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전이후 금속

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주기율표에서 전이후 금속의 위치를 보여주는 주기율표 발췌. Zn, Cd, Hg은 때때로 전이 금속이라기보다는 전이후 금속으로 분류된다. 점선은 전통적인 금속-비금속 구분선이다. 일반적으로 준금속으로 인식되는 원소의 기호는 이탤릭체로 표시된다. 110번부터 118번 원소의 상태는 아직 확인되지 않았지만, 113번부터 116번 원소는 때때로 전이후 금속으로 간주된다.
^ 알루미늄은 d 전자가 없기 때문에 때때로 전이후 금속으로 분류되지 않는다.
† 폴로늄은 때때로 준금속으로 분류되기도 한다.
‡ 아스타틴은 일반적으로 비금속 또는 드물게 준금속으로 간주되지만, 금속으로 예측되었다.

주기율표에서 왼쪽에 있는 전이 금속과 오른쪽에 있는 화학적으로 약한 비금속 준금속 사이에 위치한 금속 원소는 문헌에서 전이후 금속(Post-transition metal), 빈약 금속, 다른 금속, p-구역 금속, 기본 금속, 화학적으로 약한 금속과 같은 여러 이름으로 불려왔다. 가장 일반적인 이름인 전이후 금속을 보통 사용한다.

물리적으로 이 금속은 부드럽고(또는 부서지기 쉬우며), 기계적 강도가 약하고, 일반적으로 전이 금속보다 녹는점이 낮다. 금속-비금속 경계에 가깝기 때문에 이들의 결정 구조는 일반적으로 다른 금속 원소보다 더 복잡하거나 가장 가까운 이웃이 적어 공유 또는 방향성 결합 효과를 보이는 경향이 있다.

화학적으로는 공유 결합 경향, 산-염기 양쪽성 및 알루미늄, 주석, 비스무트의 경우 각각 알루미네이트, 스탄네이트, 비스무테이트와 같은 음이온 종의 형성으로 다양한 정도로 특징지어진다. 또한 친전자성이 매우 높은 금속과 친전자성이 중간 정도인 금속 또는 준금속 사이에 형성되는 반금속 화합물인 친텔 상을 형성할 수도 있다.

적용 가능한 원소

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금속(페르뮴, 100번 원소까지) 및 일부 경계 원소(Ge, As, Sb, At)의 전기 음성도 값과 녹는점 산점도. 일부 저자에 의해 전이후 금속으로 분류되는 원소들은 상대적으로 높은 전기 음성도 값과 상대적으로 낮은 녹는점으로 구별된다(Pt는 이 점에서 이례적이다). 높은 전기 음성도는 비금속 특성의 증가에 해당하며[1] 낮은 녹는점은 원자들 사이의 약한 응집력과 감소된 기계적 강도에 해당한다.[2] 이 그래프의 지형은 주기율표의 지형과 대체로 일치한다. 왼쪽 아래부터 시계 방향으로 진행하면서 알칼리 금속 다음으로 무거운 알칼리 토금속이 이어진다. 희토류 및 악티늄족 (여기서 Sc, Y, 란타넘족은 희토류로 취급됨), 중간 전기 음성도 값과 녹는점을 가진 전이 금속, 난융 금속, 백금족 원소, 주화 금속 (후자 세 가지 범주는 주기율표의 3~12족을 차지하는 더 넓은 전이 금속 범주의 하위 범주이다)까지 이어진다. Be와 Mg의 증가된 전기 음성도와 Be의 더 높은 녹는점은 이 가벼운 알칼리 토금속을 더 무거운 동족체와 분리시킨다. 이러한 분리는 가벼운 알칼리 토금속과 더 무거운 알칼리 토금속 사이의 물리적, 화학적 행동의 다른 차이점으로 확장된다.[n 1]

전이후 금속은 주기율표에서 왼쪽에 있는 전이 금속과 오른쪽에 있는 화학적으로 약한 비금속 준금속 또는 비금속 사이에 있다. 일반적으로 이 범주에 포함되는 금속은 4~6주기의 13~16족 금속인 갈륨, 인듐 및 탈륨, 주석, 납, 비스무트, 폴로늄, 3주기의 13족 금속인 알루미늄이 있다.

이들은 전기 음성도 값과 녹는점의 함께 있는 그래프에서 오른쪽 아래에 볼 수 있다. 범주의 경계는 인접한 범주(일반적으로 분류 체계에서 발생하는 것처럼)와 속성이 일부 겹치기 때문에 반드시 명확하지는 않다.[5]

다른 분류에서는 전이 금속으로 분류되는 일부 원소는 때때로 전이후 금속으로 분류되기도 하는데, 즉 10족 금속인 백금, 11족 주화 금속인 구리, 은, 금, 더 자주, 12족 금속인 아연, 카드뮴 및 수은이 그 예시이다.[n 2]

마찬가지로, 다른 분류에서는 준금속 또는 비금속으로 분류되는 일부 원소는 때때로 전이후 금속으로 분류되기도 하는데, 즉 저마늄, 비소, 셀레늄, 안티모니, 텔루륨 및 폴로늄이다(이 중 저마늄, 비소, 안티모니, 텔루륨은 일반적으로 준금속으로 간주된다). 일반적으로 비금속 또는 준금속으로 분류되는 아스타틴은 금속성 결정 구조를 가질 것으로 예측되었다. 만약 그렇다면, 그것은 전이후 금속이 될 것이다.

112–118번 원소(코페르니슘, 니호늄, 플레로븀, 모스코븀, 리버모륨, 테네신, 오가네손)는 전이후 금속일 수 있다. 하지만 이들의 실제 물리적, 화학적 특성을 충분히 조사할 수 있을 만큼 충분한 양이 합성되지 않았다.

이론적 근거

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전이후 금속의 감소된 금속성은 주로 주기율표에서 왼쪽에서 오른쪽으로 갈수록 핵전하가 증가하는 데 기인한다.[7] 핵전하의 증가는 증가하는 전자 수로 부분적으로 상쇄되지만, 이들은 공간적으로 분포되어 있어 각 추가 전자가 핵전하의 연속적인 증가를 완전히 가리지 못하므로 후자가 지배적이다.[8] 약간의 불규칙성을 제외하면 원자 반지름은 수축하고, 이온화 에너지는 증가하며,[7] 금속 결합에 사용할 수 있는 전자는 더 적어지고,[9] "이온은 더 작아지고 더 분극화되며 공유 결합 경향이 더 강해진다."[10] 이 현상은 4-6주기의 전이후 금속에서 더 뚜렷하게 나타나는데, 이는 이들의 d10 및 (6주기 금속의 경우) f14 전자 배열에 따른 핵전하의 비효율적인 가리움 때문이다.[11] 전자의 가리움 효과는 s > p > d > f 순으로 감소한다. d- 및 f-구역의 삽입으로 인한 원자 크기 감소는 각각 '스칸디드' 또는 'd-구역 수축',[n 3] 및 '란타넘족 수축'이라고 한다.[12] 상대론적 효과는 또한 "금과 수은의 6s 껍질, 6주기 이후 원소의 6p 껍질"에 있는 전자의 "결합 에너지를 증가시키며", 따라서 이온화 에너지를 증가시킨다.[13]

종류 및 특성

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10족

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백금 결정

백금은 기계적 강도가 낮은 중간 경도(모스 경도 3.5)의 금속으로, 빽빽하게 채워진 면심 입방 구조(BCN 12)를 가지고 있다. 이 범주의 다른 금속에 비해 비정상적으로 높은 녹는점(금은 1338 K 대 2042 K)을 가지고 있다. 백금은 금, 은, 구리보다 더 연성이 있어 순수 금속 중 가장 연성이 높지만, 금보다 가단성은 낮다. 금과 마찬가지로 백금은 지구 지각에서의 존재 양상에서 칼코필 원소이며, 황과 공유 결합을 형성하는 것을 선호한다.[14] +2와 +4의 선호하는 산화 상태에서 전이 금속처럼 행동한다. 수용액에서 단순 금속 이온의 존재 증거는 거의 없다.[15] 대부분의 백금 화합물은 (공유) 배위 착물이다.[16] 산화물(PtO2)은 양쪽성이며, 산성 특성이 우세하다. 알칼리 수산화물(MOH; M = Na, K) 또는 산화칼슘(CaO)과 융합하여 붉은색 Na2PtO3 및 녹색 K2PtO3와 같은 음이온성 플라티네이트를 생성할 수 있다. 수화된 산화물은 염산에 용해되어 헥사클로르메탈레이트(IV), H2PtCl6를 생성할 수 있다.[17]

