shopkeeper/korean_wiki_content_only_120125 huggingface dataset:
자연적으로 이터븀은 7가지의 안정 동위원소(168Yb, 170Yb, 171Yb, 172Yb, 173Yb, 174Yb 그리고 176Yb) 형태로 존재한다. 이들 중 174Yb가 31.8 %로 가장 존재비가 높다. 27개의 방사성 동위원소도 알려져 있으며 가장 반감기가 긴 것들은 169Yb (32.0 일), 175Yb (4.18 일), 그리고 166Yb (56.7 시간)이다. 나머지 방사성 동위원소들은 반감기가 2시간을 넘지 않으며 대부분 20분 이하이다. 이터븀은 12개의 준안정 상태(meta state)의 원자핵 역시 가지는데, 이 중 가장 반감기가 긴 것은 169mYb (반감기 46초)이다.
이터븀의 동위원소들은 148Yb의 경우인 147.9674 u에서부터 181Yb의 경우인 182.9562 u의 원자량 범위를 가진다. 이터븀의 가장 안정한 동위원소 174Yb보다 중성자수가 적은 방사성 동위원소들의 일반적인 방사성 붕괴 형식은 전자 포획이고 174Yb 보다 중성자수가 더 많은 방사성 동위원소의 일반적인 붕괴 형식은 베타 붕괴이다. 그렇기 때문에 전자 포획을 일반적인 붕괴 형식으로 가지는 174Yb보다 중성자수가 적은 방사성 동위원소의 붕괴 산물은 툴륨(Tm) 동위원소이고 174Yb 보다 중성자수가 더 많은 방사성 동위원소의 붕괴 산물은 루테튬(Lu) 동위원소이다.
이터븀은 다른 란타넘족 원소들과 화학적 성질이 비슷하기 때문에 분리하기 힘든 편이다. 이터븀은 이온 교환 방법을 쓰거나 소듐 아말감(소듐과 수은으로 이루어진 합금)으로 환원시켜서 다른 희토류 금속들로부터 분리된다. 3가의 희토류 금속 이온들이 녹아있는 산성 용액에 용융 상태의 소듐-수은 합금(소듐 아말감)을 부으면 이는 Yb3+를 환원시켜서 녹이게 된다. 이터븀 금속은 용액 안에서 수산염(oxalate) 형태로 분리되고 가열해서 산화물 형태로 바꾼다. 이터븀 금속은 그 산화물을 란타넘(La), 알루미늄(Al), 세륨(Ce), 지르코늄(Zr)과 고진공 상태에서 가열함으로써 생성된다.
이터븀의 화학적 성질은 나머지 란타넘족 원소들과 비슷하다. 이터븀은 화합물 내에서 대부분 +3의 산화수를 가지며 3가의 이터븀 이온을 포함한 염은 대부분 흰색이다.(뚜렷한 색깔을 나타내지 않는다) 유로퓸, 사마륨, 툴륨과 같게, 이터븀의 삼할로젠화물(YbX3 형태로 나타나는)은 수소나 아연 가루, 이터븀 금속에 의해 이할로젠화물(YbX2 형태로 나타나는)로 환원될 수 있다. 이터븀은 고체 화합물 내에서만 +2의 산화수를 가지며 이런 화합물은 알칼리 토금속 화합물과 비슷한 양상을 보인다. 예를 들어 YbO, 산화이터븀(II)은 산화칼슘(CaO) 와 같은 구조를 보인다.
3 YbX2 → 2 YbX3 + Yb (X = F, Cl, Br, I)
일부 이터븀 할로젠화물은 유기합성(organic synthesis) 분야에서 시약(reagent)으로 사용된다. 예를 들어 염화 이터븀(III) 즉 YbCl3는 루이스 산으로 알돌 반응(탄소-탄소 결합을 만드는 반응), 딜스-알더 반응에 촉매로 사용된다. 그리고 아이오딘화 이터븀(II) YbI2는 염화 사마륨(II)처럼 두 객체를 촉매를 사용하여 결합시키는 유기화학 반응인 coupling reaction에서 환원제로 사용된다. 플루오린화 이터븀(III)은 반응성이 낮고 독성이 없는 치아 수복에 사용되는데, 이는 지속적으로 플루오린화 이온을 내놓아 치아 건강에 도움이 된다.
이터븀은 산소와 반응해 '희토류 C형 2,3 산화물(Rare-earth C-type sesquioxide)'이라는 결정 구조를 가지는 산화이터븀(III) Yb2O3을 만드는데, 이의 결정 구조는 형석의 결정 구조와 연관이 있다. Yb2O3는 원소 상태의 이터븀에 의해 YbO, 즉 산화이터븀(II)로 환원될 수 있다.
감마선원.
32일의 반감기를 가지는 169Yb는 감마선을 방출하기 때문에 방사선 촬영에 사용된다. 이 방사성 동위원소는 175Yb와 함께 원자로에서 이터븀에 중성자가 흡수될 때 생성된다. X선처럼 감마선은 부드러운 조직은 통과하지만 뼈와 밀도가 높은 물체에 가로막히는 성질이 있다. 그래서 조그만 169Yb의 샘플은 작은 X선 촬영장치와 같아서 작은 물질을 방사선 촬영하는 데 쓰일 수 있다. 여러 실험 결과는 이 동위원소로 찍은 방사선 촬영 사진이 250~350 kev의 에너지를 가지는 X선 사진과 거의 맞먹는다는 것을 보여준다. 169Yb은 핵의학에도 활용된다.
이터븀은 스테인리스 강의 강도, 결정립 미세화, 그리고 다른 공학적인 성질을 높이는 데 쓰인다. 몇몇 이터븀 합금은 치과의학에서 사용되기도 한다.
레이저 분야.
Yb3+ 이온은 레이저 분야에서 도핑재료로 쓰인다. 특히 고체 레이저, 이중 클래드 광섬유 레이저(Double clad optical fiber) 같은 종류의 레이저에서 사용된다. 이터븀 레이저는 고효율이고 수명이 길며 짧은 펄스광을 발생시킬 수 있다. 이로 인해 이터븀은 레이저 재료에 많이 포함된다. 이터븀 레이저는 일반적으로 1.06 - 1.12 마이크로미터의 선에서 파장 900 nm~1 마이크로미터의 빛을 발생시킨다. (광섬유 레이저의 도핑 재료로 사용된다.)
정확도 높은 원자 시계.
이터븀 광시계는 가장 높은 안정성을 가지는 시계로 오차가 2 × 10-18밖에 나지 않는다고 알려져 있다. 미국 국립 표준기술 연구소(NIST)가 개발한 이터븀 광시계는 10 마이크로켈빈까지 냉각시킨 이터븀 원자 10,000개를 레이저광으로 만든 광격자(optical lattice, 레이저광으로 만든의 연속)안에 가둔 뒤에 이터븀 원자의 두 에너지 준위 사이의 전이를 유발하는, 1초에 518조 번 '째깍거리는' 또 다른 레이저를 쏘는 방식으로 작동된다. 이터븀의 높은 원자번호는 시계의 높은 안정성의 열쇠이다.
세슘 원자시계의 경우에 쓰이는 마이크로파보다 가시광선이 더 높은 진동수를 가지므로 광시계는 세슘 원자시계보다 더 높은 정확도를 가질 수 있다. 이터븀 광시계는 미래에 더 정밀한 시간표준이 될 수 있는 가능성이 있다.
이터븀은 알칼리 금속 원소들처럼 반응성이 그렇게 높지는 않으나 공기와 수분과 접촉하지 않게 질소처럼 비활성적인 기체가 들어있는 밀봉된 용기 안에 보관한다. 몇몇 이터븀 화합물이 인간의 눈과 피부에 자극을 줄 수 있어서다. 분말 상태로는 자발적으로 발화할 수 있다. 대부분 금속 관련된 화재처럼 이를 진화할 때 물을 사용하지 말고 금속 화재 전용 소화기를 사용해야 한다.
