디디뮴
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1. 개요
디디뮴은 1841년 카를 구스타프 모산데르에 의해 발견된 물질로, 란타넘, 세륨과 유사하여 그리스어로 "쌍둥이"를 의미하는 이름이 붙여졌다. 처음에는 화학 원소로 여겨졌으나, 이후 두 가지 원소, 프라세오디뮴과 네오디뮴의 혼합물임이 밝혀졌다. 디디뮴은 유리 세공인의 고글, 헬리오라이트 유리 제조, 석유 크래킹 촉매 등에 사용되며, 특히 취입 유리나 대장간 작업 시 보호 안경으로 활용된다.
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네오디뮴 야그 레이저는 네오디뮴 이온을 도핑한 이트륨 알루미늄 가넷 결정을 레이저 매질로 사용하는 레이저로, 주로 1064 나노미터 파장의 적외선을 방출하며 의료, 제조, 군사 등 다양한 분야에서 활용되고 Q-스위칭 기술을 통해 높은 출력을 얻거나 주파수 변환을 통해 가시광선이나 자외선 영역의 빛을 얻을 수 있다.
| 디디뮴 |
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2. 발견
1879년, 폴 에밀 레콕 드 보부아드랑은 사마르스키트에 포함된 디디뮴에서 사마륨 화합물을 분리하였다. 1885년, 카를 아우어 폰 벨스바흐는 질산 용액에서 이중 질산 암모늄의 분별 결정을 통해 디디뮴을 구성하는 두 원소인 프라세오디뮴과 네오디뮴의 염을 분리했다.
2. 1. 모산데르의 발견과 초기 연구
카를 구스타프 모산데르는 1841년에 디디뮴을 발견했다. 디디뮴은 그리스어 δίδυμο|쌍둥이grc에서 유래된 이름으로, 함께 발견된 란타넘과 세륨과 매우 유사하기 때문에 붙여졌다. 모산데르는 디디뮴이 화학 원소라고 잘못 믿었고, 1803년 옌스 야코브 베르셀리우스가 분리한 세라이트는 세륨, 란타넘, 디디뮴의 혼합물이라고 생각했다. 세륨, 란타넘, 디디뮴은 스웨덴 바스네스에서 채취된 최초의 세라이트에 포함된 희토류의 최소 95%를 차지했다.3가 형태의 디디뮴은 세리아 염을 분홍색으로 물들였다. 디디뮴이 원소로 여겨지던 시기에는 기호 '''Di'''가 사용되었다. 드미트리 멘델레예프의 주기율표 첫 시도에서, 란탄족 (디디뮴 포함)에 할당된 원자량은 이들이 2가라고 믿었던 것에 기인한다. 실제 산화수가 3인 것을 고려하면, 멘델레예프는 이들의 원자량을 1/3로 과소 평가했다.
1874년, 페르 테오도르 클레베는 디디뮴이 최소 두 개의 원소로 구성되어 있다는 것을 추론했다.
2. 2. 디디뮴의 분리
카를 구스타프 모산데르는 1841년에 디디뮴을 발견했다. 디디뮴은 그리스어 δίδυμο|디디모|쌍둥이grc에서 유래된 이름으로, 함께 발견된 란타넘과 세륨과 매우 유사하기 때문에 붙여졌다. 모산데르는 디디뮴이 화학 원소라고 잘못 믿었고, 1803년 옌스 야코브 베르셀리우스가 분리한 세라이트는 세륨, 란타넘, 디디뮴의 혼합물이라고 생각했다. 세륨, 란타넘, 디디뮴은 스웨덴 바스네스에서 채취된 최초의 세라이트에 포함된 희토류의 최소 95%를 차지했다.3가 형태의 디디뮴은 세리아 염을 분홍색으로 물들였다. 디디뮴이 원소로 여겨지던 시기에는 기호 '''Di'''가 사용되었다. 드미트리 멘델레예프의 주기율표 첫 시도에서, 란탄족 (디디뮴 포함)에 할당된 원자량은 이들이 2가라고 믿었던 것에 기인한다. 실제 산화수가 3인 것을 고려하면, 멘델레예프는 이들의 원자량을 1/3로 과소 평가했다.
