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화학이야기

원소로 보는 화학사 Vol. 003 ‘원자번호 3번 리튬을 소개합니다’

2017년 6월 8일

원소로 보는 화학사 원자번호 3번 ‘리튬’을 소개합니다 #원소 #리튬 #리튬의발견 # 아르프베드손 #희소성 #리튬의쓰임 #불꽃반응 #리튬이온_전지

지난번 ‘원소로 보는 화학사’에서는 원자번호 2번 ‘헬륨’을 소개해드렸는데요. 오늘은 원자번호 3번 ‘리튬’에 관한 재미있는 이야기를 해볼까 합니다. 그럼 이야기를 시작해 볼까요?


원자번호 3번 ‘리튬’을 소개합니다!

불꽃반응을 나타내는 알칼리금속

불꽃반응 [flame reaction]: 알칼리금속이나 알칼리토금속의 성분을 포함하는 물질을 겉불꽃에 넣으면 특유의 불꽃색이 나타나는 현상

리튬은 물에 뜰 정도로 금속 중에서 가장 가벼운 알칼리금속입니다. 리튬은 염화리튬과 염화포타슘의 혼합물을 전기 분해하여 생성되는데요. 알칼리금속을 불꽃 속에 넣어 열을 가하면 다양한 색의 불꽃을 내며 연소하는데 이것을 불꽃반응이라고 합니다. 원소마다 불꽃 색깔이 다르기 때문에 색으로 원소를 식별할 수도 있죠. 그중 리튬은 선명한 붉은색의 불꽃반응을 보입니다. 우리가 하는 불꽃놀이도 다양한 색채로 보이는 불꽃반응의 원리를 이용한 것인데요. 불꽃반응의 원리를 알고 불꽃놀이를 보면 더욱 흥미롭겠죠?

희소한 가치로 더 큰 주목

리튬은 전 세계 매장량의 70% 이상이 아르헨티나, 칠레, 볼리비아 등 남미 지역에 분포되어 있고 특히 볼리비아의 우유니 소금 사막 아래에 다량의 리튬이 매장되어 있다.

매장량이 현저히 적거나, 특정 지역에서만 많이 출토되거나, 아예 채굴 자체가 어려운 금속을 ‘화유금속(rare metal)’이라고 하는데요. 리튬은 대표적인 화유금속으로, 전 세계 매장량의 70% 이상이 아르헨티나, 칠레, 볼리비아 등 남미 지역에 분포해 있습니다. 따라서 리튬의 채굴권 문제는 국제적인 관심사이죠. 2010년에는 일본, 중국, 프랑스 등과 경쟁한 끝에 우리나라가 볼리비아와 리튬 채굴권 협정을 맺었는데 볼리비아가 돌연 리튬 산업 국유화를 선언하며 협정을 파기해 논란이 된 일도 있었습니다.

‘리튬’이 발견되기까지의 과정, 그리고 원소명의 유래

Johan August Arfwedson(스웨덴의 화학자 요한 아르프베드손, 1792~1841): 전기분해 장치가 불충분하여 금속 신원소 리튬을 추출하지는 못했지만 리튬을 최초 발견함

사진자료: Eye of Science

리튬은 가장 밀도가 낮은 고체 원소이면서 반응성이 강한 금속 중 하나인데요. 이런 리튬은 1817년 스웨덴의 25세 화학자 요한 아르프베드손이 발견했습니다. 당시에 아르프베드손은 원래 ‘페탈라이트’라고 부르는 반투명한 광물에서 ‘칼륨 화합물’을 찾고 있었는데요. 그러던 중 광물인 ‘스포듀민’과 ‘페타라이트’에서 리튬을 발견하게 된 것입니다. 그는 ‘페타라이트’를 화학적으로 분석하였고 그 안에 미지의 물질이 들어 있다는 사실을 확인했습니다. 그리고 이후 불꽃반응을 통해 새로운 원소 리튬의 존재를 밝혔습니다. 아르프베드손은 새로운 원소의 이름을 ‘돌, 암석’을 뜻하는 그리스어 리토스(lithos)에서 따와 ‘리튬’이라고 불렀습니다.

‘리튬’은 어디에 사용될까요?

