아폴로가 달에서 가져온 이트륨 원소

최근 다시 한 번 초전도체에 대한 관심이 뜨거워지고 있습니다. 어떤 재료가 특정 온도 이하로 내려가면 전기 저항이 0이 되는 현상을 초전도 현상이라 합니다.

소개

사실 1986년 스위스 IBM 연구소에서 과학자 뮐러와 베드노르츠가 35K에서 초전도 상태를 보이는 일련의 세라믹을 발견했습니다. 그 다음 해, 앨라배마 대학교와 휴스턴 대학교의 과학자들은 93K에서 초전도성을 나타내는 이트륨-바륨-구리 산화물(YBa₂Cu₃O₇)을 보고했습니다. 이는 에너지 손실 없이 전기를 전달할 수 있음을 의미합니다. 이 이트륨-바륨-구리 산화물은 흔히 YBCO라 불리며, 실용적 가치를 가진 고온 초전도체로서 제2종 초전도체에 속합니다.

해당 초전도체 재료에는 희토류 원소인 이트륨(Y)이 포함되어 있는데, 이 원소는 지각에서 매우 희귀하게 존재합니다. 대부분의 금속 이트륨은 독거석 사에서 얻어지지만, 놀랍게도 아폴로 우주비행사들이 달에서 가져온 암석에는 다량의 이트륨이 함유되어 있었습니다.

이트륨(Yttrium)의 이름은 스위스의 작은 마을 ‘이터비(Ytterby)’에서 유래했습니다. 1789년 가돌린이 이곳에서 처음 이 원소를 확인했으며, 재미있게도 여러 원소가 이 마을 이름을 따서 명명되었습니다. 이트륨은 고체 레이저에도 사용되는데, 예를 들어 이트륨 알루미늄 가닛(YAG)은 빛의 에너지를 증폭시키며, 발생하는 방사선 파장 범위가 매우 좁고 레이저 출력이 높아 금속 다이아몬드 절단 가공에 매우 유용합니다.

이트륨 Y

원자 번호： 39

원자 질량： 88.905838 u

전자 구조： [Kr] 4d¹ 5s²

• 이트륨의 전자 배치는 스칸듐(Sc), 타이타늄(Ti), 지르코늄(Zr)과 유사하며, 주기율표의 5주기 전이 금속 원소에 속합니다.

물리적 성질

외관： 이트륨은 은백색 금속이며, 때로는 회색 빛을 띱니다.

밀도： 4.472 g/cm³（상온 기준）

녹는점： 1523 °C

끓는점： 3337 °C

경도： 3.0 – 3.5（모스 경도）

자성： 상온에서 이트륨은 반자성체로, 자기성을 띠지 않습니다.

화학적 성질

• 이트륨은 반응성이 높은 금속으로, 산소, 황, 질소 등과 다양한 화합물을 형성할 수 있습니다.
• 공기 중에서 빠르게 산화하여 산화이트륨(Y2O3) 보호층을 형성합니다.

이트륨의 응용 분야：

과도하게 낮은 온도를 달성하는 것이 현실적으로 어려워, 과학자들은 실온에서도 초전도성을 보이는 물질을 찾기 위해 노력하고 있습니다. 특히 임계 온도가 더 높은 재료가 발견되면, 상대적으로 달성하기 쉬운 온도에서 초전도 상태를 구현할 수 있어 산업적 응용이 더욱 용이해질 것입니다.

• 이트륨의 주요 용도는 고강도 합금, 특히 항공우주 및 자동차 엔진 부품에 사용되는 합금에 포함되는 것입니다.
• 또한 YAG(이트륨 알루미늄 가닛) 레이저 결정과 같은 특수 유리 및 세라믹 제조에도 사용됩니다.
• LED 조명 및 디스플레이 기술에서 이트륨 화합물은 형광체로 사용되어 다양한 색상의 빛을 발산합니다.
• 이트륨은 의학 영상 분야, 특히 MRI 조영제에 사용됩니다.