10족 원소

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 원시 원소 인공 원소

10족 원소는 현재 IUPAC 명명법에 따라 번호가 매겨진 주기율표의 원소 족으로 니켈 (Ni), 팔라듐 (Pd), 백금 (Pt), 다름슈타튬 (Ds)으로 구성된다. 모두 D-구역 전이 금속이다. 알려진 모든 다름슈타튬 동위 원소는 짧은 반감기를 가진 방사성 물질이며, 자연에서 발견되지 않고 극미량만이 실험실에서 합성되었다.

 특성 

 화학적 특성 
Z  원소  껍질당 전자전자 배열 28  니켈  2, 8, 16, 2 46  팔라듐  2, 8, 18, 18 78  백금  2, 8, 18, 32, 17, 1 110  다름슈타튬  2, 8, 18, 32, 32, 16, 2(예측)(예측)

팔라듐과 백금의 바닥 상태 전자 배열은 마델룽 규칙의 예외이다. 마델룽 규칙에 따르면 팔라듐과 백금의 전자 배열은 각각 [Kr] 5s2 4d8 및 [Xe] 4f14 5d8 6s2로 예상된다. 그러나 팔라듐의 5s 오비탈은 비어 있고, 백금의 6s 오비탈은 부분적으로만 채워져 있다. 7s 오비탈의 상대론적 안정화는 다름슈타튬의 예상 전자 배열에 대한 설명이며, 이 족에서는 특이하게 쌓음 원리에서 예측된 것과 일치한다. 일반적으로 무거운 원자와 전이 금속의 바닥 상태 전자 배열은 예측하기 더 어렵다.

10족 원소는 +1에서 +4의 산화수에서 관찰된다. +2 산화수는 니켈과 팔라듐에서 흔하며, 백금에서는 +2와 +4가 흔하다. 니켈과 백금에서 −2 및 −1 산화수도 관측되었으며, 팔라듐과 백금에서 +5 산화수도 관찰되었다. 백금은 또한 −3과 +6 산화수에서도 관찰되었다. 이론적으로 백금은 특정 조건에서 +10 산화수를 생성할 수 있다고 제안되지만, 이는 경험적으로 아직 입증되지 않았다.

 물리적 특성 
+10족 원소의 물리적 특성Z원소물리적 형태분자량밀도 (g/cm3)녹는점 (°C)끓는점 (°C)열용량/Cp(c)
(J mol−1 K−1)전자 친화도 (eV)이온화 에너지 (eV)28니켈백색 금속; 입방정46팔라듐은백색 금속; 입방정78백금은회색 금속; 입방정

다름슈타튬은 순수한 형태로 분리되지 않았으며, 그 특성도 아직 확정적으로 관찰되지 않았다. 니켈, 팔라듐, 백금만이 실험적으로 특성이 확인되었다. 니켈, 백금, 팔라듐은 일반적으로 은백색의 전이 금속이며, 분말 형태로도 쉽게 얻을 수 있다. 이들은 단단하고, 높은 광택을 가지며, 매우 연성이 있다. 10족 원소는 STP에서 변색(산화)에 강하고, 내화물이며, 높은 녹는점과 끓는점을 가진다.

 존재와 생산 
니켈은 광석에서 자연적으로 발생하며, 지구에서 22번째로 풍부한 원소이다. 추출할 수 있는 주요 광석 계열은 라테라이트와 황화물 광석이다. 인도네시아는 세계에서 가장 큰 니켈 매장량을 보유하고 있으며, 최대 생산국이기도 하다.

 역사 

 원소의 발견 

 니켈 
구리로 오해받던 니켈의 사용은 기원전 3500년경으로 거슬러 올라간다. 니켈은 기원전 3100년경의 단검, 이집트 철 구슬, 기원전 3500~3100년경 시리아에서 발견된 청동 송곳, 박트리아에서 주조된 구리-니켈 합금 동전, 세네갈 강 근처의 무기 및 냄비, 1700년대 멕시코인이 사용한 농기구에서 발견되었다. 고대 니켈의 사용이 수메르인의 철 이름인 안-바르("하늘에서 온 불") 또는 철의 천상 기원을 설명하는 히타이트 문서에서처럼 운석철에서 비롯되었다는 증거가 있다. 니켈은 1751년 A. F. 크론스테트(Cronstedt)가 "쿠페르니켈"("늙은 닉의 구리")에서 불순한 금속을 분리해낼 때까지 공식적으로 원소로 명명되지 않았다. 1804년 J. B. 리히터(Richter)는 더 순수한 샘플을 사용하여 니켈의 물리적 특성을 결정하고, 이 금속을 연성이 있고 강하며 높은 녹는점을 가진다고 설명했다. 니켈-강철 합금의 강도는 1889년에 설명되었으며, 그 이후 니켈강은 처음에는 군사 용도로, 그 다음에는 20세기 동안 부식 및 내열 합금 개발에 광범위하게 사용되었다.

