원소로 보는 화학사 Vol.050. 원자번호 39번 '이트륨'을 소개합니다.
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화학이야기

원소로 보는 화학사 Vol.050. 원자번호 39번 ‘이트륨’을 소개합니다.

2019년 6월 7일

원소로 보는 화학사 이트륨을 소개합니다.

지난 시간에는 전기차 배터리의 핵심원료로 귀한 원소로 불리는 코발트(Co, 원자 번호 27번)를 소개해 드렸습니다. 이번 시간에는 최초 발견된 희토류 원소로 기능성 합금의 첨가제이자 강력한 레이저의 재료로 쓰이는 ‘이트륨(Y, 원자번호 39번)’에 대해 알려 드리겠습니다.


원자번호 39번 ‘이트륨(Y)’을 소개합니다.

이트륨

이트륨은 ‘희귀한 흙’이라는 별명을 지닌 희토류 원소 중 최초로 발견되었습니다. 이트륨은 순수한 상태에서는 광택이 나는 은백색 금속의 외형을 띠고 있으며 분말로 제조하면 검은색을 띠게 됩니다. 물과는 쉽게 반응하여 수소를 발생시키고 대부분 강한 산에는 잘 녹으나, 알칼리에는 녹지 않습니다. 은빛 전이금속인 이트륨은 공기 중에서는 안정적이지만 잘게 부순 이트륨은 400도 이상만 되면 공기 중에서 저절로 점화되어 타버릴 정도입니다.

이트륨은 천연 상태에서는 잘 발견되지 않습니다. 거의 모든 희토류 광석과 일부 우라늄 광석에 화합물 형태로 함께 들어있습니다. 이트륨은 금속을 단단하게 하고 고온을 잘 견디게 하는 효과가 있습니다 그래서 다른 금속에 아주 적은 양을 첨가해 ‘기능성 합금’을 만드는 데 유용하게 쓰이는 원소입니다.

‘이트륨’의 발견과 원소명의 유래

발견자

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이트륨은 많은 이들의 노력을 거쳐 발견되었습니다. 1787년 스웨덴의 칼 악셀 아레니우스(Karl Axel Arrhenius, 1757~1824)는 스웨덴 스톡홀름 부근에 위치한 이테르비(Ytterby) 마을의 채석장에서 우연히 밀도가 크고 무거운 미지의 검은색 광석을 발견했습니다. 광석이 발견된 마을 이름에 광물을 의미하는 접미사 ‘ite’를 따서 ‘이테르바이트(Ytterbite)’로 이름 붙인 아레니우스는 여러 과학자에게 이 광석의 분석을 의뢰하게 됩니다.

그중 핀란드의 화학자 요한 가돌린(Johan Gadolin, 1760~1852)이 1789년 이테르바이트 광석으로부터 새로운 산화물을 분리하는 데 성공하고, 이 연구 결과를 1794년에 발표합니다. 이 새로운 산화물은 1797년 스웨덴 화학자 안데르스 에셰베리(Anders Gustaf Ekeberg, 1767~1813)에 의해 이트륨으로 명명됩니다.

그렇게 세상 밖으로 나온 이트륨 산화물은 순수한 단일 물질이 아닌 여러 희토류 원소들이 함께 있었음이 밝혀졌습니다. 1828년 독일 화학자 프리드리히 뵐러(Friedrich WÖhler, 1800~1882)는 이트륨 광석으로부터 ‘이트륨(Yttrium)’ 원소를 최초로 분리하는 데 성공했습니다. 1878년에는 가돌린의 이트리아에서 전체 희토류의 원소의 반이 넘는 무려 10가지의 새로운 원소가 모두 발견되었습니다.

‘이트륨’은 어디에 사용될까요?

이트륨의 쓰임새

이트륨은 금속 자체의 이트륨이냐 산화 이트륨(Y2O3)이냐에 따라 쓰임새가 다릅니다. 금속 이트륨은 ‘훌륭한 첨가제’ 역할을 합니다. 다른 금속에 아주 적은 양에 넣으면 기능성 합금이 됩니다. 따라서 점화 플러그, 제트 엔진, 미사일 부품 등 높은 온도에서 안정성을 유지해야 하는 부품을 만들 때 쓰입니다. 또, 유리에 이트륨을 더하면 강도와 열적 안정성을 높일 수 있어 손상에 민감한 초정밀 광학 렌즈 제조에도 활용됩니다.

최근에는 이트륨, 알루미늄, 산소의 화합물인 석류석(Garnet, YAG라고도 부름)을 이용해 강력한 레이저를 얻기도 합니다. YAG 레이저는 ‘강력한 고체 레이저’로 용접, 절단, 홀 가공, 표면 개질 등 다양한 분야에서 응용됩니다. 의료용 레이저로는 절개뿐만이 아니라 지혈 및 응고 효과도 있습니다.

흰색 가루로 된 산화 이트륨(Y2O3)은 대부분 텔레비전 브라운관이나 LED 내부에 발라 붉은색 빛, 백색 빛을 내도록 합니다. 이트륨이 속한 희토류는 LCD, LED, 스마트폰, 카메라 등 IT 전자제품, 하이브리드 자동차에 이르기까지 광범위하게 사용됩니다. 이트륨은 희토류 원소 중에서는 비교적 흔하고 생산량이 많기 때문에 산업적으로 다양하게 쓰이고 있습니다.

오늘은 희토류 원소의 ‘원조’로 기능성 합금의 첨가제부터 컬러 텔레비전 수상관의 적색 형광체, 산업 및 의료 레이저 등 다양하게 활용되고 있는 이트륨(Y, 원자번호 39번)에 대해 알려 드렸습니다. 다음 이 시간에는 납과 성질이 비슷한 비스무트(Bi, 원자번호 83번)에 대한 이야기를 들고 돌아오겠습니다.

<내용 출처> 누구나 쉽게 배우는 원소 (그림으로 배우는 118종 원소 이야기) /원소가 뭐길래 (일상 속 흥미진진한 화학 이야기) / Big Questions 118 원소 (사진으로 공감하는 원소의 모든 것)

 

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