5주기 원소
| 주기율표 |
|---|
5주기 원소는 주기율표의 다섯 번째 행에 있는 화학 원소이다. 주기율표는 원자 번호가 증가함에 따라 원소의 화학적 행동에서 반복되는 (주기적인) 경향을 보여주기 위해 행으로 배열된다. 새로운 행은 화학적 행동이 반복되기 시작할 때 시작되며, 이는 유사한 행동을 하는 원소가 동일한 수직한 열에 속함을 의미한다. 5주기에는 루비듐으로 시작하여 제논으로 끝나는 18개의 원소가 포함된다. 일반적으로 5주기 원소는 5s 껍질을 먼저 채운 다음 4d, 5p 껍질을 순서대로 채운다. 그러나 로듐과 같은 예외도 있다.
물리적 특성
[편집]이 주기에는 테크네튬이 포함되어 있는데, 이 원소는 납까지의 두 원소 중 프로메튬과 함께 안정적인 동위 원소가 없는 원소이다. 또한 몰리브데넘과 아이오딘도 포함되어 있는데 이들은 알려진 생물학적 역할이 있는 가장 무거운 원소 중 두 가지이다.[1][2] 나이오븀은 모든 원소 중 가장 큰 자기 침투 깊이를 가지고 있다.[3] 지르코늄은 현재 지구 지각에서 가장 오래된 것으로 알려진 지르콘 결정의 주요 구성 요소 중 하나이다. 로듐과 같은 많은 후기 전이 금속은 매우 빛나기 때문에 장신구에 매우 흔히 사용된다.[4]
이 주기는 쌓음 원리의 예외가 많이 알려져 있다.
원소와 그 특성
[편집]| 화학 원소 | 구역 | 전자 배열 | ||
|---|---|---|---|---|
| 37 | Rb | 루비듐 | S-구역 | [Kr] 5s1 |
| 38 | Sr | 스트론튬 | S-구역 | [Kr] 5s2 |
| 39 | Y | 이트륨 | D-구역 | [Kr] 4d1 5s2 |
| 40 | Zr | 지르코늄 | D-구역 | [Kr] 4d2 5s2 |
| 41 | Nb | 나이오븀 | D-구역 | [Kr] 4d4 5s1 (*) |
| 42 | Mo | 몰리브데넘 | D-구역 | [Kr] 4d5 5s1 (*) |
| 43 | Tc | 테크네튬 | D-구역 | [Kr] 4d5 5s2 |
| 44 | Ru | 루테늄 | D-구역 | [Kr] 4d7 5s1 (*) |
| 45 | Rh | 로듐 | D-구역 | [Kr] 4d8 5s1 (*) |
| 46 | Pd | 팔라듐 | D-구역 | [Kr] 4d10 (*) |
| 47 | Ag | 은 | D-구역 | [Kr] 4d10 5s1 (*) |
| 48 | Cd | 카드뮴 | D-구역 | [Kr] 4d10 5s2 |
| 49 | In | 인듐 | P-구역 | [Kr] 4d10 5s2 5p1 |
| 50 | Sn | 주석 | P-구역 | [Kr] 4d10 5s2 5p2 |
| 51 | Sb | 안티모니 | P-구역 | [Kr] 4d10 5s2 5p3 |
| 52 | Te | 텔루륨 | P-구역 | [Kr] 4d10 5s2 5p4 |
| 53 | I | 아이오딘 | P-구역 | [Kr] 4d10 5s2 5p5 |
| 54 | Xe | 제논 | P-구역 | [Kr] 4d10 5s2 5p6 |
(*) 쌓음 원리의 예외
s-구역 원소
[편집]루비듐
[편집]
이 부분의 본문은 루비듐입니다.루비듐은 5주기에 있는 첫 번째 원소이다. 알칼리 금속으로, 주기율표에서 가장 반응성이 높은 족이며 다른 알칼리 금속과 다른 5주기 원소 모두와 특성 및 유사성을 공유한다. 예를 들어 루비듐은 5개의 전자 껍질을 가지고 있는데 이는 다른 모든 5주기 원소에서 발견되는 특성이다. 반면 그 전자 배열의 끝은 다른 모든 알칼리 금속과 유사하게 s1이다.[5] 또한 루비듐은 알칼리 금속에서 원자 번호가 증가함에 따라 반응성이 증가하는 경향을 따른다. 왜냐하면 칼륨보다 반응성이 높지만 세슘보다는 낮기 때문이다. 또한 칼륨과 루비듐은 점화될 때 거의 동일한 색조를 내기 때문에 연구자들은 이 두 1족 원소를 구별하기 위해 다른 방법을 사용해야 한다.[6] 루비듐은 대부분의 다른 알칼리 금속과 유사하게 공기 중에서 산화에 매우 취약하므로 쉽게 루비듐 산화물로 변하며, 이는 화학식 Rb2O를 가진 노란색 고체이다.[7]
