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이전 글에서는 아폴로가 가져온 달의 암석에 초전도 특성을 가진 이트륨 원소가 포함되어 있다고 소개했는데요, 사실 달에는 그 외에도 다양한 희토류 원소들이 존재합니다. 예를 들어, 스칸듐은 지각에서 매우 희귀하게 존재하며, 심지어 금보다 더 높은 가치를 지닐 수 있는 원소입니다. 그럼에도 불구하고 스칸듐은 고급 사치품보다는 산업적 용도로 주로 사용되고 있습니다. 지구에서는 드물지만, 태양이나 다른 행성에서는 스칸듐의 함량이 꽤 높은 것으로 알려져 있습니다.
소개
1869년, 멘델레예프는 「원소의 성질과 원자량의 관계에 대하여」라는 논문에서 처음으로 주기율을 제안하고, 제1판 원소 주기율표에 이를 발표하였습니다. 그는 당시 칼슘과 타이타늄 사이에 존재할 것으로 예상되는 미지의 원소가 있을 것이라고 예측하였고, 그 원소가 바로 1871년에 예측된 스칸듐입니다.
8년 후인 1879년, 닐손과 그의 연구팀은 가돌리늄 광석과 실리카 베릴륨 이트륨 광석에서 스칸듐을 발견하였으며, 이 원소를 발견된 스칸디나비아반도의 라틴어 이름 Scandia에서 따와 스칸듐(Scandium)이라 명명했습니다. 순수 금속 스칸듐은 초기에 정제하기 어려웠으나, 1937년에 처음으로 추출에 성공하였습니다.
스칸듐 Sc
원자 번호： 21
원자 질량： 44.955912 u
전자 배열： [Ar] 3d1 4s2
스칸듐의 전자배치는 타이타늄(Ti)과 세륨(Ce)과 유사하며, 제3주기의 전이금속 원소에 속합니다.
물리적 성질：
외관：스칸듐은 은백색의 금속으로, 금속 광택을 띱니다.
밀도： 2.985 g/cm³(상온 기준)
융점： 1541 °C
끓는점： 2836 °C
경도： 2.5 – 3.0 (모스 경도)
자성： 상온에서 스칸듐은 반자성체이며, 자성을 띠지 않습니다.
화학적 성질：
- 스칸듐은 비교적 반응성이 높은 금속으로, 산소, 질소, 황 등과 쉽게 반응하여 다양한 화합물을 형성합니다.
- 공기 중에서는 빠르게 산화되어 산화스칸듐(Sc₂O₃) 보호막을 형성합니다.
스칸듐의 응용 분야：
순수 금속 스칸듐은 일반적으로 염화스칸듐을 전해하여 제조됩니다. 스칸듐이 공기 중에 노출되면, 그 색상은 점차 연한 노란색 또는 분홍색을 띠게 됩니다. 스칸듐은 희토류 원소 중 가장 가벼운 금속이지만, 경희토류 금속에는 포함되지 않습니다. 이 원소는 융점이 높고 강한 내식성을 가지므로, 알루미늄 합금에 첨가하면 **고강도이면서도 경량인 스칸듐-알루미늄 합금(Sc-Al Alloy)이 됩니다. 대표적인 활용 분야는 다음과 같습니다：
- 스칸듐의 주요 용도는 합금 첨가제로 사용되어, 합금의 강도와 내식성을 향상시키는 것입니다.
- 항공우주 및 자동차 산업과 같은 고성능 경합금 제조에 사용되며, 야구 배트, 자전거 프레임 등과 같은 경량 스포츠 용품에도 활용됩니다.
- 일부 고온 합금 및 세라믹 소재에서도 스칸듐은 중요한 역할을 합니다.
- 소량의 스칸듐은 연구 및 과학 실험에서도 사용되며, 특정 광학 응용 분야 및 촉매에서도 활용됩니다.
흥미로운 점은, 대형 경기장이나 영화 촬영 등에 사용되는 조명 장치가 실제로 ‘스칸듐’ 원소와 관련이 있다는 것입니다. 스칸듐은 고휘도 조명용 램프 제조에 활용될 수 있으며, 이는 스칸듐-나트륨 합금을 포함한 물질을 방전관 내부에 주입한 후, 방전을 통해 태양광에 가까운 빛을 방출합니다. 이러한 조명은 일반 할로겐 램프보다 훨씬 밝고 수명도 더 길며, 전력 소비량은 할로겐 램프의 약 50%에 불과합니다.
