제논 Xe

발견의 역사

1898년 윌리엄 램지와 모리스 트래버스는 액체 공기에서 크립톤을 분리한 뒤, 그 크립톤을 다시 분별 증류해 더 무거운 성분을 찾아냈다. 분광기로 보니 푸른빛의 새로운 스펙트럼선이 나타났고, 두 사람은 이를 새로운 원소로 발표했다. 같은 해에 발견한 비활성 기체 가운데 마지막이었다.

그 뒤 60년 넘게 비활성 기체는 어떤 원소와도 결합하지 않는다고 여겨졌다. 1962년 캐나다 브리티시컬럼비아 대학의 닐 바틀릿은 강력한 산화제 육플루오린화 백금이 산소 분자에서도 전자를 빼앗는 것을 보고, 이온화 에너지가 비슷한 제논에도 같은 반응을 시도했다.

그 결과 주황빛 고체 화합물이 만들어졌고, 이는 최초의 비활성 기체 화합물이 됐다. 곧이어 이플루오린화 제논, 사플루오린화 제논 등이 잇따라 합성되며 화학 교과서가 다시 쓰였다.

이름의 유래

이름은 그리스어로 '낯선 것, 이방인'을 뜻하는 크세노스(xenos)에서 왔다. 원소 기호는 Xe다. 한국어로는 독일어식 '크세논'으로 불렸으나, 대한화학회 개정으로 현행 이름은 '제논'이다. 자동차 전조등의 '제논 램프'라는 이름으로도 익숙하다.

주요 용도

• 조명: 제논 아크 램프는 햇빛에 가까운 강한 흰빛을 내 영화관 영사기, 태양광 모의 장치, 고급 자동차의 HID 전조등, 카메라 플래시에 쓰인다.
• 우주 추진: 무겁고 이온화하기 쉬워 인공위성과 탐사선의 이온 엔진 추진제로 쓰인다. 소행성대를 탐사한 NASA의 던(Dawn) 탐사선이 대표적이다.
• 의료: 부작용이 적은 전신 마취제로 쓰일 수 있지만 값이 비싸 사용이 제한적이다. 초편극 제논-129는 폐 MRI 연구에 쓰인다.
• 반도체·레이저: 염화제논 엑시머 레이저, 반도체 식각 공정에 쓰인다.
• 기초 물리: 수 톤의 액체 제논을 채운 검출기로 암흑물질 입자를 찾는다.

동위원소

자연계 제논은 아홉 가지 동위원소로 이루어져 있으며, 가장 많은 것은 제논-132와 제논-129다. 제논-124와 제논-136은 극히 느리게 붕괴하는데, 특히 제논-124의 이중 전자 포획은 2019년 XENON1T 실험에서 직접 관측됐고 반감기가 약 1.8×10²²년으로 측정됐다.

방사성 동위원소 제논-135(반감기 약 9시간)는 중성자를 엄청나게 잘 흡수해, 원자로 출력을 떨어뜨리는 '제논 중독' 현상을 일으킨다. 제논-133(반감기 약 5일)은 폐 환기 검사에 쓰인다.

생활 속 원소

제논은 공기 속에 약 0.09 ppm밖에 없어, 공기 분리 공장에서 대량의 공기를 처리해야 소량을 얻는다. 그래서 비활성 기체 가운데 가장 비싼 편이다.

독성은 없지만 공기보다 훨씬 무거워, 밀폐된 공간에 새면 바닥에 고여 산소를 밀어낼 수 있다. 제논을 들이마시면 헬륨과 반대로 목소리가 낮고 굵게 변하지만, 질식 위험이 있어 따라 해서는 안 된다.