6족 원소는 주기율표의 6족에 속하는 크롬(Cr), 몰리브데넘(Mo), 텅스텐(W), 시보귬(Sg)을 포함하는 화학 원소 그룹이다. 이들은 높은 녹는점을 가지며, 다양한 산화 상태를 나타내는 특징이 있다. 크롬은 1761년 처음 발견되었으며, 몰리브데넘과 텅스텐은 각각 1781년과 1783년에 분리되었다. 시보귬은 1974년에 인공적으로 합성되었다. 이들 원소는 합금, 촉매, 고온 및 내화 재료 등 다양한 산업 분야에 활용되며, 특히 크롬은 스테인리스강 제조에, 텅스텐은 고온 필라멘트 등에 사용된다. 생물학적 역할로는 몰리브데넘이 효소의 구성 성분으로, 텅스텐은 특정 고세균의 효소에서 확인되었으며, 육가 크롬 화합물은 유전 독성 발암 물질로 알려져 있다.
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6족 원소 중 처음으로 발견된 것은 크롬(Cr)으로, 1761년 요한 고틀로프 레만이 러시아 우랄 산맥에서 발견한 광물에서 유래했다. 처음에는 '시베리아 적색 납'으로 불렸으나, 1797년 루이 니콜라 바클랭이 새로운 원소임을 밝혀내고 금속 형태로 분리했다.[1][2] 19세기 동안 크롬은 주로 페인트 안료나 무두질 염료로 사용되었으며, 미국과 터키에서 대규모 광산이 발견되면서 생산량이 늘어났다.[12] 20세기에는 개선된 공정 개발로 전기 도금 분야에서 널리 활용되기 시작했다.[13]
몰리브데넘(Mo)은 오랫동안 흑연이나 납 광석과 혼동되었으나, 1778년 칼 빌헬름 셸레가 새로운 원소의 광석임을 확인했고, 1781년 페테르 야콥 옐름이 처음으로 분리했다.[5][6][7][8] 몰리브데넘은 분리 후 약 1세기 동안 산업적으로 거의 쓰이지 못하다가, 20세기 초 연성 가공 기술 개발과 부유 선광법 도입으로 활용도가 높아졌다.[14][15][16] 특히 제1차 세계 대전과 제2차 세계 대전 중에는 텅스텐을 대체할 전략 물자로 부상하여 차량 장갑 등에 사용되었다.[5][17]
텅스텐(W)은 1781년 칼 빌헬름 셸레가 쉴라이트에서 텅스텐산을 발견하면서 존재가 알려졌고,[9] 1783년 스페인의 엘루야르 형제가 늑대광에서 금속 형태로 분리하는 데 성공했다.[10][11] 텅스텐 역시 제2차 세계 대전 중 고온 저항성과 합금 강화 능력 때문에 무기 생산에 필수적인 전략 자원으로 주목받았으며, 주요 생산국이었던 포르투갈은 정치적 압력을 받기도 했다.[18]
가장 최근에 발견된 6족 원소는 시보귬(Sg)으로, 1974년 미국 로렌스 버클리 연구소의 앨버트 기오르소 연구팀이 캘리포늄(Cf) 원자에 산소(O) 이온을 충돌시키는 방식으로 인공적으로 합성하는 데 성공했다.
