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9족 원소

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목차

1. 개요

9족 원소는 주기율표의 9족에 속하는 원소들을 지칭하며, 코발트(Co), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 마이트너륨(Mt)이 있다. 코발트, 로듐, 이리듐은 역사적으로 발견되었으며, 마이트너륨은 인공적으로 합성되었다. 코발트는 유리의 푸른색을 내는 데 사용되었고, 로듐은 장신구, 이리듐은 백금 합금에 사용된다. 코발트는 비타민 B12의 구성 성분으로 생물학적 역할을 하며, 반추 동물의 건강에 필수적이다.

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9족 원소
9족 원소
전해 코발트 및 1cm3 큐브
전해 제 코발트, 99,9%
로듐 분말 압착 용융
로듐, 분말, 압착, 재용융 99,99%
순수한 이리듐 조각
순수한 이리듐 조각
주기율표 정보
족 번호9
일반 명칭코발트족
CAS 표기VIIIB의 일부
구 IUPAC 표기VIII의 일부
원소 기호Co, Rh, Ir, Mt
왼쪽8족 원소
오른쪽10족 원소

2. 역사

9족은 1990년 IUPAC에서 채택한 이 족의 현대적 표준 명칭이다.[2] 구 족 명명법에서는 8족 (철, 루테늄, 오스뮴, 하슘) 및 10족 (니켈, 팔라듐, 백금, 다름슈타튬)과 함께 "VIIIB"족(CAS(Chemical Abstracts Service) "U.S. system") 또는 "VIII"족(구 IUPAC(1990년 이전) "European system" 및 멘델레예프의 최초 주기율표)으로 불렸다.

2. 1. 코발트

코발트 화합물은 수세기 동안 유리, 유약, 세라믹에 풍부한 푸른색을 부여하는 데 사용되어 왔다. 코발트는 기원전 3천년 페르시아 보석, 서기 79년에 파괴된 폼페이 유적, 당나라(618–907년)와 명나라(1368–1644년) 시대의 중국에서 발견되었다.[4]

게오르그 브란트(1694–1768)는 1735년경 코발트를 발견하여, 비스무트 및 기타 전통적인 금속과는 구별되는 이전에 알려지지 않은 원소임을 증명한 공로를 인정받고 있다. 브란트는 이를 새로운 "반금속"이라고 불렀다.[5][6] 그는 코발트 금속 화합물이 유리의 푸른색의 근원임을 밝혀냈으며, 이는 이전에 코발트와 함께 발견된 비스무트의 탓으로 여겨졌다. 코발트는 선사 시대 이후 최초로 발견된 금속이 되었다. 다른 알려진 모든 금속(철, 구리, 은, 금, 아연, 수은, 주석, 납, 비스무트)은 기록된 발견자가 없었다.

2. 2. 로듐

윌리엄 하이드 울러스턴


윌리엄 하이드 울러스턴은 1803년에 로듐을 발견했으며,[7] 곧 팔라듐도 발견했다.[8][9][10] 그는 아마도 남아메리카에서 얻은 조악한 백금 광석을 사용했을 것으로 추정된다.[11]

울러스턴의 로듐 발견 절차는 다음과 같다. 먼저 광석을 왕수에 녹이고 수산화 나트륨(NaOH)으로 산을 중화했다. 그런 다음 염화 암모늄(NH4Cl)을 첨가하여 백금을 염화 암모늄 백금산염으로 침전시켰다. 구리, 납, 팔라듐, 로듐과 같은 대부분의 다른 금속은 아연과 함께 침전되었다. 희석된 질산은 팔라듐과 로듐을 제외한 모든 것을 용해시켰다. 이 중 팔라듐은 왕수에 용해되었지만 로듐은 용해되지 않았으며,[12] 로듐은 염화 나트륨을 첨가하여 Na3[RhCl6]·*n*H2O로 침전되었다. 에탄올로 세척한 후, 장미색 침전물은 아연과 반응하여 이온 화합물에서 로듐을 치환 반응시키고, 로듐을 유리 금속으로 방출했다.[13]

