루테늄 원소의 성질과 이용

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루테늄(Ruthenium, Ru) 원소의 성질과 이용

 

󰋯  원자번호：44

󰋯  족：8족(5주기) 전이원소

󰋯  원자량：101.07

󰋯  밀도：12.45 g·cm-3

󰋯  각 전자궤도의 전자 수：2, 8, 18, 15, 1

󰋯  mp：2,334℃ / 󰋯  bp：4,150℃

 

전이원소의 하나인 루테늄은 백금이 포함된 광물에서 함께 발견되는 단단하지만 깨지기 쉬운 흰색 금속으로서, 상업적 용도는 거의 알려지지 않고 있다.

 

루테늄은 백금족(platinum family)에 속하는 6가지 금속 중에서 첫 번째 원소이다(원자번호 76 오스뮴 참조). 루테늄은 러시아의 과학자 클라우스(Karl Ernst Claus 1796-1864)가 1844년에 발견했다. 그는 당시 동유럽 사람들이 러시아를 라틴어로 루테니아(Ruthenia)라 불렀으므로, 그 이름을 따서 새 금속을 루테늄이라 했다.

 

루테늄을 비롯하여 주기율표에서 8-9족, 5-6주기에 속하는 로듐, 팔라듐, 오스뮴, 인듐, 백금 6가지 금속을 ‘백금족 금속’이라 부른다. 이들은 물리화학적 성질이 서로 닮았고, 또 백금 광석 속에 대부분 함께 포함되어 있기 때문이다.

 

 

주기율표에서 루테늄이 속한 8족 원소의 최외각에는 모두 2개의 전자가 있으나 루테늄만 1개의 전자가 돌고 있다. 각 전자궤도의 전자 수를 보자.

 

철：      2, 8, 14, 2

루테늄：2, 8, 15, 1

오스뮴：2, 8, 18, 32, 14, 2

하슘：   2, 8, 18, 32, 32, 14, 2

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루테늄은 특수한 화학반응에서 촉매로 쓰는 연구가 이루어지고 있다. '촉매'는 자신은 화학반응에 참여하지 않으면서 화학반응이 빨리 진행되도록 하는 물질을 말한다. 물을 분해하려면 전기에너지가 필요한데, 루테늄 화합물을 촉매로 사용하면, 물에서 직접 수소 분자를 분리해낼 수 있다.

 

백금 보석을 만들 때 루테늄을 혼합하면 더 단단해지고, 티타늄에 혼합하면 부식이 방지된다. 유명한 ‘파커-51’ 만년필은 그 촉을 루테늄 96.2%와 이리듐 3.8%의 합금으로 만든다고 한다. 루테늄은 태양 에너지 흡수율이 좋은 태양전지 개발에도 이용된다.

 

루테늄은 핵연료인 우라늄-235가 핵분열할 때 생겨난다. 그러므로 지금 다 쓰고 남은 핵연료 폐기물은 뒷날 루테늄 생산 자원이 될 가능성이 있다. 루테늄은 1년에 약 12톤 생산되고 있으며, 현재로는 용도가 많지 않으나 미래에는 새로운 용도가 계속 발견될 가능성이 있는 원소이다.

 

 

 

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