6족 원소

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 원시 원소 인공 원소

6족은 IUPAC 명명법에 따라 번호가 매겨진 주기율표의 원소이다. 구성원으로는 크로뮴 (Cr), 몰리브데넘 (Mo), 텅스텐 (W), 시보귬 (Sg)이 있다. 이들은 모두 전이 금속이며 크로뮴, 몰리브데넘, 텅스텐은 난융 금속이다.

이 원소의 전자 배열은 통일된 경향을 따르지는 않지만, 가장 바깥쪽 껍질은 화학적 거동의 경향과 관련이 있다.

Z  원소  껍질당 전자수 24  크로뮴  2, 8, 13, 1 42  몰리브데넘  2, 8, 18, 13, 1 74  텅스텐  2, 8, 18, 32, 12, 2 106  시보귬  2, 8, 18, 32, 32, 12, 2

"6족"은 이 족의 새로운 IUPAC 명칭이다. 구식 명칭은 구 미국 체계(CAS)에서 "VIB족" 또는 유럽 체계(구 IUPAC)에서 "VIA족"이었다. 6족은 구식 그룹 교차 명칭인 VIA(미국 체계, CAS) 또는 VIB(유럽 체계, 구 IUPAC) 족과 혼동되어서는 안 된다. 이 족은 현재 16족이라고 불린다.

 역사 

 발견 
크로뮴은 1761년 7월 26일 요한 고틀롭 레만이 러시아 우랄산맥의 베료좁스코예 광상에서 주황색-붉은색 광물을 발견하고 "시베리아 붉은 납"이라고 명명하면서 처음 보고되었으며, 이는 10년도 채 되지 않아 밝은 노랑색 안료로 밝혀졌다. 납 화합물과 셀레늄 및 철 성분으로 잘못 식별되었지만, 이 광물은 홍연석이었고 그 화학식은 PbCrO4였다. 1797년 루이니콜라 보클랭은 이 광물을 연구하여 홍연석을 염산과 혼합하여 삼산화 크로뮴을 생산했고, 1년 후 숯 오븐에서 산화물을 가열하여 금속 크로뮴을 생산했다. 또한 루비나 에메랄드와 같은 귀한 보석에서 미량의 크로뮴을 감지할 수 있었다.

현재 몰리브데넘을 추출하는 주요 광석인 몰리브데나이트는 이전에는 몰리브데나로 알려져 있었는데, 이는 흑연과 혼동되어 종종 흑연처럼 사용되었다. 흑연과 마찬가지로 몰리브데나이트는 표면을 검게 만들거나 고체 윤활제로 사용될 수 있다. 몰리브데나가 흑연과 구별될 수 있었을 때도 여전히 방연석 (흔한 납 광석)과 혼동되었는데, 방연석은 고대 그리스어  에서 유래한 이름으로, 납을 의미한다. 1778년에야 스웨덴 화학자 칼 빌헬름 셸레는 몰리브데나가 흑연도 납도 아니라는 것을 깨달았다. 그와 다른 화학자들은 그것이 발견된 광물에서 이름을 따 몰리브데넘이라고 명명된 독특한 새 원소의 광석이라고 올바르게 추정했다. 페테르 야코브 히엘름은 1781년 탄소와 아마인유를 사용하여 몰리브데넘을 성공적으로 분리했다.

텅스텐과 관련하여 1781년 칼 빌헬름 셸레는 회중석 (당시 텅스텐이라고 불림)에서 새로운 산인 텅스텐산을 만들 수 있다는 것을 발견했다. 셸레와 토르베른 올로프 베리만은 이 산을 환원시켜 새로운 금속을 얻을 수 있을 것이라고 제안했다. 1783년 호세와 파우스토 엘루야르 형제는 철망간 중석에서 텅스텐산과 동일한 산을 발견했다. 그 해 말 스페인에서 형제는 숯으로 이 산을 환원시켜 텅스텐을 분리하는 데 성공했고, 그들은 이 원소의 발견자로 인정받고 있다.