리튬, 어디에 사용될까요?정신 질환 치료 의약품, 우주선이나 잠수함 공기세척기

리튬 화합물은 다양한 용도로 쓰이지만 대부분 휴대폰이나 노트북 등의 재충전이 가능한 리튬이온전지에 사용됩니다. 또한 전기 자동차에도 리튬이온전지가 쓰이고 있죠. LG화학은 국내 최초로 리튬이온 전지를 양산하기 시작했는데요. 앞서 말씀드렸던 휴대폰이나 카메라, 노트북에 사용되는 소형전지, 자동차용 전지뿐만 아니라 앞으로가 주목되는 에너지저장장치(ESS) 분야까지 진출하며 글로벌 시장을 선도하고 있습니다. 앞으로 전기차가 상용화되고 전력저장의 필요성이 증가되는 만큼 리튬의 수요가 크게 증가하겠죠?

리튬의 활용 영역은 이뿐만이 아닙니다! 리튬 화합물은 유리 성분의 녹는점을 낮추거나 유리나 세라믹 요리기구의 열저항을 증가시키기 위해 유리와 세라믹 산업에서도 널리 사용되고 있습니다. 그리고 탄산리튬의 경우에는 여러 가지 정신 질환 치료에 사용되는 의약품의 주성분이며, 알루미늄을 추출하는 데도 이용됩니다. 탄산리튬에서 탄소를 제거하여 만드는 수산화리튬은 우주선이나 잠수함 내의 공기 중에서 이산화탄소를 흡수하여 제거하는 ‘공기세척기’로 사용됩니다.


한 눈에 보는 ‘리튬’

사진자료: Eye of Science

오늘은 미래 기술로 주목받고 있으며, 동시에 전기 자동차 배터리의 주축이라고 해도 과언이 아닌 ‘리튬’ 원소에 대해서 소개해드렸습니다. 안타깝게도 많은 전문가들은 리튬이 2020년 무렵 고갈될 것으로 전망하고 있는데요. 그래서 이를 대체하려는 시도가 활발하게 이루어지고 있답니다. 다음 ‘원소로 보는 화학사’에서는 지구를 지탱하는 거대한 축 ‘탄소’에 대해서 소개해드릴게요. 많이 기대해 주세요!

 

도 다른 원소이야기가 궁금하다면? 원소로 보는 화학사 바로가기

 

<내용 출처>

  • 두산백과
  • 위키백과
  • 네이버 지식백과(인문과학, 사회과학 등)
  • 누구나 쉽게 배우는 원소 (그림으로 배우는 118종 원소 이야기)
  • 원소의 세계사 (주기율표에 숨겨진 기상천외하고 유쾌한 비밀들)
  • 원소가 뭐길래 (일상 속 흥미진진한 화학 이야기)
  • Big Questions 118 원소 (사진으로 공감하는 원소의 모든 것)

2개의 댓글이 있습니다.

  1. 김영겸

    대한민국의 발견(희토류 소비의 80% 가량을 차지하는 Big 5 가운데 하나인 Pr,프라세오디뮴,과 리튬)된 지역을 포함한 해당지층에서 추론된 리튬매장량은 최소한 200개의 광구(광구당 3Km2)로 제한시켜도 약 1.8억 톤이다. 따라서 이에 대한 연구 작업은 일차적으로 확인된 XRD결과로, 희토류원소광물(REE 중 Pr함유광물, Fluocerite) 및 리튬함유광물(Lithium bearing mineral, Lepidolite)의 암석학적인 성인에 대한 시-공간적 진화양상에 대한 확인을 하고, 분리. 이용의 과정을 수행할 것이다. IT, 모바일기기용 리튬 및 조만간 지재권이 끝나는 우울증 치료제에 대한 리튬 활용 의약제품들의 확장성, 대중화, 고급화, 그리고 기능성샘물(Bottled Water) 등 앞으로도 지속적으로 막대한 수요증가가 예상된다. 본 제안은 확인된 특정 암석의 고품위 Li 함유광물이 최소 개발깊이를 한 곳의 광구에서 30m만 개발하더라도 예상매출액이 대략 40조원에 이를 것으로 추정된다. 2008년 이전부터, 라틴아메리카 대부분의 나라들(칠레, 아르헨티나, 브라질 등)에서 리튬은 국가가 관리하는 전략광물로 설정되어 있다. 바닷물에서 추출해 내는 것이 아닌, 리튬원소를 포함하는 광물(Polylithionite)이, 특정지역, 특정성인의 암석 중에 최소한 2.5%이상 포함되어 있으며, 3%이상의 Pr함유를 나타내는 희토류 광물(Fluocerite) 또한, 약 60개 이상의 광구를 차지하고 있는 것이다.


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