안녕하세요, 송송입니다. 앞으로 소개해드릴 원소는 약 30개도 안남은 듯 합니다. 그 외의 물질들은 알 필요도 없으니까 굳이 억지로 소개드리고 싶지 않네요.
그럼 이번 시간엔 55번 세슘부터 58번 세륨까지 함께 알아가보도록 하겠습니다.
55. 세슘 (Cs, Caesium)
| 분류 | 데이터 |
| 원자번호, 양성자 수 | 55 |
| 원자가 전자 수 | 1 |
| 원자량 | 132.90545 |
| 녹는점 | 28.4 ℃ |
| 끓는점 | 671 ℃ |
| 밀도 | 1.93 |
| 상온에서 홑원소의 상태 | 금속 - 고체 |
| 주요 화합물 | - |
| 동위 원소 | 133Cs(100) |
- 원소 이름의 유래 : 라틴어 "푸른 하늘(Caesius)"
세슘(Cs)은 은백색의 광택을 가진 금속이며, 전기 전도성 및 열 전도성이 높습니다. 그러나, 융점이 매우 낮은 것이 특징이죠.
화학적으로는 매우 활발한 편입니다. 물과 증기와 빠르게 반응하여 산화된 상태의 화합물을 생성합니다. 뿐만 아니라, 세슘은 질소, 산소, 물 등과도 반응하죠. 133Cs 동위원소는 안정성 및 정확한 에너지 상태 변화는 원자 시계에 사용되고 있습니다. 뿐만 아니라, 유럽의 입자 가속기 실험용으로 사용되고 있죠.
원자 시계는 뭘까요? 원자 시계는 원자의 두 전자 준위 사이에서 전이가 일어날 때 흡수하거나 내어놓는 고유한 전자파의 파장이나 진동수를 시간의 기준으로 삼은 것입니다. 1초를 세슘-133(동위원소)의 바닥 상태에 있는 두 전자 준위 사이의 전이에 해당하는 전자파 주기의 91억 9263만 1770배로 정했습니다. 현재 주파수 측정의 정확성이 향상되면서, 이제 세슘 원자 시계는 3000만년에 1초가 오차 생길만큼 엄청난 정확성을 갖고 있습니다. 우리나라에서는 한국표준과학연구원에서 세슘 원자 시계를 설치 및 운영을 하고 있고, 현재 한국의 표준 시간을 제공하고 있습니다.
56. 바륨 (Ba, Barium)
| 분류 | 데이터 |
| 원자번호, 양성자 수 | 56 |
| 원자가 전자 수 | 2 |
| 원자량 | 137.327 |
| 녹는점 | 729 ℃ |
| 끓는점 | 1637 ℃ |
| 밀도 | 3.594 |
| 상온에서 홑원소의 상태 | 금속 - 고체 |
| 주요 화합물 | - |
| 동위 원소 | 130Ba(0.106%), 132Ba(0.101%), 134Ba(2.417%), 135Ba(6.592%), 136Ba(7.854%), 137Ba(11.232%), 138Ba(71.698%) |
- 원소 이름의 유래 : 그리스어 "무거운(barys)"
바륨(Ba)은 2족인 알칼리 토금속 족에 속하고 있으며, 화학적으로는 칼슘이나 스트론튬과 비슷하지만 반응성은 큰 물질입니다. 바륨은 반응성이 크기 때문에, 천연 상태에서 화합물로만 발견되고 있습니다. 크게 용도가 많지 않은 원소입니다.
주로 진공관에서 미량의 산소를 비롯한 잔류 기체를 제거하는 게터(getter)로 사용되고 있습니다. 이는 TV 브라운관에 사용되었다가 현재는 LCD로 넘어가면서 사용량이 현저히 줄어들었죠.
ㅎ바륨의 화합물 중 대표적인 황산바륨(BaSO4)는 석유와 천연가스의 시추이수(drilling fluid) 성분으로 사용되는데요, 황산바륨의 밀도가 높아 석유나 천연 가스를 시추할 때 이를 시추 공에 넣으면 바닥에 있는 석유에 무게를 주게 되면서 석유가 분출되는 멋을 막는 역할을 하고 있습니다.
57. 란타넘, 란탄 (La, Lanthanum)
| 분류 | 데이터 |
| 원자번호, 양성자 수 | 57 |
| 원자가 전자 수 | - |
| 원자량 | 138.90547 |
| 녹는점 | 921 ℃ |
| 끓는점 | 3457 ℃ |
| 밀도 | 6.145 |
| 상온에서 홑원소의 상태 | 금속 - 고체 |
| 주요 화합물 | - |
| 동위 원소 | 138La(0.088%), 139La(99.911%) |
- 원소 이름의 유래 : 그리스어 "숨는다(lanthanein)"
란타넘(La)은 다른 란타넘족 원소들에 비해 무르며 자성을 띠지 않고 반응성이 크다는 것 외에 다른 희토류 원소와 같이 분이하기 힘들고 활용성도 크지 않아 외면받던 원소였습니다. 지금이야 분리 방법이 점차 개선됨으로써 지금은 많은 양이 생성되어 여러 용도로 중요하게 사용되고 있죠.
란타넘(La)의 주로 큰 용도는 니켈수소(NiMH) 전지입니다. 니켈수소 전지는 충전이 가능한 2차전지로, 하이브리드 자동차에 많이 사용되고 있습니다. 이 전지는 리튬이온 전지와 자주 비교되는데요, 리튬이온 전지는 니켈수소 전지에 비해 에너지 밀도가 1.5배 높아 휴대용 전자기기쪽에 주로 사용되는 반면에, 니켈수소 전지는 사고 발생시 리튬이온 전지보다 안정성이 높고, 높은 출력을 낼 수 있습니다.
58. 세륨 (Ce, Cerium)
| 분류 | 데이터 |
| 원자번호, 양성자 수 | 58 |
| 원자가 전자 수 | - |
| 원자량 | 140.116 |
| 녹는점 | 799 ℃ |
| 끓는점 | 3426 ℃ |
| 밀도 | 8.24 |
| 상온에서 홑원소의 상태 | 금속 - 고체 |
| 주요 화합물 | - |
| 동위 원소 | 136Ce(0.185%), 138Ce(0.251%), 140Ce88.450%), 142Ce(11.114%) |
- 원소 이름의 유래 : 금속 - 고체
세륨(Ce)은 화학적 반응이 활발한 란타넘족 원소로, 주로 산화물 형태로 존재하고 있습니다.
철강 재료 분야에서 산소 트랩재로 첨가되기도하며, 고온내구성 개선에 활용되고 있습니다. 세라믹 분야에서는 연마제에 활용되고 있습니다. 세륨은 촉매 역할 및 광학분야에서도 이용 및 연구가 이루어지고 있습니다.