크롬은 1761년 7월 26일 요한 고틀로프 레만(Johann Gottlob Lehmann)에 의해 처음 보고되었다. 그는 러시아 우랄 산맥의 베료조프스코예 광산(Beryozovskoye deposit)에서 오렌지-적색을 띤 광물을 발견하고 "시베리아 적색 납"이라고 명명했다. 이 광물은 발견된 지 10년도 안 되어 밝은 노란색 안료로 사용되기 시작했다.[1] 처음에는 셀레늄과 철 성분을 가진 납 화합물로 잘못 알려졌으나, 실제로는 크로코이트였으며 화학식은 PbCrO4이다.[1]
1797년, 루이 니콜라 바클랭은 이 광물을 연구하여 염산과 반응시켜 삼산화 크롬(CrO3)을 얻는 데 성공했다. 1년 뒤인 1798년에는 숯 가마에서 이 산화물을 가열하여 금속 상태의 크롬을 분리해냈다.[2] 바클랭은 또한 루비나 에메랄드와 같은 귀중한 보석에서도 크롬의 흔적을 발견했다.[1][3]
1800년대 동안 크롬은 주로 페인트 안료나 무두질 염료의 재료로 사용되었다. 초기에는 러시아에서 발견된 크로코이트가 주요 공급원이었으나, 1827년 미국볼티모어 근처에서 대규모 크롬철광 매장지가 발견되면서 상황이 바뀌었다. 이 발견으로 미국은 한동안 세계 최대의 크롬 생산국 지위를 유지했다. 그러나 1848년 터키 부르사 근처에서 더 큰 규모의 크롬철광 매장지가 발견되면서 주요 생산국의 지위는 터키로 넘어갔다.[12] 크롬은 1848년부터 전기 도금에 사용되기 시작했지만, 1924년에 개선된 공정이 개발되면서 크롬 도금 기술이 널리 보급되었다.[13]
2. 2. 몰리브데넘
현재 몰리브덴을 추출하는 주요 광석인 몰리브데나이트는 과거 '몰리브데나'로 알려졌으며, 흑연과 혼동되어 흑연처럼 표면을 검게 칠하거나 고체 윤활제로 사용되기도 했다.[4] 심지어 흑연과 구별된 후에도, 몰리브데나는 흔한 납 광석인 갈레나와 혼동되었는데, 이는 '납'을 의미하는 고대 그리스어 Μόλυβδος|몰리브도스grc(''molybdos'')에서 이름이 유래했기 때문이다.[5]
1778년, 스웨덴의 화학자 칼 빌헬름 셸레는 몰리브데나가 흑연이나 납이 아니며, 새로운 원소인 '몰리브덴'의 광석이라는 사실을 밝혀냈다.[6][7] 이후 1781년, 페테르 야콥 옐름이 탄소와 아마인유를 사용하여 몰리브덴을 성공적으로 분리했다.[5][8]
몰리브덴은 분리된 후 약 1세기 동안 산업적으로 거의 사용되지 못했다. 이는 몰리브덴이 비교적 희귀하고 순수한 금속을 추출하기 어려웠으며, 당시 야금 기술이 충분히 발달하지 않았기 때문이다.[14][15][16] 초기에 시도된 몰리브덴 강철 합금은 경도를 높이는 효과를 보여 가능성을 제시했지만, 결과가 일정하지 않고 쉽게 부서지거나 재결정화되는 경향이 있어 실용화에 어려움을 겪었다.
1906년, 윌리엄 D. 쿨리지는 몰리브덴을 연성 상태로 가공하는 기술에 대한 특허를 출원했다. 이로써 몰리브덴은 고온에서도 견딜 수 있는 가열 요소나 텅스텐 필라멘트 전구의 지지대 등으로 활용될 수 있게 되었다. 다만, 몰리브덴은 공기 중에서 쉽게 산화되므로 물리적으로 밀봉하거나 불활성 기체 속에서 보관해야 한다. 1913년에는 프랭크 E. 엘모어가 광석에서 몰리브덴광을 효율적으로 분리하는 부유 선광법을 개발했으며, 이 방법은 현재까지도 주요 분리 공정으로 사용되고 있다.
제1차 세계 대전 동안 몰리브덴의 수요는 급증했다. 차량 장갑이나 고속강 제조 시 부족한 텅스텐을 대체하는 중요한 전략 물자로 사용되었기 때문이다. 예를 들어, 일부 영국 전차는 초기에 75mm 두께의 망간강 장갑판을 사용했지만 방호력이 부족하다는 것이 드러나자, 25mm 두께의 몰리브덴강 판으로 교체하여 속도, 기동성, 방호력을 모두 향상시킬 수 있었다.[5] 전쟁이 끝난 후 수요는 급감했지만, 이후 야금 기술의 발전에 힘입어 평화 시기에도 다양한 응용 분야가 개발되었다. 제2차 세계 대전 중에도 몰리브덴은 강철 합금에서 텅스텐을 대체하는 전략적 중요성을 다시 한번 인정받았다.[17]
2. 3. 텅스텐
1781년 칼 빌헬름 셸레는 쉴라이트(당시에는 텅스텐이라고 불림)에서 새로운 산인 텅스텐산을 만들 수 있다는 것을 발견했다.[9] 셸레와 토르베른 베리만은 이 산을 환원시키면 새로운 금속을 얻을 수 있을 것이라고 제안했다.[9] 1783년, 호세와 파우스토 엘루야르 형제는 늑대광에서 텅스텐산과 동일한 산을 발견했다.[10][11] 그해 말, 스페인에서 형제는 이 산을 숯으로 환원시켜 텅스텐을 성공적으로 분리했으며, 이들이 원소 발견자로 인정받고 있다.[10][11]
제2차 세계 대전에서 텅스텐은 정치적으로 중요한 역할을 했다. 주요 유럽 공급원이었던 포르투갈은 파나스퀘이라의 볼프람광 매장지로 인해 전쟁 당사국 양측으로부터 압력을 받았다. 텅스텐은 고온에서도 잘 견디고 합금을 더욱 강하게 만드는 특성 때문에 무기 산업에서 매우 중요한 원자재로 사용되었다.[18]
2. 4. 시보귬
시보귬은 1974년캘리포니아주버클리에 있는 로렌스 버클리 연구소에서 일한 앨버트 기오르소가 이끄는 과학자 팀에 의해 처음으로 생성되었다. 그들은 캘리포늄-249 원자에 산소-18 이온을 충돌시켜 시보귬-263을 생성했다.