음이온성 금 이온을 포함하는 화합물을 형성할 수 있는 금처럼, 백금은 BaPt, Ba3Pt2, Ba2Pt와 같은 Zintl 상을 형성하며, 이는 이를 수행하는 최초의 (모호하지 않은) 전이 금속이다.[18]

다름슈타튬은 더 가벼운 동족체 백금과 유사해야 한다. 빽빽하게 채워진 체심 입방 구조를 가질 것으로 예상된다. 모든 안정된 원소를 능가하는 26–27 g/cm3의 밀도를 가진 매우 밀도가 높은 금속일 것이다. 다름슈타튬 화학은 백금과 유사하게 +2 및 +4 산화 상태가 지배적일 것으로 예상된다. 사산화다름슈타튬(DsO2)은 양쪽성이고, 일산화다름슈타튬(DsO)은 백금과 완전히 유사하게 염기성일 것이다. 백금과 유사하게 +6 산화 상태도 존재해야 한다. 다름슈타튬은 매우 귀한 금속일 것이다: Ds2+/Ds 쌍의 표준 환원 전위는 +1.7 V로, Au3+/Au 쌍의 +1.52 V보다 높을 것으로 예상된다.

11족

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11족 금속은 불완전한 d-껍질을 가진 이온을 형성할 수 있다는 점에서 일반적으로 전이 금속으로 분류된다. 물리적으로는 전이후 금속과 관련된 비교적 낮은 녹는점과 높은 전기 음성도 값을 가지고 있다. "Cu, Ag, Au의 채워진 d 부껍질과 자유 s 전자는 높은 전기 및 열 전도도에 기여한다. 11족 왼쪽에 있는 전이 금속은 s 전자와 부분적으로 채워진 d 부껍질 사이의 상호작용으로 인해 전자 이동성이 낮아진다."[19] 화학적으로 11족 금속은 +1 원자가 상태에서 다른 전이후 금속과 유사성을 보인다.[20] 이들은 때때로 그렇게 분류된다.[21]

흰색 표면에 서 있는 구리색 금속 광물 결정
구리
회색 표면에 놓여 있는 은색 금속 결정
은
흰색 표면에 놓여 있는 노란색 금속 결정
금

구리는 낮은 기계적 강도를 가진 부드러운 금속(모스 경도 2.5–3.0)이다.[22][23] 빽빽하게 채워진 면심 입방 구조(BCN 12)를 가지고 있다.[24] 구리는 선호하는 산화 상태인 +2에서 전이 금속처럼 행동한다. 구리가 덜 선호하는 산화 상태인 +1 (예: Cu2O, CuCl, CuBr, CuI, CuCN)의 안정적인 화합물은 상당한 공유 특성을 가지고 있다.[25] 산화물(CuO)은 양쪽성이며, 염기성 특성이 우세하다. 알칼리 산화물(M2O; M = Na, K)과 융합하여 음이온성 옥시쿠프레이트(M2CuO2)를 생성할 수 있다.[26] 구리는 Li7CuSi2[27] 및 M3Cu3Sb4 (M = Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, 또는 Er)와 같은 Zintl 상을 형성한다.[28]

은은 낮은 기계적 강도를 가진 부드러운 금속(모스 경도 2.5–3)이다.[29][30] 빽빽하게 채워진 면심 입방 구조(BCN 12)를 가지고 있다.[31] 은의 화학은 +1 원자가 상태가 대부분이며, 이 상태에서 은은 같은 산화 상태의 주족 금속인 탈륨 화합물과 일반적으로 유사한 물리적, 화학적 특성을 보인다.[32] 대부분의 화합물에서 공유 결합을 형성하는 경향이 있다.[33] 산화물(Ag2O)은 양쪽성이며, 염기성 특성이 우세하다.[34] 은은 일련의 옥소아르젠테이트(M3AgO2, M = Na, K, Rb)를 형성한다.[35] Li2AgM (M = Al, Ga, In, Tl, Si, Ge, Sn 또는 Pb)[36] 및 Yb3Ag2[37]와 같은 Zintl 상의 구성 요소이다.

금은 쉽게 변형되는 부드러운 금속(모스 경도 2.5–3)이다.[38][39] 빽빽하게 채워진 면심 입방 구조(BCN 12)를 가지고 있다.[31] 금의 화학은 +3 원자가 상태가 대부분이며, 금의 모든 이러한 화합물은 공유 결합을 특징으로 한다.[40] 안정적인 +1 화합물도 마찬가지이다.[41] 산화금(Au2O3)은 양쪽성이며, 산성 특성이 우세하다. M = Na, K, ½Ba, Tl인 음이온성 하이드록소아우레이트 M[Au(OH)
4] 및 NaAuO2와 같은 아우레이트를 형성한다.[42] 금은 M2AuBi (M = Li 또는 Na);[43] Li2AuM (M = In, Tl, Ge, Pb, Sn)[44] 및 Ca5Au4[37]와 같은 Zintl 상의 구성 요소이다.

뢴트게늄은 더 가벼운 동족체 금과 여러 면에서 유사할 것으로 예상된다. 빽빽하게 채워진 체심 입방 구조를 가질 것으로 예상된다. 밀도가 22–24 g/cm3로 오스뮴과 이리듐과 비슷한 매우 밀도가 높은 금속일 것이다. 뢴트게늄 화학은 금과 유사하게 +3 원자가 상태가 지배적일 것으로 예상되며, 이 상태에서는 전이 금속처럼 행동할 것이다. 산화뢴트게늄(Rg2O3)은 양쪽성일 것으로 예상되며, 금과 완전히 유사하게 -1, +1, +5 원자가 상태의 안정적인 화합물도 존재할 것이다. 뢴트게늄은 금과 마찬가지로 매우 귀한 금속일 것으로 예상된다. Rg3+/Rg 쌍의 표준 환원 전위는 +1.9 V로, Au3+/Au 쌍의 +1.52 V보다 높을 것으로 예상된다. [Rg(H
2O)
2]+ 양이온은 금속 양이온 중 가장 부드러울 것으로 예상된다. 7s 부껍질의 상대론적 안정화로 인해 뢴트게늄은 구리, 은, 금의 자유 s 전자와 채워진 d 부껍질 대신 완전한 s-부껍질과 부분적으로 채워진 d-부껍질을 가질 것으로 예상된다.

12족

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12족 금속(아연, 카드뮴, 수은)에 대해 스미스(Smith 1990, p. 113)는 "교과서 저자가 이 원소를 다루는 데 항상 어려움을 겪었다"고 언급했다. 11족에서 12족으로 갈수록 물리적 금속 특성이 갑작스럽고 크게 감소한다.[45] 이들의 화학은 주족 원소의 화학이다.[46] 2003년 화학 서적 조사에 따르면 이들은 약 50/50의 비율로 전이 금속 또는 주족 원소로 다루어졌다.[6][n 4] IUPAC 레드북은 3-12족 원소를 일반적으로 전이 원소라고 부르지만, 12족 원소는 항상 포함되는 것은 아니라고 언급한다.[48] 12족 원소는 IUPAC 골드북의 전이 금속 정의를 만족하지 않는다.[49][n 5]

밝은 회색 표면에 서 있는 은색 금속 결정, 어두운 금속 결정, 금속 큐브
아연
회색 표면에 놓여 있는 은색 금속 결정 막대와 큐브
카드뮴
유리 표면에 부어지는 어둡고 점성이 있는 액체
수은

아연은 기계적 특성이 좋지 않은 부드러운 금속(모스 경도 2.5)이다.[51] 이상적인 구조에서 약간 왜곡된 결정 구조(BCN 6+6)를 가지고 있다. 많은 아연 화합물은 뚜렷하게 공유 특성을 가지고 있다.[52] 선호하는 산화 상태인 +2의 아연의 산화물과 수산화물, 즉 ZnO와 Zn(OH)2는 양쪽성이다.[53] 강염기성 용액에서 음이온성 아연화물을 형성한다.[54] 아연은 LiZn, NaZn13, BaZn13와 같은 Zintl 상을 형성한다.[55] 고도로 정제된 아연은 실온에서 연성이 있다.[56] 습한 공기와 반응하여 얇은 탄산염 층을 형성하여 추가 부식을 방지한다.[57]

카드뮴은 부드럽고 연성이 있는 금속(모스 경도 2.0)으로, 실온에서 하중을 받으면 상당한 변형을 겪는다.[58] 아연처럼, 이상적인 구조에서 약간 왜곡된 결정 구조(BCN 6+6)를 가지고 있다. 플루오르화를 제외한 카드뮴 할로젠화물은 상당히 공유적인 성질을 보인다.[59] 선호하는 산화 상태인 +2의 카드뮴 산화물, 즉 CdO와 Cd(OH)2는 약한 양쪽성이다. 강염기성 용액에서 카드뮴산염을 형성한다.[60] 카드뮴은 LiCd, RbCd13, CsCd13와 같은 Zintl 상을 형성한다.[55] 공기 중에서 수백 도까지 가열하면 카드뮴 증기 방출로 인해 독성 위험이 발생한다. 공기 중에서 끓는점(약 1000 K; 725 C; 1340 F; 강철 ~2700 K; 2425 C; 4400 F)[61]까지 가열하면 카드뮴 증기는 산화되어 '붉은 노란색 불꽃과 함께 잠재적으로 치명적인 CdO 입자 에어로졸로 분산된다.'[58] 카드뮴은 그렇지 않으면 상온 조건에서 공기와 물에 안정하며, 산화 카드뮴 층으로 보호된다.

