Praseodymium(Pr), 59- 프라세오디뮴

 

화학 원소 중에는 쌍둥이를 뜻하는 그리스어 ‘didymos’에서 따온 ‘디뮴(dymium)’이라는 접미어가 붙은 원소가 2 가지 있는데, 하나는 ‘녹색 쌍둥이’이란 뜻을 가진 원자번호 59번의 프라세오디뮴(Pr)이고 다른 하나는 ‘새로운 쌍둥이’란 뜻을 가진 원자번호 60번의 네오디뮴(Nd)이다. 이들은 원자번호 57번의 란타넘(La)과 아주 비슷한 새로운 원소로 잘못 알고 란타넘의 ‘쌍둥이 원소’라는 뜻으로 명명된 디디뮴(didymium)에서 분리된 원소들이다. 디디뮴은 1841년 당시에 단일 원소로 잘못 인식되어 멘델레예프의 주기율표에도 원소기호 Di로 들어가 있었는데, 1885년에 이로부터 프라세오디뮴과 네오디뮴이라는 새로운 원소가 분리·발견되었다. 이는 란타넘족 또는 희토류 원소들이 얼마나 분리하기가 어렵고 성질이 서로 비슷한가를 잘 보여주는 것이다. 프라세오디뮴은 대부분의 사람에게는 아주 생소한 원소일 것이나, 이 생소한 원소가 들어간 제품들이 주위에 제법 있다. 프라세오디뮴의 발견, 성질, 생산, 이용에 대해 보다 자세히 알아보기로 하자.

원자번호 59번, 프라세오디뮴 프라세오디뮴(praseodymium)1)은 원자번호 59번의 원소로, 원소기호는 Pr이다. 주기율표에서 란타넘족에 속하는 희토류 원소의 하나이다. 란타넘족 원소(lanthanide 또는 lanthanoid)는 원자번호 57번인 란타넘(La)에서 71번인 루테튬(Lu)까지의 15가지 원소들을 말하는데, 이들은 가장 바깥 전자껍질에 2개의 6s 전자를 갖고 있고, 원자번호가 커질수록 4f전자가 더 많이 채워진다. 따라서 세 번째 란타넘족 원소인 프라세오디뮴은 3개의 4f전자를 갖고 있다. 프라세오디뮴은 은회색 금속으로, 무르고 전성과 연성이 있다. 화학반응성이 크며, 화합물에서는 +2, +3 또는 +4의 산화상태를 갖는데, +3의 상태가 가장 흔하며, +4 상태의 화합물들은 강한 산화력이 있다.