스트론튬
[편집] 이 부분의 본문은 스트론튬입니다.스트론튬은 5주기에 있는 두 번째 원소이다. 알칼리 토금속으로, 알칼리 금속만큼은 아니지만 비교적 반응성이 높은 족이다. 루비듐처럼 5개의 전자 껍질 또는 에너지 준위를 가지고 있으며, 쌓음 원리에 따라 5s 하위 껍질에 두 개의 전자를 가지고 있다. 스트론튬은 부드러운 금속이며 물과 접촉 시 극도로 반응성이 높다. 물과 접촉하면 산소와 수소 원자와 결합하여 수산화 스트론튬과 순수 수소 기체를 형성하며, 이는 확산하여 공기 중으로 빠르게 퍼진다. 또한 스트론튬은 루비듐처럼 공기 중에서 산화되어 노랑색으로 변한다. 점화되면 강렬한 붉은 불꽃을 내며 탄다.
d-구역 원소
[편집]이트륨
[편집] 이 부분의 본문은 이트륨입니다.이트륨은 원소 기호 Y와 원자 번호 39를 가진 화학 원소이다. 은백색 전이 금속으로 화학적으로 란타넘족 원소와 유사하며 종종 "희토류 원소"로 분류된다.[8] 이트륨은 거의 항상 희토류 광물에서 란타넘족 원소와 결합된 형태로 발견되며, 자연에서 자유 원소로 발견되는 경우는 없다. 유일하게 안정적인 동위 원소인 89Y는 또한 유일하게 자연적으로 존재하는 동위 원소이다.
1787년, 칼 악셀 아레니우스는 스웨덴 위테르뷔 근처에서 새로운 광물을 발견하고 마을 이름을 따서 이트테르바이트라고 명명했다. 1789년 요한 가돌린은 아레니우스의 샘플에서 이트륨 산화물을 발견했으며,[9] 안데르스 구스타프 에케베리는 이 새로운 산화물을 이트리아라고 명명했다. 원소 이트륨은 1828년 프리드리히 뵐러가 처음으로 분리했다.[10]
이트륨의 가장 중요한 용도는 텔레비전 브라운관 (CRT) 디스플레이 및 LED에 사용되는 붉은색 형광체와 같은 형광체를 만드는 것이다.[11] 다른 용도로는 전극, 전해질, 전자 필터, 레이저, 초전도체 생산; 다양한 의료 응용 분야, 특성을 향상시키기 위해 다양한 재료에 미량 원소로 사용되는 것이 있다. 이트륨은 알려진 생물학적 역할이 없으며, 이트륨 화합물에 노출되면 사람에게 폐 질환을 일으킬 수 있다.[12]
지르코늄
[편집] 이 부분의 본문은 지르코늄입니다.지르코늄은 원소 기호 Zr과 원자 번호 40을 가진 화학 원소이다. 지르코늄의 이름은 지르콘 광물에서 유래했다. 원자량은 91.224이다. 광택 있는 회백색의 강한 전이 금속으로, 타이타늄과 비슷하다. 지르코늄은 주로 내화물과 불투명화제로 사용되지만, 소량은 부식에 대한 강한 저항성 때문에 합금제로 사용된다. 지르코늄은 주로 광물 지르콘에서 얻어지며, 이는 사용되는 지르코늄의 가장 중요한 형태이다.
지르코늄은 무기 및 유기금속 화합물인 이산화 지르코늄과 지르코노센 이염화물과 같은 다양한 화합물을 형성한다. 다섯 가지 동위 원소가 자연적으로 존재하며, 그 중 세 가지는 안정적이다. 지르코늄 화합물은 생물학적 역할이 없다.
나이오븀
[편집] 이 부분의 본문은 나이오븀입니다.나이오븀 또는 콜럼븀은 원소 기호 Nb와 원자 번호 41을 가진 화학 원소이다. 부드러운 회색의 연성 전이 금속으로, 종종 파이로클로어 광물(나이오븀의 주요 상업적 원료)과 콜럼바이트에서 발견된다. 이 이름은 그리스 신화: 니오베 (탄탈로스의 딸)에서 유래했다.