시보귬은 1974년 캘리포니아 버클리의 로렌스 버클리 연구소에서 알베르트 기오르소가 이끄는 과학자 팀이 처음 생산했다. 그들은 칼리포늄-249 원자에 산소-18 이온을 충돌시켜 시보귬-263을 생산했다.

 역사적 발전과 용도 
1800년대 동안 크로뮴은 주로 페인트 성분과 무두질 소금에 사용되었다. 처음에는 러시아의 홍연석이 주요 공급원이었지만, 1827년 미국 볼티모어 근처에서 더 큰 크로뮴 광상(chromite deposit)이 발견되었다. 이로 인해 미국은 1848년 튀르키예 부르사 근처에서 대규모 크로뮴 광상이 발견될 때까지 크로뮴 제품의 최대 생산국이 되었다. 크로뮴은 이미 1848년부터 전기 도금에 사용되었지만, 이 용도는 1924년 개선된 공정의 개발과 함께 널리 보급되었다.

분리된 후 약 1세기 동안 몰리브데넘은 상대적인 희소성, 순수 금속 추출의 어려움, 야금학 하위 분야의 미숙함으로 인해 산업적 용도가 없었다. 초기 몰리브데넘 강철 합금은 경도 증가에서 큰 가능성을 보였지만, 결과의 불일치와 취성 및 재결정 경향으로 인해 노력이 방해받았다. 1906년 윌리엄 쿨리지는 몰리브데넘을 연성으로 만드는 특허를 출원하여 고온 용광로의 발열체와 텅스텐 필라멘트 전구의 지지대로 사용되었다. 산화물 형성 및 분해로 인해 몰리브데넘은 물리적으로 밀봉되거나 불활성 가스에 보관되어야 한다. 1913년 프랭크 E. 엘모어는 광석에서 몰리브데나이트를 회수하기 위한 부유법을 개발했으며, 부유법은 여전히 주요 분리 공정으로 남아 있다. 제1차 세계 대전 동안 몰리브데넘 수요가 급증했다. 몰리브데넘은 장갑판과 고속도강의 텅스텐 대체물로 모두 사용되었다. 일부 영국 전차는 75 mm (3 in) 망가니즈 강철 장갑판으로 보호되었지만, 이는 비효율적인 것으로 판명되었다. 망가니즈 강철판은 25 mm (1 in) 몰리브데넘-강철판으로 교체되어 더 높은 속도, 더 큰 기동성 및 더 나은 보호 기능을 제공했다. 전쟁 후 수요는 급감했지만, 야금학적 발전으로 평시 응용 분야가 광범위하게 개발될 수 있었다. 제2차 세계 대전에서 몰리브데넘은 다시 강철 합금의 텅스텐 대체물로서 전략적 중요성을 띠게 되었다.

제2차 세계 대전에서 텅스텐은 배경 정치 거래에서 중요한 역할을 했다. 이 원소의 주요 유럽 공급원인 포르투갈은 파나스퀘이라의 철망간 중석 광상 때문에 양측으로부터 압력을 받았다. 텅스텐의 고온 저항성과 합금 강화 능력은 무기 산업의 중요한 원료로 만들었다.

 화학 
다른 족들과 달리, 이 족의 원소들은 전자 배열에서 일관된 패턴을 보이지 않는다. 6족의 두 가벼운 원소는 쌓음 원리의 예외이기 때문이다.
Z  원소  보어 모형 수치 24  크로뮴  2, 8, 13, 1 42  몰리브데넘  2, 8, 18, 13, 1 74  텅스텐  2, 8, 18, 32, 12, 2 106  시보귬  2, 8, 18, 32, 32, 12, 2

