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(AnO22+-의 양이온을 제외하고)산화 상태가 6+인 악티늄족은, [AnO4]2−와 [An2O7]2− 그리고 다른 복합적 음이온의 형태를 한다. 예시적으로, 우라늄, 넵투늄 그리고 플루토늄은 form salts of the Na2UO4 (우라늄산염) 그리고 (NH4)2U2O7 (중우라늄산염) 종류의 형태의 염을 가진다. 란타넘족과 비교하면, 악티늄족이 더 쉽게 배위 화합물의 형태를 가지고, 이 능력은 악티늄족의 원자가를 늘린다. 3+의 악티늄족은 플루오린화 배위 화합물의 형태를 가지지 않는 반면, 4+의 토륨은 복잡한 K2ThF6, KThF5, 그리고 K5ThF9의 형태를 한다. 또한 토륨은 황산염과 (예시로 Na2SO4·Th (SO4)2·5H2O), 질산염 그리고 티오시안산염의 형태도 가진다. 토륨의 배위수가 12일 때 일반적인 화학식이 An2Th(NO3)6·"n"H2O인 염은 배위 화합물로 존재한다. 이것은 악티늄족의 5+와 6+의 복합적 화합물 염보다 더욱 생산하기 쉽다. 악티늄족에서 가장 안정한 배위 화합물은 반응로에서 디케톤과 반응하여 만들어지는 토륨 5+와 우라늄 5+이다. 또한, 아세틸아세톤과도 합성하여 생산이 가능하다.
악티늄족이 일상생활에 적용되는 예로는, 연기 감지기 (아메리슘), 그리고 가스 맨틀 (토륨)이 있다. 또 악티늄족은 주로 핵 무기나 핵 반응기에서 연료로 쓰인다. 앞에서 말한 연기 감지기와 가스 맨틀은 악티늄족이 스스로 핵연쇄 반응을 한다는 전제 하에 악티늄족이 핵반응을 하면서 막대한 에너지를 방출하는 것을 활용한 대표적인 예이다.
원자력 발전에 가장 필요하면서 가장 중요한 것은 바로 우라늄-235이다. 이것은 열중성자로에도 쓰이며, 우라늄-235는 자연적으로는 0.72%밖에 존재하지 않는다. 이 동위원소는 많은 에너지를 배출하면서 강한 힘으로 열중성자를 흡수한다. 1g의 우라늄-235가 한 번 핵분열을 했을 시의 에너지는 1일에 1MW(메가와트)로 변환된다. 중요한 것은, 235U은 235U가 흡수한 중성자보다 더 많은 양의 중성자를 발사한다는 것이다. 임계 질량에 도달하면, 235U는 스스로 핵연쇄 반응을 하게 된다. 일반적으로, 2-3개의 중성자와 함께 우라늄의 핵은 두 조각으로 나뉜다. 예시적으로:
일반외과()는 의학의 한 분야로, 넓은 의미로 수술을 시행하는 전문분야를 말한다. 현재에는 신경외과, 흉부외과, 정형외과, 성형외과, 산부인과, 비뇨기과, 이비인후과, 안과, 소아외과 등의 전문분야로 독립한 분야를 제외한 나머지 모든 분야를 말한다.
김소이(金素怡, 1969년 2월 23일 ~ )는 대한민국의 배우 겸 모델이다. 1988년 연극배우로 처음 데뷔하였고, 1991년 MBC 공채 20기 탤런트로 정식 데뷔하였다. 정형외과 의사(김태훈)와 2년간의 열애 끝에 1998년 결혼했으나 2006년 이혼했다.
미스코리아(Miss Korea)는 한국일보가 주최하고 1957년 제1회를 시작으로 대한민국에서 역사가 가장 오래된 미인 대회이다. 미스코리아 본선 선발은 우승자인 진(眞)은 1명, 2위인 선(善)은 2명, 미스코리아의 3위인 미(美)는 4명이 선발된다. 이렇게 선발된 본선 수상자는 미스 월드, 미스 유니버스 등 세계 미인대회에 대한민국을 대표하여 참가한다. 하지만 미스 월드는 2010년을 마지막으로, 미스 유니버스는 2015년을 마지막으로, 미스 인터내셔널과 미스 어스는 2024년을 마지막으로, 세계대회 참가권 재계약을 하지 않아 더 이상 참가하지 않는다.
2018년 글로벌 이앤비 (구 한국일보 이앤비)가 미스코리아를 인수했다.
1930년대 이광수, 김동인과 함께 대중잡지 《삼천리(三千里)》를 발행하던 김동환은 경쟁지인 소파(小波) 방정환의 ‘별건곤’을 따라잡기 위해 지상 미인대회를 생각해냈다. 여성들의 상반신 사진을 응모 받아 최고 미인을 표지에 싣는 형태였다. 1949년에는 월간지 ‘신태양’이 ‘미스 대한’을 뽑았다. 응모자의 사진을 확대해 덕수궁 뜰에 진열해 놓고 일반인들에게 인기투표를 실시했다. 현재와 비슷한 형식의 미인대회는 1953년 중앙신문사 주최로 부산에서 본격적으로 개최됐고 1953년 대회 우승자는 강귀희였다.
1990년대 후반부터 제기된 성 상품화 및 외모지상주의에 대한 사회적 비판이 거세지면서, 2002년을 기점으로 미스코리아 대회는 지상파 방송에서 더 이상 중계되지 않게 되었다. 이로 인해 대회의 대중적 인지도는 점차 감소하게 되었다.
2010년부터는 미스 월드 참가권을 계약하지 않았고 이어 2016년부터는 미스 유니버스에 참가권 역시 연장하지 않았다. 미스코리아의 역사가 깊은만큼 배출한 스타들이 이미 상당히 많고 한국 대중문화가 전세계적으로 인기를 끌고 있어 국제대회에 참가할 대한민국 대표를 뽑는 것보다는 자국 내의 엔터테이너를 선발하는 형식으로 탈바꿈 한 것으로 보여진다. 국제대회는 미스코리아 본선 수상자에 한해서 2024년까지 미스 인터내셔널과 미스 어스에 참가하고 있었지만 2025년부터는 참가권을 재계약하지 않았다.
2010년대 중후반부터 대중의 관심이 점차 감소하는 추세를 보였다.
뇌물 수수.
1993년 한국일보사 전 사업본부장 겸 상무 김중기가 4년동안 미스코리아 참가자 부모들과 미용실 업주들에게 거액의 돈을 받고 선발 과정에서 부정을 저지른 것이 밝혀졌다. 이로 인해 김중기와 미용실 업주 하종순, 박옥희가 구속되었다. 이 과정에서 뇌물 수수와 관련된 관련된 참가자 1990년 미스코리아 진 서정민과 1993년 미스코리아 엘칸토 윤수진, 자격조건 미달을 불법으로 서류를 위조해 참가한 1993년 미스코리아 선 허성수와 1993년 미스코리아 한국일보 이주미로 밝혀졌다. 허성수는 고등학교 중퇴라서 자격조건이 미달이었으나 허성수의 오빠인 허정훈이 졸업증서를 위조해 참가하게 했고, 이주미는 나이가 어려 자격조건이 미달이었지만 미용실 원장과 이주미의 어머니가 공모하여 미용실 종업원인 손수미의 주민등록증에 이주미의 사진을 붙여 참가서류를 위조했다. 당시 연예계에서 활동 중이던 서정민은 이 사건을 계기로 연예계에서 은퇴했다.
채점 오류 파문.
