원소로 보는 화학사 Vol.037. ‘원자번호 74번 텅스텐(W)을 소개합니다'
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화학이야기

원소로 보는 화학사 Vol.037. ‘원자번호 74번 텅스텐(W)을 소개합니다’

2018년 11월 28일

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지난번 ‘원소로 보는 화학사’에서는 밤거리를 화려한 빛으로 물들이는 원소 ‘네온(원자번호 10번)’에 담긴 화학이야기를 소개해드렸습니다.     오늘은 우리나라 경제 발전의 원동력이었던 원소 ‘텅스텐(원자번호 74번)’을 소개해드릴게요.


원자번호 74번 ‘텅스텐’을 소개합니다!

회백색 또는 백색의 단단하고 무거운 텅스텐 금속. 과거 우리나라 경제 발전의 원동력 금속 중 녹는점이 가장 높은 원소 고온에서의 강도와 안정성이 뛰어난 원소

텅스텐 봉과 텅스텐 알갱이. <사진 출처: (cc) W. Oelen, USGS>

과거 우리나라 경제 발전의 원동력

텅스텐(tungsten)은 우리나라 경제 발전의 원동력이었던 원소입니다. 강원도 영월에는 세계 최대의 텅스텐 매장 광맥이 있는데요. 주된 수출품이 없던 1950~70년대에는 세계 텅스텐 총생산량의 15%를 생산했습니다. 당시 텅스텐 수출액은 우리나라 총 수출액의 약 70%를 차지했습니다.

금속 중 녹는점이 가장 높은 원소

텅스텐은 금속 원소 중에서 녹는점이 가장 높으며, 전체 원소 중에서도 탄소(다이아몬드)에 이어 두 번째로 높습니다. 또 고온에서 항장력(잡아당길 때 물체가 외력에 의해 파괴되는 순간의 파괴강도)이 강합니다. 열팽창이 거의 없고 증기압이 낮으며 금속으로서는 비교적 전기저항이 높습니다. 이러한 성질을 활용한 가장 유명한 텅스텐의 용도가 바로 백열전구의 필라멘트입니다.

고온에서의 강도와 안정성이 뛰어난 원소

순수하게 생성된 텅스텐은 아주 부드럽지만, 탄소와의 화합물은 매우 단단하여 초경합금으로 이용합니다. 탄화텅스텐은 다이아몬드, 탄화붕소, 탄화규소 다음으로 강하여 절삭공구나 기계 재료로도 씁니다. 또한, 고온에서의 강도와 안정성이 뛰어나서 금속에 구멍을 뚫는 드릴 날 등의   금속 가공을 위해 사용하는 공구 재료에 적합합니다. 강철에 텅스텐을 첨가하면 강도와 경도가 향상됩니다. 텅스텐강은 일찍이 탱크나 대포의 재료로도 사용했으며, 오늘날에는 주방용 칼의 재료로도 쓰입니다.

‘텅스텐’이 발견되기까지의 과정, 그리고 원소명의 유래

원소 이름 - ‘무거운 돌’을 뜻하는 스웨덴어 ‘텅스텐(tungsten)’ 원소 기호 - 텅스텐의 독일어 이름 ‘볼프람(wolfram)’

1781년 셀레는 회중석(灰重石)에서 새로운 원소의 산화물을 분리했습니다. 일찍이 주석을 정련할 때 주석광석과 텅스텐이 들어 있는 광석을 섞으면 주석과 화합한 복잡한 화합물이 생성된다는 사실이 알려져 이 광석을 ‘Wolframite’라고 했습니다. 1783년 스페인의 엘루야르 형제는 철중석에서 금속을 분리하고 ‘Wolfram’이라고 명명했습니다.

텅스텐은 원소 이름과 원소 기호에 담긴 뜻이 완전히 다릅니다. 원소 이름은 ‘무거운(tung) 돌(sten)’을 뜻하는 스웨덴어로, 텅스텐으로 이루어진 광물 ‘회중석’의 개념에서 유래합니다. 반면, 원소 기호인 W는 텅스텐을 분리하기 전부터 인류가 널리 사용한 주석과 관련이 있습니다. 텅스텐 광석이 주석 광석에 섞이면 주석이 찌꺼기처럼 부서집니다. 그래서 주석 광산에서 텅스텐 광석이 발견되면 생산량이 급감하고, 심한 경우   폐쇄됐습니다. 사람들은 주석을 파괴하는 텅스텐 광석이 마치 ‘탐욕스러운 늑대’ 같다 해서 ‘늑대처럼 덮친다’라는 뜻으로 ‘볼프라마이트(wolframite)’라고 부르고 여기서 나온 원소를 ‘볼프람(wolfram)’이라 했는데, 여기서 ‘W’라는 원소 기호가 나왔습니다.

‘텅스텐’은 어디에 사용될까요?

‘텅스텐’은 어디에 사용될까요? '최고의 합금 재료', '도자기 유약'

최고의 합금 재료

매우 가볍고 쉽게 마모되지 않는 텅스텐 합금은 오늘날 산업 분야에서 최상위를 차지하고 있습니다. 모든 금속 원소 중 녹는점이 가장 높아 내열성이 우수하고 밀도도 높아 전 분야에서 사용됩니다. 공작 기계, 석유 시추, 철갑탄, 운동 기구, 수술 도구, 비행기, 전구 필라멘트, 경주용 자동차, 방사능 차폐재 등 그 쓰임도 다양한데요. 값이 비싸 더 적극적으로 사용하지는 못하고 있습니다. 탄환을 비롯한 여러 군사용품의 주재료이기    때문에 각 나라는 텅스텐을 전략 원소로 분류하고 석유와 함께 전시용 물자로 관리하고 있습니다.

도자기 유약

텅스텐 화합물은 고대 동양 문화권의 유산인 백자의 연한 분홍빛을 내는 데 사용되어 왔습니다. 물론 고대에 텅스텐을 분리해서 사용한 것은   아니지만, 텅스텐 사용의 중요한 역사로 받아들여지고 있습니다.


한눈에 보는 ‘텅스텐’

오늘은 우리나라 경제 발전의 원동력이었던 원소 ‘텅스텐(원자번호 74번)’을 소개해 드렸습니다. 다음 ‘원소로 보는 화학사’에서는 18족 비활성 기체이면서 조명, 레이저, 흑연전기로, 아크 용접, 반도체 성장, 식품 포장의 보호 기체 등 우리 생활 속 다양한 곳에 사용하는 원소 ‘아르곤(원자번호 18번)’에 담긴 흥미로운 화학이야기로 찾아올게요. 많이 기대해 주세요!

 

또 다른 원소이야기가 궁금하다면? 원소로 보는 화학사 바로가기

 

<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)

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