3. 성질
6족 원소는 크롬(Cr), 몰리브데넘(Mo), 텅스텐(W), 시보르기움(Sg)으로 구성된 주기율표의 한 족이다. 이들은 공통적으로 높은 녹는점을 가지는 금속이며, 상대적으로 반응성은 낮은 편이다. 특히 텅스텐은 모든 금속 중 가장 높은 녹는점(3422°C)을 가진다.[19] (물리적 성질 상세는 #물리적 성질 참조)
다른 족 원소들과 달리, 6족 원소 중 가벼운 원소인 크롬과 몰리브데넘은 전자 배치에서 아우프바우 원리의 예외를 보인다. (자세한 내용은 #전자 배치 참조)
화학적으로는 다양한 산화 상태를 가지는 화합물을 형성하는 것이 특징이다. 예를 들어 크롬은 -2에서 +6까지의 모든 산화 상태를 가질 수 있으며,[19] 족 아래로 내려갈수록 +6 산화 상태의 안정성이 증가하는 경향을 보인다.[19] 형성된 화합물은 산화 상태에 따라 염기성, 양쪽성, 산성을 나타내며, 산화 상태가 높아질수록 산성도가 증가한다.[19] (자세한 내용은 #화학적 성질 참조)
시보르기움의 화학적 성질은 아직 충분히 연구되지 않았기 때문에, 주로 크롬, 몰리브데넘, 텅스텐을 중심으로 논의된다.
6족 원소인 크롬, 몰리브데넘, 텅스텐은 모두 높은 녹는점을 가지는 금속이다. 각 원소의 녹는점은 크롬 1907°C, 몰리브데넘 2477°C, 텅스텐 3422°C이다.[19] 특히 텅스텐은 모든 금속 중에서 가장 높은 녹는점을 가진다. 이 금속들은 상대적으로 반응성이 낮은 편이다.[19]
6족 원소들은 7족에서 11족까지의 원소들과 유사하게 높은 녹는점을 가지며, 높은 산화 상태에서 휘발성 화합물을 형성하는 경향이 있다.[19] 이 족의 원소들은 모두 상대적으로 반응성이 낮은 금속이며, 매우 높은 녹는점을 가진다. 크롬(Cr)은 1907°C, 몰리브데넘(Mo)은 2477°C, 텅스텐(W)은 3422°C의 녹는점을 가지는데, 특히 텅스텐의 녹는점은 모든 금속 중에서 가장 높다.[19]
이 금속들은 다양한 산화 상태에서 화합물을 형성한다. 크롬은 -2에서 +6까지 모든 상태에서 화합물을 형성하는 것으로 알려져 있다.[19] 예를 들어, 오카르보닐크롬산이 나트륨(Na2[Cr(CO)5], 산화수 -2), 데카카르보닐이중크롬산이 나트륨(Na2[Cr2(CO)10], 산화수 -1), 비스(벤젠)크롬([Cr(C6H6)2], 산화수 0), 오니트로시아노크롬산 삼칼륨(K3[Cr(CN)5NO], 산화수 +1), 염화 크롬(II)(CrCl2, 산화수 +2), 산화 크롬(III)(Cr2O3, 산화수 +3), 염화 크롬(IV)(CrCl4, 산화수 +4), 과산화사크롬산칼륨(V)(K3[Cr(O2)4], 산화수 +5), 이산화이염화크롬(VI)(CrO2Cl2, 산화수 +6) 등이 있다.[19] 몰리브데넘과 텅스텐도 다양한 산화 상태를 가지지만, +6 상태의 안정성은 족 아래로 내려갈수록 증가한다.[19] 화합물의 성질은 산화 상태에 따라 달라지는데, 금속의 산화 상태가 증가할수록 산성도가 증가하는 경향을 보인다.[19]
산화수 안정성 측면에서 보면, 크롬은 +3 산화 상태(Cr3+)가 자유 에너지가 가장 낮아 매우 안정적이며, +6 산화 상태는 산화력이 강하여 쉽게 환원된다. 반면, 몰리브데넘과 텅스텐은 오히려 고차 산화수 상태가 더 안정하다.