1998년 미스코리아에 1차 통과자 15명 중 4명의 점수에 오류가 생겨 심사 결과를 반복하고 일주일 후 재심사를 통해 사건 무마를 위해 최종 5명에서 8명으로 확대 선발했다. 본선 당일 15명의 인터뷰 심사를 마치면 즉석에서 채점 결과가 컴퓨터로 집계되어 나오게 되는데 후보 4명의 점수가 3번(김수용) 심사위원의 점수가 입력되지 않은 채 평균 점수가 산출됐다. 28번 대전-충남 진 이재원, 33번 전남 진 차서원, 46번 대구 진 서혜진, 49번 서울 선 이은희 총 4명의 점수가 타 후보에 비해 터무니없이 낮았지만(평균 7점대, 다른 후보는 8-9점대)대회는 계속 진행됐고 시상까지 마쳤다. 대회 종료 후 탈락한 후보 가족의 항의가 이어졌고 주최측의 검토 결과 오류가 발견되어 심사 결과를 발표하지 않고 재심사를 결정했다. 한국일보사는 일주일 후 세종문화회관 소극장에서 본선 당시 최종결선 통과자 8명과 채점오류로 피해를 본 4명 등 총 12명만을 상대로 재심사를 열어 6번 충북 미 이정민, 21번 대구 선 이정희, 28번 대전-충남 진 이재원 총 3명을 구제하여 최종 8명을 선발해 채점 오류 파동을 잠재우려 했다. 이 컴퓨터 채점 공개제는 미스유니버스 채점 제도를 벤치마킹한 것으로 1998년 대회에 첫 도입했지만 뼈아픈 오류 파문으로 큰 오점을 남겼다. 이후 1999년 대회부터는 최고점과 최저점을 제외해 평균을 내는 올림픽 채점제가 도입되었다.
자격 박탈.
2011년 3월 16일 미스 월드 조직회 회장인 줄리아 몰리가 대한민국을 방한하여, 미스 월드 코리아 조직회 창설회에 참석하였다. 이에 따라 월드뷰티엔터프라이즈가 미스 월드 대한민국 출전권을 따냈다.
촉매 작용(catalysis)은 촉매(catalyst, )라 불리는 첨가 물질로 인해 화학 반응의 속도가 증가하는 것이다. 촉매는 반응에 의해 소모되지 않으며 반응 후에도 변하지 않은 상태로 남는다. 반응이 빠르고 촉매가 빠르게 재활용되면 매우 소량의 촉매로도 충분한 경우가 많다. 혼합, 표면적, 온도는 반응 속도에 중요한 요소이다. 촉매는 일반적으로 하나 이상의 반응물과 반응하여 중간체를 형성하고, 이 중간체는 최종 반응 생성물을 생성하며 촉매를 재생한다.
속도 증가는 촉매가 반응이 비촉매 메커니즘보다 훨씬 빠를 수 있는 대체 메커니즘으로 발생하도록 허용하기 때문에 발생한다. 그러나 비촉매 메커니즘은 여전히 가능하므로 총 속도(촉매 + 비촉매)는 촉매의 존재 하에서만 증가할 수 있으며 결코 감소하지 않는다.
촉매 작용은 반응물과 동일한 상(보통 기체 또는 액체)에 성분이 분산되어 있는 균일 촉매 작용 또는 성분이 동일한 상에 있지 않은 불균일 촉매 작용으로 분류될 수 있다. 효소 및 기타 생체 촉매는 종종 세 번째 범주로 간주된다.
촉매 작용은 모든 종류의 화학공업에서 널리 사용된다. 상업적으로 생산되는 모든 화학 제품의 90%가 제조 과정의 어느 단계에서든 촉매를 포함하는 것으로 추정된다.
"촉매"라는 용어는 그리스어 에서 유래되었으며, "풀다" 또는 "해결하다"를 의미한다. 촉매 작용의 개념은 화학자 엘리자베스 풀하메가 산화-환원 실험에서의 새로운 연구를 바탕으로 고안했다.
일반 원리.
예시로 과산화 수소가 물과 산소로 분해되는 것을 촉매가 가속화하는 효과를 들 수 있다.
이 반응은 반응 생성물이 시작 화합물보다 더 안정하기 때문에 진행되지만, 이 분해는 너무 느려서 과산화 수소 용액이 상업적으로 이용 가능하다. 이산화 망가니즈와 같은 촉매가 존재하면 이 반응은 훨씬 빠르게 진행된다. 이 효과는 산소의 발포를 통해 쉽게 볼 수 있다. 촉매는 반응에서 소모되지 않으며, 변하지 않은 상태로 회수하여 무기한 재사용할 수 있다. 따라서 이산화 망가니즈는 이 반응을 촉매한다고 말할 수 있다. 살아있는 유기체에서는 이 반응이 카탈레이스와 같은 효소(촉매 역할을 하는 단백질)에 의해 촉매된다.
또 다른 예는 촉매가 대기 오염과 일산화 탄소량을 줄이는 데 미치는 영향이다. 일산화 탄소를 바람직한 제품으로 전환하는 활성 및 선택적 촉매의 개발은 촉매의 가장 중요한 역할 중 하나이다. 일산화 탄소의 수소화를 위한 촉매를 사용하면 이 독성 가스를 제거하고 유용한 물질을 생산하는 데 도움이 된다.
촉매의 촉매 활성을 측정하는 SI 유도 단위는 캐탈이며, 이는 초당 몰(mole) 단위로 정량화된다. 촉매의 생산성은 전환수(TON)로, 촉매 활성은 시간 단위당 TON인 전환 빈도(TOF)로 설명할 수 있다. 생화학적 등가물은 효소 단위이다. 효소 촉매의 효율성에 대한 자세한 내용은 효소 문서를 참조한다.
촉매 반응 메커니즘.
일반적으로 화학 반응은 촉매가 존재할 때 더 빠르게 발생한다. 촉매는 비촉매 메커니즘보다 더 낮은 활성화 에너지를 갖는 대체 반응 과정(반응 경로)을 제공하기 때문이다. 촉매 메커니즘에서 촉매는 재생된다.
기체 상에서 발생하는 간단한 예로, 반응은 일산화 질소를 첨가하여 촉매될 수 있다. 이 반응은 두 단계로 발생한다.
NO 촉매는 재생된다. 전체 속도는 느린 단계의 속도이다.
불균일 촉매의 한 예는 이산화 타이타늄(TiO, 또는 티타니아) 표면에서 산소와 수소가 반응하여 물을 생성하는 것이다. 주사 터널링 현미경으로 분자들이 흡착 및 해리를 겪는 것을 보여주었다. 해리된 표면 결합 O 및 H 원자들은 함께 확산된다. 중간 반응 상태는 HO, HO, 그리고 HO 및 반응 생성물(물 분자 이합체)이며, 그 후에 물 분자는 촉매 표면에서 탈착된다.
반응 에너지학.
촉매는 비촉매 반응과 다른 경로를 가능하게 한다. 이 경로들은 더 낮은 활성화 에너지를 갖는다. 결과적으로, 더 많은 분자 충돌이 전이 상태에 도달하는 데 필요한 에너지를 갖게 된다. 따라서 촉매는 그렇지 않으면 운동학적 장벽에 의해 차단되거나 느려질 반응을 가능하게 할 수 있다. 촉매는 반응 속도나 선택성을 증가시키거나, 더 낮은 온도에서 반응을 가능하게 할 수 있다. 이 효과는 에너지 프로파일 다이어그램으로 설명될 수 있다.
