지난 시간에는 물리학자 닐스 보어의 이름을 딴 초우라늄 원소 ‘보륨(Bh, 원자번호 107번)’에 대해 소개해 드렸습니다. 오늘은 고속통신에 쓰이는 광섬유 첨가제로 사용하는 원소 ‘어븀(Er, 원자번호 68번)’에 이야기를 준비했습니다.
어븀(Er, 원자번호 68번)은 은백색 금속으로 란탄족 원소에 속합니다. 금속 상태일 때는 은백색을, 자연계에서는 산화 상태의 화합물로 존재하면서 분홍빛을 띱니다. 물에는 서서히 녹지만 산에는 빠르게 녹으며 모자나이트, 희토류광, 가돌리나이트 등 희토류가 섞인 여러 광석에서 어븀이 발견됩니다. 어븀은 광섬유 통신에서 신호 전달 케이블과 신호 증폭기에 사용되며, 의료용 레이저 장비 제조 분야에도 활발히 쓰입니다.
1843년 스웨덴 화학자 칼 구스타브 모산더(Carl Gustaf Mosander, 1797~1858)는 이트리아(이트륨)를 이트륨, 터븀, 어븀의 3원소로 나누는 데 성공했습니다. 그 이후 어븀에서 6개의 새로운 원소를 추가로 발견하였습니다.
어븀은 이테르바이트 광물에서 찾아낸 초기에는 터븀으로 불리다가 1860년대에 어븀으로 이름이 바뀌었습니다. 이들이 혼동을 일으켰던 이유는 이 원소들이 실제로는 두 가지 이상의 원소들의 혼합물이었기 때문이었습니다. 비교적 순수한 어븀 산화물은 1905년에 우르뱅(George Urbain, 1872~1936)과 제임스(Charles James, 1880~1928)가 각각 독립적으로 얻었는데, 이들은 수많은 회수의 분별 침전과 결정화 과정으로 희토류 원소들을 분리∙확인하였으며, 1907년에는 마지막까지 발견되지 않고 남아 있던 희토류 원소인 원자번호 71번의 루테튬(Lu)을 분리∙발견하였습니다. 어븀은 스웨덴 수도 스톡홀름 인근 마을인 이테르비(Ytterby)의 채석장에서 발견되었다는 뜻으로 그곳에서 이름을 따왔습니다.
어븀은 빠른 인터넷 시대를 연 원소입니다. 수많은 정보를 빠르게 주고받을 수 있는 ‘광통신’에 어븀이 쓰이기 때문입니다. 광통신은 광섬유로 빛을 전달해 정보를 주고받는 기술로, 초기 광통신은 기지국에서 멀어지면 통신 속도가 느려진다는 단점이 있었는데, 어븀을 첨가한 광섬유 증폭기가 개발되면서 문제가 해결되었습니다. 어븀은 미량만 첨가해도 빛의 손실이 일반 광섬유의 1%까지 낮아져 빛을 강하게 보내 정보를 멀리까지 전달해 줍니다.
어븀은 다른 희토류 원소들처럼 광학적 특성이 강합니다. 산화어븀은 적외선 영역의 광흡수율이 높아서 광학 재료로 사용됩니다. 용접 및 유리세공 시 사용하는 특수 안전안경용 유리에 첨가해 눈을 보호하며, 적외선 영역의 빛을 가시광으로 변환하는 형광체에도 활용합니다.
또한 어븀은 의료 및 미용 분야에서도 활발하게 이용되고 있습니다. 최근 미용성형 중 점이나 멍의 제거를 위해 어븀을 도핑한 YAG레이저가 각광받고 있는데요. 어븀을 활용한 YAG레이저는 레이저광의 에너지를 조직 내의 수분에 효과적으로 흡수시키고, 고온상태에서 세포를 팽창시켜 점과 흉터를 제거합니다.
고성능 광섬유 통신 시스템의 핵심 구성 요소인 어븀은 아름다움을 극대화하는 요소로도 사용됩니다. 어븀을 첨가한 유리는 예쁜 핑크색을 띠어서 착색제나 보석장식품 등으로도 쓰이며 큐빅 ‘지르코니아’의 분홍색 채색제로도 사용됩니다. 어븀은 희토류 중 존재량이 많고 저렴해 두루두루 쓰이는 원소입니다. 다음 이 시간에는 최초로 살아 있는 사람의 이름을 딴 원소 ‘시보귬(Sg, 원자번호 106번)’에 대한 이야기를 들고 돌아오겠습니다.
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)
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