8족 원소는 주기율표 8족에 속하는 철, 루테늄, 오스뮴, 하슘을 지칭한다. 철은 가장 널리 분포하는 금속으로, 루테늄은 전기 접점에, 오스뮴은 고온에서 광택을 유지하는 데 사용된다. 하슘은 생산이 극도로 제한적이다. 철은 산화물, 황화물 형태로 암석에 포함되어 있으며, 루테늄과 오스뮴은 다른 백금족 원소와 함께 산출된다. 철은 생물학적 역할이 있으며, 루테늄은 항암 치료에 사용될 수 있다.
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주기율표 족 - 14족 원소 14족 원소는 최외각 전자 4개를 가지며 탄소, 규소, 저마늄, 주석, 납, 플레로븀으로 구성되고 원자번호 증가에 따라 비금속에서 금속으로 변하는 경향을 보이며 탄소는 유기화합물 골격, 규소는 지각에서 풍부, 주석과 납은 금속 자원, 플레로븀은 짧은 반감기를 갖는다.
주기율표 족 - 알칼리 토금속 알칼리 토금속은 주기율표 2족에 속하는 금속 원소들의 집합으로, 반응성이 크고 다양한 화합물을 형성하며, 베릴륨과 라듐은 독성을 띤다.
순수하고 매끄러운 순철 표면은 거울처럼 은회색을 띤다. 철은 산소 및 물과 쉽게 반응하여 갈색에서 검은색의 수화된 산화철을 생성하며, 이는 일반적으로 녹으로 알려져 있다. 부동태화 층을 형성하는 다른 금속의 산화물과 달리, 녹은 금속보다 더 많은 부피를 차지하므로 부스러져 더 많은 신선한 표면이 부식에 노출된다. 고순도 철(예: 전해 철)은 부식에 더 강하다. 철은 강자성체이며, 금속 결합 반지름은 124pm이다.
루테늄은 백금족 금속으로, 백금 및 팔라듐 합금을 경화시키는 데 사용된다. 이러한 특성 때문에 전기 접점에 활용되며, 얇은 막만으로도 원하는 내구성을 얻을 수 있다. 로듐과 유사한 특성을 가지면서 비용이 저렴하여 전기 접점이 루테늄의 주요 용도이다. 루테늄 도금은 전기 도금 또는 스퍼터링을 통해 전기 접점 및 전극 베이스 금속에 적용된다. 루테늄의 금속 결합 반지름은 133pm이다.
오스뮴은 단단하지만 부서지기 쉬운 금속으로, 고온에서도 광택을 유지한다. 압축성이 매우 낮아 벌크 탄성 계수가 395~462 GPa로 매우 높게 보고되었으며, 이는 다이아몬드(443 GPa)와 비슷한 수준이다. 오스뮴의 경도는 4 GPa로 적당히 높다. 이러한 경도, 취성, 낮은 증기압(백금족 금속 중 가장 낮음) 및 매우 높은 녹는점(탄소, 텅스텐, 레늄 다음으로 모든 원소 중 네 번째로 높음) 때문에 고체 오스뮴은 가공, 성형 또는 작업이 어렵다. 오스뮴의 금속 결합 반지름은 134pm이다.
하슘 또는 그 화합물의 물리적 성질은 극도로 제한적이고 비용이 많이 드는 생산과 매우 빠른 붕괴 때문에 거의 측정되지 않았다. 하슘 금속의 특성은 아직 알려지지 않았으며 예측만 가능하다.
순수한 철(Fe) 표면은 은회색 광택을 띠지만, 산소 및 물과 쉽게 반응하여 일반적으로 녹으로 알려진 갈색에서 검은색의 수화된 산화철을 형성한다. 다른 금속의 산화물과 달리 녹은 원래 금속보다 부피가 커서 쉽게 부스러지며, 이로 인해 새로운 표면이 계속 부식에 노출된다. 다만, 전기분해로 얻은 고순도 철(전해 철)은 부식에 대한 저항성이 더 높다. 미세한 철 분말은 상온에서 자연 발화할 수 있으며, 고온에서는 탄소, 인, 황과 반응한다. 철은 다른 철족 원소와 마찬가지로 강자성체이다. 또한, 철은 이온화 경향이 크고 부동태를 형성하지 않아 대부분의 산과 반응하여 수소 기체를 발생시키며 이온화된다.
