13족 원소

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 원시 원소 인공 원소

붕소족(Boron group)은 주기율표의 13족에 속하는 원소로, 붕소 (B), 알루미늄 (Al), 갈륨 (Ga), 인듐 (In), 탈륨 (Tl), 니호늄 (Nh)으로 구성된다. 이 족은 주기율표의 p-구역에 있다. 붕소족 원소는 세 개의 원자가 전자를 갖는다는 특징이 있다. 이 원소는 트라이엘(triels)이라고도 불린다.

몇몇 13족 원소는 생태계에서 생물학적 역할을 한다. 붕소는 인간의 미량 원소이며 일부 식물에 필수적이다. 붕소 부족은 식물 성장을 억제할 수 있으며, 과다 역시 성장을 저해하여 해를 끼칠 수 있다. 알루미늄은 생물학적 역할도 유의미한 독성도 없으며 안전하다고 간주된다. 인듐과 갈륨은 신진대사를 자극할 수 있으며;Pharmacology and Nutritional Intervention in the Treatment of Disease edited by Faik Atroshi, page 45 갈륨은 철 단백질에 결합하는 능력이 있다. 탈륨은 매우 독성이 강하여 수많은 필수 효소의 기능을 방해하며 농약으로 사용되기도 했다.

 특징 
다른 족들과 마찬가지로, 이 족의 구성원들은 전자 배열, 특히 가장 바깥 껍질에서 일정한 경향을 보여 화학적 행동의 경향으로 이어진다.

Z  원소  껍질당 전자 수 5  붕소  2, 3 13  알루미늄  2, 8, 3 31  갈륨  2, 8, 18, 3 49  인듐  2, 8, 18, 18, 3 81  탈륨  2, 8, 18, 32, 18, 3 113  니호늄  2, 8, 18, 32, 32, 18, 3(예상)

붕소족은 위에서 보여준 전자 배열과 일부 원소의 특성에서 경향이 두드러진다. 반응성의 경향의 한 예는 붕소가 수소와 반응성 화합물을 형성하는 경향이 있다는 것이다. 그러나 붕소는 다른 족 구성원과는 다르다. 붕소는 모든 원소 중 경도가 다이아몬드에 이어 두 번째로 높다. 붕소는 준금속으로 간주되는 반면, 이 족의 다른 원소는 전부 금속이며, 붕소의 녹는점은 2076°C로, 족에서 두 번째로 높은 알루미늄의 606°C보다 훨씬 높다..

 화학적 반응성 

 수소화물 
붕소족의 대부분의 원소는 원자 질량이 증가하고 원자 번호가 높아질수록 반응성이 증가하는 경향을 보인다. 이 족의 첫 번째 원소인 붕소는 일반적으로 고온을 제외하고는 많은 원소와 반응하지 않지만, 때로는 보레인이라고 불리는 많은 수소 화합물을 형성할 수 있다. 가장 간단한 보레인은 다이보레인, 또는 B2H6이다. 다른 예로는 B10H14가 있다.

다음 13족 원소인 알루미늄과 갈륨은 더 적은 수소화물을 형성하지만, AlH3와 GaH3는 모두 존재한다. 이 족의 다음 원소인 인듐은 포스핀 착물  (Cy=사이클로헥실)과 같은 복합 화합물을 제외하고는 많은 수소화물을 형성하는 것으로 알려져 있지 않다. 탈륨과 수소의 안정적인 화합물은 어떤 실험실에서도 합성되지 않았다.

  붕소족의 몇 가지 일반적인 화합물
Downs, pp. 197–201Downs, pp. 195–196Henderson, p. 6 원소산화물수소화물플루오린화물염화물황화물 붕소(β/g/α)B2O3  B2H6  BF3  BCl3  B2S3B2O  B10H14     B6O  BH3  B2F4     B5H9  BF     B6H12       B4H10       B        B       B20H26      알루미늄 (γ/δ/η/θ/χ)Al2O3 (α/α`/β/δ/ε/θ/γ) AlH3  AlF3  AlCl3  (α/β/γ) Al2S3Al2O  Al2H6     AlO  AlH4             갈륨(α/β/δ/γ/ε) Ga2O3  Ga2H6  GaF3  GaCl3  GaS  GaH4    GaCl2   GaH3    Ga2Cl4       Ga2Cl6              Ga  인듐 In2O3  InH3  InF3  InCl3  (α/β/γ) In2S3 In2O        탈륨 Tl2O3  TlH3  TlF  TlCl  Tl2O  TlH  TlF3  TlCl3  TlO2      TlCl2  Tl4O3      Tl2Cl3  니호늄 (Nh2O)
 (NhH)   (NhF)  (NhCl)  NhOH (Nh2O3) (NhH3)  (NhF3)  (NhCl3)     ()  

