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란타넘
란타넘(lanthanum)은 주기율표 란타넘족에 속하는 희토류 원소이다. 원소기호 La, 원자번호 57, 원자량 138.906, 녹는점 920℃, 끓는점 3469℃, 비중 6.19(α)을 갖는다.
1839년, 모산데르는 질산세륨을 가열분해해서 묽은 질산으로 처리한 추출물에서 새로운 산화물을 발견해 란타나라 이름붙였다. 하지만 이 란타나는 순수한 물질이 아니라 사마륨, 유로퓸, 프라세오디뮴, 네오디뮴 등이 포함된 것이 판명되었다. 이것들을 걸러낸 뒤에 순수한 란타넘이 분리되었다. 또, 란타넘이 주기율표에서 란타넘족의 첫번째 원소로 희토류 원소 중에서는 세륨 다음으로 많다. 참고로, 란타넘족에 속하는 15종류의 원소를 서양에서는 란타나이드라 부른다. 란타나이드/란타노이드도 정식으로 국제순수 및 응용화학연맹(IUPAC)에서 인정되는 호칭이기 때문에 어느 쪽으로 불러도 상관은 없다.
란타넘은 희토류 원소 중에서도 2번째로 많은 원소로, 은색의 부드러운 금속이다. 란타넘은 발견 에피소드처럼 다른 희토류에 섞여 있으면 분리가 어렵기 때문에 세륨이나 네오디뮴 등과의 혼합물인 미시 메탈이라는 물질로 쓰이는 일이 많다. 미시 메탈에 철을 첨가하면 부싯돌이 되어 라이터에도 쓰이며, 파이어스틸합금으로도 쓰이고, 연마제나 철강의 첨가제로도 쓰인다. 또 산화물 La2O3는 광학렌즈의 재료로서 카메라나 망원경, 현미경의 렌즈에도 사용된다. 광학렌즈에 많이 쓰이는 이유는 란탄을 함유한 렌즈는 굴절률이 매우 높기 때문이다. 또 토륨과 마찬가지로 외곽전자가 원자핵과 멀어서 여기에너지가 낮아 전자가 쉽게 방출되는 성질이 있다. 그래서 전기용접봉에 아크가 잘생기도록 란타넘을 첨가한다.
과거에는 고굴절 렌즈나 전기용접봉 용도로는 산화토륨을 많이 썼지만 토륨은 아주 미약하지만 방사선원소라 찝찝해서 이제는 산화란타넘이 대신 쓰인다. 또 전자방출을 이용하는 야시경의 광증폭 필터나 CRT관이나 진공관의 열 음극, X선 발생관의 히터 등 전자방출을 이용하는 용도로 널리 쓰인다.
목차
개요[편집]
란타넘은 은백색의 금속으로 대개 란타넘족으로 분류한다. 세륨(Ce)이나 희토류 원소와 함께 산출된다. 란타넘은 가단성과 연성이 있고, 칼로 자를 수 있을 만큼 무르다. 희토류 원소 중에 가장 반응성이 크다. 단, 대부분의 란타넘족 원소들이 자성이 있는 데 반해 란타넘은 자성이 없다. 인간의 몸에서 생물학적인 역할은 하지 않는 것으로 알려져 있으나 몇몇 박테리아에게는 필수적이다. 란타넘의 원소기호는 La, 원자번호는 57, 원자량은 138.906이다. 녹는점은 921°C이고, 끓는점은 3457°C이다. 란타넘은 라이터 돌을 만드는 데 쓰이는 미시메탈(Mischmetal)이라는 합금을 만드는 데 쓰인다. 란타넘 화합물의 또 다른 이용 예로는 전자 열음극(electron hot cathode), 가스 텅스텐 아크 용접(GTAW)에서 쓰이는 전극, 촉매 등이 있다. 산화 란타넘을 카메라 렌즈용 유리에 첨가하면 빛의 굴절률이 높아진다. 또 탄화 란타넘(LaCO3)은 신장 기능 부전으로 인한 혈중 인산염 농도의 증가를 막는다.
