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12그룹 원소

Group 12 element
주기율표 12조
수소 헬륨
리튬 베릴륨 붕어 탄소 질소 산소 플루오린 네온
나트륨 마그네슘 알루미늄 실리콘 인 유황 염소 아르곤
칼륨 칼슘 스칸듐 티타늄 바나듐 크롬 망간 철 코발트 니켈 구리 아연 갈륨 게르마늄 비소 셀레늄 브로민 크립톤
루비듐 스트론튬 이트리움 지르코늄 니오비움 몰리브덴 테크네튬 루테늄 로듐 팔라듐 은색 카드뮴 인듐 주석 안티모니 텔루륨 요오드 제논
세슘 바륨 란타넘 세륨 프라세오디뮴 네오디뮴 프로메튬 사마륨 유로피움 가돌리늄 테르비움 디스프로슘 홀뮴 에르비움 툴륨 이테르비움속 루테튬 하프늄 탄탈룸 텅스텐 레늄 오스뮴 이리듐 백금 금 수은(원소) 탈륨 이끌다 비스무트 폴로늄 아스타틴 라돈
프랑슘 라듐 악티늄 토륨 프로텍티늄 우라늄 넵투늄 플루토늄 아메리슘 큐륨 베르켈륨 캘리포늄 아인슈타인움 페르뮴 멘델레비움 노벨륨 로렌슘 루더포듐 더브니움 수보르기움 보히움 하시움 메이트네리움 다름슈타디움 뢴트게늄 코페르니슘 니혼륨 플레로비움 모스코비움 간모륨 테네신 오가네손
그룹 11 ← → 붕소 그룹
IUPAC 그룹 번호 12
요소별 이름 아연군
CAS그룹번호
(미국, 패턴 A-B-A)
 IIB
구 IUPAC 번호
(유럽, 패턴 A-B)
 IIB
↓ 기간
4
Image: Zinc, fragment and sublimed 99.995%
아연(Zn)
30전환 금속
5
Image: Cadmium, crystal bar 99.99%
카드뮴(Cd)
48전환 금속
6
Image: Mercury, liquid
수성(Hg)
80전환 금속
7 코페르니슘(Cn)
112전이 금속

레전설

원초 원소
합성 원소
원자 번호 색상:
녹색=초록색, 검정색=솔리드

그룹 12는 현대의 IUPAC 번호 부여에 의해 [1]주기율표에 있는 화학 원소의 그룹이다.아연(Zn), 카드뮴(Cd), 수은(Hg) 등이 포함된다.[2][3][4]그룹 12에 코페르니슘(Cn)이 추가로 포함된 것은 최근 개별 코페르니슘 원자에 대한 실험에 의해 뒷받침되고 있다.[5]이전에 이 그룹은 CAS와 구 IUPAC 시스템에 의해 IIB("2그룹 B"로 발음됨)로 명명되었다.[note 1]

자연적으로 발생하는 세 그룹 12 원소는 아연, 카드뮴, 수은이다.그것들은 모두 다양한 합금뿐만 아니라 전기 및 전자 용도에 널리 사용된다.그룹의 처음 두 멤버는 표준 조건 하에서 고형 금속이기 때문에 유사한 속성을 공유한다.수은은 상온에서 액체인 유일한 금속이다.아연은 생물의 생화학에서 매우 중요한 반면 카드뮴과 수은은 둘 다 독성이 강하다.코페르니슘은 자연에서 발생하지 않기 때문에 실험실에서 합성해야 한다.

물리적 및 원자성

주기율표의 다른 그룹과 마찬가지로, 그룹 12의 멤버들은 전자 구성에서 패턴을 보여주며, 특히 가장 바깥쪽 껍질은 화학적 행동의 추세를 초래한다.