하프늄(←, ←)은 화학 원소로 기호는 Hf(←), 원자 번호는 72이다. 은회색의 광택이 있는 전이 금속으로, 화학적으로 지르코늄과 비슷하고 지르코늄을 함유한 광석에서 함께 발견된다. 1869년 드미트리 멘델레예프가 하프늄의 존재를 처음으로 예상하였고 1923년 발견되어 안정한 원소 중에서는 마지막에서 두 번째로 발견된 원소가 되었다. 원소가 발견된 도시인 코펜하겐의 라틴어 지명 하프니아(Hafnia)에서 이름을 땄다.
하프늄은 필라멘트와 전극 등에 사용되며, 중성자를 잘 흡수하는 성질이 있어 지르코늄 합금과 함께 원자로의 제어봉에 사용된다. 하프늄 산화물은 반도체 제조 공정에 사용되기도 한다. 나이오븀, 티타늄, 텅스텐 등과 혼합하여 특수한 목적의 초합금을 만드는데 사용된다.
하프늄은 은회색 광택이 있는 전이 금속으로, 연성이 좋고 부식에 강하다. 화학적으로는 지르코늄과 비슷하다. 하프늄의 물리적인 특성은 불순물로 첨가된 지르코늄의 양에 따라 달라지는데, 하프늄과 지르코늄은 그 화학적 특성이 매우 비슷하여 분리하기가 가장 힘든 혼합물 중의 하나이기도 하다. 하프늄의 밀도는 지르코늄 밀도의 약 2배 정도이다.
하프늄은 공기 중에서 산소와 반응하여 표면에 얇은 보호막을 형성하여 부식을 방지한다. 보통 산과 염기에는 반응하지 않으나 할로젠에 의해 산화되거나 공기 중에서 연소하여 산화되기도 한다. 고운 분말 형태에서는 스스로 발화한다.
현재까지 원자량 153에서 186까지 최소 34종류의 하프늄 동위 원소가 발견되었다. 자연에 존재하는 안정한 동위 원소는 176Hf,177Hf,178Hf,179Hf,180Hf이다. 방사성 동위 원소 중 가장 안정한 것은 174Hf으로 반감기가 약 1015년이다.
하프늄은 지각에 질량비로 약 5.8ppm 정도 함유된 것으로 추정된다. 자연에서는 순수한 형태로 발견되지 않고 주로 지르코늄과 혼합된 형태로 발견된다. 특히, 지르콘에는 전체 지르코늄 함량 중 약 1~4% 정도가 하프늄으로 치환되어 있다.
1869년 드미트리 멘델레예프는 티타늄과 지르코늄보다 무거운 원소들이 존재할 것이라고 예측했다. 1914년 헨리 모즐리는 X선 분광학을 통해 원자 번호를 알아낼 수 있는 방법을 발견했고 원자 번호 43, 61, 72, 75에 발견되지 않은 란타넘족이 있다는 사실을 발견했다. 이에 발견되지 않은 원소를 찾기 위한 이른바 '원소 사냥'이 벌어지게 되었다.
한편, 모즐리의 발견이 있기 이전인 1907년에 위르뱅은 희토류 금속에 속하는 72번 원소를 발견했다고 주장했고, 1911년 '셀튬(celtium)'이라는 이름으로 발표했다. 그러나 이는 나중에 발견된 하프늄의 선 스펙트럼이나 화학적 성질과는 큰 차이가 있었고, 논란의 대상이 되었다. 이후 모즐리의 X선 분광학 조사를 통해 위르뱅이 발견한 원소는 72번 원소가 아님이 밝혀졌다. 1923년 초반에는 일부 화학자와 물리학자들이 72번 원소는 지르코늄과 성질이 비슷할 것이며, 희토류 금속에 속하지 않을 것이라는 새로운 주장을 했다. 이는 모즐리의 X선 분광학과 보어의 원자 모형에 바탕을 둔 주장이었다.
이러한 주장과 1922년 위르뱅이 1911년에 발견한 것이 원자 번호 72번의 희토류 원소가 맞지 않았느냐는 주장이 다시 제기되면서 코스테르(Dirk Coster)와 죄르지 헤베시(Georg von Hevesy)는 지르코늄을 포함한 광석에서 72번 원소를 찾아내는 작업에 들어갔다. 마침내 1923년 덴마크 코펜하겐에서 두 사람은 하프늄을 발견하였고, 이는 멘델레예프가 1869년에 예측한 성질과도 잘 들어맞았다. 이는 나중에 노르웨이에서 X선 분광학 연구를 통해 사실임이 입증되었다. 이후, 원소가 발견된 곳인 코펜하겐의 라틴어식 지명 '하프니아'에서 이름을 따 ‘하프늄’이라는 이름이 붙여졌다.
원자로 제어봉.
하프늄 동위 원소들의 원자핵은 한 개당 중성자 여러 개를 흡수할 수 있다. 이 성질을 이용해 원자로에서 제어봉에 사용된다. 하프늄 원자핵이 중성자를 흡수하는 비율은 지르코늄보다 약 600배 정도 뛰어난 것으로 알려져 있다. 또, 부식에 강한 성질은 가압수형 원자로의 극한 조건에서도 잘 견디게 해주어 많이 사용되고 있다.
하프늄은 철, 티타늄, 나이오븀, 탄탈럼 등 여러 가지 금속과의 합금으로 사용된다. 또, 니켈이 주성분인 합금에 소량의 하프늄이 첨가되면 잘 산화되지 않아 부식에 강해진다.
미세한 분말 형태의 하프늄은 공기 중에서 스스로 발화하는 성질이 있으므로 취급 시 주의가 필요하다. 또, 하프늄 화합물은 눈, 피부, 점막 등에 자극을 줄 수 있으며 간 손상을 유발할 수도 있다.
탄탈럼, 탄탈룸(←) 또는 탄탈(←)은 화학 원소로 기호는 Ta(←), 원자 번호는 73이다. 희귀하고 단단하며, 청회색의 광택을 띠는 전이 금속으로 부식에 매우 강하다. 난융 금속의 하나로, 합금의 첨가물로 널리 이용된다. 화학적으로 비활성이므로 각종 실험실 장비와 휴대 전화, 컴퓨터 등의 전자 기기들에 커패시터(콘덴서)의 원료로 사용되거나 백금 대체물, 의료용 등으로 사용되기도 한다. 화학적으로 나이오븀과 매우 유사하므로 나이오븀의 영어식 이름인 콜롬븀과 탄탈륨의 첫 글를 따서 콜탄이라고 불리기도 한다. 컬럼바이트 등의 광물에 같이 들어 있는 경우가 많다.
탄탈럼은 어두운 청회색의 광택을 가진 전이 금속으로, 무겁고 매우 단단하며 연성이 뛰어나고 가공성이 좋은 금속이다. 열전도율과 전기 전도율이 매우 좋고 산에 거의 부식되지 않는다. 150°C 이하에서는 왕수와도 잘 반응하지 않으며 플루오린 이온이나 삼산화 황 등을 포함한 산성 용액에서 녹는다. 녹는점은 3017°C, 끓는점은 5458°C로 매우 높으며, 이는 텅스텐, 탄소, 레늄, 오스뮴에 이어 원소들 중 5번째로 높은 것이다.
또, 탄탈럼은 두 종류의 동소체가 존재한다. α 구조일 때는 연성이 뛰어나며 결정형은 체심 입방정계 구조이다. β 구조일 때는 단단하지만 부서지기 쉬우며 결정형은 정방정계 구조이다. 결정형이 β 구조일 때 준안정하며, 750°C 이상으로 가열하면 α 구조로 전환된다. 자연에 존재하는 탄탈럼은 대부분 체심입방구조이다.