란타넘은 탄소(C), 질소(N), 붕소(B), 셀레늄(Se), 규소(Si), 인(P), 황(S), 할로젠(F, Cl, Br, I 등) 등과 직접 반응한다. 공기와 접촉하면 급격하게 산화한다. 차가운 물과는 느리게, 뜨거운 물과는 빠르게 반응한다. 공기 중에 그냥 두면 빠르게 색깔이 변한다. 모나자이트(monazite)와 배스트내사이트(bastnäsite) 등 희토류 원소가 들어 있는 광석에서 발견된다. 또한 우라늄, 토륨, 플루토늄의 핵분열로 원자로에서도 만들어진다. 스웨덴의 화학자인 무산더(Carl Gustaf Mosander)가 1839년에 질산 세륨의 불순물로써 처음으로 란타넘을 확인했다. 란타넘은 다른 란타넘족 원소들과 화학적 성질이 유사해 분리 방법이 복잡하기 때문에 순수한 란타넘 금속은 1923년에 와서야 분리되었다.
발견과 역사[편집]
란타넘은 1839년에 스웨덴의 바스트나스(Bastnäs) 광산의 셀라이트 광석(celite: 세륨과 란타넘을 포함하는 규산염 광물)에서 스웨덴의 베르셀리우스 학생이었던 모산데르(Carl Gustav Mosander, 1797~1858)에 의해 처음 발견되었다. 이보다 앞서 베르셀리우스(Jons Jakob Berzelius, 1779~1848)를 비롯한 여러 화학자들은 1803년에 이 광석에서 새로운 산화물을 분리하고, 이를 세리아(ceria)로, 그리고 이 산화물에 들어있는 금속 원소를 세륨(cerium)이라 명명하였다. 모산데르는 스승의 '세리아'에 다른 희토류 원소도 들어있을 것으로 여기고, 이를 분리하고자 하였다. 그는 '세리아'에 찬 묽은 질산을 첨가하였더니 일부만 녹는 사실을 발견하였다. 이 결과를 산화세륨보다 더 염기성인 새로운 산화물이 ‘세리아’에 존재한다는 증거로 삼아, 녹은 용액을 분리하고 옥산살소듐(Na2C2O4)을 가해 침전을 얻은 후 이를 가열하여 1839년에 연한 벽돌 색의 새로운 산화물을 얻었다. 베르셀리우스는 이 새로운 산화물을 그리스어로 '숨어 있는'이란 뜻의 'lanthano'를 따서 란타나(lanthana)로, 그리고 산화물을 이루는 새로운 금속 원소를 '란타넘(lanthanum)'이라 부를 것을 제안하였다. 모산데르는 또한 순수한 산화세륨도 분리하였다. 이로써 장장 70년에 걸친 란타넘족 원소 발견의 역사가 시작되었다.
한편, 모산데르는 '세리아'에서 란타넘과 성질이 비슷한 또 다른 새로운 원소 디디뮴(didymium)을 발견하였다고 1841년에 주장하였는데, 디디뮴은 사실상 하나의 원소가 아니고 원자번호 59번의 프라세오디뮴(Pr)과 60번의 네오디뮴(Nd)의 혼합물임이 1885년에 벨즈바하(Carl Auer von Welsbach, 1858~1929)에 의해 밝혀졌다. 비교적 순수한 형태의 금속 란타넘은 1923년에야 용융 할로겐화물의 전기분해로 얻어졌다.
원소의 주기율표를 만든 멘델레예프(Dmitri Mendeleev, 1834~1907)는 란타넘과 디디뮴(당시까지 디디뮴은 하나의 원소로 여겼음)을 질산암모늄과의 복염을 이루는 결정으로 분리시키는 방법을 1870년대에 찾아내었는데, 이러한 란타넘 분리 방법은 1950년대부터 상업적으로도 이용되었다. 이후 이온교환 및 용매 추출법을 써서 보다 효율적으로 란타넘을 분리하는 방법이 개발되어 현재 사용되고 있다.