Z 요소 전자/껍질 번호
30 아연을 씌우다 2, 8, 18, 2
48 카드뮴 2, 8, 18, 18, 2
80 수성. 2, 8, 18, 32, 18, 2
112 코페르니슘 2, 8, 18, 32, 32, 18, 2(개)

그룹 12 원소는 모두 부드럽고, 직경이며, 부차적인 금속이다.그것들은 모든 전이 금속들 중에서 가장 낮은 용해점을 가지고 있다.[7]아연은 푸르스름한 흰색이고 윤기가 흐르지만,[8] 금속의 대부분의 일반적인 상업적 등급은 무딘 마감을 가지고 있다.[9]아연은 또한 비과학적인 맥락에서 splter라고도 불린다.[10]카드뮴은 부드럽고 유연하며 푸르스름한 흰색이다.수은은 액체, 무겁고 은백색의 금속이다.보통 온도에서 유일하게 흔한 액체금속이며, 다른 금속과 비교했을 때 열의 도체는 열은 부족하지만, 전기의 도체는 공정하다.[11]

아래 표는 그룹 12 요소의 주요 물리적 특성을 요약한 것이다.코페르니슘 데이터는 상대론적 밀도-기능 이론 시뮬레이션을 기반으로 한다.[12]

그룹 12 요소의 속성
이름 아연 카드뮴 수성. 코페르니슘
녹는점 693 K(420 °C) 594 K(321 °C) 234 K(-39 °C) 283±11K[12](10°C)
비등점 1180K(907°C) 1040K(767°C) 630K(357°C) 340±10K[12](60°C)
밀도 7.14 g·cm−3 8.65 g·cm−3 13.534 g·cm−3 14.0 g·cm−3 [12]
외관 은빛의 푸르스름한 빛깔의 은빛의 은빛의 ?
원자 반지름 오후 135시 오후 155시 오후 150시 오후 147시

아연은 철에 비해 농도가 다소 낮고 육각형 결정구조를 가지고 있다.[13]금속은 대부분의 온도에서 단단하고 부서지기 쉽지만 100~150°C(212~302°F) 사이에서 변형될 수 있다.[8][9]210 °C(410 °F) 이상에서는 금속이 다시 깨지기 쉬워지고 박동하여 분해할 수 있다.[14]아연은 공정한 전기 전도체다.[8]금속의 경우, 아연은 비교적 용융도가 낮다(419.5°C, 787.1°F), 비등점(907°C, 1,665°F).[7]카드뮴은 아연과 많은 면에서 비슷하지만 복잡한 화합물을 형성한다.[15]카드뮴은 다른 금속과 달리 부식에 내성이 있어 다른 금속에 침전될 때 보호막으로 사용된다.대량 금속으로서 카드뮴은 물에서 용해되지 않고 인화성이 없지만 분말 형태의 카드뮴은 연소되어 유독 가스를 방출할 수 있다.[16]수은은 d블록 금속의 용해 온도가 유난히 낮다.이 사실에 대한 완전한 설명을 위해서는 양자물리학에 대한 깊은 편견이 필요하지만, 수은은 이용 가능한 1초, 2p, 3초, 3p, 3p, 3d, 3d, 4s, 4d, 4f, 5s, 5p, 6s 서브쉘을 모두 전자가 채우는 독특한 전자적 구성을 가지고 있다.그러한 구성이 전자 제거를 강하게 거부하기 때문에 수은은 약한 결합을 형성하여 쉽게 녹는 고체를 형성하는 고귀한 가스 원소와 비슷하게 작용한다.6s 포탄의 안정성은 채워진 4f 포탄의 존재 때문이다.f 껍질은 6s 껍질과 핵의 매력적인 쿨롱 상호작용을 증가시키는 핵전하를 잘 차단하지 못한다(란타니드 수축 참조).비록 이 두 금속 모두 여전히 쉽게 녹고 게다가 비등점이 비정상적으로 낮지만, 충전된 내부 f 껍질이 없는 것은 카드뮴과 아연의 녹는 온도가 다소 높은 이유다.금은 수은보다 6s 전자 1개를 적게 가진 원자를 가지고 있다.그러한 전자는 비교적 쉽게 제거되고 상대적으로 강한 금속 결합을 형성하는 금 원자 사이에 공유된다.[17][18]