탄탈럼은 +4와 +5의 산화 상태를 가질 수 있으며, 각각 이산화 탄탈럼(TaO2)과 오산화 탄탈럼(Ta2O5)을 만들 수 있다. 산화수가 +5일 때 가장 안정하며, 이들 외에 +3, -1의 산화수를 가지기도 한다.
자연에는 180mTa(0.012%)와 181Ta(99.988%) 두 종류의 탄탈럼 동위 원소가 존재한다. 이 중 준안정한 180mTa은 방사성인 것으로 추정되지만 아직 방사성 붕괴가 관찰된 적은 없으며, 반감기가 1.2×1015년 이상인 것으로 추정된다. 또, 180mTa은 자연에 존재하는 모든 동위 원소들 중 유일한 이성질핵이기도 하다. 바닥상태의 180Ta은 반감기가 약 8시간이다.
한편, 탄탈럼은 이론적으로 핵무기의 외피에 씌워 더 많은 방사선을 내는 폭탄의 제조에 사용할 수 있다. 이는 코발트 폭탄과 비슷한 개념으로 181Ta이 핵무기가 폭발하면서 방출하는 중성자로 인해 강력한 감마선을 방출하는 방사성 동위 원소 182Ta(반감기 114.4일)이 되는 점을 이용한다. 그러나 아직까지 공식적으로 이러한 폭탄이 개발된 적은 없는 것으로 알려져 있다.
탄탈럼은 지각 속에 약 1~2ppm 정도 포함된 것으로 추정된다. 주로 탄탈석, 콜탄, 컬럼바이트 등에 포함되어 있으며 주된 산지는 호주, 중국, 에티오피아, 모잠비크 등이며, 이외에 브라질, 캐나다, 태국 등지에서는 나이오븀이나 주석 채굴 과정에서 부산물로 함께 얻는 경우도 있다.
한편, 탄탈럼 광석 중의 하나인 콜탄은 중앙아프리카 지역에서 주로 생산되는데, 이는 콩고 민주 공화국의 내전과도 관련이 있었다. 이 내전으로 인해 540만 명 이상이 사망하였고, 제2차 세계대전 이후 가장 많은 사망자를 낸 전쟁이 되었다.
탄탈럼은 주로 전자 회로의 부품을 제조하는데 사용되며, 특히 고성능 저항기와 축전기와 같은 부품 제조에 주로 사용된다. 특히 탄탈럼 축전기는 탄탈럼 분말이 산화 피막을 형성하려는 경향을 이용한 것으로, 여기서 생성된 탄탈럼 산화물이 유전체의 역할을 한다. 이러한 축전기는 작은 부피에 비해 큰 용량을 저장할 수 있으므로 휴대 전화, 컴퓨터, 자동차 내 전기 부품 등에 사용된다. 또, 질소나 산소와 잘 결합하는 성질이 있어 과거에 고주파 라디오 송신기의 진공관 내부의 진공을 유지하는데 쓰이기도 하였다.
탄탈럼을 합금에 첨가하면 녹는점이 높아지고 강도가 증가하며, 연성이 좋아지는 장점이 있어 제트 엔진, 핵반응로, 미사일 등에 들어가는 초합금의 재료로 이용된다. 탄화 탄탈럼은 고강도의 장비를 만드는데 이용된다. 또, 탄탈럼은 연성이 매우 뛰어나므로 얇게 늘여서 얇은 철사나 필라멘트 등을 제조하는데 사용하기도 하며, 반응성이 낮아 체액과도 잘 반응하지 않고 생체 적합성이 뛰어나므로 의료용 목적으로도 많이 사용한다.
포탄
텅스텐(←, ) 또는 볼프람(←)은 화학 원소로 기호는 W(←), 원자 번호는 74이다. 텅스텐이라는 말은 스웨덴어로 '무거운 돌'을 의미하기 때문에 한자어로 중석(重石)이라고도 부른다. 무겁고 매우 단단한 전이 금속으로 철망간중석과 회중석 등의 광석에서 산출된다. 1781년에 처음 발견되어 1783년에 순수한 형태로 분리되었다. 금속원소들 중 녹는점이 가장 높으며, 밀도는 19.25g/cm3으로 금이나 우라늄과 비슷하다. 순수한 텅스텐은 단단하면서도 강도가 뛰어나며, 불순물이 소량 첨가되면 매우 단단하지만 충격을 받을시 부서지기 쉬워 가공하기 어려워진다.
순수한 텅스텐은 전기·전자 분야에 쓰이지만 주로 화합물이나 합금으로 널리 쓰인다. 전구의 필라멘트가 가장 대표적이다. 또, 텅스텐은 단단하고 밀도가 높으므로 군용 목적으로는 전차의 장갑을 뚫는 탄에도 많이 활용된다.
순수한 텅스텐은 은갈치색의 광택을 띠는 단단한 금속으로, 전성과 연성이 있어 가공하기가 그나마 쉽다. 그러나 불순물이 약간 섞이면 매우 단단하면서도 부서지기 쉬워지는 단점이 있다.
텅스텐은 모든 원소들 중 녹는점이 가장 높고(3422 °C) 1650 °C 이상에서 증기압이 가장 낮은 원소이기도 하다. 비록 탄소가 고체 상태로 존재하는 온도가 더 높기는 하지만 탄소는 약 4027 °C에서 액체 상태를 거치지 않고 바로 기체로 승화하기 때문에 녹는점이 가장 높은 원소는 텅스텐이다. 또, 텅스텐의 인장 강도는 모든 원소들 중에서 가장 높은데 이는 5d 오비탈의 전자들이 텅스텐 원자들을 서로 강하게 결합시키고 있기 때문이다. 따라서 강철에 약간의 텅스텐을 첨가하면 그 강도가 매우 높아진다. (탄화텅스텐(WC)은 가장 강한 물질중 하나(질화붕소(BN), 탄화텅스텐(WC), 질화규소(Si₃N₄))이다. )
또한, 텅스텐은 두 종류의 원자 배열을 가진다. 하나는 α 텅스텐으로 체심 입방정계 구조이며, 텅스텐 구조들 중 가장 안정하다. β 텅스텐은 A15 등축정계 구조를 갖는데 준안정하며, 일반적인 상태에서 α 구조일 때와 함께 존재할 수 있다. α 구조는 전기 저항이 β 구조일 때의 1/3이며, 초전도체가 되는 임계온도는 약 0.015K로 β 구조일 때 1~4K인 것보다 낮다. 두 종류의 구조를 혼합하면 그 중간 정도의 임계온도를 나타낸다. 텅스텐과 다른 금속을 혼합하여 만든 합금은 그보다도 더 높은 임계온도를 나타내는데, 이들은 저온 초전도체 회로에 사용된다. 대표적인 예로 텅스텐-테크네튬 합금이 있다.
원자 번호 74번인 텅스텐은 생물학적 역할이 있다고 알려진 원소들 중 가장 무거운 원소로, 진핵생물을 제외한 일부 세균들이 사용한다. 텅스텐을 사용하는 효소들은 일반적으로 카르복시산을 알데하이드로 환원시키는 역할을 한다. 산화 환원 효소들의 경우 산화 반응의 촉매로 사용하기도 한다. 텅스텐을 필요로 하는 일부 효소의 경우 셀레늄도 함께 필요로 하는 경우가 있는데, 이러한 조합은 몰리브데넘-황의 조합과 비슷한 역할을 한다.
또한, 텅스텐은 토양 속에서 산화하여 양이온이 된다. 이러한 텅스텐 양이온은 토양 속에 사는 원핵생물들이 특정 효소 내에서 몰리브데넘 대체용으로 사용하기도 한다. 토양의 산성도에 따라 텅스텐이 중합되는 정도가 달라지기도 한다. 일반적으로 토양이 산성일 경우 텅스텐 중합체가 잘 형성된다.
