원소 주기율표 어디까지 왔나 ? - 1편

(주기율표의 아버지 드미트리 만델레예프의 기념상  Monument to the periodic table, in front of the Faculty of Chemical and Food Technology of the Slovak University of Technology in Bratislava, Slovakia. This image was originally posted to Flickr by mmmdirt athttp://www.flickr.com/photos/mmmdirt/279349599/. It was reviewed on 10:56, 05 January 2007 by theFlickreviewR robot and confirmed to be licensed under the terms of the cc-by-sa-2.0.)

 



 중고등학생 때 누구나 다 배우게 되는 것 가운데 하나가 바로 원소 주기율표 (Periodic table)이다. 수많은 원소들의 특징을 알기 쉽게 배치한 이 표는 기발하고 편리하지만 학생들 입장에선 막상 외우려면 피곤한 수많은 발명품 가운데 하나다.

 그런데 이런 원소 주기율표를 계속 늘리려는 음모 (?) 가 학생들도 모르는 사이에 진행되고 있다. 즉 원자 번호가 더 높은 무거운 원소들을 합성하기 위한 시도가 현재도 계속되고 있다는 이야기다. 이렇게 새롭게 합성되었거나 앞으로 합성될 원소들은 대부분 아주 짧은 시간만 존재할 수 있는 초 중량 원소이다. 따라서 고등학생까지는 아마 이것까지 외우라고 하진 않을테니 안심해도 될 듯 하지만 대체 누가 이런 음모를 꾸미고 어떤 원소가 합성되었는지 한번 소개해 보기로 한다. 

 1. 원소 주기율표 

 이 설명을 하기 앞서 원소 주기율표에 대해서 간단히 설명하고 넘어가겠다. 이 표에 대해서 자세히 설명하는 것은 지금 이야기 하고자하는 핵심이 아니기 때문에 넘어가기로 한다. 일단 아래에 원소 주기율표는 많은 이들에게 친숙한 모델일 것이다. 사실 주기율표라는 것은 러시아의 화학자 드미트리 멘델레예프 및 마이어등이 처음 소개한 이래로 많은 사람들이 주기율표를 만들었으며 또 새로운 원소들이 밝혀짐에 따라 계속 갱신되었다.

 (원소 주기율표. 확대해서 원본을 보려면 클릭. 족 (Group) 이 같은 원소들은 비슷한 화학적 특성을 공유한다. 지금까지는 7주기 (period) 원소까지 합성되었다. 출처 : wiki)

 흔히 사용되는 주기율표는 장주기형과 단주기형 주기율표이다. 단주기형 주기율표는 제 2,3 주기 (단주기)를 중심으로 제 4주기 이하의 전형원소 및 전이원소가 같은 칸에 배치되어 있다. 한편 장주기형은 제 1족부터 18족까지, 그리고 1에서 7 주기 까지 표시한 것이다. 과거 A/B 아족을 표시했던 것과는 달리 그냥 18 족을 표시한 장주기형 주기율표를 IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry  국제 순수 및 응용 화학연맹) 에서 제정했고 이것을 현재 대한 화학회에서 채택하여 가장 널리 사용되고 있다. 아마도 대부분 주기율표 하면 이 장주기 주기율표를 보셨을 것이다. 

 2. 합성 원소

 원자 번호 94 인 플루토늄 까지는 자연계에 존재하는 원소이지만 원자 번호 95 번 이상인 원소들은 자연계에서 발견되지 않았던 인공 원소들이다. 정확히 이야기 하면 반감기가 너무 짧아서 인공적으로 합성된 것 이외에는 사실상 지구상에서 볼 수 없는 원소들을 이야기 한다.

 이런 합성 원소 (Synthetic element) 는 1944년 합성된 원자번호 95번 아메리슘 (Americium) 이후 원소들로써, 원자 번호 95번 부터 103 번까지는 트랜스우라늄 원소 (Transuranium element), 104번 부터 112번까지는 트랜스악티늄 원소 (Transactinide element) 라고 명명한다. 

 한편 최근 10년 사이 합성된 원소들 가운데는 이것들 보다 더 무거운 원소들이 존재하는데 아직 임시적인 이름이 붙어있는 원소들이다. 이것들은 원자번호 113번 이상인 합성원소들이다. 여기서는 최근에 합성된 합성원소를 설명드리고 앞으로 합성 예상에 대해서 간단히 설명을 드리고자 한다. 

 3. 원자 번호113번에서 118번까지 합성 원소

 Ununtrium 

  : 원자 번호 113 번의 이 합성 원소는 임시 명칭으로 Ununtrium 이라 불리는데 그냥 113 이란 뜻이다. (발음은 은은트리움 : http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/86/Ununtrium2009.ogg   에서 발음을 들을 수 있음 ) 과거에는 에카 탈륨 ( eka-thallium) 으로도 불린 적이 있다. 탈륨과 같은 13족에 속하는 원소이기 때문이다.

 최근의 합성원소 연구는 러시아의 두브나 (Dubna, 모스크바에서 120 km 떨어진 지점에 있음) 의 합동 핵연구소 (Joint Institute for Nuclear Research / 러시아어 Объединённый институт ядерных исследований, ОИЯИ ) 와 미국의 LLNL (Lawrence Livermore National Laboratory   로렌스 리버모어 국립 연구소) 등이 주도하고 있는데 이 원소 역시 이들의 합동 연구팀이 합성에 성공했다. 