란타넘의 실용적 이용은 벨즈바하가 1885년에 가스등 맨틀(그물 망)에 사용한 것이 처음인데, 악티노포르(actinophor)라 불린 이 맨틀은 60% MgO, 20% La2O3, 20% Y2O3로 만들어졌다. 그러나 란타넘은 1900년대 중반까지는 대량 생산 방법이 개발되지 않아 거의 사용되지 못하였는데, 이후 분리 방법이 점차 개선됨으로써 지금은 많은 양이 생산되어 여러 용도로 중요하게 사용된다.
성질[편집]
물리학적 성질[편집]
란타넘은 란타넘족의 기준이자 첫번째 원소이다. 주기율표상에서 알칼리토금속인 바륨 오른쪽, 란타넘족 원소인 세륨 왼쪽에 위치하고 있다. 가끔 이 분류에 논란이 있기는 하지만 란타넘은 스칸듐, 이트륨, 그리고 방사성이 있는 악티늄과 함께 3족 원소로 분류되기도 한다. 이들과 비슷하게 란타넘의 최외각전자 수는 3개이다. 즉 란타넘은 대부분의 화학 반응에서 3가의 양이온 형태로 반응해 비활성 기체 제논(Xe)과 같은 전자 배치를 갖는다. 몇몇 2가의 양이온 형태의 란타넘 화합물이 알려져 있으나 안정성이 적다.
란타넘족에서 란타넘은 예외적으로 4f 궤도의 전자를 가지지 않는다. 란타넘의 전자배치는 [Xe]5d16s2로 스칸듐(Sc), 이트륨(Y), 악티늄(Ac)과 같이 비활성 기체 중심에 최외각 전자 세 개가 있는 전자 배치를 가지고 있다. 사실 4f 오비탈의 순간적인 축소와 에너지 준위의 감소(란타넘족 수축 Lanthanide contraction 이라고 한다)는 란타넘족 원소들의 화학에서 중요한 역할을 하는데, 이는 란타넘 다음 란타넘족 원소인 세륨(Ce)에서부터 처음 나타나기 시작한다. 그래서 란타넘은 다른 란타넘족 원소들이 가지는 강한 상자성과는 다르게 매우 약한 상자성을 띤다.(4f 궤도가 가득 차있는 끝의 이터븀이나 루테튬은 예외이다) 란타넘족 원소들의 녹는점이 6s, 5d, 4f 전자껍질의 전자들과 관련이 있기 때문에 란타넘은 란타넘족 원소들 중 두번째로 녹는점이 낮다.(란타넘의 녹는점은 920 °C이고 가장 녹는점이 낮은 란타넘족 원소는 세륨이다) 란타넘족은 주기율표의 오른쪽으로 갈수록 강도가 커지는 경향이 있다. 따라서 란타넘은 꽤 무른 금속이다. 란타넘은 실온에서 615 nΩm의 비교적 높은 전기저항을 가지고 있다. 비교해보자면 아주 좋은 전도체인 알루미늄의 경우 실온에서 26.5 nΩm밖에 되지 않는다. 또한 란타넘은 가장 휘발성이 작은 란타넘족 원소이다. 실온에서 란타넘은 대부분의 다른 란타넘족 원소들처럼 육각 결정구조를 가지고 있고 310 °C에서는 면심입방격자, 865 °C에서는 체심입방격자 구조가 된다.
화학적 성질[편집]
원소의 주기적 성질에서 예측할 수 있듯이, 란타넘은 다른 란타넘족 원소들과 안정한 3족 원소들보다 큰 원자 반지름을 가진다. 그로 인해, 란타넘은 그 원소들보다 반응성도 크다. 공기 중에서는 천천히 산화하며 불을 붙일 시 즉시 연소하여 산화 란타넘(III) 즉 La2O3을 생성하는데, 이 산화물은 산화 칼슘(CaO) 만큼 강한 염기성을 띤다. 센티미터 크기의 란타넘 조각은 1년 안에 완전히 산화하는데 그것은 철(Fe)처럼 산화물이 벗겨져 나가기 때문이다. 반대로 알루미늄(Al)이나 란타넘 위쪽에 위치한 스칸듐(Sc)과 이트륨(Y)은 표면에 산화피막을 형성하여 더 이상의 산화를 막을 수 있다. 란타넘은 상온에서 할로젠 원소들과 반응해 삼할로젠화물을 생성하고, 가열할 시 질소(N), 탄소(C), 황(S), 인(P), 붕소(B), 셀레늄(Se), 규소(Si), 그리고 비소(As) 같은 원소들과 이원화물(binary compound)을 생성할 수 있다. 란타넘은 물과 서서히 반응해 수산화물인 수산화 란타넘(III) 즉 La(OH)3를 생성한다. 묽은 황산 용액에서 란타넘은 즉시 수화(aquate)되어 3+의 전하를 가지는 이온인 [La(H2O)9]3+를 생성한다. 그 이온은 La3+이 f 오비탈에 전자를 가지지 않으므로 수용액에서 색을 나타내지 않는다. 란타넘은 란타넘족 원소들과 3족 원소들 보다 더 강한 염기로, 이것도 원자 반지름의 크기에서 예측될 수 있는 사실이다.