 산화물 
붕소족의 모든 원소는 세 개의 산소 원자와 두 개의 원소 원자가 공유 결합으로 결합된 3가 산화물을 형성하는 것으로 알려져 있다. 이 원소는 pH가 증가하는 경향을 보인다 (산성에서 염기성으로). 산화 붕소 (B2O3)는 약산성이고, 알루미늄과 갈륨 산화물 (각각 Al2O3와 Ga2O3)은 양쪽성 물질이며, 산화 인듐(III) (In2O3)은 거의 양쪽성 물질이고, 탈륨(III) 산화물 (Tl2O3)은 산에 용해되어 염을 형성하므로 루이스 염기이다. 이 화합물은 모두 안정하지만, 산화 탈륨은 875°C 이상의 온도에서 열분해된다.

섬네일|right|붕소의 산화물 중 하나인 삼산화 붕소 (B2O3) 분말 시료

 할로젠화물 
13족 원소는 또한 할로젠과 안정적인 화합물을 형성할 수 있으며, 일반적으로 MX3 (M은 붕소족 원소, X는 할로젠)의 공식을 따른다.Henderson, p. 60 첫 번째 할로젠인 플루오린은 시험된 모든 원소(네온과 헬륨 제외)와 안정적인 화합물을 형성할 수 있으며, 붕소족도 예외는 아니다. 니호늄이 방사능으로 인해 자발적으로 붕괴하기 전에 플루오린과 NhF3 화합물을 형성할 수도 있다고 추정된다. 염소 또한 탈륨을 포함한 붕소족의 모든 원소와 안정적인 화합물을 형성하며, 니호늄과 반응할 것으로 추정된다. 모든 원소는 적절한 조건에서 브로민과 반응하며, 다른 할로젠과 마찬가지로 염소나 플루오린보다 덜 격렬하게 반응한다. 아이오딘은 비활성 기체를 제외한 주기율표의 모든 자연 원소와 반응하며, 알루미늄과 폭발적으로 반응하여 AlI3를 형성하는 것으로 유명하다. 다섯 번째 할로젠인 아스타틴은 방사능과 짧은 반감기 때문에 몇 가지 화합물만 형성했으며, At-Al, -Ga, -In, -Tl 또는 -Nh 결합을 가진 화합물에 대한 보고는 없지만, 과학계는 금속과 염을 형성할 것이라고 추정한다. 17족의 여섯 번째이자 마지막 구성원인 테네신도 붕소족 원소와 화합물을 형성할 수 있지만, 테네신은 순전히 인공적으로 생성되어야 하므로 그 화학적 성질은 아직 조사되지 않았으며, 어떤 화합물이라도 극심한 방사능으로 인해 형성 즉시 거의 붕괴될 가능성이 높다.

 물리적 특성 
붕소족 원소는 비슷한 물리적 특성을 가지고 있지만, 붕소의 특성은 대부분 예외적이다. 예를 들어, 붕소 자체를 제외한 붕소족의 모든 원소는 부드럽다. 또한, 13족의 다른 모든 원소들은 중간 온도에서 상대적으로 반응성이 높지만, 붕소의 반응성은 매우 높은 온도에서만 비교할 만하다. 모든 원소가 공통적으로 가지고 있는 한 가지 특징은 원자가 껍질에 세 개의 전자를 가지고 있다는 것이다. 준금속인 붕소는 상온에서는 열 및 전기 절연체이지만, 고온에서는 열과 전기의 좋은 전기 전도체이다. 붕소와 달리 이 족의 금속은 정상적인 조건에서 좋은 전도체이다. 이는 모든 금속이 대부분의 비금속보다 열과 전기를 더 잘 전도한다는 오랜 일반화와 일치한다.

