기위함이라고 합니다.

 

 

구리가 없었다면 전선 보급이 어려워 지금처럼 전기를 쓰지 못했을 것입니다. 지금처럼 난방기구가 잘 구비되어 있지도 않겠죠? 전기와 열이 잘 통하는 동().  구리 같은 이해력으로 제 뜻이 잘 통하였기를 바라면서 포스팅 마치겠습니다 : )

 

 

선생님의 한마디

 

문어나 굴, 달팽이의 피의 색깔 보신적 있으신가요?

파란색인데요. 이 생물들의 혈액에는 헤모시아닌이라는 물질이 있어요. 이 물질은 구리를 대량 함유한 단백질인데 산소를 운반하는 역할을 합니다. 원래는 무색에 가까운데 산소와 결합하면 청색으로 변한다고 해요. 그래서 우리가 눈으로 볼 땐 갑각류나 연체동물의 혈액이 파란색인 것이랍니다!

 

 

 

 

 

 

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<과학교사가 알려주는 원소이야기 27.

합금의 왕, 니켈>

 

 

 

 

 

 안녕하세요. 과학교사 정은희입니다.

미국 5센트 동전이 어떻게 불리는지 아시나요? Nickel, 니클입니다. 동전에 니켈이라는 원소가 들어가기 때문이죠. 또한 니크롬선 (Nichrome wire), 백동(cupro-nickel) 등 이름에 니켈(Ni)이 들어가는 것이 많습니다. 그만큼 니켈이 여러 곳에 유용하게 쓰이고 있다는 거죠! 오늘은 니켈에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

 

 

 

 

 

니켈의 명명

 

니켈, nickel은 1751년 스웨덴의 크론스가 독일의 홍비니켈석 속에서 발견했습니다. 니켈이라는 원소 이름은 독일어로 홍비니켈석을 악마의 구리(Kupfernickel)라고 부른 것에서 유래했습니다. 이 광석을 정련할 때 발생하는 증기가 유독했기 때문입니다.

 

 

 

 

니켈과 스테인리스강

 

니켈 생산량의 약 2/3는 스테인리스강의 제조에 사용됩니다. 스테인리스강에는 다양한 혼합비가 존재하는데, 18%의 크롬에 8%의 니켈이 함유된 18-8 스테인리스강이 대표적이죠. 또한 철, 크롬, 니켈이 들어간 오스테나이트 스테인리스강은 내부식성이 좋고 가공과 용접이 쉬우며 고온에서도 사용 가능하기에 전체 스테인리스강 사용의 70%를 차지합니다. 이 물질에서의 니켈 함량은 4~22%입니다. 스테인리스강의 특징은 이전 포스팅에서 말씀드렸죠? http://www.finelfc.com/400

단단하고 부식성이 적기 대문에 전자제품, 주방용기, 건축 부품 등 다양하게 쓰이고 있습니다.

 

 

 

 

 

니크롬선

 

 니크롬(nichrome)은 60%의 니켈이 있어 온도에 따른 전기 저항의 변화가 적고 내열성이 좋아 전열기, 전기오븐에 이용됩니다. 인코넬(inconel)은 니켈을 주성분으로 하는 크롬, 철, 티타늄 등의 합금입니다. 내열성이 좋고 900℃에서도 산화되지 않으며 부식성이 적어, 제트기관 재료, 원자로의 연료용 스프링, 전열기 부품 등으로 사용됩니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

니켈-수소배터리[ Ni-MH-]

 

니켈카드뮴 배터리를 대신하여 보편적으로 가장 많이 사용하고 있는 충전지인데요. 니켈-카드뮴보다 무겁지만 많은 용량의 에너지가 저장되고 중금속으로 인한 오염문제를 일으키지 않아 친환경적이기도 합니다. 또한 이 배터리는 수명도 길어서 자동차에도 사용되기도 합니다.  

 

 

선생님의 한마디

가끔 금속에 대한 알러지를 가지고 있으신 분들 보실 수 있을텐데요. 니켈에 대한 알러지도 현대인에게 많이 나타나고 있습니다. 실제로 이때문에 장신구에 0.05%이상 니켈을 함유할 수 없도록 제한이 있는데요. 장신구 뿐만 아니라 스마트폰, 태블릿, PC 등 전자기기에도 니켈이 많이 포함되어 있습니다. 실제로 2014년 아이패드의 표면 코팅에 포함된 니켈 성분 탓에 어린이가 피부 발진을 일으켰다는 사례 보고가 나오기도 했었죠. 이 소년이 금속 알러지가 있었는데. 추적결과 이 소년이 사용한 아이패드의 뒷부분 표면 코팅에 니켈이 포함되었던 것으로 알려졌고, 케이스를 씌워 사용토록 한 결과 그 증상이 재발하지 않았다고 합니다. 니켈 뿐만 아니라 금속 알러지가 있으면 붓기, 가려움증, 수포 등이 나타날 수 있는데요. 긁으면 만성습진으로 발전할 수 있으니 바로 내원하시는게 좋겠습니다.

그리고 피부가 금속에 민감하신 분들은 전자기기는 예쁜 케이스도 많으니 하나 장만하셔서 써보시는게 어떨까요?

 

 

 

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