원소로 보는 화학사 Vol.041. '원자번호 37번 루비듐(Rb)을 소개합니다'
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화학이야기

원소로 보는 화학사 Vol.041. ‘원자번호 37번 루비듐(Rb)을 소개합니다’

2019년 1월 23일

루비듐(Rb, 37) 원소로 보는 화학사 원자번호 37번 ‘루비듐’을 소개합니다 #원소 #루비듐 #루비듐의_발견 #구스타프_키르히호프 #로베르트_분젠 #루비듐의_사용 #원자시계 #루비듐_발진기 #흡착제

지난번 ‘원소로 보는 화학사’에서는 단맛을 내는 독성이 큰 원소 ‘베릴륨(Be, 원자번호 4번)’에 담긴 화학이야기를 소개해드렸습니다. 오늘은 비교적 흔하면서 귀한 알칼리 금속 원소 ‘루비듐(Rb, 원자번호 37번)’을 소개해드릴게요.


원자번호 37번 ‘루비듐’을 소개합니다!

Flame 실험을 위해 불꽃에 노출된 루비듐이 발광하는 현상

사진자료: E.R. Degginer

루비듐은 알칼리금속에 속하는 부드러운 금속입니다. 고체일 때는 은백색이지만, 연소 시의 불꽃은 붉은색을 띠는데요. 포타슘보다도 강한 반응성을 보입니다. 공기 중의 수분이나 물에 닿으면 강하게 폭발하기 때문에 일상에서 그 자체 그대로 활용하기는 어려워서 화학 반응을 보다 안정적인 상태에서 효율적으로 일어나게 도와주는 촉매 등으로 이용되고 있습니다. 루비듐의 주성분인 광석은 존재하지 않으며 홍운모 등의 알칼리금속을 함유하는 광석에 부성분으로 포함되어 있습니다.

‘루비듐’이 발견되기까지의 과정, 그리고 원소명의 유래

독일 물리학자 구스타프 키르히호프 Gustav Kirchhoff 1824 ~ 1887, 독일 화학자 로베르트 분젠 Robert Wilhelm von Bunsen 1811 ~ 1899

사진자료: 네이버 지식백과 ‘화학원소’

1849년 독일의 물리학자 구스타프 키르히호프가 전기 회로에서 정상 전류의 분포를 구하는 ‘키르히호프의 법칙’을 내놓았습니다. 그 후 1855년 독일의 화학자 로베르트 분젠이 가스버너의 초기 모델인 ‘분젠 버너’를 개발했고, 1859년 이 두 사람은 물질이 내보내거나 흡수하는 빛의 스펙트럼을 재는 ‘분광기’를 발명했습니다. 그리고 그들은 1861년 그 분광기를 이용해 37번 원소를 발견하게 되었습니다. 37번 원소의 이름은 어디에서 유래된 것일까요? 37번 원소는 불꽃반응에서 나타나는 색이 붉은색이었기에 ‘붉은색’을 뜻하는 라틴어 ‘rubidus’에서 따와 ‘루비듐(rubidium)’이라고 명명했습니다.

‘루비듐’은 어디에 사용될까요?

‘루비듐’은 어디에 사용될까요?

사진자료: (CC)Dnn87 at Wikipedia.org

원자시계

루비듐은 원자시계에도 쓰입니다. 원자시계는 원자의 전자가 바닥상태(안정된 상태)와 들뜬상태(바닥상태보다 에너지가 높은 상태)를 주기적으로 반복하는 현상을 이용해 만든 초정밀 시계입니다. 원자시계의 종류로는 루비듐 원자시계, 세슘 원자시계, 이터븀 광시계 등이 있습니다. 오늘날에는 3조 년에 1초 수준 정도의 오차밖에 나지 않을 만큼 정교해져 세계 표준시 정립, 위성위치확인시스템(GPS) 오차 조정, 인공위성 시차 조정 등에 쓰입니다. 시간의 절대적인 기준이 되는 셈이죠. 이중 루비듐 원자시계는 세슘 원자시계 같은 다른 원자시계에 비교하면 정밀도면에서는 가장 떨어지지만(그래도 30만 년에 1초 틀리는 수준), 가격이 저렴하고 소형화가 쉬워 대형 이동통신 기지국에서 사용되고 있습니다.

그 밖의 사용

루비듐은 전자를 방출하기 쉬운 성질을 지녀서 광전지 및 광전음극에도 쓰입니다. 이 외에도 루비듐은 특수유리에도 이용하는데요. 이는 유리에 탄산루비듐을 첨가함으로써 전기전도성을 저하해 안전성을 높이기 위한 것입니다. 주로 텔레비전의 브라운관 등에 사용합니다. 또한, 루비듐은 암 진단에 활용할 가능성이 있는 원소입니다. 루비듐은 동위원소에 따라 약간의 방사성을 띨 뿐 독성을 보이지 않습니다. (단, 세포에 들어가 포타슘과 교환될 가능성이 있으며, 세포 내에서 루비듐의 비율이 40%를 넘으면 독성이 발생할 수도 있습니다) 흥미롭게도 루비듐은 암 조직에만 축적되는데요. 이러한 성질을 이용한 암 진단법 연구가 떠오르기도 했습니다. 아직은 큰 성과가 없지만 언젠가 의료 분야에 활용이 될지도 모르는 원소로 주목받고 있습니다.


한눈에 보는 ‘루비듐’

사진자료: (CC)Dnn87 at Wikipedia.org

오늘은 46억 년이라는 지구의 연대 측정을 가능케 한 금속 원소 ‘루비듐(Rb, 원자번호 37번)’을 소개해 드렸습니다. 다음 ‘원소로 보는 화학사’에서는 우주정거장 및 원자로의 재료로 쓰는 원소 ‘지르코늄(Zr, 원자번호 40번)’에 담긴 흥미로운 화학이야기로 찾아올게요. 많이 기대해 주세요.

 

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<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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