수은은 실온에서 액체이다. 결합 에너지(61 kJ/mol)와 녹는점(-39°C)으로 보아 모든 금속 원소 중 가장 약한 금속 결합을 가지고 있다.[62][n 6] 고체 수은(모스 경도 1.5)[63]은 왜곡된 결정 구조를 가지고 있으며,[64] 금속-공유 결합이 혼합되어 있고,[65] BCN은 6이다. "모든 [12족] 금속은 특히 수은이 이온성 화합물보다 공유 화합물을 형성하는 경향이 있다."[66] 선호하는 산화 상태(HgO; +2)의 수은 산화물은 약한 양쪽성이며, 동족체 황화물 HgS도 마찬가지이다.[67] 강염기성 용액에서 음이온성 티오머큐레이트(예: Na2HgS2, BaHgS3)를 형성한다.[68][n 7] NaHg, K8In10Hg와 같은 Zintl 상을 형성하거나 그 일부이다.[69] 수은은 상대적으로 비활성 금속으로, 실온에서 산화물 형성이 거의 나타나지 않는다.[70]

코페르니슘은 실온에서 액체일 것으로 예상되지만, 지금까지 실험에서 끓는점을 충분히 정밀하게 결정하여 이를 입증하는 데 성공하지 못했다. 더 가벼운 동족체 수은처럼, 코페르니슘의 많은 특이한 특성들은 닫힌 껍질 d10s2 전자 배열과 강한 상대론적 효과에서 비롯된다. 코페르니슘의 응집 에너지는 수은보다도 작으며, 플레로븀보다만 높을 가능성이 있다. 고체 코페르니슘은 빽빽하게 채워진 체심 입방 구조로 결정화될 것으로 예상되며, 밀도는 약 14.7 g/cm3이고, 녹는점에서는 14.0 g/cm3로 감소하는데, 이는 수은(13.534 g/cm3)과 유사하다. 코페르니슘 화학은 +2 산화 상태가 지배적일 것으로 예상되며, 이 상태에서 수은과 유사한 전이후 금속처럼 행동할 것이다. 하지만 7s 오비탈의 상대론적 안정화는 이 산화 상태가 7s 전자보다는 6d 전자를 내주는 것을 포함한다는 것을 의미한다. 6d 오비탈의 동시적인 상대론적 불안정화는 할로젠과 같은 전기 음성도가 높은 리간드와 함께 +3, +4와 같은 더 높은 산화 상태를 허용할 것이다. Cn2+/Cn 쌍에 대해 매우 높은 표준 환원 전위 +2.1 V가 예상된다. 사실, 벌크 코페르니슘은 6.4±0.2 V의 밴드갭을 가진 절연체일 수도 있으며, 이는 라돈과 같은 비활성 기체와 유사하게 만들 것이다. 하지만 코페르니슘은 이전에 반도체 또는 귀금속으로 예측된 바 있다. 산화코페르니슘(CnO)은 주로 염기성일 것으로 예상된다.

13족

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알루미늄
갈륨
인듐
탈륨

알루미늄은 때때로[71] 또는 그렇지 않게[72] 전이후 금속으로 분류된다. 전이후 금속의 덜 잘 가려진 [Ar]3d10, [Kr]4d10 또는 [Xe]4f145d10 핵 대신 잘 가려진 [Ne] 비활성 기체 핵을 가지고 있다. 알루미늄 이온의 작은 반지름과 높은 전하가 결합하여 강하게 분극화되는 종이 되어 공유 결합 경향이 강해진다.[73]

알루미늄은 순수한 형태로 부드러운 금속(모스 경도 3.0)으로 기계적 강도가 낮다.[74] 부분적으로 방향성 결합의 증거를 보여주는 빽빽하게 채워진 구조(BCN 12)를 가지고 있다.[75][n 8] 녹는점이 낮고 열 전도도가 높다. 200 °C에서 강도가 절반으로 줄어들고, 많은 합금의 경우 300 °C에서 최소가 된다.[77] 알루미늄의 후자 세 가지 특성은 화재 방호가 필요 없는 상황으로 사용을 제한하거나,[78] 증가된 화재 방호를 제공해야 한다.[79][n 9] 대부분의 화합물에서 공유 결합을 형성하며,[83] 양쪽성 산화물을 가지고 있으며, 음이온성 알루미네이트를 형성할 수 있다.[54] 알루미늄은 LiAl, Ca3Al2Sb6, SrAl2와 같은 Zintl 상을 형성한다.[84] 얇은 보호 산화물 층은 상당한 내식성을 부여한다.[85] 낮은 pH (<4) 및 높은 pH (> 8.5) 조건에서 부식에 취약하며,[86][n 10] 이 현상은 일반적으로 상업용 순수 알루미늄 및 알루미늄 합금의 경우 더 뚜렷하다.[92] 이러한 많은 특성과 금속-비금속 구분선에 가까운 위치를 고려할 때, 알루미늄은 때때로 준금속으로 분류된다.[n 11] 단점에도 불구하고, 알루미늄은 좋은 강도-중량비와 뛰어난 연성을 가지고 있다. 합금 첨가제를 사용하면 기계적 강도를 상당히 향상시킬 수 있다. 매우 높은 열 전도도는 히트 싱크 및 열교환기에서 잘 활용될 수 있으며,[93] 높은 전기 전도도를 가지고 있다.[n 12] 낮은 온도에서는 알루미늄의 변형 강도가 증가하는 동시에 (대부분의 재료와 마찬가지로) 연성을 유지한다 (일반적으로 면심 입방 금속과 마찬가지로).[95] 화학적으로 벌크 알루미늄은 양전기성이 강한 금속으로, 높은 음수의 전극 전위를 가지고 있다.[96][n 13]

갈륨은 부드럽고 부서지기 쉬운 금속(모스 경도 1.5)으로, 실온보다 겨우 몇 도 높은 온도에서 녹는다.[98] 금속-공유 결합이 혼합된 비정상적인 결정 구조와 낮은 대칭성[98] (BCN 7, 즉 1+2+2+2)을 특징으로 한다.[99] 대부분의 화합물에서 공유 결합을 형성하며,[100] 양쪽성 산화물을 가지고 있고[101] 음이온성 갈륨산염을 형성할 수 있다.[54] 갈륨은 Li2Ga7, K3Ga13, YbGa2와 같은 Zintl 상을 형성한다.[102] 상온에서 습한 공기 중에서 천천히 산화된다. 보호 산화물 막이 추가 부식을 방지한다.[103]

인듐은 부드럽고 매우 연성이 있는 금속(모스 경도 1.0)으로 인장 강도가 낮다.[104][105] 불완전하게 이온화된 원자와 관련된 부분적으로 왜곡된 결정 구조(BCN 4+8)를 가지고 있다.[106] 인듐의 '...공유 화합물을 형성하는 경향은 전기화학적 거동에 영향을 미치는 더 중요한 특성 중 하나이다.'[107] 선호하는 산화 상태인 +3의 인듐 산화물, 즉 In2O3와 In(OH)3는 약한 양쪽성이다. 강염기성 용액에서 음이온성 인듐산염을 형성한다.[108] 인듐은 LiIn, Na2In, Rb2In3와 같은 Zintl 상을 형성한다.[109] 인듐은 상온에서 공기 중에서 산화되지 않는다.[105]