루테늄(Ru)과 오스뮴(Os)은 백금족 원소에 속하는 귀금속으로, 공기 중에서 잘 산화되지 않는 화학적 안정성을 보인다. 이러한 안정성 덕분에 루테늄은 백금이나 팔라듐 합금을 단단하게 만드는 데 사용되며, 특히 전기 접점의 내구성을 높이는 데 활용된다. 로듐과 비슷한 특성을 가지면서도 비용이 저렴하여 전기 접점 도금(전기 도금 또는 스퍼터링)에 주로 쓰인다. 오스뮴은 매우 단단하지만 부서지기 쉬운 특성이 있으며, 고온에서도 광택을 유지하는 등 물리적으로도 안정하지만, 이러한 특성 때문에 가공이 어렵다. 루테늄과 오스뮴은 대부분의 산에 침식되지 않지만, 뜨거운 왕수에는 이온화되어 녹는다.
하슘(Hs)은 생산량이 극히 제한적이고 반감기가 매우 짧아 화학적 성질이 거의 측정되지 않았다. 하슘 금속의 특성은 아직 알려지지 않았으며 예측만 가능한 상태이다. 하지만 화학자들은 실험을 통해 하슘 테트록사이드(HsO4)와 같은 산화물 및 나트륨 하세이트(VII) (Na[HsO4(H2O)2])와 같은 화합물을 성공적으로 합성했으며, 하슘 테트록사이드의 흡착 엔탈피와 같은 일부 화학 관련 특성을 측정하는 데 성공했다.
8족 원소들의 화학적 성질 차이는 최외각 전자 및 내부 전자 껍질의 전자 배치가 주기에 따라 달라지는 것과 관련이 있다. 예를 들어, 철(Fe)은 `[Ar] 3d6 4s2`, 루테늄(Ru)은 `[Kr] 4d7 5s1`, 오스뮴(Os)은 `[Xe] 4f14 5d6 6s2`의 전자 배치를 가진다. 이러한 전자 구조의 차이가 각 원소의 반응성, 이온화 에너지, 전기 음성도 등에 영향을 미친다.
3. 존재 및 생산
질량 기준으로, 철은 지구 지각에서 네 번째로 흔한 원소이다. 적철석, 자철석, 테이코나이트 등 많은 광물에서 발견된다. 철은 이러한 광물을 코크스와 탄산 칼슘과 함께 고로에서 가열하여 상업적으로 생산된다.[2]
루테늄은 지구 지각에서 매우 희귀한 금속이다. 일반적으로 팬틀랜다이트 및 휘석암과 같은 광물에서 발견된다. 니켈 정련의 부산물로 상업적으로 얻을 수 있다.[3]
하슘은 극도로 방사성이 높으며, 따라서 지구 지각에서는 자연적으로 발견되지 않는다. 납-208 원자에 철-58 원자를 충돌시켜 생성된다.[5][6]
4. 생물학적 역할
철은 인체 건강에 필수적인 미네랄이다. 헤모글로빈과 미오글로빈 단백질의 구성 성분으로, 몸 안에서 산소를 운반하는 중요한 역할을 한다. 일부 호르몬의 구성 성분이기도 하다. 몸 안에 철분이 부족하면 철 결핍성 빈혈이 생길 수 있고, 반대로 너무 많으면 독성을 나타낼 수 있다.[7]
일부 루테늄이 포함된 분자는 암 치료에 활용될 가능성이 연구되고 있다.[8] 하지만 일반적으로 루테늄은 인체 내에서 특별한 역할을 하지 않는다.[3]
오스뮴과 하슘은 현재까지 알려진 생물학적 역할이 없다.[4][5]
참조
[1]
서적
Nomenclature of inorganic chemistry: recommendations 1990
Blackwell scientific publ
1990
[2]
웹사이트
"Iron - Element information, properties and uses {{!}} Periodic Table"
https://www.rsc.org/[...]
2023-10-04
[3]
웹사이트
"Ruthenium - Element information, properties and uses {{!}} Periodic Table"
https://www.rsc.org/[...]
2023-10-04
[4]
웹사이트
"Osmium - Element information, properties and uses {{!}} Periodic Table"
https://www.rsc.org/[...]
2023-10-04
[5]
웹사이트
"Hassium - Element information, properties and uses {{!}} Periodic Table"
https://www.rsc.org/[...]
2023-10-04
[6]
웹사이트
"Hassium {{!}} Hs (Element) - PubChem"
https://pubchem.ncbi[...]
2023-10-04
[7]
웹사이트
Office of Dietary Supplements - Iron
https://ods.od.nih.g[...]
2023-10-04
[8]
논문
An Overview of the Potential Medicinal and Pharmaceutical Properties of Ru(II)/(III) Complexes
2023-05-30
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