나이오븀은 탄탈럼과 물리적 및 화학적 특성이 유사하여 이 둘을 구별하기 어렵다. 영국 화학자 찰스 해칫은 1801년에 탄탈럼과 유사한 새로운 원소를 보고하고 이를 콜럼븀이라고 명명했다. 1809년 영국 화학자 윌리엄 하이드 울러스턴은 탄탈럼과 콜럼븀이 동일하다고 잘못 결론 내렸다. 독일 화학자 하인리히 로제는 1846년에 탄탈럼 광석에 두 번째 원소가 포함되어 있음을 확인하고 이를 나이오븀이라고 명명했다. 1864년과 1865년에 일련의 과학적 발견을 통해 나이오븀과 콜럼븀이 (탄탈럼과 구별되는) 동일한 원소임이 밝혀졌으며, 한 세기 동안 두 이름이 서로 혼용되었다. 이 원소의 이름은 1949년에 공식적으로 나이오븀으로 채택되었다.
나이오븀이 상업적으로 처음 사용된 것은 20세기 초가 되어서였다. 브라질은 나이오븀과 페로나이오븀 (나이오븀과 철의 합금)의 주요 생산국이다. 나이오븀은 주로 합금에 사용되며, 가장 큰 부분은 가스 파이프라인 등에 사용되는 특수 강철에 있다. 합금에 최대 0.1%만 포함되더라도 이 작은 비율의 나이오븀은 강철의 강도를 향상시킨다. 나이오븀 함유 초합금의 온도 안정성은 제트 및 로켓 엔진에 사용되는 데 중요하다. 나이오븀은 다양한 초전도 재료에 사용된다. 이들 초전도 합금은 타이타늄과 주석도 포함하며, MRI 스캐너의 초전도 전자석에 널리 사용된다. 나이오븀의 다른 응용 분야로는 용접, 핵 산업, 전자 제품, 광학, 화폐학 및 장신구 등이 있다. 마지막 두 응용 분야에서는 나이오븀의 낮은 독성도와 양극 산화를 통한 착색 능력이라는 특별한 이점이 있다.
몰리브데넘
[편집] 이 부분의 본문은 몰리브데넘입니다.몰리브데넘은 6족 원소 화학 원소로 원소 기호 Mo와 원자 번호 42를 가진다. 그 이름은 신라틴어 Molybdaenum에서 유래했으며, 이는 고대 그리스어 Μόλυβδος molybdos, 즉 납을 의미한다. 이 이름 자체는 아나톨리아어파의 루비아어와 리디아어에서 외래어로 제안된 것이다.[13] 왜냐하면 그 광석들이 납 광석과 혼동되었기 때문이다.[14] 은백색 금속인 이 자유 원소는 모든 원소 중에서 여섯 번째로 높은 녹는점을 가진다. 단단하고 안정적인 탄화물을 쉽게 형성하며, 이러한 이유로 종종 고강도 강철 합금에 사용된다. 몰리브데넘은 지구상에서 천연 금속으로 존재하지 않으며, 오히려 다양한 산화수로 광물에서 발견된다. 산업적으로 몰리브데넘 화합물은 고압 및 고온 응용 분야, 안료 및 촉매로 사용된다.
몰리브데넘 광물은 오랫동안 알려져 왔지만, 이 원소는 1778년 칼 빌헬름 셸레가 "발견"(다른 금속의 광물 염과 새로운 독립체로 구별하는 의미에서)했다. 이 금속은 1781년 페터 야콥 헬름이 처음 분리했다.
대부분의 몰리브데넘 화합물은 물에 대한 용해도가 낮지만, 몰리브덴산 이온 MoO42−는 용해성이 있으며 몰리브데넘 함유 광물이 산소 및 물과 접촉할 때 형성된다.
테크네튬
[편집] 이 부분의 본문은 테크네튬입니다.테크네튬은 원자 번호 43, 원소 기호 Tc를 가진 화학 원소이다. 이 원소는 안정 동위 원소가 없는 가장 낮은 원자 번호 원소이며, 모든 형태가 방사성이다. 거의 모든 테크네튬은 합성으로 생산되며 자연에서는 극미량만 발견된다. 자연적으로 발생하는 테크네튬은 우라늄 광석의 자발적인 핵분열 생성물로 또는 몰리브데넘 광석에서 중성자 포획을 통해 발생한다. 이 은회색 결정성 전이 금속의 화학적 특성은 레늄과 망가니즈의 중간 정도이다.