단체의 크롬은 표면에 조밀하고 안정적인 산화 피막을 형성하여 부동태가 되는 성질이 있다. 이 때문에 산화 환원 전위 상으로는 강한 환원력을 보일 것으로 예상되지만 실제로는 그렇지 않은 경우가 많다. 예를 들어 크롬은 염산이나 황산에는 서서히 녹지만, 질산과는 부동태를 형성하여 반응하지 않는다. 몰리브데넘과 텅스텐은 산화력이 약한 산과는 쉽게 반응하지 않는 경향을 보인다.
고온에서는 이들 원소의 반응성이 증가하며, 단체의 크롬, 몰리브데넘, 텅스텐은 산소, 황, 질소, 탄소, 할로겐 등과 반응하여 다양한 화합물을 형성한다.
4. 산출 및 생산
크롬: 지각에서 비교적 풍부하게 발견되는 천연 원소이다.[20] 주요 광물은 크롬철광이며, 남아프리카 공화국이 전 세계 생산량의 상당 부분을 차지하고, 그 뒤를 카자흐스탄, 인도, 러시아, 터키 등이 잇는다.
몰리브데넘: 주로 휘수연광에서 얻으며, 미국, 중국, 칠레, 페루 등에서 주로 채굴된다. 전 세계 연간 총 생산량은 약 20만 톤이다.[21]
텅스텐: 지각에서는 상대적으로 희소한 원소로, 주로 회중석과 석회텅스텐 광물 형태로 존재한다. 주요 생산국은 중국, 러시아, 포르투갈이다.
크롬은 매우 흔한 천연 원소로, 지각에서 21번째로 풍부하며 평균 농도는 100 ppm이다. 지각 함량은 약 0.02%에 해당한다. 크롬의 가장 일반적인 산화 상태는 0가, 3가, 6가이며, 자연에서 발견되는 크롬의 대부분은 6가 상태이다.[20] 주로 크롬철광(FeCr2O4) 형태로 산출되며, 이를 전기로에서 직접 환원하여 페로크롬을 제조한다. 생산된 페로크롬의 대부분은 스테인리스강이나 공구강 제조에 사용된다.
크롬은 착체 화합물을 포함하여 -2부터 +6까지 다양한 산화수를 가질 수 있다. 이 중 3가(Cr+3) 상태가 자유 에너지가 가장 낮아 매우 안정적이며, 반대로 6가(Cr+6) 상태는 산화력이 강해 쉽게 환원된다.
단체의 크롬은 표면에 조밀하고 안정적인 산화 피막을 형성하는 특징이 있다. 이 때문에 산화·환원 전위 상으로는 강한 환원력을 보일 것으로 예상되지만 실제로는 그렇지 않은 경우가 많다. 예를 들어, 크롬은 염산이나 황산에는 서서히 녹아 이온화되지만, 질산과는 부동태를 형성하여 반응하지 않는다. 고온에서는 반응성이 증가하여 산소, 황, 질소, 탄소, 할로겐 등과 반응한다.
몰리브데넘은 주로 휘수연광(MoS2) 형태로 산출되며, 지각에서는 약 1.5×10-3%를 차지한다. 주요 생산국은 미국, 중국, 칠레, 페루 등이며, 전 세계 연간 총 생산량은 약 20만ton이다.[21]
몰리브데넘(42Mo)의 전자 배치는 [Kr]4d55s1이다. 제1 이온화 에너지는 685.0 kJ mol-1이며, 전자 친화도는 0.746 전자볼트, 전기 음성도(Allred-Rochow 척도)는 1.30이다. 녹는점은 2896 K, 끓는점은 4912 K이다.