원소번호 59번 프라세오디뮴 <출처: Gettyimage>

프라세오디뮴의 원소정보

공기 중에서 천천히 표면이 산화되어 황록색의 피막이 형성되며, 150oC에서는 쉽게 타서 +3과 +4 산화 상태의 혼합 산화물이 되는데, 이는 진한 갈색을 띠고 대략적인 화학적 조성은 Pr6O11이다. 찬 물에서는 느리게, 그리고 더운 물에서는 빠르게 반응하여 수산화프라세오디뮴(III)(Pr(OH)3)이 되고 수소 기체를 발생시킨다. 산에 잘 녹으며, 가열하면 수소, 할로겐 원소, 다른 비금속들과도 반응한다. 수용액에서는 +3의 산화 상태만 있으며, Pr3+의 염과 수용액은 아름다운 녹색을 띤다. 프라세오디뮴은 란타넘과 세륨(Ce)보다는 적지만, 비교적 존재량이 많은 희토류 원소의 하나이다. 지각에서의 존재비는 약 9.5ppm (0.00095%)로, 전체 원소 중 대략 39번째로 존재량이 많은데, 주석(Sn)의 약 4배나 된다. 대표적인 희토류 광석인 모나자이트(monazite)와 희토류광(bastnäsite)에 들어있는데, 이들 광석에 들어있는 전체 란타넘족 금속의 약 5%를 차지한다. 종래에는 이들 광석에서 개별 성분 금속을 분리하지 않고 미시메탈(mischmetal) 형태로 회수하여 사용하였으나, 최근에는 이온교환 또는 용매 추출 공정으로 분리해서 사용하기도 한다. 2003년의 전세계 생산량은 산화프라세오디뮴(III)(Pr2O3)으로 환산해서 약 2500톤이었다. 프라세오디뮴의 산업적 용도는 다른 희토류 원소들에 비해 많지 않다. 다른 희토류 원소와 성질이 비슷하므로, 보다 귀하고 비싼 다른 희토류 금속 원소 대신에 사용되기도 하는데, 자석에서 네오디뮴 대신 사용하는 것이 대표적인 예이다. 또한 다른 란타넘족 원소들과 마찬가지로, 유리와 도자기 유약 등의 착색제로 사용되는데, 프라세오디뮴이 들어간 유리는 밝은 노란색을 띤다. 프라세오디뮴은 큐빅 지르코니아(cubic zirconia)에 첨가해서 황록색을 내는 모조 감람석을 만드는데도 사용된다. 한편, 프라세오디뮴과 네오디뮴이 포함된 디디뮴 유리는 용접이나 유리 세공을 할 때 착용하는 보안경을 만드는데 쓰인다. 이외에도 프라세오디뮴은 라이터 돌로 사용되는 발화합금인 미시메탈이나 영화 산업에서 촬영용 조명으로 사용되는 탄소 아크등에도 다른 희토류 금속 혼합물과 함께 들어 있다. 프라세오디뮴의 마그네슘(Mg)과의 합금은 항공기 엔진을 만드는 고강도 금속 합금으로 사용되며, 니켈(Ni)과의 합금은 자기열량 효과(magnetocaloric effect: 단열된 어떤 물질의 온도가 외부에서 걸어준 자기장에 의해 변하는 것)2)가 매우 커서 절대 0도에 가까운 온도를 얻는데 사용된다. 프라세오디뮴 산화물은 산화세륨과 함께 산화촉매로 사용되었다.

프라세오디뮴의 발견과 역사 프라세오디뮴은 1885년에 벨스바흐(Carl Auer von Welsbach, 1858~1929: 폰 벨스바흐 또는 아우어로도 불림)에 의해 발견되었는데 이의 발견은 앞서 소개된 란타넘과 세륨의 발견과 밀접하게 연관되어 있으며, 그 과정을 간략히 기술하면 다음과 같다. 1803년에 스웨덴의 베르셀리우스((JÖns Jakob Berzelius, 1779~1848)는 스웨덴의 바스트나스(Bastnäs) 광산에서 채취한 세라이트(cerite) 광석에서 새로운 산화물을 발견하고 이를 ‘세리아(ceria)’로 명명하였다.

멘델레예프의 주기율표(1869). 디디뮴이 원소기호 Di, 원자량 95로 표기되어 있다. 지금의 주기율표와는 가로와 세로가 바뀌어져 있다.

벨스바흐(Carl Auer von Welsbach, 1858~1929)