1874년, 페르 테오도르 클레베는 디디뮴이 최소 두 개의 원소로 구성되어 있다는 것을 추론했다. 1879년, 폴 에밀 레콕 드 보부아드랑은 사마르스키트에 포함된 디디뮴에서 사마륨 화합물을 분리하는 데 성공했다. 1885년, 카를 아우어 폰 벨스바흐는 질산 용액에서 이중 질산 암모늄의 분별 결정을 통해 디디뮴을 구성하는 두 원소인 프라세오디뮴과 네오디뮴의 염을 분리하는 데 성공했다.
벨스바흐는 자신의 두 새로운 원소의 이름을 "프라세오디디뮴" ("녹색 디디뮴")과 "네오디디뮴" ("새로운 디디뮴")으로 짓기로 결정했지만, 곧 각 이름에서 한 음절이 삭제되었다. "디디뮴"이라는 축약되지 않은 이름은 유리 세공인의 고글과 유색 유리의 성분으로 사용되면서 부분적으로 지속되었고, 광물학 교과서에서도 유지되었다.
3. 유리 제조
제1차 세계 대전 동안 디디뮴 거울은 전장 너머로 모스 부호를 전송하는 데 사용되었다. 디디뮴은 램프의 빛 출력 변화를 눈에 띄게 할 만큼 충분한 빛을 흡수하지는 않지만, 프리즘에 부착된 쌍안경을 가진 사람은 흡수 밴드가 켜지고 꺼지는 것을 볼 수 있었다.
1920년대 후반, 레오 모저(모저 유리 공장 사장, 1916~1932)는 프라세오디뮴과 네오디뮴을 1:1 비율로 재결합하여 광원에 따라 호박색, 붉은색, 녹색 사이에서 색상이 변하는 "헬리오라이트" 유리("체코어"로 "헬리오리트")를 만들었다. 이는 희토류 착색제를 사용한 여러 장식용 유리 중 하나였으며, 1929년 모저가 처음으로 선보인 "헬리오라이트"와 "알렉산드리트"가 그 첫 번째였다.
3. 1. 유리 세공인 보호 안경
취입 유리나 대장간 작업에 사용되는 보호 안경에 사용된다. 특히 가스(프로페인)를 태우는 대장간에서 사용될 때, 가열된 유리 속의 나트륨이 방출하는 589 nm의 노란색 빛을 선택적으로 차단하는 필터가 된다.[3]3. 2. 모저의 헬리오라이트 유리
1920년대 후반, 레오 모저(모저 유리 공장 사장, 1916~1932)는 프라세오디뮴과 네오디뮴을 1:1 비율로 재결합하여 광원에 따라 호박색, 붉은색, 녹색 사이에서 색상이 변하는 "헬리오라이트" 유리("체코어"로 "헬리오리트")를 만들었다. 이는 희토류 착색제를 사용한 여러 장식용 유리 중 하나였으며, 1929년 모저가 처음으로 선보인 "헬리오라이트"와 "알렉산드리트"가 그 첫 번째였다. 코닝 유리 박물관에 소장된 레오 모저의 논문은 모저가 희토류를 사용한 최초의 실험적 유리 용융이 1927년 11월에 이루어졌음을 명확히 밝히고 있다.[3]1년 후 추가 개발을 거쳐, 희토류 유리는 1929년 봄 라이프치히 무역 박람회에서 큰 호평을 받으며 소개되었다. 알렉산드리트와 헬리오리트라는 이름은 1929년 6월에 상표로 등록되었다. 희토류 유리에 대해 때때로 제시되는 1925년의 더 이른 날짜는 유리 조성물이 아닌 유리 디자인에 대한 상을 의미한다.[3]
4. 산업적 이용
"디디뮴"이라는 이름은 희토류 금속 산업에서 계속 사용되었다. 미국과 유럽에서 사용되었는데, 미국의 경우에는 모나자이트에서 세륨을 제거하고 남은 혼합물을 의미했고, 유럽에서는 세륨이 고갈된 경란탄 혼합물을 지칭했다. 이러한 혼합물은 석유 크래킹 촉매제 등을 만드는 데 사용되었다.
