구리

구리

준위별 전자 수 : 2, 8, 18, 1

구리(Copper)는 구리쇠, 동(銅) 또는 적금(赤金)이라고도 하며 화학 원소로 기호는 Cu(←라틴어: Cuprum 쿠프룸), 원자 번호는 29이다. 구리는 부드러운 금속으로 열 전도성과 전기 전도성이 매우 높다. 공기에 접촉하기 전 구리 표면은 분홍빛을 띠는 주황빛을 나타낸다. 구리는 열이나 전기를 전달하기 위한 매개체로서 주로 사용되며 그 외에도 건축 자재나 다양한 합금의 원료로 사용된다. 구리는 비교적 반응성이 낮아 자연에 존재하는 금속 원소 중 제련없이 바로 사용 가능한 순수한 형태로 존재하는 흔치 않은 금속 중 하나이다. 이러한 성질 때문에 구리는 기원전 8세기 경부터 인류에 의해 사용되기 시작하였으며 기원전 3세기 경에 사용된 구리는 주석과의 합금인 청동의 형태로 청동기 시대를 열기도 했다.

구리는 제조업 전반에 광범위하게 사용되므로, 경기가 좋을 때는 수요가 많아져 가격이 올라가고, 경기가 나쁠 때는 수요가 적어져 가격이 내려가는 특성을 가진다. 따라서 구리 가격을 보면 실물 경기를 정확하게 예측할 수 있다는 점에서, 경제 분야에서는 닥터 코퍼(Dr. Copper)라고도 부른다.

우리와 친숙한 구리 제품으로는 전선, 난방용 배관, 자동차 라디에이터, 조리 기구, 동전 등이 있다.

구리를 고도의 고도의 공정 기술로 얇게 만든 구리막은 2차전지 음극 소재로 쓰인다. 이런 전지용 동박은 얇을수록 많은 음극 활물질을 채울 수 있어 배터리 고용량화와 경량화를 가능하게 한다. 열을 외부로 방출하고 형상을 유지시키는 역할을 한다.

개요

• 밀도 : 8.94
• 인장강도 : 221~455 Mpa *열처리에 따라 다름
• 비커스 경도 : 90 HV
• 열팽창률 (20~100˚C ): 17.0 ㎛/m K
• 용융점 : 1084.6˚C
• 열전도도(25˚C ) : 391 W/m.K
• 전기전도도 : 103.06 %

특성

구리는 붉은 빛을 띠는 금속으로 전기와 열의 전도성이 뛰어나다. 실온에서 구리보다 전기 전도성이 좋은 원소는 은뿐이다. 구리의 색은 가시광선 중에서 빨간색과 주황색만 반사하고 다른 색은 흡수하는 성질 때문에 붉은 빛을 띤다.

구리는 ⁶³Cu과 ⁶⁵Cu의 두 안정 동위원소와 여러 방사성 동위 원소가 있다. 대부분의 방사성 동위 원소는 반감기가 수 분 이내로 가장 반감기가 긴 ⁶⁴Cu은 12.7 시간이다.

다양한 구리 합금이 존재한다. 구리/주석 합금인 청동, 구리/아연 합금인 황동, 구리/니켈 합금인 백동 등이 대표적인 예이다.

물리적 특성

구리(Cu), 은(Ag), 그리고 금(Au)은 주기율표의 11족에 해당하는 원소들이다. 이 원소들은 가득 찬 d오비탈 위에 전자 하나를 가진 s오비탈을 가지고 있으며 반응성이 낮고 열 전도성과 전기 전도성이 매우 높다. 가득 찬 d오비탈 속 전자들은 s오비탈의 전자가 자유 전자로 활동하며 금속 결합을 형성하면서 원자 간 상호작용을 하는 것에 기여하기도 한다. d오비탈이 불완전한 다른 금속들과는 달리 구리의 금속 결합은 비교적 약한 편에 속하며 이로 인해 구리는 무른 편에 속하는 금속이다.

구리의 무른 성질은 구리가 가진 높은 열 전도성과 전기 전도성에 대한 설명을 어느 정도 제공할 수 있다. 구리의 전기 전도성과 열 전도성은 상온에서 은 다음으로 순수한 금속 원소 중에서 가장 높다. 금속 결합 내에서 자유 전자의 이동을 방해하는 저항은 온도에 의한 격자의 진동 때문에 전자가 흩어지는 현상에 의해 주로 발생하는데, 이 격자의 진동은 부드러운 금속에서는 그 정도가 약하여 구리 등의 원소가 높은 열과 전기 전도성을 갖는 이유를 설명할 수 있다.

구리는 회색이나 은색이 아닌 다른 색을 띠는 몇 안 되는 금속 원소들 중 하나이다. 순수한 구리는 주황빛을 띠는 붉은색이며 공기에 접촉하면 붉은색 녹이 슨다. 색의 차이는 가득 찬 3d오비탈과 4s오비탈 사이의 전자 전이가 일어나는 과정에서 나타나는데, 이는 각각의 껍질 간 에너지 차이가 주황빛에 대한 성질을 바꾸기 때문이다. 구리는 물과는 반응하지 않지만 공기 중의 산소와는 천천히 반응하여 적갈색의 산화 구리 층을 형성하는데, 다른 금속과 달리 구리에서 생성되는 산화 구리 층은 밑에 위치하는 금속을 더한 산화로부터 보호하는 역할을 한다.

참고자료

• 〈구리〉, 《위키백과》
• 〈구리〉, 《나무위키》
• 〈구리〉, 《네이버 지식백과》
• 이재은 기자, 〈“올해 전기차 빅뱅” 신사업 '배터리 소재' 키우는 기업들〉, 《조선비즈》, 2020-01-13

같이 보기

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