[정연일의 원자재포커스] 희토류 탐구 (4) '쌍둥이 원소'라 불리는 프라세오디뮴(Pr)과 네오디뮴(Nd)

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프라세오디뮴(Pr·원자번호 59)과 네오디뮴(Nd·원자번호 60)은 여러 희토류 원소 중에서도 꽤나 나중에 발견된 축에 속한다. 1800년대 초 희토류 원석 안에서 처음 발견됐을 당시 하나의 원소인 디디뮴으로 분류됐다가 1885년에 와서야 서로 다른 두 개의 원소라는 사실이 확인됐다. 멘델레예프의 원소주기율표에도 단일원소인 Di로 표시되다가 그제서야 둘로 나눠 병기하게 됐다.

전체 원소 중 ‘디뮴(dymium)’이라는 접미사를 가진 건 이 둘 뿐이다. 쌍둥이를 뜻하는 그리스어 ‘디디미오스(didymios)’에서 따왔다. 두 원소의 화합물 발견 당시 희토류의 대장격인 란타넘과 성질이 매우 비슷해 이것의 '쌍둥이 원소'라는 뜻으로 디디뮴이라 칭했다. 이후 디디뮴이 두 개의 다른 원소라는 사실이 밝혀져 프라세오디뮴과 네오디뮴이라는 이름으로 각각 나뉘게 됐다.

이들 원소의 가장 중요한 용도는 영구자석을 만드는 일에서 찾을 수 있다. 특히 네오디뮴을 통해 만드는 자석은 현재까지 개발된 영구자석 중 가장 강하다. 강한 자기장이 요구되는 정보기술(IT) 전자기기에서 다양한 용도로 쓰이고 있다. 개방형 자기공명영상(MRI) 스캐너에 쓰이는 자석도 프라세오디뮴과 네오디뮴을 활용해 만든다.

이외에도 프라세오디뮴은 항공기 엔진용 고강도 마그네슘 합금을 만드는 합금제로 사용되고 있다. 네오디뮴은 병원에서 널리 이용되는 의학용 레이저 장비에 쓰인다. 안과 수술, 성형 수술, 치과 수술 등 다방면에서 활용되는 레이저 장비에 조금씩 들어간다.

비교적 존재량이 많은 희토류 원소들이다. 프라세오디뮴은 지각에서의 존재비가 9.5ppm(1ppm=0.0001%)로, 전체 원소 중 대략 39번째로 많다. 네오디뮴의 경우 이보다 조금 더 높은 38ppm이다. 코발트(29ppm), 납(13ppm) 보다 더 많다. 한때는 프라세오디뮴과 네오디뮴이 포함된 희토류 원석에서 개별 성분 금속을 분리하지 않고 사용하기도 했으나 최근에는 각 원소의 용도가 다양해져 다시 분리해서 사용하는 추세가 커지고 있다.

정연일 기자 neil@hankyung.com