Dysprosium(Dy), 66-디스프로슘

 

원자번호 66번의 원소 디스프로슘(dysprosium, Dy)은 1886년에 부아보드랑(Boisbaudran)에 의해 발견된 희토류 원소의 하나로, ‘얻기 어려운’이란 뜻의 그리스어 ‘dysprositos’를 따서 원소 이름이 지어졌다. 부아보드랑은 이보다 앞서 1875년에는 갈륨(Ga)을 그리고 1879년에는 사마륨(Sm)을 분리하고 발견한 사람인데, 그런 사람이 ‘얻기 어렵다’는 뜻의 이름을 붙였다는 것에서 정말로 어려운 분리과정을 거쳐 발견되었음을 짐작할 수 있다. 이름에 걸맞게 1950년대에 이르러서야 처음으로 상업적인 생산이 이루어졌다. 디스프로슘은 네오디뮴 자석을 하이브리드 자동차의 전기 모터나 풍력 발전기 터빈 등에 사용하기에 적합하도록 고온 성능을 향상시키는데 사용되는데, 첨단 청정 에너지 기술에서 아주 중요한 핵심적인 희토류 금속으로 여겨지고 있다. 또 원자로의 제어봉, 하드디스크 데이터 저장 매체, 자기 변형 합금, 전자 및 레이저 재료 등으로 사용된다. 그러나 디스프로슘은 앞으로 공급이 수요에 따르지 못할 것이 가장 우려되는 금속이다. 디스프로슘의 발견, 물리 및 화학적 성질, 이용 등에 대해 보다 자세히 알아보자.

원자번호 66번, 디스프로슘 디스프로슘(dysprosium)1)은 원자번호 66번의 원소로, 원소기호는 Dy이다. 주기율표에서 란타넘족에 속하는 희토류 원소의 하나인데, 가돌리늄(Gd, 원자번호 64)에서 루테튬(Lu, 원자번호 71)까지의 8가지 란타넘족 원소를 중(重)란타넘족 원소로 분류하기도 한다. 이들은 모두 가돌리나이트(gadolinite)에서 얻은 이트리아(yttria)에서 처음으로 분리·발견되었다. 반면에 이들보다 밀도가 작고 주기율표에서 앞쪽에 있는 경(輕)란타넘족 원소들은 세라이트(cerite)에서 얻은 세리아(ceria)에서 처음 분리∙발견되었다.