 산화수 
불활성 전자쌍 효과는 13족 원소, 특히 탈륨과 같은 무거운 원소에서 두드러진다. 이는 다양한 산화수를 만든다. 가벼운 원소에서는 +3 상태가 가장 안정적이지만, 원자 번호가 증가할수록 +1 상태가 더욱 보편화되어 탈륨에서 가장 안정적이다.Henderson, p. 57 붕소는 +1 또는 +2의 낮은 산화수를 가진 화합물을 형성할 수 있으며, 알루미늄도 마찬가지이다. 갈륨은 +1, +2, +3의 산화수를 가진 화합물을 형성할 수 있다. 인듐은 갈륨과 비슷하지만, +1 화합물이 가벼운 원소보다 더 안정적이다. 불활성 전자쌍 효과의 강도는 탈륨에서 최대이며, 탈륨은 일반적으로 +1 산화 상태에서만 안정적이지만, 일부 화합물에서는 +3 상태도 나타난다. 이후 +2의 형식 산화 상태를 가진 안정하고 단량체적인 갈륨, 인듐, 탈륨 라디칼이 보고되었다. 니호늄은 +5의 산화수를 가질 수 있다.

 주기적 경향 
붕소족 원소의 특성에서 관찰할 수 있는 몇 가지 경향이 있다. 이 원소들의 끓는점은 주기가 증가할수록 감소하는 경향이 있으며, 밀도는 증가하는 경향이 있다.
섬네일|붕소족의 안정적인 5가지 원소
원소  끓는점  밀도 (g/cm3) 붕소  4,000 °C  2.46 알루미늄  2,519 °C  2.7 갈륨  2,204 °C  5.904 인듐  2,072 °C  7.31 탈륨  1,473 °C  11.85

 핵 
인공적으로 합성된 니호늄을 제외하고, 붕소족의 모든 원소는 안정적인 동위 원소를 가지고 있다. 모든 원자 번호가 홀수이기 때문에 붕소, 갈륨, 탈륨은 두 개의 안정 동위 원소만을 가지고 있으며, 알루미늄과 인듐은 단일 동위 원소이다. 비록 자연에서 발견되는 대부분의 인듐은 약한 방사성 115In이지만 말이다. 10B와 11B는 모두 안정하며, 27Al, 69Ga와 71Ga, 113In, 203Tl와 205Tl도 마찬가지이다. 이 모든 동위 원소는 자연에서 거시적인 양으로 쉽게 발견된다. 이론적으로는 원자 번호가 66번보다 큰 모든 동위 원소는 알파 붕괴에 대해 불안정해야 한다. 반대로, 원자 번호가 66번 이하인 모든 원소(Tc, Pm, Sm, Eu 제외)는 이론적으로 모든 형태의 붕괴에 대해 에너지적으로 안정적인 동위 원소를 적어도 하나 가지고 있다(양성자 붕괴는 관찰된 적이 없으며, 자발 핵분열은 원자 번호가 40번보다 큰 원소에서 이론적으로 가능하다).

다른 모든 원소와 마찬가지로, 붕소족 원소도 자연에 미량으로 존재하거나 합성적으로 생산되는 방사성 동위 원소를 가지고 있다. 이 불안정한 동위 원소 중 가장 수명이 긴 것은 인듐 동위 원소 115In으로, 의 극도로 긴 반감기를 가진다. 이 동위 원소는 약간의 방사능에도 불구하고 자연적으로 발생하는 대부분의 인듐을 구성한다. 가장 수명이 짧은 것은 7B로, 의 짧은 반감기를 가지며, 측정 가능한 붕소 동위 원소 중 가장 적은 중성자를 가진다. 일부 방사성 동위 원소는 과학 연구에서 중요한 역할을 하며; 소수는 상업용 제품 생산에 사용되거나, 드물게는 완제품의 구성 요소로 사용된다.Downs, pp. 19–24

 역사 
붕소족은 수년 동안 여러 이름을 가지고 있었다. 이전 관례에 따르면 유럽 명명법에서는 IIIB족, 미국 명명법에서는 IIIA족이었다. 이 족은 또한 "지구 금속"과 "트라이엘"이라는 두 가지 집합적인 이름을 얻었다. 후자의 이름은 라틴어 접두사 tri- ("셋")에서 유래했으며, 예외 없이 모든 이 원소들이 원자가 껍질에 가지고 있는 세 개의 원자가 전자를 의미한다. "트라이엘"이라는 이름은 1970년에 국제 순수·응용 화학 연합 (IUPAC)에 의해 처음 제안되었다.