촉매된 초등 반응에서 촉매는 반응의 범위를 변화시키지 않는다. 즉, 반응의 화학 평형에 영향을 미치지 않는다. 순방향 및 역방향 반응 속도의 비율은 영향을 받지 않는다(또한 열역학 참조). 열역학 제2법칙은 촉매가 반응의 화학 평형을 변화시키지 않는 이유를 설명한다. 평형을 이동시키는 촉매가 있다고 가정해 보자. 시스템에 촉매를 도입하면 새로운 평형으로 이동하여 에너지를 생산하는 반응이 발생할 것이다. 반응은 깁스 자유 에너지가 생성될 때만 자발적이며, 에너지 장벽이 없다면 촉매가 필요 없으므로 에너지 생산은 필수적인 결과이다. 그러면 촉매를 제거하는 것도 반응을 일으켜 에너지를 생산할 것이다. 즉, 첨가와 그 역과정인 제거 모두 에너지를 생산할 것이다. 따라서 평형을 변화시킬 수 있는 촉매는 영구 기관이 될 것이고, 이는 열역학 법칙에 모순된다. 따라서 촉매는 평형 상수를 변화시키지 않는다. (그러나 촉매는 후속 단계에서 반응하여 평형 농도를 변화시킬 수 있다. 이때 촉매는 반응이 진행됨에 따라 소모되므로 반응물 역할도 한다. 예를 들어 염기 촉매 가수분해의 경우, 생성된 카복실산은 즉시 염기 촉매와 반응하여 반응 평형이 가수분해 쪽으로 이동한다.)
촉매는 시작 물질을 안정화하는 것보다 전이 상태를 더 안정화시킨다. 촉매는 시작 물질과 전이 상태 사이의 에너지 차이를 줄여서 운동 장벽을 감소시킨다. 촉매는 시작 물질과 생성물 사이의 에너지 차이(열역학적 장벽) 또는 사용 가능한 에너지(열 또는 빛으로 환경에서 제공됨)를 변화시키지 않는다.
일부 소위 촉매는 실제로는 전구촉매로, 반응에서 촉매로 전환된다. 예를 들어, 윌킨슨 촉매 RhCl(PPh)는 실제 촉매 주기에 들어가기 전에 트리페닐포스핀 리간드 하나를 잃는다. 전구촉매는 저장하기 더 쉽지만 현장에서 쉽게 활성화된다. 이러한 사전 활성화 단계 때문에 많은 촉매 반응은 유도 기간을 포함한다.
협동 촉매 작용에서는 촉매 활성을 향상시키는 화학종을 보조 촉매 또는 촉진제라고 한다.
탠덤 촉매 작용에서는 두 개 이상의 서로 다른 촉매가 원-팟 반응으로 결합된다.
자기촉매에서는 촉매가 전체 반응의 생성물이며, 이 문서에서 다루는 다른 모든 유형의 촉매 작용과는 대조된다. 자기촉매의 가장 간단한 예는 A + B → 2 B 유형의 반응이며, 한 단계 또는 여러 단계로 이루어진다. 전체 반응은 단순히 A → B이므로 B는 생성물이다. 그러나 B가 반응물이기도 하므로 속도 방정식에 나타나 반응 속도에 영향을 미칠 수 있다. 반응이 진행됨에 따라 B의 농도가 증가하고 촉매로서 반응을 가속화할 수 있다. 실제로 반응은 자체적으로 가속화되거나 자기촉매된다. 예를 들어 아스피린과 같은 에스터가 카복실산과 알코올로 가수분해되는 것이다. 산 촉매가 추가되지 않은 경우, 카복실산 생성물이 가수분해를 촉매한다.
전환성 촉매 작용은 촉매가 일반적으로 외부 자극을 가하여 서로 다른 반응성을 가진 다른 기저 상태 사이에서 전환될 수 있는 촉매 작용 유형을 의미한다. 촉매를 가역적으로 전환하는 이 능력은 촉매 활성 및 선택성에 대한 시공간적 제어를 가능하게 한다. 촉매를 전환하는 데 사용되는 외부 자극에는 온도, pH, 빛, 전기장 또는 화학 물질의 첨가가 포함될 수 있다.
진정한 촉매는 희생 촉매와 함께 작동할 수 있다. 진정한 촉매는 초등 반응에서 소모되어 비활성화된 형태로 변한다. 희생 촉매는 진정한 촉매를 다른 주기를 위해 재생시킨다. 희생 촉매는 반응에서 소모되므로 실제로는 촉매가 아니라 시약이다. 예를 들어, 사산화 오스뮴(OsO4)은 이수산화 반응에 좋은 시약이지만, 독성이 매우 강하고 비싸다. 업존 이수산화 반응에서는 희생 촉매인 N-메틸모르폴린 N-산화물(NMMO)이 OsO4를 재생시키고, 촉매량의 OsO4만이 필요하다.
촉매 작용은 균일 촉매 작용 또는 불균일 촉매 작용으로 분류될 수 있다. 균일 촉매 작용은 구성 요소가 반응물 분자와 동일한 상(보통 기체 또는 액체)에 분산되어 있는 것이다. 불균일 촉매 작용은 반응 구성 요소가 동일한 상에 있지 않는 경우이다. 효소 및 기타 생체 촉매는 종종 세 번째 범주로 간주된다. 유사한 메커니즘 원리는 불균일 촉매 작용, 균일 촉매 작용 및 생체 촉매 작용에 적용된다.
불균일 촉매 작용.
불균일 촉매는 반응물과 다른 상에서 작용한다. 대부분의 불균일 촉매는 액체 또는 기체 반응 혼합물에 있는 기질에 작용하는 고체이다. 중요한 불균일 촉매로는 제올라이트, 알루미나, 고차 산화물, 흑연 탄소, 전이 금속산화물, 수소화를 위한 라니 니켈과 같은 금속, 그리고 접촉 공정에 의한 이산화 황의 삼산화 황으로의 산화를 위한 산화 바나듐(V)이 있다.
표면에서의 반응에 대한 다양한 메커니즘은 흡착이 어떻게 일어나는지에 따라 알려져 있다(랭뮤어-힌셸우드, 엘리-리들, 그리고 마르스-반 크레벨렌 ). 고체의 총 표면적은 반응 속도에 중요한 영향을 미친다. 촉매 입자 크기가 작을수록 주어진 질량의 입자에 대한 표면적이 더 커진다.
불균일 촉매에는 활성 자리가 있는데, 이는 기질이 실제로 결합하는 원자 또는 결정면이다. 활성 자리는 원자이지만 종종 고체의 면(가장자리, 표면, 계단 등)으로 묘사된다. 불균일 촉매의 대부분의 부피뿐만 아니라 대부분의 표면도 촉매적으로 비활성일 수 있다. 활성 자리의 본질을 알아내는 것은 기술적으로 어렵다.
예를 들어, 질소와 수소로부터 암모니아를 합성하는 하버법의 촉매는 종종 철로 묘사된다. 그러나 상세한 연구와 많은 최적화를 통해 철-칼륨-칼슘-산화 알루미늄의 혼합물로 된 촉매가 개발되었다. 반응하는 기체는 철 입자의 활성 자리에 흡착된다. 일단 물리적으로 흡착되면 반응물은 부분적으로 또는 완전히 해리되고 새로운 결합을 형성한다. 이러한 방식으로 질소의 특히 강한 삼중 결합이 깨지는데, 이는 높은 활성화 에너지 때문에 기체상에서는 극히 드문 일이다. 따라서 전체 반응의 활성화 에너지가 낮아지고 반응 속도가 증가한다. 불균일 촉매가 적용되는 또 다른 장소는 황산 생산을 위한 산화 바나듐(V)에 의한 이산화 황의 산화이다. 많은 불균일 촉매는 실제로 나노물질이다.
불균일 촉매는 일반적으로 "지지체"에 "지지"되는데, 이는 촉매가 효과를 높이거나 비용을 최소화하는 두 번째 물질에 분산되어 있음을 의미한다. 지지체는 작은 촉매 입자의 응집 및 소결을 방지하거나 최소화하여 더 많은 표면적을 노출시키므로 촉매는 지지체에서 더 높은 비활성(그램당)을 갖는다. 때로는 지지체가 단순히 촉매가 표면적을 늘리기 위해 분산되는 표면에 불과하기도 한다. 더 자주, 지지체와 촉매는 상호 작용하여 촉매 반응에 영향을 미친다. 지지체는 또한 개별 촉매 분자가 화학적으로 결합할 수 있는 자리를 제공하여 나노입자 합성에 사용될 수 있다. 지지체는 높은 표면적을 가진 다공성 물질이며, 가장 일반적으로 알루미나, 제올라이트 또는 다양한 종류의 활성탄이다. 특수 지지체에는 이산화 규소, 이산화 타이타늄, 탄산 칼슘, 그리고 황산 바륨이 포함된다.