아연, 카드뮴, 수은은 광범위한 합금을 형성한다.놋쇠는 아연이 들어 있는 아연 중 아연과 구리의 합금이다.오랫동안 아연을 포함한 이항 합금을 형성한다고 알려진 다른 금속들은 알루미늄, 안티몬, 비스무트, 금, 철, 납, 수은, 은, 주석, 마그네슘, 코발트, 니켈, 텔루륨, 나트륨이다.[10]아연과 지르코늄은 모두 강자성인 반면, 합금 ZrZn은
2 35K 이하의 강자성을 나타낸다.[8] 카드뮴은 마찰계수와 피로저항계수가 낮기 때문에 많은 종류의 납땜과 베어링 합금에 사용된다.[19]그것은 또한 우드의 금속과 같은 가장 낮은 녹는 합금에서도 발견된다.[20]그것은 액체이기 때문에 수은은 다른 금속을 용해하고 형성된 합금을 아말감이라고 한다.예를 들어, 그러한 아말감은 금, 아연, 나트륨, 그리고 많은 다른 금속들과 함께 알려져 있다.철은 예외적이기 때문에 철의 플라스크는 전통적으로 수은을 거래하는 데 사용되어 왔다.수은과 아말감을 형성하지 않는 다른 금속으로는 탄탈룸, 텅스텐, 백금 등이 있다.아말감 나트륨은 유기합성에 있어 일반적인 환원제로 고압 나트륨 램프에도 사용된다.수은은 두 순수 금속이 접촉하면 알루미늄과 쉽게 결합해 수은-알루미늄 아말감을 형성한다.아말감은 공기와 반응하여 산화알루미늄을 만들기 때문에 소량의 수은은 알루미늄을 부식시킨다.이러한 이유로 수은은 항공기 내 노출된 알루미늄 부품과 아말감을 형성할 위험 때문에 대부분의 상황에서 항공기에 탑승할 수 없다.[21]

화학

대부분의 화학 작용은 그룹 12의 처음 세 멤버에 대해서만 관찰되었다.코페르니슘의 화학성분이 잘 확립되어 있지 않아서 나머지 부분은 아연, 카드뮴, 수은만을 다루고 있다.

주기적 추세

이 그룹의 모든 원소는 금속이다.카드뮴과 수은의 금속 반경의 유사성은 란타니드 수축의 영향이다.그래서 이 집단의 경향은 그룹 2의 경향과 달리 알칼리성 지구는 그룹의 위에서 아래로 금속 반경이 부드럽게 증가하는 추세다.세 금속 모두 용융점과 비등점이 상대적으로 낮아 금속결합이 상대적으로 약하다는 것을 나타내며 발랑대와 전도대의 중첩이 비교적 적다.[22]따라서 아연은 갈륨 비소와 같은 반도체에 참여하지만 보통 갈륨과 게르마늄 사이에 위치하는 금속 원소와 메탈로이드 원소의 경계에 가깝다.

아연과 카드뮴은 전기적인 반면 수은은 그렇지 않다.[22]그 결과 아연과 카드뮴 금속은 좋은 환원제가 된다.그룹 12의 원소들은 산화 상태가 +2이며, 이온들이 다소 안정된 d 전자적10 구성을 가지고 있고, 완전한 서브 쉘을 가지고 있다.그러나 수은은 +1 산화 상태로 쉽게 감소할 수 있다. 보통 이온 Hg에서와2+
2 같이 두 개의 수은(I) 이온이 모여 금속-금속 결합과 직경 종을 형성한다.[23]카드뮴은 또한 금속의 산화 상태가 +1인 [CdCl26]4−과 같은 종을 형성할 수 있다.수은과 마찬가지로 금속-금속 결합의 형성은 손상되지 않은 전자가 없는 직자성 화합물을 만들어 내므로 종을 매우 반응하게 한다.아연(I)은 대부분 가스상, 칼로멜과 유사한22 선형 ZnCl과 같은 화합물에서 알려져 있다.고체 단계에서는 다소 이국적인 화합물인 데카메틸디진세(Cp*Zn–ZnCp*)가 알려져 있다.

