원소로 보는 화학사 VOLUME 012. ‘원자번호 92번 우라늄을 소개합니다’

지난번 ‘원소로 보는 화학사’에서는 원자번호 19번 ‘포타슘(칼륨)’을 소개해드렸는데요. 오늘은 요즘 전 세계적으로 큰 화두거리이면서, 양날의 검이라는 표현이 적절한 원소, ‘우라늄’에 얽힌 화학이야기를 들려드릴게요!

원자번호 92번 ‘우라늄’을 소개합니다!

여러분은 ‘우라늄(Uranium)’하면 어떤 것이 가장 먼저 떠오르시나요? 아마 방사능과 핵무기를 가장 먼저 떠올리시는 분들이 많을 것 같은데요. 그래서 ‘우라늄’이라고 하면 더욱 막연한 두려움과 거리감이 느껴질지도 모릅니다. 그럼 우라늄은 화학적으로 어떠한 성질을 지니고 있을까요? 우라늄 금속은 거의 모든 비금속 원소와 반응합니다. 온도가 높을수록 그 반응성이 더 커지게 되고, 알칼리와는 잘 반응하지 않으나, 산과는 잘 반응합니다. 또한 우라늄은 천연으로 얻어지는 원소 중 마지막 원소이며, 원자번호가 가장 크고 무거운 원소인데요. 원자번호가 크고 무겁다는 것은 그만큼 양성자와 중성자의 개수가 많다는 것을 의미합니다.

‘우라늄’이 발견되기까지의 과정, 그리고 원소명의 유래

사람들은 수백 년 동안 우라늄 광석을 캐왔습니다. 우라늄이 원소라는 것이 밝혀지기 훨씬 전부터 우라늄 광석인 피치블렌드는 유리를 노란색으로 바꾸기 위해 유리에 첨가하여 사용했는데요. 우라늄 자체는 은색의 고체 금속이지만, 우라늄 화합물인 천연산화우라늄은 고대 로마시대부터 도자기 유약에 노란색을 넣고 노란색 유리를 만드는데 사용했습니다. 1789년 독일의 화학자 마르틴 클라프로트는 피치블렌드가 알려지지 않은 원소를 포함하고 있다는 것을 알아냈습니다. 그리고 그는 이 원소를 천왕성(우라노스, 1781년에 발견됨)의 이름을 따서 우라늄이라고 명명했습니다.

‘우라늄’은 어디에 사용될까요?

우라늄 핵분열이 일어나면 연쇄 반응으로 질량이 손실되고 어마어마한 에너지가 발생합니다. 이때 이 에너지를 이용해 만든 무기가 바로 원자 폭탄인데요. 원자 폭탄의 위력은 다른 무기와 비교 할 수 없을 정도로 강력합니다. 한 예로 1945년 일본 히로시마에 투하된 원자 폭탄 ‘리틀 보이(Little Boy)’는 7만여 명의 목숨을 앗아 가는 비극을 남겼습니다. 오늘날에는 이보다도 훨씬 강력한 핵폭탄들이 개발돼 여러 나라에 배치되어 있습니다. 이뿐만 아니라, 우라늄을 농축한 뒤에 남는 열화우라늄도 무기를 만드는 데 사용하는데요. 이는 ‘열화우라늄탄’이라고 하며, 장갑차를 뚫을 만큼 강력합니다.

앞서 소개해 드린 우라늄의 사용 분야와는 다르게 우라늄은 원자력 발전의 주된 연료이기도 합니다. 우라늄은 지각에 굉장히 많이 존재하지만, 천연 상태 그대로는 원자력 발전에 사용할 수 없습니다. 이는 일정 농도 이상 농축을 해야지만 효과적인 핵분열을 일으키기 때문인데요. 문제는 우라늄 농축 기술입니다. 핵무기 제조에 쓰일 가능성이 있기 때문에 국제 사회는 우라늄 농축 설비 건설을 엄격히 규제하고 있습니다. 따라서 우라늄 농축 설비가 없는 우리나라는 우라늄을 해외로 보내 농축한 뒤 돌려받아 재가공하는 방법으로 사용하고 있습니다. 하지만 이러한 불편함을 해결하기 위해 저농축 우라늄을 사용하는 원자로 기술을 계속해서 연구하고 있답니다.

오늘은 재앙인지 희망인지, 양날의 검이라는 표현이 적절한 ‘우라늄’ 원소에 대해 소개해드렸습니다. 다음 ‘원소로 보는 화학사’에서는 인체에 가장 많이 함유된 영양소인 금속 원소인 ‘칼슘’에 얽힌 화학이야기를 들려드릴게요! 많이 기대해주세요.

<내용 출처>

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)