바나듐(버네이디엄) 원소의 성질과 이용

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바나듐(버네이디엄 Vanadium, V)의 성질과 이용

 

 

󰋯  원자번호：23

󰋯  족：5족(4주기)

󰋯  원자량：50.94

󰋯  밀도：6.0 g·cm^-3

󰋯  각 전자궤도의 전자 수：2, 8, 11, 2

󰋯  mp：1,910℃ / 󰋯  bp：3,407℃

  

바나듐(버네이디엄)은 밝게 반짝이는 전이금속으로, 다소 무르지만 부식에는 극히 강한 원소이다. 이 원소는 자연계에 금속 상태로 존재하지 않고, 약 65가지 광석에서 미량씩 발견되며, 전체 함량은 지각의 약 0.02%라고 추정하고 있다.

 

바나듐을 다량 함유한 대표적인 광석은 버내디나이트(vanadinite 갈연광)이다. 갈연광(Pb₅(VO₄)₃Cl)은 무게 비율로 73.15%의 납과 10.79%의 바나듐을 함유한 붉은색 결정체이다.

 

바나듐은 스페인계의 멕시코 광물학자 리오(Andres Manuel del Rio 1764-1849)가 1801년에 발견했다. 바나듐이라는 이름은 스칸디나비아의 전설에 등장하는 ‘미의 여신’인 바나디스(Vanadis)에서 따온 것이다. 바나듐 화합물은 그 구성 성분에 따라 청, 녹, 보라, 적색 등 매우 다양한 아름다운 색을 나타내기 때문에 이런 이름을 얻었다.

 

 

바나듐의 이용

 

바나듐의 최대 용도는 ‘페로바나듐’(ferrovanadium)이라는 철과의 합금이다. 이 합금은 단단하고 부식에 강하기 때문에 엔진이라든가 고속 절삭공구(cutting tools), 자전거 프레임, 크랭크샤프트, 바퀴 축, 톱니바퀴 등의 제조에 사용한다. 현재 세계에서 생산되는 바나듐의 85%는 페로바나듐으로 이용되고 있다.

 

산소와 화합한 오산화바나듐(V₂O₅)은 황적색 결정체인데, 이것은 황산을 제조할 때 촉매로 대량 이용된다. 황을 태우면 이산화황이 되고, 이것을 산소와 결합시키면 삼산화황(SO₃)이 된다. 그런데 일반 조건에서는 이 반응이 매우 느리게 진행되지만, 산화바나듐 결정체와 이산화황을 접촉시키면 촉매작용을 하여 빠른 속도로 삼산화황을 생산할 수 있다.

 

V₂O₅ + 2SO₂ → V₂O₃ + 2SO₃

 

V₂O₃ + O₂ → V₂O₅

 

바나듐을 섞은 강철은 높은 열이나 강한 힘을 받아도 잘 갈라지거나 틀어지지 않기 때문에 원자로에서 중요하게 이용된다. 예를 들어 노심에 핵연료를 집어넣는 바나듐강으로 만든 연료봉은 고열을 받아도 쉽게 파열되지 않는다. 또한 바나듐강은 원자로에서 우라늄 핵을 분열시키도록 방출된 중성자를 잘 흡수하지 않으므로 핵분열반응에 지장을 주지도 않는다.

 

바나듐은 석유와 석탄 등의 화석 연료 속에도 포함되어 있다, 그러므로 이들 연료를 태우면 바나듐은 공기 중으로 흩어지는데, 그 방출 양이 매년 10만 톤 이상일 것이라고 한다.

 

 

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