7주기의 알칼리-토금속 원소인 라듐은 은백색의 고체 금속으로, 같은 족에서는 가장 무거우며, 동위원소는 방사성이 매우 강하다. 그중 가장 안정한 ²²⁶Ra은 1600년의 반감기를 가진다. 라듐이 붕괴할 때, 이온화된 라돈(Rn) 기체가 주 생성물로 발생하며, 이 기체는 형광을 띠는 화학 물질을 자극하여 방사성을 유발할 수 있다. 라듐은 주로 우라늄과 토륨 광석에 미량 포함되어 있는데 특히 우라늄 광석 1톤에 7g 정도 포함되어 있을 정도로 지구상에서 매우 희귀한 금속이다. 소량의 라듐은 액체 상태 염화 라듐(RaCl₂)의 전기 분해를 통해 제조할 수 있다. 방사능 및 화학 반응성으로 인하여 인체에 매우 유해하며, 몸에 흡수되면 칼슘처럼 뼈에 쌓인다. 이로 인해 방출하는 방사선은 뼈의 골수에 충격을 주고 적혈구를 만드는 조직을 파괴하며 뼈에 암세포를 만들기도 한다. 라듐을 발견한 마리 퀴리 부인의 사망도 실험 과정에서 쬔 방사선에 의한 피복이 주된 원인이었다.

확대보기

자외선 하에서 푸른 빛을 내는 라듐 (출처)

라듐은 1898년 12월 21일에 염화 라듐(RaCl₂)의 형태로 퀴리 부부에 의해 발견되었다. 그들은 피치블렌드라고도 불리는 우라늄 광석(uraninite)을 이용하여 연구하던 중 우라늄을 제거하고 남아있는 물질이 여전히 방사선을 방출한다는 것을 관찰하였다. 그 이후 퀴리 부부는 두 가지 성분으로 구성된 방사성 혼합물을 분리하였는데, 분리해낸 방사성 화합물의 특성이 바륨 화합물과 비교하여 용해도가 더 좋지 않다는 것을 제외하고는 다른 성질이 매우 유사하다는 것을 발견하였다. 이것은 그들이 방사성 화합물을 분리하고 그 화합물 내에 포함된 새로운 원소인 라듐을 발견하게 되는 계기가 되었다. 결과적으로 퀴리 부부는 피치블렌드 10톤으로부터 극소량의 라듐 화합물을 추출하고 5일 후인 1898년 12월 26일에 프랑스 과학 한림원(French Academy of Sciences)에 그 발견을 보고하였다.

라듐 발견 4년 후인 1902년에 피에르 퀴리가 불의의 사고로 사망했지만, 마리 퀴리는 라듐에 대한 연구를 계속 진행하였으며, 순수한 라듐은 1910년 9월 그들의 제자 드비에르느(André-Louis Debierne,)에 의해 발견되었다. 그는 수은 음극을 이용하여 염화 라듐 수용액을 전기 분해해서 라듐-수은 아말감(amalgam)을 제조한 후, 수소 기체 하에서 가열하여 수은을 제거하여 라듐을 순수하게 얻었다. 같은 해에 올러(E. Eoler)는 아자이드화 라듐(Ra(N₃)₂)을 열분해하여 순수한 라듐을 분리하기도 했다.

20세기 초반 벨기에의 광물 회사(Union Minière du Haut Katanga, UMHK) 자회사인 비라코(Biraco)에서 순수한 라듐이 산업적으로 처음 생산되었다. 이 원소는 어두운 곳에서 푸른 빛을 발광했기 때문에 '빛을 발산한다'라는 뜻의 라틴어 'Radius'에서 유래하여' Radium'으로 명명하였으며, 그 원소 기호는 'Ra'이다.

확대보기

라듐, Radium (출처)

라듐은 대기 중에 극소량 존재하기에 평상 시에는 위험할 정도의 양을 흡수할 일은 거의 없으며 우라늄의 방사성 붕괴로 인하여 자연에서 끊임없이 생성된다. 라듐은 원자량 202~234 사이의 33개 동위원소를 가지고 있으며, 모두 방사성 원소이다. 우라늄의 동위원소 중에서 가장 무거운 ²³⁸U의 방사성 붕괴가 일어나는 동안 알파 및 베타 입자 그리고 감마선의 형태로 방사선이 나오게 되는데, 이 과정에서 ²³⁸U은 ²³⁴U가 되고 이는 다시 ²³⁰Th으로 알파 붕괴하여 ²²⁶Ra으로 바뀐다. ²²⁶Ra은 연속적으로 알파 입자를 방출하면서 ²²²Rn과 ²¹⁸Po을 거쳐서 납으로 바뀌게 된다. 그 이후 계속적인 알파 및 베타 붕괴를 통하여 다양한 원소로 변하는 과정을 거치게 된다.