 팔라듐 
팔라듐은 윌리엄 하이드 울러스턴이 1803년 백금 금속을 정련하는 과정에서 분리해냈다. 팔라듐은 염산과 질산 용액에서 백금이 (NH4)PtCl6로 침전된 후 남은 잔류물에 있었다. 울러스턴은 최근에 발견된 소행성 2 팔라스의 이름을 따서 명명했고, 익명으로 소량의 금속 샘플을 상점에 판매했는데 상점은 이를 "새로운 귀금속"인 "팔라듐 또는 새 은"이라고 광고했다. 이는 팔라듐의 순도, 출처, 발견자의 신원에 대한 의문을 제기하며 논란을 일으켰다. 그는 결국 자신을 밝히고 1805년에 팔라듐 발견에 대한 논문을 왕립학회에서 발표했다.

 백금 
공식적인 발견 이전에 백금은 에스메랄다스 주의 원주민 에콰도르인이 장신구로 사용했다. 이 금속은 강물 퇴적물에서 금과 섞인 작은 알갱이 형태로 발견되었으며, 작업자는 금과 함께 소결하여 반지와 같은 작은 장신구를 만들었다. 백금에 대한 첫 번째 출판 보고서는 스페인의 수학자, 천문학자, 해군 장교인 안토니오 데 울로아(Antonio de Ulloa)가 작성했는데, 그는 1736년 프랑스 탐험 중에 에콰도르의 금광에서 "플라티나"("작은 은")를 관찰했다. 광부들은 "플라티나"를 금에서 분리하기 어렵다고 생각하여 해당 광산을 포기했다. 찰스 우드(Charles Wood)는 1741년 이 금속 샘플을 영국으로 가져와 그 특성을 조사했으며, 높은 녹는점과 검은 금속성 모래 속에 작은 흰색 알갱이로 존재함을 관찰했다. 우드의 발견이 왕립학회에 보고된 후 이 금속에 대한 관심이 커졌다. 스웨덴 과학자 헨리크 테오필루스 셰페르(Henrik Teofilus Scheffer)는 1751년 이 귀금속을 "백금"과 "일곱 번째 금속"이라고 불렀고, 높은 내구성, 높은 밀도의 성질에 구리나 비소와 섞으면 쉽게 녹는다고 보고했다. 피에르-프랑수아 샤바노(Pierre-François Chabaneau)(1780년대)와 윌리엄 하이드 울러스턴(1800년대) 모두 가공 가능한 백금을 생산하기 위한 분말 야금 기술을 개발했지만 공정을 비밀로 유지했다. 그러나 그들의 백금 주괴는 부서지기 쉽고 쉽게 균열이 가는 경향이 있었는데, 이는 불순물 때문으로 추정된다. 1800년대에는 고온을 유지할 수 있는 용광로가 발명되었고, 이는 결국 분말 야금을 대체하고 용융 백금을 시장에 도입하게 되었다.

 활용 분야 
10족 금속은 몇 가지 공통적인 용도를 공유한다. 여기에는 다음이 포함된다.
 장신구 및 전기도금 형태의 장식용 목적.
 다양한 화학 반응에서의 촉매.
 금속 합금.
 온도에 따른 전기 비저항의 예측 가능한 변화로 인한 전기 부품.
 다른 금속과의 합금 성분으로서 초전도체.

 생물학적 역할 및 독성 
백금 착화합물은 항종양 활성 때문에 화학 요법에서 항암제로 흔히 사용된다. 팔라듐 착화합물도 미미한 항종양 활성을 보이지만, 그 활성은 백금 착화합물에 비해 불안정하다.

 같이 보기 
 백금족 원소

 각주 

분류:주기율표 족