붕소는 고대 이집트인들에게 알려져 있었지만, 붕사 광물 형태로만 알려져 있었다. 이 준금속 원소는 1808년 험프리 데이비가 전기 분해 방식으로 추출할 수 있을 때까지 순수한 형태로 알려지지 않았다. 데이비는 붕소 함유 화합물을 물에 용해시키고 전류를 흘려 화합물의 원소들을 순수한 상태로 분리하는 실험을 고안했다. 더 많은 양을 생산하기 위해 그는 전기 분해에서 나트륨 환원으로 전환했다. 데이비는 이 원소를 보라키움이라고 명명했다. 동시에 두 명의 프랑스 화학자인 조제프 루이 게이뤼삭과 루이 자크 테나르는 철을 사용하여 붕산을 환원했다. 그들이 생산한 붕소는 산화되어 산화 붕소가 되었다.

알루미늄은 붕소와 마찬가지로, 세계 일부 지역에서 흔한 광물인 백반에서 추출되기 전에 광물 형태로 먼저 알려졌다. 앙투안 라부아지에와 험프리 데이비는 각자 독립적으로 추출을 시도했다. 둘 다 성공하지 못했지만, 데이비는 이 금속에 현재의 이름을 부여했다. 1825년에야 덴마크 과학자 한스 크리스티안 외르스테드가 상당히 불순한 형태의 원소를 성공적으로 추출했다. 많은 개선이 뒤따랐으며, 불과 2년 후 프리드리히 뵐러가 중요한 진전을 이루었지만, 그의 약간 수정된 절차 역시 불순한 제품을 산출했다. 알루미늄의 첫 번째 순수 시료는 앙리 에티엔 생클레르 드빌이 성공했는데, 그는 절차에서 칼륨을 나트륨으로 대체했다. 당시 알루미늄은 귀하게 여겨졌고, 금과 은과 같은 금속 옆에 전시되었다.Downs, p. 15 오늘날 사용되는 방법인 빙정석에 용해된 산화 알루미늄의 전기 분해는 1880년대 후반에 찰스 마틴 홀과 폴 에루에 의해 개발되었다.

섬네일|인듐이 함유될 수 있는 광물 섬아연석

탈륨은 붕소족에서 가장 무거운 안정 원소로, 1861년에 윌리엄 크룩스와 클로드 오귀스트 라미가 발견했다. 갈륨과 인듐과는 달리, 탈륨은 드미트리 멘델레예프가 예측하지 않았는데 멘델레예프가 주기율표를 발명하기 전에 발견되었기 때문이다. 그 결과, 아무도 1850년대 크룩스와 라미가 황산 생산 잔류물을 조사할 때까지 그것을 찾고 있지 않았다. 스펙트럼에서 그들은 완전히 새로운 선, 짙은 녹색 줄무늬를 보았는데, 크룩스는 이를 그리스어 θαλλός ()에서 따와 녹색 새싹 또는 작은 가지를 의미하는 것으로 명명했다. 라미는 새로운 금속을 더 많은 양으로 생산할 수 있었고, 그 화학적 및 물리적 특성 대부분을 결정했다.

인듐은 붕소족의 네 번째 원소이지만, 세 번째 원소인 갈륨보다 먼저, 다섯 번째 원소인 탈륨보다 나중에 발견되었다. 1863년 페르디난트 라이히와 그의 조수 히에로니무스 테오도르 리히터는 섬아연석 (ZnS)으로도 알려진 아연 황화물 광물 샘플에서 새로 발견된 원소 탈륨의 분광선을 찾고 있었다. 라이히는 백금 금속 코일에서 광석을 가열하고 분광기에 나타나는 선들을 관찰했다. 예상했던 녹색 탈륨 선 대신, 그들은 짙은 남색의 새로운 선을 보았다. 이는 새로운 원소에서 오는 것이 틀림없다고 결론 내리고, 그들은 이 원소에 특징적인 남색을 따서 이름을 붙였다.Emsley, p. 192

