원소로 보는 화학사 Vol.040. '원자번호 4번 베릴륨(Be)을 소개합니다'
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화학이야기

원소로 보는 화학사 Vol.040. ‘원자번호 4번 베릴륨(Be)을 소개합니다’

2019년 1월 9일

베릴륨(Be, 4)원소로 보는 화학사 원자번호 4번 ‘베릴륨’을 소개합니다 #원소 #베릴륨 #베릴륨의_발견 #니콜라_루이_보클랭 #베릴륨의_사용 #합금 #강화_용수철 #스피커_진동판 #시계_부품 #보석

지난번 ‘원소로 보는 화학사’에서는 18족 비활성 기체이면서 형광등, 고출력 자외선 레이저, 고속 사진촬영 섬광등, 네온사인 등 다양한 곳에 사용되는 원소 ‘크립톤(원자번호 36번)’에 담긴 화학이야기를 소개해드렸습니다. 오늘은 단맛을 내는, 독성이 큰 원소 ‘베릴륨(Be, 원자번호 4번)’을 소개해드릴게요.


원자번호 4번 ‘베릴륨’을 소개합니다!

달콤한 독, 값비싼 원소

달콤한 독, 베릴륨

우리는 설탕, 꿀, 아스파탐(Aspartame, 설탕의 200배에 달하는 단맛을 내는 인공감미료) 등이 단맛을 낸다는 사실을 잘 알고 있습니다. 사람들은 이러한 사실을 처음 어떻게 알아냈을까요? 분석 기법이 발달하지 않았던 시대에는 물질을 연구할 때 직접 먹어 보고, 냄새 맡고, 만져 보며 연구했습니다. 베릴륨(beryllium)이 단맛을 낸다는 사실도 이런 방법으로 알아낸 것인데요. 베릴륨이 심각한 폐 질환(베릴륨증)을 유발한다는 사실이 밝혀지면서 오늘날에는 공업용으로만 활용되고 있지만, 발견 초기에는 단맛 때문에 사람들이 먹기도 했습니다.

값비싼 원소

베릴륨은 녹주석의 일종인 에메랄드와 아쿠아마린 등의 광물에 함유되어 있으며, 특유의 녹색 빛깔을 냅니다. 그런데 이러한 녹주석은 매장량이 적고, 그나마도 미국 유타 주 중부 지역에서만 집중적으로 출토하고 있습니다. 심지어 공급처마저 하나의 업체가 독점하고 있어 그 값이 상당히 비쌉니다.

‘베릴륨’이 발견되기까지의 과정, 그리고 원소명의 유래

프랑스 화학자 니콜라 루이 보클랭 Nicholas Louis Vauquelin(1763 ~ 1829)

1797년 프랑스의 화학자 니콜라 루이 보클랭(Nicholas Louis Vauquelin)은 녹주석 안에서 미지의 금속 산화물을 발견했고, 이 산화물을 핥아 맛을 보니 단맛이 났습니다. 보클랭은 홑원소 물질의 분리까지는 성공하지 못했고, 이후 1828년 프랑스의 뷔시와 독일의 뵐러가 각각 원소의 분리에 성공했습니다. 그럼 ‘베릴륨(beryllium)’이라는 원소명은 어디에서 유래된 것일까요? 녹주석을 분석하고 연구해서 발견한 베릴륨의 원소명은 녹주석이라는 광물명인 ‘beryllo(그리스어)’를 따서 명명했는데요. 이러한 원소명은 베릴륨을 발견한지 오랜 시간이 흐른 뒤 독일의 클라프로트가 명명했습니다.

‘베릴륨’은 어디에 사용될까요?

앞서 소개해드린 것처럼 베릴륨은 값비싼 원소입니다. 값도 비싸지만 녹주석을 구했다 해도 베릴륨을 활용하기는 결코 쉽지 않습니다. 베릴륨은 독성이 워낙 높아 인체에 치명적이며 강도와 내열성이 워낙 강해 용접 처리도 까다롭기 때문인데요. 그래서 베릴륨을 대체할 원소를 찾는 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 그렇다면 베릴륨은 어디에 어떻게 사용될까요?

항공기용 엔진, 강화 용수철, X선관, 스피커 진동판

완벽한 합금  정밀한 기계, 항공기용 엔진, 강화 용수철 등

베릴륨을 구리, 니켈, 알루미늄 등에 첨가하면 아주 매력적인 합금이 됩니다. 왜 매력적인 합금이라고 할까요? 베릴륨으로 구리나 니켈의 고강도 합금을 만들 수 있기 때문인데요. 구리에 0.5~3%의 베릴륨을 첨가하면 강도가 약 6배 증가합니다. 또한, 전기전도도와 열전도도가 높고 마모와 부식에 강할 뿐 아니라 탄성도 높은 합금이 되기 때문입니다. 이러한 베릴륨 합금은 시계와 같은 정밀한 기계, 항공기용 엔진, 강화 용수철 등에 널리 사용됩니다. 또한, 내열성이 뛰어나 항공 우주 산업에도 이용됩니다.

X선 투과  X선관의 X선을 추출하는 재료

베릴륨은 표면에 단단한 산화피막(금속 표면 산화물의 얇은 층)을 형성해서 공기 중에서도 금속 상태 그대로 다룰 수 있습니다. 또한, 원자핵 주변의 전자 수가 적어서 원자핵이 강하게 끌어당기므로 안정합니다. 즉, X선이 전자와 상호작용하는 일이 적기 때문에 X선을 잘 투과할 수 있다는 것인데요. 베릴륨의 이런 특징을 이용해 X선관에서 X선을 추출하는 재료로 사용합니다.

그 밖의 용도 중성자의 감속재, 스피커의 진동판, 레코드 바늘의 부품 등

베릴륨은 원자력 발전에서 주로 중성자의 감속재(중성자의 속력을 느리게 하는 물질)로 사용됩니다. 감속재로 쓰려면 원자가 가볍고 중성자 흡수가 적어야 하는데요. 베릴륨은 이런 조건 모두를 만족시키기 때문입니다. 또 베릴륨은 진동이나 극저온의 변형에도 견딜 수 있습니다. 베릴륨 내에서는 소리가 상당히 빠르게 전달되므로 스피커의 진동판이나 레코드 바늘의 부품에 사용하기도 합니다.


한눈에 보는 ‘베릴륨’

오늘은 단맛을 내지만 독성이 큰 원소 ‘베릴륨(Be, 원자번호 4번)’을 소개해 드렸습니다. 앞으로 베릴륨을 대체할 수 있는 또 다른 원소가 나타날지 기대가 되네요! 다음 ‘원소로 보는 화학사’에서는 비교적 흔하면서 귀한 알칼리 금속 원소 ‘루비듐(Rb, 원자번호 37번)’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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