[화학 원소]우주에서 제일 잘 나갈 물질이라고요?(원자번호 4번 베릴륨에 대하여)

 

“우와, 이게 이렇게 비싸다고?”
어떤 헤드폰이나 스피커를 보면 엄청 고가의 장비를 볼 때가 있어요. 
일, 십, 백, 천, 만, 십만, 백만, 천만, 억? 수백만 원에서 수억 원까지 상상 이상의 가격이 나가는 경우가 많죠. 겉으로 보기에는 별반 차이가 없는 것 같은데 어떤 이유가 있는 걸까요? 이것은 이 장비의 부품으로 쓰이는 베릴륨이라는 물질 때문이에요. 오늘은 베릴륨에 대해서 좀 더 알아보겠습니다.

 

 

 

1. 베릴륨(Be)은 무엇일까?

베릴륨(Be)은 원자번호 4번의 원소에요. 알칼리 토금속(주기율표 2족)에 속하는 원소지요. 금속이면서도 의외로 내식성이 좋고, 높은 녹는점을 가지며, 밀도가 낮아 여러 산업 분야에서 활용가치가 높은 물질이에요. 

 

 

 

2. 소리를 빠르게 전달하는 베릴륨

베릴륨은 소리를 무척 빠르게 전달해요. 그 속도가 1초에 125,000m로 가는데 공기보다 360배 정도 빨라요. 이 특성으로 인해 베릴륨은 세밀한 진동을 빠르게 전달해 스피커와 헤드폰 드라이버에서 탁월한 해상력을 발휘하게 되는 거죠. 이런 독보적인 음향 성능 때문에 최고급 오디오 시장에선 ‘소리의 투명도를 높이는 비밀 병기’로 불리며 고가임에도 꾸준히 사랑을 받는답니다. 

소리를 빠르게 전달하는 특성으로 고가의 음향장비의 부품에는 베릴륨이 사용되는 경우가 많다.

 

 

 

3. 베릴륨 원소의 발견

그럼 베릴륨 원소는 누가 발견했을까요? 그 주인공은 프랑스의 화학자 보클랭(L.N.Vauquelin),1765~1829)이에요. 보클랭은 1798년, 녹색 광물, 에메랄드와 베릴에서 나온 물질에 혀끝을 대어 단맛을 찾아냈어요. 빛깔이 아름다운 보석에서 단맛이 나는 것이 궁금했던 보클랭은 화학적 분석을 통해 이전에 알려지지 않은 성분이 포함되어 있음을 알아차린 거죠. 이 원소가 바로 베릴륨이랍니다. 금속에서 달콤한 맛을 감지한다는 사실은 당시에 꽤나 신선한 충격이었으며, 이후 이 원소는 베릴륨(Beryllium)이라는 이름을 부여받게 되었어요.
(지금은 절대 그렇게 하지 않지만 그 당시만 해도 새로운 물질이 나오면 과학자들이 직접 맛을 보기도 했답니다.)

 

 

 

4. 독성이 강한 원소로 악명 높은 베릴륨

그러나 이렇게 ‘단맛이 나는 원소’라는 흥미로운 별칭 뒤에는 치명적인 무서움이 숨어 있어요. 베릴륨의 독성 때문이에요. 가루 형태의 베릴륨을 흡입하면 중대한 호흡기 질환이 유발될 수 있답니다. 
이 때문에 유명한 핵과학자 페르미도 실제로 폐렴에 걸리고 말았어요. 원자력 연구와 관련된 여러 실험에서 베릴륨에 노출되어 생긴 일이에요. 당시 원자력 연구와 관련된 실험에 쓰인  베릴륨 때문에 호흡기 질환에 걸려 고생하는 과학자들도 적지 않았다고 전해져요. 단맛을 가진 ‘매력적인’ 신예 원소로 출발했지만, 연구가 진행될수록 그 강력한 독성이 밝혀지면서 베릴륨은 자칫하면 인체에 치명적일 수 있는 위험 요소가 되었답니다.

핵시대의 설계자라고 불린 미국인 핵과학자 엔리코 페르미(1901~1954)

 

 

 

5. 나사(NASA)가 픽한 우주에서 사용 맞춤인 원소

베릴륨은 우주에서 사용 맞춤인 원소에요. 나사(NASA)에서 허블망원경의 뒤를 이을 차세대 우주 망원경(제임스 웹 망원경)에 베릴륨을 사용했어요. 그 이유를 좀 더 자세히 설명해 볼게요.
베릴륨은 알루미늄보다도 밀도가 낮으면서, 반대로 강도는 훨씬 뛰어나요. 쉽게 말해 가벼우면서도 단단하다는 이야기죠. 또한 극한 온도 변화에 대한 안정성이 탁월해요. 
우주 환경에서는 낮과 밤, 혹은 햇빛이 닿는 면과 어두운 면의 온도 차가 수백 도에 이를 정도로 극심해요. 일반 금속이라면 쉽게 팽창하거나 뒤틀려 망원경이 초점을 잃어버릴 수 있지만 베릴륨은 열 팽창률이 매우 낮아 형태가 거의 변하지 않아요. 우주 공간의 혹독한 환경에서 버틸 수 있는 안성맞춤인 원소인 거죠.  
흔히 우주 개발은 ‘가장 가벼우면서도 단단하고, 극한 상황을 잘 이겨내야 한다’는 조건을 갖춘 소재를 찾는 과정이라고 해요. 그런 맥락에서 베릴륨은 우주의 매서운 환경에 딱 맞는 재료인 거죠. 보통 사람에게는 조금 낯선 이름일지 몰라도, 우주 공학과 재료 공학에서 베릴륨은 “차세대 우주 탐사의 파트너”라고 불릴 정도로 중요한 위치를 차지하고 있답니다.

제임스웹 망원경으로 촬영한 SMACS 0723 은하단의 촬영 이미지(출처:NASA)

 

 

 

6. 마무리하며

매장량이 많지 않고 정제가 까다로우며 비싼 베릴륨, 희소성과 우수한 물리적 특성 덕분에 산업적으로 중요성을 인정받고 있어요. 특히 우주 개발에서 정말로 귀중한 자산이에요. 베릴륨으로 만든 우주 망원경이 앞으로 더 먼 은하와 별, 그리고 신비로운 우주의 풍경을 전해줄 거예요. 평소에는 잘 알지 못했던 금속이 실은 우주 탐험의 최전선에서 활약하고 있다는 사실, 참 재미있네요.