화학적으로 몰리브데넘은 -2부터 +6까지 다양한 산화수를 가질 수 있으며, +6과 같은 고차 산화수 상태가 비교적 안정하다. 산화력이 약한 산과는 쉽게 반응하지 않지만, 고온에서는 산소, 황, 질소, 탄소, 할로겐 등과 반응한다.
주요 용도로는 강철의 강도와 내열성을 높이는 합금 첨가물이나 텅스텐 필라멘트의 첨가물로 사용된다.
4. 3. 텅스텐
텅스텐은 지구에서 흔하지 않은 원소로, 지각에서의 평균 농도는 1.5 ppm이며, 지각 전체 질량의 1.6×10-3%를 차지한다.[21] 자연에서는 보통 단독 원소 상태로 발견되지 않고, 주로 회중석(CaWO4)이나 철망간중석( (Fe,Mn)WO4 )과 같은 과텅스텐산염 광물 형태로 산출된다. 세계적으로 텅스텐을 가장 많이 생산하는 국가는 중국, 러시아, 포르투갈이다.[21]
텅스텐은 0, +2, +3, +4, +5, +6의 다양한 산화수 상태를 나타낼 수 있다. 몰리브데넘과 마찬가지로 고차 산화수 상태가 안정적인 경향을 보인다.
단체의 텅스텐은 몰리브데넘처럼 산화력이 약한 산과는 쉽게 반응하지 않는다. 그러나 고온에서는 반응성이 증가하여 산소, 황, 질소, 탄소, 할로겐 원소들과 반응한다.
텅스텐은 주로 과텅스텐산염 광석으로부터 제조되며, 생산된 텅스텐의 약 90%는 공구강 제조에 사용된다.
4. 4. 시보귬
시보귬은 초우라늄 원소로, 캘리포늄-249에 산소-18 핵을 충돌시켜 인공적으로 만들어진다. 인공적으로 만들어지므로 자연에서는 존재하지 않는다.[22]
화학적으로 크롬은 -2부터 +6까지 다양한 산화수를 가질 수 있으나, +3가 상태(Cr3+)가 자유 에너지가 가장 낮아 매우 안정적이다. 반면, +6가 상태(Cr6+)는 산화력이 강하여 쉽게 환원된다. 크롬 금속은 표면에 매우 얇고 안정적인 산화 피막을 형성하여 부동태 특성을 나타낸다. 이 때문에 산화 환원 전위 값으로 예상되는 것보다 반응성이 낮아, 질산과 같은 강한 산화성 산에는 잘 반응하지 않는다. 하지만 염산이나 황산에는 서서히 이온화되어 용해된다. 고온에서는 반응성이 증가하여 산소, 황, 질소, 탄소, 할로겐 등과 반응한다.
몰리브데넘의 전자 배치는 [Kr]4d55s1이다. 산화수는 -2부터 +6까지 다양한 상태를 가질 수 있으며, +6과 같은 고차 산화 상태가 비교적 안정적인 경향을 보인다. 산화력이 약한 산과는 쉽게 반응하지 않지만, 고온에서는 산소, 황, 질소, 탄소, 할로겐 등과 반응한다.
텅스텐(기호 '''W''', 원자 번호 74)은 6족 원소에 속하는 금속 원소이다. 전자 배치는 `[Xe]4f145d46s2`이며, 제1 이온화 에너지는 733 kJ mol-1, 전자 친화도는 0.815 eV이다. 융점은 3,695,000, 비점은 5,828,000으로 매우 높다.
지각에서의 함량은 약 1.6×10-3%이며, 주로 과텅스텐산염(CaWO4 또는 FeWO4와 MnWO4의 혼정) 광석 형태로 산출된다.
텅스텐은 0, +2, +3, +4, +5, +6의 산화수를 가질 수 있으며, 몰리브데넘과 마찬가지로 고차 산화수 상태가 안정적인 경향을 보인다. 산화력이 약한 산과는 쉽게 반응하지 않지만, 고온에서는 산소, 황, 질소, 탄소, 할로겐 등과 반응한다.
텅스텐은 다양한 산업 분야에서 활용된다. 생산된 텅스텐의 약 90%는 공구강 제조에 쓰인다. 또한 합금[24] 재료로 중요하며, 특히 제트 엔진 및 가스 터빈과 같은 야금 분야에서 고온 합금으로 사용된다.[25] 높은 융점을 이용해 용접 전극이나 가마 부품과 같은 고온 및 내화성 재료로도 쓰이며, 촉매나 경질 재료 제조에도 이용된다.
