리튬에 대하여

“한국이 100년 쓸 리튬 발견, 2030년 세계 3위 리튬생산국 된다” 포스코가 3천억원에 사들인 아르헨티나의 해발 4천미터 산악지역  소금호수에서 당초 예상보다 훨씬 많은 300만 톤의 리튬 매장량이  발견되었다는 반가운 소식입니다.  전기자동차 시장이 활성화 되면서 리튬 배터리 수요가 폭발적으로 늘어나자 리튬가격이 급상승하고 있는 가운데 들려온 뉴스입니다. 원자번호 3번으로 수소와 헬륨 다음으로 가벼운 원소인 리튬은 지표상에서 존재량이 희귀한 물질입니다. 흔히 거론되는 반도체 원재료인 희토류는 원자번호 57번 이후 17개의 원소를   망라한 무거운 물질인데 반해 리튬은 가벼운 원소로 희토류와는 우주에서 생성되는 경로가 전혀 다릅니다. 자연상태로 존재하는 모든 물질을 원자단위로 분류하면  원자번호 1번 수소부터 92번 우라늄까지 92종이 있습니다. 이러한 원소들이 만들어 지는 과정은 빅뱅,항성내부의 핵합성, 초신성 폭발의  3가지로 나누어 생각할 수 있습니다. 현대우주론에 따르면 138억년 전 초고온의 빅뱅이 시작하여 3분만에  원자의 재료(핵자)인 양성자와 중성자가 7:1의 비율로 생성되어  고온속에서 반죽같은 플라즈마 상태로 존재하였습니다.   빅뱅 38만년 경과후 우주의 온도가 3000도로 내려가면 입자들의 운동에너지보다양성자와 전자 사이의 전자기력이 강해집니다.그러면 플라즈마 상태이던 양성자와 중성자가 자유롭게 떠돌던 전자를 끌어 들여 수소(양성자1개) 75%,헬륨(양성자2개,중성자2개) 25% 그리고 소량의 중수소(양성자1 중성자1)와 리튬(양성자3 중성자4) 등 원소를 만들었습니다.  그때부터 우주는 뿌옇게 흐린 플라즈마 상태에서 벗어나(상전이라 함) 수소,헬륨,리튬 등 물질과 광자가 분리되어 우주공간이 투명해 졌습니다. 이제 플라즈마에서 풀려난 광자(빛)는 우주공간으로 퍼져 나갑니다. 이 빛을 우주배경복사cosmic microwave background radiation라 하고  1965년 그 것의 발견은 종전에 황당한 이론으로 치부되던 빅뱅이론을  확실한 증거를 가진 정밀과학으로 격상시켰습니다. 이와 같이 리튬은 빅뱅 당시 소량 생성된 이후에는  항성의 핵합성으로 만들어지지 않는 물질입니다. 태양 정도 크기의 항성은 수소를 핵합성하여 헬륨과 원자번호 6번 탄소,  8번 산소까지 만들 수 있습니다.  태양의 8배 크기까지의 항성은 순차적인 핵합성으로 원자번호 26번 철을 만들고는활동을 멈추고 백색왜성이 되어 서서히 식어갑니다. 철은 결합에너지가 매우 큰 안정된 원소이므로 다음 단계의 핵합성은  투입 에너지가 너무 커져 항성 내부의 에너지로는 부족하기 때문입니다.  철보다 무거운 원소인 납,금,은,희토류,우라늄 등 중원소는  태양의 8배 이상되는 거대항성이 초신성으로 폭발하면서 방출하는어마어마한 에너지에 의해 만들어 집니다.        요약하면 리튬은 수소,헬륨과 함께 빅뱅 3분 후에 생성된 핵자(양성자와 중성자)가 전자를 포획하던 시기인 빅뱅 38만년 후에 제조되었고 희토류는 태양의 8배 이상 무거운 별이 초신성으로 폭발하는 짧은 기간에 만들어 졌다입니다.