원소로 보는 화학사 Vol.064, 원자번호 41번 '나이오븀'을 소개합니다.
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        화학이야기

        원소로 보는 화학사 Vol.064, 원자번호 41번 ‘나이오븀’을 소개합니다.

        2020년 1월 8일

        원소로보는화학사 나이오븀을 소개합니다

        지난 시간에는 아주 희귀하고 수명이 짧은 방사성원소로 연구용 외에 사용 분야가 밝혀진바 없는 미지의 원소 ‘프랑슘(Fr, 원소번호 87번)’을 소개해 드렸습니다. 오늘은 ‘탄탈럼’과 매우 비슷해 그 존재가치가 뒤늦게 드러난 ‘나이오븀(Nb, 원소번호 41번)’에 대한 흥미로운 이야기를 준비했습니다.


        원자번호 41번 ‘나이오븀(Nb)’을 소개합니다.

        나이오븀

        원자번호 41번 ‘나이오븀(Nb)’은 광택이 있는 회백색 금속으로 공기 중에 장시간 노출되면 산화되어 푸른색을 띱니다. 순수한 나이오븀은 무르고 잡아 늘이기 쉬운 성질인 ‘연성’이 있으나 불순물이 들어가면 단단해집니다. 이런 특징 때문에 나이오븀은 강철 생산의 합금제로 쓰입니다. 나이오븀은 고온에서도 잘 산화되지 않고 특정 온도 이하에서 초전도성을 나타내는 원소이기도 합니다.

        정도의 차이는 있지만 모든 금속은 산소와 반응해 산화합니다. 우리 주변에서 흔히 볼 수 있는 못, 자동차 등의 철은 산화할 때 검붉은 녹이 슬게 되는데요. 나이오븀은 산화 수에 따라 노란색, 갈색, 푸른색, 보라색 등 다양한 색상의 녹이 나타납니다. 독성도 거의 없어 장신구, 기념주화 등을 제작하는 데 사용되기도 합니다.

        ‘나이오븀’의 발견과 원소명의 유래

        나이오븀의 발견

        1801년 영국의 화학자 찰스 해체트(Charles Hatchett) 는 대영박물관의 컬럼바이트 광물 표본에서 독특한 물질을 발견했습니다. 해체트는 이 물질의 이름을 ‘미국에서 온 컬럼바이트에서 발견했다’고 하여 ‘콜럼븀’이라 명명하였는데요. 그러나 이듬해 에셰베리가 발견한 탄탈럼과 성질이 비슷한 것으로 여겨지면서 해체트가 발견한 원소가 탄탈럼과 같은 원소라는 주장이 나오게 됩니다. 40년이 지난 1844년 독일의 화학자 하인리히 로제(Heinrich Rose)는 탄탈럼 산화물과 컬럼바이트에서 얻어진 산화물이 유사하지만, 산에 대한 용해도가 다르다는 것을 확인했습니다. 컬럼바이트가 ‘콜럼븀’ ‘탄탈럼’, 두 가지 원소를 포함하고 있다는 것을 증명하면서, ‘콜럼븀’은 그 존재가치를 인정받게 됩니다. 로제는 탄탈루스의 딸인 그리스 여인 니오베(Niobe)의 이름을 따 ‘나이오븀’이라는 이름을 붙였습니다. 1950년 국제순수응용화학연합이 41번 원소는 나이오븀으로만 불러야 한다고 선언할 때까지 화학자들은 콜럼븀과 나이오븀이라는 이름을 혼용해서 사용했습니다.

        ‘나이오븀’은 어디에 사용될까요?

        나이오븀의 쓰임새

        나이오븀을 더해 합금을 만들면 열을 견디는 능력인 내열성이 매우 높아집니다. 나이오븀을 소량의 함유한 강철은 강하고 내마모성이 좋아 구조물에 주로 사용되고, 더 많은 나이오븀을 강철에 첨가하면 제트엔진, 로켓엔진의 노즐, 단열재와 같은 특별한 용도로 사용되는 ‘슈퍼 합금’이 됩니다. 아폴로 달 탐사선의 주 노즐은 89%가 가볍지만, 열저항이 아주 큰 나이오븀을 이용해 만든 것입니다. 이처럼 나이오븀은 철도, 자동차, 제트 엔진, 항공기, 로켓 등 수많은 첨단 산업에 활용되고 있습니다.

        낮은 온도에서의 나이오븀은 전기저항이 0인 초전도체가 됩니다. 나이오븀-주석 합금이나 나이오븀-티타늄 합금과 같은 나이오븀 합금도 같은 성질을 가지고 있습니다. 이런 합금으로 만든 도선은 의료용 스캐너 등 입자가속기의 핵심 부품인 초전도 자석에 사용됩니다.

        한눈에보는나이오븀

        오늘은 강철의 합금제와 초전도체로 쓰이는 ‘나이오븀(Nb, 원소번호 41번)’에 대해 알려 드렸습니다. 다음 이 시간에는 금보다 희귀하고, 안정하고 비싸며, 산업적으로 매우 중요한 촉매로 쓰이는 ‘백금(Pt, 원자번호 75번)에 대한 다양한 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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