지난 시간에는 멘델레예프를 기리며 이름 지어진 원소 ‘멘델레븀 (Md, 원자번호 101번)’에 대한 이야기를 들려드렸습니다. 오늘은 어둠 속에서 푸른빛을 내는 방사성 원소이자 항암 치료제로 연구가 활발한 원소 ‘악티늄(Ac,원자번호 89번)’에 대한 재미있는 이야기를 준비했습니다.
원자번호 89번 악티늄에서 103번 로렌슘까지 15개의 원소를 악티늄족 원소(actinoids)라고 합니다. 모두 방사성원소로, 란탄족 만큼은 아니지만 화학적 성질이 서로 비슷합니다. 15개 원소 중 천연으로 존재하는 것은 악티늄부터 토륨, 프로트악티늄, 우라늄, 넵투늄, 플루토늄 6개뿐인데 넵투늄과 플루토늄의 천연 존재량은 극히 적습니다. 오늘의 주인공인 ‘악티늄(Ac,원자번호 89번)’은 란탄족 원소의 란탄과 화학적 성질이 비슷합니다. 천연에 존재하는 방사성 원소로, 우라늄 광석에 조금 포함되어 있습니다. 백색의 부드러운 금속이며 어두운 곳에서 푸르스름한 흰색으로 빛납니다. 악티늄은 1950년경까지는 천연으로 존재하지 않는다고 여겨졌으며, 희귀한 방사성 원소여서 아주 특수한 용도로만 사용되고 있습니다.
악티늄은 1899년 프랑스 화학자 앙드레 드비에른(André -Louis Debierne, 1874~1949)이 처음 발견했습니다. 드비에른은 퀴리 부부의 동료로, 퀴리 부부가 1898년 발견한 우라늄 광석(피치블렌드)의 잔해에서 토륨과 비슷한 화학적 성질의 새로운 원소를 추출했습니다. 이때 추출된 악티늄은 극미량이었지만 앙드레 드비에른은 방사능을 단서로 분리에 성공하였습니다. 앙드레 드비에른은 그리스어에서 광선을 뜻하는 ‘악티노스(actinos)’를 따라 ‘악티늄’이라고 불렀습니다. 이는 악티늄이 어두운 곳에서도 푸르스름한 흰색으로 빛나기 때문입니다. 1902년에는 독일 화학자 프리드리히 오스카 기젤(Friedrich Oskar Giesel, 1852~1927)이 피치블렌드에서 새로운 원소인 에마늄(emanium)을 발견했다고 발표하였는데, 이후 악티늄과 같은 물질이라는 것이 밝혀졌습니다.
악티늄은 희귀하며 값이 비싸고 강한 방사선을 내기 때문에 산업적 이용은 제한적입니다. 방사성 붕괴를 이용한 중성자원이나 방사성 동위원소 열 발전기에 쓰이며, 방사성 암 치료제로 개발되고 있습니다.
모든 방사성 원소를 의료분야에서 사용할 수 있는 것은 아닙니다. 오래 노출되면 암을 유발하기 때문에 분해, 배출이 빠르고 비교적 안전하게 방사성 붕괴하는 원소여야 하는데요. 악티늄은 이 조건을 모두 충족시킵니다. 반감기가 10일 정도로 비교적 빠르게 붕괴해 안전한 형태로 바뀌며, 알파 입자를 방출하지만 아주 근접한 조직에만 영향을 미칩니다. 따라서 악티늄의 장점을 항암 치료제로 이용하려는 연구가 활발하게 이루어지고 있습니다.
악티늄과 란타넘은 물리적·화학적 성질이 매우 비슷하기 때문에, 우라늄 광석에서 이 둘을 구분하는 것은 불가능합니다. 대신, 원자로 안에서 중성자 선을 쬐었을 때 극소량의 양으로 악티늄을 추출해낼 수 있습니다. 다음 시간에는 오늘날 핵탄두의 재료로 쓰이는 ‘플루토늄(원자번호 94번, Pu)’에 대한 이야기로 돌아오겠습니다.
출처> 누구나 쉽게 배우는 원소 (그림으로 배우는 118종 원소 이야기) /원소가 뭐 길래 (일상 속 흥미진진한 화학 이야기) / Big Questions 118 원소 (사진으로 공감하는 원소의 모든 것)
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