라듐의 동위원소 중에서 ²²³Ra는 11.4일, ²²⁴Ra는 3.64일, ²²⁶Ra는 1600년, ²²⁸Ra는 5.75년의 반감기를 각각 가진다. 자연에 존재하는 라듐은 계속해서 붕괴하기 때문에 비교적 농도가 낮다. 특히 라듐의 동위원소 중에서 가장 안정한 원소인 ²²⁶Ra는 알파 붕괴하여 라돈이 되었다가 최종적으로 안정한 납의 동위원소로 된다. 2013년 ²²⁴Ra의 핵은 배 모양의 비대칭 형태로서는 첫 번째 발견이었다.

확대보기

라듐의 방사성 붕괴 과정(⇒)

라듐은 은과 유사한 흰색 계통의 무른 금속이다. 밀도는 상온에서 약 5.5g/cm³이며, 녹는점은 700℃, 끓는점은 1737℃이다. 바륨 및 다른 2족 원소와 마찬가지로 표준 상태에서 체심 입방 결정 구조를 형성하며, 이때 구조 내 라듐 원자간 거리는 5.15 Å이다.

라듐은 같은 족에 속하는 바륨과 유사하게 반응성이 높으며 항상 +2의 산화 상태를 가진다. Ra²⁺은 수용액에서 무색이고 염기성을 나타내며, 대부분의 라듐 화합물은 이온 결합성 화합물이다. 강력한 방사선을 내놓기 때문에 위험한 원소이며 인체에 매우 해롭다. 산소로부터 표면을 보호하는 얇은 산화물층으로 덮여 있으며, 이 층은 마그네슘의 산화물층보다 얇다. 공기 중에서의 반응성은 마그네슘보다 크며, 공기 중에 노출되면 산소보다 질소와 쉽게 반응하여 질화 라듐(Radium nitride, Ra₃N₂)의 검은색 표면층을 형성한다. 또한 분홍색의 불꽃을 내며 연소한다.

라듐은 1900년대 중반 손목시계와 괘종시계의 시곗바늘과 숫자의 도색용 페인트로 사용되었다. 이 페인트는 라듐 화합물과 인광체로 구성되어 있어서 어두운 곳에서 빛을 냈다. 1950년대 중반까지 암 치료 등의 핵의학 분야에서 널리 사용되었고, 앞서 언급하였듯이 시계나 측정 기기의 눈금판이나 문자판에 쓰이는 형광 페인트의 주요 성분이었다. 그러나 흡입이나 섭취 또는 신체 노출 시, 암과 다른 병들의 원인이 된다는 것이 알려져, 현재는 의료 부문과 공업적으로 라듐 대신 ⁶⁰Co 과 ¹³⁷Cs와 같은 더 안전하고 값싼 방사성 물질을 사용하고 있다. 또한 산업적 용도로써 라듐은 결함이 있는 금속 부품을 검사하기 위한 방사선 촬영 장치의 방사선원으로도 사용되고 있다.

방사 화학(radiation chemistry) 분야에서도 방사성의 라듐이 활발하게 이용되었다. 특히, 마리 퀴리는 라듐을 암 연구와 치료 등에 활용하는 목적으로 하는 '라듐 연구소(Radium Institute)'의 설립을 준비하던 중 제1차 세계대전이 발발하자, X-선 장비와 라듐의 방사성 붕괴에서 나오는 라돈 기체를 이용하여 부상병 치료에 사용하였다. 그 이후, 그녀는 1932년에 자신의 고향인 폴란드 바르샤바에도 라듐 연구소를 설립하였는데, 이 연구소는 현재 폴란드의 암 연구 및 치료 분야에서 주도적인 역할을 하고 있다. 또한, 1919년 전쟁이 끝난 후 파리 대학과 파스퇴르 연구소는 공동으로 '퀴리 연구소(Curie Institute)'를 설립하여 현재까지도 생물리학, 세포 생물학, 종양학 연구를 계속 수행하고 있으며, 방사성 암 치료 병원을 운영하고 있다.

Radium Retrieved on 2018-09-28.