루테늄 Ru

발견의 역사

19세기 초 러시아 우랄산맥에서 백금 광석이 대량으로 발견되자, 여러 화학자가 그 찌꺼기에서 새로운 원소를 찾으려 했다. 폴란드의 엔드제이 시니아데츠키와 독일의 고트프리트 오잔 등이 새 원소를 발견했다고 주장했지만 확증되지 않았다.

1844년 카잔 대학의 카를 에른스트 클라우스는 백금을 녹여 내고 남은 잔류물을 끈질기게 분석해, 새로운 원소의 존재를 확실히 증명했다. 그는 앞서 오잔이 주장하며 쓴 이름 '루테늄'을 그대로 이어받았다.

루테늄은 백금족 원소 가운데 가장 늦게 발견된 원소다. 20세기 말 이후에는 전자 산업과 촉매 화학에서 쓰임새가 크게 늘었다.

이름의 유래

이름은 러시아(루스)를 가리키는 중세 라틴어 루테니아(Ruthenia)에서 왔다. 발견자인 클라우스가 러시아에서 활동했고, 원료인 백금 광석도 우랄산이었기 때문이다. 원소 기호는 Ru다. 한국어 이름 '루테늄'은 표기 변화 없이 쓰인다.

주요 용도

• 하드디스크: 2000년대 초 하드디스크의 자성층 사이에 원자 몇 층 두께의 루테늄 막을 넣어 기록 밀도를 크게 높이는 기술이 도입됐다.
• 전자 부품: 산화루테늄은 칩 저항의 재료이고, 루테늄 도금은 마모에 강한 전기 접점을 만든다. 차세대 반도체 배선 재료로도 연구된다.
• 합금: 백금·팔라듐에 소량 넣어 단단하게 하며, 일부 항공기 터빈 날개용 초합금에도 쓰인다.
• 촉매: 루테늄 화합물 '그럽스 촉매'는 올레핀 복분해 반응에 쓰이며, 이 반응 연구는 2005년 노벨 화학상을 받았다. 암모니아 합성과 수소 생산 촉매로도 연구된다.

동위원소

자연계 루테늄은 일곱 가지 안정 동위원소(루테늄-96, 98, 99, 100, 101, 102, 104)로 이루어지며, 루테늄-102가 약 32%로 가장 많다. 방사성 동위원소 루테늄-103(반감기 약 39일)과 루테늄-106(반감기 약 1년)은 핵분열 생성물이다.

2017년 가을 유럽 여러 나라의 대기 감시망에서 낮은 농도의 루테늄-106이 검출됐다. 건강에 위험한 수준은 아니었지만, 분석 결과 러시아 남부 우랄 지역을 발생원으로 지목하는 연구가 많았고 러시아 측은 사고를 부인했다.

생활 속 원소

루테늄은 주로 남아프리카공화국과 러시아의 백금·니켈 광석에서 부산물로 얻으며, 연간 생산량은 수십 톤 수준이다.

금속 루테늄 자체는 반응성이 낮아 일상에서 위험하지 않다. 그러나 사산화루테늄(RuO₄)은 휘발성이 강하고 독성이 커 눈과 호흡기를 해칠 수 있어 실험실에서 조심스럽게 다룬다. 만년필 펜촉 끝에 쓰이는 단단한 합금에 루테늄이 들어간 경우도 있다.