테크네튬의 많은 특성은 이 원소가 발견되기 전에 드미트리 멘델레예프에 의해 예측되었다. 멘델레예프는 자신의 주기율표에 빈칸이 있음을 지적하고 미발견 원소에 에카망가니즈 (Em)라는 임시 이름을 부여했다. 1937년 테크네튬 (특히 테크네튬-97 동위 원소)은 주로 인공적으로 생산된 최초의 원소가 되었으며, 따라서 그 이름 (그리스어 τεχνητός, "인공적인"을 의미함)이 붙여졌다.
수명이 짧은 감마선 방출 이성질핵인 테크네튬-99m은 다양한 진단 검사를 위해 핵의학에서 사용된다. 테크네튬-99는 감마선이 없는 베타 입자원(源)으로 사용된다. 상업적으로 생산되는 수명이 긴 테크네튬 동위 원소는 원자로에서 우라늄-235의 핵분열 부산물이며 핵연료봉에서 추출된다. 테크네튬의 어떤 동위 원소도 420만 년(테크네튬-98)보다 긴 반감기를 가지지 않기 때문에, 수십억 년 된 적색거성에서 1952년에 이 원소가 검출된 것은 별들이 더 무거운 원소를 생성할 수 있다는 이론을 뒷받침하는 데 도움이 되었다.
루테늄
[편집] 이 부분의 본문은 루테늄입니다.루테늄은 원소 기호 Ru와 원자 번호 44를 가진 화학 원소이다. 주기율표의 백금족에 속하는 희귀 전이 금속이다. 다른 백금족 금속과 마찬가지로 루테늄은 대부분의 화학 물질에 대해 비활성이다. 러시아 과학자 카를 에른스트 클라우스가 1844년에 이 원소를 발견하고 루테니아 (루스의 라틴어 이름)를 따서 명명했다. 루테늄은 일반적으로 백금 광석의 미량 성분으로 존재하며, 연간 생산량은 전 세계적으로 약 12 미터톤에 불과하다. 대부분의 루테늄은 내마모성 전기 접점 및 후막 저항기 생산에 사용된다. 루테늄의 소규모 응용 분야는 일부 백금 합금에 사용되는 것이다.
로듐
[편집] 이 부분의 본문은 로듐입니다.로듐은 희귀하고 은백색이며 단단하고 화학적으로 비활성인 전이 금속이자 백금족 원소인 화학 원소이다. 원소 기호는 Rh이고 원자 번호는 45이다. 단 하나의 동위 원소인 103Rh로 구성된다. 자연적으로 발생하는 로듐은 자유 금속으로, 유사한 금속과 합금된 형태로 발견되며, 화학 화합물로는 발견되지 않는다. 가장 희귀한 귀금속 중 하나이며 가장 값비싼 금속 중 하나이다 (금은 온스당 가격에서 선두를 차지했다).
로듐은 부식에 강한 소위 귀금속으로, 백금족의 다른 원소들과 함께 백금 또는 니켈 광석에서 발견된다. 1803년 윌리엄 하이드 울러스턴에 의해 그러한 광석 중 하나에서 발견되었으며, 강력한 산 혼합물인 왕수와 반응한 후 생성된 염소 화합물 중 하나가 장미색을 띠는 것을 보고 그 이름을 따서 명명되었다.
이 원소의 주요 용도(전 세계 로듐 생산량의 약 80%)는 자동차의 삼원 촉매 변환기의 촉매 중 하나로 사용되는 것이다. 로듐 금속은 부식과 대부분의 공격적인 화학 물질에 대해 비활성이고 희귀하기 때문에, 일반적으로 백금 또는 팔라듐과 합금되어 고온 및 부식 저항성 코팅에 적용된다. 화이트골드는 종종 얇은 로듐 층으로 도금되어 광학적 인상을 개선하고, 스털링 실버는 변색 방지를 위해 종종 로듐 도금된다.
로듐 검출기는 원자로에서 중성자 선속 수준을 측정하는 데 사용된다.