탈륨은 부드럽고 반응성이 높은 금속(모스 경도 1.0)으로 구조적 용도가 없다.[110] 빽빽하게 채워진 결정 구조(BCN 6+6)를 가지고 있지만, 탈륨 원자의 부분적인 이온화에 기인한다고 여겨지는 비정상적으로 큰 원자 간 거리를 가지고 있다.[111] +1 (대부분 이온성) 산화 상태의 화합물이 더 많지만, 탈륨은 황화물과 삼할로젠화물에서 볼 수 있듯이 +3 (주로 공유성) 산화 상태에서 상당한 화학적 성질을 가지고 있다.[112] 탈륨과 알루미늄은 상온에서 공기와 반응하여 양쪽성 산화물 Tl2O3를 천천히 형성하는 유일한 13족 원소이다.[113][114] Tl3TlO3, Na3Tl(OH)6, NaTlO2, KTlO2와 같은 음이온성 탈륨산염을 형성하며,[114] 화합물 CsTl에는 Tl− 탈륨화물 음이온으로 존재한다.[115] 탈륨은 Na2Tl, Na2K21Tl19, CsTl, Sr5Tl3H와 같은 Zintl 상을 형성한다.[116]

니호늄은 13족의 더 가벼운 원소로부터의 외삽에 기초하지만 육방정계 빽빽하게 채워진 결정 구조를 가질 것으로 예상된다. 밀도는 약 16 g/cm3로 예상된다. Nh+/Nh 쌍에 대한 표준 전극 전위는 +0.6 V로 예측된다. 7s 전자의 상대론적 안정화가 매우 높기 때문에 니호늄은 주로 +1 산화 상태를 형성해야 한다. 그럼에도 불구하고 코페르니슘과 마찬가지로 +3 산화 상태에도 도달할 수 있다. 스핀-궤도 결합으로 인한 플레로븀에서의 껍질 닫힘 때문에 니호늄은 또한 닫힌 껍질에서 7p 전자가 하나 부족하여 -1 산화 상태를 형성할 것이다. +1 및 -1 산화 상태 모두에서 니호늄은 탈륨보다 아스타틴과 더 많은 유사성을 보여야 한다. Nh+ 이온은 특히 착화 경향에서 Ag+ 이온과 유사성을 가질 것으로 예상된다. 산화니호늄(Nh2O)은 양쪽성일 것으로 예상된다.

14족

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저마늄
주석
납

저마늄은 단단하고(모스 경도 6), 매우 부서지기 쉬운 반금속 원소이다.[117] 원래는 전도성이 좋지 않은 금속으로 생각되었지만,[118] 반도체의 전자 띠 구조를 가지고 있다.[119] 저마늄은 일반적으로 금속이라기보다는 준금속으로 간주된다.[120] 탄소(다이아몬드 형태)와 규소처럼 공유 결합 사면체 결정 구조(BCN 4)를 가지고 있다.[121] 선호하는 산화 상태인 +4의 화합물은 공유 결합성이다.[122] 저마늄은 양쪽성 산화물 GeO2를 형성하고[123] Mg2GeO4와 같은 음이온성 저마늄산염을 형성한다. LiGe, K8Ge44, La4Ge3와 같은 Zintl 상을 형성한다.[124]

주석은 부드럽고 예외적으로[125] 약한 금속(모스 경도 1.5)이다.[126]|group=n}}</ref> 1 cm 두께의 막대는 가벼운 손가락 압력에도 쉽게 구부러진다.[125] 불완전하게 이온화된 원자와 관련된 불규칙하게 배위된 결정 구조(BCN 4+2)를 가지고 있다.[106] 모든 14족 원소는 +4, 주로 공유 결합성 산화 상태의 화합물을 형성한다. +2 산화 상태에서도 주석은 일반적으로 공유 결합을 형성한다.[127] 선호하는 산화 상태인 +2의 주석 산화물, 즉 SnO와 Sn(OH)2는 양쪽성이다.[128] 강염기성 용액에서 주석산염을 형성한다.[54] 13 °C (55.4 °F) 미만에서는 주석이 구조를 변경하여 다이아몬드, 규소, 저마늄과 같은 구조(BCN 4)를 가진 '회색 주석'이 된다. 이 변형은 일반 주석이 부서지고 붕괴되게 하는데, 이는 회색 주석이 부서지기 쉬울 뿐만 아니라 결정 구조의 효율성이 떨어져 더 많은 부피를 차지하기 때문이다. 주석은 Na4Sn, BaSn, K8Sn25, Ca31Sn20와 같은 Zintl 상을 형성한다.[129] 얇은 보호 산화물 층을 형성하기 때문에 공기 중에서 내식성이 좋다. 순수 주석은 구조적 용도가 없다.[130] 무연 땜납 및 구리, 납, 티타늄, 아연과 같은 다른 금속 합금의 경화제로 사용된다.[131]

납은 부드러운 금속(모스 경도 1.5, 그러나 녹는점에 가까워지면 단단해짐)으로, 많은 경우[132] 자체 무게를 지탱할 수 없다.[133] 빽빽하게 채워진 구조(BCN 12)를 가지고 있지만, 납 원자의 부분적인 이온화에 기인한다고 여겨지는 비정상적으로 큰 원자 간 거리를 가지고 있다.[111][134] 반공유 이산화납 PbO2, 공유 결합 황화납 PbS, 공유 결합 할로젠화물,[135] Pb(SC
2H
5)
2와 같은 유기납 화합물, Pb(CH
3CO
2)
4 사초산납, 한때 흔했던 노킹 방지 첨가제 (CH
3CH
2)
4Pb 사에틸납 등 다양한 공유 결합 유기납 화합물을 형성한다.[136] 선호하는 산화 상태(PbO, +2)의 산화납은 양쪽성이다.[137] 강염기성 용액에서 음이온성 플럼베이트를 형성한다.[54] 납은 CsPb, Sr
31Pb
20, La
5Pb
3N, Yb
3Pb
20와 같은 Zintl 상을 형성한다.[138] 합리적이거나 좋은 내식성을 가지고 있다. 습한 공기 중에서 산화물, 탄산염, 황산염이 혼합된 회색 코팅을 형성하여 추가 산화를 방해한다.[139]

플레로븀은 스핀-궤도 결합이 7p 부껍질을 "찢어" 놓아 7s27p1/22 원자가 배열이 수은과 코페르니슘의 그것과 유사한 준폐쇄 껍질을 형성하기 때문에 액체 금속일 것으로 예상된다. 고체 플레로븀은 면심 입방 구조를 가질 것이며, 약 14 g/cm3의 밀도를 가진 다소 밀도가 높은 금속일 것이다. 플레로븀은 Fl2+/Fl 쌍에 대해 +0.9 V의 표준 전극 전위를 가질 것으로 예상된다. 산화플레로븀(FlO)은 양쪽성일 것으로 예상되며, 염기성 용액에서 음이온성 플레로베이트를 형성한다.

15족

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비소
안티모니
비스무트

비소는 중간 경도(모스 경도 3.5)의 부서지기 쉬운 반금속 원소이다. 일반적으로 준금속으로 간주되지만, 일부 저자들은 금속 또는 비금속으로 간주하기도 한다. 금속처럼 온도가 증가함에 따라 전기 전도성이 감소하는 불량한 전기 전도성을 보인다. 상대적으로 개방적이고 부분적으로 공유 결합성 결정 구조(BCN 3+3)를 가지고 있다. 비소는 대부분의 다른 원소와 공유 결합을 형성한다. 선호하는 산화 상태(As2O3, +3)의 산화물은 양쪽성이며,[n 14] 수용액에 해당하는 옥소산(H3AsO3)과 동족체 황화물(As2S3)도 마찬가지이다. 비소는 Na3AsO3, PbHAsO4와 같은 일련의 음이온성 비소산염을 형성하며, Na3As, Ca2As, SrAs3와 같은 Zintl 상을 형성한다.

안티모니는 부드럽고(모스 경도 3.0) 부서지기 쉬운 반금속 원소이다. 일반적으로 준금속으로 간주되지만, 일부 저자는 금속 또는 비금속으로 간주하기도 한다. 금속처럼 온도가 증가함에 따라 전기 전도성이 감소하는 불량한 전기 전도성을 보인다. 상대적으로 개방적이고 부분적으로 공유 결합성 결정 구조(BCN 3+3)를 가지고 있다. 안티모니는 대부분의 다른 원소와 공유 결합을 형성한다. 선호하는 산화 상태(Sb2O3, +3)의 산화물은 양쪽성이다. 안티모니는 NaSbO2, AlSbO4와 같은 일련의 음이온성 아비산염과 안티모니산염을 형성하며, K5Sb4, Sr2Sb3, BaSb3와 같은 Zintl 상을 형성한다.