텅스텐은 1781년 칼 빌헬름 셸레가 발견하였다. 당시 그는 회중석에서 얻을 수 있는 텅스텐산을 처음으로 발견하고는 이 산을 환원시켜 새로운 금속 원소를 얻을 수 있을 것이라고 예측했다. 1783년에는 엘야르 형제(, )가 철망가니즈중석에서 같은 물질을 발견하였고 이를 목탄으로 환원시켜 순수한 텅스텐을 발견하였다.
제2차 세계대전 동안에는 텅스텐이 군사적으로 중요한 역할을 하였다. 텅스텐은 높은 온도에서도 잘 견디고 다른 금속과 섞으면 강도가 높아지는 성질이 있어 군용으로 많이 사용된다. 이 때문에 당시 유럽 내 주요 산지였던 포르투갈은 지방의 철망가니즈중석 자원 때문에 연합국과 추축국 모두로부터 압력을 받기도 하였으나, 동시에 이득을 취하기도 하였다.
한편, 텅스텐이라는 이름은 스웨덴어 tung sten에서 유래한 것인데, 이는 고대 스웨덴어로 회중석을 지칭하는 말이며, '무거운 돌(중석)'이라는 뜻이다. 따라서 텅스텐이라는 이름은 스칸디나비아 지역에서는 사용되지 않는다. 원소 기호 W는 독일어에서 사용되는 이름인 'wolfram'에서 따온 것으로, 늑대라는 뜻이다.
자연에는 다섯 종류의 텅스텐 동위 원소가 존재하며, 모두 반감기가 매우 길어 안정한 원소로 분류되는 동위 원소들이다. 이론상으로는 안정한 텅스텐 동위 원소 5가지 모두 알파 붕괴를 통해 하프늄으로 붕괴할 수 있지만 현재까지는 180W만이 약 1.8×1018년의 반감기를 거쳐 방사성 붕괴하는 것이 관찰되었으며, 이는 평균적으로 1년에 1g의 텅스텐 중에서 180W 원자 2개만이 붕괴하는 것과 같다. 다른 안정 동위 원소들은 아직까지 붕괴하는 것이 관찰된 적은 없으며 모두 반감기가 4×1018 이상인 것으로 추정되나 실제로 붕괴하지 않을 수도 있다. 이외에 원자량 158에서 192 사이에 30개의 인공 방사성 동위 원소와 4개의 준안정 동위 원소가 발견되었으며, 이들 중 가장 안정한 것은 반감기 121.2일의 181W이다.
고강도 물질.
전체 텅스텐 생산량의 약 60%　정도는 탄화 텅스텐(WC)를 기반으로 한 고강도 물질의 생산에 이용된다. 이는 탄화물 중 가장 단단한 물질 중의 하나로, 경도는 다이아몬드와 비슷하며 녹는점은 약 2770 °C이다. 매우 단단한 특성을 이용하여 칼, 드릴, 톱 등 절단 용구에 많이 사용된다. 일부는 반지 제조에 사용되기도 한다.
텅스텐은 단단하고 밀도가 높아 중금속의 합금에 많이 이용되며, 특히 고강도강은 텅스텐 함량이 18% 정도이다. 녹는점도 매우 높으므로 로켓이나 미사일의 엔진 노즐에도 사용된다. 텅스텐을 철, 니켈, 코발트 등과 혼합하여 만든 합금은 매우 무거우므로 열화 우라늄탄을 대신하여 운동 에너지탄에 사용하기도 한다. 방사능이 문제가 되는 경우 등 열화 우라늄탄을 사용할 수 없는 곳에 주로 사용하며, 이와 비슷하게 포탄의 탄피, 수류탄, 미사일 등에 사용된다. 이밖에도 항공우주공학, 자동차 산업, 방사선 보호 등 텅스텐은 다양한 분야에 널리 사용된다.
텅스텐은 철망가니즈중석, 회중석 등의 광물에서 주로 산출된다. 2009년 기준으로 중국이 전 세계 생산량의 약 83%에 해당하는 51,000톤을 생산하였으며, 제2차 세계대전 당시에는 미국의 텅스텐 공급에 도움을 주기도 하였다. 이외에 러시아, 캐나다, 볼리비아, 오스트리아, 포르투갈, 태국, 브라질, 페루, 르완다 등에서도 상당량 생산되었으며, 이 중 포르투갈은 제2차 세계대전 당시 중립국이면서도 연합국과 나치 독일 양측 모두에 텅스텐을 판매하여 이득을 보았다.
한국에는 텅스텐이 최소 약 970만톤 ~ 최대 3천만톤(80년 사용 가능한 분량)가량 매장되어 있다고 한다. 강원도 영월군 상동광산은 단일 광구로서는 한때 세계 최대의 광산이었다. 그러나 1990년대 값싼 중국산 텅스텐 유입으로 폐광되었고 대한중석은 거평그룹에 매각되었다. 2020년부터 상동광산 재개광을 추진중이다.
텅스텐은 자연에서 흔하게 존재하는 원소는 아니며, 대체로 화학적 활성이 적기 때문에 자연에 미치는 영향은 적다. 그러나 일부 수용성의 텅스텐 화합물은 중추 신경계에 영향을 미칠 수도 있으므로 주의해야 한다.
레늄(←, ←)은 화학 원소로 기호는 Re(←), 원자 번호는 75이다. 은백색의 광택이 있는 무거운 금속으로, 주기율표의 7족에 속한다. 지각에는 약 1ppb의 농도로 포함되어 있는 것으로 추정되며, 지구에서 가장 희귀한 원소 중의 하나이다. 순수한 레늄은 모든 원소들 중에서 세 번째로 녹는점이 높고 끓는점은 가장 높다. 화학적으로는 망가니즈와 테크네튬과 비슷한 성질을 가진다. 몰리브데넘이나 구리 광석을 제련하는 과정에서 부산물로 얻을 수 있다. -1에서 +7까지의 산화수를 가질 수 있다. 1925년에 발견된 레늄은 안정한 원소들 중에서 가장 늦게 발견된 원소이기도 하다. 독일의 라인강(Rhine)에서 이름을 따왔다.
니켈과 레늄의 합금은 연소실, 터빈 날개, 제트 엔진의 배기 노즐 등에 사용된다. 레늄의 함량이 6% 정도 되는 합금은 제트 엔진을 만드는데 사용되거나 화학 공업에서 촉매로 사용된다. 레늄은 수요에 비해 양이 적어 가장 비싼 금속들 중 하나이다.
레늄은 안정한 핵종들 중에서 가장 마지막으로 발견된 원소이다. 드미트리 멘델레예프는 자신의 주기율표에서 발견되지 않은 원소들을 예측하였는데, 이 중에는 레늄도 포함되어 있었다. 일반적으로 1925년 발터 노다크(Walter Noddack)와 이다 노다크(Ida Tacke) 부부, 오토 베르크(Otto Berg)가 공동으로 발견한 것을 최초의 발견으로 인정한다. 그들은 백금 광석과 컬럼바이트에서 레늄을 발견하였으며, 이후에 가돌리늄이나 몰리브데넘을 포함한 광물에도 들어있다는 것을 발견했다. 1928년에는 660kg의 몰리브데넘 광석을 정제하여 1g의 레늄을 얻기도 하였다.
한편, 그보다 이전인 1909년에 일본 화학자 오가와 마사타카(←)는 43번 원소를 발견했다고 발표하고는 '일본(日本)'의 일본어식 발음인 '닛폰(←)'에서 이름을 따 '닛포늄(nipponium)'이라는 이름을 붙이고 Np라는 기호를 사용하였다. 그러나 이는 인정받지 못했고, 이후 2004년 같은 일본 과학자의 분석 결과 레늄인 것으로 판정되었다. 현재 Np는 넵투늄의 기호로 사용되고 있다. 또한 "일본"의 또다른 일본어 발음인 '니혼(←)'에서 따온 '니호늄(nihonium)'은 113번 원소의 이름으로 채택되었다.
