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세상을 바꾼 암석, 우라늄

  • 2015.06.08.
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세상을 바꾼 암석 우라늄

 

원자력 발전, 핵분열, 방사능 하면 생각나는 게 하나 있죠! 바로 ‘우라늄‘입니다.

앞에서 말씀드린 단어만 본다면 굉장히 위험해 보이는 광물입니다. 사실 쉽게 보기도 어려운 광물이기도 합니다.

하지만 에너지를 만들어내는 광물로 우리의 삶에 큰 부분을 변화 시킨 광물이기도 합니다.

앞서 올린 ‘방사능의 발견’에서도 언급했지만 우라늄은 ‘양날의 검’이라는 말이 가장 잘 어울리는 단어라고 생각됩니다.

인류에게 막대한 양의 에너지를 제공하기도 하며, 인류에게 큰 피해를 줄 수 있는 폭탄의 원료가 될 수도 있습니다.

오늘은 우라늄에 대해서 이야기해보도록 하겠습니다.

 

세상을 바꾼 암석 우라늄

 

◆ 우라늄의 특성

우라늄(Uranium)은 원자번호 92번의 원소로, 원소기호는 U입니다.
주기율표에서는 악티늄족에 속하며, 천연으로 얻어지는 원소 중 원자번호가 가장 큰 원소입니다.

우라늄보다 원자번호가 큰 넵투늄(Np)과 플루토늄(Pu)이 천연으로 아주 미량 존재하기는 하나, 이들은 핵 반응의 부산물에서 처음 발견되었으며, 주로 핵 반응을 통해 얻을 수 있습니다.

우라늄은 밀도가 큰 은색 고체 금속으로 독성이 매우 크며, 동위원소들은 모두 자연 방사성 원소입니다.

 

※동위원소: 동일한 원소로서 양자수는 일정하지만 중성자 수가 다르기 때문에 질량이 다른 원소를 말함

※자연방사성원소: 어떤 핵종 또는 원소의 방사성 동위원소 중 천연으로 존재하는 것이며, 우라늄계·토륨계·악티늄계에 속하는 원소 외에 칼륨·루비듐·사마륨·루테튬·레늄 등이 있다.

 

우라늄은 천연으로 얻어지는 원소 중 마지막 원소이며 원자번호가 가장 크고 무거운 원소입니다.
원자번호가 크고 무겁다는 것은 그만큼 양성자와 중성자의 개수가 많은 것을 의미합니다.

양성자가 많으면 많을수록 서로 붙어 있습니다. 이때 (+) 성질을 가진 양성자끼리 가까이 붙을수록 서로 밀어내려는 힘이 더 크게 작용하게 됩니다.

 

◆ 우라늄을 발견하다!

우라늄은 1789년에 독일 화학자 클라프로트(Martin Heinrich Klaproth)에 의해 피치블렌드(pitchblende)라는 광석에서 처음 발견되었습니다.

이 광석은 당시에는 아연(Zn), 철(Fe), 텅스텐(W) 산화물의 혼합물로 여겨지고 있었습니다.

클라프로트는 피치블렌드를 질산에 녹인 후 수산화나트륨으로 중화시켜 노란색 침전을 얻었는데, 그는 이 침전을 어떤 새로운 원소의 산화물로 생각하고는 숯과 함께 가열하여 검은색 가루를 얻었습니다.

그는 이 가루를 새로운 금속(실제는 우라늄 산화물임)으로 생각하고, 이보다 8년 전에 새롭게 발견된 행성인 천왕성(Uranus, uranus는 그리스 신화에서 하늘 신의 이름)의 이름을 따서 우라늄(uranium)이라 명명하였습니다.

이후 1841년에 프랑스 화학자 페리고(Eugene-Melchior Peligot)가 사염화 우라늄(UCl4)을 포타슘(K)과 반응시켜 금속 우라늄을 처음으로 얻었습니다.

 

세상을 바꾼 암석 우라늄

 

◆ 우라늄의 힘은 어디서?

우라늄처럼 불안정한 원자핵에 중성자를 충돌시키면 원자핵이 나누어지는데 이것을 핵분열이라고 합니다.

자연계에서 존재하는 우라늄은 99.27%가 우라늄-238이며, 0.72%는 우라늄-235입니다.
우라늄-238은 핵분열이 안되지만 우라늄-235는 핵분열이 가능합니다.

우라늄의 파괴적인 힘은 핵분열 현상에 있어서 질량결손에 의해 파괴적인 에너지가 나오게 되는 것이죠.

화학반응 전후의 총 질량은 언제나 같다는 법칙인 질량보존의 법칙에 따라 우라늄이 핵분열하게 되면 분열된 질량보다 0.1%가 감소하게 되죠.

질량보존의 법칙에 어긋나는 것 같아 보이긴 하지만 사라진 질량은 모두 에너지원으로 변환되게 됩니다.

이것은 엄청난 에너지를 생산될 수 있음을 말해줍니다. 예를 들어 1g의 물질이 사라지면서 에너지로 바뀌게 될 때, E=mc2에 따른 발생 에너지는 약 8만 가구가 1개월간 소비하는 전력과 맞먹는다고 합니다.

정말 엄청나지 않나요?

 

우라늄은 다른 광물들 보다 세상에 뒤늦게 등장했지만 에너지의 효율성은 다른 것과 비교할 수 없을 만큼 대단하죠.

우리에게 이롭게 활용하면 최고의 에너지원이지만 나쁜 목적으로 사용하게 된다면 돌이킬 수 없는 치명적인 광물입니다.

현재는 원자력발전소에서 우라늄을 제일 많이 사용하고 있지만 미래에는 우라늄을 새로운 방식의 에너지로 사용할 수 있지 않을까 생각해봅니다.

 

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