아인슈타이늄

아인슈타이늄은 원소 기호는 Es이고 원자 번호는 99인 악티늄 계열의 인공 원소이다. 1952년 첫 번째 수소 폭탄 폭발로 인한 파편(debris)의 조성 중 하나로 발견되었고, 알베르트 아인슈타인의 이름을 따서 명명되었다. 고전력 원자로에서 캘리포늄-253의 붕괴로부터 인위적으로 생성되는 반감기 20.47일의 아인슈타이늄-253 동위원소의 총 수득량은 년간 mg 정도이며, 1955년에 새 원소인 멘델레븀 원자 17개를 최초로 합성하는 데 사용되었다. 극미량이 생성될 뿐만 아니라, 짧은 반감기 때문에 현재까지 기초 연구 이외에 실용적으로 쓰이지 않고 있다.

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1952년 미국 캘리포니아 대학 버클리 캠퍼스 (Univ. of California at Berkeley), 아르곤(Argonne) 국립 연구소, 로스 앨러모스(Los Alamos) 국립 연구소의 공동 연구에서 기오르소(A. Ghiorso)가 이끄는 연구팀은 'Ivy mike'라고 하는 핵 실험에서 발생한 여러 생성물에서 아인슈타이늄을 처음으로 발견하였다.

이 실험은 태평양에서 실시되었으며 수소 폭탄의 최초 성공 사례로 알려져 있다. 폭발로부터 나온 생성물들의 초기 연구는 플루토늄의 새로운 동위원소 ²⁴⁴₉₄Pu 생성을 알렸는데 이 동위원소는 우라늄-238의 핵에 6개의 중성자를 흡수시키고 두 번의 베타 붕괴를 일으켜 얻을 수 있었다. 새 원소를 분리하는 과정에서 200개 이하의 아인슈타이늄 원자가 확보되었고, 원자 번호 99의 ²⁵³Es이 고에너지 알파 붕괴를 통해 최종적으로 감지되었다.

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아인슈타이늄의 발견자 앨버트 기오르소 ()

알버트 아인슈타인 ()

원자 번호 99와 100인 원소의 발견을 위해 미국과 스웨덴 팀이 각축을 벌였는데, 1953년 말-1954년 초 스웨덴의 노벨 물리학 연구소(Nobel Institute for Physics) 팀이 산소 핵을 우라늄에 충돌시켜 원자 번호 100인 페르뮴-250 동위원소(²⁵⁰Fm) 합성에 성공하였고 1954년에 이를 발표하였다. 그런데 1952년 열적 핵폭발에 대한 미공개 결과가 있었던 미국팀의 성과를 인지하고 있던 국제 사회는 미국 버클리팀에게 원자 번호 99과 100인 새 원소들을 명명할 수 있는 권리를 주었다. 이에 원자 번호 99인 원소는 알베르트 아인슈타인의 이름을 따서 원소 기호가 E인 아인슈타이늄으로, 100인 원소는 엔리코 페르미(E. Fermi)의 이름을 따서 원소 기호가 Fm인 페르뮴으로 각각 제안하였다. 공교롭게도 아인슈타인과 페르미는 원소 이름이 제안되고 확정되는 사이에 사망하였다. 1955년 제네바 원자 학회 (Geneva Atomic conference)에서 이 원소들이 처음으로 공표되었는데, 훗날 IUPAC에서 ‘E'를 ’Es'로 바꾸었다.

아인슈타이늄은 주기율표의 악티늄 계열에서 캘리포늄 오른쪽, 페르뮴의 왼쪽에 위치하며, 물리·화학적 성질이 비슷한 란타넘족의 홀뮴 아래에 있다. 홀뮴보다 원자량이 무거운 데에도 불구하고 밀도(8.84 g/cm³)가 거의 홀뮴의 밀도(8.7 g/cm³)와 비슷하고, 녹는점(860℃)도 캘리포늄, 페르뮴, 홀뮴의 녹는점보다 비교적 낮다. 또한, 비 알칼리 금속 중에서 가장 무른 금속 중의 하나이다.

가장 흔한 ²⁵³Es 동위원소가 밀리그램 이하의 양으로 1년에 한두 번 생성되지만, 하루에 3.3%의 감소 속도로 빠르게 버클륨으로, 그리고 다시 캘리포늄으로 전환된다.

아인슈타이늄의 산화물과 플루오르화물은 액체 헬륨 온도부터 상온까지 퀴리-바이스 상자성을 띤다. 유효 자기 모멘트가 악티늄 계열 중 제일 높고, 해당하는 퀴리 온도는 산화물과 플루오린화물 각각에 대하여 53, 37 K이다. 모든 악티늄 계열 원소와 마찬가지로, 아인슈타이늄도 반응성이 매우 크고 +3의 산화 상태가 고체 및 수용액에서 가장 안정하다. 고체형에서 +2의 산화 상태도 확고하게 존재한다. 아인슈타이늄(III)을 염화 사마륨(II)으로 환원시키면 아인슈타이늄(II) 화합물을 얻을 수 있다. +4의 산화 상태도 증기 상태에서 예측되지만 확실하지는 않다.

1. Ghiorso, Albert (2003). 'Einsteinium and Fermium'. Chemical and Engineering News. 81 (36): 174–175. doi: 10.1021/cen-v081n036.p174.

2. Ghiorso, A.; Thompson, S.; Higgins, G.; Seaborg, G.; Studier, M.; Fields, P.; Fried, S.; Diamond, H.; Mech, J.; Pyle, G.; Huizenga, J.; Hirsch, A.; Manning, W.; Browne, C.; Smith, H.; Spence, R. (1955). 'New Elements Einsteinium and Fermium, Atomic Numbers 99 and 100'. Phys. Rev. 99 (3): 1048–1049. Bibcode: 1955PhRv...99.1048G. doi: 10.1103/PhysRev.99.1048. Google Books