2. 3. 이리듐

영국의 과학자 스미슨 테넌트(1761–1815)는 불용성 잔류물을 분석하여 새로운 금속이 포함되어 있다는 결론을 내렸다.[14] 테넌트는 검은 잔류물에서 이전에 발견되지 않았던 두 가지 원소, 이리듐과 오스뮴을 확인했다.[14][15] 그는 수산화 나트륨과 염산을 이용한 일련의 반응을 통해 어두운 붉은색 결정을 얻었다.[13] 그는 이리듐의 여러 염이 강하게 착색되어 있기 때문에, 무지개의 그리스 날개 달린 여신이자 올림포스 신들의 메신저인 이리스(Ἶρις|이리스el)의 이름을 따서 이리듐이라고 명명했다. 새로운 원소의 발견은 1804년 6월 21일 왕립 학회에 보낸 편지에 기록되었다.[14][18]

2. 4. 마이트너륨

페터 암브루스터와 고트프리트 뮌젠베르크가 이끄는 독일 연구팀이 다름슈타트에 있는 중이온 연구소(Gesellschaft für Schwerionenforschung, GSI)에서 처음 합성하였다.[19] 연구팀은 비스무트-209 표적에 철-58의 가속된 핵을 충돌시켜 동위 원소 마이트네륨-266의 단일 원자를 검출했다.[20]

이 연구는 3년 뒤 두브나에 있는 공동 핵 연구소(당시 소련)에서 확인되었다.[20]

3. 성질

연도발견자27코발트2, 8, 15, 21495°C2927°C~1735게오르그 브란트45로듐2, 8, 18, 16, 11964°C3695°C1803W. H. 울러스턴77이리듐2, 8, 18, 32, 15, 22446°C4130°C1803S. 테넌트109마이트너륨2, 8, 18, 32, 32, 15, 2[*]——1982P. 암브루스터와
G. 뮌첸베르크



[*] 예측값.



9족 원소의 전자 구조는 주기에 따라 다르다.

코발트
27Co		로듐
45Rh		이리듐
77Ir
전자 배치[Ar]{}3d^7{}4s^2[Kr]{}4d^8{}5s^1[Xe]{}4f^{14}{}5d{}^7{}6s^2
제1 이온화 에너지
(kJ/mol)		758.8720870
제2 이온화 에너지
(kJ/mol)		16461744 
제3 이온화 에너지
(kJ/mol)		32302997 
제4 이온화 에너지
(kJ/mol)		4950  
전자 친화도
(eV)		0.6611.1371.565
전기 음성도
(Allred-Rochow)		1.701.451.55
금속 결합 반지름
(pm)		125135136
녹는점
(K)		176822372739
끓는점
(K)		320039684701



코발트는 비소 또는 황 화합물 형태로 산출되며, 암석권에 널리 분포(10-3%)하지만 다른 금속과 함께 발견되는 경우가 많다. 로듐과 이리듐은 다른 백금족 원소와 함께 산출되며, 백금족 원소는 암석권의 2×10-6%를 차지한다.

코발트는 고온에서 산화물, 탄소, 인, 황과 반응하며, 강자성을 띤다. 로듐과 이리듐은 공기 중에서 산화되기 어렵다.

코발트의 산화수는 -1, 0, +1, +2, +3, +4가 알려져 있으며, +2, +3가에서 여러 착화합물이 알려져 있다. 로듐은 -1, 0, +1, +2, +3, +4, +6, 이리듐은 -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6의 산화수가 알려져 있다. 로듐은 +1, +3가, 이리듐은 +1, +3, +4가의 화합물이 많다.

로듐과 이리듐은 다른 백금족 원소와 달리 옥소 음이온이나 고원자가 산화물을 형성하지 않는다.

4. 생물학적 역할

9족 원소 중에서는 코발트만이 생물학적 역할을 한다. 코발트는 코발라민의 핵심 성분이며, 이는 미량 원소로서 코발트의 주요 생물학적 저장소인 비타민 B₁₂로도 알려져 있다.[21][22] 반추 동물의 위에 있는 세균은 코발트 염을 비타민 B₁₂로 전환시키는데, 이 화합물은 세균 또는 고세균에 의해서만 생성될 수 있다. 따라서 토양에 코발트가 미량이라도 존재하면 방목 동물의 건강이 현저히 개선되며, 하루에 0.2mg/kg의 섭취가 권장되는데, 이는 이들이 비타민 B₁₂의 다른 공급원을 가지고 있지 않기 때문이다.[23]

