탈륨

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탈륨

탈륨은 원소기호 Tl, 원자 번호 81번, 주기율표의 13족, 6주기에 위치하는 후 전이 금속 원소이다. 1861년 크룩스(William Crookes)와 라미 (Claude-Auguste Lamy)가 각각 독립적으로 분광기를 이용하여 탈륨의 녹색 스펙트럼을 관측하고, 그 존재를 발견하였다. 1862년 라미는 전기분해법을 이용하여 순수 탈륨 분리에 성공한다. 크룩스는 스펙트럼의 색깔이 녹색임에 착안하여 녹색 섬광을 뜻하는 그리스어 θαλλός, thallós를 빌어 원소 이름을 탈륨(Thallium)이라 지었다.

중성 상태에서 81개의 양성자와 전자를 가지며, 질량수 184와 210 사이에 25가지의 동위원소가 존재한다. 그중에서 질량수 203번(29.52%)과 205번(70.48%)이 안정한 동위원소이며, 방사성 동위원소 중에는 질량수 204번이 상대적으로 긴 반감기(3.78년)를 가진다. 전자배치는 바닥 상태에서 [Xe]4f¹⁴5d¹⁰6s²6p¹ 이다. 주 산화 상태는 +1과 +3이다. 13족에 속하는 다른 원소들(붕소, 알루미늄, 갈륨, 인듐)과 다르게 +1 형태로 주로 존재한다. 상온에서 무른 은백색의 고체이다. 공기 중에서 산소와 빠르게 반응하여 청회색의 산화물로 변한다.

탈륨과 이를 포함하는 화합물들은 그 독성이 매우 강하다. 오랫동안 쥐약, 살충제 등의 용도로 사용되었지만, 현재는 많은 국가에서 사용이 금지되어있다.

탈륨의 방출 스펙트럼 ()

1860년대에는 분광기로 방출 스펙트럼을 측정하여 새로운 원소를 발견하는 연구들이 활발하였다. 1861년 크룩스와 라미는 각각 독립적으로 셀레늄 화합물의 분광 분석을 시도하던 중, 기존과 다른 새로운 녹색의 방출 스펙트럼이 존재함을 발견하였으며, 이것이 곧 새로운 원소에서 방출되는 것임을 알아내었다. 1862년 라미는 전기분해법을 이용하여 순수한 탈륨을 얻는 데 성공한다.

탈륨은 지각 내 0.7 ppm의 비율을 차지한다. 일반적으로는 포타슘 광물에 혼합되어 있다. 상업적인 생산에는 주로 구리, 납, 아연 등 중금속 황화물에 섞여 있는 소량의 탈륨을 분리하여 얻는다. 또한, 황화 철 (Fe₂S)에서 황산을 제조하는 과정의 부산물로 얻는다. 마케도니아 남부 지역에 탈륨 광산이 유일하게 존재하여, 탈륨을 포함하는 광물을 채굴하고 있다. 매년 10톤 정도의 탈륨이 전세계적으로 생산된다.

탈륨은 그 방출 스펙스럼의 색인 녹색을 의미하는 그리스어 thallós를 따라, 처음 발견한 크룩스가 명명하였다.

탈륨은 무르며 연성이 뛰어나다. 공기와 빠르게 반응하여 표면에 청회색 산화층을 형성한다. 13주기에 속하는 원소이지만, +1과 +3의 산화 상태를 동시에 가지며, +1의 산화 상태에서는 알칼리 금속과 비슷한 화학적 성질을 나타낸다. +1산화 상태가 더 일반적이며, 공기와 만나 산화탈륨(I) (Tl₂O), 물과 만나 수산화탈륨(I) (TlOH)를 생성한다. 이로 인하여 초기에는 알칼리 금속의 하나로서 분류되기도 하였다. 산화탈륨(III) (Tl₂O₃)과 같은 +3 산화수의 화합물들은 +1 산화 상태로 전환하려는 성질이 있어, 산화제로서 작용한다.

탈륨은 그 독성이 매우 강하다. 수은, 납, 카드뮴보다 독성이 크다. 비소를 대신하는 독약으로도 사용되었다. 인체 내에서 +1 산화 상태의 포타슘과 성질이 비슷하여, 생체 내 효소에서 포타슘을 대신한다. 이로써 효소의 작용을 방해하여, 탈륨에 중독되면 혼수 상태, 탈모 등의 증상과 함께 죽음에 이르게 된다. 크리스티의 추리소설 '창백한 말(The Pale Horse)'에서 살인의 도구로 등장한다. 오랫동안 쥐약으로도 사용되었다. 일부 의약품 용도로 사용이 되었지만, 그 독성에 대한 인지와 함께 새로운 신약의 개발로서 탈륨의 인체 사용은 극히 제한적이다.

최근 새로운 용처의 개발이 이루어지고 있으며, 광학 및 전자 부품의 재료로서 고굴절 렌즈의 제조에 사용된다.

황화 탈륨(I) (Tl₂S)은 적외선의 조사량에 따라 전기 저항이 달라지는 특징이 있어, 적외선 감지기에 사용된다.