란타넘의 생산[편집]
란타넘은 주로 모나자이트(monazite, (Ce,La,Th,Nd,Y)PO₄)와 희토류광(bastnäsite, (Ce,La,Y)CO₃F)에서 분리∙생산된다. 이들 광석은 경희토류 원소((light rare earth elements, LREE: 57La~63Eu) 광석으로 란타넘이 다른 희토류 금속들과 함께 들어있다. 희토류광에는 란타넘이 전체 희토류 금속의 38%까지 들어있는데, 중국과 미국에 많이 매장되어 있으며, 1960~1990년대에는 미국의 마운틴 패스(Mountain Pass) 광산에서 채광된 것이 전세계 희토류 생산의 약 50%를 차지하였으나 2002년부터는 채광이 중지되었다. 모나자이트는 인도와 브라질에 많이 매장되어 있는데, 란타넘 함량이 25%까지 된다.
희토류 광석에서 란타넘을 분리시키는 구체적인 방법은 광석에 따라 약간씩 다르나, 전형적인 방법은 다음과 같다. 광석을 분쇄하여 가루로 만들고 선광한 후, 뜨거운 황산으로 처리하여 희토류 원소의 수용성 황산염을 만든다. 여과하여 찌꺼기를 제거한 후 수산화소듐(NaOH)을 가해 토륨(Th)을 수산화물 침전으로 제거한다. 다음에 옥살산암모늄((NH₄)₂C₂O₄)을 첨가해서 희토류 원소들의 옥살산 염을 침전으로 얻고, 이를 공기 중에서 열 분해시켜 희토류 금속 산화물의 혼합물을 얻는다.
- 2 Ln³⁺ + 3 (NH₄)₂C₂O4 → Ln₂(C₂O₄)₃↓ + 6 NH₄ ⁺ (Ln
- 희토류 원소)
- 2 Ln₂(C₂O₄)₃ + 3 O₂ → 2 Ln₂O₃ + 12 CO₂ (세륨은 CeO₂가 생성)
혼합 산화물에서 란타넘과 다른 성분 금속들을 분리시키는 일은 까다롭고 비용이 많이 드는데, 고전적인 방법은 멘델레예프가 찾아낸 질산암모늄 복염 분별 결정법이다. 이 방법은 혼합 산화물을 질산에 녹여 주성분의 하나이면서 질산에 녹지 않는 세륨 산화물을 분리시킨 후, 남은 여액에 질산암모늄(NH4NO3)을 가해 다른 희토류(주로 Pr과 Nd) 복염보다 용해도가 낮은 질산란타넘암모늄(La(NH4)(NO₃)₄) 복염을 침전으로 얻는 것으로, 현대적인 방법이 출현하기 전인 1950년대 후반까지 흔히 사용되었다.
- La³⁺ + 3 NO₃ ⁻ + NH₄NO₃ → La(NH₄)(NO₃)₄↓
1960년대 이후에는 양이온 교환 크로마토그래피 방법과 용매 추출 방법이 주로 이용되고 있다. 분리해낸 란타넘 화합물은 공기 중에서 열 분해시켜 산화란타넘(La₂O₃)으로 전환된다.