대부분의 화학적 성질은 족의 처음 세 원소에서만 관찰되었다. 시보귬의 화학은 잘 정립되어 있지 않으므로, 이 문단에서는 주기율표에서 시보귬의 위에 있는 원소들만 다룬다. 이 족의 원소는 7~11족 원소들과 마찬가지로 높은 녹는점을 가지며 높은 산화수에서 휘발성 화합물을 형성한다. 이 족의 모든 원소들은 비교적 비활성 금속이며 높은 녹는점을 가진다 (1907 °C, 2477 °C, 3422 °C). 텅스텐의 녹는점은 모든 금속 중에서 가장 높다. 이 금속은 다양한 산화 상태에서 화합물을 형성한다. 크로뮴은 -2에서 +6까지 모든 상태에서 화합물을 형성한다. 디소듐 펜타카르보닐크로메이트, 디소듐 데카카르보닐디크로메이트, 비스(벤젠)크로뮴, 트라이포타슘 펜타니트로시아노크로메이트, 염화 크로뮴(II), 산화 크로뮴(III), 크로뮴(IV) 염화물, 과산화크로뮴(V) 칼륨, 크로뮴(VI) 다이클로라이드 다이옥사이드를 형성한다. 몰리브데넘과 텅스텐도 마찬가지이지만, +6 상태의 안정성은 족을 따라 내려갈수록 증가한다. 산화 상태에 따라 화합물은 염기성, 양쪽성 또는 산성이며, 산성은 금속의 산화 상태가 증가함에 따라 증가한다.

 존재 및 생산 
크로뮴은 매우 흔한 자연 발생 원소이다. 지구 지각에서 평균 농도 100ppm으로 21번째로 풍부한 원소이다. 크로뮴의 가장 흔한 산화 상태는 0가, 3가, 6가 상태이다. 자연적으로 발생하는 크로뮴의 대부분은 6가 상태로 존재한다. 전 세계 크로뮴 생산량의 약 5분의 2는 남아프리카 공화국에서 생산되며, 카자흐스탄, 인도, 러시아, 튀르키예가 그 뒤를 잇는다. 크로뮴은 크로뮴 광석으로 채굴된다.

몰리브데넘은 주로 몰리브데나이트에서 정제된다. 주로 미국, 중국, 칠레, 페루에서 채굴되며, 총 생산량은 연간 200,000톤이다.

텅스텐은 지구상에서 흔한 원소가 아니며, 지구 지각의 평균 농도는 1.5ppm이다. 텅스텐은 주로 철망간 중석과 회중석 광물에서 발견되며, 자연에서 자유 원소로 거의 발생하지 않는다. 세계 최대 텅스텐 생산국은 중국, 러시아, 포르투갈이다.

시보귬은 캘리포늄-249에 산소-18 핵을 충돌시켜 인공적으로 만들어지는 초우라늄 원소이다. 인공 원소이므로 자연에서는 발생하지 않는다.

 주의 사항 
6가 크로뮴 화합물은 유전독성 발암물질이다. 시보귬은 자연에서 발견되지 않는 방사성 인공 원소이다. 알려진 가장 안정한 동위원소의 반감기는 약 14분이다.

 응용 분야 
 합금
 촉매
 용접 전극 및 가마 부품과 같은 고온 및 난융 응용 분야
 야금학, 때때로 제트 엔진 및 가스 터빈에 사용된다.
 염료 및 안료
 무두질
 경질 재료

 생물학적 사용 
6족은 생물의 생물학적 화학에서 알려진 역할을 하는 5주기와 6주기 원소 중 일부를 포함한다는 점에서 주목할 만하다. 몰리브데넘은 인간을 포함한 많은 생물의 효소에 흔하게 존재하며, 텅스텐은 피로코커스 푸리오수스와 같은 일부 고세균의 효소에서 유사한 역할로 확인되었다. 이와 대조적으로 1주기 d-구역 전이 금속으로는 드물게 크로뮴은 생물학적 역할이 거의 없는 것으로 보이지만, 일부 포유류의 포도당 대사 효소의 일부를 형성하는 것으로 추정된다.

 각주 

 같이 보기 

분류:주기율표 족