베르셀리우스의 학생이었던 모산데르((Carl Gustav Mosander, 1797~1858)는 ‘세리아’의 일부가 차가운 묽은 질산에 녹는 것을 발견하고이 용액에 옥살산소듐(Na2C2O4) 가해 침전을 얻고, 이를 가열하여 새로운 금속 산화물 얻었다. 이 산화물은 그리스어로 ‘숨어있는’이란 뜻의 ‘lanthano’를 따서 란타나(lantana 또는 lanthana)로, 그리고 산화물의 금속 성분은 란타넘(lanthanum)으로 명명되었다. 1841년에 모산데르는 ‘란타나’ 역시 단일 산화물이 아니고 혼합물임을 밝혔는데, 그는 진짜 란타나(란타넘 산화물, La2O3)는 성분 산화물 중에서 가장 센 염기로, ‘란타나’를 묽은 산으로 처리할 때 먼저 녹아 나오거나 산으로 처리한 용액에 염기를 가하면 뒤에 침전되는 것임을 보였다. ‘란타나’에서 진짜 란타나를 제거한 후 남아있는 희토류 용액은 핑크색을 띠었는데, 그는 이를 새로운 원소에 의한 것으로 여기고 란타넘과 성질이 아주 비슷한 원소라는 의미에서 그리스어로 쌍둥이를 뜻하는 ‘didymos’를 따서 디디뮴(didymium)으로 명명하였다. 디디뮴은 새로운 원소로 인정되어 Di라는 원소기호로 멘델레예프(Dmitri Mendeleev, 1834~1907)가 1869년에 발표한 최초의 주기율표에도 올라갔다. 당시에 디디뮴을 단일 원소로 여긴 것은 잘못이었는데, 이것이 확실해지기까지는 40년 이상이 걸렸다. 디디뮴이 단일 원소가 아니고 두 가지 원소의 혼합물일 것이라는 의견은 1874년에 스웨덴의 클레베(Per Teodor Cleve, 1840~1905)에 의해 처음 제시되었다. 그 후 1879년에 프랑스의 부아보드랑(Paul Émile Lecoq de Boisbaudran, 1838~1912)이 또 다른 희토류 광석인 사마스카이트(samaskite)에서 얻은 디디뮴에서 새로운 원소 사마륨(Sm, 원자번호 62)을 분리함으로써 디디뮴은 단일 원소가 아님이 분명해졌다. 1885년에 벨스바흐는 질산 용액에서 디디뮴의 질산 암모늄 복염을 수 차례 분별 결정하여 새로운 두 가지 원소의 염을 분리하는데 성공하였다. 한 원소의 염은 초록색을 띠는 것에서 이 원소를 ‘녹색 디디뮴’이란 뜻의 그리스어 ‘prasios didymium’에서 따와 프라세오디뮴(praseodymium)으로 명명하고, 염의 색이 핑크색인 다른 원소는 ‘새로운 디디뮴’이란 뜻의 그리스어 ‘neo didymium’에서 따와 네오디뮴(neodymium)으로 명명하였다. 벨스바흐가 얻은 프라세오디뮴은 아주 순수한 것은 아니었으며, 순수한 프라세오디뮴은 1931년에야 처음으로 얻어졌다. 유리 산업과 광산업에서는 여전히 디디뮴이란 말이 사용되는데, 이는 프라세오디뮴과 네오디뮴의 혼합물을 가리킨다. 20세기에 이르러 프라세오디뮴이 상업적으로 이용되기 시작했는데, 1920년대 후반에는 황록색 유리를 제조하는데 사용되었다. 프라세오디뮴은 도자기의 노란색 유약, 지르코니아의 황록색 채색제, 보안경 제조 외에는 별 다른 용도가 없었으므로 대부분은 프라세오디뮴을 따로 분리하지 않고 그대로 디디뮴과 미시메탈의 구성 성분으로 사용되었다. 그러나 최근에 영구자석에 네오디뮴을 대체하여 사용할 수 있다는 새로운 용도가 발견되어 중요시되고 있다.

프라세오디뮴 금속 사진<출처: (cc) http://images-of-elements.com/>

물리적 성질 프라세오디뮴은 순수한 상태에서는 전성과 연성이 있는 은회색의 금속으로, 무르기는 하나 아연보다는 단단하다. 녹는점은 935oC이고, 끓는점은 3520oC이며, 25oC에서의 밀도는 6.770g/cm3이다. α-형과 β-형의 두 가지 동소체가 있는데, α-형은 육방조밀격자(hcp) 구조를 하며, 약 800oC에서 면심입방(fcc) 구조를 하는 β-형으로 전환된다. 1K이상의 온도에서는 상자기성(paramagnetic)을 보이며, 전기 비저항은 25oC에서 약 680nΩ·m이다. 동위원소 프라세오디뮴은 천연상태에서 안정한 동위원소인 141Pr로만 있다. 질량수가 121~159 사이인 많은 방사성 동위원소들이 확인되었는데, 반감기가 긴 것들은 143Pr (반감기 13.57 일)과 142Pr (반감기 19.12시간)이다. 질량수가 141보다 작은 동위원소들은 주로 β+ 붕괴를 하고 Ce 동위원소가 되며, 질량수가 큰 것들은 주로 β- 붕괴를 하고 네오디뮴(Nd) 동위원소가 된다. 몇 가지 준안정한 핵 이성체들이 확인되었는데, 반감기가 가장 긴 것이 142mPr (반감기 14.65분)이다.

