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금보다 비쌌던 알루미늄 - 전기분해 이온반응

[눈비] 눈비닷컴 2019. 2. 6. 12:06
[금보다 비쌌던 알루미늄 - 전기분해 이온반응]

이미지 : rkit / CC0

지구 전체로 보면 철의 비율이 35%로 가장 많지만, 인간이 접할 수 있는 지각의 구성요소를 보면 알루미늄이 세 번째이다.
산소, 규소, 다음으로 많은 8.1%나 된다. 그런데 왜 알루미늄은 철보다 늦게 개발되었을까? 인간이 접하기에 훨씬 더 많은 양을 가지고 있는데 말이다.

그 이유는 알루미늄이 얻기 힘든 금속이기 때문이다. 철은 온도만 높일 수 있다면 구할 수 있다. 철광석이 박힌 돌을 불로 달구기만 하면 되니 말이다.
그러나 알루미늄은 보크사이트라는 광물에 산화알루미늄으로 존재한다. 강하게 산소와 결합되어 있어서 보크사이트에서 분리하기가 쉽지 않다는 얘기다.

이 말은 알루미늄이 높은 열 뿐만 아니라 화학적 기술을 같이 사용해야 얻을 수 있다는 뜻이다. 참고로 산화알루미늄의 녹는 점은 2000도가 넘는다.
드디어 약 130년 전 쯤 이 문제가 해결되는데, 에루와 홀이라는 사람들 덕분이다.

이들이 개발한 보크사이트 전기분해 방법은 복잡하다. 보크사이트를 수산화나트륨에 담가서 산화알루미늄만 남긴 뒤, 다시 끓여서 액체로 만들고, 여기에 탄소를 넣으며 전기분해를 하는 것이다. 2천도까지 온도를 올리는 것도 힘들기 때문에 빙정석이란 것과 함께 끓여서 끓는 점을 1천도까지 낮춘다.

가장 중요한 것은 전기분해 과정....
산화알루미늄은 말 그대로 산소와 결합한 상태이다. 여기에 탄소를 넣으며 전기분해를 하면 탄소가 산소와 반응하여 이산화탄소를 만든다. 즉 산소와 알루미늄이 진짜로 분리되는 것이다. 한쪽에서는 이산화탄소가 나오고 아래쪽에는 알루미늄이 가라 앉는다.

이것은 이온반응을 이용한 것인데, 알루미늄에 붙은 산소가 탄소와 결합하여 빠져나가게 하는 방법이다.
이렇게 어려운 방법을 통해 드디어 인간은 가볍고 모양을 변형하기 쉬운 금속을 얻었으니, 이것이 실생활에 사용되는 캔과 호일 같은 것들이다.

지구의 지각에서 세 번째로 흔한 물질, 그러나 기술의 한계로 겨우 130년 전에야 얻을 수 있었던 알루미늄, 그래서 초기에는 금보다 비쌌고 일명 왕의 금속이란 별명도 있었다고 한다.
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