9족 원소

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9족은 현대 IUPAC의 번호 매기기에 따른 주기율표의 d-구역에 있는 화학 원소의 한 족(세로줄)이다. 9족의 원소에는 코발트 (Co), 로듐 (Rh), 이리듐 (Ir), 마이트너륨 (Mt)이 있다. 이 원소들은 전이 금속 중 가장 희귀한 원소에 속하며, 2025년 기준 로듐과 이리듐은 금보다 무게당 가격이 더 비싼 유일한 비방사성 금속이다.

다른 족과 마찬가지로, 이 족의 원소는 전자 배열, 특히 가장 바깥 껍질에서 일정한 패턴을 보여 화학적 행동에 경향성을 나타내지만 로듐은 이 패턴에서 벗어난다.

 역사 
"9족"은 1990년 IUPAC이 채택한 이 족의 현대 표준 명칭이다. 오래된 족 명명 시스템에서는 이 족이 8족(철, 루테늄, 오스뮴, 하슘) 및 10족(니켈, 팔라듐, 백금, 다름슈타튬)과 결합하여 CAS "미국 시스템"에서는 "VIIIB족"으로, 구 IUPAC(1990년 이전) "유럽 시스템"(및 멘델레예프의 원본 주기율표)에서는 "VIII족"으로 불렸다.

 코발트 
코발트 화합물은 수세기 동안 유리, 유약, 세라믹에 진한 파란색을 내는 데 사용되어 왔다. 코발트는 이집트 조각품, 기원전 3천년경 페르시아 보석, 기원후 79년에 파괴된 폼페이 유적, 당나라 (618~907 AD)와 명나라 (1368~1644 AD) 시기의 중국에서 발견되었다.

스웨덴 화학자 게오르크 브란트 (1694~1768)는 1735년경 코발트를 발견한 것으로 알려져 있으며, 이전에 알려지지 않은 원소로서 비스무트와 다른 전통적인 금속과는 구별된다는 것을 보여주었다. 브란트는 이를 새로운 "반금속"이라고 불렀다. 그는 코발트 금속 화합물이 유리에서 파란색의 원천이라는 것을 보여주었는데, 이전에는 코발트와 함께 발견된 비스무트 때문으로 여겨졌다. 코발트는 선사 시대 이후 발견된 최초의 금속이 되었다. 다른 모든 알려진 금속(철, 구리, 은, 금, 아연, 수은, 주석, 납, 비스무트)은 발견자가 기록되어 있지 않았다.

 로듐 
섬네일|upright|left|윌리엄 하이드 울러스턴

로듐은 윌리엄 하이드 울러스턴가 1803년 팔라듐을 발견한 직후 발견했다. 그는 아마도 남아메리카에서 얻었을 것으로 추정되는 미가공 백금 광석을 사용했다. 추출 과정은 광석을 왕수에 용해시키고 수산화 나트륨 (NaOH)으로 산을 중화하는 것이었다. 그런 다음 염화 암모늄 ()을 첨가하여 백금을 염화백금암모늄으로 침전시켰다. 구리, 납, 팔라듐, 로듐과 같은 대부분의 다른 금속은 아연과 함께 침전되었다. 희석된 질산은 팔라듐과 로듐을 제외한 모든 것을 용해시켰다. 이들 중 팔라듐은 왕수에 용해되었지만 로듐은 용해되지 않았고, 로듐은 염화 나트륨을 첨가하여 로 침전되었다. 에탄올로 세척한 후 장미빛 붉은 침전물은 아연과 반응하여 이온 화합물에서 로듐을 치환하고 로듐을 자유 금속으로 방출했다.

 이리듐 
백금을 연구하던 화학자는 백금을 왕수(염산과 질산의 혼합물)에 용해시켜 수용성 염을 만들었다. 그들은 항상 소량의 어둡고 불용성 잔류물을 관찰했다. 1803년, 영국 과학자 스미슨 테넌트 (1761~1815)는 불용성 잔류물을 분석하고 그것이 새로운 금속을 포함하고 있음이 틀림없다고 결론지었다. 보클랭은 분말을 알칼리와 산으로 번갈아 처리하여 휘발성 새 산화물을 얻었는데, 그는 이를 새로운 금속의 산화물로 믿었고, 그리스어 ptēnós, "날개 달린"에서 유래한 '프텐'이라고 명명했다. 테넌트는 훨씬 더 많은 잔류물을 가지고 연구를 계속하여 검은 잔류물에서 이전에 발견되지 않은 두 원소, 이리듐과 오스뮴을 식별했다. 그는 수산화 나트륨과 염산과의 일련의 반응을 통해 진한 붉은색 결정(아마 ]·n)을 얻었다. 그는 자신이 얻은 많은 염들이 강렬한 색을 띠었기 때문에 이 원소를 그리스 신화의 날개 달린 무지개 여신이자 올림포스 신의 사자인 이리스()의 이름을 따서 이리듐이라고 명명했다. 새로운 원소의 발견은 1804년 6월 21일 왕립학회에 보낸 편지에 기록되었다.