화학적 성질

프라세오디뮴은 다른 란타넘족 금속 원소들과 마찬가지로, 화학 반응성이 크다. 원자의 바닥 상태 전자배치는 [Xe]4f36s2이며, 화합물에서 가장 흔한 산화 상태는 +3이나 +2와 +4의 산화상태를 갖는 여러 화합물들도 알려져 있다. 공기 중에서 유로퓸(Eu), 란타넘(La), 세륨(Ce), 네오디뮴(Nd)보다는 반응성이 작지만 실온에서 천천히 산화되어 녹색의 산화프라세오디뮴(III) (Pr2O3)피막을 형성하며, 시간이 지나면서 산화물 피막이 떨어져 나가 새로운 금속 표면이 노출되어 산화가 계속 진행되는데, 1cm 정도 크기의 시료는 1년 안에 완전히 산화될 수 있다. 따라서 금속 프라세오디뮴은 석유에 보관하거나 밀폐된 용기에 보관하여야 한다. 150oC에서는 쉽게 타서 진한 갈색의 +3과 +4 상태의 혼합산화물이 되는데, 화학적 조성은 대략 Pr6O11이다. Pr6O11는 프라세오디뮴의 염(예로, 옥살산염, 탄산염, 질산염)을 공기 중에서 태울 때도 생성된다. 극단적인 조건(400oC, 산소 압력 282기압)에서 태우면 흑색의 이산화프라세오디뮴(PrO2)을 얻을 수 있다. 보통 산화프로세오디뮴이라는 이름으로 판매되는 것은 Pr6O11이다.

프라세오디뮴의 바닥 상태 전자 배치 <출처 : (cc)Pumbaa at Wikipedia.org>

프라세오디뮴은 찬 물과는 느리게, 그리고 더운 물과는 빠르게 반응하여 수산화프라세오디뮴(III) (Pr(OH)3)이 되고 수소 기체를 발생시킨다. 가열하면, 할로겐 원소와는 PrX3 형 화합물을, 수소와는 PrH2와 PrH3을 생성한다. 대부분의 비금속과도 가열하면 반응한다. 12 Pr + 11 O2 → 2 Pr6O11 2 Pr + 6 H2O → 2 Pr(OH)3 + 3 H2 2 Pr + 3 X2 → 2 PrX3 (X = F, Cl, Br, I) 프라세오디뮴은 산에 잘 녹으며, 수소를 발생시키고 Pr(III) 이온이 된다. 수용액에서 Pr(III)은 녹색의 [Pr(H2O)9]3+로 존재하는데, 이의 가시광역 영역의 흡광 스펙트럼은 주황색인 589~590nm(Na의 방출 파장과 일치), 그리고 청색과 보라색 영역인 444, 468, 482nm 근처에서 흡수띠를 보인다. 이들 흡수 띠의 정확한 파장은 반대 이온인 음이온의 종류에 따라 약간씩 달라진다. 프라세오디뮴 이온들의 산화-환원 반응의 표준전위(Eo)는 다음과 같다. Pr4+ + e- Pr3+ Eo = 3.2 V Pr3+ + 3 e- Pr Eo = -2.35 V 여기서 Pr4+/Pr3+의 표준 전위는 Pr4+가 수용액에서 안정하지 않으므로 추정된 값이다.