전기 촉매.
전기화학, 특히 연료전지 공학의 맥락에서, 연료전지를 구성하는 반쪽 반응의 속도를 향상시키기 위해 다양한 금속 함유 촉매가 사용된다. 일반적인 연료전지 전기 촉매 유형 중 하나는 약간 더 큰 탄소 입자에 지지된 백금나노입자를 기반으로 한다. 연료전지의 전극 중 하나와 접촉할 때, 이 백금은 산소 환원 속도를 물 또는 수산화물 또는 과산화 수소로 증가시킨다.
균일 촉매 작용.
균일 촉매는 반응물과 동일한 상에서 작용한다. 일반적으로 균일 촉매는 기질과 함께 용매에 용해된다. 균일 촉매 작용의 한 예는 아세트산과 메탄올로부터 메틸 아세테이트가 형성되는 것과 같은 카복실산의 에스터화에 대한 H의 영향이다. 균일 촉매를 필요로 하는 대량 공정에는 하이드로포르밀화, 하이드로실릴화, 하이드로시아노화가 포함된다. 무기화학자들에게 균일 촉매 작용은 종종 유기금속 촉매와 동의어이다. 그러나 많은 균일 촉매는 유기금속이 아니며, 예를 들어 코발트염은 p-자일렌의 테레프탈산으로의 산화를 촉매한다.
유기 촉매 작용.
전이 금속이 때때로 촉매 연구에서 가장 많은 주목을 받지만, 금속이 없는 작은 유기 분자도 촉매 특성을 나타낼 수 있는데, 이는 많은 효소에 전이 금속이 없다는 사실에서 명백하다. 일반적으로 유기 촉매는 전이 금속(-이온) 기반 촉매보다 더 높은 부하량(반응물 단위량당 촉매량, 몰%로 표시)을 요구하지만, 이러한 촉매는 일반적으로 대량으로 상업적으로 이용 가능하여 비용을 절감하는 데 도움이 된다. 2000년대 초반에는 이러한 유기 촉매가 "새로운 세대"로 간주되었으며 전통적인 금속(-이온) 함유 촉매와 경쟁력이 있다.
유기 촉매는 수소 결합과 같은 비공유 상호 작용을 활용하여 금속이 없는 효소와 유사하게 작동하는 것으로 추정된다. 유기 촉매 분야는 공유(예: 프롤린, DMAP) 및 비공유(예: 티오우레아 유기촉매) 유기 촉매의 적용으로 나뉘며, 각각 선호되는 촉매-기질결합 및 상호 작용을 참조한다. 2021년 노벨 화학상은 벤자민 리스트와 데이비드 W.C. 맥밀런에게 "비대칭 유기 촉매의 개발"로 공동 수여되었다.
광촉매.
광촉매는 촉매가 빛을 받아 들뜬 상태를 생성하여 산화환원 반응을 유도하는 현상이다. 단일항 산소는 일반적으로 광촉매에 의해 생성된다. 광촉매는 염료감응형 태양전지의 구성 요소이다.
효소 및 생체 촉매.
생물학에서 효소는 물질대사 및 이화작용에서 단백질 기반 촉매이다. 대부분의 생체 촉매는 효소이지만, 리보자임 및 합성 디옥시리보자임을 포함하여 단백질이 아닌 다른 생체 분자 클래스도 촉매 특성을 나타낸다.
생체 촉매는 균일 촉매와 불균일 촉매의 중간으로 볼 수 있지만, 엄밀히 말하면 수용성 효소는 균일 촉매이고 생체막 결합 효소는 불균일 촉매이다. 온도, pH, 효소, 기질, 생성물의 농도를 포함한 여러 요인이 효소(및 기타 촉매)의 활성에 영향을 미친다. 효소 반응에서 특히 중요한 시약은 물인데, 이는 많은 결합 형성 반응의 생성물이며 많은 결합 파괴 과정의 반응물이기도 하다.
생체 촉매에서 효소는 액상과당 및 아크릴아마이드를 포함한 많은 상품 화학 물질을 준비하는 데 사용된다.
화학 반응의 전이 상태와 유사한 안정적인 분자를 결합 대상으로 하는 일부 단일 클론 항체는 해당 화학 반응의 활성화 에너지를 낮춤으로써 약한 촉매로 기능할 수 있다. 이러한 촉매 항체는 때때로 "앱자임"이라고 불린다.
상업적으로 생산되는 모든 화학 제품의 90%가 제조 공정의 어느 단계에서든 촉매를 포함하는 것으로 추정된다. 2005년에는 촉매 공정이 전 세계적으로 약 9천억 달러의 제품을 생산했다. 촉매는 너무나 널리 퍼져 있어 하위 분야를 쉽게 분류하기 어렵다. 아래에서 특히 집중하는 일부 분야를 살펴본다.
에너지 처리.
석유 정제는 알킬화, 접촉 분해(장쇄 탄화수소를 더 작은 조각으로 분해), 나프타 개질, 수증기 개질(탄화수소를 합성 가스로 전환)을 위해 촉매를 집중적으로 사용한다. 화석 연료 연소에서 나오는 배기가스조차도 촉매를 통해 처리된다. 일반적으로 백금과 로듐으로 구성된 디젤 산화 촉매장치는 자동차 배기가스의 더 유해한 부산물 중 일부를 분해한다.
합성 연료와 관련하여, 오래되었지만 여전히 중요한 공정은 합성 가스로부터 탄화수소를 합성하는 피셔-트로프쉬 합성이며, 이는 수성 가스 전환 반응을 통해 처리되고 철에 의해 촉매된다. 사바티에르 반응은 이산화탄소와 수소로부터 메테인을 생산한다. 바이오디젤 및 관련 바이오 연료는 무기 및 생체 촉매를 통한 처리가 필요하다.
연료전지는 양극 및 음극 반응 모두에 촉매를 사용한다.
촉매 히터는 가연성 연료 공급으로부터 무염 열을 생성한다.
대량 화학물질.
일부 대량 화학 물질은 촉매 산화를 통해 생산되며, 종종 산소를 사용한다. 예로는 암모니아로부터의 질산, 접촉 공정에 의한 이산화 황에서 삼산화 황으로의 황산, p-자일렌으로부터의 테레프탈산, 프로필렌 또는 프로페인으로부터의 아크릴산, 프로페인 및 암모니아로부터의 아크릴로나이트릴이 있다.
암모니아 생산은 가장 대규모이며 에너지 집약적인 공정 중 하나이다. 하버법에서는 질소가 철 산화물 촉매 위에서 수소와 결합된다. 메탄올은 일산화 탄소 또는 이산화 탄소로부터 준비되지만 구리-아연 촉매를 사용한다.
에틸렌과 프로필렌으로부터 유도된 대량 중합체는 종종 치글러-나타 촉매를 사용하여 제조된다. 폴리에스터, 폴리아미드, 이소시아네이트는 산염기 촉매를 통해 유도된다.
대부분의 카보닐화 공정에는 금속 촉매가 필요하며, 예로는 몬산토 아세트산 공정과 하이드로포르밀화가 있다.
정밀 화학물질.
많은 정밀 화학물질은 촉매 작용을 통해 제조된다. 이 방법에는 중공업의 방법뿐만 아니라 대규모로는 비싸게 될 더 전문적인 공정이 포함된다. 예를 들어 헥 반응과 프리델-크래프츠 반응이 있다. 대부분의 생체 활성 화합물이 카이랄성이므로 많은 의약품은 에난티오선택성 촉매 작용(촉매 비대칭 합성)으로 생산된다. 항균제인 레보플록사신의 전구체인 (R)-1,2-프로판다이올은 노요리 비대칭 수소화에서 BINAP-루테늄 착물 기반 촉매를 사용하여 하이드록시아세톤으로부터 효율적으로 합성될 수 있다.