분류

그룹 12의 요소는 보통 d-block 요소로 간주되지만 d-shell이 가득 차므로 전환 요소는 아니다.일부 저자들은 발란스 전자가 ns2 궤도 안에 있기 때문에 이러한 원소를 주군 원소로 분류한다.그럼에도 불구하고 그들은 거의 보편적으로 전이 원소로 간주되는 주기율표의 이웃 집단 11 원소와 많은 특성을 공유하고 있다.예를 들어, 아연은 인접한 전이 금속인 구리와 많은 특성을 공유한다.아연 복합체는 아연이 구리 복합체와 동일한 스토이치측정법을 가진 많은 단지를 형성하므로 어빙-윌리엄 시리즈에 포함될 가치가 있다.II), 비록 안정성 상수는 작지만.[24]은의 화합물로서 카드뮴과 은의 유사성은 거의 없다.II)는 드물고 존재하는 것은 매우 강한 산화제다.마찬가지로 금의 일반적인 산화 상태는 +3으로, 비록 수은(I)과 금(I) 사이에는 선형 다이샤노 콤플렉스의 형성과 같은 유사성이 있지만, 수은과 금(I) 사이에는 많은 공통의 화학적 요소가 존재하지 않는다[M(CN)].2−IUPAC의 원자가 불완전한 d 하위껍질을 가지고 있거나 불완전한 d 하위껍질을 가진 양이온을 발생시킬 수 있는 원소로 전환 금속을 정의한 것에 따르면 아연과 카드뮴은 전환 금속이 아니라 수은이다.[25]수은만이 수은(IV) 불소에 +2 이상의 산화 상태가 있는 화합물을 가지고 있는 것으로 알려져 있기 때문이다(그 존재에 대해서는 논란이 있지만, 나중에 합성을 확인하려는 실험에서는 HgF의4 증거를 찾을 수 없었기 때문이다.[26][27]그러나 이러한 분류는 비균형 조건에서 볼 수 있는 하나의 매우 비정상적인 화합물에 기초하고 있으며 수은의 보다 전형적인 화학 물질과 상충하고 있으며, 젠슨은 수은을 전이 금속이 아닌 것으로 간주하는 것이 좋겠다고 제안했다.[28]

알칼리성 접지금속과의 관계

비록 그룹 12가 현대 18단 주기율표의 d-블록 안에 놓여 있지만, 아연, 카드뮴, 그리고 (아마도 거의 항상) 수은의 d 전자는 코어 전자처럼 작용하여 결합에 참여하지 않는다.이러한 행동은 주군 원소의 그것과 유사하지만, 주변 그룹 11 원소(구리, 은, 금)의 그것과 극명한 대조를 이루는데, 이 원소들은 또한 지상 상태 전자 구성에서는 d-subshell을 채웠지만 전환 금속처럼 화학적으로 작용한다.예를 들어, 크롬(Chromium)의 본딩()II) 황화(CRS)는 주로 3d 전자를 포함하며, 철은 ()II) 황화(FeS)는 3d와 4s 전자를 모두 포함하지만, 황화 아연(ZnS)은 4s 전자만 포함하며 3d 전자는 코어 전자처럼 작용한다.실제로 이들의 성질과 그룹 2의 처음 두 멤버인 베릴륨과 마그네슘 사이에서 유용한 비교를 할 수 있으며, 이전의 짧은 형태의 주기율표 레이아웃에서는 이러한 관계를 보다 명확하게 설명할 수 있다.예를 들어, 아연과 카드뮴은 그들의 원자 반지름, 이온 반지름, 전기 가스 그리고 또한 그들의 이항 화합물의 구조와 복잡한 하이드리드나 아민과 같은 많은 질소와 산소 리간드를 가진 복잡한 이온을 형성하는 능력에서 베릴륨과 마그네슘과 유사하다.그러나 베릴륨과 마그네슘은 보다 무거운 알칼리성 지구금속과 달리 작은 원자로 그룹 12 원소(핵전하가 크지만 발란스 전자의 수는 동일함)와 같으며 그룹 2를 베릴륨에서 라듐(알칼리 금속과 유사함)으로 내려가는 주기적인 경향은 베릴륨에서 베릴리움으로 내려갈 때 그렇게 매끄럽지 않다.um은 d-블록과 란타니드 수축으로 인해 수은(p-블록 주 그룹의 그것과 더 유사함)에 도달한다.그것은 또한 수은의 많은 독특한 특성들을 주는 d-블록과 란타니드 수축이다.[28]

