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원자번호 50번의 원소인 주석은 인류가 광석에서 분리해 낸 금속 중에서는 납 다음으로 오래된 금속이다. 인류는 기원전 3,000년경에 구리와 주석의 합금인 청동을 만드는 방법을 터득함으로써, 석기 시대를 뛰어넘어 청동기 시대로 도약하게 되었다. 한편, 청동 생산에 필요한 주석 광석을 확보하기 위한 해양 무역은 고대 문명을 발전시키는데 또 다른 측면에서 기여를 하였는데, 이는 주석 광석이 비교적 희귀하고 유럽에서는 주로 영국에서 생산되었기 때문이다. 청동 이외에도 주석을 사용한 제품을 우리 주변에서 쉽게 찾아 볼 수 있다. 유럽 여행시 기념품 가게에서 쉽게 볼 수 있는 주석 식기와 장식품은 주로 주석 합금의 일종인 백랍(‘퓨터’라고도 부름)으로 만들어진 것들인데, 중세 유럽에서 은(silver)의 대용품으로 널리 사용되었다. 금속관과 전자 회로를 연결하는데 사용되는 땜납도 주로 납과 주석의 합금이며, 종과 파이프 오르간의 파이프도 주로 주석 합금으로 만든다. 또 자기공명영상(MRI) 장치의 초전도자석에도 주석 합금이 전선으로 주로 사용된다. 주석은 판유리 제조에도 사용되며, 주석 화합물들이 도자기의 유백제와 유리의 착색제로 널리 사용된다. 강철에 주석을 도금한 양철은 지붕재료, 난로의 연통, 각종 생활 용구, 식품 보존용 통을 만드는데 사용된다. 평판 TV나 컴퓨터 모니터에 사용되는 액정표시기(LCD)의 투명 전극도 주석 산화물과 인듐 산화물을 유리 위에 입혀 만든다. 이들 외에도 여러 주석 화합물들이 다양한 용도로 중요하게 사용된다. 이렇듯 예부터 요긴하게 사용되어 왔으며, 현대 산업에서도 중요한 주석에 대해 좀 더 자세하게 알아보기로 하자. |
전자회로는 보통 땜납으로 연결되는데, 땜납은 납과 주석의 합금이다. 현재 생산된 주석의 반 이상이 땜납에 사용된다.
납의 독성 때문에 땜납에서 납은 다른 금속으로 대체되는 추세이며 주석의 중요성은 더욱 커진다. <출처 : (cc) Aisart at Wikimedia.org>
원자 번호 50번, 주석. <출처 (cc) Jurii at Wikipedia> |
주석의 원소 정보. |
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주석의 동소체인 β-주석(백색 주석, 좌)과 α-주석(회색 주석, 우) <출처 : (CC)Alchemist-hp at Wikipedia.org>
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땜납으로 구리 파이프를 연결시키는 모습. <출처 : (cc) Neffk at wikimedia.org>
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파리 생제르망 성당에 설치된 파이프 오르간 모습. 파이프 오르간의 파이프는 보통 주석과 납의 1:1 합금으로 만든다.
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퓨트 접시. 주석이 주성분인 퓨터(Pewter) 합금은 중세 유럽에서 은 대용품으로 식기와 장식품에 널리 사용되었다. |
통조림 통의 안쪽. 철에 주석을 도금한 제품은 양철로 사용되며, 1812년에는 식품을 보존하는 통조림 통으로 처음 사용되었는데, 지금도 사용된다. |
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루비 유리 그릇. 주석의 할로겐 화합물이 루비 유리를 만들 때 환원제로 사용된다.
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수치로 보는 주석
주석의 표준원자량은 118.710 g/mol이다. 원자의 전자배치는 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p2 ([Kr]4d105s25p2)이며, 화합물에서의 주된 산화 수는 +2와 +4이다. 지각에서의 존재비는 약 2 ppm 이고, 주석석(cassiterite, SnO2)이 가장 흔하고 중요한 광석이다. 2011년의 연간 생산량은 253,000톤으로 추정된다. 백색 주석(β-주석)과 회색 주석(α-주석)의 두 가지 동소체가 있으며, 순수한 주석의 경우에 α-주석→ β-주석 전이온도는 13.2oC이다. 녹는점은 231.93 oC 이고, 끓는점은 2602oC이며, 실온에서 밀도는 β-주석은 7.365 g/cm3이고 α-주석은 5.769 g/cm3이다. 첫 번째, 두 번째, 세 번째 이온화 에너지는 각각 708.6, 1412, 2943 kJ/mol이며, 폴링의 전기음성도는 1.96이다. 20oC에서 β-주석의 전기비저항은 115 nΩ∙m이고, 열전도율은 66.8 W∙m-1∙K-1 이다. 모든 원소 중에서 가장 많은 10가지의 천연 동위원소가 있는데, 이들은 112Sn(0.97 %). 114Sn(0.66 %), 115Sn(0.34 %). 116Sn(14.54 %), 117Sn(7.68 %). 118Sn(24.22 %), 119Sn(8.59 %). 120Sn(32.58 %), 122Sn(4.63 %). 124Sn(5.79 %)이다.
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