갈륨 광물은 1875년 8월, 원소 자체가 발견되기 전까지는 알려지지 않았다. 이는 주기율표의 발명가인 드미트리 멘델레예프가 6년 전에 존재를 예측했던 원소 중 하나였다. 아연 황화물 광석에서 분광선을 조사하던 프랑스 화학자 폴 에밀 르코크 드 부아보드랑은 광석에서 새로운 원소의 징후를 발견했다. 그는 불과 3개월 만에 시료를 생산할 수 있었는데, 이를 수산화 칼륨 (KOH) 용액에 녹여 전류를 흘려 정제했다. 다음 달 그는 프랑스 과학 아카데미에 자신의 발견을 발표하고, 이 새로운 원소를 현대 프랑스의 그리스어 이름인 갈리아(Gaul)를 따서 명명했다.Emsley, pp. 158–159

붕소족의 마지막으로 확인된 원소인 니호늄은 발견된 것이 아니라 생성 또는 합성되었다. 이 원소의 합성은 러시아의 합동원자핵연구소 팀과 미국의 로렌스 리버모어 국립연구소가 처음 존재를 보고했지만, 2003년 8월에 실험을 성공적으로 수행한 것은 두브나 팀이었다. 니호늄은 모스코븀의 붕괴 사슬에서 발견되었으며, 이는 몇 개의 귀중한 니호늄 원자를 생산했다. 그 결과는 이듬해 1월에 발표되었다. 이후 약 13개의 원자가 합성되었고 다양한 동위 원소가 특성화되었다. 그러나 그들의 결과는 발견으로 간주되기 위한 엄격한 기준을 충족하지 못했으며, 2004년에 직접 니호늄을 합성하려는 후속 RIKEN 실험이 IUPAC에 의해 발견으로 인정받았다.

 어원 
"붕소"라는 이름은 붕소가 추출되기 전부터 알려져 있던 붕사 광물(بورق, boraq)의 아랍어에서 유래했다. "-on" 접미사는 "탄소"에서 따온 것으로 생각된다. 알루미늄은 1800년대 초 험프리 데이비가 명명했다. 이는 쓴 소금을 의미하는 그리스어 alumen 또는 광물 alum의 라틴어에서 유래했다. 갈륨은 발견 장소인 현대 프랑스의 라틴어 갈리아(Gallia)에서 유래했다. 인듐은 남색 염료를 의미하는 라틴어 indicum에서 유래했으며, 원소의 특징적인 남색 분광선을 나타낸다. 탈륨은 인듐과 마찬가지로 분광선의 색깔을 의미하는 그리스어 θαλλός ()에서 유래했으며, 녹색 새싹 또는 작은 가지를 의미한다. "니호늄"은 발견지인 일본 (일본어로 Nihon)의 이름을 따서 명명되었다.

 존재 및 풍부도 

 붕소 
붕소는 원자 번호 5번의 매우 가벼운 원소이다. 자연에서 거의 자유로운 상태로 발견되지 않으며, 지구 지각의 0.001% (10 ppm)만을 차지하여 매우 적은 양으로 존재한다. 그러나 100가지가 넘는 다양한 광물과 광석에서 발견되는 것으로 알려져 있다. 주요 공급원은 붕사이지만, 콜레마나이트, 붕회석, 커나이트, 투시오나이트, 베르보라이트, 플루오보라이트에서도 발견된다.Klein, Cornelis and Hurlbut, Cornelius Jr. (1985) Manual of Mineralogy, Wiley, 20th ed., pp. 343–347,  주요 붕소 채굴 및 추출 국가로는 튀르키예, 미국, 아르헨티나, 중화인민공화국, 볼리비아, 페루가 있다. 튀르키예는 전 세계 붕소 추출량의 약 70%를 차지하며 단연 가장 두드러진다. 미국은 두 번째이며, 대부분의 생산량은 캘리포니아주에서 나온다.

