희토류(Rare Earth)의 성질과 용도

희토류의 성질과 용도

희토류의 성질과 용도

 

희토류 원소들은 공통적으로 2개의 최외각전자를 가지고 있으며 물리적, 화학적 특성이 서로 비슷합니다. 또한 중성자수가 다른 원소들에 비해 많기 때문에 강한 자성을 띄는 특징이 있습니다. 아래는 희토류 원소의 공통적인 성질입니다.

 

•  희토류 원소는 은색, 은백색의 금속입니다.
•  희토류 원소는 특유의 금속광택이 있지만 공기 중에서 쉽게 변색됩니다.
•  희토류 원소는 전기 전도성이 높습니다.
•  희토류 원소는 비슷한 물리적, 화학적 특성을 보이며 용해도가 비슷해 서로 분리하거나 구별하기가 어렵습니다.
•  희토류 원소는 단독으로 존재하지 않으며 여러가지 희토류 산화물이 혼합된 광물의 형태로 발견됩니다.
•  희토류 산화물은 일반적으로 3+ 산화상태로 발견됩니다. (다만 유로퓸의 원자가는 2+이고 세륨의 원자가는 4+입니다.)

희토류 원소의 최외각전자들은 대체적으로 산소와 쉽게 결합되어 안정적인 산화물 형태로 존재하기 때문에 이를 순수한 금속원소의 형태로 정제하여 분리하는것이 매우 어렵습니다.

 

대기중에서 희토류 원소의 반응성

 

하지만 희토류는 독특한 전자기적, 광학적 성질을 가져 여러가지 첨단 산업분야에서 필수적으로 사용되는 매우 중요한 물질입니다. 각 희토류 원소 별 사용용도는 아래에 간략히 요약하였습니다.

 

- 스칸듐(Sc) : 원자번호 21. 알루미늄 합금에 첨가하여 기계적 성질을 강화하는 데 사용됩니다.

- 이트륨(Y) : 원자번호 39. 초전도체 및 레이져 발광원으로 사용됩니다.

- 란타넘(La) : 원자번호 57. 특수 유리 및 광학, 전극 및 수소 저장에 사용됩니다.

- 세륨(Ce) : 원자번호 58. 석유 정제 과정 중 오일 크래킹에 사용되며, 세라믹과 유리의 황색 착색제로 사용됩니다.

- 프라세오디뮴(Pr) : 원자번호 59. 고성능 자석, 레이저 및 세라믹 및 유리의 녹색 착색제로 사용됩니다.

- 네오디뮴(Nd) : 원자번호 60. 고성능 자석, 레이저 및 세라믹 및 유리의 보라색 착색제로 사용됩니다.

- 프로메튬(Pm) : 원자번호 61. 핵 배터리(Nuclear battery)에 사용됩니다. 지구상에서 인간이 만든 동위원소 만이 관찰되었으며, 지구에 자연적으로 존재하는 양은 500-600 g에 불과할 것으로 예측됩니다.

- 사마륨(Sm) : 원자번호 62. 고성능 자석, 레이져 및 중성자 포획용 재료에 사용됩니다.

- 유로퓸(Eu) : 원자번호 63. 형광체, 레이저 및 수은 증기 램프에 사용됩니다.

- 가돌리늄(Gd) : 원자번호 64. 고성능 자석, 특수 광학소재 및 메모리 소자에 사용됩니다.

- 터븀(Tb) : 원자번호 65. 세라믹과 페인트, 레이저 및 형광등에서 녹색을 내는데 사용됩니다.

- 디스프로슘(Dy) : 원자번호 66. 고성능 자석과 레이저에 사용됩니다.

- 홀뮴(Ho) : 원자번호 67. 레이저에 사용됩니다.

- 어븀(Er) : 원자량 68. 레이저뿐만 아니라 바나듐과 합금된 강철의 첨가제로 사용됩니다.

- 툴륨(Tm) : 원자량 69. 휴대용 엑스레이 장비에 사용됩니다.

- 이터븀(Yb) : 원자량 70. 적외선 레이저 및 환원제로 사용됩니다.

- 루테튬(Lu) : 원자량 71. 특수 유리 및 방사선 장비에 사용됩니다.

 

희토류(Rare Earth)의 정의