프라세오디뮴의 생산 프라세오디뮴은 란타넘과 세륨을 비롯한 다른 희토류 원소들과 마찬가지로, 주로 모나자이트(monazite)와 희토류광(bastnäsite)에서 추출된다. 이들 광석에서 희토류 금속들을 분리시키는 방법은 광석의 종류와 원하는 분리 정도에 따라 크게 달라지나. 대부분 희토류 혼합 산화물 또는 혼합 염화물 형태의 중간 생성물을 얻는 과정을 거친다. 모나자이트에는 방사성 원소인 토륨산화물(ThO2)이 5-10%로 들어 있고, 또 이의 방서성 붕괴 생성물인 강한 방사선을 내는 라듐(Ra)으로 오염되어 있으므로, 이들 방사성 금속들을 먼저 제거하여야 한다. 희토류 혼합산화물을 염산으로 처리하면 산화세륨(CeO2)을 제외한 다른 산화물은 모두 녹아 혼합 염화물이 된다. 금속 상태를 원하는 경우에는 용융 혼합 염화물을 전기분해시키거나, 또는 플루오르화물을 칼슘(Ca)과 함께 가열하여 얻는데, 이렇게 얻은 금속이 희토류 금속 합금 형태인 미시메탈이다. 여러 희토류 화합물들의 혼합물에서 프라세오디뮴을 분리해 내기는 쉽지 않다. 전통적인 방법은 희토류 원소들의 질산암모늄 복염의 용해도 차이를 이용해서 분별 결정으로 분리하는 것이었는데, 근래에는 이온교환 방법과 용매 추출 방법을 써서 보다 용이하게 각 성분 금속 이온들을 분리하게 되었다. 분리한 Pr3+를 염화물(PrCl3) 또는 플루오르화물(PrF3)로 전환시킨 후, 이들을 전기분해시키거나 또는 칼슘(Ca)과 함께 가열하여 환원시키면 금속 프라세오디뮴이 얻어진다. 프라세오디뮴(미시메탈과 Pr6O11 포함)의 연간 전세계 생산량은 약 2500톤으로 추정되는데, 거의 전량이 중국에서 생산된다. 2012년 10월 현재의 금속 프라세오디뮴(순도 99% 이상) 가격은 미화로 약 140$/kg인데, 5~6월에는 약 250$이었다. 그리고 Pr6O11(순도 99% 이상)의 가격은 미화 약 95,000$/톤인데, 5월에는 약 125,000$/톤이었다. 이러한 가격은 같은 무게의 란타넘이나 세륨에 비해 4~6배 높다.

프라세오디뮴은 항공기 엔진용 고강도 마그네슘 합금에 쓰인다.<출처: (cc) Sanjay Acharya >

프라세오디뮴의 용도 프라세오디뮴의 용도는 다른 희토류 금속 원소에 비해 많지 않다. 그러나 몇 가지 용도로 중요하게 사용되는데, 이들은 다음과 같다. 프라세오디뮴 합금 프라세오디뮴은 항공기 엔진용 고강도 마그네슘 합금을 만드는 합금제로 사용된다. 전통적인 미시메탈에도 프라세오디뮴이 약 4~5%로 들어있는데, 미시메탈은 긁으면 스파크가 나는 발화합금으로 라이터 돌 등을 제작하는데 사용된다. 또한 네오디뮴 자석에서 네오디뮴을 대체하여 프라세오디뮴이 사용되기도 하는데, 이 자석은 매우 강력한 자석으로 여러 용도로 쓰인다. 한편 니켈-프라세오디뮴 합금(PrNi5)은 강한 자기열량 효과를 갖고 있어 과학 연구에서 0.001K 근처의 초극저온을 얻는데 이용되기도 한다. 유리 및 세라믹 착색제 등의 기타 용도 프라세오디뮴은 유리, 도자기, 법랑 등에서 밝은 노란색 또는 녹색을 내는 착색제로 사용된다. 또 플루오르화 광섬유 케이블에 미량 첨가되어 광 신호를 증폭시키는데도 사용된다. 칼라 TV 브라운관, 형광등, 절전 전구, 안경 유리 등에도 프라세오디뮴이 흔히 들어간다. 프라세오디뮴은 보통 디디뮴 유리라 불리는 특수 유리에도 들어가 있는데, 이 유리는 강한 빛과 자외선으로부터 용접이나 유리 세공을 하는 사람의 눈을 보호하는 보안경에 사용된다. 프라세오디뮴이 첨가된 큐빅 지르코니아(cubic zirconia)는 황록색을 띠는데, 이런 지르코니아는 패리도트(peridot, 8월의 탄생석인 감람석)의 모조 보석으로 사용되기도 한다. 또한 영화 촬영시의 조명이나 영사기 광원으로 사용되는 탄소 아크등의 전극에 첨가되기도 하는데, 프라세오디뮴이 첨가되면 밝은 노란색을 낼 수 있다. 한편, 산화프라세오디뮴은 산화세륨(IV)(CeO2) 또는 CeO2-지르코니아(ZrO2)와 함께 산화 촉매로 사용되어 왔으며, 최근에는 나노 구조를 하는 프라세오디뮴 산화물이 일반 산화물보다 촉매 활성이 큰 것이 발견되었다.

