안녕하세요, 송송입니다. 이번에는 27번 코발트부터 30번 아연까지 이어서 같이 알아가보도록 하겠습니다.
27. 코발트 (Co, Cobalt)
| 분류 | 데이터 |
| 원자번호, 양성자 수 | 27 |
| 원자가 전자 수 | - |
| 원자량 | 58.933194 |
| 녹는점 | 1495 ℃ |
| 끓는점 | 2870 ℃ |
| 밀도 | 9.90 |
| 상온에서 홑원소의 상태 | 금속 - 고체 |
| 주요 화합물 | CoCl2(코발트클로라이드), CoAl2O4(코발트알루민산염) 등 |
| 동위 원소 | 59Co(100%) |
- 원소 이름의 유래 : 독밀 민화에 등장하는 "산의 요정 (Kobold)"
코발트(Co)는 우리에겐 꽤나 친숙한 이름인데요, 색상으로 코발트블루라고 최근들어 인기있는 색입니다. 순수한 코발트(Co)는 단단하고 광택이 있으며, 강철이나 다른 합금의 강도를 높여주는 역할을 하고 있습니다. 뿐만 아니라, 철(Fe), 니켈(Ni)과 함께 실온에서 강자성인 원소이죠. 자석 성질을 나타내는 최대 온도인 퀴리 온도가 1115 ℃로 매우 높아 영구 자석이 될 수 있는 몇 안되는 원소 중 하나입니다.
현재 코발트는 전기차 산업의 핵심인 리튬이온배터리를 만드는데 사용되는 핵심 소재중 하나입니다. 이는 전기차 배터리 성능을 결정하는 양극재에 이용되고 있으며, 특히나 양극재의 부식 및 폭발 위험을 제어하는데 필수적인 물질이죠.
유리에 코발트 산화물을 첨가하게 되면 진한 파란색으로 변화하는데요, 이러한 지식은 이미 고대시대부터 이용되어 왔습니다. 그래도 우리에겐 색상 이름으로만 기억되고 있겠죠?
28. 니켈 (Ni, Nickel)
| 분류 | 데이터 |
| 원자번호, 양성자 수 | 28 |
| 원자가 전자 수 | - |
| 원자량 | 58.6934 |
| 녹는점 | 1453 ℃ |
| 끓는점 | 2732 ℃ |
| 밀도 | 8.902 |
| 상온에서 홑원소의 상태 | 금속 - 고체 |
| 주요 화합물 | NiCl2(염화니켈), NiSO4(황산니켈), NiS(황화니켈) 등 |
| 동위 원소 | 58Ni(68.077%), 60Ni(26.223%), 61Ni(1.1399%), 62Ni(3.6346%), 64Ni(0.9255%) |
- 원소 이름의 유래 : 독일어 "구리의 악마(Kupfemickel)" 니켈 광석에는 구리 광석과 비슷한 붉은색을 띠는 것이 있는데요, 그 광석에서 구리를 추출하다가 몇 차례 실패하거나 정련 할 때 유독성 증기가 나온다는 점에서 구리의 악마로 불리게 되었다고 합니다.
니켈(Ni)은 단단하고 금속 광택이 나는 은백색 금속입니다. 연성과 전성이 크며, 코발트(Co)보다는 약하지만 자석의 성질을 갖고 있죠. 철보다 화학 반응성이 적어 실온에서 산소, 물, 대부분의 묽은 산이나 아칼리와 아주 느리게 반응하기 때문에 내부식성 금속으로 도금에 많이 사용되고 있습니다. 그러나, 이것은 니켈 금속 덩어리일때 얘기이며 가루의 경우는 공기 중에서 가열 시 불이 붙을 수도 있습니다.(우리가 평소에 니켈 가루를 볼 일은 없겠지만요..)
니켈은 크로뮴과 함꼐 철의 합금을 만들어 내부식성이 우수한 스테인리스 강을 만드는데 가장 많이 사용되고 있습니다. 18세기에는 여러 나라들이 동전의 재로로 사용했으며 최근에는 전기차 배터리 분야에서도 사용되고 있습니다. 니켈은 배터리 양극재의 핵심 소재로, 니켈 함량이 높을수록 에너지 밀도가 높아져 한 번 충전 시, 주행거리가 늘어난다는 장점이 있습니다. 이렇기 떄문에 양극재 소재에서 값이 비싼 코발트의 함량은 줄이게 되고 용량과 출력을 높일 수 있는 니켈의 비중을 높이는 연구가 진행되고 있습니다. 니켈의 비중이 높은 양극재가 들어간 배터리를 'high-Ni 배터리'라고 하며, 전기차 배터리 발전의 큰 영향을 미치고 있다고 합니다.