 알루미늄 
알루미늄은 붕소와는 대조적으로 지구 지각에서 가장 풍부한 금속이며, 세 번째로 풍부한 원소이다. 지구 지각의 약 8.2% (82,000 ppm)를 구성하며, 산소와 규소만이 더 풍부하다. 그러나 붕소와 마찬가지로 자연에서 자유로운 원소로 흔하지 않다. 이는 알루미늄이 산소 원자를 끌어당겨 여러 산화 알루미늄을 형성하는 경향이 있기 때문이다. 알루미늄은 이제 석류석, 터키석, 녹주석을 포함하여 붕소만큼이나 많은 광물에서 발견되는 것으로 알려져 있지만, 주요 공급원은 보크사이트 광석이다. 세계적으로 알루미늄 추출을 선도하는 국가는 가나, 수리남, 러시아, 인도네시아이며, 그 다음으로 오스트레일리아, 기니, 브라질이 뒤따른다.Emsley, pp. 22–26

 갈륨 
갈륨은 지구 지각에서 비교적 희귀한 원소이며, 가벼운 동족체만큼 많은 광물에서 발견되지 않는다. 지구상의 풍부도는 0.0018% (18 ppm)에 불과하다. 다른 원소에 비해 생산량이 매우 적지만, 추출 방법이 개선되면서 수년에 걸쳐 크게 증가했다. 갈륨은 보크사이트와 섬아연석을 포함한 다양한 광석과 다이아스포어, 저마나이트와 같은 광물에서 미량으로 발견될 수 있다. 석탄에서도 미량이 발견되었다.
갈륨 함량은 갈라이트 (CuGaS2)를 포함한 몇몇 광물에서 더 높지만, 이들은 주요 공급원으로 간주하기에는 너무 희귀하며 세계 공급량에 미미한 기여를 한다.

 인듐 
인듐은 붕소족에서 또 다른 희귀 원소로, 단지 0.000005% (0.05 ppm)만 존재한다. 인듐을 함유한 광물은 거의 알려져 있지 않으며, 예를 들어 인듐광처럼 극히 희귀한 광석만 있다. 인듐은 여러 아연 광석에서 발견되지만, 극히 미량으로만 존재하며; 마찬가지로 일부 구리와 납 광석도 미량을 함유한다. 광석과 광물에서 발견되는 대부분의 다른 원소와 마찬가지로, 인듐 추출 과정은 최근 몇 년 동안 더욱 효율적이 되어 궁극적으로 더 많은 수율을 이끌어냈다. 캐나다는 인듐 매장량에서 세계를 선도하지만, 미국과 중화인민공화국 모두 비슷한 양을 가지고 있다.

 탈륨 
섬네일|right|upright|작은 유리 섬유 묶음

탈륨은 지구 지각에서 중간 정도의 풍부도를 가지며, 약 0.00006% (0.6 ppm)로 추정된다. 일부 암석, 토양 및 점토에서 발견된다. 많은 철, 아연, 코발트의 황화물 광석에 탈륨이 함유되어 있다. 광물에서는 적당한 양으로 발견되며: 예를 들어 크룩사이트 (처음 발견된 곳), 로란다이트, 루티에라이트, 부코바이트, 허친소나이트, 사바티에라이트 등이 있다. 소량의 탈륨을 함유하는 다른 광물도 있지만, 매우 희귀하며 주요 공급원으로 사용되지 않는다.

 니호늄 
니호늄은 자연에서 발견되지 않고 실험실에서 생성된 원소이다. 따라서 안정 동위 원소가 없는 인공 원소로 분류된다.

 활용 
인공으로 합성해 만드는 니호늄을 제외하고 붕소족의 모든 원소는 많은 품목의 생산 및 내용물에 다양한 용도로 사용된다.

 붕소 

붕소는 최근 수십 년 동안 많은 산업 분야에서 응용되고 있으며, 새로운 응용 분야가 계속 발견되고 있다. 일반적인 응용 분야는 유리 섬유이다. 붕규산 유리 시장은 급격히 확장되었으며; 그 특별한 특성 중 가장 주목할 만한 것은 일반 유리보다 훨씬 큰 열팽창 저항성이다. 붕소 및 그 파생물의 또 다른 상업적으로 확장되는 용도는 세라믹이다. 여러 붕소 화합물, 특히 산화물은 독특하고 귀중한 특성을 가지고 있어 덜 유용한 다른 재료를 대체하게 되었다. 붕소는 단열 특성 때문에 냄비, 꽃병, 접시, 세라믹 팬 손잡이에서 발견될 수 있다.