 마이트너륨 
마이트너륨은 1982년 8월 29일, 피터 암브루스터와 고트프리트 뮌첸베르크가 이끄는 독일 연구팀에 의해 다름슈타트의 중이온연구소 (Gesellschaft für Schwerionenforschung)에서 처음으로 합성되었다. 이 팀은 비스무트-209 표적에 가속된 철-58 핵을 충돌시켜 동위 원소 마이트너륨-266의 단일 원자를 검출했다.

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이 작업은 3년 후 두브나의 합동원자핵연구소 (당시 소련)에서 검증되었다.

 특성 

[*] 예측치.

첫 세 원소는 단단하고 은백색의 금속이다.

 코발트는 유리를 짙은 파란색으로 만들 수 있는 금속 원소이다. 코발트는 주로 리튬 이온 배터리와 자기, 내마모성 및 고강도 합금 제조에 사용된다. 코발트 실리케이트 및 코발트(II) 알루미네이트 (CoAl2O4, 코발트 블루) 화합물은 유리, 세라믹, 잉크, 도료 및 바니시에 독특한 짙은 파란색을 부여한다. 코발트는 단 하나의 안정적인 동위 원소인 코발트-59로 자연적으로 존재한다. 코발트-60은 상업적으로 중요한 방사성 동위 원소이며, 방사성 추적자 및 고에너지 감마선 생산에 사용된다. 코발트는 또한 원유 정제 시 석유 산업에서 촉매로 사용된다. 이는 연소 시 매우 오염성이 높고 산성비를 유발하는 황 성분을 제거하기 위함이다.
 로듐은 보석에 반짝이는 금속으로 사용될 수 있다. 로듐은 단단하고 은빛이 나는 내구성 있는 금속으로, 높은 반사율을 가지고 있다. 로듐 금속은 가열해도 일반적으로 산화물을 형성하지 않는다. 대기 중의 산소는 로듐의 녹는점에서만 흡수되지만, 응고되면 방출된다. 로듐은 백금보다 녹는점이 높고 밀도는 낮다. 질산에는 완전히 불용성이며 왕수에는 약간 용해되므로 대부분의 산에 부식되지 않는다.
 이리듐은 주로 백금 합금의 경화제로 사용된다. 이리듐은 왕수를 포함한 산에 부식되지 않으므로 알려진 금속 중 가장 내식성이 높다. 산소 존재하에서는 사이안화물 염과 반응한다. 전통적인 산화제도 할로젠 및 고온의 산소를 포함하여 반응한다. 이리듐은 또한 대기압에서 황과 직접 반응하여 이황화 이리듐을 생성한다.

알려진 모든 동위 원소는 반감기가 짧은 방사성 물질이다. 실험실에서 극소량만 합성되었다. 순수한 형태로 분리되지 않았으며 물리적, 화학적 특성은 아직 결정되지 않았다. 알려진 바에 따르면 마이트너륨은 이리듐의 동족체로 간주된다.

 생물학적 역할 

9족 원소 중 코발트만이 생물학적 역할을 한다. 코발트는 극미량 원소로서 코발트의 주요 생물학적 저장고인 코발라민, 즉 비타민 B의 핵심 구성 요소이다. 반추류 동물의 위장에 있는 세균은 코발트 염을 비타민 B로 전환시키는데, 이 화합물은 세균이나 고세균에서만 생산될 수 있다. 따라서 토양에 코발트가 최소한으로 존재하면 방목 동물의 건강이 현저히 향상되며, 비타민 B의 다른 공급원이 없기 때문에 하루 0.20 mg/kg의 섭취가 권장된다.

코발라민 기반 단백질은 코발트를 고정하기 위해 코린을 사용한다. 코엔자임 B12는 반응성 C-Co 결합을 특징으로 하며, 이 결합은 반응에 참여한다. 인간에서 B12는 두 가지 종류의 알킬 리간드를 가지고 있다: 메틸 및 아데노실. MeB12는 메틸(-CH3)기 전이를 촉진한다. B12의 아데노실 버전은 수소 원자가 두 인접 원자 사이에서 직접 전이되고 동시에 두 번째 치환체 X(치환기를 가진 탄소 원자, 알코올의 산소 원자 또는 아민일 수 있음)가 교환되는 재배열을 촉매한다. 메틸말로닐 코엔자임 A 뮤타아제 (MUT)는 MMl-CoA를 Su-CoA로 전환시키는데, 이는 단백질과 지방에서 에너지를 추출하는 중요한 단계이다.

 같이 보기 
 철족
 백금족

 내용주 

 각주 

분류:주기율표 족