코발라민 기반 단백질은 코발트를 유지하기 위해 코린을 사용한다. 조효소 B₁₂는 반응에 참여하는 반응성 C-Co 결합을 특징으로 한다.[24] 인간에서 B₁₂는 두 가지 유형의 알칸 리간드를 갖는다: 메틸과 아데노실. MeB₁₂는 메틸 (−CH₃) 그룹 전달을 촉진한다. B₁₂의 아데노실 형태는 두 개의 인접한 원자 사이에서 수소 원자가 직접 이동하고, 치환체 X(치환기를 가진 탄소 원자, 알코올의 산소 원자 또는 아민일 수 있음)가 동시에 교환되는 재배열을 촉매한다. 메틸말론산 무타제 (MUT)는 MMl-CoA를 Su-CoA로 전환시키는데, 이는 단백질과 지방으로부터 에너지를 추출하는 중요한 단계이다.[25]

5. 용도

코발트 화합물은 수세기 동안 유리, 유약, 세라믹에 풍부한 푸른색을 부여하는 데 사용되어 왔다. 코발트는 기원전 3000년경 페르시아 보석, 서기 79년에 파괴된 폼페이 유적, 당나라 (618–907년)와 명나라 (1368–1644년) 시대의 중국에서 발견되었다.[4]

참조

[1] 논문 New Notations in the Periodic Table http://www.iupac.org[...] 2012-03-24
[2] 서적 Nomenclature of Inorganic Chemistry: Recommendations 1990 Blackwell Science
[3] 웹사이트 Group 9: Transition Metals https://chem.librete[...] 2022-03-24
[4] 웹사이트 Cobalt https://www.britanni[...]
[5] 문서 Georg Brandt first showed cobalt to be a new metal in: G. Brandt (1735) "Dissertatio de semimetallis" (Dissertation on semi-metals), Acta Literaria et Scientiarum Sveciae (Journal of Swedish literature and sciences), vol. 4, pages 1–10.
See also: '''(1)''' G. Brandt (1746) "Rön och anmärkningar angäende en synnerlig färg—cobolt" (Observations and remarks concerning an extraordinary pigment—cobalt), Kongliga Svenska vetenskapsakademiens handlingar (Transactions of the Royal Swedish Academy of Science), vol. 7, pp. 119–130; '''(2)''' G. Brandt (1748) "Cobalti nova species examinata et descripta" (Cobalt, a new element examined and described), Acta Regiae Societatis Scientiarum Upsaliensis (Journal of the Royal Scientific Society of Uppsala), 1st series, vol. 3, pp. 33–41; '''(3)''' James L. Marshall and Virginia R. Marshall (Spring 2003)
[6] 논문 Cobalt—Its recovery, recycling, and application 2006
[7] 논문 On a New Metal, Found in Crude Platina https://books.google[...]
[8] 논문 Rhodium and Palladium – Events Surrounding Its Discovery http://www.platinumm[...]
[9] 논문 On the Discovery of Palladium; With Observations on Other Substances Found with Platina
[10] 논문 The Wollaston/Chenevix controversy over the elemental nature of palladium: A curious episode in the history of chemistry
[11] 서적 CRC handbook of chemistry and physics: a ready-reference book of chemical and physical data https://archive.org/[...] CRC Press
[12] 서적
[13] 논문 Bicentenary of Four Platinum Group Metals: Osmium and iridium – events surrounding their discoveries
[14] 논문 A History of Iridium https://technology.m[...] 2023-10-12
[15] 서적 Nature's Building Blocks: An A–Z Guide to the Elements Oxford University Press 2003
[16] 서적 A System of Chemistry of Inorganic Bodies https://archive.org/[...] Baldwin & Cradock, London; and William Blackwood, Edinburgh 1831
[17] 서적 Discovery of the Elements https://archive.org/[...] Journal of Chemical Education 1968
[18] 논문 On Two Metals, Found in the Black Powder Remaining after the Solution of Platina https://zenodo.org/r[...] 1804
[19] 논문 Observation of one correlated α-decay in the reaction 58Fe on 209Bi→267109
[20] 논문 Discovery of the transfermium elements. Part II: Introduction to discovery profiles. Part III: Discovery profiles of the transfermium elements
[21] 서적 Interrelations between Essential Metal Ions and Human Diseases Springer 2013
[22] 서적 Metallomics and the Cell Springer 2013
[23] 논문 Cobalt requirement of beef cattle – feed intake and growth at different levels of cobalt supply 2000
[24] 서적 Biochemistry https://archive.org/[...] J. Wiley & Sons 1995
[25] 논문 Understanding the Mechanism of B12-Dependent Methylmalonyl-CoA Mutase: Partial Proton Transfer in Action 1999
[26] 서적 Nomenclature of Inorganic Chemistry: Recommendations 1990 Blackwell Science


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