지난 시간에는 독일의 도시 이름을 딴 초우라늄 원소 ‘다름슈타튬(Ds, 원자번호 110번)’에 대한 이야기를 들려 드렸습니다. 오늘은 희토류 중 가장 비싼 원소로 알려진 ‘루테튬(Lu, 원자번호 71번)’에 대한 이야기를 준비했습니다.
‘루테튬(Lu, 원자번호 71번)’은 란탄족 원소 중 가장 마지막으로 발견된 원소입니다. 단단한 은백색 금속인 루테튬은 존재량이 매우 적은 희토류 원소로 분리가 어려워 금보다 값이 훨씬 비쌉니다. 희귀하고, 생산도 어렵고 가격도 비싸기 때문에 제한적으로 사용되고 있습니다. 루테튬의 전 세계 연간 생산량은 약 10톤에 불과하며, 주로 중국에서 생산됩니다. 한때 금보다 6배나 비싼 가격으로 거래될 정도로 비싼 몸값을 자랑합니다.
루테튬은 희귀하고 가격이 비싸 대량으로 사용되기 보다는 석유화학 반응 촉매, 양전자 방출 단층촬영(PET) 검출기, 암 치료에 쓰이는 방사선 의약품 등에 소량씩 쓰이고 있습니다.
루테튬은 프랑스 화학자 조르주 위르뱅(Georges Urbain)이 1907년에 발견했습니다. 오스트리아 광물학자 카를 아우어 폰벨스바흐와 미국 화학자 찰스 제임스도 같은 해에 각각 이 원소를 발견했지만, 조르주 위르뱅이 최초 발견자로 인정되었습니다. 위르뱅은 이 원소의 이름을 프랑스 파리의 옛 이름인 루테시아(Lutetia)를 따서 루테슘(Lutecium)으로 명명했습니다. 지금의 이름인 루테튬(Lutetium)은 1949년에 변경되었습니다.
루테튬은 존재량이 매우 작은 희토류 원소이지만 천연 존재비(자연에 존재하는 동위 원소체의 비율)는 금, 은, 백금보다 많습니다. 그럼에도 불구하고 분리가 어려워 귀금속보다 값이 훨씬 비쌉니다. 따라서 대량으로 사용되진 않지만 여러 분야에서 조금씩 활용되고 있습니다. 가장 대표적으로는 원유를 정유하는 데 쓰이는 화학 촉매로 쓰입니다. 또한 암 치료에 쓰이는 양전자 단층 촬영(PET) 섬광체로 쓰입니다. 양전자 단층 촬영 기술은 양간의 방사능을 내는 원소를 몸에 넣고 몸 속 방사능 지도를 영상화해 암세포 위치를 찾아내는 분석법이고, 섬광체는 방사능을 만나 빛을 내는 물질입니다. 루테튬을 이용하면 암세포를 죽일 수도 있습니다.
루테튬은 반감기가 380억 년인 방사성동위원소이며, 방사선을 방출하면서 서서히 원자번호 72의 하프늄으로 변화합니다. 이런 성질을 이용해 고대의 지층 및 암석과 운석, 월석 등의 연대를 측정할 수 있습니다. 한편 세라믹스의 첨가제로도 연구가 진행되고 있습니다.
1803년 세륨의 발견부터 이어진 천연 란탄족의 역사는 1907년 루테튬의 발견을 끝으로 막을 내렸습니다. 그만큼 란탄족 원소의 분리는 매우 어려운 작업이었으나, 루테튬이 발견되면서 마침내 그 역사도 막을 내리게 되었습니다. 다음 이 시간에는 물리학자 리제 마이트너를 기리는 원소 ‘마이트너륨(Mt, 원자번호 109번)’에 대한 이야기로 돌아오겠습니다.
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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