알칼리성 토금속과 그룹 12 원소의 특성 비교(코페르니슘 예측)[28]
이름 베릴륨 마그네슘 칼슘 스트론튬 바륨 라듐
발란스 전자 구성 2s2 3s2 4s2 5s2 6s2 7s2
코어 전자 구성 [그] [네] [아] [Kr] [Xe] [Rn]
산화 상태[주2] +2, +1 +2, +1 +2, +1 +2, +1 +2 +2
녹는점 1560K(1287°C) 923K(650 °C) 1115K(842°C) 1050 K(777 °C) 1000K(727°C) 973 K(700 °C)
비등점 2742 K(2469 °C) 1363 K(1090 °C) 1757 K(1484 °C) 1655K(1382°C) 2170 K(1897 °C) 2010 K(1737 °C)
외관 백색의 금속. 반짝이는 회색 금속 칙칙한 은화. 은백색의 금속성. 은빛의 회색의 은백색의 금속성.
밀도 1.85 g·cm−3 1.738 g·cm−3 1.55 g·cm−3 2.64 g·cm−3 3.51g·cm−3 5.5 g·cm−3
폴링 전기성 1.57 1.31 1.00 0.95 0.89 0.9
원자 반지름 오후 105시 오후 150시 오후 180시 오후 2시 오후 215시 오후 215시
결정 이온 반지름 오후 59시 오후 86시 오후 114시 오후 132시 오후 149시 오후 162시
불꽃 테스트 컬러 백색의[28] 찬란한 백색[29] 벽돌로[29] 된 진홍색의[29] 사과 그린[29] 진홍색[note 3]
유기물 화학 좋은 좋은 가난하다 매우 가난한 매우 가난한 극빈한
수산화물 암각형의 기본의 기본의 기초가 튼튼하다 기초가 튼튼하다 기초가 튼튼하다
산화물 암각형의 기초가 튼튼하다 기초가 튼튼하다 기초가 튼튼하다 기초가 튼튼하다 기초가 튼튼하다
이름 베릴륨 마그네슘 아연 카드뮴 수성. 코페르니슘
발란스 전자 구성 2s2 3s2 4s2 5s2 6s2 ? 7s2.
코어 전자 구성 [그] [네] [Ar]3d10 [Kr]4d10 [Xe]4f145d10 ? [Rn]5f146d10
산화 상태[note 2] +2, +1 +2, +1 +2, +1 +2, +1 +2, +1 ? +4, +2, +1, 0[31][32][33]
녹는점 1560K(1287°C) 923K(650 °C) 693 K(420 °C) 594 K(321 °C) 234 K(-39 °C) 283±11K(10°C)
비등점 2742 K(2469 °C) 1363 K(1090 °C) 1180K(907°C) 1040K(767°C) 630K(357°C) 340±10K(60°C)
외관 백색의 금속. 반짝이는 회색 금속 은빛의 푸르스름한 빛깔의 금속. 은빛의 은빛의 ?
밀도 1.85 g·cm−3 1.738 g·cm−3 7.14 g·cm−3 8.65 g·cm−3 13.534 g·cm−3 14.0 g·cm−3
폴링 전기성 1.57 1.31 1.65 1.69 2.00 ?
원자 반지름 오후 105시 오후 150시 오후 135시 오후 155시 오후 150시 오후[32] 147시
결정 이온 반지름 오후 59시 오후 86시 오후 88시 오후 109시 오후 116시 ? 오후[32] 75시
불꽃 테스트 컬러 백색의 찬란한 백색 푸르스름한[note 4] 녹색의 ? ? ?
유기물 화학 좋은 좋은 좋은 좋은 좋은 ?
수산화물 암각형의 기본의 암각형의 기초가 약한 ? ?
산화물 암각형의 기초가 튼튼하다 암각형의 약간 기초적인. 약간 기초적인. ?