 최초 이 원소가 검출된 것은 원자 번호 115번의 Ununpentium 의 붕괴 과정에서 2003년 처음 검출되었으며 2004 년에 이르러 두브나와 LLNL 의 과학자들이 합동으로 처음 합성에 성공했다. 2005년에는 일본의 RIKEN (이화학연구소의 약칭으로 일본의 대표적인 기초과학 연구소) 에서도 합성에 성공했다. 

 (미국, 러시아 합동 팀은 아메리슘에 칼슘을 충돌시켜 Uup 를 만들고 이후 Uut 로 붕괴됨)

(일본 RIKEN 에서는 아연과 Bismuth 를 이용 합성에 성공)

 일본에서는 일본의 명칭을 딴 Japonium (자포니움 ?) 및 RIKEN 의 이름을 딴 Rikenium 의 명칭을 제안했으며 두브나 팀에서는 화학자 베크릴의 명칭을 따 Becquerelium 을 제안했다. Uut 는 역시 불안정해서 가장 반감기가 긴 동위원소인 ²⁸⁶Uut 도 19.6 초 정도에 불과하지만 이 정도까지는 어느 정도 화학적 성질을 연구할 수 있다. 실제로 Uut₂O 같은 분자를 만드는데도 성공했다. 

 Ununquadium

 : 원자 번호 114번의 임시 명칭으로 약자로 Uuq 이다. 1998년 두브나의 러시아 연구팀이 아래의 반응을 통해 합성에 성공했다. 

244
94Pu + 48
20Ca → 292
114Uuq^* → 289
114Uuq + 3 1
0n

 두브나 팀의 연구는 후에 IUPAC 에 의해 승인되었다. 두브나 팀은 소련의 핵물리학자 Georgy Nikolayevich Flyorov 의 이름을 따  flerovium 이란 명칭을 제안했다. 가장 반감기가 긴 동위 원소의 경우 66초이다. 

 Ununpentium

 : 원자 번호 115번의 임시 명칭으로 은은 펜티엄 비슷하게 발음된다. 물론 115란 뜻이다. 약자는 Uup 이다. 미국의 LLNL 및 러시아의 두브나 팀의 합동으로 2004년 처음 합성되었으며 2003년 처음 발견되었는데 지금까지 합성된 원자가 30 개 정도에 불과하다. 가장 반감기가 긴 동위원소도 220 ms 이다. 

48
20Ca + 243
95Am → 291
115Uup* → 288
115Uup

 과거 eka - bismuth 라고 불리기도 했지만 현재 제안된 이름은 없는 상태다. 

 Ununhexium

 : 원자 번호 116번의 임시 명칭. 러시아의 두브나 팀이 2000년 합성에 성공했다. 명칭으로는 Moscovium (모스크바에서 유래된 명칭) 이 제안되었다. 역시 불안정해서 가장 반감기가 긴 동위원소도 60 ms 정도로 짧다. 약자는 Uuh

 Ununseptium

 : 원자 번호 117번의 임시 명칭. 약자 Uus. 역시 미국 - 러시아 합동 연구팀이 2009 년에서 2010년 최초 합성에 성공했으며 할로겐 족에서 가장 무거운 원소이지만 아직 그 화학적 성질은 규명된 바가 없다. 

48
20Ca + 249
97Bk → 297
117Uus* → 294
117Uus + 3 1
0n

48
20Ca + 249
97Bk → 297
117Uus* → 293
117Uus + 4 1
0n

 2010년 미 - 러 합동 연구팀은 겨우 6개의 Uus 원자를 합성하는데 성공했는데 그래도 두가지 동위 원소가 검출되었다. 하지만 반감기가 긴 쪽도 78 ms 정도였다. 


(추가 발견 내용 : http://jjy0501.blogspot.kr/2014/05/element-117.html  ) 

 Ununoctium

 : 원자 번호 118 번의 임시 명칭. 약자 Uuo. 이 원소는 1999년 미국의 로렌스 버클리 국립 연구소 (LBNL) 의 연구진들이 아래와 같은 반응으로 최초 합성했다고 주장했으나 다시 재현하는데 는 실패했다. 

86
36Kr + 208
82Pb → 293
118Uuo + n

 이후 미-러 합동 연구 팀에 의해서 2002년에 ²⁹⁴Uuo 를 합성하고 그 붕괴를 관찰하는데 성공했다. 

 그러나 합성된  ²⁹⁴Uuo 는 극도로 불안정해서 반감기가 0.89 ms 에 불과했다. 

(Uuo 의 붕괴  CCL 에 따라 복사 허용 저자 표시  저자 Tkgd2007 at English Language Wikipedia )

  이 원소에 대해서는 다음에 좀 더 추가 설명을 한다. 

 (여담이지만 원소 이름은 임시 명칭이 가장 좋은 것 같다. 이름에 모든것이 다 들어 있기 때문이다. 113번 원소이름은 113 을 뜻하는 Uut 이니 얼마나 쉬운가 ? 어감도 자포니움이나 리카니움보다 더 좋은 것 같다. 외우는 입장에서 생각해보면 외우기 힘든 이름은 좀 자제 했으면 좋겠다) 


 덧) 이 글을 쓴 후 114 번 원소는 플레로븀 (Flerovium, Fl), 116 번 원소는 리버모륨 (Livermorium Lv) 으로 이름이 확정되었다.    http://blog.naver.com/jjy0501/100160020481  를 참조