레늄은 은백색의 광택이 있는 금속으로 텅스텐과 탄소 다음으로 녹는점이 높은 원소이다. 끓는점은 원소들 중에서 가장 높으며 이리듐, 오스뮴, 백금 다음으로 밀도가 높다. 육방정계 구조의 결정 구조를 가지고 있다.
고온에 장시간 가열한 후 서서히 냉각시키면 연성이 매우 뛰어나며, 몰리브데넘과의 합금은 약 10K에서 초전도체의 성질을 나타낸다. 표준 상태에서는 진한 질산과 왕수를 제외한 산과 염기에 반응하지 않는다.
-3과 -1~+7까지의 산화 상태를 가질 수 있으며, 그 중 가장 흔하게 존재하는 산화 상태는 +2, +4, +6, +7이다.
레늄의 안정한 동위 원소는 185Re 하나이며, 자연에의 존재 비율은 37.4%이다. 자연에 62.6% 존재하는 187Re는 방사성 동위 원소로, 반감기가 4.35×1010년으로 길다. 187Re는 베타 붕괴하여 일정 비율이 오스뮴으로 바뀌므로 광석의 레늄-오스뮴 연대측정법에도 이용된다. 이외에 25종류의 방사성 동위 원소가 발견되었다.
레늄은 지각에서 가장 희귀한 원소 중 하나로, 평균 1ppb 정도 농도로 포함되어 있다. 자료에 따라 0.5ppb가 존재하여 지각에서 77번째로 많이 존재한다고 말하기도 한다. 자연에서 순수한 형태로는 발견되는지의 여부는 확실하지 않으나 순수한 형태로는 발견되지 않을 것으로 추정된다. 몰리브데넘 광석에 약 0.2~1.8% 정도 함유되어 있으며 이는 레늄의 주요 공급원이다. 칠레, 미국, 페루, 러시아, 폴란드 등지에서 많이 생산된다.
1962년 샘 라플라카와 벤저민 포스트가 를 합성했으며, 이것은 다이아몬드와 같은 초경재료로서 쓰일 수 있을 것으로 추측된다. 는 원자가전자들의 밀도가 높고 짧은 공유결합이 많아서 경도가 크다.
레늄과 그 화합물은 자연에 존재하는 양이 극히 적기 때문에 그 독성에 대한 정보는 거의 알려져 있지 않다. 할로젠화 레늄 등 일부 수용성의 레늄 화합물은 위험할 수 있지만 레늄 원자 때문인지 아니면 레늄과 결합한 원소에 의한 것인지는 불분명하다.
오스뮴(←, ←)은 화학 원소로 기호는 Os(←), 원자 번호는 76이다.
오스뮴은 상온에서 청색을 띠는 고체 금속이다. 단단하고 부서지기 쉽다. 고온에서도 잘 부서져 가공하기 어렵고 녹는점도 백금족 원소들 중에서 가장 높기 때문에 융해하여 주조시키기도 어렵다. 천연에서 발견되는 밀도가 가장 큰 원소이다. 어원은 일부 오스뮴 화합물이 자극적인 냄새를 풍긴다고 하여 그리스어로 냄새를 뜻하는 "Osme"에서 유래하였다. 오스뮴 분말은 인체에 매우 해로우며 분말은 상온에서 서서히 산화되어 사산화 오스뮴(OsO4)이 된다. 그것은 상온에서 휘발하기 쉬워서, 강한 냄새와 독성이 있다. 대표적인 오스뮴 합금은 펜촉에 쓰이는 오스미리듐(Osmiridium)이다.
이리듐(←, ←)은 화학 원소로 기호는 Ir(←), 원자 번호는 77, 원자량은 192.22이다.
왕수에도 녹지 않는 성질을 가지고 있으나 가열시 과염소산나트륨 존재하에 가열하면 진한 염산에 녹는다. 모든 금속들 중에서 백금 다음으로 부식이 되지 않는다.
이리듐은 매우 비싸고 희귀해서 쓰이는 데가 많지 않다. 지각 속에 0.08 ppb 존재하기 때문이다. 예를 들자면 일부 고급자동차의 점화플러그는 매우 얇은 이리듐으로 만들어져서 훨씬 오랫동안 지속할 수 있다. 이리듐－아연합금을 염산으로 처리하면 미세한 가루인 소위 폭발이리듐이 생긴다. 이리듐은 백금족원소의 금속을 경화시키기 때문에, 예를 들면 미터원기(백금 90%, 이리듐 10%)나 만년필의 촉 등에 사용된다. 이 밖에 고융점 유리압출용 다이스, 고온반응용 도가니 등과 전기장치·치과재료 등에도 사용된다. 그리고 이리듐은 지표면에서는 희귀하나 백악기말의 지층이나 소행성, 운석 등에서 다량으로 발견되는 것으로 보아 공룡 멸종이 소행성 때문이라는 학설의 강력한 증거이기도 하다. 어벤져스에서 이리듐이 중요한 역할로 등장한 적이 있다.
백금(白金, ←) 또는 플래티나(←, )는 화학 원소로 기호는 Pt(←), 원자 번호는 78이다. 무겁고, 가단성과 연성이 있는 귀금속으로, 전이 금속에 속한다. 니켈 광석이나 구리 광석, 또는 자연 금속 상태로 산출된다. 또한 백금은 훌륭한 촉매이다. 장신구나 실험 장비, 전기 콘센트, 의료 기기, 자동차 배출 가스 제어 장치 등에 사용된다. 백금은 가치가 아주 높은 금속이다. 내부식성, 내마모성이 우수하다. 클라크수 0.0000005(5)(제74위)이다. 2009년 10월 30일 기준 1온스당 백금의 가격은 1324달러($42.37/g)다.
은백색의 귀금속으로 은보다 단단하고, 전성, 연성이 있다. 냉간가공도 할 수 있으나, 보통은 800∼1,000 °C로 가열하여 가공한다. 소량의 이리듐을 가하면 굳기는 뚜렷하게 증가하지만 전성은 떨어진다. 팽창률은 유리와 거의 같아서, 유리기구의 접합에 편리하다. 백금은 여러 가지 색다른 성질 때문에 귀하게 여겨진다. 백금은 금과 은 다음으로 쉽게 모양을 바꿀 수 있다. 즉 늘여서 가는 선으로 뽑을 수도 있고, 망치로 두들겨서 얇은 판을 만들 수도 있다.
공기 중의 산소나 황화합물과 거의 잘 결합하지 않기 때문에, 공기 중에 그냥 두어도 부식하거나 색이 변하지 않는다. 백금은 강한 산에도 녹지 않으며, 왕수라는 질산과 염산의 혼합물에 가장 잘 녹는다. 비소, 인, 규소와 잘 결합하며, 백금의 합금 중에는 이리듐, 니켈, 오스뮴, 팔라듐, 로듐, 루테늄과의 합금이 가장 널리 쓰인다. 원자번호는 78, 원자기호는 Pt, 원자질량은 195.078이다. 녹는점은 1768 °C, 끓는점은 3825 °C, 밀도는 실온에서 21.45g/cm3이다.
염화 수소나 질산 등을 섞으면 H2PtCl6가 된다. 분말 또는 백금해면으로서 촉매, 도량형원기, 백금저항온도계, 실험용 도가니, 열전기쌍, 전기접점재료, 발화전, 전극, 화학장치, 다이, 노즐, 치과재료, 장식용 등으로 사용된다. 다음은 백금이 왕수에 녹는 반응이다.