원자번호 66번, 디스프로슘 <출처 : 닛산>

디스프로슘의 원소 정보

디스프로슘은 밝은 은색 광택이 나는 금속으로, 칼로 자를 수 있을 정도로 무르다. 녹는점은 1407oC이고, 끓는점은 2560oC이며, 25oC에서 밀도는 8.550g/cm3이다. 85K 이하의 온도에서는 강자성(ferromagnetic) 배열을 가지며, 85~179K에서는 반강자성(antiferromagnetic) 상태로 있고, 179K이상에서는 상자성(paramagnetic) 상태가 된다. 자화율(magnetic susceptibility)2)이 매우 큰 원소이다. 실온에서는 화학 반응성이 비교적 적으며, 공기에 노출되면 느리게 산화된다. 그러나 태우면 쉽게 타서 산화디스프로슘(III)(Dy2O3)이 된다. 여러 비금속 원소들과 높은 온도에서 반응하여 이성분 화합물을 만들며, 화합물에서의 산화수는 주로 +3이다. 찬물과는 느리게, 그러나 더운 물과는 빠르게 반응하여 수소 기체를 발생시키고 수산화디스프로슘(Dy(OH)3)이 된다. 묽은 산과 진한 산 모두와 반응하여 수소를 발생시키면서 녹는다. 디스프로슘의 지각에서의 존재비는 5.2ppm(0.00052%)으로, 중란타넘족 원소 중에서는 가장 존재량이 많다. 100가지 이상의 광석에 어븀(Er), 홀뮴(Ho) 등을 비롯한 다른 희토류 원소들과 함께 들어 있는데, 대표적인 광석들은 제노타임(xenotime), 가돌리나이트(gadolinite), 육세나이트(euxenite), 모나자이트(monazite), 희토류광(bastnäsite) 등이다. 바닷물 1L에는 0.9ng (0.9x10-9g)이 들어 있으며, 태양계에는 약 2ppb 농도로 존재한다. 석질 운석에는 약 0.3ppm 농도로 들어있다. 상업적으로 디스프로슘은 주로 모나자이트, 희토류광, 그리고 중국 남부의 이온-흡착 점토 광물에서 얻으며, 중국이 거의 전량을 생산하고 있다. 디스프로슘의 가장 큰 용도는 네오디뮴-철-붕소 자석(Nd2Fe14B, 이를 간단히 네오디뮴 자석이라 부름)이 높은 온도에서도 자력을 잃지 않고 또 보자력(coercivity)3)이 높아지도록 네오디뮴의 일부를 치환하는 것이다. 하이브리드 자동차와 전기 자동차의 전기모터, 풍력 발전기 터빈, 발전기 등에는 디스프로슘이 치환된 네오디뮴 자석을 사용한다. 디스프로슘은 또한 중성자를 잘 흡수하므로, 원자로의 중성자 제어봉과 원자로용 강철 합금제로도 사용되며, 자기 변형 합금인 터페놀-디(Terfenol-D), CD와 하드 디스크의 데이터 저장 재료, 할로겐화 금속(메탈 할라이드, metal halide) 램프, 레이저 등을 비롯한 여러 첨단 기술에 쓰인다. 이와 같은 다양한 첨단 기술과 청정 에너지 기술 분야에서의 용도 확대로, 디스프로슘은 가까운 장래에 공급이 수요에 따르지 못할 것으로 가장 심각하게 우려되는 희토류 금속이 되었다.

풍력 발전. 풍력 발전기에 사용되는 네오디뮴 자석에서는 네오디뮴의 약 4-5%가 디스프로슘으로 치환되어 있다. <출처: (cc) Kim Hansen>

디스프로슘의 발견과 역사

디스프로슘은 1886년에 프랑스 화학자 부아보드랑(Paul Emile Lecoq de Boisbaudran)에 의해 홀뮴(원자번호 67, Ho)의 산화물에서 산화디스프로슘 형태로 처음 분리·발견되었다. 그는 이보다 앞서 1875년에는 원자번호 31번인 갈륨(Ga)을, 그리고 1879년에는 원자번호 62번인 사마륨(Sm)을 발견하였다. 산화홀뮴은 1879년에 스웨덴 화학자 클레베(Per Teodor Cleve, 1840~1905)에 의해 툴륨(Tm, 원자번호 69)의 산화물과 함께 어비아(erbia, 원자번호 68번인 어븀(Er) 산화물)에서 분리∙발견되었는데, 어비아는 1843년에 모산데르(Carl Gustaf Mosander, 1797~1858)가 이트리아(yttria, 원자번호 39번인 이트륨(Y) 산화물)에서 터비아(terbia, 원자번호 65번인 터븀의 산화물)와 함께 분리·발견하였다. 그리고 이트리아는 핀란드 화학자 가돌린(Johan Gadolin, 1760~1852)이 1789년에 가돌리나이트에서 처음 분리∙발견하였으며, 가돌리나이트는 1787년에 스웨덴 육군 장교 악셀 아레니우스(Carl Axel Arrhenius, 1757~1824)가 스웨덴의 이테르비(Ytterby) 마을의 채석장에서 처음 발견한 광석으로 처음에는 마을의 이름을 따서 이테르바이트(Ytterbite)로 명명하였으나 뒤에 가돌린을 기리기 위해 이름이 바뀌었다.