비스무트는 부드러운 금속(모스 경도 2.5)으로, 구조적 용도로는 너무 부서지기 쉽다.[142] 금속과 공유 결합 중간의 결합을 가진 개방형 결정 구조(BCN 3+3)를 가지고 있다.[143] 금속 치고는 예외적으로 낮은 전기 및 열 전도성을 가지고 있다.[144] 비스무트의 대부분의 일반 화합물은 본질적으로 공유 결합성이다.[145] 산화물 Bi2O3는 주로 염기성이지만, 따뜻하고 매우 농축된 KOH에서는 약한 산으로 작용한다.[146] 또한 공기 중에서 수산화칼륨과 융합하여 갈색의 비스무트산칼륨 덩어리를 생성할 수도 있다.[147] 비스무트의 용액 화학은 옥시음이온의 형성을 특징으로 한다.[148] 강염기성 용액에서 음이온성 비스무트산염을 형성한다. 비스무트는 NaBi,[149] Rb7In4Bi6[150] 및 Ba11Cd8Bi14[151]와 같은 Zintl 상을 형성한다. Bailar 외[152]는 비스무트가 부서지기 쉬운 성질(및 아마도) '모든 금속 중 가장 낮은 전기 전도성'을 고려할 때, '물리적 특성에서 가장 "금속성이 적은" 금속'이라고 언급한다.[n 15]

모스코븀은 상당히 반응성이 높은 금속일 것으로 예상된다. Mc+/Mc 쌍에 대해 -1.5 V의 표준 환원 전위가 예상된다. 이러한 증가된 반응성은 플레로븀의 준폐쇄 껍질과 느슨하게 결합된 7p3/2 부껍질이 채워지기 시작하면서 새로운 원소 계열의 시작과 일치하며, 비스무트의 상대적인 귀금속성과는 다소 다르다. 탈륨과 마찬가지로 모스코븀은 일반적인 +1 산화 상태와 덜 일반적인 +3 산화 상태를 가져야 하지만, 이들의 상대적 안정성은 착화 리간드나 가수분해 정도에 따라 달라질 수 있다. 산화모스코븀(I) (Mc2O)은 탈륨의 그것과 같이 상당히 염기성일 것이며, 산화모스코븀(III) (Mc2O3)은 비스무트의 그것과 같이 양쪽성일 것이다.

16족

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셀레늄
텔루륨

셀레늄은 부드럽고(모스 경도 2.0) 부서지기 쉬운 반금속 원소이다. 일반적으로 비금속으로 간주되지만, 때때로 준금속 또는 심지어 중금속으로 간주되기도 한다. 셀레늄은 육각형 다원자(CN 2) 결정 구조를 가지고 있다. 1.7 eV의 띠 간격을 가진 반도체이며, 광도체(즉, 빛을 받으면 전기 전도성이 백만 배 증가한다)이다. 셀레늄은 대부분의 다른 원소와 공유 결합을 형성하며, 매우 양전기성이 강한 금속과 이온성 셀렌화물을 형성할 수 있다. 셀레늄의 일반적인 산화물(SeO3)은 강산성이다. 셀레늄은 Na2SeO3, Na2Se2O5, Na2SeO4와 같은 일련의 음이온성 아셀렌산염과 셀레늄산염을 형성하며,[154] Cs4Se16와 같은 Zintl 상을 형성한다.[155]

텔루륨은 부드럽고(모스 경도 2.25) 부서지기 쉬운 반금속 원소이다. 일반적으로 준금속으로 간주되지만, 일부 저자들은 금속 또는 비금속으로 간주하기도 한다. 텔루륨은 다원자(CN 2) 육각형 결정 구조를 가지고 있다. 0.32 ~ 0.38 eV의 띠 간격을 가진 반도체이다. 텔루륨은 대부분의 다른 원소와 공유 결합을 형성하며, 광범위한 유기 금속 화학을 가지고 있고 많은 텔루륨화물은 금속 합금으로 간주될 수 있다. 텔루륨의 일반적인 산화물(TeO2)은 양쪽성이다. 텔루륨은 Na2TeO3, Na6TeO6, Rb6Te2O9 (마지막은 사면체 TeO2−
4 및 삼각쌍뿔 TeO4−
5 음이온 포함)와 같은 일련의 음이온성 아텔루륨산염과 텔루륨산염을 형성하며,[154] NaTe3와 같은 Zintl 상을 형성한다.[155]

폴로늄은 납과 유사한 경도를 가진 방사성 부드러운 금속이다.[156] 전자 밀도 계산에 의해 확인된 부분적으로 방향성 결합을 특징으로 하는 단순 입방 결정 구조를 가지고 있으며,[157] BCN은 6이다. 이러한 구조는 일반적으로 매우 낮은 연성 및 파괴 저항을 초래하지만,[158] 폴로늄은 연성 금속으로 예측되었다.[159] 공유 수소화물을 형성하며;[160] 할로젠화물은 텔루륨의 할로젠화물과 유사한 공유 결합성 휘발성 화합물이다.[161] 선호하는 산화 상태(PoO2; +4)의 폴로늄 산화물은 주로 염기성이지만, 농축된 수성 알칼리에 용해되거나 공기 중에서 수산화칼륨과 융합되면 양쪽성이다.[162] 낮은 Cl‒ 농도와 높은 pH의 수용액에서 노란색 폴론산염(IV) 이온 PoO2−
3가 알려져 있다.[163][n 16] Na2Po, BePo, ZnPo, CdPo, HgPo와 같은 폴로늄화물은 Po2− 음이온을 특징으로 하며;[165] HgPo를 제외하고 이들은 폴로늄 화합물 중 더 안정적인 것들 중 일부이다.[166][n 17]

리버모륨은 모스코븀보다 반응성이 낮을 것으로 예상된다. Lv2+/Lv 쌍의 표준 환원 전위는 약 +0.1 V로 예상된다. +2 산화 상태에서 가장 안정할 것이다. 7p3/2 전자는 매우 약하게 결합되어 있어 리버모륨의 첫 두 이온화 전위는 반응성 알칼리 토금속인 마그네슘과 칼슘 사이일 것으로 예상된다. +4 산화 상태는 가장 전기 음성도가 높은 리간드와만 도달할 수 있을 것이다. 산화리버모륨(II) (LvO)은 염기성일 것이고, 산화리버모륨(IV) (LvO2)은 폴로늄과 유사하게 양쪽성일 것이다.

17족

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아스타틴은 한 번도 본 적이 없는 방사성 원소이다. 가시적인 양은 강렬한 방사능 때문에 즉시 기화될 것이다.[168] 충분한 냉각으로 이를 방지할 수 있을지도 모른다.[169] 아스타틴은 일반적으로 비금속으로 간주되지만,[170] 덜 일반적으로 준금속,[171] 때때로 금속으로 간주되기도 한다. 더 가벼운 동족체인 아이오딘과는 달리, 이원자 아스타틴에 대한 증거는 희박하고 결정적이지 않다.[172] 2013년에 상대론적 모델링을 기반으로 아스타틴은 면심 입방 결정 구조를 가진 단원자 금속으로 예측되었다.[169] 따라서 아스타틴은 금속성 외관을 보이고, 금속성 전도성을 나타내며, 심지어 극저온에서도 뛰어난 연성을 가질 것으로 예상될 수 있다.[173] 또한 p-구역 내부 또는 주변의 금속에서 일반적으로 그러하듯이 상당한 비금속 특성을 보일 것으로 예상될 수도 있다. 아스타틴 옥소음이온 AtO−, AtO−
3, AtO−
4가 알려져 있는데,[174] 옥소음이온 형성은 비금속의 경향이다.[175] 아스타틴의 수산화물 At(OH)은 양쪽성으로 추정된다.[176][n 18] 아스타틴은 수소 아스타티드 HAt 및 사아스타티드탄소 CAt4를 포함하여 비금속과 공유 화합물을 형성한다.[179][180][n 19] At− 음이온은 은, 탈륨, 팔라듐, 납과 아스타티드를 형성하는 것으로 보고되었다.[182] Pruszyński 외는 아스타티드 이온이 Hg2+, Pd2+, Ag+, Tl3+와 같은 부드러운 금속 양이온과 강한 착물을 형성해야 한다고 언급한다. 이들은 수은과 형성된 아스타티드를 Hg(OH)At로 나열한다.[183]

테네신, 주기율표의 할로젠족에 속하지만, 작은 전자 친화도 때문에 아스타틴보다 금속성이 더 강할 것으로 예상된다. -1 상태는 테네신에게 중요하지 않을 것이며, 주요 산화 상태는 +1과 +3일 것이고, +3이 더 안정적일 것이다. Ts3+는 할로젠화물 매질에서 Au3+와 유사하게 행동할 것으로 예상된다. 따라서 산화테네신(Ts2O3)은 산화금과 산화아스타틴(III)과 유사하게 양쪽성일 것으로 예상된다.