- 금속 란타넘
금속 란타넘은 산화란타넘을 화학적 방법이나 전기분해 방법으로 환원시켜 얻는다. 이들 방법에서는 먼저 산화란타넘을 NH4Cl이나 HCl로 처리하여 LaCl3로 만들거나, 또는 NH4F나 HF와 반응시켜 LaF3로 전환시킨다. 화학적 방법에서는 이들 할로겐화물을 진공이나 아르곤 기류 하에서 리튬(Li) 등의 알칼리 금속이나 칼슘(Ca) 등의 알칼리 토금속으로 환원시켜 금속 란타넘을 얻는데, NH4Cl과 Ca를 사용한 경우의 반응식은 아래와 같다.
- La₂O₃ + 6 NH₄Cl → 2 LaCl₃ + 6 NH₃ + 3 H₂O
- 2 LaCl₃ + 3 Ca → 2 La + 3 CaCl₂
전기분해 방법에서는 할로겐화물인 LaCl₃을 NaCl 또는 KCl과 용융 혼합물을 만들고, 이를 전기적으로 환원시켜 금속 란타넘을 얻는다.
- 미시메탈(mischmetal)
희토류 산화물들의 혼합물에서 란타넘 산화물을 순수하게 분리하는 것이 어렵고 비용이 많이 들기 때문에, 혼합 산화물을 성분 산화물로 분리하지 않고 그대로 위에서와 같은 방법으로 환원시켜 금속 혼합물 형태의 미시메탈을 생산하여 사용하기도 한다. 미시메탈의 금속 조성은 사용한 원 광석의 금속 조성과 혼합 산화물을 얻는 과정에 따라 차이가 나는데, 전형적인 것은 세륨 50%, 란타넘 25%에 소량의 프라세오디뮴(Pr)과 네오디뮴(Nd)이 들어 있다. 최근에는 네오디뮴과 프라세오디뮴의 수요가 많아 이들 금속을 분리·생산하기도 하는데, 이들을 분리하고 난 다음에 얻은 미시메탈은 세륨이 약 65%, 란타넘이 약 35% 들어있다. 미시메탈을 질산에 녹이고, 앞서 언급된 분리 및 환원 과정을 거치면 개별 성분 금속들을 얻을 수도 있다. 지금은 란타넘의 50% 이상이 미시메탈 형태로 사용된다.
란타넘의 연간 생산량은 약 12,000톤이고, 광석 매장량은 약 600만 톤으로 추정된다. 2012년 9월초 중국산의 La₂O₃(99 % 이상) 가격은 미화 약 20,000$/톤, 금속 란타넘(99% 이상)은 36$/kg이다. 미시메탈 가격은 대략 21$/kg이다.
화합물[편집]
산화 란타넘은 흰색 고체로, 성분 원소들의 직접적인 반응으로 생성될 수 있다. La3+이온의 큰 크기로 인해, La2O3는 7의 배위수를 가지는 육각 결정 구조를 가지는데, 이는 높은 온도에서 산화 스칸듐(Sc2O3)과 산화 이트륨(Y2O3)과 같은 배위수가 6인 구조로 바뀐다. 물과 반응해서 수산화 란타넘을 생성할 때 많은 열이 발생하기 때문에(발열 반응) 치이익 하는 소리가 난다. 수산화 란타넘은 공기 중의 이산화탄소와 반응하여 탄산 란타넘을 생성한다.
플루오린화 란타넘은 물에 불용성이므로 수용액 내에 La3+ 이온이 있는지 확인하는 데 쓰인다. 나머지 할로젠화물은 물에 잘 용해된다. 이런 무수의(inhydrous) 할로젠화물은 산화 란타넘의 경우처럼 성분 원소들의 직접적인 반응으로 생성된다. 수화된 LaCl3를 가열하면 LaOCl이 생성된다.
란타넘은 수소(H)와 반응해 2수소화물(dihydride)인 LaH2를 생성하는데, 이는 검은색을 띠고 전도성이 있으며 잘 부서지는, 플루오린화 칼슘(CaF2)과 같은 구조를 가진 화합물이다. 이 화합물에 수소가 흡수되면 전기 전도도가 낮아지는 현상을 수반하면서 더 일반적인 염의 성질을 나타내는 LaH3가 생성된다. LaI2처럼 LaI, LaH2는 아마도 전자가 음이온 역할을 하는 전자화물(electride compound)일 것으로 생각된다.
