타이타늄 Ti

발견의 역사

1791년 영국의 성직자이자 아마추어 광물학자 윌리엄 그레거는 콘월 지방 머내컨 교구의 개울에서 나온 검은 자성 모래를 조사했다. 그는 이 모래에 철과 미지 금속의 산화물이 들어 있음을 알아내고 광물 이름을 머내커나이트라고 지었는데, 오늘날에는 티탄철석(일메나이트)으로 불린다.

몇 년 뒤인 1795년 독일의 화학자 마르틴 하인리히 클라프로트는 헝가리산 광물 금홍석(루틸)에서 독자적으로 같은 산화물을 찾아냈다. 그는 이를 새 원소로 인정해 titanium이라 이름 붙였고, 나중에 그레거의 금속과 같은 것임을 확인했다.

뜨거운 타이타늄은 산소·질소·탄소와 쉽게 결합해 순수한 금속을 얻기가 매우 어려웠다. 1910년 미국의 매슈 헌터가 사염화 타이타늄을 소듐과 함께 가열해 거의 순수한 타이타늄을 만들었다. 1930~1940년대 윌리엄 크롤이 소듐 대신 마그네슘을 쓰는 크롤 공정을 개발하면서 대량 생산이 가능해졌고, 이 방법은 지금도 주된 제법이다.

이름의 유래

클라프로트는 그리스 신화에서 대지의 여신이 낳은 힘센 아들들인 티탄(Titans)의 이름을 따서 원소 이름을 지었다. 그가 앞서 천왕성(Uranus)에서 우라늄의 이름을 따온 것과 같은 방식이다. 원소 기호는 Ti다. 한국에서는 '티타늄'이나 '티탄'이라는 이름이 널리 쓰였지만, 대한화학회의 현행 공식 이름은 '타이타늄'이다.

주요 용도

• 안료: 타이타늄 광석 대부분은 이산화 타이타늄이 되어 페인트·종이·플라스틱·화장품의 흰색 안료로 쓰인다.
• 항공우주: Ti-6Al-4V 같은 타이타늄 합금이 제트 엔진·기체·우주선에 쓰인다.
• 의료: 생체 적합성이 좋고 뼈와 잘 붙어 인공 고관절·무릎 관절, 치과 임플란트, 뼈 고정판에 쓰인다.
• 화학 설비·해양: 부식에 강해 열교환기, 해수 담수화 설비, 해양 설비에 쓰인다.
• 소비재: 자전거 프레임, 골프채, 시계, 안경테, 장신구.

동위원소

타이타늄에는 타이타늄-46부터 타이타늄-50까지 안정 동위원소가 다섯 가지 있으며, 가장 흔한 것은 약 74%를 차지하는 타이타늄-48이다. 반감기 약 60년인 방사성 타이타늄-44는 초신성 폭발에서 만들어진다. 초신성 잔해 카시오페이아 A에서 그 붕괴로 나오는 감마선이 검출되어, 폭발 과정에서 새 원소가 만들어진다는 직접적인 증거가 되었다.

생활 속 원소

금속 타이타늄은 독성이 없어 몸속 이식물과 금속 알레르기가 있는 사람을 위한 장신구에 널리 쓰인다. 이산화 타이타늄은 흰 페인트, 자외선 차단제, 치약에 들어 있다. 식용 색소로서의 사용은 유럽 연합이 2022년 예방 차원에서 금지했지만, 다른 일부 나라에서는 여전히 허용된다.

미세한 타이타늄 가루는 불이 붙을 수 있지만, 덩어리 타이타늄은 다루기에 매우 안전하다.