6. 생물학적 역할
6족 원소 중 일부는 생명체의 생화학 반응에서 중요한 역할을 수행하는 것으로 알려져 있다. 특히 5주기의 몰리브데넘과 6주기의 텅스텐이 대표적이다. 몰리브데넘은 다양한 생물체의 효소 구성 성분으로 흔히 발견되며, 텅스텐은 특정 고세균(예: ''Pyrococcus furiosus'')에서 몰리브데넘과 유사한 기능을 하는 효소에 포함되어 있는 것으로 확인되었다. 반면, 같은 족의 크롬은 다른 d-블록 전이 금속들과 비교했을 때 뚜렷한 생물학적 역할이 상대적으로 적은 것으로 보이지만, 일부 포유류의 포도당 대사에 관여하는 효소의 일부를 구성할 가능성이 제기되고 있다.
6. 1. 크롬
6족 원소 중 몰리브데넘, 텅스텐과는 달리 크롬은 생물학적 역할이 뚜렷하게 밝혀지지 않았다. 다만 일부 포유류의 포도당 대사에 관여하는 효소의 일부를 구성하는 것으로 추정된다.
크롬(Cr)은 원자 번호 24번의 원소로, 전자 배치는 `[Ar] 3d5 4s1`이다. 제1 이온화 에너지는 652.8 kJ/mol이며, 전기 음성도는 1.56 (Allred-Rochow 기준), 금속 결합 반지름은 125pm이다. 융점은 2,130,000이고 비점은 2,945,000이다.
크롬은 지각 질량의 약 0.02%를 차지하며, 주로 크롬철광(FeCr2O4) 형태로 존재한다. 크롬철광을 전기로에서 직접 환원하여 페로크롬(ferrochrome) 합금을 만드는데, 생산된 크롬의 대부분은 이 페로크롬 형태로 스테인리스강이나 공구강 제조에 사용된다.
크롬은 -2부터 +6까지 다양한 산화수를 가질 수 있다. 이 중 +3가 상태(Cr3+)가 자유 에너지 측면에서 가장 안정적이며, +6가 상태(Cr6+)는 산화력이 강해 쉽게 환원되는 특성을 보인다. 이는 같은 족의 몰리브데넘이나 텅스텐이 높은 산화수 상태에서 더 안정한 것과 대조적이다.
금속 크롬은 표면에 매우 얇고 안정적인 산화 피막을 형성하여 부동태 상태가 되기 쉽다. 이 때문에 산화 환원 전위 상으로는 강한 환원 작용을 보일 것으로 예상되지만, 실제로는 염산이나 황산과 같은 산에 서서히 녹을 뿐이며, 질산과는 부동태 피막 때문에 거의 반응하지 않는다. 고온에서는 반응성이 증가하여 산소, 황, 질소, 탄소, 할로겐 원소들과 반응한다.
6. 2. 몰리브데넘
몰리브데넘(42Mo)은 많은 유기체의 효소에서 중요한 역할을 수행한다. 특히 질소 고정 세균의 질소 고정 효소(nitrogenase)를 포함한 여러 효소의 활성 부위에 존재하여 생화학 반응에 필수적인 원소로 알려져 있다.
몰리브데넘의 전자 배치는 [Kr]4d55s1이다. 주요 물리적, 화학적 특성은 다음과 같다.
지각에서의 존재 비율은 약 1.5×10-3%이며, 주로 황화물 형태인 휘수연광(MoS2)으로 산출된다. 몰리브데넘은 주로 강철의 합금 성분이나 텅스텐 필라멘트의 첨가물로 사용된다.
몰리브데넘은 -2부터 +6까지 다양한 산화수 상태를 가질 수 있으며(+1, +2, +3, +4, +5 포함), 크롬과는 달리 고차 산화수 상태(+6 등)가 상대적으로 안정적인 경향을 보인다.
화학적으로 몰리브데넘은 산화력이 약한 산과는 쉽게 반응하지 않지만, 고온에서는 반응성이 증가하여 산소, 황, 질소, 탄소, 할로겐 등과 반응한다.
6. 3. 텅스텐
텅스텐(W)은 ''Pyrococcus furiosus''와 같은 일부 고세균의 효소에서 몰리브데넘과 유사한 역할을 하는 것으로 확인되었다.