La3+의 큰 이온 반지름과 란타넘 자체의 전기 양성적인 성질에 의해서 란타넘은 공유 결합 화합물을 별로 만들지 않는다. 옥살산 란타넘은 알칼리 금속 옥살산화물 용액에 그렇게 많이 녹지는 않고, [La(acac)3(H2O)2]는 500 °C 정도의 온도에서 분해된다. 산소(O)는 가장 일반적으로 란타넘의 배위화합물에 포함되는데, 대부분 이온성이고 6 이상의 높은 배위수를 가진다. 8의 배위수를 가지는 것이 가장 일반적이고, 엇사각기둥(antiprismatic)이나 십이면체의 일종인 dodecadeltahedron(영문 Snub disphenoid 문서 참조) 구조를 가진다. 킬레이트 리간드의 사용으로 12의 높은 배위수를 가지는 La2(SO4)3·9H2O 같은 화합물은 입체화학적 요인에 의해 대칭성이 적다.
란타넘의 화학은 해당 원소의 전자 배치로 인하여 π 결합을 포함하지 않는다. 즉 란타넘의 유기금속 화학은 꽤 제한적이다. 대표적인 유기 란타넘 화합물은 사이클로펜타디엔 복합체인 La(C5H5)3로, 무수의 LaCl3을 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran)이나 이의 메틸(methyl)기를 대체한 파생물 안에서 NaC5H5와 반응시켜서 생성된다.
동위원소[편집]
자연적인 란타넘은 두 가지 동위원소 형태로 존재하는데, 그 둘은 안정한 139La와 반감기가 긴 방사성 동위원소인 138La이다. 전체 란타넘의 99.910 % 가139La이고 s 과정과 r 과정에 의해서 생성되었다. 아주 희귀한 동위원소인 138La는 1.05×1011의 긴 반감기를 가지는, 지구가 생성되기 전 존재했던 몇 안되는 양성자와 중성자의 개수 모두가 홀수인 동위원소이다. 138La는 더 희귀한 동위원소인 180mTa처럼 원자핵에 양성자가 많은 동위원소이고 이것은 s 나 r 과정에서 생성될 수 없음을 의미한다. 그 대신 이러한 동위원소들은 ν-과정에서 생성된다. ν-과정에서는 렙톤(lepton, 경입자)의 일종인 중성미자들이 안정한 동위원소와 상호작용한다. 139La와 138La를 제외한 나머지 동위원소들은 인공적이다. 인공적인 동위원소 중에 60,000 년의 반감기를 가지는 137La를 제외한 나머지는 반감기가 하루 미만이고 대부분은 반감기가 1분을 넘지 못한다. 139La와 140La는 우라늄(U)의 핵분열 산물로 생성된다.
란타넘의 용도[편집]
란타넘은 금속 자체로는 거의 사용되지 않고, 대부분이 합금과 화합물 형태로 사용된다.
니켈수소 전지[편집]
란타넘의 가장 큰 용도는 니켈수소(nickel-metal hydride, NIMH) 전지이다. 니켈수소 전지는 충전이 가능한 2차전지로, 이 전지의 양극 재료로 순수한 니켈보다는 니켈에 란타넘과 같은 희토류 금속을 첨가한 합금의 수소화물이 주로 사용된다. 니켈수소 전지는 여러 산업용 2차전지로 사용되는데, 특히 일반 자동차에 비해 연비가 월등히 좋은 하이브리드(hydrid) 자동차에 많이 사용되며, 전기자동차 전지로도 사용될 것이 기대된다. 하이브리드 자동차 1대당 사용된 란타넘의 양은, 예로 토요타(Toyota) 프리우스(Prius)의 경우 10~15Kg이다. 니켈수소 전지는 리튬이온 전지와 자주 비교되는데, 리튬이온 전지는 니켈수소 전지에 비해 에너지 밀도가 1.5배 정도 높아 휴대용 전자기기에 주로 사용되는 반면, 니켈수소 전지는 리튬이온 전지에 비해 사고 시 안전성이 높고, 높은 출력을 낼 수 있는 장점이 있다. 보다 연비가 좋은 하이브리드 자동차를 개발하려는 연구가 한창 진행 중인데, 이에는 보다 많은 양의 란타넘이 요구되리라 예상된다.