18족

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오가네손은 매우 불량한 "비활성 기체"일 것으로 예상되며, 큰 원자 반지름과 쉽게 제거되는 7p3/2 전자의 약한 결합으로 인해 심지어 금속화될 수도 있다. 확실히 이는 실온에서 고체이며 주석과 유사한 반응성이 높은 원소일 것으로 예상된다. 7p 부껍질의 스핀-궤도 분할의 한 효과가 14족과 18족의 "부분적인 역할 역전"이기 때문이다. 오가네손의 엄청난 분극성 때문에, 산화플루오르화오가네손(II)뿐만 아니라 산화플루오르화오가네손(IV)도 Og2+ 및 Og4+ 양이온 형성을 포함하여 주로 이온성일 것으로 예상된다. 산화오가네손(II) (OgO)과 산화오가네손(IV) (OgO2) 모두 주석 산화물과 유사하게 양쪽성일 것으로 예상된다.

별칭 및 관련 계열

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B-부분족 금속

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표면적으로 B-부분족 금속은 주기율표의 IB족부터 VIIB족까지의 금속으로, 현재 IUPAC 명명법을 사용하면 11족부터 17족에 해당한다. 실제로는 11족 금속(구리, 은, 금)은 일반적으로 전이 금속(또는 때때로 주화 금속, 귀금속)으로 간주되는 반면, 12족 금속(아연, 카드뮴, 수은)은 전이 금속이 11족에서 끝나는지 12족에서 끝나는지에 따라 B-부분족 금속으로 다루어질 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 'B' 명명법(IB족, IIB족 등)은 1988년에 대체되었지만, 최근 문헌에서도 때때로 발견된다.[184][n 20]

B-부분족 금속은 비금속적 특성을 보인다. 이는 12족에서 16족으로 이동할 때 특히 분명하다.[186] 11족 금속은 일반적인 빽빽하게 채워진 금속 구조를 가지고 있지만[187] 화학적 특성이 겹친다. +1 화합물(은의 안정 상태로 구리는 덜 그렇다)[188]에서는 전형적인 B-부분족 금속이다. +2 및 +3 상태에서는 화학이 전이 금속 화합물과 전형적이다.[189]

의사 금속 및 하이브리드 금속

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B-부분족 금속은 의사 금속과 하이브리드 금속으로 세분될 수 있다. 의사 금속(12족과 13족, 붕소 포함)은 비금속보다 진정한 금속(1족부터 11족)처럼 행동한다고 한다. 하이브리드 금속인 As, Sb, Bi, Te, Po, At(다른 저자들은 이를 준금속이라고 부를 것)는 두 가지 특성을 거의 동등하게 공유한다. 의사 금속은 14족 탄소족을 통해 하이브리드 금속과 관련이 있는 것으로 간주될 수 있다.[190]

비금속

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밍고스[191]는 p-구역 금속이 전형적이지만 강한 환원성이 아니며, 따라서 이들을 용해시키려면 산화성 산이 필요한 비금속이라고 썼다.

경계 금속

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패리시[192]는 '예상대로' 13족과 14족의 경계 금속이 비표준 구조를 가지고 있다고 썼다. 갈륨, 인듐, 탈륨, 저마늄, 주석이 이 맥락에서 특별히 언급되었다. 12족 금속도 약간 왜곡된 구조를 가지고 있는 것으로 나타났는데, 이는 약한 방향성(즉, 공유 결합) 결합의 증거로 해석되었다.[n 21]

화학적으로 약한 금속

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레이너-캔햄(Rayner-Canham)과 오버튼(Overton 2006, p. 29‒30)은 화학적으로 약한 금속이라는 용어를 금속-비금속 경계선에 가까운 금속을 지칭하는 데 사용한다. 이 금속들은 특히 음이온 종 형성 측면에서 준금속과 더 유사한 화학적 행동을 보인다. 이들이 식별한 아홉 가지 화학적으로 약한 금속은 베릴륨, 마그네슘, 알루미늄, 갈륨, 주석, 납, 안티모니, 비스무트, 폴로늄이다.[n 22]

경계 금속

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버논(Vernon 2020, p. 218)은 "경계 금속"이라는 용어를 금속 사이의 구분선에 인접한 화학적으로 약한 금속 종류를 지칭하는 데 사용한다. 그는 이들 중 몇몇이 "하나의 원소와 두 주기 아래, 두 족 오른쪽에 있는 원소 사이에 형성되는 일련의…나이트 이동 관계에 의해 더욱 구별된다"고 언급한다.[195] 예를 들어, 구리(I) 화학은 인듐(I) 화학과 유사하다. "두 이온 모두 CuCl 및 InCl과 같은 고체 화합물에서 주로 발견되며, 두 이온 모두 플루오르화물은 알려져 있지 않고 아이오딘화물이 가장 안정적이다."[195] 경계 금속이라는 이름은 러셀(Russell)과 리(Lee 2005, p. 419)에서 차용한 것으로, 그들은 "...비스무트와 16족 원소 폴로늄은 일반적으로 금속으로 간주되지만, 주기율표에서 비금속에 인접한 '경계 지역'을 차지한다"고 썼다.

녹기 쉬운 금속

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카르다렐리(Cardarelli 2008, p. 1181)는 2008년 저서에서 아연, 카드뮴, 수은, 갈륨, 인듐, 탈륨, 주석, 납, 안티모니, 비스무트를 녹기 쉬운 금속으로 분류한다. 약 100년 전, 루이스(Louis 1911, pp. 11–12)는 녹기 쉬운 금속이 주석, 카드뮴, 납, 비스무트를 다양한 비율로 포함하는 합금이며, "주석의 비율은 10~20% 범위"라고 언급했다.

중금속 (낮은 녹는점)

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반 베르트(Van Wert 1936, pp. 16, 18)는 주기율표의 금속을 a. 경금속, b. 높은 녹는점을 가진 무거운 부서지기 쉬운 금속, c. 높은 녹는점을 가진 무거운 연성 금속, d. 낮은 녹는점을 가진 중금속(Zn, Cd, Hg; Ga, In, Tl; Ge, Sn; As, Sb, Bi, Po), e. 강한 양전기성 금속으로 분류했다. 브리튼(Britton), 아바티엘로(Abbatiello), 로빈스(Robins 1972, p. 704)는 '주기율표의 IIB, IIIA, IVA, VA 열에 있는 부드럽고 녹는점이 낮은 중금속, 즉 Zn, Cd, Hg; Al, Ga, In, Tl; [Si], Ge, Sn, Pb; 및 Bi'에 대해 언급한다. Sargent-Welch 원소 도표는 금속을 경금속, 란타넘족, 악티늄족, 중금속(부서지기 쉬운), 중금속(연성), 중금속(낮은 녹는점): Zn, Cd, Hg, [Cn]; Al, Ga, In, Tl; Ge, Sn, Pb, [Fl]; Sb, Bi; 및 Po로 분류한다.[196][n 23]

덜 전형적인 금속

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하바시(Habashi 2010)는 원소를 여덟 가지 주요 범주로 분류한다: [1] 전형 금속(알칼리 금속, 알칼리 토금속, 알루미늄); [2] 란타넘족(Ce–Lu); [3] 악티늄족(Th–Lr); [4] 전이 금속(Sc, Y, La, Ac, 4–10족); [5] 덜 전형적인 금속(11–12족, Ga, In, Tl, Sn, Pb); [6] 준금속(B, Si, Ge, As, Se, Sb, Te, Bi, Po); [7] 공유성 비금속(H, C, N, O, P, S, 할로젠); [8] 단원자 비금속(즉, 비활성 기체).

