지난 시간에는 단단한 은백색 금속으로 강도가 높고 고온에서 잘 견디는 합금에 사용되는 ‘몰리브데넘(Mo, 원자번호 42번)’에 대한 이야기를 들려 드렸습니다. 오늘 이 시간에는 희토류 원소들의 모든 특징을 다 가진 원소 ‘가돌리늄(Gd, 원자번호 64번)’에 대한 이야기를 들려 드리겠습니다.
가돌리늄은 희귀한 원소군인 희토류 중 하나로 부드럽고 광택이 있는 은백색 금속 원소입니다. 공기 중에서는 표면이 쉽게 산화되어 엷은 노란색을 띱니다. 가돌리늄은 희토류 중 존재량이 비교적 많으며, 모자나이트와 희토류광에서 주로 발견됩니다. 알칼리에 잘 녹지 않으며 실온에서는 산소, 물과 반응하지 않습니다. 가돌리늄은 높은 자성이 있습니다. 철과 코발트, 니켈 다음으로 자성이 강합니다. 이런 강자성으로 인해 자성재료로 쓰입니다. 가돌리늄 화합물은 MRI 스캔을 하는 환자에게 주입되기도 합니다. 환자의 조직에 포함된 가돌리늄 화합물은 MRI 영상을 선명하게 해줍니다.
가돌리늄은 사마륨(Sm)을 제외하면 사람 이름을 따 명명한 유일한 희토류 원소입니다. 가돌리늄은 1880년 스위스 화학자 드 마리낙(Jean Charles Galissard de Marignac, 1817~1894)에 의해 처음 발견되었습니다. 드 마리낙은 가돌리늄으로부터 발생하는 스펙트럼선을 관찰하고, 가돌리늄 산화물을 분리하는 데 성공하였습니다.
가돌리늄은 산화력이 강해 자연계에서 순수한 상태로 존재하지 않습니다. 이를 처음 분리한 것은 1886년 프랑스 화학자 부아보드랑(Paul Émile Lecoq de Boisbaudran, 1838~1912)입니다. 가돌리늄 원소 이름은 핀란드의 화학자 요한 가돌린 (Johan Gadolin, 1760~1852)의 이름을 딴 광물 가돌리나이트(Gadolinite)에서 따온 것인데요. 부아보드랑은 최초로 희토류 원소를 발견한 가돌린의 공적을 기려 ‘가돌리늄’이라 명명하자고 제안했고 최초 발견자인 드 마리낙도 이에 찬성하면서 ‘가돌리늄’이라는 원소명이 결정되었습니다.
가돌리늄의 가장 중요한 용도는 조영제의 재료입니다. 뇌, 혈관, 장기 등 내부 기관을 더욱 선명하고 정확하게 진단하기 위한 자기공명영상의 조영제의 주재료가 됩니다. 가돌리늄으로 만든 조영제는 엑스선 촬영, 골밀도 측정 등에 사용되는데요. 단, 통제되지 않은 상태로 몸 안에 들어오면 독성을 나타내기 때문에 주의해야 합니다. 가돌리늄은 중성자를 이용한 치료에서 종양을 표적으로 하는데 사용하기도 합니다.
가돌리늄은 철과 코발트, 니켈 다음으로 가장 자성이 강합니다. 강한 자기성을 지녀 세상에서 가장 강한 자석을 만드는 데에도 쓰입니다. ‘네오디뮴’ 자석이 그것입니다. 이 자석의 단점은 부식이 잘 된다는 것인데, 약간의 가돌리늄을 첨가하면 부식성이 대부분 제거됩니다. 자성뿐 아니라 열중성자 흡수력이 뛰어나 중성자 제어봉 재료로 쓰이며, 텔레비전, 전자레인지 등의 가전제품의 핵심 원소로 사용됩니다. 가돌리늄의 합금은 특수강과 반도체 제조에도 쓰이며, 산화물 형태에서 강한 형광을 내어 컬러 텔레비전 모니터의 색을 내는 형광물질로 이용되기도 합니다.
뛰어난 물성으로 MRI 조영제, 특수강과 반도체 제조 등에 쓰이는 가돌리늄. 희토류 화학기술 선구자 가돌린의 이름을 딴 ‘가돌리늄(Gd, 원자번호 64번)’은 전기적, 자성적, 발광적 성질을 지닌 희토류의 모든 특징을 두루 갖춘 원소로 유용하게 쓰이고 있습니다. 다음 이 시간에는 강한 내산성으로 그리스 신화의 탄탈로스 왕에게서 유래한 이름을 지닌 ‘탄탈럼(Ta, 원자번호 73번)’에 대한 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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