프랑스 화학자 부아보드랑(Paul Emile Lecoq de Boisbaudran, 1838~1912)

부아보드랑이 산화홀뮴의 시료에서 산화디스프로슘을 분리하는 과정은 금속 산화물을 산에 녹이고 암모니아를 가해 산화물의 염기성에 따라 금속 수산화물을 분별 침전시키는 것을 반복하는 것이었다. 산화디스프로슘은 산화홀뮴보다 염기성이 약하므로, 산에는 늦게 녹는 반면 녹은 용액에 염기를 가할 때는 수산화물로 먼저 침전된다. 그는 또한 옥살산염의 용해도 차이를 이용한 분별 결정 방법도 사용하였는데, 침전된 옥살산염은 가열하면 산화물로 분해되므로, 분별 침전-분해-녹임 과정이 반복되었다. 부아보드랑은 32번이나 반복한 수산화물의 분별 침전과 뒤이은 28번의 옥살산염의 분별 침전 과정을 거쳐 마침내 디스프로슘을 분리·발견하였는데, 분리가 이처럼 매우 어려웠기 때문에 발견된 원소 이름을 ‘얻기 어려운’이라는 뜻의 그리스어 ‘dyprositos’를 따서 디스프로슘(dysprosium)이라 지었다. 금속 디스프로슘은 1906년에 우르뱅(George Urbain, 1872~1936)에 의해 처음으로 분리되었다. 그러나 이온교환 분리 방법이 개발되기 전에 얻어진 디스프로슘 금속이나 산화물은 순수한 상태는 아니었으며, 순수한 디스프로슘은 원소가 발견된 지 60여년이 지난 1950년에야 이온 교환 기술을 통해 얻어졌다.

디스프로슘은 밝은 은색 광택이 나는 금속으로, 칼로 자를 수 있을 정도로 무르다. <출처: (cc) Materialscientist at en.wikipedia>

물리적 성질 디스프로슘은 밝은 은색 광택이 나는 금속으로, 칼로 자를 수 있을 정도로 무르다. 녹는점은 1407oC이고, 끓는점은 2560oC이며, 25oC에서 밀도는 8.550g/cm3이다. 결정은 육방조밀격자(hcpl) 구조를 하며, 3가지(α, β, γ) 동소체가 있다. 자기적 배열은 온도에 따라 다른데, 85K 이하의 온도에서는 강자성(ferromagnetic) 배열을 하고, 85~179K에서는 반강자성(antiferromagnetic) 상태로 있으며, 179K이상에서는 자기적으로 무질서한 상자성(paramagnetic) 상태가 된다. 이웃하는 터븀(Tb), 홀뮴(Ho)과 더불어, 자화율(magnetic susceptibility)2)이 아주 큰 원소이다. 디스프로슘은 또한 열 중성자를 매우 잘 흡수한다. 동위원소 디스프로슘은 천연상태에서 156Dy(0.06 %), 158Dy(0.10 %), 160Dy(2.34 %), 161Dy(18.91 %), 162Dy(25.51 %), 163Dy(24.90 %), 164Dy(28.18 %)의 7가지 동위원소로 존재한다. 이들 중 156Dy 은 반감기가 1x1018년 이상인 방사성 동위원소로 α-붕괴를 하고 152Gd이 되거나 두 번의 β+ 붕괴를 하고 156Gd이 되는 것으로 여겨진다. 질량수가 138~173사이에 있는 29가지 인공 방사성 동위원소들이 확인되었는데, 반감기가 긴 것들은 154Dy(반감기 3.0x106 년), 159Dy(반감기 144.4일), 166Dy(반감기 81.6시간), 155Dy(반감기 9.9시간)이다. 질량수가 160보다 작은 방사성 동위원소들은 주로 전자포획(β+ 붕괴)을 하고 터븀(Tb) 동위원소가 되나, 질량수가 150~154인 동위원소들은 α-붕괴를 하고 Gd 동위원소가 되기도 한다. 질량수가 165보다 큰 동위원소들은 주로 β- 붕괴를 하고 홀뮴(Ho) 동위원소가 된다. 165Dy(반감기 2.334시간)은 관절염의 활막절제(synovectomy) 처치에 사용되는데, 이것이 전통적인 수술보다 효과적인 것으로 보고되었다. 12가지의 준안정한 핵이성체들이 있는데, 반감기가 긴 것들은 165mDy(반감기 1.257분), 147mDy(반감기 55초), 145mDy(반감기 14초)이다.