4. 1. 희토류 금속 산업
미국에서는 상업용 "디디뮴" 염이 모나자이트에서 얻은 천연물에서 세륨을 제거한 후 남은 것으로, 모산더의 "디디뮴"뿐만 아니라 란타넘도 포함했다. 전형적인 구성은 Steenkampskraal 광산에서 채취한 남아프리카 "암석 모나자이트"에서 추출한 물질의 경우 46%의 란타넘, 34%의 네오디뮴, 11%의 프라세오디뮴, 나머지는 대부분 사마륨과 가돌리늄으로 구성될 수 있다.광석에서 네오디뮴은 일반적으로 바스트네사이트보다 모나자이트에 상대적으로 더 많이 함유되어 있다. 분리되지 않은 혼합물에서는 시각적인 차이가 나타나는데, 모나자이트에서 파생된 제품은 분홍색을 띠는 반면, 바스트네사이트에서 파생된 제품은 프라세오디뮴 함량이 높아 갈색을 띤다.
유럽에서의 사용은 모산더의 개념에 더 가까웠다. 이러한 세륨이 고갈된 경란탄 혼합물은 석유 크래킹 촉매를 만드는 데 널리 사용되었다. 네오디뮴과 프라세오디뮴의 실제 비율은 광물의 출처에 따라 다소 다르지만, 종종 3:1 정도이다. 네오디뮴은 항상 프라세오디뮴보다 더 높은 비율로 존재하며, 디디뮴 염의 색상 대부분을 담당한다.
4. 2. 석유 크래킹 촉매
유럽에서의 디디뮴 사용은 모산더의 개념에 더 가까웠다. 이러한 세륨이 고갈된 경란탄 혼합물은 석유 크래킹 촉매를 만드는 데 널리 사용되었다. 네오디뮴과 프라세오디뮴의 실제 비율은 광물의 출처에 따라 다소 다르지만, 종종 3:1 정도이다. 네오디뮴은 항상 프라세오디뮴보다 더 높은 비율로 존재하며, 디디뮴 염의 색상 대부분을 담당한다.5. 기타 용도
디디뮴은 취입 유리나 대장간 작업에 사용되는 보호 안경에 사용되거나, 광학 측정 장치의 파장 교정용 필터, 가을 풍경 사진 촬영에서 잎의 색을 선명하게 보이게 하는 데 사용된다.[5]
5. 1. 광학 측정 장치
취입 유리나 대장간 작업에 사용되는 보호 안경에 사용된다. 특히 가스(프로판)를 태우는 대장간에서 사용될 때, 가열된 유리 속의 나트륨이 방출하는 589 nm의 노란색 빛을 선택적으로 차단하는 필터가 된다.광학 측정 장치의 파장 교정용 필터[5]나, 가을 풍경 사진 촬영에서 잎의 색을 선명하게 보이게 하는 데 사용된다.
5. 2. 사진 촬영
취입 유리나 대장간 작업에 사용되는 보호 안경에 사용된다. 특히 가스(프로판)를 태우는 대장간에서 사용될 때, 가열된 유리 속의 나트륨이 방출하는 589 nm의 노란색 빛을 선택적으로 차단하는 필터가 된다.[5]가을 풍경 사진 촬영에서 잎의 색을 선명하게 보이게 하는 데 사용된다.[5]
6. 한국의 디디뮴 관련 현황
(요약과 참조할 원문 소스가 제공되지 않았으므로, '한국의 디디뮴 관련 현황' 섹션 내용을 작성할 수 없습니다.)
참조
[1]
간행물
Flame tests in the presence of sodium
https://pubs.acs.org[...]
1950-11
[2]
간행물
Didymium glass filters for calibrating the wavelength scale of spectrophotometers: SRMs 2009, 2010, 2013, and 2014
https://www.nist.gov[...]
U.S. Department of Commerce
1979-10
[3]
서적
The Legend of Bohemian Glass: A thousand years of glassmaking in the heart of Europe
https://books.google[...]
Tigris
[4]
뉴스
レアアース 20年国内需要9％減
https://www.japanmet[...]
日刊産業新聞
2021-03-31
[5]
서적
眼・色・光 〜より優れた色再現を求めて
日本印刷技術協会
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