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23V 바나듐 / 반듐 Vanadium / Vandium |
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| 분류 | 전이 원소 | 상태 | 고체 |
| 원자량 | 50.9415 | 밀도 | 6.0 g/cm3 |
| 녹는점 | 1910 °C | 끓는점 | 3407 °C |
| 용융열 | 21.5 kJ/mol | 증발열 | 444 kJ/mol |
| 원자가 | 5 | 이온화에너지 | 650.9, 1414, 2830 kJ/mol |
| 전기음성도 | 1.63 | 전자친화도 | 50.6 kJ/mol |
| 발견 | A. M. del Rio (1801) | ||
| CAS 등록번호 | 7440-62-2 | ||
| 이전 원소 | 타이타늄(Ti) | 다음 원소 | 크로뮴(Cr) |
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1. 개요
주기율표에서 첫번째로 5족에 속하는 전이 원소로, 1830년 스웨덴의 화학자 N.G.세프스트룀이 스웨덴산 철광석에서 새로운 원소를 발견하여, 스칸디나비아의 사랑과 미(美)의 여신 바나디스(Vanadis)의 이름을 따서 명명하였다.[1][2]
전 세계 바나듐 생산량의 50%는 중국에서 생산되며 그 양은 약 950만 톤에 달한다. 러시아는 25%를 생산하며 남아프리카 공화국에서 17%를 생산한다.
2. 역사
1801년에 델 리오에 의해 발견된 원소이다. 발견 당시, 델 리오는 화합물의 색이 다채로워서 그리스어로 Pan(Παν)(모든)+Kroma(κρωμα)(색)에서 유래된 '판크로뮴(Panchromium)'이라는 이름으로 새로운 원소의 발견을 신고했는데, 화합물 대부분이 가열시 적갈색으로 변하는 것을 보며, 적갈색이라는 의미의 Erythron(Ἐρυθρόν)를 어원으로 한 에리트로늄(Erythronium)으로 변경했다. 하지만 어른의 사정으로 인해 정식으로 발표하지는 못했다. 게다가 '이것은 새 원소가 아니라 크로뮴이다'라는 지적을 받게 되어, 자신을 잃은 그는 스스로 발견을 철회하기에 이른다. 그로부터 약 30년 후, 새 원소는 스웨덴의 과학자 세프스트룀에 의해 다시 발견되어 '바나듐'이라고 명명되었다. 후에, 그 원소는 델 리오가 발견한 판크로뮴과 동일물이라는 것이 확인되어 델 리오야말로 최초의 발견자라는 것이 확증되었다.3. 용도
철과 각종 합금의 첨가물로 많이 쓰인다. 내충격성과 내진동성이 강해지므로 스프링 등에 쓰이기도 하고, 특히 탄소강에 첨가할 경우 바나듐이 탄소와 결합해 대단히 경도 높은 카바이드를 형성하여 내마모성이 극히 강해지므로 공구강이나 고급 도검용 강재에는 몰리브데넘 등과 함께 반쯤 필수로 들어간다. 다마스쿠스 강을 만드는 우츠 철광석에도 바나듐과 몰리브데넘이 들어있어서 특유의 강도와 무늬를 낸다고.다만, 외연, 내연 불문하고 각종 열기관에서 고온부식이라고 하는 현상을 일으키는 문제가 있는데, 바나듐 산화물이 고온상태에서 금속표면의 보호피막을 녹여버릴뿐만 아니라, 중유연소시에 생기는 황산부식을 부채질하기 때문이다. 따라서 이러한 기관에 사용하는 연료유에는 반드시 고온부식 방지 첨가제를 넣는다.
한때는 경도가 높고 변형이 잘 일어나지 않는다는 물리적 특성 때문에 임플란트의 주 재료로 쓰여졌으나, 체액과 반응하여 독성을 띤다는 사실이 발견된 이후로는 전혀 쓰이지 않는다.
또, 자연계에는 특정한 원소를 빨아들여 농축시키는 생물이 존재한다. 군소나 갯민숭달팽이, 멍게 등은 '바나듐 세포'라는 것을 가지고 있는데, 거기에는 산화바나듐과 단백질이 결합해서 생긴 색소가 다량 포함되어 있다. 이 세포는 헤모글로빈과 마찬가지로 산소운반능력을 갖고 있다고 여겨지지만 아직까지 명백히 밝혀지지는 않았다. 바나듐은 당뇨병환자의 회복을 돕는 작용이 있다는 것이 확인되었다.
오산화바나듐은 황산 제조시 촉매나 도자기의 유약으로 쓰인다.
흐름전지(플로우 배터리)라는 산업용 대형 축전지 또는 에너지 저장시설에서 전해액으로 쓰인다. 바나듐은 화학적 기계적으로 강한 금속이라 플로우 배터리의 충방전 수명이 매우 길어져 유망한 재료.[3] 바나듐 흐름 전지와 바나듐 이온 전지가 차세대 ESS로 여겨지는 관계로 사용처가 늘어날 것으로 보인다. # 화성 일차전지 제조공장 화재 사고와 인천 청라동 아파트 지하주차장 전기차 화재 사고로 리튬 이온 전지[4]에 대한 경각심이 높아진 만큼 대체 배터리에 대한 수요가 높아질 것으로 보여 주목받고 있다.
화산지형에서 나오는 물에는 바나듐이 포함되어 있는 경우가 있다. 제주 삼다수 역시 바나듐이 미량 함유되어 있으며 일본에서는 인위적으로 바나듐을 첨가한 물을 팔기도 한다.
바나듐 시세는 국제 고장력 강관의 수요에 비례한다. 사용처가 넓지 않아서 그런데, 그 덕에 수요 예측이 상대적으로 쉬운 편이다. 그러나 2000년대 들어 플로우 배터리 등 바나듐의 수요가 폭증하여 이전의 10배 넘게 폭등 하는 등 극심한 변동을 겪었고 여전히 수급불안을 겪고 있다. 이는 바나듐 전지의 앞날을 어둡게 하고 있다.
4. 기타
- 바나듐은 그 수용액의 산화상태(V(V), V(IV), V(III), V(II))에 따라 색깔이 변하는 특징을 가지고 있으며, 각 산화 상태 역시 안정적인 상태이다. # 각각 노란색, 파란색, 남색, 보라색을 보인다.
- 설정상 스타크래프트 2에서 테란의 장갑을 강화하는데 사용된다.