합금[편집]
란타넘은 여러 금속의 합금제로도 사용된다. 강철의 경우에는 전성, 충격 저항력, 연성 등을 향상시키기 위해, 몰리브데넘(Mo)의 경우에는 강도와 온도에 대한 민감성을 줄이기 위해, 그리고 알루미늄(Al)과 마그네슘(Mg)의 경우에는 내열성을 높이기 위해 란타넘을 첨가한다. 그리고 수소를 흡착·저장하는 수소 저장 합금(hydrogen sponge alloy)에도 흔히 란타넘이 들어있는데, 이들 합금(특히 니켈 합금)은 자기 부피의 400배나 되는 양의 수소를 저장하고 가역적으로 방출할 수 있어 수소 연료 전지에 요긴하게 사용되리라 기대된다. 란타넘을 합금제로 사용할 경우에 순수한 란타넘보다는 값이 저렴한 미시메탈을 주로 사용한다. 미시메탈은 또한 라이터 돌과 가스 점화기 등의 발화합금에도 사용되는데, 이 경우에는 미시메탈이 너무 물러 산화철(Fe₂O₃)과 산화마그네슘(MgO)을 넣어 단단하게 만들어 사용한다.
탄소 아크등[편집]
란타넘 화합물의 중요한 용도 중의 하나는 탄소 아크등이다. 탄소 아크등은 탄소 전극 사이에 전류를 흘려 빛을 얻는 것으로, 이때 탄소 전극에 미량의 첨가물을 넣으면 이의 종류에 따라 빛의 색이 달라지는데, 보통 플루오르화란타넘(LaF₃)과 산화란타넘(La₂O₃)을 첨가한다. 란타넘이 들어간 탄소 아크등은 밝은 백색광을 내며, 영화 촬영 시의 조명과 영사기의 광원으로 사용된다.
특수 광학 유리[편집]
La₂O₃는 유리의 알칼리에 대한 저항력을 향상시키기 위해 유리에 첨가되며, 적외선 흡수 유리, 높은 굴절률과 낮은 분산력을 활용하는 사진기, 현미경과 망원경 렌즈용 유리, 광섬유 등 특수 용도의 유리를 만드는데 사용된다. LaF₃는 ZBLAN이라고 불리는 중금속 플루오르화 유리(화학 조성은 ZrF4-BaF₂-LaF₃-AlF₃-NaF)의 한 성분으로, 이 유리는 자외선인 0.3μm에서 적외선인 7μm까지에 이르는 넓은 파장 영역의 광 신호를 일반 광섬유에 비해 100배나 잘 통과시켜 광섬유 통신에 사용된다.
기타 용도[편집]
LaF₃와 La₂O₃는 칼라 브라운 TV의 인광체로 사용되어 왔다. 또한 La₂O₃는 비활성 기체 텅스텐 아크 용접 전극에 방사성 원소인 토륨(Th)를 대체하여 사용된다. 이외에도 La₂O₃와 붕소화란타넘(LaB₆)은 진공관에서 전자를 방출하는 음극 재료로 사용되는데, 특히 LaB₆는 전자현미경과 홀효과추력기(Hall effect thruster)의 열 전자 방출원으로 사용된다. 또한 란타넘의 산화물, 염화물 등 여러 란타넘 화합물들이 석유화학에서의 유동촉매분해(fluid catalytic cracking)나 여러 유기화학 반응의 촉매 성분으로 사용된다. 한편, 탄산란타넘(La₂(CO₃)₃)은 만성 신부전 환자에게서 과량의 인삼염을 제거하는 치료제(상품명, 포스레놀(Fosrenol))로 사용된다.
참고자료[편집]
- 〈란타넘〉, 《나무위키》
- 〈란타넘〉, 《위키백과》
- 〈란타넘(란탄, La)〉, 《화학원소》
- 〈란타넘〉, 《두산백과》
같이 보기[편집]