붕사 화합물은 옷과 치아 모두에 표백제로 사용된다. 붕소와 일부 화합물의 경도는 다양한 추가 용도를 제공한다. 생산된 붕소의 작은 부분(5%)은 농업에 사용된다.

 알루미늄 

알루미늄은 일상생활에서 수많은 친숙한 용도로 사용되는 금속이다. 주로 건설 자재, 전기 장치, 특히 케이블의 전기 전도체로, 그 외 요리와 음식 보관을 위한 도구 및 용기에서 사용된다. 알루미늄은 식품과 반응하지 않아 통조림에 특히 유용하다. 산소에 대한 높은 친화력은 강력한 환원제로 작용하게 한다. 미세 분말 순수 알루미늄은 공기 중에서 빠르게 산화되어 엄청난 양의 열(약 에서 연소)을 발생시키므로, 테르밋 용접과 같이 많은 양의 열이 필요한 곳에 응용된다. 알루미늄은 항공기 경량 본체를 만드는 데 사용되는 합금의 구성 요소이다. 자동차 또한 때때로 프레임워크와 차체에 알루미늄을 입히며, 군사 장비에도 유사한 응용 분야가 있다. 덜 일반적인 용도로는 장식품 및 일부 기타 구성 요소가 포함된다. 이 원소는 또한 다양한 전자 제품에도 사용된다.

 갈륨 

섬네일|right|갈륨은 청색 LED의 주요 구성 요소 중 하나이다

갈륨과 그 파생물은 최근 수십 년 동안에야 응용 분야를 찾았다. 비소화 갈륨은 반도체, 증폭기, 태양 전지 (예: 인공위성) 및 FM 송신기 회로용 터널 다이오드에 사용되었다. 갈륨 합금은 주로 치과용으로 사용된다. 갈륨 암모늄 염화물은 트랜지스터의 리드에 사용된다. 갈륨의 주요 응용 분야는 LED 조명이다. 순수 원소는 반도체에 도펀트로 사용되었으며, 다른 원소와 함께 전자 장치에 추가 용도로 사용된다. 갈륨은 유리와 도자기를 '적시는' 특성을 가지고 있어 거울 및 기타 고반사 물체를 만드는 데 사용될 수 있다. 갈륨은 다른 금속의 합금에 추가되어 녹는점을 낮출 수 있다.

 인듐 

인듐의 용도는 네 가지 범주로 나눌 수 있다. 생산량의 가장 큰 부분(70%)은 주로 인듐 주석 산화물 (ITO)로 코팅에 사용된다. 작은 부분(12%)은 합금 및 땜납에 사용되며, 비슷한 양이 전기 부품 및 반도체에 사용된다. 나머지 6%는 사소한 응용 분야에 사용된다. 인듐이 발견될 수 있는 품목으로는 도금, 베어링, 디스플레이 장치, 열 반사판, 형광체, 원자력 제어봉 등이 있다. 인듐 주석 산화물은 유리 코팅, 태양 전지판, 가로등, 전기영동 디스플레이 (EPD), 전계발광 디스플레이 (ELD), 플라즈마 디스플레이 패널 (PDP), 전기화학 디스플레이 (EC), 전계 방출 디스플레이 (FED), 나트륨등, 앞유리 유리 및 브라운관 등 광범위한 응용 분야를 찾아 가장 중요한 인듐 화합물이 되었다.

 탈륨 

탈륨은 다른 붕소족 원소보다 원소 형태로 더 자주 사용된다. 화합되지 않은 탈륨은 저융점 유리, 광전지, 스위치, 저온 유리 온도계용 수은 합금, 탈륨 염에 사용된다. 램프 및 전자 제품에서 발견될 수 있으며, 심근 영상에도 사용된다. 탈륨을 반도체에 사용하는 가능성이 연구되었으며, 유기 합성의 알려진 촉매이다. 수산화 탈륨 (TlOH)은 주로 다른 탈륨 화합물 생산에 사용된다. 황산 탈륨 (Tl2SO4)은 뛰어난 해충 살충제로, 일부 쥐약과 쥐약의 주요 구성 요소이다. 그러나 미국과 일부 유럽 국가에서는 인간에게 매우 독성이 강하기 때문에 이 물질을 금지했다. 그러나 다른 나라에서는 이 물질에 대한 시장이 성장하고 있다. Tl2SO4는 광학 시스템에도 사용된다.

