희귀 금속, 인공 합성 성공

희귀 금속, 인공 합성 성공

일본 교토(京都)대 연구팀이 희귀 금속으로 알려진 팔라듐(Pd)과 성질이 같은 새 합금을 만들어내는 데 성공했다고 요미우리 신문이 2010.12.30일 보도했다.

요미우리 신문은 "세계 처음으로 팔라듐(Pd)과 같은 성격의 희귀 금속을 땅이 아닌 곳에서 구할 수 있게 됐다"며 "교토(京都)대 기타가와 교수가 개발한 이번 인공 합금은 희귀 금속 등의 자원이 부족한 상황을 구해낼 현대판 연금술로 주목된다"고 격찬했다.

희귀 금속은 희토류 17종을 포함한 47개 원소가 섞인 31종의 광물을 가리키는데 팔라듐(Pd)과 리튬(Li)은 희토류는 아니지만 매장량이 적고 전자 부품이나 전지를 만드는 데 빼놓을 수 없는 희귀 금속으로 분류된다.

원소 주기율표상 로듐(Rh)은 45번, 팔라듐(Pd)은 46번, 은(Ag)은 47번이다. 이는 원소의 화학적 성질을 결정하는 전자의 개수가 한 개씩 다르다는 의미이다. 새 합금은 팔라듐(Pd)과 마찬가지로 배기 가스를 정화하는 촉매 기능이나 수소를 대량으로 모으는 성질을 갖췄다.

로듐(Rh)과 은(Ag)은 고온으로 녹여도 물과 기름처럼 섞이지 않는다. 교토(京都)대 기타가와 교수는 금속의 초미세 입자를 만드는 나노 기술에 주목했다. 같은 양의 로듐(Rh)과 은(Ag)을 녹여 만든 수용액을 분무 상태로 조금씩 알코올에 뿌렸다.

이 과정에서 로듐(Rh)과 은(Ag)이 원자 수준에서 균일하게 혼합되었고 지름 10 나노미터(1㎚는 100만분의 1㎜)의 새 합금 입자가 생겨났다. 새 합금은 2차 전지 핵심 재료로 쓰이는 팔라듐(Pd)과 마찬가지로 배기가스를 정화하는 촉매 기능이나 수소를 대량으로 모으는 성질을 띠고 있다.

기타가와 교수는 "로듐(Rh)과 은(Ag)의 전자 궤도가 혼합되면서 팔라듐(Pd)의 전자 궤도가 생겼을 가능성이 있다"고 추측했다. 일본 경제 산업성은 희귀 금속 중 17개를 희토류로 지정해놓고 있으며 중국이 희토류 생산량의 90%를 차지한다.

은(Ag)은 비교적 싸지만 로듐(Rh)은 팔라듐(Pd)보다 비싸 로듐(Rh)과 은(Ag)을 섞어 팔라듐(Pd)을 만들어냈다고 곧바로 상업화할 수는 없지만 자신이 사용한 방법으로 다른 희귀 금속 대용품을 합성해낼 수 있을 것이다

2010.09월 센카쿠 열도(조어도) 영토 분쟁으로 촉발된 중국의 일본에 대한 희토류 수출 금지 조치로 곤경에 빠진 일본이 대체 물질 개발에 적극 나서고 있다.

■ 희귀 금속(rare metal)은 매장량이 매우 적고 경제적 가치가 큰 팔라듐(Pd) 리튬(Li) 크롬 망간 인듐 등 총 31종의 광물을 지칭한다. 희토류(rare earth resources)는 희귀 금속 가운데 원자 번호 57번부터 71번까지의 15개 원소 및 이와 유사한 화학 특성을 갖고 있는 디스프로슘, 스칸듐, 이트륨 등 총 17개의 광물을 말한다. 열을 잘 전달하고 화학적으로 안정돼 전기 자동차 전지 등에 필수적으로 들어가는 금속이다. (한국 경제 장성호 기자, 입력: 2010.12.30)