프라세오디뮴이 들어간 황록색 유리 <출처: (cc) http://images-of-elements.com/>

패리도트(peridot, 8월의 탄생석인 감람석). 프라세오디뮴이 들어간 큐빅 지르코니아는 패리도트와 비슷하다.

주요 프라세오디뮴 화합물 중요한 프라세오디뮴 화합물로는 산화물, 칼코겐화물, 할로겐화물 등이 있다. 산화물 프라세오디뮴의 산화물에는 산화상태가 각각 +3과 +4인 산화프라세오디듐(III) (Pr2O3)와 산화프라세오디듐(IV) (PrO2)가 있다. 프라세오디뮴 금속이나 프라세오디뮴 화합물(예로, 수산화물, 탄산염, 질산염, 옥살산염)을 공기 중에서 태우면 진한 갈색의 산화물이 얻어지는데, 이는 Pr2O3와 PrO2의 혼합물로 화학적 조성은 대략 Pr6O11이다. 프라세오디뮴은 주로 Pr6O11형태로 생산되어 판매되는데, Pr6O11를 잘 조절된 수소 분위기에서 환원시키면 Pr2O3가 얻어지고, 염소산포타슘(KClO3)과 용융시키거나 아주 높은 산소 압력에서 가열하면 PrO2로 산화된다. Pr2O3는 녹는점이 2183oC인 흰색의 결정으로, 규소(Si)와 함께 유전체(dielectric: 절연체)로 사용할 수 있다. Pr2O3와 Pr6O11는 유리와 도자기에 노란색을 내는 착색제로 주로 사용된다. 칼코겐화합물 프라세오디뮴을 칼코겐(S, Se, Te 등의 16족 원소)과 반응시키면 PrZ(Z는 S, Se, Te)형의 칼코겐 화합물이 만들어지는데, 이들은 Pr3+와 Z2-에 하나의 전자가 더해져 이루어진 화합물들로 금속과 같은 전기전도도를 보인다. Pr2Z3형태의 Pr2S3와 Pr2Te3도 여러 방법으로 만들 수 있으며, Pr2Z3를 과량의 칼코겐과 함께 밀폐된 용기에 넣고 가열하면 PrZ2도 만들 수 있다. 할로겐화물 프라세오디뮴은 4가지 할로겐 원소(X) 모두와 PrX3 형의 할로겐 화합물을 만든다. 또한 PrF4, Pr2Br5, Pr2I5, PrF2, PrI2와 같은 다른 산화상태 또는 혼합 산화상태의 할로겐 화합물들도 알려져 있다. 이들 중에서 가장 흔히 사용되는 것이 PrCl3인데, 프라세오디뮴 금속 자체나 산화물, 탄산염 등의 화합물을 염산에 녹여 얻으며 보통 수화물 상태로 있다. 무수 PrCl3은 PrCl3 수화물을 염화암모늄(NH4Cl) 존재 하에서 가열하면 얻을 수 있다. 수화물은 엷은 녹색이며, 무수물은 청록색이고 녹는점은 780oC이며, 물에 잘 녹고 알코올에도 녹는다. PrCl3는 물에 녹지 않는 프라세오디뮴 화합물(예로 인산염, 플루오르화물)을 만들거나, 금속 프라세오디뮴을 얻는데 사용된다. 플루오르화프라세오디뮴(III) PrF3은 다음 반응으로 얻을 수 있는데, 다른 PrX3와 달리 물에 녹지 않는다. PrCl3 + NaF → PrF3 + 3 NaCl PrF3는 산소에 민감한 조작에서 프라세오디뮴의 공급원으로 주로 사용되며, 유리와 법랑의 착색제로도 사용된다. PrBr3와 PrI3는 모두 물에 잘 녹으며, 필요한 경우에 PrCl3를 대체하여 사용할 수 있다.