화학적 성질

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

디스프로슘은 실온에서는 화학반응성이 비교적 적으며, 공기 중에서 느리게 산화된다. 그러나 공기 중에서 가열하면 쉽게 타서 흰색의 산화디스프로슘(III)(Dy2O3)이 된다. 화합물에서의 산화상태는 주로 +3이다. +2와 +4가 상태의 화합물들이 고체상태에서는 알려져 있으나, 물에서는 안정하지 않다. 찬물과는 느리게, 그러나 더운 물과는 빠르게 반응하여 수소 기체를 발생시키고 수산화디스프로슘(Dy(OH)3)이 된다. 묽은 산과 진한 산 모두에 녹아 수소를 발생시키고 Dy3+ 이온이 되는데, Dy3+은 노란색을 띠며 수용액에서 9 배위체 착이온인 [Dy(H2O)9]3+으로 있다. 높은 온도에서 여러 비금속 원소들과 반응하여 이성분 화합물들을 만든다. 할로겐 원소(X2)들과는 200oC 이상에서 격렬히 반응하여 DyX3형 화합물을 만든다. 수소(H2)와는 DyH2와 DyH3를, 황(S)과는 DyS, DyS2, Dy2S3와 Dy5S7등을, 붕소(B)와는 DyB2, DyB4, DyB6와 DyB12등을, 그리고 탄소(C)와는 Dy3C와 Dy2C3등을 만든다. 산화물(Dy2O3), 탄산염(Dy2(CO3)3), 옥살산염(Dy2(C2O4)3), 플루오르화물(DyF3)은 물에 잘 녹지 않으며, 이외의 대부분의 화합물들은 물에 녹는다.

디스프로슘 이온들의 표준 환원전위(Eo)는 다음과 같다. Dy4+ + e- Dy3+ Eo = 5.4 V(추정) Dy3+ + e- Dy2+ Eo = -2.5 V Dy3+ + 3 e- Dy Eo = -2.29V

디스프로슘의 생산 다른 희토류 원소들과 마찬가지로, 디스프로슘은 주로 모나자이트와 희토류광에서 분리·생산된다. 1950년에 이온교환 방법이 개발되기 전에는 디스프로슘을 다른 희토류 원소들에서 분리시키는 것이 너무 어려워 상업적 생산이 이루어지지 않았다. 지금은 이온교환 방법으로 분리되며, 산화물(Dy2O3), 플루오르화물(DyF3), 또는 염화물(DyCl3) 형태로 생산된다. 금속 디스프로슘은 DyF3나 DyCl3를 칼슘(Ca) 또는 리튬(Li)으로 환원시켜 얻는다. 2 DyF3 + 3 Ca → 2 Dy + 3 CaF2 DyCl3 + 3 Li → Dy + 3 LiCl 디스프로슘은 최근 수년 사이에 가격이 가장 많이 오른 희토류 금속이다. 디스프로슘 1kg당 가격은 미화로 2003년에는 약 16$, 2010년 말에는 290$, 그리고 2011년 10월에는 2100$이었는데 이는 2003년 가격 대비 130배이다. 세계 경제가 좋지 않은 2012년 11월 말의 금속 디스프로슘(순도 99%이상) 가격은 미화로 약 1100$/kg, 산화디스프로슘(순도 99%이상) 가격은 750$/kg로 전년도 말에 비해 크게 하락하였다. 전체 희토류 생산량 중 디스프로슘이 차지하는 비율은 대략 0.9%이고, 이를 근거로 추정되는 최근 1년 간의 전세계 디스프로슘 생산량은 대략 1400톤인데, 이는 2008년의 어떤 자료에 언급된 100톤보다는 크게 많은 양이다. 거의 전량이 중국에서 생산된다. 앞으로 하이브리드 또는 전기 자동차, 그리고 풍력 발전이 늘어나면 디스프로슘이 들어간 영구자석이 보다 많이 필요하게 될 것이며, 현 생산량으로는 공급이 부족될 것으로 전망된다. 많은 전문가들은 희토류 금속 원소 중 산업적 중요도와 공급 부족 위험도가 모두 가장 큰 것으로 디스프로슘을 들고 있다.