팔라듐
[편집] 이 부분의 본문은 팔라듐입니다.팔라듐은 원소 기호 Pd와 원자 번호 46을 가진 화학 원소이다. 1803년 윌리엄 하이드 울러스턴이 발견한 희귀하고 빛나는 은백색 금속이다. 그는 소행성 팔라스의 이름을 따서 명명했는데, 이 소행성 자체는 그리스 신화의 여신 아테나가 팔라스를 죽였을 때 얻은 별명에서 유래했다. 팔라듐, 백금, 로듐, 루테늄, 이리듐, 오스뮴은 백금족 원소 (PGM)로 불리는 원소 그룹을 형성한다. 이들은 유사한 화학적 특성을 가지지만, 팔라듐은 그중 가장 낮은 녹는점을 가지며 밀도가 가장 낮다.
팔라듐과 다른 백금족 금속의 독특한 특성은 그들의 광범위한 사용범위가 되는 이유를 설명한다. 오늘날 제조되는 모든 제품의 4분의 1은 PGM을 포함하거나 제조 과정에서 PGM이 중요한 역할을 한다.[15] 팔라듐과 그 동족체 백금 공급량의 절반 이상은 촉매 변환기로 들어가며, 이는 자동차 배기가스의 유해 가스(탄화수소, 일산화 탄소, 이산화 질소)를 최대 90%까지 덜 해로운 물질(질소, 이산화 탄소, 수증기)로 전환한다. 팔라듐은 또한 전자 제품, 치의학, 의학, 수소 정화, 화학 응용 분야, 지하수 처리에도 사용된다. 팔라듐은 수소와 산소를 결합하여 전기, 열, 물을 생산하는 연료전지에 사용되는 기술에서 핵심적인 역할을 한다.
팔라듐 및 기타 PGM의 광석 광상은 희귀하며, 가장 광범위한 광상은 남아프리카의 트란스발 분지를 덮는 부시벨드 관입 복합체의 노라이트 벨트, 미국의 몬태나의 스틸워터 관입 복합체, 캐나다 온타리오주의 썬더 베이 지구, 러시아의 노릴스크 복합체에서 발견되었다. 재활용도 팔라듐의 공급원이며, 주로 폐차된 촉매 변환기에서 나온다. 팔라듐의 수많은 응용 분야와 제한된 공급원은 이 금속이 상당한 투자 관심을 끄는 결과를 초래한다.
은
[편집] 이 부분의 본문은 은입니다.은은 원소 기호 Ag([[라틴어|라틴어: argentum]], "회색" 또는 "빛나는"을 뜻하는 인도유럽어족 어근 *arg-에서 유래)와 원자 번호 47을 가진 금속성 화학 원소이다. 부드럽고 흰색의 빛나는 전이 금속으로, 모든 원소 중 가장 높은 도전율을 가지며 모든 금속 중 가장 높은 열전도도를 가진다. 이 금속은 자연에서 순수한 자유 형태(천연 은), 금 및 기타 금속과의 합금, 그리고 아젠타이트 및 클로라르지라이트와 같은 광물에서 발견된다. 대부분의 은은 구리, 금, 납, 아연의 정련 부산물로 생산된다.
은은 오랫동안 귀금속으로 가치를 인정받아 왔으며, 장식품, 장신구, 고가 식기, 조리기구(그래서 은식기라는 용어가 생김), 통화 주화를 만드는 데 사용된다. 오늘날 은 금속은 전기 접점 및 전도체, 거울 및 화학 반응 촉매 반응에도 사용된다. 그 화합물은 사진 필름에 사용되며, 희석된 질산 은 용액 및 기타 은 화합물은 소독제 및 미생물 살균제로 사용된다. 은의 많은 의학적 항미생물제 용도가 항생제로 대체되었지만, 임상적 잠재력에 대한 추가 연구가 계속되고 있다.
카드뮴
[편집] 이 부분의 본문은 카드뮴입니다.카드뮴은 원소 기호 Cd와 원자 번호 48을 가진 화학 원소이다. 이 부드러운 푸르스름한 흰색 금속은 12족에 속하는 다른 두 안정 금속인 아연과 수은과 화학적으로 유사하다. 아연처럼 대부분의 화합물에서 산화수 +2를 선호하며, 수은처럼 전이 금속에 비해 낮은 녹는점을 보인다. 카드뮴과 그 동족체는 원소 상태나 일반적인 산화 상태에서 부분적으로 채워진 d 또는 f 전자 껍질을 가지지 않으므로 항상 전이 금속으로 간주되지는 않는다. 지구 지각의 카드뮴 평균 농도는 0.1에서 0.5 백만분율 (ppm) 사이이다. 1817년 독일에서 슈트로마이어와 헤르만에 의해 탄산 아연의 불순물로 동시에 발견되었다.