산화프라세오디뮴. 진한 갈색 가루이다. 프라세오디뮴은 보통 산화프라세오디뮴(대략적 화학식은 Pr6O11) 형태로 생산되어 유리와 도자기 채색제 등으로 사용한다.

황산프라세오디뮴(III)의 결정 사진. 프라세오디뮴의 염들은 보통 녹색을 띤다.<출처: (cc) Spidey71 at Wikimedia.org>

생물학적 역할과 독성 프라세오디뮴의 생물학적 역할은 알려진 것이 없으며, 다른 희토류 원소들과 마찬가지로 독성이 거의 없거나 조금 있다. 프라세오디뮴 화합물들은 피부와 눈에 자극을 주며, 섭취한 경우 수용성 염들은 약한 독성을 나타내나 물에 녹지 않는 화합물들은 독성이 없다. 프라세오디뮴 먼지가 들어간 공기를 장기간 마시면 폐색전증(lung embolism: 폐의 혈관이 막히는 질환)이 유발될 수 있고, 체내에 축적되면 간 손상을 입을 수 있다.

1. 수치로 보는 프라세오디뮴

   프라세오디뮴의 표준원자량은 140.9077 g/mol이고, 원자의 바닥 상태 전자배치는 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰5s²5p⁶4f³6s² ([Xe]4f³6s²)이다. 화합물에서 주된 산화 수는 +3이나, +2 혹은 +4의 산화상태를 갖는 화합물들도 있다. 지각에서의 존재 비는 약 9.5ppm (0.00095%)으로 대략 39번째로 풍부한 원소이며, 희토류 광석에 들어있는 전체 희토류의 약 5%를 차지한다. α-와 β–형의 두 가지 동소체가 있으며, α→β 전이 온도는 약 800^oC이다. 1기압에서 녹는점은 935^oC이고 끓는점은 3520^oC이며, 25^oC에서의 밀도는 6.770g/cm³이고 녹는점에서의 액체 밀도는 6.50g/cm³이다. 첫 번째, 두 번째, 세 번째 이온화 에너지는 각각 527, 1020, 2086kJ/mol이며, 폴링의 전기 음성도는 1.13이다. 원자 반경은 182.4pm(비교: La, 187 pm; Ce, 181.8)이며, 6 배위체의 Pr³⁺ 이온 반경은 99pm (비교: La³⁺, 103.2pm; Ce³⁺, 102pm)이다. Pr⁴⁺/Pr³⁺ 표준 전극 전위는 3.2V로 추정되고, Pr³⁺/Pr 표준 전극 전위는 -2.35V이다. 천연상태에서 안정한 동위원소인 ¹⁴¹Pr 한 가지로만 존재한다.

2. 자기열량 효과(magnetocaloric effect)

   단열된 어떤 물질의 온도가 외부에서 걸어준 자기장에 의해 변하는 것이다. 이런 성질을 갖는 물질을 이용하여 액체 헬륨의 끓는점(4.22K)보다 낮은 절대 0도 부근의 온도를 얻는데, 이를 단열 자기소거(adiabatic demagnetization)라 한다. 이런 효과가 큰 물질로는 가돌리늄 합금(Gd₅(Si₂Ge₂)과 프라세오디뮴 합금(PrNi₅)이 있다.

글 박준우 / 이화여대 명예교수(화학)

서울대학교 화학과를 졸업하고 템플대학교에서 박사학위를 받았다. 오랫동안 이화여대에서 화학을 연구하고 가르쳤다. 저서로 [인간과 사회와 함께한 과학기술 발전의 발자취]와 [아나스타스가 들려주는 녹색화학 이야기] 등이 있고, 역서로 [젊은 과학도에 드리는 조언] 등이 있다.

발행일 2012.10.31

 

 

Praseodymium Atomic Weight 140.90765 Density 6.64 g/cm3 Melting Point 931 °C Boiling Point 3290 °C Full technical data Metallic praseodymium like this is not much used, but when mixed into glass it provides a precise blue color that filters out the yellow glow of molten glass, allowing glassblowers to see their work clearly. Scroll down to see examples of Praseodymium