모자나이트 광석. 디스프로슘은 주로 모나자이트와 희토류광에서 분리·생산된다 <출처: (cc) Rob Lavinsky / iRocks.com>

디스프로슘의 용도 디스프로슘은 네오디뮴 영구자석, 원자로 제어봉, 자기변형 합금, 하드디스크 및 CD등에서의 데이터 저장 재료, 레이저 등에 사용된다. 네오디뮴 자석과 청정 에너지 기술 네오디뮴-철-붕소자석(이를 간단히 네오디뮴 자석이라 부른다)은 현재까지 개발된 영구자석 중 가장 강력한 자석으로, 여러 전자제품에 사용되는 것 외에도, 하이브리드 자동차와 전기 자동차의 드라이브 모터, 풍력 터빈의 발전기 등 첨단 청정 에너지 기술에 사용된다. 디스프로슘은 네오디뮴 자석의 고온 성능과 내부식성을 향상시키고 보자력(coercivity)3)을 높이기 위해 네오디뮴의 일부를 치환하는데 사용된다. 이와 같은 치환은 네오디뮴 자석의 사용 온도가 높은 경우는 필수적인데, 이에는 하이브리드 자동차와 전기 자동차의 드라이브 모터, 풍력 발전기, 고온 모터 및 발전기 등이 포함된다. 자석의 사용 온도가 높을수록 디스프로슘 치환 비율이 높은데, 디스프로슘이 네오디뮴에 비해 가격이 10배나 높으므로 가능한 한 낮은 치환 비율을 유지하려고 한다. 대표적인 청정 에너지 기술인 풍력 발전기에는 보통 4~5%가 치환된 것을 사용하고, 하이브리드 자동차나 전기자동차에는 11%까지나 치환된 것을 사용하기도 한다. 하이브리드 자동차 1대당 사용되는 디스프로슘 양은 약 100g으로, 하이브리드 자동차 생산 증대가 최근 수년 간 디스프로슘의 수요와 가격을 상승시킨 주요 요인이라고 볼 수 있다. 앞으로의 하이브리드 자동차, 전기자동차, 풍력 발전 등의 녹색에너지 기술의 확대에 대한 가장 심각한 장애 요인으로 디스프로슘의 공급 부족을 들기도 한다.

하이브리드 자동차의 엔진-모터 시스템. 하이브리드 자동차의 드라이버 모터 자석에는 1대 당 약 100g의 디스프로슘이 들어가는데, 하이브리드 자동차의 생산 확대로 가까운 장래에 디스프로슘의 공급 부족이 예상된다.

