지난 시간에는 공룡 멸종에 영향을 준 원소로 구하기가 어려워 금에 비해 비싼 희귀 원소인 ‘이리듐(Ir, 원자번호 77번)’을 알려 드렸습니다. 오늘은 요정의 가루라 불리는 원소 ‘루테늄(Ru, 원자번호 44번)에 대한 이야기를 준비했습니다.

원자번호 44번 ‘루테늄(Ru)’을 소개합니다.

만화 <피터 팬>에서 요정 팅커벨이 마법의 가루를 뿌려 아이들을 날게 하는 장면이 등장 합니다. 현실에서는 볼 수 없는 만화 같은 장면인데요. 실제로 ‘요정의 가루’라 불리는 원소가 있습 니다. 바로 ‘루테늄(Ruthenium)’입니다.

원자번호 44번 루테늄은 아주 단단하고 은백색을 띠는 전이금속입니다. 로듐, 팔라듐, 오스뮴, 이리듐, 백금과 같은 백금족 원소 중 하나인 루테늄은 언뜻 백금처럼 보이지만 백금보다 단단합니다. 루테늄이 요정의 가루라는 별명을 갖게 된 것은 컴퓨터 등의 하드디스크의 얇은 루테늄 막을 만들면 기억 용량이 4배나 증대하는 독특한 성질 때문입니다. 이를 개발한 IBM 과학자들은 루테늄 층을 ‘픽시 더스트’ 요정의 먼지라 이름 지었습니다.

‘루테늄’의 발견과 원소명의 유래

1828년 고트프리트 W. 오산은 우랄 지방의 광석에서 루테늄을 포함한 세 원소를 발견했습니다. 그러나 이 중 두 원소에 대해서는 확증할 수 없었습니다. 1844년 오산의 동료였던 러시아 화학자 칼 클라우스(Karl Claus, 1796~1864)는 그의 실험을 다시 확인했고, 오산의 실수는 시료 속 불순물 때문이었다고 판단하였습니다. 칼 클라우스는 최초로 루테늄의 금속을 분리하는 데 성공했습니다. 그는 이 원소의 이름을 현재 러시아 서부와 동유럽의 라틴어 이름인 루테니아(Ruthenia)를 따라 루테늄이라고 정했습니다.

‘루테늄’은 어디에 사용될까요?

루테늄에서 가장 크게 주목할 성질은 내마모성이 우수하고 전기 전도성이 좋다는 점입니다. 백금이나 팔라듐에 루테늄을 섞으면 고성능 전지 접촉에 주로 사용되는 아주 높은 내마모성을 가진 합금이 됩니다. 이 합금은 자동차 엔진의 점화장치나 만년필의 펜촉을 만드는 데도 사용됩니다. 루테늄은 때로 백금 보석의 합금 원소로도 사용됩니다. 루테늄과 관련된 초고온용 초합금은 제트엔진에 사용됩니다. 루테늄과 일부 루테늄 화합물은 제약 회사에서 사용하는 촉매로 사용되기도 합니다.

전기 산업에서도 루테늄의 수요는 증가하고 있습니다. 자기 디스크는 자성을 이용해 정보를 저장하는 컴퓨터 보조 기억 장치입니다. 무작정 크기를 압축시키면 정보가 뒤죽박죽이 되기 때문에 소형화하는 데 어려움이 있었는데, 루테늄을 활용하면서 이 문제가 해결되었습니다. 디스크 자성 층에 매우 얇은 루테늄 층을 넣어 디스크 효율을 4배 이상 높인 것입니다. 이후 전자 산업, 특히 자기 디스크 분야, 반도체 분야에서 루테늄은 필수 원소가 되었습니다. 뿐만 아니라 태양광 발전, 색소, 도금, 감지기를 비롯한 수많은 분야에서 활약하고 있습니다.

금속 원소로 만든 항암제 중 가장 널리 쓰이는 것은 백금이 든 시스플라틴(cisplatin) 입니다. 2010년 영국 2개 대학에서 공동으로 연구한 내용에 따르면 루테늄에 빛을 쪼이면 암 세포에 독성을 가지게 된다는 점이 발견되었다고 합니다. 시스플라틴에 내성이 생긴 암세포들까지도 루테늄과 오스뮴을 함유한 합성물에 반응해 다량 죽었다는 것입니다. 루테늄은 시스플라틴보다 안전하게 암세포를 죽일 수 있는 차세대 항암제 뿐 아니라 다른 질병의 치료제로도 사용할 수 있을 것으로 기대되고 있습니다.

앞서 루테인 화합물이 암세포를 죽일 수 있는 항암제로 주목 받고 있다고 설명 드렸는데요. ‘루테늄(Ru, 원자번호 44번)’ 화합물은 독성이 강해 신체에 그대로 노출될 경우 피부를 손상시키고, 아주 적은 양으로도 암을 유발할 수도 있습니다. 루테늄과 오스뮴을 함유한 합성물을 치료제로 만들 경우 암의 위치를 찾아내는 등의 항암제로 활용할 수도 있지만 루테늄 화합물 자체가 인체에 닿을 경우에는 독성으로 인해 위험할 수 있다는 것이죠. 때로는 약이 되고 때로는 독이 되는 루테늄에 대한 연구는 다양한 방향으로 진행되고 있습니다. 그럼 다음 이 시간에는 세상에서 가장 희귀한 자연 원소라 불리는 아스타틴 (At,원자번호 85번)에 대한 이야기로 돌아오겠습니다.

<내용 출처> 누구나 쉽게 배우는 원소 (그림으로 배우는 118종 원소 이야기) /원소가 뭐길래 (일상 속 흥미진진한 화학 이야기) / Big Questions 118 원소 (사진으로 공감하는 원소의 모든 것)