촉매의 가장 분명한 응용 분야 중 하나는 니켈 촉매를 사용하여 지방을 수소화(수소 기체와 반응)하여 마가린을 생산하는 것이다. 많은 다른 식품은 생체 촉매를 통해 준비된다(아래 참조).
촉매는 산업 공정의 효율성을 높여 환경에 영향을 미치지만, 촉매는 환경에서 직접적인 역할도 한다. 주목할 만한 예는 염소 (원소)유리기가 오존을 분해하는 촉매 역할이다. 이 유리기들은 염화 플루오린화 탄소(CFC)에 대한 자외선방사선의 작용에 의해 형성된다.
"촉매"라는 용어는 넓게 정의하여 프로세스의 속도를 증가시키는 모든 것을 의미하며, 그리스어 καταλύειν에서 유래했으며, "무효화하다", "풀다" 또는 "들어 올리다"를 의미한다. 촉매의 개념은 화학자 엘리자베스 풀하메가 1794년 책에서 산화-환원 반응에 대한 그녀의 새로운 연구를 바탕으로 고안하고 설명했다. 촉매를 의식적으로 사용한 유기화학에서의 첫 화학 반응은 1811년 고틀리프 키르히호프에 의해 연구되었는데, 그는 녹말이 포도당으로 산 촉매 전환되는 것을 발견했다. 촉매라는 용어는 나중에 1835년 옌스 야코브 베르셀리우스에 의해 반응 후 변하지 않은 채 남아 반응을 가속화하는 물질을 설명하기 위해 사용되었다. 베르셀리우스보다 앞서 활동한 풀하메는 환원 실험에서 금속 대신 물을 사용했다. 18세기 다른 촉매 분야에서 활동한 화학자로는 접촉 공정이라고 언급한 아일하르트 미처리히와 접촉 작용을 언급한 요한 볼프강 되베라이너가 있다. 그는 수소와 백금 스펀지를 기반으로 한 되베라이너의 램프라는 라이터를 개발했는데, 이는 1820년대에 상업적으로 성공을 거두어 오늘날까지 이어지고 있다. 험프리 데이비는 촉매에 백금을 사용하는 것을 발견했다. 1880년대에 라이프치히 대학교의 빌헬름 오스트발트는 산과 염기의 존재에 의해 촉매되는 반응에 대한 체계적인 조사를 시작했으며, 화학 반응이 유한한 속도로 발생하며 이러한 속도를 사용하여 산과 염기의 강도를 결정할 수 있음을 발견했다. 이 연구로 오스트발트는 1909년 노벨 화학상을 수상했다. 블라디미르 이파티예프는 올리고머화의 발견 및 상업화를 포함하여 일부 초기 산업 규모 반응을 수행했으며 수소화를 위한 촉매를 개발했다.
억제제, 독성 물질 및 촉진제.
속도를 낮추는 첨가 물질을 가역적일 경우 반응 억제제라고 하고, 비가역적일 경우 촉매 독성 물질이라고 한다. 촉진제는 그 자체로는 촉매가 아니지만 촉매 활성을 증가시키는 물질이다.
억제제는 반응 속도를 감소시키기 때문에 때때로 "음성 촉매"라고 불리기도 한다. 그러나 억제제는 더 높은 활성화 에너지를 가진 반응 경로를 도입함으로써 작동하지 않으므로, 반응 속도를 낮추지 않는다. 그 대신, 촉매를 비활성화시키거나 자유 라디칼과 같은 반응 중간체를 제거함으로써 작용한다. 불균일 촉매에서는 중합성 부산물로 덮여 촉매가 비활성화되는 현상을 코킹이라고 한다.
억제제는 속도뿐만 아니라 선택성도 변경할 수 있다. 예를 들어, 알카인을 알켄으로 수소화하는 과정에서 아세트산 납(II) (Pb(CHCO))로 부분적으로 "독이 된" 팔라듐 (Pd) 촉매를 사용할 수 있다(린들라 촉매). 촉매가 비활성화되지 않으면 생성된 알켄은 더 나아가 알케인으로 수소화된다.
억제제는 예를 들어 특정 유형의 활성 자리만 선택적으로 독살함으로써 이러한 효과를 낼 수 있다. 또 다른 메커니즘은 표면 형상을 변경하는 것이다. 예를 들어, 수소화 작업에서 금속 표면의 큰 평면은 수소분해 촉매 작용의 자리로 작용하는 반면, 불포화물 수소화를 촉매하는 자리는 더 작다. 따라서 표면을 무작위로 덮는 독극물은 오염되지 않은 큰 평면의 수를 낮추는 경향이 있지만, 비례적으로 작은 자리는 자유롭게 남겨두어 수소화 대 수소분해 선택성을 변경한다. 다른 많은 메커니즘도 가능하다.
촉진제는 표면을 덮어 코크스 덩어리의 생성을 방지하거나, 심지어 그러한 물질을 적극적으로 제거할 수도 있다(예: 플랫폼밍에서 백금 위의 레늄). 촉진제는 촉매 물질의 분산을 돕거나 반응물과 결합할 수 있다.
생명 기원의 전생물적 촉매 작용.
생명은 정보 처리와 생물학적 중합체에 의해 수행되는 촉매 활성 사이의 상호 작용을 기반으로 한다. 전생물적 정보 코딩 중합체에서 촉매 기능이 출현하는 가능한 진화 경로는 제안되었다. 또한 생명은 RNA-단백질 시스템으로 출현했으며, 여기서 두 구성 요소는 서로의 형성을 상호 촉매했다고 제안되었다.
화학 반응(化學反應, )은 어떠한 화학 물질이 화학 변화를 겪어 다른 물질로 변화하는 과정이다. 고전적인 화학 반응은 원자핵의 변화 없이 원자 사이의 화학 결합이 형성되거나 끊어질 때 전자의 위치의 변화만을 다루며, 화학반응식으로 설명할 수 있다. 핵화학은 화학의 소분과로서 불안정하고 방사성을 띤 원자들의 화학 반응을 다룬다.
화학 반응은 일정한 온도와 화학 농도에서 특유의 반응 속도로 이루어지며, 열 에너지 이외의 에너지를 필요로 하지 않는 빠른 반응은 자발적 과정으로 불린다. 비자발적 반응은 자연 상태에서는 매우 느리게 이루어지며, 인간이 관측하기 적절한 속도의 반응을 일으켜 화학 평형에 도달하려면 열, 빛, 전기 에너지 등 추가적인 에너지가 필요하다.
일생 동안에 골격의 구성은 바뀐다. 잉태 기간의 초기 태아는 단단한 골격을 가지지 않으며, 자궁에서 9개월 동안 자라면서 뼈는 형성된다. 아기가 태어났을 때 성인보다 많은 뼈를 가지고 있다. 평균적으로 성인은 206개의 뼈를 가지고 있다(개개인마다 차이는 존재한다.). 하지만 아기는 대략 270개의 뼈를 가지고 태어난다. 뼈 개수의 차이는 성장 중에 서로 융합하기 때문이다. 이 개수는 머리뼈 및 척추등 모든 인체의 뼈를 포함하는 숫자이다. 척추의 아래쪽에 위치하는 뼈는 엉치뼈와 꼬리뼈로 이루어져 있으며, 태생시에는 나누어 있다가 자라면서 몇몇개로 융합하여 단단한 구조를 이룬다.
가운데귀(중이)에 있는 6개의 뼈(한 쪽에 각각 3개씩)는 그들끼리만 관절한다. 그리고 목뿔뼈는 어떤 뼈와도 만나지 않는다.
골격의 기능은 몸을 지지할 뿐만이 아니라, 혈액형성작용(조혈작용)을 한다. 혈액 세포의 생성은 골수에서 생성된다(이것이 골수암이 치명적인 병인 이유다). 중요 장기를 보호하기 위해서 필요하며 이동 및 지지를 위해 근육을 필요로 한다.
