납 원소의 성질과 이용

세상을 보는 과학의 눈 - Science Wave

 

 

납(Lead, Pb) 원소의 성질과 이용

​

 

󰋯  원자번호：82

󰋯  족：14족(6주기)

󰋯  원자량：207.2

󰋯  밀도：11.34 g/cm-3, (녹는 온도의 액체 밀도 10.66 g·m-3)

󰋯  전자껍질의 전자 수：2, 8, 18, 32, 18, 5

󰋯  각 전자각의 전자 수：2, 8, 18, 32, 18, 4

󰋯  mp：327.46℃ / 󰋯  bp：1,749℃

 

친숙한 금속 원소의 하나인 납은 탄소와 같은 14족에 속한다. 납은 녹는 온도가 매우 낮고, 전기 전도성이 나쁘며, 단단하지 못하면서 무거운 금속이다. 순수한 납을 바로 절단했을 때는 그 면이 청백색이지만, 공기를 만나면 산소와 반응하여 차츰 어두운 회색으로 변한다.

 

납은 고대로부터 이용되어 왔다. 서기전 5,000년경의 이집트 무덤에서 출토되었고, 로마시대에는 납으로 송수관 파이프(연관鉛管)를 만들었다. 납의 한자는 연(鉛)이고, 영어는 lead 이다. 원자기호가 된 Pb는 라틴어 plumbing (납으로 만든 송수관의 명칭)에서 따온 것이다.

 

납은 핵분열을 하지 않는 ‘안정 원소’ 중에서 가장 원자량이 많은 무거운 원소이다. 납 다음으로 무거운 원자번호 83인 비스무트 이후의 원소들은 핵이 불안정하여 자연적으로 핵붕괴를 한다. 그러나 비스무트는 반감기가 우주의 나이보다 길므로 안정 원소(stable element)라 할 수 있을 것이다.

 

 

납은 생활에 유용한 원소 

​

납은 자연계에서 순수한 상태로 소량 발견되기도 하지만, 납을 많이 함유한 대표적인 광석은 방연광(方鉛鑛 galena)이다. 납과 황의 화합물인 방연광을 탄소와 함께 도가니에 넣고 가열하면 납이 녹아 나온다. 방연광은 무게의 86.6%가 납 성분이다.

 

납은 일상생활에 많이 이용된다. 건축 자재, 납축전지의 전극, 총탄, 저울 추, 고기잡이 그물의 추, 전자기기의 회로를 연결하는 땜납, X선(방사선) 차폐 벽, 우승컵을 만드는 백납을 비롯한 각종 합금 제조 등 용도가 많다. 납의 화합물은 페인트 색소(황, 백, 적색 등)로도 많이 이용된다. 우리나라의 경우, 1980년대까지만 해도 신문, 책과 같은 인쇄물은 납으로 만든 활자(活字) 위에서 찍었다.

 

그러나 납이 체내에 축적되면 다른 중금속과 마찬가지로 효소의 촉매작용을 방해하고, 뇌와 간, 신장에 장해를 일으킨다는 것을 알게 되면서, 사용처가 급격히 줄어들고 사용할 때 매우 조심하게 되었다. 지금은 낚시추로도 사용이 억제되고 있다.

 

납은 원유(原油) 속에도 들어 있으므로 휘발유에도 섞여있다. 납 성분이 많이 포함된 휘발유는 노킹현상(내연기관의 불완전 연소로 인하여 발생하는 폭발. 금속 두드리는 소리 발생)이 심하고, 납의 입자가 배기가스로 배출되어 공해의 원인이 된다. 오늘날에는 ‘납 탄환’ 사용을 불법으로 정한 나라도 많다. 납탄으로 사냥한 동물의 몸은 납에 오염될 수 있기 때문이다.

 

굴절률이 뛰어난 크리스털 유리는 산화납을 넣어 만든다. 크리스털 유리는 빛의 굴절 각도가 크기 때문에 보석처럼 찬란하게 반짝거린다.

 

납은 여러 종류의 방사성 동위원소가 있다. 핵붕괴를 하는 무거운 원소인 우라늄과 토륨은 방사선을 방출하고 마지막에 납이 되어 핵붕괴를 멈춘다. 천연 우라늄의 반감기는 수십억 년이므로, 지층 속의 우라늄 동위원소와 납 동위원소를 조사하면 그 지층의 연대를 짐작할 수 있다.

 

지난 2010년의 통계에 의하면 전 세계는 그 해에 약 950만 톤의 납을 생산했다. 이 정도로 매년 소비하면 반세기가 지나기도 전에 납의 자원은 고갈될 것이란다. 그런 날이 오면 납은 재생해서 사용해야 하는 더욱 귀중한 자원이 될 것이다.

 

 

 

탈륨 원소의 성질과 이용