원소로 보는 화학사 Vol.060, 원자번호 32번 '저마늄'을 소개합니다.
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        화학이야기

        원소로 보는 화학사 Vol.060, 원자번호 32번 ‘저마늄’을 소개합니다.

        2019년 11월 5일

        원소로 보는 화학사 원자번호 32번 저마늄을 소개합니다

        지난 시간에는 금보다 비싼 희귀한 광물로 자동차 배기가스 감축 촉매제로 높은 가치를 지니고 있는 ‘팔라듐(Pd, 원소번호 46번)’ 대해 소개해 드렸습니다. 오늘은 반도체 소재로 귀하게 쓰이다 현재는 광섬유, 고분자합성촉매제로 사랑받는 ‘저마늄(Ge, 원소번호 32번)’에 대한 이야기를 준비했습니다.


        원자번호 32번 ‘저마늄(Ge)’을 소개합니다.

        저마늄 Germanium

        텔레비전이나 잡지에서 ‘게르마늄 건강 팔찌’, ’ 게르마늄 옥매트’ 등이 등장하는 모습을 본 적이 있을 겁니다. 혈액 순환, 독소 배출, 음이온 방출 등의 효과를 내세우고 있는데요. 게르마늄은 실제로 그런 효과가 있는 걸까요?

        게르마늄의 정확한 명칭은 ‘저마늄’입니다. 홑원소 물질의 저마늄은 광택을 띠는 회백색 반금속 원소입니다. 단단하고 규소와 비슷한 성질이 있으나 화학반응성과 전기 양성도가 규소보다 약간 작습니다. 또한 온도가 상승할수록 전기전도율이 높아지는 반도체의 성질을 보입니다. 자연계에는 순수한 상태로 존재하지 않고 지각 속에 넓고, 얇게 분포되어 있으며 섬아연석, 황화동석에 약간 함유되어 있습니다. 저마늄은 전이 금속처럼 광택이 나고 열을 잘 전달하지만, 전이 금속과는 달리 부서지거나 깨지기 쉽습니다. 이처럼 금속과 비금속의 중간 성질을 가지는 것을 준금속이라고 합니다.

        저마늄이 관심을 받게 된 계기는 ‘반도체’라는 특징이 알려지고 나서입니다. 저마늄은 전기가 잘 통하는 도체와 통하지 않는 절연체의 중간 성질을 띱니다. 이런 특징으로 인해 1960년대까지 저마늄은 주로 반도체소자를 만드는 재료로 쓰였으며, 현재에는 광섬유와 적외선 광학 분야에서 주목받고 있습니다.

        ‘저마늄’의 발견과 원소명의 유래

        저마늄 발견자

        이미지 출처: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8f/Dmitri_Mendeleev_1890s.jpg //File:PSM_V66_D490_Clemens_Alexander_Winkler.pn

        저마늄은 1869년 드미트리 I. 멘델레예프(Dmitrii I. Mendeleev, 1834~ 1907)가 규소 바로 밑에 위치한 ‘에카규소’로 예측했던 원소입니다. 15년 후인 1886년에 독일의 화학자 클레멘스 빙클러(Clemens Alexander Winkler, 1838~1904)는 은광석에서 발견된 아지로 다이트(argyrodite)를 분석하던 중 그 속에 미지의 원소가 존재함을 알게 되었고, 이 원소가 드미트리가 예측했던 예카규소와 같다는 사실이 밝혀집니다. 이듬해 빙클러는 아지로다이트에서 새로운 원소를 분리하였고, 원소의 이름을 자신의 모국인 독일 (Germany)의 라틴명인 ‘Germania’를 따서 저마늄이라 명명하였습니다.

        ‘저마늄’은 어디에 사용될까요?

        저마늄의 쓰임새

        전도성이 좋아지도록 처리하는 것을 ‘도핑’이라 하는데, 도핑한 저마늄은 전자공업의 핵심 소자인 트랜지스터와 저마늄 칩 제조에 쓰입니다. 1948년경에 저마늄으로 반도체를 처음 만들게 되면서 오늘날처럼 전자장치들을 소형화하는 혁명적인 길을 열게 되었습니다. 그러나 값싼 규소를 주재료로 쓸 수 있음이 확인되면서 모든 전자공학 기기 재료는 규소로 바뀌었습니다.

        산업계에서 좁아지는 듯했던 저마늄의 입지는 광학 분야에 유용하게 쓰이기 시작했습니다. 저마늄은 적외선을 통과시키고 굴절률이 아주 높다는 광학적 특성이 있습니다. 이를 활용해 광섬유, 야간 투시경, 열 감지기 등 적외선 광학 장치에 이용되고 있습니다. 2000년대에 들어와 저마늄은 광케이블(광섬유)이나 야간 적외선 망원경 제조, 화학 촉매 등 용도가 다양해 지면서 석유화학공업에서 중요한 원소로 각광 받게 되었습니다. 특히, 저마늄은 군사적으로 필요한 열 감지 장치, 야간 투시 장치에 필수적인 원소이며, 광각 렌즈, 고분자 중합 촉매, 태양 전지, 유기화학반응 시약 등으로 사용됩니다. 저마늄과 규소를 다양한 비율로 조합하면 다양한 굴절율을 얻을 수 있어 특수한 유리를 만들기도 합니다.

        저마늄(germanium)은 우리 인체에는 필요하지 않은 원소입니다. 오래전부터 저마늄을 함유한 온천이나 음료수 등이 질병을 치료한다고 알려져 있는데요. 일반적으로 저마늄은 물에 녹지 않아 그 근거가 부족합니다.

        한눈에 보는 '저마늄'

        오늘은 광섬유, 고분자합성촉매, 적외선 광학 등에 널리 사용되고 있는 ‘저마늄(Ge, 원소번호 32번)’에 대한 정보를 전해 드렸습니다. 다음 이 시간에는 전투기 제트 엔진 등에 들어가는 가장 비싼 원소 중 하나인 ‘레늄(Re, 원소번호 75번)’에 대한 재미있는 이야기로 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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