29. 구리 (Cu, Copper)
| 분류 | 데이터 |
| 원자번호, 양성자 수 | 29 |
| 원자가 전자 수 | - |
| 원자량 | 63.546 |
| 녹는점 | 1083.4 ℃ |
| 끓는점 | 2567 ℃ |
| 밀도 | 8.96 |
| 상온에서 홑원소의 상태 | 금속 - 고체 |
| 주요 화합물 | CuSO4(황산구리), CuO(산화구리), CuCl2(염화구리) 등 |
| 동위 원소 | 63Cu(69.15%), 65Cu(30.85%) |
- 원소 이름의 유래 : 고대 구리 산출지인 "키프로스 섬"은 라틴어로 Cuprum이다
구리(Cu)는 광석에서 따로 추출할 필요 없이 자연에서 금속 형태로 얻을 수 있는 몇 안되는 금속 중 하나입니다. 그렇기 때문에 기원전 9000년 전부터 구리를 사용한 흔적이 있죠. 인류가 구리를 다루면서 구리와 주석의 합금인 청동이 개발되었고, 이때부터 청동기 시대가 시작되었습니다.
구리는 적갈색을 띠는 금속으로 무르고 연성과 전성이 아주 크며, 순수한 금속 중에서는 은(Ag) 다음으로 열과 전기가 잘 통합니다. 반자기성으로 자석에는 끌리지 않는 특징을 갖고 있죠.
구리의 약 절반은 전기 전선과 케이블 제조에 사용되고 있는데요, 구리의 높은 전기 전도도, 인장 강도, 연성, 변형 저항, 내부식성, 낮은 열 팽창성, 높은 열 전도도, 납땜 용이성 설치 용이성 등의 무수히 많은 장점 때문에 거의 모든 전도체로 사용되며 반도체 집적 회로 및 인쇄 회로 기판에 사용되고 있습니다.
30. 아연 (Zn, Zinc)
| 분류 | 데이터 |
| 원자번호, 양성자 수 | 30 |
| 원자가 전자 수 | - |
| 원자량 | 65.38 |
| 녹는점 | 419.53 ℃ |
| 끓는점 | 907 ℃ |
| 밀도 | 7.134 |
| 상온에서 홑원소의 상태 | 금속 - 고체 |
| 주요 화합물 | ZnSO4(황산아연), Zn(OH2)(수산화아연), ZnSe(셀렌화아연) 등 |
| 동위 원소 | 64Zn(48.63%), 66Zn(27.90%), 67Zn(4.04%), 68Zn(18.45%), 70Zn(0.61%) |
- 원소 이름의 유래 : 페르시아어 "돌(sing)" + 독일어 "포크의 끝(Zink)"
순수한 아연(Zn)은 화학반응성이 좋아 공기 중에서 산소를 만나면 피막(ZnO)을 형성하여 부식에 강한 상태가 됩니다. 아연전기화학적으로도 우수하기 때문에 배터리 분야에서 음극 재료로도 사용되고 있습니다.
대표적으로는 아연 도금이 가장 널리 사용되고 있으며, 건축자제, 자동차 부품, 가전 제품 등에 적용되고 있습니다. 뿐만 아니라, 아연은 다양한 합금의 주요 구성 요소로 사용되어 악기나 수도꼭지에도 적용되고 있죠.
반도체 분야에서는 광학용 윈도우로 사용되고 있는데요, ZnSe window는 적외선 흡수율이 낮고 매우 넓은 스펙트럼 범위(0.6 ~ 16 um)에서 빔을 전송할 수 있기에, 흑체 복사 스펙트럼에서 멀리 있는 물체의 온도를 측정할 수 있게끔 합니다.
IR 온도센서가 투과하여 물체의 온도를 측정할 수 있죠. 이는 반도체용 챔버 window에서 많이 사용되고 있습니다.