지구의 광물 (3) - 리튬

지구의 광물 (3) -리튬(Li)

리튬은 원자번호 3, 원소기호 Li인 알칼리 금속입니다. 지각에서 7번째로 풍부한 금속이지만, 존재 형태가 다양하고 추출이 어렵기 때문에 희귀 금속으로 분류됩니다. 리튬은 부드러운 은백색 금속으로, 물과 반응하여 수소를 발생시키고, 공기 중에서 쉽게 산화됩니다. 리튬은 고체, 액체, 기체 상태에서 모두 전도성이 있으며, 열 전도성도 우수합니다. 이러한 특성 덕분에 리튬은 다양한 산업 분야에서 중요한 역할을 하고 있습니다.

리튬의 기원과 발견

리튬의 기원

리튬은 우주에서 가장 풍부한 원소 중 하나로, 대폭발로 인해 만들어진 것으로 여겨집니다. 대폭발 후 우주 공간에서 핵융합이 일어나면서 수소 원자핵이 헬륨 원자핵으로 합성되었고, 이 과정에서 리튬이 생성되었습니다. 리튬은 또한 별의 내부에서 핵융합 반응을 통해 생성될 수 있지만 별의 연령과 함께 리튬 함량이 줄어드는 경향이 있습니다. 이는 별이 나이를 먹으면서 내부의 리튬이 다른 원소로 변하기 때문입니다.. 이러한 과정들은 우리가 오늘날 지구에서 찾을 수 있는 리튬의 다양한 형태와 양을 설명하는 데 도움이 됩니다.

발견

리튬은 1817년 스웨덴의 화학자 요한 아우구스트 아르프베드손(Johan August Arfwedson)에 의해 처음으로 발견되었습니다. 그는페탈라이트 (petalite- LiAlSi_4O_10)라는 광석에서 새로운 원소를 발견했습니다.

 

아르프베르그는 리튬의 원소기호를 "Li"로 지었는데, 이는 리튬의 이름이 그리스어로 '돌'을 의미하는 'λίθος' (lithos)이며 여기에서 리튬의 이름이 유래되었습니다. 이는 리튬이 암석에서 발견되는 원소이기 때문입니다.

 

이후 영국의 화학자 William Thomas Brande와 Sir Humphry Davy가 산화 리튬의 전기 분해를 통해 순수한 리튬을 얻는 데 성공했으며 1855년, 독일의 화학자 Robert Bunsen과 Augustus Matthiessen이 염화리튬의 전기 분해로 더 많은 양의 순수 리튬을 추출하는 방법을 개발했습니다.

 

이후에는 염화 리튬의 전기 분해가 리튬을 추출하는 가장 일반적인 방법으로 사용되고 있습니다. 염화리튬은 리튬의 주요 광석인 스포두민(spodumene)이나 리튬암(lithium mica)에서 얻을 수 있습니다. 염화리튬을 전기 분해하면 리튬 금속과 염화칼륨이 생성됩니다.

리튬의 물리적 화학적 특성

물리적 특성

색상: 리튬은 실버색의 금속입니다.

광택: 리튬은 광택이 나는 표면을 갖고 있습니다. 그러나 빠른 산화 때문에 노출되면 이 광택은 잃어버릴 수 있습니다.

경도: 리튬은 모스 경도 0.6의 매우 부드러운 금속으로, 절삭도구 없이 손톱으로 긁을 수 있습니다.

비밀리 (밀도): 리튬의 밀도는 약 0.534g/cm3로, 이는 모든 금속 중에서 가장 낮은 밀도 중 하나입니다.

녹는점: 180.54°C (356.97°F)

끓는점: 1,342°C (2,448°F)

전기 전도도: 9.16 S/m, 알칼리 금속 중에서 가장 높은 전기 전도도를 가지고 있습니다.

열 전도도: 8.5 W/(m·K), 알칼리 금속 중에서 가장 높은 열 전도도를 가지고 있습니다.

화학적 특성

화학식: 리튬의 원소기호는 Li입니다.

원자번호: 3입니다.

원자량: 6.941을 가지고 있습니다.

전자배열: 1s2 2s1

산화:공기와의 접촉 시 리튬은 금방 산화되어 얇은 산화층을 형성합니다.

핵융합: 리튬은 별에서의 핵융합 과정에서 소비되는 특성이 있습니다.

리튬의 주요 화합물

산화 리튬 (Li2O)

수산화 리튬 (LiOH)

염화 리튬 (LiCl)

황산 리튬 (Li2 SO4)

탄산 리튬 (Li2CO3

리튬의 경제적 또는 기술적 중요성

주요 용도

리튬 이온 배터리: 현대 전자기기 및 전기차의 핵심 부품으로 사용됩니다. 휴대폰, 노트북, 태블릿, 카메라, 전기 자동차 등에 널리 사용됩니다.

