원소로 보는 화학사 Vol.053. 원자번호 55번 '세슘'을 소개합니다.
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        화학이야기

        원소로 보는 화학사 Vol.053. 원자번호 55번 ‘세슘’을 소개합니다.

        2019년 7월 12일

        원소로 보는 화학사 세슘을 소개합니다.

        지난 시간에는 전이금속 화합물 중 가장 아름다운 색을 띠는 ‘바나듐(V, 원자번호 23번)’을 소개했습니다. 이번 시간에는 반응성이 큰 금속 원소로 다양한 용도로 쓰이지만, 우리 몸에 위험한 방사성 물질인 세슘(Cs, 원자번호 55번)에 대한 이야기를 준비했습니다.


        원자번호 55번 ‘세슘(Cs)’을 소개합니다.

        세슘

        https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cesium.jpg

        세슘(Caesium)은 알칼리금속에 속하는 금속 원소로, 은백색을 띠며 부드럽고 두드리면 얇게 퍼지는 전성이 있습니다. 세슘은 수은을 제외하고 가장 낮은 녹는점을 가진 금속입니다. 녹는 점이 28.5℃로 낮아 상온 부근에서 액체 상태가 되기도 합니다. 또, 세슘에 불꽃 반응을 일으키면 푸른 빛을 냅니다. 공기 중에서 자발적으로 발화되고, 물과도 격렬하게 반응하며 액체 암모니아에도 녹습니다.

        세슘은 전자파가 닿으면 규칙적으로 변화해 원자시계의 재료가 되며, 빛을 받으면 전자를 방출하기 쉬워지는 성질이 있어 빛을 흡수해 전기로 바꾸는 광전자 증폭기 등에 사용되기도 합니다. 세슘은 크게 두 가지로 분류됩니다. 자연에 존재하는 질량수가 133인 세슘-133과 원자핵 분열 시 생기는 생성물인 세슘-137입니다. 세슘은 몇 해 전 일본 후쿠시마 원자력 발전소 사고에서 방출되어 유명세를 치른 독성 원소로 알려졌는데요. 문제가 되는 세슘은 세슘-137입니다. 세슘-137의 방사선에 노출되면 암에 걸릴 위험성이 높고, 생식세포에 심각한 이상 증상이 나타나고 유전 장애의 원인이 됩니다.

        ‘세슘’의 발견과 원소명의 유래

        1860년 세슘의 발견자

        commons.wikimedia.org/wiki/File:Robert_Bunsen_portrait.jpg, commons.wikimedia.org/wiki/File:Gustav_R._Kirchhoff.jpg

        세슘은 독일 화학자 로베르트 분젠(Robert Bunsen, 1811~1899)과 구스타프 키르히호프(Gustav Kirchhoff, 1824~1887)가 발견했습니다. 두 사람은 1860년에 프리즘을 통과시켜 빛의 스펙트럼을 얻는 분광기(Spectroscope)를 발명했습니다.

        이를 사용하여 여러 불꽃의 스펙트럼을 얻었는데, 어느 날 광천수의 알칼리 부분에서 고유한 스펙트럼선이 나타나는 것을 발견했습니다. 이것을 분광기에 관측해보니 푸른색을 띠었습니다. 분젠과 키르히호프는 이를 새로운 원소에서 나오는 것으로 해석하고 라틴어의 청색 ‘caesius’이라는 단어에 착안해 세슘(Caesium)이라 이름 붙였습니다.

        ‘세슘’은 어디에 사용될까요?

        세슘의 쓰임새

        commons.wikimedia.org/wiki/File:President_Pi%C3%B1era_receives_ESO%27s_first_atomic_clock.jpg

        세슘의 용도는 다양합니다. 가장 큰 용도는 포름산 세슘(HCOOCs)으로 석유나 천연가스 시추액에 사용된다는 점입니다. 또 세슘은 빛을 받으면 전자를 방출하기 쉬워지는 ‘광전효과’가 있어서 빛 에너지를 전기로 바꾸는 광전지, 광전자 증배관, 비디오카메라, 그리고 여러 광학 장치 부품 등을 만드는 재료로도 쓰입니다. 세슘의 할로겐 화합물 결정은 감마선이나 X-선을 검출하는 섬광 계측기에도 사용되어, 농작물 살균처리, 암 치료, 식품 멸균 등에 사용됩니다.

        세슘의 또 다른 중요한 용도는 원자시계입니다. 놀라울 정도로 정확하게 작동하는 원자시계의 심장에는 세슘 원자가 들어 있습니다. 특정한 진동수의 마이크로파로 세슘 원자를 움직이게 만들면 세슘 원자가 정확하게 똑같은 진동수의 복사선을 방출합니다. 따라서 세슘 원자가 내는 마이크로파를 이용하면 정확하게 시간을 측정할 수 있습니다. 국제도량형총회(CGPM)에서는 1967년 세슘-133 원자를 변화시키는 마이크로파의 진동을 기준으로 ‘시간의 기준’을 세웠습니다. 이 마이크로파가 91억 9263만 1770번 진동하는 시간을 1초로 정의한 것입니다.

        오늘은 반응성이 매우 큰 금속 원소로 원자시계, 석유 시추액, 광전지 등 다양한 용도로 사용되는 ‘세슘(Cs, 원자번호 55번)’을 소개해 드렸습니다. 다음 이 시간에는 산소 다음으로 크고 자극적인 냄새가 나는 녹황색 기체 ‘염소(Cl, 원자번호 17번)’에 대한 정보로 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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