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75Re 레늄 Rhenium |
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| 분류 | 전이 원소 | 상태 | 고체 |
| 원자량 | 186.207 | 밀도 | 21.02 g/cm3 |
| 녹는점 | 3186 °C | 끓는점 | 5596 °C |
| 용융열 | 60.43 kJ/mol | 증발열 | 704 kJ/mol |
| 원자가 | 7 | 이온화에너지 | 760, 1260, 2510 kJ/mol |
| 전기음성도 | 1.9 | 전자친화도 | 14.5 kJ/mol |
| 발견 | M. Ogawa (1908) | ||
| CAS 등록번호 | 7440-15-5 | ||
| 이전 원소 | 텅스텐(W) | 다음 원소 | 오스뮴(Os) |
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1. 개요
주기율표 7족(망가니즈족) 전이 원소에 속하는 금속 원소이다. 레늄은 천연에서 마지막으로 발견된 금속 원소로, 지각 중의 존재량은 금속 원소 중에 가장 적다.2. 발견
1925년, 바이마르 공화국의 화학자 발터 노다크와 그의 조수였던 이다 타케[1] 및 지멘스 사의 오토 베르그는 백금광석의 X선 분석에 의해 미지의 스펙트럼 선을 발견했고, 새로운 원소 레늄의 존재를 밝혀냈다. 레늄의 이름은 독일의 라인(Rhine)강에서 따온 것.이 레늄은 테크네튬 항목에도 기술된, 새로운 원소로 오인되었던 닛포늄(Np)과 같은 물질이라는 것이 판명되었다. 닛포늄은 1908년 일본 제국의 화학자 오가와 마사타카가 토리아나이트에[2]서 추출한 원소지만, 당시의 일본에는 X선 분광장비 등의 고도 시설이 없어서 올바른 측량이 불가능했고,[3] 결국 학계로부터 인정받지 못하고 발견이 취소되었다. 이후 닛포늄의 원소 기호 Np는 넵투늄으로, 원자 번호 43은 테크네튬으로 넘어갔고, 일본의 첫 원소 발견은 2004년(2012년[4])까지 미뤄지게 된다.
니포늄과 레늄이 같은 물질이라는 것은 2003년에 밝혀졌지만 레늄 발견 후 1930년 경, 최초 발견자 마사타카는 니포늄이 레늄의 결정이라는 것을 이미 확인했다고 전해진다.
3. 특징
아주 귀하고 비싸다. 자연상태에서는 레늄만 따로 있는 경우는 잘 없고 보통은 몰리브데넘을 채취하면 거기에 일부가 섞여 나오는 수준. 이렇게 귀하다 보니 가격은 2009년 기준으로 kg당 6천 달러에 육박한다. 일부 화산에서 발견되기도 하는데 지하 깊숙히 있는 레늄 광맥을 화산 마그마가 관입해서 레늄을 녹여서 지상으로 분출하는 것. 금속 레늄 자체는 마그마의 온도 정도에 녹지 않지만 레늄과 황의 화합물은 녹거나 끓는 온도가 낮아져 섭씨 1200 도 정도면 녹는 건 물론 증발해 화산에서 황화레늄의 증기로 분출되고 굳어져 고품위의 레늄광이 된다.이렇게 비싸다보니 이용법은 한정되어 있지만 녹는점이나 경도가 높기 때문에 2000도 이상의 고온측정용 열전대[5]로서 이용된다. 레늄의 녹는점은 텅스텐 등에 버금갈 정도로 높기 때문에 내열성이 아주 뛰어나다. 보석이나 은 제품의 표면에 얇게 코팅하면 공기중 산화나 산(酸)으로 침식받는 것으로 부터 보호할 수 있어서 연마한 보석의 표면이 거칠어지는 걸 막을 수 있고 은제품이 검게 산화하는 것을 막을 수 있다. 로듐 코팅도 그러한 용도로 쓰인다.
한편 레늄은 순수 레늄, 혹은 합금형태로 우주선, 미사일의 로켓 노즐이나 제트엔진의 내열 부품으로 쓰이기도 한다. 단순히 고온에서 견디는 소재라면 몇 가지 더 있지만, 레늄은 고온에서 삭마에 저항하는 능력도 뛰어나기 때문. 이런면에서의 기계적인 특성은 텅스텐이 좀 더 좋지만, 텅스텐은 정밀 가공이 까다로워서 결국 레늄을 쓴다. 보통 레늄분말을 틀에 넣고 찍어내는 분말야금기법이나, 화학적인 방법으로 레늄증기를 만들어 형틀 위에 고착시켜 제품을 만들거나 주요부위에 레늄코팅을 하기도 한다. 다만 레늄은 가격이 워낙 비싸고 나는 곳만 나는 전략 물질이라 대량으로 쓰기 힘들다보니 항공, 군사업계에서 레늄을 대체할 탄소섬유 복합소재 개발에 노력중이다. 항공기용 고온 가스터빈 등에 쓰이는 초내열 합금에서 내열성과 고온내식성을 강화하기위해 함량은 불과 2-3% 밖에 안되만 소재가격의 65% 를 차지할 정도로 비싼 금속이다. 레늄 함유량에 따라 2세대 3세대 초내열합금으로 구분되고 여기에 소량의 루테늄과 함께 첨가하면 루테늄 함량에 따라 4세대 5세대로 구분하기도 한다.
또, 레늄을 석유 정제의 촉매로 이용하면 가솔린의 옥탄가를 올리는 효과가 있다. 이것은 다른 촉매와 다르게 황이나 인 등의 불순물이 약간 존재하더라도 촉매로서의 기능이 떨어지지 않기 때문이다.
모든 원소 중 최초로 원자간의 결합, 분리 장면을 눈으로 볼 수 있게 촬영된 원소이기도 하다. 탄소나노튜브 안의 레늄 원자를 대상으로 촬영되었는데, 원자의 크기 자체가 큰 편이기 때문에 상대적으로 촬영이 수월했다고 한다.
| 레늄 원자 간의 결합 및 분리 장면(0:21부터 확인하면 바로 확인 가능) |
[1]
훗날 발터 노다크와 결혼해 성이 노다크로 바뀐다.
[2]
Torianite.
토륨의 광석이며 이산화 토륨이라고도 불리기도 한다. 분자식은 ThO2.
[3]
그래서 원자량 측정에 착오가 생겨, 마사타카는 레늄을 43번 원소로 발표한 것이다,
[4]
발견 자체는 2004년에 했으나 닛포늄과 비슷하게 충분한 근거가 없어서 인정받지 못했다. 결국 8년 뒤인 2012년에서야 좀 더 확실한 연구 끝에 발견을 인정받았고 니호늄은 정식으로 주기율표에 등재된다.
[5]
열전대는 제베크효과(두 종류의 금속을 고리 모양으로 연결하고, 한쪽 접점을 고온, 다른 쪽을 저온으로 했을 때 그 회로에 전류가 생기는 현상이다. 연결한 금속의 종류에 따라 그 기전력과 전류의 크기가 달라진다. 이 현상을 이용한 것으로는 열전온도계가 있다.)를 이용하여 넓은 범위의 온도를 측정하기 위해 두 종류의 금속으로 만든 장치이다. 발전소, 제철소 등에서 온도를 측정하기 위해 사용한다. 내구성이 좋아 극한상황에서 많이 이용된다.