텅스텐의 전자 배치는 [Xe]4f145d46s2이다. 제1 이온화 에너지는 733 kJ/mol이며, 전자 친화도는 0.815 eV, 전기 음성도(Allred-Rochow 척도)는 1.40이다. 6가 양이온(W6+)의 이온 반지름은 배위수에 따라 다르며, 4배위일 때 56 pm, 6배위일 때 74 pm이다. 금속 결합 반지름은 137 pm이다. 융점은 3695 K, 비점은 5828 K이다.
텅스텐은 지각의 0.0016%를 차지하며, 주로 과텅스텐산염(CaWO4 또는 FeWO4와 MnWO4의 혼정) 광석으로부터 제조된다. 생산된 텅스텐의 약 90%는 공구강 제조에 이용된다.
텅스텐은 0, +2, +3, +4, +5, +6의 산화수를 가질 수 있으며, 몰리브데넘과 마찬가지로 높은 산화수 상태가 안정하다. 단체 텅스텐은 산화력이 약한 산과는 쉽게 반응하지 않는다. 고온에서는 산소, 황, 질소, 탄소, 할로겐과 반응한다.
7. 안전성
6족 원소 중 일부는 인체나 환경에 유해할 수 있어 취급 시 주의가 요구된다. 대표적으로 크롬 화합물 중 특정 형태인 육가 크롬은 유전 독성을 지닌 발암 물질로 알려져 있다.[23] 또한 주기율표에서 가장 아래에 위치한 시보귬은 자연적으로는 존재하지 않는 방사성 합성 원소이다. 각 원소의 구체적인 특성과 안전 관련 정보는 해당 원소 문서 및 하위 섹션에서 더 자세히 다룬다.
7. 1. 크롬
육가 크롬 화합물은 유전 독성 발암 물질로 알려져 있다.[23] 크롬(Cr)은 원자번호 24번의 원소로, 전자 배치는 `[Ar]3d54s1`이다.
크롬은 지각의 약 0.02%를 차지하며, 주로 크롬철광(FeCr2O4) 형태로 존재한다. 이 광석을 전기로에서 직접 환원하면 페로크롬이라는 합금이 만들어지는데, 이는 대부분 스테인리스강이나 공구강 제조에 그대로 사용된다.
착체 화합물을 포함하면 크롬은 -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6의 다양한 산화수를 가질 수 있다. 이 중에서 +3가 상태(Cr3+)가 자유 에너지가 가장 낮아 매우 안정적이다. 반면, +6가 상태(Cr6+)는 쉽게 환원되려는 성질이 강해 강력한 산화제로 작용한다.
단체의 크롬은 표면에 조밀하고 안정적인 산화 피막을 형성하는 특징이 있다. 이 피막 덕분에 산화 환원 전위 값만으로는 예상하기 어려운 내식성을 보이기도 한다. 예를 들어, 크롬은 염산이나 황산에는 서서히 녹지만, 질산과는 반응하지 않고 부동태를 형성한다. 고온에서는 반응성이 증가하여 산소, 황, 질소, 탄소, 할로겐 등과 반응한다.
몰리브데넘 (Mo)지각에서의 존재 비율은 1.5×10-3%이며, 주로 황화물 형태인 휘수연광(MoS2)으로 산출된다. 주요 용도는 강철 및 텅스텐필라멘트의 첨가물이다. 몰리브데넘은 -2, 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6의 다양한 산화수를 가질 수 있으며, 크롬과 달리 고차 산화수 상태(+6 등)가 안정하다. 산화력이 약한 산과는 쉽게 반응하지 않지만, 고온에서는 산소, 황, 질소, 탄소, 할로겐 원소들과 반응한다. 텅스텐 (W)지각에서의 존재 비율은 1.6×10-3%이며, 주로 텅스텐산염(CaWO4 또는 FeWO4와 MnWO4의 혼정) 광석에서 얻는다. 생산된 텅스텐의 약 90%는 공구강 제조에 사용된다. 텅스텐은 0, +2, +3, +4, +5, +6의 산화수를 가지며, 몰리브데넘과 마찬가지로 고차 산화수 상태가 안정하다. 몰리브데넘처럼 산화력이 약한 산과는 쉽게 반응하지 않으며, 고온에서는 산소, 황, 질소, 탄소, 할로겐과 반응한다.
7. 3. 시보귬
시보귬은 자연에서는 발견되지 않는 방사성 합성 원소이며, 가장 안정적인 것으로 알려진 동위원소는 반감기가 약 14분이다.
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