뼈가 골격으로서 갖는 기능들은 그 형태에서 잘 보여준다. 이처럼 뼈의 형태들은 그 뼈의 골격상의 기능을 설명하는데 주요하다. 뼈들은 인체골격상 주위의 연관된 뼈들 뿐만 아니라 주변의 근육등과도 밀접한 연관성을 갖는다.
성별간 차이점.
남자와 여자의 골격 간에는 많은 차이가 있고, 어떤 것들은 두드러진다. 남자는 다소 두껍고 긴 사지와 손발가락을 가지고 있는 반면에 여자는 신체 크기에 비해 큰 골반뼈를 가지고 있는 경향이 있다. 여자는 좁은 가슴우리(흉곽)와 작은 이, 작은 아래턱뼈를 가지는 경향이 있다.
연령별 차이점.
골격의 성장.
골격상의 뼈들은 태아때부터 인체의 기능이 정지하는 순간까지 계속해서 성장 또는 생장한다고 볼 수 있는데 특별한 경우로는 뼈의 골절후 재생접합된 경우와 같은 외상후 뼈의 상태가 있다. 또한 상황에 따른 무리한 뼈와관절의 지속적인 사용에 따른 뼈와 관절부위의 변형된 특징들의 경우도 있다.
한편 뼈는 특히 전족의 경우처럼 유년시절이나 성인 전의 성장기에서 학대나 외압에 의해 손상된 형태(골격상 그 뼈의 기능을 온전히 수행하지 못할 정도)나 또는 흔적 또는 외부요인의 정보들을 보존한다.&lt; 이를 볼프의 법칙 (Wolf's law)라고 한다.
몸통뼈대(, 축골격) 또는 구간골격, 또는 중축골격은 머리뼈(), 척주(), 그리고 가슴우리()를 구성하는 뼈들을 말한다. 뇌와 척수 및 그 외의 중요한 장기들을 보호하는 기능을 한다.
칼코젠(chalcogens, 광석 형성)()은 주기율표의 16족에 있는 화학 원소이다. 이 족은 산소족(oxygen family)으로도 알려져 있다. 16족은 산소(O), 황(S), 셀레늄(Se), 텔루륨(Te) 및 방사성 원소인 폴로늄(Po), 리버모륨(Lv)으로 구성된다. 산소는 황, 셀레늄, 텔루륨, 폴로늄과는 매우 다른 화학적 거동을 보이기 때문에 종종 다른 칼코젠과는 별도로 취급되며, 때로는 "칼코젠"이라는 용어의 범위에서 완전히 제외되기도 한다. "칼코젠"이라는 단어는 주로 구리를 의미하는 그리스어 () (이 용어는 청동, 황동, 시적인 의미의 모든 금속, 광석 및 주화에도 사용됨)와 태어나거나 생산됨을 의미하는 라틴어화된 그리스어 의 조합에서 파생되었다.
황은 고대부터 알려져 있었고, 산소는 18세기에 원소로 인식되었다. 셀레늄, 텔루륨, 폴로늄은 19세기에 발견되었고, 리버모륨은 2000년에 발견되었다. 모든 칼코젠은 6개의 원자가 전자를 가지며, 이는 완전한 최외각 전자 껍질을 채우는 데 두 개의 전자가 부족하다는 것을 의미한다. 이들의 가장 흔한 산화수는 -2, +2, +4, +6이다. 이들은 상대적으로 작은 원자 반지름을 가지며, 특히 가벼운 원소가 더욱 그렇다.
모든 자연 발생 칼코젠은 영양소 또는 독소로서 생물학적 기능에 일부 역할을 한다. 셀레늄은 중요한 영양소(특히 셀레노시스테인의 구성 요소)이지만 일반적으로 독성이 있다. 텔루륨은 종종 좋지 않은 효과를 가지며(일부 유기체는 이를 사용할 수 있지만), 폴로늄(특히 폴로늄-210 동위 원소)은 방사능 때문에 항상 유해하다.
황은 20개 이상의 동소체를 가지며, 산소는 9개, 셀레늄은 적어도 8개, 폴로늄은 2개를 가진다. 텔루륨은 현재까지 하나의 결정 구조만 발견되었다. 그 외 수많은 유기 칼코젠 화합물이 있다. 산소를 제외하고 유기 황 화합물이 일반적으로 가장 흔하며, 다음으로 유기 셀레늄 화합물과 유기 텔루륨 화합물이 뒤따른다. 이러한 경향은 칼코젠 프닉타이드 및 칼코젠과 14족 원소 원소를 포함하는 화합물에서도 나타난다.
산소는 일반적으로 공기를 질소와 산소로 분리하여 얻어진다. 황은 기름과 천연가스에서 추출된다. 셀레늄과 텔루륨은 구리 정련의 부산물로 생산된다. 폴로늄은 자연 발생 악티늄족 함유 물질에서 가장 쉽게 얻을 수 있다. 리버모륨은 입자 가속기에서 합성되었다. 원소 산소의 주요 용도는 제강이다. 황은 대부분 황산으로 전환되며, 이는 화학 산업에서 많이 사용된다. 셀레늄의 가장 흔한 용도는 유리 제조이다. 텔루륨 화합물은 주로 광학 디스크, 전자 장치 및 태양 전지에 사용된다. 폴로늄의 일부 응용은 방사능 때문이다.
원자 및 물리적.
칼코젠은 전자 배열, 특히 가장 바깥쪽 전자 껍질에서 유사한 패턴을 보여주며, 이들 모두 동일한 수의 원자가 전자를 가지므로 화학적 거동에서 유사한 경향이 나타난다.
모든 칼코젠은 6개의 원자가 전자를 가진다. 모든 고체, 안정 칼코젠은 부드러우며 열을 잘 전도하지 않는다. 전기 음성도는 원자 번호가 높은 칼코젠으로 갈수록 감소한다. 밀도, 녹는점 및 끓는점, 원자 및 이온 반지름은 원자 번호가 높은 칼코젠으로 갈수록 증가하는 경향이 있다.
알려진 6개의 칼코젠 중 하나(산소)는 핵 마법수와 같은 원자 번호를 가지며, 이는 이들의 원자핵이 방사성 붕괴에 대한 안정성이 증가하는 경향이 있음을 의미한다. 산소는 3개의 안정 동위 원소와 14개의 불안정 동위 원소를 가진다. 황은 4개의 안정 동위 원소, 20개의 방사성 동위 원소, 1개의 이성질핵을 가진다. 셀레늄은 6개의 관측적으로 안정 또는 거의 안정적인 동위 원소, 26개의 방사성 동위 원소, 9개의 이성질핵을 가진다. 텔루륨은 8개의 안정 또는 거의 안정적인 동위 원소, 31개의 불안정 동위 원소, 17개의 이성질핵을 가진다. 폴로늄은 42개의 동위 원소를 가지며, 그 중 안정적인 것은 없다. 추가로 28개의 이성질핵을 가진다. 안정 동위 원소 외에도 일부 방사성 칼코젠 동위 원소는 자연에서 발생하는데, 210Po와 같은 붕괴 생성물이거나, 82Se와 같은 원시 핵종이거나, 우주선 (물리) 파쇄를 통해 또는 우라늄의 핵분열을 통해 발생한다. 리버모륨 동위 원소 288Lv부터 293Lv까지 발견되었으며, 가장 안정적인 리버모륨 동위 원소는 293Lv로, 반감기는 0.061초이다.
리버모륨을 제외한 모든 칼코젠은 적어도 하나의 자연 발생 방사성 동위 원소를 가진다. 산소는 미량의 15O를 가지며, 황은 미량의 35S를 가지며, 셀레늄은 82Se를 가지며, 텔루륨은 128Te와 130Te를 가지며, 폴로늄은 210Po를 가진다.
