원소로 보는 화학사 Vol.086, 원자번호 60번 ‘네오디뮴’을 소개합니다.

지난 시간에는 기체로 존재하는 금속 ‘플레로븀(Fl, 원소번호 114번)’에 대한 이야기를 들려 드렸습니다. 오늘은 세상에서 가장 강한 자석 ‘네오디뮴(Nd, 원소번호 60번)’에 대한 정보를 준비했습니다.

원자번호 60번 ‘네오디뮴(Nd)’을 소개합니다.

네오디뮴(Nd,원자번호60번)은 주기율표에서 란타넘족에 속하는 희토류 원소의 하나로 란타넘족 원소 중 세륨 다음으로 지각 속에 많이 포함되어 있습니다. 순수한 형태로는 발견되지 않으며 주로 란타넘족 원소들과 뒤섞인 채로 발견됩니다. 네오디뮴은 은백색의 무른 금속이며 공기 중에서 산화합니다. 산화 시 표면의 광택을 잃게 되면 청색을 띤 회색이 됩니다.

네오디뮴(neodymium)은 세상에서 자성이 가장 강한 자석의 재료입니다. 네오디뮴, 붕소, 철을 혼합해 자석을 만드는데요. 네오디뮴 첨가물이 철 원자의 불안정한 배열을 안정화해 자성을 최고치로 끌어올립니다. 네오디뮴 자석끼리 붙으면 손의 힘만으로는 떼내지 못할 정도로 강한 자성을 띱니다. 이 자석 사이에 피부나 손가락이 끼면 피부가 찢어지거나 뼈가 부러질 위험이 있습니다. 이처럼 네오디뮴 자석의 자력은 상상 이상으로 강해 매우 주의해 다뤄야 합니다.

‘네오디뮴’의 발견과 원소명의 유래

네오디뮴은 1885년 오스트리아의 화학자 칼 아우어 폰 벨스바흐(Carl Auer von Welsbach,1858~1929)에 의해 발견되었습니다. 그는 디디뮴(didymium) 원소에서 질산암모늄을 이용해 네오디뮴과 프라세오디뮴(praseodymium)을 분리해 내는데 성공했습니다.

네오디뮴의 어원은 그리스어로 ‘새롭다’는 뜻의 라틴어 ’neos’와 ‘쌍둥이’라는 뜻의 ‘didymos’에서 유래했습니다. 디디뮴을 분리하면서 프라세오디뮴과 함께 새롭게 발견되었다는 뜻에서 쌍둥이라는 뜻의 단어를 붙인 것입니다.

‘네오디뮴’은 어디에 사용될까요?

네오디뮴은 다른 금속과의 합금 형태로 강력한 자성을 나타냅니다. 네오디뮴으로 만든 자석은 부피가 작지만 영구적으로 강력한 자기장을 발생시키는 소재입니다. 작은 네오디뮴 자석도 매우 강하기 때문에 가전제품에 사용되는 자석은 대부분 네오디뮴 자석입니다. 네오디뮴 자석은 마이크, 확성기, 이어폰, 컴퓨터 하드디스크에, 초대형 네오디뮴 자석은 큰 힘이 필요한 전동기나 발전기에 사용되며, 자기장이 월등히 강해 경량화가 중요한 전기차 모터 등에 필수적으로 쓰입니다.

야그 레이저는 고도의 정밀함을 요구하는 레이저 수술, 용접, 가공 등에 사용되는 레이저인데요. 네오디뮴은 야그 레이저의 핵심 요소입니다. 네오디뮴은 세륨, 프라세오디뮴과 마찬가지로 유리와 세라믹 제품에 첨가제로 사용되며, 보라색 유리를 만들어 냅니다. 네오디뮴을 이용한 광촉매 제조, 발광 물질 합성을 위한 연구도 진행되고 있습니다.

네오디뮴은 위조지폐를 판별하기도 합니다. 일본과 미국의 지폐 잉크에는 소량의 자성체가 들어 있어 네오디뮴 자석에 끌리는지 확인하면 위조지폐 인지 아닌지를 알 수 있는 것이죠. 강력한 영구자석의 재료로 높은 활용성을 지닌 네오디뮴 이야기 어떠셨나요? 다음 이 시간에는 일본에서 이름을 따온 원소 ‘니호늄(Nh,원소번호113번)’에 대한 재미있는 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)