메타 금속

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메타 금속은 아연, 카드뮴, 수은, 인듐, 탈륨, 주석, 납이다. 이들은 연성이 있는 원소이지만, 왼쪽에 있는 주기율표의 금속 이웃에 비해 녹는점이 낮고, 전기 및 열 전도도가 상대적으로 낮으며, 빽빽하게 채워진 형태에서 왜곡을 보인다.[197] 때때로 베릴륨[198]과 갈륨[199]은 낮은 연성에도 불구하고 메타 금속으로 포함된다.

일반 금속

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아브리코소프(Abrikosov 1988, p. 31)는 내부 껍질이 채워지지 않은 일반 금속과 전이 금속을 구별한다. 일반 금속은 전이 금속보다 녹는점과 응집 에너지가 낮다.[200] 그레이(Gray 2009, p. 9)는 알루미늄, 갈륨, 인듐, 탈륨, 니호늄, 주석, 납, 플레로븀, 비스무트, 모스코븀, 리버모륨을 일반 금속으로 식별한다. 그는 "실제로 사람들이 일반 금속이라고 생각하는 대부분의 금속은 사실 전이 금속이다..."라고 덧붙인다.

기타 금속

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앞서 언급했듯이, 주기율표에서 전이 금속과 준금속 사이에 속하는 금속은 때때로 기타 금속으로 불린다(예: Taylor 외 참조).[201] 이 의미에서 '기타'는 '이미 언급된 것 외에 또는 그것과 구별되는 것'[202](즉, 알칼리 및 알칼리 토금속, 란타넘족 및 악티늄족, 전이 금속); '보조의'; '부수적인, 이차적인'과 같은 관련 의미를 가진다.[203] 그레이(Gray 2010)에 따르면 이 원소들을 '기타 금속'보다 더 나은 이름으로 불러야 한다.

p-구역 금속

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p-구역 금속은 주기율표의 13~16족에 속하는 금속이다. 일반적으로 이는 알루미늄, 갈륨, 인듐, 탈륨; 주석, 납; 비스무트를 포함한다. 저마늄, 안티모니, 폴로늄도 때때로 포함되지만, 처음 두 가지는 일반적으로 준금속으로 인식된다. p-구역 금속은 낮은 배위수와 방향성 결합을 나타내는 구조를 가지는 경향이 있다. 이들의 화합물에서는 뚜렷한 공유 결합성이 발견되며, 대부분의 산화물은 양쪽성이다.[204]

알루미늄은 족 구성원 자격과 [Ne] 3s2 3p1 전자 배열에 의해 논란의 여지가 없는 p-구역 원소이지만, 알루미늄은 4주기 이상의 p-구역 금속과 달리 전이 금속 다음에 문자 그대로 오지 않는다. 알루미늄을 지칭하는 "전이후"라는 별명은 잘못된 이름이며, 알루미늄은 다른 모든 p-구역 금속과 달리 일반적으로 d 전자가 없다.

특이한 금속

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슬레이터(Slater 1939, pp. 444‒445)는 금속을 '완벽하게 날카롭지는 않지만 상당히 확실하게' 일반 금속과 비금속에 가까운 특이한 금속으로 나눈다. 특이한 금속은 주기율표의 행 끝 부분에 나타나며 '대략적으로': 갈륨, 인듐, 탈륨; 탄소, 규소 '(둘 다 금속성 특성을 가지고 있지만, 이전에 비금속으로 다루어졌다)', 저마늄, 주석; 비소, 안티모니, 비스무트; 셀레늄 '(부분적으로 금속성)' 및 텔루륨을 포함한다. 일반 금속은 중심 대칭 결정 구조를 가지는 반면[n 24] 특이한 금속은 방향성 결합을 포함하는 구조를 가진다. 최근에 조슈아(Joshua)는 특이한 금속이 금속-공유 결합을 혼합하고 있음을 관찰했다.[206]

불량 금속

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패럴(Farrell)과 반 시시엔(Van Sicien 2007, p. 1442)은 간단히 '상당한 공유 결합 또는 방향성 특성을 가진 금속'을 지칭하기 위해 불량 금속이라는 용어를 사용한다. 힐(Hill)과 홀맨(Holman 2000, p. 40)은 '불량 금속이라는 용어가 널리 사용되지는 않지만, 주석, 납, 비스무트를 포함한 여러 금속에 대한 유용한 설명'이라고 언급한다. '이 금속들은 주기율표의 전이 금속 오른쪽에 있는 삼각형 블록에 속한다. 이들은 일반적으로 활동성(전기화학적) 계열에서 낮으며, 비금속과 일부 유사점을 가지고 있다.' 리드(Reid) 외는 '불량 금속'이 '주기율표의 13-15족에 속하는 금속 원소에 대한 오래된 용어로, 도구에 전통적으로 사용되는 금속보다 부드럽고 녹는점이 낮다'고 썼다.[207]

전이후 금속

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이 이름의 초기 사용은 1940년 데밍의 잘 알려진[208] 저서 『기초 화학』에 기록되어 있다.[209] 그는 전이 금속이 10족 (니켈, 팔라듐, 백금)에서 끝나는 것으로 취급했다. 그는 주기율표의 4~6주기에 이어지는 원소들(구리에서 저마늄; 은에서 안티모니; 금에서 폴로늄)을 기본 d10 전자 배치에 따라 전이후 금속으로 언급했다.

반금속

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현대적 사용에서 '반금속'이라는 용어는 때때로 결정 구조, 전기 전도도 또는 전자 구조에서 불완전한 금속 특성을 가진 금속을 느슨하게 또는 명시적으로 지칭한다. 예로는 갈륨,[210] 이터븀,[211] 비스무트,[212] 수은,[213] 넵투늄이 있다.[214] 금속도 비금속도 아닌 중간 원소인 준금속도 때때로 반금속으로 불린다. 일반적으로 준금속으로 인식되는 원소는 붕소, 규소, 저마늄, 비소, 안티모니, 텔루륨이다. 옛 화학에서는 1789년 라부아지에의 '혁명적인'[215] 화학 원론[216] 출판 이전에, 반금속은 아연, 수은, 비스무트와 같이 '연성과 가단성이 매우 불완전한'[217] 금속 원소를 의미했다.

부드러운 금속

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스콧(Scott)과 칸다(Kanda 1963, pp. 385−386)는 10족의 백금을 포함하여 11족부터 15족까지의 금속을 부드러운 금속으로 지칭하며, 1-3족의 매우 활성적인 금속은 제외한다. 이들은 많은 중요한 비철 합금이 이 종류의 금속으로 만들어지며, 여기에는 스털링 실버, 황동 (구리와 아연), 청동 (주석, 망가니즈, 니켈과 구리)이 포함된다고 언급한다.

전이 금속

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역사적으로, 전이 금속 계열은 "매우 양전기성이 강한 알칼리 및 알칼리 토금속과 질소-인, 산소-황, 할로젠족의 음전기성 비금속 사이의 '간극을 메우는' 주기율표의 원소들을 포함한다."[218] 케로니스(Cheronis), 파슨스(Parsons), 론네베르그(Ronneberg 1942, p. 570)는 "낮은 녹는점을 가진 전이 금속은 주기율표에서 블록을 형성한다: II 'b'족 [아연, 카드뮴, 수은], III 'b'족 [알루미늄, 갈륨, 인듐, 탈륨], IV족의 저마늄, 주석, 납. 이 금속들은 모두 425 °C 미만의 녹는점을 가진다."라고 썼다.[n 25]