더 가벼운 칼코젠(산소와 황) 중 가장 중성자가 부족한 동위 원소는 양성자 방출을 겪고, 적당히 중성자가 부족한 동위 원소는 전자 포획 또는 β+ 붕괴를 겪고, 적당히 중성자가 풍부한 동위 원소는 β− 붕괴를 겪고, 가장 중성자가 풍부한 동위 원소는 중성자 방출을 겪는다. 중간 칼코젠(셀레늄과 텔루륨)은 더 가벼운 칼코젠과 유사한 붕괴 경향을 가지지만, 양성자 방출 동위 원소는 관찰되지 않았으며, 텔루륨의 가장 중성자가 부족한 동위 원소 중 일부는 알파 붕괴를 겪는다. 폴로늄 동위 원소는 알파 또는 베타 붕괴를 통해 붕괴하는 경향이 있다. 핵 스핀이 0이 아닌 동위 원소는 황보다 셀레늄과 텔루륨 칼코젠에서 자연에 더 많이 존재한다.
동소체.
산소의 가장 흔한 동소체는 이원자 산소 또는 O2로, 호기성 생물에 편재하며 액체 산소 상태에서 푸른색을 띠는 반응성이 있는 상자성 분자이다. 또 다른 동소체는 O3 또는 오존으로, 구부러진 형태로 결합된 세 개의 산소 원자이다. 또한 사산소 또는 O4라는 동소체와 O8 공식을 가진 "붉은 산소"를 포함한 6가지 고체 산소 동소체가 있다.
황은 20개 이상의 알려진 동소체를 가지며, 이는 탄소를 제외한 다른 어떤 원소보다 많다. 가장 흔한 동소체는 8원자 고리 형태이지만, 2개 원자부터 20개 원자까지 포함하는 다른 분자 동소체도 알려져 있다. 다른 주목할 만한 황 동소체에는 사방정계 황과 단사정계 황이 있다. 사방정계 황은 두 동소체 중 더 안정적이다. 단사정계 황은 긴 바늘 형태를 취하며 액체 황이 녹는점보다 약간 낮은 온도로 냉각될 때 형성된다. 액체 황의 원자는 일반적으로 긴 사슬 형태를 취하지만, 190°C 이상에서는 사슬이 분해되기 시작한다. 190°C 이상의 액체 황을 매우 빠르게 냉동하면 결과적으로 무정형 또는 "플라스틱" 황이 된다. 기체 황은 이원자 황(S2)과 8원자 고리의 혼합물이다.
셀레늄은 적어도 8가지 다른 동소체를 가진다. 일반적으로 "금속성" 동소체로 불리지만 금속은 아닌 회색 동소체는 안정적이며 육방정계 결정 구조를 가진다. 셀레늄의 회색 동소체는 부드러우며, 모스 굳기가 2이고 부서지기 쉽다. 셀레늄의 다른 네 가지 동소체는 준안정하다. 이들은 두 가지 단사정계 붉은 동소체와 두 가지 무정형 동소체(하나는 붉은색이고 다른 하나는 검은색)를 포함한다. 붉은 동소체는 열 존재 하에 검은 동소체로 전환된다. 셀레늄의 회색 동소체는 셀레늄 원자의 와선으로 만들어지는 반면, 붉은 동소체 중 하나는 셀레늄 고리(Se8)의 스택으로 만들어진다.
텔루륨은 동소체가 없는 것으로 알려져 있지만, 일반적인 형태는 육방정계이다. 폴로늄은 α-폴로늄과 β-폴로늄으로 알려진 두 가지 동소체를 가진다. α-폴로늄은 입방정계 결정 구조를 가지며 36°C에서 마름모꼴 β-폴로늄으로 전환된다.
칼코젠은 다양한 결정 구조를 가진다. 산소의 결정 구조는 단사정계이며, 황은 사방정계이며, 셀레늄과 텔루륨은 육방정계 결정 구조를 가지며, 폴로늄은 입방정계 결정 구조를 가진다.
산소, 황, 셀레늄은 비금속이고, 텔루륨은 준금속이며, 이는 그 화학적 특성이 금속과 비금속 사이라는 것을 의미한다. 폴로늄이 금속인지 준금속인지는 확실하지 않다. 일부 자료에서는 폴로늄을 준금속으로 언급하지만, 일부 금속적 특성을 가지고 있다. 또한 셀레늄의 일부 동소체는 준금속의 특성을 나타내기도 하지만, 셀레늄은 일반적으로 비금속으로 간주된다. 산소는 칼코젠이지만, 다른 칼코젠과는 화학적 특성이 다르다. 그 이유 중 하나는 더 무거운 칼코젠이 비어있는 d-오비탈을 가지고 있기 때문이다. 산소의 전기 음성도도 다른 칼코젠보다 훨씬 높다. 이로 인해 산소의 전기적 편극도는 다른 칼코젠의 몇 배 낮다.
공유 결합에서 칼코젠은 옥텟 규칙에 따라 두 개의 전자를 받아들일 수 있으며, 두 개의 고립 전자쌍을 남긴다. 원자가 두 개의 단일 결합을 형성할 때, 이들은 90°에서 120° 사이의 각도를 형성한다. 와 같은 1+ 양이온에서 칼코젠은 삼각뿔 형태로 배열된 세 개의 분자 궤도와 하나의 고립 전자쌍을 형성한다. 이중 결합도 칼코젠 화합물에서 흔하며, 예를 들어 칼코젠산염(아래 참조)에서 그렇다.
양의 금속과 가장 흔한 칼코젠 화합물의 산화수는 -2이다. 그러나 칼코젠이 -2 상태에서 화합물을 형성하는 경향은 더 무거운 칼코젠으로 갈수록 감소한다. 황철석과 과산화물에서 -1과 같은 다른 산화수도 나타난다. 가장 높은 형식 산화수는 +6이다. 이 산화수는 황산염, 셀레늄산염, 텔루륨산염, 폴론산염 및 해당 산(예: 황산)에서 발견된다.
산소는 플루오린을 제외하고 가장 전기 음성도가 높은 원소이며, 일부 비활성 기체를 포함한 거의 모든 화학 원소와 화합물을 형성한다. 그것은 많은 금속 및 준금속과 결합하여 산화물을 형성하며, 여기에는 산화 철, 산화 타이타늄, 산화 규소가 포함된다. 산소의 가장 흔한 산화수는 -2이며, 산화수 -1도 비교적 흔하다. 수소와 함께 물과 과산화 수소를 형성한다. 유기 산소 화합물은 유기화학에서 어디에나 존재한다.
황의 산화수는 -2, +2, +4, +6이다. 황 함유 산소 화합물의 유사체는 종종 사이오- 접두사를 가진다. 황의 화학은 여러 면에서 산소와 유사하다. 한 가지 차이점은 황-황 이중 결합이 산소-산소 이중 결합보다 훨씬 약하지만, 황-황 단일 결합은 산소-산소 단일 결합보다 강하다는 것이다. 싸이올과 같은 유기 황 화합물은 강한 특유의 냄새를 가지며, 일부는 특정 유기체에서 활용된다.
셀레늄의 산화수는 -2, +4, +6이다. 셀레늄은 대부분의 칼코젠과 마찬가지로 산소와 결합한다. 유기 셀레늄 화합물인 셀레노단백질과 같은 몇몇 화합물이 있다. 텔루륨의 산화수는 -2, +2, +4, +6이다. 텔루륨은 일산화 텔루륨, 이산화 텔루륨, 삼산화 텔루륨 산화물을 형성한다. 폴로늄의 산화수는 +2와 +4이다.