백금은 자연에서 6가지의 동위 원소(190Pt, 192Pt, 194Pt, 195Pt, 196Pt, and 198Pt)가 있다. 이 중 가장 안정적인 동위 원소는 자연에 존재하는 195Pt로, 자연에서 33.83%를 차지한다. 190Pt는 매우 적게 차지하며 그 양은 0.01%에 불과하다. 자연에 존재하는 동위 원소 중 불안정한 것은 190Pt이며, 붕괴할 때의 반감기는 65 년이다. 198Pt는 알파 붕괴를 하고 반감기가 가장 길며 약 32 년이다. 많은 양을 차지하고 안정적인 것은 질량수 195짜리이다. 백금의 동위 원소는 일반적으로 31가지로 질량수는 166에서 202까지 다양하다. 여기에 인공적으로 만들어진 동위 원소까지 합하면 37가지가 된다. 핵 이성질체 백금 동위 원소 중 가장 반감기가 짧은 것은 166Pt이며 반감기는 300 µs이다. 핵 이성질체 중 반감기가 가장 긴 것은 193Pt이며 반감기는 50 년이다. 모든 백금의 방사성 동위 원소는 베타 붕괴와 알파 붕괴를 한다. 188Pt, 191Pt, and 193Pt는 내부 전환을 하며. 190Pt와 198Pt는 이중 베타 붕괴를 한다.
화학적 반응성.
공기나 수분 등에는 매우 안정하여 고온으로 가열해도 변하지 않고, 산·알칼리에 강하여 내식성이 크다. 다만 왕수에는 서서히 녹고, 가성알칼리와 함께 고온으로 가열하면 침식된다. 플루오린, 염소, 황, 셀레늄 등과 가열하면 반응한다. 또, 고온에서는 탄소를 흡수하고 냉각하면 이것을 방출하는데, 이때 백금의 표면이 물러지므로, 석탄, 코크스 또는 탄소가 많은 환원불꽃 등으로 가열하는 것은 피하는 것이 좋다.
비소, 안티모니, 비스무트, 주석, 납 등과는 녹는점이 백금보다 훨씬 낮은 합금을 만든다. 미세한 분말로 한 백금은 그 부피의 100배 이상의 수소를 흡수하며, 적열한 백금은 수소를 흡수하여 투과시킨다. 또 산소, 헬륨 등도 흡수하는데, 흡수된 수소나 산소는 활성화되므로 산화환원의 촉매로서 중요하다.
화학적 화합물.
백금의 산화 상태는 보통 +2나 +4이다. 산화 상태 +1, 산화 상태 +3 은 그 비율이 매우 적다. 백금(II)는 정방정계결정 구조를 띠고 있다. 백금은 다른 기체와 함께 산이 되면 육클로로백금산 ("H2PtCl6", (H3O)2PtCl6·"n"H2O )가 된다.
백금의 화합물은 이 외에도 다양하다. 아연 화합물의 경우, 평평하여 거울처럼 생겼으며, 광택이 난다.
백금은 염화 암모늄과 반응을 하여 육클로로백금산암모늄을 만든다. 백금의 암모늄 화합물은 불용성을 띤다. 이것을 가열하면 수소는 기체가 되어 날아가서 다시 순수한 백금으로 돌아가게 된다. 백금은 몇 번이고 재활용이 가능하다. 헥사클로로백금산칼륨은 역시 불용성이며, 여기서 칼륨은 칼륨 이온으로 양이온화가 된다.
헥시클로로백금산의 경우에는 백금이 염화 백금(IV) 또는 염화 백금(II)의 원소 형태를 띤다. 이 반응은 다음의 식과 같다.
산화 백금의 화학식은 PtO2이며, 이 형태의 산화 백금은 다른 산과 결합이 가능하다. 다음은 그 반응이다.
백금으로는 항암제를 만들기도 하는데 백금으로 만든 항암제에는 두 가지가 있다. 하나는 시스플라틴으로 고환 종양에 효과가 있다. 분자식은 H6Cl2N2Pt이다.
또 하나는 카보플라틴으로 분자식은 C6H14N2O4Pt이다. 카보플라틴은 선플라의 유도체이기도 하다.
백금의 산출.
흔히 사력 속에 알갱이 또는 모래 모양으로 산출되므로, 이것을 선광하여 백금광으로 한다. 이것은 왕수에 녹여서 클로로백금산을 만들고, 염화암모늄을 가해서 침전시켜 다른 금속과 분리한다. 이렇게 해서 얻은 클로로백금산암모늄((NH4)2PtCl6)를 700∼800 °C로 가열하면 해면 모양으로 된 검은 색의 백금해면을 얻는다.
이 백금해면을 융해 또는 단조하여 백금 덩어리를 얻는데, 보통 석회 도가니 속에서 산수소불꽃 등의 직접가열에 의해 융해한다. 유리상태 또는 다른 동족원소와의 합금으로서 산출되며, 러시아의 우랄지방, 남아프리카, 콜롬비아, 캐나다 등이 주산지이다. 순도는 75∼85%이고, 불순물은 다른 백금족원소이다. 한국에서는 주로 구리를 전기제련할 때 부산물로서 얻는다.
실험실에서 종종 백금으로 된 용기를 쓰는 것은, 백금이 열에 잘 견디고 다른 화학물질에 부식되지 않기 때문이다. 백금은 촉매로도 많이 쓰이는데, 촉매는 화학반응에서 자신은 변하지 않으면서 화학반응의 속도를 빠르게 해주는 물질이다. 1820년대에 독일의 화학자인 되베라이너는 탄화수소 기체가 백금에 닿으면 더 빨리 산화되는 것을 보고, 이때 백금이 촉매로 작용한다는 것을 발견했다. 백금은 자동차에서 나오는 해로운 오염 물질을 무해한 화합물로 바꾸므로, 자동차의 배기가스를 조절하는 촉매변환기에 쓰인다.
산업에서의 백금.
석유산업에서는 옥탄가(가솔린의 연소율을 나타내는 지수)가 높은 가솔린을 만들 때 쓰인다. 또한 아세트산, 질산과 같은 여러 가지 화학물질을 만들 때에도 백금을 촉매로 이용한다. 유리산업에서는 백금으로 유리섬유를 만드는 주조용 틀을 만든다. 백금은 값비싼 장신구를 만드는 데에도 널리 쓰이는데, 그 이유는 백금의 내부식성, 강도, 굳기, 색깔 등이 보석을 끼우기에 좋기 때문이다. 또한 백금은 최고급 수술 도구의 재료로도 쓰인다.
백금과 이리듐의 합금은 무게나 여러 가지 측정의 표준이 되는 기기, 전기장비의 접촉부품, 만년필의 펜촉 등을 만드는 데 쓰인다. 백금의 염은 사진을 인화하는 데 쓰이고, 백금화합물 중에는 암 치료에 쓰이는 것도 있다.
백금은 자연에서 다양한 강의 충적토에서 산출된다. 고대인들이 사용한 증거가 소수 존재한다. 오늘날의 에스메랄다스 근처에 살던 콜럼버스 이전의 미국 사람들은 백금을 백금 합금 공예품을 만드는 데에 사용했다.
유럽의 문헌에서는 1557년, 이탈리아인 고전학자 율리우스 카이사르 스칼리게르의 저서에 처음으로 백금이 언급되어 있다. 그 저서에 백금은 "어떠한 불이나 스페인의 재주로도 아직 녹일 수 없다." 라며 다리엔과 멕시코 사이에서 발견되는 불활성의 금속이라고 묘사되어 있다.