내용주

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  1. ↑ 물리적 특성: "가벼운 알칼리 토금속은 상당히 높은 전기 및 열 전도도와 구조적 사용에 충분한 강도를 가지고 있다. 무거운 원소는 전도성이 좋지 않으며 구조적 사용에 너무 약하고 반응성이 높다."[3] 화학적 특성: 가벼운 알칼리 토금속은 공유 결합 경향(Be는 주로; Mg는 상당히)을 보이는 반면, 무거운 알칼리 토금속의 화합물은 주로 이온성이다. 무거운 알칼리 토금속은 더 안정한 수소화물과 덜 안정한 탄화물을 가지고 있다.[4]
  2. ↑ 어떤 원소가 전이후 금속으로 분류되기 시작하는지는 주기율표 상에서 전이 금속이 어디에서 끝나는지에 따라 달라진다. 1950년대에는 대부분의 무기화학 교과서가 전이 원소를 10족 (니켈, 팔라듐 및 백금)에서 끝나는 것으로 정의하여 11족 (구리, 은 및 금)과 12족 (아연, 카드뮴 및 수은)을 제외했다. 2003년 화학 서적 조사에 따르면 전이 금속은 거의 같은 빈도로 11족 또는 12족에서 끝났다.[6] 첫 번째 IUPAC 정의는 "[T]he elements of groups 3–12 are the d-block elements. These elements are also commonly referred to as the transition elements, though the elements of group 12 are not always included"라고 명시한다. 12족을 전이 금속으로 포함하는지에 따라 전이후 금속은 12족 원소인 아연, 카드뮴, 수은을 포함할 수도 있고 포함하지 않을 수도 있다. 전이 금속에 대한 두 번째 IUPAC 정의는 "An element whose atom has an incomplete d sub-shell, or which can give rise to cations with an incomplete d sub-shell"이라고 명시한다. 이 정의에 따르면 12족은 수은과 아마도 코페르니슘을 전이 금속으로, 아연과 카드뮴을 전이후 금속으로 분할해야 한다고 주장할 수 있다. 관련 있는 것은 플루오르화수은(IV)의 합성인데, 이는 수은을 전이 금속으로 확립하는 것으로 보인다. 이 결론은 Jensen (2008)이 HgF4가 매우 비정상적인 비평형 조건(4 K에서)에서만 존재하며 예외로 간주해야 한다는 주장으로 이의가 제기되었다. 코페르니슘은 (a) 수은과 유사한 전자 배열, (b) +4 상태에서 화학적 성질의 우세함을 가질 것으로 예측되었으며, 이 기준에 따라 전이 금속으로 간주될 것이다. 그러나 최근 몇 년 동안 HgF4의 합성에 대한 의문이 제기되었다.
  3. ↑ 스칸디드 수축은 첫 번째 전이 금속 원소를 지칭하며, d-구역 수축은 더 일반적인 용어이다.
  4. ↑ 12족 금속은 역사적 선례, 특성 비교 및 대조, 대칭 보존 또는 기본적인 교육 목적으로 전이 금속으로 다루어졌다.[47]
  5. ↑ IUPAC 골드북은 전이 금속을 '원자 내에 불완전한 d 부껍질을 가지거나, 불완전한 d 부껍질을 가진 양이온을 생성할 수 있는 원소'로 정의한다.[50]
  6. ↑ 프랑슘은 비교적 낮은 결합 에너지를 가질 수 있지만, 약 8°C의 녹는점은 수은의 -39°C보다 훨씬 높다.
  7. ↑ 수은은 또한 산소압 하에서 관련 양이온 산화물과 HgO 혼합물을 가열하여 Li2HgO2, CdHgO4와 같은 부분적으로 음이온성 옥소머큐레이트를 형성한다 (Müller-Buschbaum 1995; Deiseroth 2004, pp. 173, 177, 185–186).
  8. ↑ 알루미늄의 부분적으로 방향성 결합은 전단 강도를 향상시키지만, 초고순도 알루미늄은 실온에서 가공 경화를 유지할 수 없음을 의미한다.[76]
  9. ↑ 단열재 사용과 상세한 구조 설계 고려 없이,[80] 알루미늄의 낮은 녹는점과 높은 열 전도도는 예를 들어 군함 건조에 사용되는 것을 방해한다. 배에 불이 나면 낮은 녹는점으로 인해 구조가 붕괴되고, 높은 열 전도도는 화재 확산을 돕는다.[81] 화물선 건조에 사용되는 것은 열 단열재 장착 비용과 무게를 고려하면 강철에 비해 경제적 이점이 거의 없거나 전혀 없기 때문에 제한적이다.[82]
  10. ↑ 알루미늄은 예를 들어 알칼리성 세제[87] (식기세척기에서 사용되는 세제를 포함);[88] 젖은 콘크리트,[89] 토마토, 대황, 양배추와 같은 매우 산성인 식품에 부식될 수 있다.[90] 질산에 의해 부식되지 않는다.[91]
  11. ↑ 참고 문헌은 준금속 목록을 참조.
  12. ↑ 알루미늄 와이어는 전력 분배를 위한 전기 송전선에 사용되지만, 낮은 파단 강도로 인해 아연 도금된 강철 와이어 중앙 코어로 보강된다.[94]
  13. ↑ 보호 조치가 없는 경우, 알루미늄의 비교적 높은 양전기성은 특히 바닷물이나 바람에 날리는 바닷물과 같은 염분 환경에 노출될 때 구리나 강철과 같은 다른 금속과 물리적 또는 전기적으로 접촉할 경우 갈바닉 부식에 취약하게 만든다.[97]
  14. ↑ As2O3는 일반적으로 양쪽성으로 간주되지만, 일부 자료에서는 (약한)[140] 산성이라고 한다. 이들은 As2O3의 "염기성" 특성(농축 염산과 반응하여 삼염화비소를 형성하는 것)을 공유 알킬 염화물이 공유 알코올에 의해 형성되는 것과 유사하게 알코올성으로 설명한다(예: R-OH + HCl → RCl + H2O).[141]
  15. ↑ 어떤 금속이 가장 낮은 전기 전도성을 가지는지는 논쟁의 여지가 있지만, 비스무트는 분명히 최하위 집단에 속한다. Hoffman[153]은 비스무트를 '반도체에 가까운 불량 금속'이라고 언급한다.
  16. ↑ Bagnall[164]은 이산화폴로늄을 염소산칼륨/수산화물 혼합물과 융합하면 푸른색 고체가 생성되며, 이는 '...아마도 폴론산칼륨을 포함할 것이다'라고 썼다.
  17. ↑ Bagnall[167]은 희토류 폴로늄화물이 어떤 폴로늄 화합물보다 열 안정성이 가장 높다고 언급했다.
  18. ↑ Eagleson은 아스타틴의 OH 화합물을 하이포아스타트산 HAtO로 언급한다.[177] Pimpentel과 Spratley는 하이포아스타트산의 공식을 HOAt로 제시한다.[178]
  19. ↑ 수소 아스타티드에서 음전하는 수소 원자에 있을 것으로 예측되며,[181] 이는 이 화합물을 아스타틴 수소화물(AtH)로 언급해야 함을 의미한다.
  20. ↑ Greenwood와 Earnshaw[185]는 B-부분족 금속을 전이후 원소로 언급한다. '비소와 안티모니는 준금속 또는 반금속으로 분류되며, 비스무트는 주석과 납처럼 전형적인 B 부분족 (전이후 원소) 금속이다.'
  21. ↑ 패리시는 알루미늄을 저마늄, 안티모니, 비스무트와 함께 금속과 비금속의 경계선에 있는 금속으로 식별하며, 이 모든 원소는 '아마도 준금속으로 분류하는 것이 더 나을 것'이라고 제안한다.[193]
  22. ↑ 폴링([194])은 대조적으로 1족과 2족의 강한 금속(주기율표의 오른쪽 위 모서리에 있는 '강한 비금속'과 이온성 화합물을 형성하는 금속)을 언급한다.
  23. ↑ 호크스(Hawkes 1997)는 중금속이 무엇인지에 대한 질문에 답하려 시도하면서, '중금속이라는 것은 밀도와 거의 관련이 없으며, 오히려 화학적 특성과 관련이 있다'고 언급했다. 그는 '사람마다 의미하는 바가 다를 수 있지만, 내가 지난 반세기 동안 이 용어를 사용하고 듣고 해석한 바에 따르면, 이는 불용성 황화물과 수산화물을 가지며, 그 염이 물에 유색 용액을 생성하고, 그 착물이 일반적으로 유색인 금속을 지칭한다'고 언급했다. 그는 계속해서 '내가 중금속으로 언급된 것을 본 금속들은 3족부터 16족까지의 모든 금속 중 4주기 이상에 있는 금속 블록을 포함한다. 이는 전이 금속과 전이후 금속으로도 표현될 수 있다'고 언급한다.
  24. ↑ 망가니즈에 대해 슬레이터는 '[이는] 원소의 일반적인 순서에 대한 매우 특이하고 변칙적인 예외이다. 주기율표에서 비금속과 멀리 떨어져 있음에도 불구하고 복잡한 구조를 가진 유일한 확실한 금속이다.'[205]
  25. ↑ 실제로 알루미늄(660.32)과 저마늄(938.25)은 모두 425°C보다 높은 녹는점을 가지고 있다.

각주

[편집]
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  126. ↑ {{#tag:ref|Charles, Crane, Furness는 '아마도 납과 주석을 제외한 대부분의 금속은 저강도 범위의 상위 2/3에 속하는 항복 강도를 제공하는 합금을 만들 수 있다...'라고 썼다.<ref>Charles, Crane & Furness 1997, pp. 49, 57
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