황산, 아황산, 셀레늄산, 텔루륨산을 포함하여 칼코젠을 함유하는 많은 산이 있다. 물을 제외한 모든 수소 칼코젠화물은 독성이다. 산소 이온은 종종 산화물 이온 (), 과산화물 이온 () 및 수산화물 이온 ()의 형태로 나타난다. 황 이온은 일반적으로 황화물 (), 중황화물 (), 아황산염 (), 황산염 () 및 티오황산염 ()의 형태로 나타난다. 셀레늄 이온은 일반적으로 셀레늄화물 (), 셀레늄산 이온 () 및 셀레늄산염 ()의 형태로 나타난다. 텔루륨 이온은 종종 텔루륨산염 ()의 형태로 나타난다. 금속이 칼코젠에 결합된 분자는 광물로 흔히 발견된다. 예를 들어, 황철석 (FeS2)은 철광석이며, 희귀 광물인 칼라베라이트는 다이텔루라이드 이다.
주기율표의 16족 원소(산소 포함)는 모두 칼코젠으로 정의될 수 있지만, 산소와 산화물은 일반적으로 칼코젠과 칼코제나이드와 구별된다. 칼코제나이드라는 용어는 황화물, 셀레늄화물 및 텔루륨화물에 더 일반적으로 사용되며, 산화물에는 사용되지 않는다.
폴로늄을 제외하면 칼코젠은 화학적으로 서로 상당히 유사하다. 이들은 모두 양전하성 금속과 반응할 때 X2− 이온을 형성한다.
황화물 광물 및 유사 화합물은 산소와 반응하여 기체를 생성한다.
할로젠과.
칼코젠은 할로젠과도 화합물을 형성하며, 이를 칼코젠 할라이드 또는 칼코할라이드라고 한다. 대부분의 단순 칼코젠 할라이드는 잘 알려져 있고 화학 시약으로 널리 사용된다. 그러나 설페닐, 설포닐, 설퓨릴 할라이드와 같은 더 복잡한 칼코젠 할라이드는 과학계에 덜 알려져 있다. 칼코젠과 할로젠으로만 구성된 화합물 중에서 총 13개의 칼코젠 플루오라이드, 9개의 칼코젠 클로라이드, 8개의 칼코젠 브로마이드, 6개의 칼코젠 아이오다이드가 알려져 있다. 더 무거운 칼코젠 할라이드는 종종 상당한 분자 상호 작용을 가진다. 낮은 원자가의 황 플루오라이드는 상당히 불안정하며 그 특성에 대해 거의 알려진 바가 없다. 그러나 육플루오린화 황과 같이 높은 원자가의 황 플루오라이드는 안정적이며 잘 알려져 있다. 사플루오린화 황도 잘 알려진 황 플루오라이드이다. 이플루오린화 셀레늄과 같은 특정 셀레늄 플루오라이드는 소량 생산되었다. 사플루오린화 셀레늄과 사플루오린화 텔루륨의 결정 구조는 모두 알려져 있다. 칼코젠 클로라이드와 브로마이드도 탐구되었다. 특히 이염화 셀레늄과 이염화 황은 반응하여 유기 셀레늄 화합물을 형성할 수 있다. Se2Cl2와 같은 다이칼코젠 다이할라이드도 존재하는 것으로 알려져 있다. 또한 혼합 칼코젠-할로젠 화합물도 있다. 여기에는 X가 염소 또는 브로민인 SeSX2가 포함된다. 이러한 화합물은 이염화 황과 셀레늄 할라이드의 혼합물에서 형성될 수 있다. 이러한 화합물은 2008년 기준으로 비교적 최근에 구조적으로 규명되었다. 일반적으로 다이셀레늄 및 다이황 클로라이드와 브로마이드는 유용한 화학 시약이다. 금속 원자가 결합된 칼코젠 할라이드는 유기 용액에 용해된다. 그러한 화합물의 한 예는 이다. 셀레늄 클로라이드와 브로마이드와 달리 셀레늄 아이오딘화물은 2008년 기준으로 분리되지 않았지만, 용액에 존재할 가능성이 높다. 그러나 다이셀레늄 다이아이오다이드는 셀레늄 원자와 아이오딘 분자와 평형 상태로 존재한다. 와 와 같이 낮은 원자가의 일부 텔루륨 할라이드는 고체 상태에서 중합체를 형성한다. 이러한 텔루륨 할라이드는 순수 텔루륨을 수소화물로 환원시키고 결과물을 텔루륨 테트라할라이드와 반응시켜 합성할 수 있다. 다이텔루륨 다이할라이드는 할라이드의 원자 번호와 원자 질량이 낮아질수록 안정성이 떨어지는 경향이 있다. 텔루륨은 또한 다이아이오다이드보다 아이오딘 원자 수가 더 적은 아이오딘화물을 형성한다. 여기에는 TeI와 Te2I가 포함된다. 이러한 화합물은 고체 상태에서 확장된 구조를 가진다. 할로젠과 칼코젠은 또한 할로칼코젠산 음이온을 형성할 수 있다.
유기 화합물.
알코올, 페놀, 기타 유사 화합물은 산소를 포함한다. 그러나 싸이올, 셀레놀 및 텔루롤에서는 황, 셀레늄 및 텔루륨이 산소를 대체한다. 싸이올은 셀레놀이나 텔루롤보다 더 잘 알려져 있다. 알코올을 제외하고 싸이올은 가장 안정적인 칼코젠올이며 텔루롤은 가장 불안정하며 열이나 빛에 불안정하다. 다른 유기 칼코젠 화합물에는 티오에테르, 셀레노에테르 및 텔루로에테르가 포함된다. 다이메틸 설파이드, 다이에틸 설파이드 및 다이프로필 설파이드와 같은 일부는 상업적으로 이용 가능하다. 셀레노에테르는 R2Se 또는 RSeR 형태이다. 다이메틸 텔루라이드와 같은 텔루로에테르는 일반적으로 티오에테르 및 셀레노에테르와 동일한 방식으로 준비된다. 유기 칼코젠 화합물, 특히 유기 황 화합물은 불쾌한 냄새를 풍기는 경향이 있다. 다이메틸 텔루라이드도 불쾌한 냄새를 풍기며, 셀레노페놀은 "형이상학적인 악취"로 유명하다. 티오케톤, 셀레노케톤 및 텔루로케톤도 있다. 이 중 티오케톤이 가장 잘 연구되었으며 칼코게노케톤 논문의 80%를 차지한다. 셀레노케톤은 이러한 논문의 16%를 차지하고 텔루로케톤은 4%를 차지한다. 티오케톤은 잘 연구된 비선형 전기 및 광물리적 특성을 가진다. 셀레노케톤은 티오케톤보다 안정성이 낮고 텔루로케톤은 셀레노케톤보다 안정성이 낮다. 텔루로케톤은 칼코게노케톤 중 가장 높은 극성을 가진다.
금속과.
금속 칼코제나이드는 매우 많다. 알칼리 금속과 전이 금속을 포함하는 3원 화합물도 있다. Lu7Te 및 Lu8Te와 같은 금속 함량이 높은 금속 칼코제나이드는 칼코젠 원자를 포함하는 금속 결정 격자 영역을 가진다. 이러한 화합물은 존재하지만, 란타넘, 프라세오디뮴, 가돌리늄, 홀뮴, 터븀, 이터븀을 포함하는 유사한 화학 물질은 2008년 기준으로 발견되지 않았다. 13족 원소 금속인 알루미늄, 갈륨 및 인듐도 칼코젠과 결합을 형성한다. Ti3+ 이온은 TiTl5Se8와 같은 칼코제나이드 이합체를 형성한다. 금속 칼코제나이드 이합체는 Zr5Te6와 같은 낮은 텔루라이드에서도 발생한다.
원소 칼코젠은 특정 란타넘족 화합물과 반응하여 칼코젠이 풍부한 란타넘족 클러스터를 형성한다. 우라늄(IV) 칼코젠올 화합물도 존재한다. 또한 촉매 역할을 할 잠재력이 있고 나노입자를 안정화하는 전이 금속 칼코젠올도 있다.
프닉토젠과.