로듐
1. 개요
로듐은 1803년 윌리엄 하이드 울러스턴에 의해 발견된 은백색의 단단한 금속으로, 주로 자동차 촉매 변환기의 촉매로 사용된다. 로듐은 백금 광석을 분석하는 과정에서 팔라듐과 함께 발견되었으며, 발견 당시 침전물의 색깔에서 유래하여 이름이 지어졌다. 로듐은 높은 반사율과 내식성을 가지고 있어, 도금, 장신구, 합금 등 다양한 용도로 사용된다. 특히 자동차 배기가스 정화 촉매로 가장 많이 사용되며, 유해 배기가스를 덜 유해한 가스로 변환하는 데 기여한다. 로듐 화합물은 인체에 유해할 수 있으므로 취급에 주의가 필요하다.
| 영어 이름 | Rhodium |
|---|---|
| 일본어 이름 | ロジウム |
| 발음 |
| 원자 번호 | 45 |
|---|---|
| 원소 기호 | Rh |
| 왼쪽 원소 | 루테늄 |
| 오른쪽 원소 | 팔라듐 |
| 위쪽 원소 | Co |
| 아래쪽 원소 | Ir |
| 분류 | 전이 금속 |
| 족 | 9 |
| 주기 | 5 |
| 블록 | d |
이미지 준비중입니다.
| 겉모습 | 은백색 |
|---|---|
| 원자 질량 | 102.90550 |
| 전자 배치 | [Kr] 5s1 4d8 |
| 껍질 당 전자 수 | 2, 8, 18, 16, 1 |
| 상온에서의 상태 | 고체 |
| 밀도 | 12.41 g/cm3 |
| 녹는점에서의 밀도 | 10.7 g/cm3 |
| 녹는점 | 2237 K (1964 °C, 3567 °F) |
| 끓는점 | 3968 K (3695 °C, 6683 °F) |
| 융해열 | 26.59 kJ/mol |
| 기화열 | 494 kJ/mol |
| 열용량 | 24.98 J/(mol·K) |
| 증기압력 (1 Pa) | 2288 K |
| 증기압력 (10 Pa) | 2496 K |
| 증기압력 (100 Pa) | 2749 K |
| 증기압력 (1 kPa) | 3063 K |
| 증기압력 (10 kPa) | 3405 K |
| 증기압력 (100 kPa) | 3997 K |
| 결정 구조 | 면심 입방정계 |
| 일본어 결정 구조 | 면심입방 |
| 산화 상태 | 6, 5, 4, 3, 2, 1, -1 (양쪽성 산화물) |
| 전기 음성도 | 2.28 |
| 이온화 에너지 | 1차: 719.7 kJ/mol 2차: 1740 kJ/mol 3차: 2997 kJ/mol |
| 원자 반지름 | 134 pm |
| 공유 반지름 | 142±7 pm |
| 자기 정렬 | 상자성 |
| 전기 저항 (0°C) | 43.3 nΩ·m |
| 열전도율 | 150 W/(m·K) |
| 열팽창 계수 (25°C) | 8.2 µm/(m·K) |
| 음속 (20°C 막대) | 4700 m/s |
| 영률 | 380 GPa |
| 전단 탄성 계수 | 150 GPa |
| 부피 탄성 계수 | 275 GPa |
| 푸아송 비 | 0.26 |
| 모스 경도 | 6.0 |
| 비커스 경도 | 1246 MPa |
| 브리넬 경도 | 1100 MPa |
| CAS 등록 번호 | 7440-16-6 |
| 로듐-99 | 존재: 인공 방사성 동위 원소 반감기: 16.1 d 붕괴 방식: ε 붕괴 에너지: - 생성 원소: 99Ru 붕괴 방식 2: γ 붕괴 에너지 2: 0.089, 0.353, 0.528 MeV |
|---|---|
| 로듐-101 | 존재: 인공 방사성 동위 원소 반감기: 3.3 y 붕괴 방식: ε 붕괴 에너지: - 생성 원소: 101Ru 붕괴 방식 2: γ 붕괴 에너지 2: 0.127, 0.198, 0.325 MeV |
| 로듐-101m | 존재: 인공 방사성 동위 원소 반감기: 4.34 d 붕괴 방식: ε 붕괴 에너지: - 생성 원소: 101Ru 붕괴 방식 2: IT 붕괴 에너지 2: 0.157 MeV 생성 원소 2: 101Rh 붕괴 방식 3: γ 붕괴 에너지 3: 0.306, 0.545 MeV |
| 로듐-102 | 존재: 인공 방사성 동위 원소 반감기: 207 d 붕괴 방식: ε 붕괴 에너지: - 생성 원소: 102Ru 붕괴 방식 2: β+ 붕괴 에너지 2: 0.826, 1.301 MeV 생성 원소 2: 102Ru 붕괴 방식 3: β- 붕괴 에너지 3: 1.151 MeV 생성 원소 3: 102Pd 붕괴 방식 4: γ 붕괴 에너지 4: 0.475, 0.628 MeV |
| 로듐-102m | 존재: 인공 방사성 동위 원소 반감기: 2.9 y 붕괴 방식: ε 붕괴 에너지: - 생성 원소: 102Ru 붕괴 방식 2: γ 붕괴 에너지 2: 0.475, 0.631, 0.697, 1.046 MeV |
| 로듐-103 | 존재: 안정 동위 원소 존재비: 100% 중성자 수: 58 |
| 로듐-105 | 존재: 인공 방사성 동위 원소 반감기: 35.36 h 붕괴 방식: β- 붕괴 에너지: 0.247, 0.260, 0.566 MeV 생성 원소: 105Pd 붕괴 방식 2: γ 붕괴 에너지 2: 0.306, 0.318 MeV |
-
로듐 -
로듐 동위 원소
자연 상태에서 안정적인 로듐-103을 포함한 로듐 동위 원소들은 방사성 붕괴를 겪으며, 로듐-103은 중성자 검출기나 의학 분야에 활용되고, 로듐은 전기 접점, 합금, 촉매 등 산업 분야에서 활용된다. -
전이 금속 -
아연
아연은 청회색 금속으로, 적당한 반응성을 지닌 환원제이며, 내식성이 뛰어나 도금에 사용되고, 합금의 주요 성분이며, 인체 필수 미량 원소이지만 과다 섭취 시 독성을 나타낸다. -
전이 금속 -
백금
백금은 은백색의 귀금속으로, 화학적으로 안정적이고 다양한 용도로 사용되며, 촉매, 전기 접점 재료, 장신구, 자동차 배기가스 제어 장치 등에 사용되고, 남아프리카 공화국과 러시아에서 주로 생산된다. -
원소 정보 -
토륨
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원소 정보 -
아연
아연은 청회색 금속으로, 적당한 반응성을 지닌 환원제이며, 내식성이 뛰어나 도금에 사용되고, 합금의 주요 성분이며, 인체 필수 미량 원소이지만 과다 섭취 시 독성을 나타낸다.
