갈륨이 닿은 알루미늄이 산산조각나는 이유가 궁금해요

Question

알루미늄 캔에 액체 상태의 갈륨을 떨어뜨리는 실험영상을 봤는데 갈륨이 닿은 알루미늄 캔이 산산조각이 나더라구요. 갈륨이 알루미늄에 어떤 작용을 해서 캔이 부서지는지 궁금합니다!

Answer 1

안녕하세요! 손성민 과학전문가입니다.

갈륨이 알루미늄 캔을 부수는 이유는 갈륨과 알루미늄 사이에서 발생하는 화학 반응 때문입니다. 갈륨은 알루미늄과 반응하여 알루미늄과 갈륨의 합금을 생성합니다. 이 합금은 알루미늄보다 더 부식성이 높기 때문에 캔의 표면을 녹이고 산산조각이 나게 됩니다.

이러한 화학 반응은 갈륨이 산소와 반응하여 산화되는 것과 비슷한 원리입니다. 산소는 금속을 부식시키는 성질을 가지고 있기 때문에 갈륨과 알루미늄 사이에서 발생하는 화학 반응도 마찬가지로 캔의 표면을 부식시키고 부서지게 됩니다.

그리고 갈륨은 알루미늄과 반응하면서 열을 방출합니다. 이 열은 캔의 표면을 녹이고 알루미늄과 갈륨의 합금을 생성하는데 도움을 줍니다. 따라서 갈륨이 캔에 닿으면 캔의 표면이 녹아 산산조각이 나게 되는 것입니다.

이러한 화학 반응은 갈륨이 알루미늄 캔에 닿으면서 발생하는 것이기 때문에 갈륨과 알루미늄을 분리하면 이러한 현상을 막을 수 있습니다. 따라서 갈륨을 다룰 때에는 안전하게 다루는 것이 중요합니다.

제가 제공하는 정보가 도움이 되셨기를 바랍니다. 감사합니다.

도움이 되셨다면 아래 추천과 좋아요 부탁드립니다.

Answer 2

안녕하세요. 김철승 과학전문가입니다.

갈륨이 닿은 알루미늄이

산산 조각나는 이유는

갈륨 부식이라는

화학 반응 때문입니다.

갈륨은 알루미늄보다

활성화학적이기 때문에

알루미늄 표면의

산화물 층을 뚫고

알루미늄과 직접 반응합니다.

3Ga + Al2O3 -> Al + 3Ga2O3

갈륨(Ga)은 알루미늄(Al)보다

활성화학적이기 때문에 알루미늄 표면의

산화물 층(Al2O3)을 뚫고 알루미늄과 직접 반응합니다.

반응 과정에서

알루미늄은 전자를 잃고 갈륨 이온(Ga3+)은 전자를 얻습니다.

알루미늄 표면에는

갈륨 산화물층이 형성됩니다.

갈륨 산화물 층은

알루미늄 표면을 덮고 있어

더 이상의 반응을 막아줍니다.

갈륨 산화물 층은 알루미늄

표면에 밀착되지 않고 쉽게 벗겨집니다.

갈륨 산화물 층이 벗겨지면 다시 알루미늄 표면이

노출되고 반응이 재개됩니다.

이러한 반응이 반복되면서 알루미늄 표면은 점점 더

얇아지고 결국 파괴됩니다.

파괴된 알루미늄은 작은 조각으로 부서져 산산

조각이 됩니다.

갈륨 부식을 예방하려면 알루미늄 표면을

갈륨에 노출시키지 않도록 해야 합니다.

알루미늄 표면에 보호 도료를 칠하거나

아노다이징 처리를 하는 방법이 있습니다.

갈륨 부식은 용접과 같은 산업 분야에서 활용됩니다.

갈륨을 이용하여 알루미늄을 용접하면 다른 용접 방법보다

더 강하고 깨끗한 용접선을 만들 수 있습니다.

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Answer 3

안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.

갈륨의 가장 특이한 점은 녹는점이 302.9146 K(29.7646°C, 85.5763°F)이라는 것으로, 실온 29~30°C 안팎의 온도에서 융해되는, 마치 초콜렛같은 금속이라는 것이다. 이러한 특성 탓에 그냥 손바닥에만 올려놔도 녹는 모습을 보여준다.

현재까지 알려진 금속 중 수은과 세슘 다음으로 녹는점이 낮다. 반면 끓는점은 약 2403°C로 매우 높다.

갈륨의 녹는점을 이용해 물에 녹는 숟가락을 만들 수 있다.

중국에서 세계 갈륨 물량의 94%가 생산된다고 한다. 최근에는 중국이 칩 워(반도체 전쟁)의 일환으로 추정되는 움직임으로서 갈륨 수출을 통제하겠다고 밝혀 가격이 들썩일 우려가 있다.#

알루미늄에 액체 갈륨을 접촉해 흡수시키면 알루미늄의 강도가 매우 약해진다.[1] xkcd의 작가 랜들 먼로는 이를 "알루미늄을 마치 젖은 종이처럼 부드럽게 만든다"고 표현했다. # 이 특성 때문에 비행기를 탈 때 가지고 탈 수 없는 물건 중의 하나로 지정되어 있다. 비행기 동체는 알루미늄 합금으로 제작되기 때문이다.

Answer 4

안녕하세요. 홍성택 과학전문가입니다. 알루미늄은 공기 중에서 자연적으로 알루미늄 산화막을 형성합니다. 이 산화막은 알루미늄을 보호하고 부식을 방지하는 역할을 합니다. 하지만 갈륨은 알루미늄 산화막을 뚫고 들어가면서 알루미늄과 반응을 일으킵니다. 이 반응은 갈륨과 알루미늄 사이에서 금속간 화학 반응이 일어나면서 열과 가스를 생성합니다.

Answer 5

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

갈륨은 특이한 성질을 가지고 있는 원소 중 하나입니다. 갈륨은 일반적으로 알루미늄과 매우 호환성이 좋기 때문에, 알루미늄과 접촉하면 갈륨이 알루미늄 표면에 흡수되고, 그 결과로 알루미늄의 구조가 파괴되어 산산조각나는 현상이 발생할 수 있습니다.

이러한 현상은 갈륨의 특성 때문에 일어나는데, 갈륨은 알루미늄과 혼합되어 합금을 형성하는 경향이 있습니다. 갈륨과 알루미늄이 혼합되면 알루미늄의 구조가 약해지고, 그 결과로 알루미늄이 산산조각나는 것처럼 보입니다.

또한, 갈륨은 알루미늄의 산화작용을 촉진시키는 역할을 할 수 있습니다. 갈륨은 알루미늄 표면에 산화막을 형성하는데, 이 산화막은 알루미늄을 보호하는 역할을 합니다. 그러나 갈륨과 알루미늄이 반응하면 갈륨이 알루미늄 표면에 흡수되어 산화막의 무결성을 손상시키고, 이로 인해 알루미늄이 산산조각나는 것처럼 보일 수 있습니다.