카드뮴은 대부분의 아연 광석에 미량 성분으로 존재하므로 아연 생산의 부산물이다. 오랫동안 안료로 사용되었고 강철의 부식 방지 도금에 사용되었으며, 카드뮴 화합물은 플라스틱을 안정화하는 데 사용되었다. 니켈-카드뮴 전지와 카드뮴 텔루라이드 태양 전지판에서의 사용을 제외하고는 카드뮴의 사용은 일반적으로 감소하고 있다. 이러한 감소는 경쟁 기술, 특정 형태 및 농도에서의 카드뮴의 독성도 및 그로 인한 규제 때문이다.[16]
p-구역 원소
[편집]인듐
[편집] 이 부분의 본문은 인듐입니다.인듐은 원소 기호 In과 원자 번호 49를 가진 화학 원소이다. 이 희귀하고 매우 부드러우며 연성 있고 쉽게 녹는 전이후 금속은 화학적으로 갈륨과 탈륨과 유사하며 이 둘 사이의 중간 특성을 보인다. 인듐은 1863년에 발견되었으며, 아연 광석에서 새롭고 알려지지 않은 원소로 존재한다는 첫 번째 증거인 스펙트럼의 남색 선 때문에 명명되었다. 이 금속은 다음 해에 처음 분리되었다. 아연 광석은 인듐의 주요 공급원으로 계속되고 있으며, 그곳에서 화합물 형태로 발견된다. 매우 드물게 이 원소는 천연(자유) 금속 결정 형태로 발견될 수 있지만, 상업적 중요성은 없다.
인듐의 현재 주요 응용 분야는 액정 디스플레이 및 터치스크린에서 인듐 주석 산화물로 투명 전극을 형성하는 것이며, 이 용도가 세계 인듐 채굴 생산량을 크게 결정한다. 얇은 막에서 윤활층을 형성하는 데 널리 사용된다 (제2차 세계 대전 중 고성능 항공기의 베어링 코팅에 널리 사용되었다). 또한 특히 낮은 녹는점 합금을 만드는 데 사용되며, 일부 납이 없는 땜납의 구성 요소이다.
인듐은 어떤 유기체에도 사용되는 것으로 알려져 있지 않다. 알루미늄 염과 유사하게, 인듐(III) 이온은 주사 시 신장에 독성이 있을 수 있지만, 경구 인듐 화합물은 중금속 염의 만성 독성을 가지지 않는다. 이는 아마도 염기성 조건에서 흡수가 잘 되지 않기 때문일 것이다. 방사성 인듐-111 (화학적으로 매우 소량)은 핵의학 검사에서 방사성 추적자로 사용되어 체내의 표지된 단백질과 백혈구의 움직임을 추적한다.
주석
[편집] 이 부분의 본문은 주석 (원소)입니다.주석은 원소 기호 Sn([[라틴어|라틴어: stannum]])과 원자 번호 50을 가진 화학 원소이다. 주기율표의 14족 원소에 속하는 전형 금속이다. 주석은 인접한 14족 원소인 저마늄과 납 모두와 화학적 유사성을 보이며 두 가지 가능한 산화수인 +2와 약간 더 안정한 +4를 가진다. 주석은 49번째로 풍부한 원소이며, 10개의 안정 동위 원소를 가지고 있어 주기율표에서 가장 많은 수의 안정 동위 원소를 가진다. 주석은 주로 석석 광물에서 이산화 주석, SnO2 형태로 얻어진다.
이 은백색의 연성 전이후 금속은 공기 중에서 쉽게 산화되지 않으며, 다른 금속의 부식을 방지하기 위해 코팅하는 데 사용된다. 기원전 3000년부터 대규모로 사용된 최초의 합금은 주석과 구리의 합금인 청동이었다. 기원전 600년 이후 순수한 금속 주석이 생산되었다. 주석 85~90%와 나머지는 일반적으로 구리, 안티모니, 납으로 구성된 합금인 퓨터는 청동기 시대부터 20세기까지 식기로 사용되었다. 현대에는 주석이 많은 합금에 사용되며, 특히 주석/납 연질 땜납에 사용되며 일반적으로 60% 이상의 주석을 함유한다. 주석의 또 다른 큰 응용 분야는 강철의 부식 방지 주석 도금이다. 낮은 독성도 때문에 주석 도금 금속은 식품 포장에도 사용되며, 대부분 강철로 만들어진 통조림 캔이라는 이름을 부여했다.
