원소로 보는 화학사 Vol.110, 원자번호 81번 ‘탈륨’을 소개합니다

지난 시간에는 알프레드 노벨의 이름을 따서 지은 인공원소 ‘노벨륨(No,원자번호 102번)’에 대한 이야기를 들려드렸습니다. 오늘은 위험하지만 임상 분야에서 활약하는 원소 ‘탈륨(Tl,원자번호 81번)’에 관한 흥미로운 이야기를 준비했습니다.

원자번호 81번 ‘탈륨(Tl)’을 소개합니다.

‘탈륨(Tl,원자번호 81번)’은 부드럽고 흰색을 띠는 금속 원소로 중금속 중 가장 독성이 강한 원소로 꼽힙니다. 건조한 공기 중에서는 안전된 상태를 유지하지만 다습한 공기 중에서는 쉽게 산화되어 표면이 검게 변합니다. 또 산화물층이 쉽게 벗겨져 점점 더 산화가 진행됩니다. 따라서 탈륨은 석유 속에 보존됩니다. 독성이 강한 탈륨은 위험하지만 잘 활용하면 우리 삶을 윤택하게 만드는 유용한 원소입니다. 핵의학 영상과 같은 의료 진단 분야에 사용되며, 고굴절 렌즈, 적외선 검출기 렌즈, 반도체 등을 제작하는데 쓰입니다.

‘탈륨’의 발견과 원소명의 유래

탈륨은 1861년 영국 물리학자 윌리엄 크룩스(Sir William Crookes, 1832~1919)에 의해 그 존재가 드러나게 되었습니다. 크룩스는 황산공장에서 얻은 잔류물을 연구하던 중, 분광분석법을 통해 녹색 불꽃 스펙트럼을 발하는 물질을 발견했습니다. 크룩스는 이 물질이 새로운 원소에 의한 것이라 결론짓고, 원소 이름을 그리스어 ‘초록색 발광’을 뜻하는 탈로스(thallos)를 따라 탈륨이라 부르게 되었습니다. 이는 새로운 원소 발견의 단서가 된 원자 스펙트럼이 녹색이었기 때문입니다.

다음 해인 1862년 프랑스 화학자 클로드 오귀스트 라미(Claude Auguste Lamy, 1820~1878)도 황철석에서 황산을 제조할 때 나오는 찌꺼기 성분을 분광기로 조사해 초록색 스펙트럼 선을 내는 탈륨을 발견하였습니다. 그는 크룩스 보다 많은 양의 탈륨을 얻었고, 여러 탈륨 화합물을 만들어 성질을 조사하였습니다. 일각에서는 크룩스와 라미 중 누가 진정한 탈륨의 발견자인가를 놓고 논쟁을 벌이기도 하였는데, 결국 크룩스를 탈륨의 최초 발견자로 인정하였습니다.

‘탈륨’ 은 어디에 사용될까요?

탈륨은 대표적 독성물질로 알려진 수은, 납, 카드뮴보다 독성이 큰 원소입니다. 특히, 사람과 동물에게 독성이 강합니다. 몸 안에서 탈륨은 칼륨과 같은 메커니즘을 통해 흡수되어 뇌, 신장, 심장 근육에 축적됩니다. 신장에서도 탈륨은 배출되지 않고 유해한 영향을 끼칩니다. 탈륨 중독 증상에는 구토, 통증, 불안감, 환각, 모발 손상이 있으며 심한 경우 사망에 이릅니다. 과거 맛과 냄새가 없는 황산 탈륨 형태로 만들어 쥐약이나 살충제로 사용했는데 안전성 문제로 많은 나라에서 사용이 금지되었습니다. 피부 질환 치료제, 탈모제 등으로도 사용되었으나 이 역시 위험성 때문에 다른 약품으로 대체되었습니다.

여기까지 들으면 탈륨이 백해무익한 원소처럼 느껴질 텐데요. 아이러니하게도 탈륨은 핵의학 영상과 같은 의료 진단 분야에서 사용되고 있습니다. 특히, 심장 질환을 진단하는 데 효과적인데, 아주 적은 양만 사용합니다. 또한 칼륨은 광학적 특성을 강화하는 성질이 있어 고굴절 렌즈, 고밀도 유리, 적외선 검출기의 렌즈, 반도체 등을 제작하는 데도 쓰입니다. 탈륨은 독성이 강하지만, 알맞게 사용하면 우리 삶을 윤택하게 하는 유익한 원소입니다.

탈륨에 관해 한가지 더 흥미로운 사실이 있는데요. 탈륨은 거의 모든 조직 및 장기에 독성을 일으키는 물질로 중추신경계 독성이 나타날 수 있고, 탈모 등의 특징적인 독성도 보고되고 있습니다. 이러한 특징 탓에 탈륨은 여러 문학작품에서 미스테리한 소재로 다뤄져 왔습니다. 영국의 소설가 애거사 크리스티는 1961년 출간한 추리소설 <창백한 말>에서 탈륨 중독 증상을 세밀하게 묘사하기도 했습니다. 탈륨은 실제로 과거 암살용으로도 많이 사용되어 왔습니다. 악명 높은 사담 후세인 전 이라크 대통령은 적을 암살하는데 탈륨을 사용했던 것으로 전해지고 있습니다. 다음 이 시간에는 주기율표를 만든 ‘드미트리 멘델레예프’를 기념하는 이름을 가진 원소 ‘멘델레븀(Md, 원번호 101번)’에 대해 소개해 드리겠습니다.

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