금(金, )은 화학 원소로, 기호는 Au(←)이며, 원자 번호는 79이다. 빛나는 노란색의 무른 금속으로 연성과 가단성이 있는 전이 금속이다. 다른 화학 물질과 화학 반응을 일으키지 않으나, 염소, 플루오린, 왕수와는 반응한다. 덩어리 금속, 또는 바위나 충적토의 알갱이로 산출된다. 수천년 이상 금은 화폐로 쓰였으며, 장신구와 치과, 전자 제품 등에도 사용되었다. 그뿐만 아니라, 전자공학 특히 인쇄기판이나 실리콘(규소)를 겉에 입힌 반도체에 쓰인다. 중세시대에는 인위적으로 황금을 만들기 위해 연금술을 연구하기도 했다. 이제는 바닷물에서도 금을 채취할 수도 있게 되었고, 입자가속기를 이용하여 금을 생성할 수 있게 되었다. 하지만 입자가속기로 생성되는 금의 양은 매우 적고 가속기를 운영하는데 드는 비용이 훨씬 많으므로 경제성이 전혀 없다. 따라서 흔히 상업적으로 쓰이는 모든 금은 아직도 땅에서 얻으므로, 금광업은 매우 중요한 산업이다.
금은 노란색을 띠는 금속으로 연성과 전성이 매우 뛰어나 길게 늘이거나 얇게 펼 수 있다. 일례로 가로, 세로, 높이가 모두 1인치인 정육면체의 금을 넓게 펴면 가로, 세로, 높이가 모두 10미터인 공간을 뒤덮을 수 있을 만큼 넓게 펴진다. 금 1그램으로는 3000미터 이상의 금선도 제작이 가능하다. 또한 금은 어떠한 경우에도 녹이 슬지 않기 때문에 도금을 이용하여 장신구 제작에 많이 사용되었다. 금은 굉장히 무거운 금속으로서 이 세상에 존재하는 모든 원소들 중 금보다 무거운 원소는 많지 않다.
합금으로서 이용.
금은 쉽게 얻을 수 없을 뿐만 아니라 그 물리 성질이 특이해서 오랫동안 귀중하게 여겨졌다. 금은 노란색의 연한 금속 광택이 난다. 또 부드럽기 때문에 다루기가 쉽고 어떤 모양이든 만들 수 있다. 금에는 연성과 전성이 있어 실처럼 매우 가늘게 뽑을 수 있고, 망치로 두들겨서 얇은 판으로 만들 수도 있다. 공기 중에서 전혀 부식되지 않고 다른 화학변화도 일으키지 않기 때문에, 표면의 색이 그대로 보존된다. 금의 부드러운 성질 때문에 순금으로는 작은 충격에도 모양이 쉽게 변하는 특성 탓에 금으로 장신구를 만들려면 다른 금속과 결합한 금합금을 이용한다.
금 합금의 순도는 캐럿이라는 단위로 측정하며, 1캐럿은 순금을 24라고 했을 때 24분의 1에 해당한다. 예를 들어, 금 18캐럿은 금과 다른 금속의 비율이 18:6이다. 원자번호는 79이고, 전자 배치는 [Xe] 4f14 5d10 6s1(1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s1 4f14 5d10)이며, 원자질량은 196.967u이다. 순금의 녹는점은 1064.43도이고, 끓는점은 2807도이며, 20도에서 밀도는 19.32g/cm3이다. 산화서열도에서 거의 맨 마지막에 위치하여 산화가 불가능하다. 그래서 금, 백금, 은 3가지 금속은 산화가 잘 되지 않아서 귀금속으로 분류된다.
금은 금속 중에서 밀도가 큰 편이다. 입방미터(m3) 밀도로 재면 19,300 kg/m3(19.3톤/m3)이며, 납의 밀도는 금보다 작아서 11,340 kg/m3, 가장 밀도가 큰 금속은 오스뮴이며, 입방미터 단위 밀도로 재면 22,610 kg/m3이다.
도금.
은도금을 할 때 은시안화칼륨을 쓰는 것처럼, 금 도금을 할때는 금시안화칼륨을 사용한다. 일단 도금할 물체를 (-)극에 설치하고, 도금할 금속인 금을 (+)극에 설치한 뒤, 그 두 가지를 금 이온(Au+이나 Au3+)이 들어 있는 금시안화칼륨용액에 넣으면 도금을 할 수 있다.
금의 동위 원소는 반감기가 짧은 것이 많으며, 심한 경우에는 나노(nano) 대까지 가는 것도 있다. 가장 짧은 반감기를 가지는 186mAu는 110ns의 반감기를 가진다. 질량은 169u에서 205u까지 다양하게 존재한다.
금은 오직 하나의 안정 동위원소가 천연에 존재하며 그 질량은 197이다. 금은 여러 가지 동위 원소가 존재하는데 그 동위 원소의 종류는 36 가지이며 질량은 169에서 205까지 다양하다. 가장 안정적인 금의 질량은 197이지만 가장 긴 반감기를 가진 동위 원소는 195짜리 금으로 반감기는 168.5일이다. 가장 질량이 작은 안정 동위 원소는 173짜리이며 반감기는 30 µs이다. 금의 반감기는 질량 197의 경우는 해당되지 않으며, 동위 원소 중에서는 α 붕괴, 그리고 β+붕괴를 한다. 질량 195짜리 금과, 그리고 질량 196짜리 금은 β- 붕괴를 한다.
금의 동위 원소 범위는 흔히 170에서 200까지이다. 그 범위에 속하면서 가장 반감기가 긴 금 동위 원소는 질량 178, 179, 181, 182 그리고 188짜리가 이성질체로 존재한다. 가장 안정적인 이성질체 금 반감기는 182m짜리로 2.27일의 반감기를 가진다. 가장 작은 이성질체 금 질량은 177m2짜리로 반감기는 불과 7ns 정도이다. 184m1Au 짜리 금은 β+ 붕괴를 하며, 이성질체 금은 알파 붕괴도 한다. 모든 이성질체 금은 알파 붕괴를 동시에 한다.
금 화합물.
금은 비금속과 결합을 할 수 있으며, 산화 상태의 범위는 1-에서 5+까지이다. 그러나 금(1+)과 금(3+)는 그렇지 않다.
금(1+)은 이온화 할 수 있으며, 보통 이온화가 되면 매우 무르게 된다. 보통 표기할 때는 Au+ 또는 Au-로 표기한다. 금(1+) 은 보통 직선형을 이루고 있다. 금(1+) 화합물의 좋은 예로 시안화금 이온 Au(CN)2−이 있는데, 이것은 채굴될 때 보통 많이 나오는 금의 화합물이다. 그리고 다른 금의 화합물로 (일)염화금(AuCl), 이것은 구조가 지그재그식으로 되어 있으며, 순금으로 될 때 다시 직선형으로 되돌아온다. 금 화합물의 기초가 되는 것이 바로 금(1+)이다.
금(3+)는 염소와 결합을 하면 (삼)염화금(AuCl3)이 된다. 이 화합물이 수소와 결합하여 산이 되면, (일)염화금산 HAuCl4로 된다.
보통 많이 되는 금 이온의 형태는 금(-1), 금(2+), 금(5+)이다. 이 금 이온들은 루비듐 이온(Rb+), 칼륨 이온(K+), 그리고 질산메틸 이온((CH3)4N+)과 이온결합을 한다. 금(2+) 화합물은 금 2원자와 이온결합을 하고(Au-Au,) 다른 화합물과도 결합을 하여 금 화합물인 [Au(CH2)2P(C6H5)2]2Cl2가 된다. 그리고 금(2+)는 제논과 결합하여 복잡한 화합물을 만들어 내며, 화합물은 다음과 같이 된다([AuXe4](Sb2F11)2). 금 이온 중에서 금(5+)는 산화 상태가 가장 높다.
금의 존재형태와 산출.
산금과 사금.
금은 주로 자연금 또는 일렉트럼(자연금과 자연은의 합금)으로서, 석영맥 속에서 황철석, 방연석, 텅스텐 광물 등과 함께 산출된다. 이 밖에 텔루륨와 결합하여 텔루륨 금광으로서 석영맥 속에서 산출되기도 하고, 구리, 납, 아연 등 다른 금속광석 속에서 미립의 자연금으로서 산출되기도 하는데, 이들을 산금이라 한다. 지금까지 발견된 최대의 자연금은 1869년 오스트레일리아의 빅토리아에서 발견된 것으로, 무게가 2,520온스(약 71.5 kg)이었다.