안티모니
[편집] 이 부분의 본문은 안티모니입니다.안티모니([[라틴어|라틴어: stibium]])는 독성이 있는 화학 원소로 원소 기호 Sb와 원자 번호 51을 가진다. 광택 있는 회색 준금속으로, 자연에서 주로 황화 광물인 휘안석 (Sb2S3)으로 발견된다. 안티모니 화합물은 고대부터 알려져 있었으며 화장품에 사용되었고, 금속성 안티모니도 알려져 있었지만 주로 납으로 식별되었다.
한동안 중국은 안티모니와 그 화합물의 최대 생산국이었으며, 대부분의 생산은 후난성의 시광산에서 나왔다. 안티모니 화합물은 많은 상업용 및 가정용 제품에서 발견되는 염소 및 브로민 함유 방염제의 주요 첨가제이다. 금속성 안티모니의 가장 큰 응용 분야는 납과 주석의 합금 재료로 사용되는 것이다. 이는 땜납, 탄환, 볼베어링 등에 사용되는 합금의 특성을 향상시킨다. 떠오르는 응용 분야는 마이크로일렉트로닉스에서 안티모니를 사용하는 것이다.
텔루륨
[편집] 이 부분의 본문은 텔루륨입니다.텔루륨은 원소 기호 Te와 원자 번호 52를 가진 화학 원소이다. 부서지기 쉽고 약하게 유독하며 희귀한 은백색의 주석과 유사하게 생긴 준금속인 텔루륨은 화학적으로 셀레늄과 황과 관련이 있다. 때때로 천연 형태로, 원소 결정으로 발견된다. 텔루륨은 지구보다 우주에서 훨씬 더 흔하다. 지구 지각에서의 극심한 희귀성은 백금의 희귀성과 비슷하며, 부분적으로는 높은 원자 번호 때문이지만, 또한 휘발성 수소화물을 형성하여 행성의 뜨거운 성운 형성 과정에서 기체로 우주로 손실되었기 때문이다.
텔루륨은 1782년 프란츠 요제프 뮐러 폰 라이헨슈타인이 트란실바니아 (현재 루마니아의 일부)에서 텔루륨과 금을 포함하는 광물에서 발견했다. 마르틴 하인리히 클라프로트는 1798년 "지구"를 의미하는 라틴어 tellus를 따서 이 새로운 원소를 명명했다. 금 텔루라이드 광물(텔루라이드의 이름 유래)은 가장 주목할 만한 천연 금 화합물이다. 그러나 이들은 텔루륨 자체의 상업적으로 중요한 원천이 아니며, 텔루륨은 일반적으로 구리와 납 생산의 부산물로 추출된다.
텔루륨은 주로 합금에 상업적으로 사용되며, 특히 강철과 구리에 첨가되어 가공성을 향상시킨다. 태양 전지판 및 반도체 재료로서의 응용 분야도 상당한 양의 텔루륨 생산량을 소비한다.
아이오딘
[편집] 이 부분의 본문은 아이오딘입니다.아이오딘은 원소 기호 I와 원자 번호 53을 가진 화학 원소이다. 이 이름은 원소 아이오딘 증기의 색깔 때문에 보라색 또는 자주색을 의미하는 고대 그리스어 ἰοειδής ioeidēs에서 유래했다.[17]
아이오딘과 그 화합물은 주로 영양에 사용되며, 산업적으로는 아세트산과 특정 중합체 생산에 사용된다. 아이오딘의 비교적 높은 원자 번호, 낮은 독성도, 그리고 유기 화합물에 쉽게 부착되는 특성으로 인해 현대 의학에서 많은 X선 조영제의 일부가 되었다. 아이오딘은 하나의 안정 동위 원소만을 가진다. 여러 아이오딘 방사성 동위 원소도 의료 응용 분야에서 사용된다.
아이오딘은 지구상에서 주로 물에 잘 녹는 아이오딘화물 I− 형태로 발견되며, 이는 대양과 염수 풀에 농축된다. 다른 할로젠 원소들과 마찬가지로, 자유 아이오딘은 주로 이원자 분자 I2 형태로 존재하며, 이는 자유 산소와 같은 산화제에 의해 아이오딘화물에서 산화된 후에만 순간적으로 존재한다. 우주와 지구에서 아이오딘의 높은 원자 번호는 이 원소를 비교적 희귀한 원소로 만든다. 그러나 해수에 존재한다는 점은 생물학적 역할(아래 참조)을 부여했다.