원자력 관련 이용 디스프로슘은 녹는점이 높고 중성자를 잘 흡수하므로 원자로 제어봉에 사용되는데, 보통 산화디스프로슘-니켈 서멧(cermet, 세라믹과 금속으로 이루어진 내열재료) 형태로 사용된다. 이 제어봉은 오랫동안 중성자를 쪼여도 수축하거나 팽창하지 않는 장점이 있다. 디스프로슘은 또한 강철과 합금을 만들어 원자로 재료로 사용하기도 한다. 한편, 디스프로슘이 첨가된 황산칼슘(CaSO4)이나 플루오르화칼슘(CaF2) 결정은 이온화 방사선에 노출되면 빛을 내므로 방사선 계측기에 사용된다. 자기변형 합금 디스프로슘은 현재까지 알려진 자기변형(magnetostriction) 물질 중 실온 자기 변형 성질이 가장 탁월한 터페놀-디(Terfenol-D: TbxDy1-xFe2: x≈0.3)의 한 성분이다. 이 합금은 음향표정장치(sonar)에 처음 사용되었고, 자기기계적(magnetomechanical) 센서, 엑추에이터(actuator, 유체에너지로 기계적 작업을 하는 기기), 음향 변환기(transducer). 사운드버그(Soundbug) 스피커 등에 사용된다. 전자 재료 디스프로슘과 이의 화합물은 자화율이 크므로, 하드디스크나 CD에서 데이터 저장 매체로 사용된다. 산화디스프로슘(Dy2O3)은 고성능 커패시터 재료인 타이타늄산바륨(BaTiO3)에 첨가되기도 하며, 소거 가능한 광디스크와 온도보상용 커패시터에도 사용된다. 레이저와 조명 디스프로슘의 아이오딘 및 보로민 화합물(DyI3 및 DyBr3)은 강한 빛을 내는 방전 램프에 사용된다. 이들 화합물들은 램프 내에서 열 분해되어 Dy원자를 내어놓고, 생성된 Dy원자는 녹색과 붉은색 영역의 빛을 내어 전체적으로는 거의 백색광을 방출하는데, 이와 같은 램프는 영화산업에서 주로 사용된다. 디스프로슘은 또한 바나듐(V) 등의 원소들과 함께 레이저 재료로 사용되며, 디스프로슘-카드뮴(Cd) 칼코겐화물은 적외선 방출원으로, 화학 반응 연구에 사용된다. 기타 이용 디스프로슘 화합물의 나노 섬유는 강도가 크고 표면적이 넓어 다른 물질의 강화제로 사용되거나 촉매로 사용될 수 있다. 디스프로슘은 또한 야광 페인트에서 활성제로 사용되기도 하였으며, 특수 형광 유리에 사용되기도 하였다.

하드 디스크. 디스프로슘은 자화율이 커서 하드디스크 등의 데이터 저장 매체로 사용된다. (google-dysprosium- image)

디스프로슘 화합물 디스프로슘은 주로 +3가 상태의 화합물을 만들며, 비교적 흔한 화합물로는 산화물, 할로겐화물 등을 들 수 있다. 산화물 디스프로슘은 +3가 상태의 산화물 Dy2O3를 만든다. Dy2O3는 가끔 디스프로시아(dysprosia)로도 불리는데 녹는점이 2408oC이다. 약간의 흡습성이 있는 흰색의 분말로 아주 자성이 크다. 물에는 거의 녹지 않으며, 산에 녹아 대응하는 +3 상태의 디스프로슘 염을 만든다. 원자로 제어봉, 특수 세라믹, 유리, 형광체, 레이저 등을 만드는데 사용된다. 할로겐화물 디스프로슘은 4가지 할로겐 원소(X2) 모두와 200oC이상에서 격렬히 반응하여 삼할로겐화물(DyX3)을 만든다. DyF3와 DyI3는 녹색이며, 나머지 두 가지는 흰색이다. DyF3는 Dy3+ 용액에 F-를 첨가하면 침전으로 얻어지며, 물에는 녹지 않으나 강산에는 녹는다. 디스프로슘 레이저 유리와 형광체에 사용되고, 할로겐화 디스프로슘 램프와 금속 디스프로슘 제조의 주된 원료 물질이다. DyCl3는 금속 Dy, Dy2O3, 또는 Dy2(CO3)3를 염산에 녹이면 수화물 형태로 얻어진다. 무수물은 금속 Dy를 염화수소(HCl)와 직접 반응시키거나, DyCl3 수화물을 높은 진공에서 NH4Cl 존재 하에서 400oC로 천천히 가열하면 얻어진다. 물에 잘 녹으며, 여러 디스프로슘 염을 만드는데 사용된다. DyBr3와 DyI3는 아주 밝은 조명등 제조에 사용된다. DyX3(X=Cl, Br, I)를 금속 Dy로 환원시키면 DyX2가 얻어지는데, DyI2는 SiCl4와 반응시켜 SiCl3 라디칼을 생성하는 시약으로 사용된다. 이들 외에도 질산염, 황산염, 탄산염 등 여러 디스프로슘 화합물들이 제조되어 판매되고 있다.

