비스무트 원소의 성질과 이용

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비스무트(비즈머스 Bismuth, Bi) 원소의 성질과 이용

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󰋯  원자번호：83

󰋯  족：15족(6주기)

󰋯  원자량：208.9804

󰋯  밀도：9.78 g/cm-3

󰋯  각 전자각의 전자 수：2, 8, 18, 32, 18, 5

󰋯  mp：271.5℃ / 󰋯  bp：1,564℃

 

비스무트(비즈머스)는 같은 15족에 속하는 비소나 안티모니(안티몬)와 화학적 성질이 비슷한 은백색 금속이다. 이 원소는 자연계에 순수한 금속으로도 존재하지만, 그의 중요 광석인 비스무티나이트 (bismuthinite)와 비스나이트(bisnite)에 황 또는 산소와의 화합물로 존재한다.

 

비스무트는 부식에 강하고, 순수한 것은 은백색이지만 공기 중에 두면 산소와 결합하여 표면이 핑크색으로 변한다. 공기 중에서 고열로 태우면 청색 불꽃에서 노란 연기(산화비스무트)를 낸다.

 

비스무트는 고대로부터 알던 물질이지만 18세기까지 납이나 주석과 물리적 성질이 비슷하여 혼돈되고 있었다. 비스무트의 어원(語源)은 확실치 않으나, 아랍어 ‘bi ismid’ (안티모니 같은)이거나, 독일어 ‘weisse masse’(white mass)일 것이라는 의견이 있다.

 

 

비스무트는 납, 주석, 구리 등을 제련할 때 부산물로 생산하고 있다. 최근까지만 해도 비스무트는 자연계의 원소 중에서 가장 무겁고 안정된 원소라고 생각했다. 그러나 2003년 프랑스 과학자들에 의해 Bi-209는 매우 느린 속도로(반감기가 우주의 나이 약 140억년의 10억 배) 알파 붕괴를 하여 Ta-205로 변해간다는 사실이 알려졌다. 반면에 동위원소인 Bi-213은 알파 붕괴를 하는데, 그 반감기는 45분에 불과하여 백혈병 치료에 이용된다.

 

흥미롭게도 물이 얼면 부피가 팽창하듯이 비스무트도 같은 성질을 가졌다. 비스무트의 이런 특성은 산업적으로 유용하다. 예를 들어 일반 합금으로 주물(鑄物 cast)을 만들면 식으면서 부피가 수축하게 되지만, 비스무트가 적당량 포함된 합금은 냉각되어도 부피가 줄지 않으므로 정밀한 주물을 제작할 수 있다. 이럴 때 얼마나 고마운 원소인가!

 

비스무트를 비롯하여 납, 주석, 카드뮴을 포함한 합금은 녹는 온도가 낮아진다. 그러므로 이들의 합금은 고온이 되면 저절로 녹아버리도록 만든 화재경보기라든가, 자동 살수장치(스프링클러), 과전류 차단기 등에 유용하게 이용된다.

 

비스무트는 자연 원소 중에서 반자성이 가장 강하고, 금속 중에 열 전도성은 수은 다음으로 낮다. 비스무트는 중금속이지만 주변의 다른 금속(82번 납, 50번 주석, 51번 안티모니, 52번 텔루륨, 84번 폴로늄 등)과 달리 독성이 거의 없다. 그러므로 오늘날 납 대신 사용하게 되어 그의 경제적 가치가 높아가고 있다. 산화비스무트의 황색은 화장품과 색소로 이용되고, 위장의 제산제(制酸劑)로 사용되기도 한다.

 

 

 

납 원소의 성질과 이용