한편 산금에서 유래하는 풍화잔류광상에서 산출되는 것을 사금(하천에서 발견되는 모래 크기만한 금)이라 한다. 클라크수 5×10−7으로, 그 양은 극히 적다. 세계의 주요 금 산출국은 남아프리카공화국, 러시아, 미국 등인데, 그 중에서도 남아프리카공화국의 트란스발 지방에서 세계 총생산량의 약 40%가 산출된다. 한국에서는 충남 청양군 구봉광산에서 주로 산출된다.
금의 채취.
과학자들은 지각의 갈라진 틈에서 지표면으로 흘러나오는 액체와 기체가 퇴적되어 금이 생긴다고 설명한다. 금은 지각을 이루는 암석에서 널리 발견되며, 종종 구리나 납도 함께 발견된다. 또한, 광맥, 퇴적층, 사광상에서도 발견되고, 바닷물에서도 발견된다. 사광상에서 발견되는 입자가 큰 금 알갱이를 사금이라고 하는데, 흔히 하천 바닥에서 발견된다. 이 금 알갱이는 지표수나 홍수 때문에 금광맥에서 씻겨 옮겨온 것이다. 바닷물 속에도 금이 있는데, 바닷물에서는 1t당 약 72 mg(100만 톤당 약 6g)의 금이 들어 있다. 따라서 과학자들은 바닷물 속에 들어 있는 금을 유용하게 분리하는 방법에 대해 연구 중이다.
금은 합금되지 않는 상태나 순수한 상태로 발견되는 경우가 매우 드물며, 흔히 은과 결합된 상태(은성분 6~10%)로 발견된다. 그러나 보통 금은 석영, 방해석, 납, 텔루륨, 아연, 구리 등과 함께 발견되거나, 그러한 물질을 캐내는 과정에서 함께 얻어진다. 금을 얻는 방법은 금이 묻혀 있는 형태에 따라 다르다. 그러나 금이 묻혀 있는 형태와 관계없이 공통으로 필요한 두 단계가 있는데, 하나는 금광석을 캐내는 것이고, 다른 하나는 금광석에서 금을 분리하는 것이다.
사금을 채취할 때에는 대부분 이 두 단계가 금이 묻혀 있는 곳에서 이루어지지만, 땅 속에서 캐낼 경우에는 금광석을 분쇄소로 운반해 필요없는 암석을 골라내고 쓸모 있는 광물만 분리해낸다. 금광맥은 땅 속에서 석탄을 캐는 것처럼 굴착기를 이용해 금광맥의 방향에 따라 땅을 파가면서 찾아낸다. 어떤 금광석은 지표면에서 캐내기도 하는데, 광부들은 암석에 구멍을 뚫어 화약을 넣고 폭발시킨다. 이렇게 광석은 부순 뒤 금이 들어 있는 암석 조각을 분쇄소로 운반한다.
폐휴대전화에서 금을 얻는 경우도 있는데 폐휴대전화 1t에서 금 340g과 은 2kg을 얻을 수 있다. 반면 금광석 1t에서는 금 7.4g과 은 214g을 얻을 수 있다. 폐휴대전화 1대에는 금 0.034g, 은 0.2g, 팔라듐 0.015g, 구리 10.5g, 코발트 6g이 들어 있다. 폐휴대전화를 모아서 금을 채취하고 있는 상황에서 폐휴대전화를 모아두는 곳을 도시광산이라 한다.
세계의 금 산지.
세계의 주요 금 생산국으로는 남아프리카공화국, 짐바브웨, 미국, 오스트레일리아, 캐나다, 러시아 등이 있다. 남아프리카공화국에 있는 금광은 경제성이 매우 높다. 대표적인 금광업 중심지는 윗워터즈랜드로, 세계에서 매장량이 가장 많다. 러시아의 시베리아 동부, 미국의 네바다주(은도 많이 채광된다), 캐나다의 온타리오와 퀘벡도 중요한 금 산지이다. 오스트레일리아의 가장 큰 금광은 퀸즐랜드에 있는 타운즈빌 지방의 키드스톤이다.
한국의 금 산지.
대한민국 내에서 금이 산출되는 광산은 삼척시의 삼조광상, 둔전 금-은-안티모니광상, 정선군의 백전광상, 동원광상, 봉화군의 금정광상, 제천시의 제천광산, 음성군의 무극광상, 통영시의 통영광상 등이 있다.
금의 전기적 성질.
금의 굳기는 2.5∼3으로, 전성 및 연성이 매우 크다. 보통의 금박 두께는 0.00001cm이고, 1g의 금으로 약 3,000m의 금실을 뽑을 수 있다. 순금의 빛깔은 그 상태에 따라 다르며, 괴상의 것은 황색이지만, 분말이나 콜로이드로 되면 보라색이 되고, 녹으면 녹색, 증착막을 형성하면 적색이 된다. 얇은 박이 되면 투과광선에 의해서 녹색에서 청색이 된다. 전기 및 열의 양도체이며, 전기전도도는 은의 67%이고, 비저항은 formula_1(18 °C)이다. 또한 열전도율은 formula_2로 은의 70%이다.
공기나 물에서는 변하지 않으며, 빛깔의 변화도 없고, 강한 산화제에 의해서도 변하지 않는다. 산 및 염기에도 녹지 않지만, 왕수에는 녹아서 염화금산이 된다. 산소가 존재할 때에는 시안화알칼리염의 수용액에서 시아노금산염을 만들며 녹는다. 산소 및 황과는 고온에서도 반응하지 않지만, 염소 및 브로민과는 직접 결합한다. 화합물에서 보통 산화수는 1+와 3+이다. 금 이온(Au2+)의 화합물 중 염화 금(AuCl2)은 물에 잘 녹지 않으나 염산에는 녹는다.
산출상태 및 그 밖의 상황에 따라 다르지만, 일반적으로 사금과 산금에 따라 그 채취방법이 다르다. 사금의 경우 금의 비중이 큰 것을 이용하는 요분법, 요상법 및 홈통법 등이 있으며, 보다 대규모로 채취할 때는 채금선을 사용한다. 요분법 및 요상법에서는 함금사니를 넣은 다음 물 속에서 전후좌우로 흔들면 가벼운 토사는 제거되고 무거운 금은 그릇의 바닥에 남게 된다. 홈통법에서는 너비 40 cm, 깊이 30 cm, 길이 40m 정도의 홈통을 십여 개 연결하여 물을 홈통 안으로 흘려보내면서 물 속에 함금사니를 넣으면 가벼운 토사는 제거되고 무거운 금이 특정 부위에 남게 된다.
산금의 경우 혼홍법 및 시안화법이 사용된다. 혼홍법에서는 금이 수은과 아말감을 잘 만드는 것을 이용한 것으로, 아말감에서 수은을 휘발시키면 금만 남게 된다. 즉, 먼저 광석을 물 속에서 분쇄한 다음 수은으로 아말감을 형성한 구리판의 표면 위를 흐르게 한다. 구리판 위에 생긴 경아말감을 모은 다음 철제 레토르트로 증류하여 수은을 분리, 제거한다.
금의 제조와 그 반응식.
금의 채취율은 60∼80%이며, 나머지는 시안화법 등으로 재처리한다. 시안화법은 시안화나트륨(NaCN)의 수용액이 공기의 존재하에서 금을 녹일 수 있는 성질을 이용한 것으로 다음 식으로 표시된다.
에 의해 금이 석출된다. 보통 혼홍법 및 시안화법을 각각 단독으로 사용하는 경우는 드물고, 이들을 병용한다.