2. 역사
로듐은 1803년 윌리엄 하이드 울러스턴이 남아메리카에서 발견된 백금 광석을 분석하는 과정에서 팔라듐과 함께 발견하였다. 그는 백금 광석을 왕수에 녹인 후 수산화 나트륨으로 중화시키고 염화 암모늄을 이용하여 백금을 분리하였다. 광석에 포함된 구리, 납, 팔라듐, 로듐 등은 아연과 반응하여 침전물을 생성하는데 이를 다시 묽은 질산에 반응시키면 팔라듐과 로듐만이 남는다. 여기에 다시 왕수와 염화 나트륨을 가하면 적갈색의 로듐 화합물(Na3[RhCl6].H2O)이 침전물로 남게 되는데(Na3[RhCl6].H2O) 이를 다시 에탄올로 씻어내자 로듐이 아연으로 치환되어 순수한 로듐을 얻을 수 있었다. 이때 생성되는 침전물의 색깔에서 ῥόδον(rhodon, 그리스어로 '장미'라는 뜻)에서 '로듐'이라는 이름을 따온 것이다.
로듐은 발견 이후 한동안 널리 쓰이지 않다가 부식을 방지하거나 장식을 위한 목적으로 도금에 사용되기 시작하였다. 1976년 볼보가 3원 촉매 변환기를 도입하면서 로듐에 대한 수요가 증가했다. 이전의 촉매 변환기는 백금이나 팔라듐을 사용했지만, 3원 촉매 변환기는 배기가스 중 NOx의 양을 줄이기 위해 로듐을 사용했다.
2014년에는 교토대학에서 로듐과 동등 이상의 성질을 가진 루테늄과 팔라듐 합금을 개발하여 대체 이용이 기대되고 있다.
2.1. 대한민국에서의 로듐
3. 특성
로듐은 단단한 은백색 금속으로, 반사율이 높다. 순수한 로듐은 가열해도 산소와 반응하지 않는다. 일반적인 상태에서는 녹는점 근처에서만 산소를 흡수하지만 다시 냉각시키면 다시 산소를 내놓는다. 백금보다는 녹는점이 높고 밀도가 낮으며, 왕수를 제외한 대부분의 산과는 반응하지 않는다.
주기율표의 9족에 속하지만 같은 족 원소들과는 다른 전자배치를 갖는다. 최외각 전자껍질의 전자수가 같은 족 원소들과는 다르다(코발트 2개, 로듐 1개, 이리듐 2개). 이러한 현상은 이웃한 나이오븀, 루테늄, 팔라듐에서도 찾아볼 수 있다.
0에서 +6까지의 산화 상태를 가질 수 있으며, 이 중 가장 흔한 것은 +3이다.
3.1. 화학적 성질
로듐은 단단한 은백색 금속으로, 반사율이 높다. 순수한 로듐은 가열해도 산소와 반응하지 않는다. 일반적인 상태에서는 녹는점 근처에서만 산소를 흡수하지만 다시 냉각시키면 다시 산소를 내놓는다. 백금보다는 녹는점이 높고 밀도가 낮으며, 왕수를 제외한 대부분의 산과는 반응하지 않는다.
주기율표의 9족에 속하지만 같은 족 원소들과는 다른 전자배치를 갖는다. 최외각 전자껍질의 전자수가 같은 족 원소들과는 다르다(코발트 2개, 로듐 1개, 이리듐 2개). 이러한 현상은 이웃한 나이오븀, 루테늄, 팔라듐에서도 찾아볼 수 있다.
0에서 +6까지의 산화 상태를 가질 수 있으며, 이 중 가장 흔한 것은 +3이다. 로듐의 일반적인 산화 상태는 +3과 +1이다. 산화 상태 0, +2, +4도 잘 알려져 있다. 더 높은 산화 상태의 몇몇 착물들도 알려져 있다.
| 로듐의 산화 상태 | |
|---|---|
| +0 | {{chem|Rh|4|(||CO)|12|} | }