제논
[편집] 이 부분의 본문은 제논 (원소)입니다.제논은 원소 기호 Xe와 원자 번호 54를 가진 화학 원소이다. 무색, 무겁고, 무취의 비활성 기체인 제논은 지구 대기에 미량으로 존재한다.[18] 일반적으로 비활성이지만, 제논은 합성된 최초의 비활성 기체 화합물인 제논 육플루오린화 백금의 형성 등 몇 가지 화학 반응을 일으킬 수 있다.[19][20][21]
자연적으로 발생하는 제논은 9개의 안정 동위 원소로 구성된다. 또한 40개 이상의 불안정 동위 원소가 방사성 붕괴를 거친다. 제논의 동위 원소 비율은 태양계의 초기 역사를 연구하는 데 중요한 도구이다.[22] 방사성 제논-135는 아이오딘-135에서 핵분열의 결과로 생성되며, 원자로에서 가장 중요한 중성자 흡수체 역할을 한다.[23]
제논은 플래시 램프[24] 및 아크 램프에 사용되며,[25] 전신마취제로도 사용된다.[26] 최초의 엑시머 레이저 설계는 제논 이합체 분자(Xe2)를 활성 레이저 매질로 사용했으며,[27] 초기 레이저 설계는 제논 플래시 램프를 펌프로 사용했다.[28] 제논은 또한 가설적인 약하게 상호작용하는 무거운 입자를 찾는 데[29] 그리고 우주선의 이온 추진기의 추진제로도 사용된다.[30]
생물학적 역할
[편집]루비듐, 스트론튬, 이트륨, 지르코늄, 나이오븀은 생물학적 역할이 없다. 이트륨은 사람에게 폐 질환을 일으킬 수 있다.
몰리브데넘 함유 효소는 일부 박테리아가 대기 중 분자 질소의 화학 결합을 끊는 촉매로 사용되어 생물학적 질소 고정을 가능하게 한다. 현재 박테리아와 동물에서 최소 50개의 몰리브데넘 함유 효소가 알려져 있지만, 박테리아 및 남세균 효소만이 질소 고정에 관여한다. 나머지 효소들의 다양한 기능으로 인해 몰리브데넘은 모든 박테리아는 아니지만 고등 유기체(진핵생물)의 생명에 필수적인 원소이다.
테크네튬, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 은은 생물학적 역할이 없다. 카드뮴은 고등 유기체에서 알려진 생물학적 역할이 없지만, 해양 돌말류에서 카드뮴 의존성 탄산 무수화효소가 발견되었다. 주석이 없는 식단을 섭취한 쥐는 부적절한 성장을 보였지만, 필수성에 대한 다른 증거는 제한적이다.[31][32] 인듐은 생물학적 역할이 없으며 안티모니와 마찬가지로 독성이 있을 수 있다.
텔루륨은 생물학적 역할이 없지만, 균류는 텔루로시스테인 및 텔루로메티오닌과 같은 아미노산에 황과 셀레늄 대신 텔루륨을 통합할 수 있다.[33] 사람의 경우, 텔루륨은 부분적으로 다이메틸 텔루라이드, (CH3)2Te로 대사되는데, 이는 마늘과 같은 냄새가 나는 기체로, 텔루륨 독성 또는 노출 피해자의 숨결에서 배출된다.
아이오딘은 생물학적 기능에서 생명체가 널리 활용하는 가장 무거운 필수 원소이다(몇몇 박테리아 종의 효소에 사용되는 텅스텐만이 더 무겁다). 아이오딘은 초기 지각 원소로서의 낮은 풍부함과 빗물에 의한 수용성 아이오딘화물의 용탈 때문에 많은 토양에서 희귀하여 육상 동물과 내륙 지역 인구에서 많은 결핍 문제를 야기했다. 아이오딘 결핍증은 약 20억 명에게 영향을 미치며, 예방 가능한 지적 장애의 주요 원인이다.[34] 아이오딘은 고등 동물에게 필요하며, 이는 아이오딘을 포함하는 갑상샘 호르몬을 합성하는 데 사용된다. 이 기능 때문에 아이오딘의 방사성 동위 원소는 비방사성 아이오딘과 함께 갑상샘에 농축된다. 높은 핵분열 생성물 수율을 가진 방사성 동위 원소 아이오딘-131은 갑상샘에 농축되며, 핵분열 생성물 중 가장 발암성이 높은 것 중 하나이다.
제논은 생물학적 역할이 없으며, 전신마취제로 사용된다.
각주
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