갈륨 Ga

발견의 역사

갈륨은 발견되기 전에 먼저 '예언'된 원소다. 1871년 드미트리 멘델레예프는 주기율표에서 알루미늄 아래 빈칸을 두고, 그 자리를 채울 원소를 '에카알루미늄'이라 부르며 원자량과 밀도, 산화물의 성질까지 미리 추정했다.

1875년 프랑스의 화학자 폴에밀 르코크 드 부아보드랑은 피레네산 섬아연석을 분광기로 분석하다가 이전에 본 적 없는 보라색 스펙트럼선 두 줄을 찾아냈다. 그는 같은 해 수산화물 용액을 전기분해해 소량의 금속을 얻었다.

르코크가 처음 발표한 밀도는 약 4.7 g/cm³였는데, 멘델레예프는 자신의 예측값(약 5.9)과 다르니 다시 측정해 보라고 편지를 보냈다. 시료를 더 정제해 재측정하자 값은 약 5.9로 바뀌었고, 이 일화는 주기율표가 단순한 정리표가 아니라 예측하는 이론이라는 사실을 널리 알렸다.

이름의 유래

이름은 프랑스의 라틴어 옛 이름 갈리아(Gallia)에서 왔다. 라틴어로 수탉을 뜻하는 'gallus'가 발견자의 성 르코크(le coq, 수탉)와 겹쳐 자기 이름을 슬쩍 넣었다는 소문이 돌았지만, 르코크 본인은 이를 부인했다. 원소 기호 Ga도 같은 어원이다. 한국어 이름 '갈륨'은 영어·라틴어 발음을 옮긴 것으로 표기 변화 없이 쓰인다.

주요 용도

• 질화갈륨(GaN): 청색 LED의 재료다. 이 LED를 실용화한 아카사키 이사무·아마노 히로시·나카무라 슈지는 2014년 노벨 물리학상을 받았다. 백색 LED 조명, 소형 고속 충전기, 5G 기지국 전력 증폭기에도 쓰인다.
• 비소화갈륨(GaAs): 전자가 실리콘보다 빠르게 움직여 휴대전화 고주파 칩, 인공위성용 태양전지, 적외선 LED에 쓰인다.
• 저융점 합금: 갈륨·인듐·주석 합금은 상온에서 액체라 수은 대신 체온계에 쓰인다.
• 의료: 방사성 갈륨-67과 갈륨-68은 염증·종양 영상 진단에 쓰인다.

동위원소

자연계의 갈륨은 안정 동위원소 두 가지로 이루어진다. 갈륨-69가 약 60%, 갈륨-71이 약 40%를 차지한다. 방사성 동위원소 가운데 갈륨-67은 반감기가 약 3.3일이라 오래전부터 림프종과 감염 부위 영상에 쓰였고, 갈륨-68은 반감기가 약 68분으로 짧아 저마늄-68 발생기에서 병원 안에서 바로 뽑아 PET 검사에 쓴다. 특히 전립선암이나 신경내분비종양을 찾는 표지 약물과 결합해 널리 쓰인다.

생활 속 원소

갈륨은 광석으로 따로 채굴되지 않고, 보크사이트에서 알루미늄을 뽑거나 아연을 제련할 때 부산물로 회수된다. 스마트폰 안의 고주파 칩, 방 안의 LED 전구, 노트북 충전기 안에 소량씩 들어 있다.

갈륨 자체의 독성은 낮은 편이지만, 알루미늄에 닿으면 결정 경계로 스며들어 알루미늄을 쉽게 부서지게 만든다. 그래서 항공기처럼 알루미늄 구조물이 많은 곳에는 반입이 제한된다. 또 유리나 피부에 잘 달라붙어 얼룩을 남기므로 맨손으로 오래 만지지 않는 것이 좋다.