황산디스프로슘(Dy₂(SO₄)₃) <출처: (cc) images-of-elements.com>

생물학적 역할과 독성 디스프로슘 화합물 중 물에 녹는 것은 약간의 독성이 있으나, 녹지 않는 것들은 거의 독성이 없는 것으로 알려져 있다. 쥐에 대한 실험 결과에서 추정해보면, DyCl3의 사람에 대한 섭취시 치사량은 500g이상이다. 디스프로슘 금속 분말은 공기 중에서 발화 요인이 있으면 폭발할 수 있으므로 주의하여야 한다. 디스프로슘 금속은 물과 반응하여 수소를 발생하므로, 불이 붙었을 때 물로 불을 끄려 해서는 안 된다. 질산디스프로슘(Dy(NO3)3)은 강한 산화제로 유기물질이 닿으면 불이 날 수 있다.

1. 수치로 보는 디스프로슘

   디스프로슘의 표준원자량은 162.500g/mol이고, 원자의 바닥 상태 전자배치는 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰5s²5p⁶4f¹⁰6s² ([Xe]4f¹⁰6s²)이며, 화합물에서 주된 산화 수는 +3이다. 지각에서의 존재 비는 약 5.2ppm(0.00052%)이다. 3가지 동소체가 있으며, 결정은 실온에서 육방조밀격자(hcp) 구조를 한다. 1기압에서 녹는점은 1407^oC이고 끓는점은 2560^oC이며, 25^oC에서의 밀도는 8.550g/cm³이고 녹는점에서의 액체 밀도는 8.37g/cm³이다. 85K 이하에서는 강자성을, 85~179K에서는 반강자성을, 그리고 179K 이상에서는 상자성을 보인다. 첫 번째, 두 번째, 세 번째 이온화 에너지는 각각 573.0, 1130, 2200kJ/mol이며, 폴링의 전기 음성도는 대략 1.22이다. 원자 반경은 178.1pm(비교: Tb, 177.3pm; Ho, 176.2pm)이며, 6배위체의 Dy³⁺ 이온 반경은 91.2pm(비교: Tb³⁺, 92.3pm; Ho³⁺, 90.1pm)이다. Dy⁴⁺/Dy³⁺의 표준환원 전위는 5.4V로 추정되고, Dy³⁺/Dy²⁺와 Dy³⁺/Dy의 표준 환원 전위는 각각 -2.5V와 -2.29V이다. 천연상태 동위원소는 ¹⁵⁶Dy(0.06%), ¹⁵⁸Dy(0.10%), ¹⁶⁰Dy(2.34%), ¹⁶¹Dy(18.91%), ¹⁶²Dy(25.51%), ¹⁶³Dy(24.90%), ¹⁶⁴Dy(28.18%)의 7가지이다. 가격은 2003년~2011년 기간에 약 130배가 뛰었다.

2. 자화율(magnetic susceptibility)

   물질이 외부에서 걸어준 자기장에 의해 자기화(자화)되는 정도를 나타내는 것으로, 자기장(H)에 대한 자기화(M)의 비율(M/H)로 정의된다. 부호는 상자성(paramagnetic) 물질은 양(+)이고, 반자성(diamagnetic) 물질은 음(-)이다.

3. 보자력(coercivity)

   강자성체(자석 물질)를 자기유도가 포화된 상태에서 자화 정도를 0으로 내리기 위해 자화 방향과 반대로 걸어주어야 하는 소거 자기장의 세기로, 자석 물질이 자기소거에 저항하는 척도이다. 항자기력이라고도 한다.

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 2012.12.19

 

 

Dysprosium Atomic Weight 162.5 Density 8.551 g/cm3 Melting Point 1412 °C Boiling Point 2567 °C Full technical data Dysprosium compounds are used in the coatings of many hard disk drives to record digital data as field orientations in nanoscale magnetic domains. Other than that, dysprosium has few applications. Scroll down to see examples of Dysprosium