 생물학적 역할 
13족 원소 중 복잡한 동물에게 중요한 생물학적 역할을 하는 것은 없지만, 일부는 살아있는 존재와 관련이 있다. 다른 족과 마찬가지로 가벼운 원소는 일반적으로 무거운 원소보다 더 많은 생물학적 역할을 한다. 가장 무거운 원소는 같은 주기의 다른 원소와 마찬가지로 독성이 있다. 붕소는 대부분의 식물에 필수적이며, 식물 세포는 세포벽 강화와 같은 목적으로 붕소를 사용한다. 인간에게도 붕소가 발견되며, 분명히 필수 미량 영양소이지만 인간 영양에서 그 중요성에 대한 논쟁이 진행 중이다. 붕소의 화학적 성질은 탄수화물과 같은 중요한 분자와 복합체를 형성할 수 있으므로, 이전에 생각했던 것보다 인체에서 더 큰 용도로 사용될 수 있다는 것이 타당하다. 또한 상처 치유에서 특히 철의 일부 기능을 대체할 수 있는 것으로 나타났다. 알루미늄은 자연에 널리 존재함에도 불구하고 식물이나 동물에서 알려진 생물학적 역할이 없다. 갈륨은 인체에 필수적이지 않지만, 철(III)과의 관계를 통해 철을 운반하고 저장하는 단백질에 결합할 수 있다. 또한 갈륨이 신진대사를 자극할 수 있다. 인듐과 그보다 무거운 동족체는 생물학적 역할이 없지만, 소량의 인듐 염은 갈륨과 마찬가지로 신진대사를 자극할 수 있다.

 독성 
붕소족의 각 원소는 식물과 동물에 대한 독성 특성을 고유하게 가지고 있다.

붕소 독성의 예로, 20 mM를 초과하는 농도에서 보리에 해를 끼치는 것으로 관찰되었다. 붕소 독성 증상은 식물에서 다양하여 연구를 복잡하게 만든다. 여기에는 세포 분열 감소, 싹과 뿌리 성장 감소, 엽록소 생산 감소, 광합성 억제, 기공 전도도 저하, 뿌리에서의 양성자 방출 감소, 리그닌과 수베린 침착 등이 포함된다.

알루미늄은 소량에서는 두드러진 독성 위험을 나타내지 않지만, 매우 많은 양에서는 약간의 독성이 있다. 갈륨은 독성으로 간주되지 않지만, 일부 사소한 영향을 미칠 수 있다. 인듐은 독성이 없으며 갈륨과 거의 동일한 주의 사항으로 취급할 수 있지만, 일부 화합물은 약간에서 중간 정도의 독성을 가진다.

탈륨은 갈륨과 인듐과는 달리 극도로 독성이 강하며, 많은 중독 사망을 일으켰다. 미량으로도 나타나는 가장 눈에 띄는 효과는 전신 탈모이지만, 많은 장기의 기능을 방해하고 결국 괴사시키는 등 광범위한 다른 증상을 유발한다. 탈륨 화합물은 거의 무색, 무취, 무미이기 때문에 살인자들이 사용하기도 했다. 탈륨(유사하게 독성 있는 화합물인 황산 탈륨과 함께)이 쥐와 다른 해충을 통제하기 위해 도입되었을 때, 고의적이든 우발적이든 탈륨 중독 발생률이 증가했다. 따라서 탈륨 농약의 사용은 미국을 포함한 많은 국가에서 1975년부터 금지되었다.

니호늄은 매우 불안정한 원소이며 알파 입자를 방출하여 붕괴한다. 강한 방사능 때문에 극도로 독성이 강할 것이지만, (몇 개의 원자보다 많은) 상당량의 니호늄은 아직 합성되지 않았다.

 내용주 

 각주 

 참고 문헌 


 외부 링크 
 산화물 (화합물) – 브리태니커 온라인 백과사전. Britannica.com. 2011-05-16 검색됨.
 시각적 원소: 13족. Rsc.org. 2011-05-16 검색됨.
 13족 원소의 화학적 반응성 경향. Tutorvista.com. 2011-05-16 검색됨.
  etymonline.com 2011-07-27 검색됨

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