유리 및 세라믹 제조

리튬은 유리 및 세라믹 제품의 제조 과정에서 사용되며, 이를 통해 더 높은 내열성 및 내구성을 갖게 됩니다.

고열 그리스

리튬은 고온에서도 안정성을 유지하는 그리스의 주요 구성 요소입니다.

합금

알루미늄, 카드뮴, 구리 및 목제 합금의 구성 성분으로 사용되어 각종 재료의 강도와 내구성을 향상합니다.

항공 우주

리튬-알루미늄 합금은 항공 우주 분야에서도 사용되는데, 이는 그들의 낮은 밀도와 높은 강도 때문입니다.

핵반응

리튬은 핵반응에서 중성자를 흡수하는 물질로 사용됩니다.

의료

리튬은 조울증의 치료제로 사용되는데, 이는 뇌 내에서 신경 전달물질의 균형을 조절하는 데 도움을 줍니다.

경제적 중요성

리튬은 전기자동차, 휴대폰, 노트북 등 다양한 제품의 생산에 사용되는 중요한 원자재로 리튬의 수요는 전자기기 및 전기차의 발전과 함께 계속해서 증가하고 있습니다. 이로 인해 리튬의 가격과 수요가 상승하고, 리튬 광산 및 추출 산업이 활발히 이루어지고 있습니다.

기술적 중요성

리튬은 고에너지 밀도, 높은 전기 전도도, 우수한 내열성 등의 특성을 가지고 있습니다. 전기차의 확산, 에너지 저장 기술의 발전, 지속 가능한 에너지 해결책의 탐구 등 현대 기술 발전의 핵심 분야에서 리튬은 중추적인 역할을 합니다.

환경적 중요성

리튬 이온 배터리를 사용하는 전기차의 증가는 환경 친화적인 교통수단의 확산을 의미하며, 이는 기후 변화와 대기오염 문제 해결의 일환으로 중요하게 여겨집니다.

리튬 자원 개발과 향후 문제점

환경적 문제점

물 자원의 과소비: 리튬 추출 과정, 특히 소금 호수에서의 추출은 대량의 물을 필요로 합니다. 이는 물 부족이 문제인 지역에서 환경 및 생태계에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.

토양 및 물 오염: 리튬 추출과정에서 사용되는 화학물질이 주변 환경에 유출될 경우 토양과 물의 오염을 초래할 수 있습니다.

사회적 문제점

지역사회와의 갈등: 리튬 채굴 지역의 원주민이나 지역 주민들은 종종 채굴로 인한 환경 파괴, 물 자원 접근 권한 감소 등의 문제로 채굴 회사나 정부와 갈등을 겪기도 합니다.

일자리 및 노동 착취문제:리튬 채굴은 일부 지역에서는 중요한 일자리를 제공하지만, 채굴이 끝나면 그 일자리가 사라질 위험이 있으며 노동 집약적 산업 특성상 노동자의 인권이 침해당하는 경우가 발생하기도 합니다.

경제적 문제점

가격 변동성: 리튬의 수요와 공급, 그리고 국제적인 정치 경제적 상황에 따라 리튬의 가격이 크게 변동할 수 있습니다. 이러한 가격 변동성은 리튬 산업에 불안정성을 초래할 수 있습니다.

리튬 자원의 국유화:리튬은 한정된 자원이고 수요가 많기 때문에 생산국들의 리튬 국유화를 통한 통제로 인해 유통에 어려움이 발생할 수 있습니다

안보적 문제점

자원 독점 및 공급 중단 위험: 특정 국가가 리튬 공급의 대부분을 독점하게 될 경우, 그 국가의 정치적 또는 경제적 결정에 따라 리튬 공급에 문제가 생길 수 있습니다. 이는 전 세계의 리튬 수요국들에게 큰 위험 요소가 될 수 있습니다.

전략적 자원 경쟁: 여러 국가들이 리튬 자원의 안정적 확보를 위해 경쟁하면서, 이로 인한 국제적인 긴장감이나 갈등이 발생할 수 있습니다.

 

리튬은 현대 사회의 에너지 전환과 디지털화에 중심적인 역할을 하는 원소입니다. 그러나 이 원소의 확보와 활용은 다양한 도전과 문제점을 수반하고 있으며, 이에 대한 지속적인 연구와 협력, 그리고 지속 가능한 개발 전략이 요구됩니다