화합물

참고 항목:아연, 오르가노진크 화합물, 오르가노카드뮴 화합물, 오르가노머큐리의 화합물

3개의 금속 이온 모두 MCl과2−
4 같은 많은 사면체 종을 형성한다. 아연과 카드뮴은 또한 아쿠아 이온[M(HO2]]62+과 같은 팔면체 복합체를 형성할 수 있다. 이 금속들의 염분의 수용액에 존재한다.[34]공밸런트 문자는 s와 p 궤도를 사용함으로써 달성된다.그러나 수성은 조정 번호인 4를 넘는 경우는 드물다.2, 3, 5, 7, 8의 조정 번호도 알려져 있다.

역사

그룹 12의 원소들은 고대부터 실험실에서 발견되기까지 사용되어 역사를 통해 발견되었다.그룹 자체가 사소한 이름을 취득한 것은 아니지만 과거에는 그룹 IIB라고 불렸다.

아연

아연은 고대 불순물 형태뿐 아니라 2000년 이상 된 것으로 밝혀진 놋쇠 등의 합금에서도 사용되어 온 것으로 밝혀졌다.[35][36]아연은 힌두교 왕 마다나팔라(타카 왕조)에 속하는 의학 렉시콘에서 파사다(Fasada)의 지정 아래 금속으로 뚜렷이 인정되어 1374년경에 쓰여졌다.[37]그 금속은 연금술사들에게도 쓰였다.[38]이 금속의 이름은 16세기에 처음 기록되었으며,[39][40] 아마도 금속 결정의 바늘처럼 생긴 모양을 위해 독일식 진크에서 유래한 것일 것이다.[41]

원소 아연에 기인하는 다양한 화학 기호

서양에서 금속 아연의 고립은 17세기에 여러 사람들에 의해 독자적으로 이루어졌을지도 모른다.[42]독일의 화학자 안드레아스 마그라프는 보통 금속을 얻기 위해 구리가 없는 폐쇄된 용기에 칼라민과 숯의 혼합물을 가열하여 1746년 실험에서 순수한 금속 아연을 발견한 공로를 인정받는다.[43]1780년 이탈리아 의사 루이지 갈바니가 황동으로 개구리를 실험한 결과 전기 배터리, 갈바니화, 음극방지의 발견이 가능해졌다.[44][45]1880년 갈바니의 친구인 알레산드로 볼타는 볼타이 더미를 발명했다.[44]아연의 생물학적 중요성은 혈액에서 이산화탄소를 제거해 주는 효소인 탄산 무수효소가 활성 부위에서 아연을 함유하고 있는 것으로 나타난 1940년 이후에야 발견되었다.[46]

카드뮴

1817년 독일에서는 프리드리히 스트로메이어와 카를 사무엘 르베레흐트 헤르만에 의해 탄산 아연 광물(칼라민)에서 불순물로 카드뮴이 발견되었다.[47]광물을 혼합한 카드뮴이 함유된 '칼라민'이라는 뜻에서 라틴계 카드미아의 이름을 따온 것인데, 그리스 신화적 인물인 테베의 창시자인 κ,μδμς Cadmus의 이름을 차례대로 따왔다.[48]스트로메이어는 결국 황화물을 로스팅하고 환원시켜 카드뮴 금속을 분리시켰다.[49][50][51]

1927년 국제체중측정학회는 적색 카드뮴 스펙트럼 라인(1m = 1,553,164.13 파장)으로 계량기를 재정립했다.[52]이 정의는 이후 변경되었다(크립톤 참조).동시에 국제 프로토타입 미터는 1960년까지 미터 길이에 대한 표준으로 사용되었는데,[53] 이때 무게 및 측정에 관한 총회에서 미터는 진공상태의 크립톤-86 원자의 전자기 스펙트럼에 있는 주황색 적색 방출선의 관점에서 정의되었다.[54]

수성.

수성(水城)의 상징은 고대부터 원소를 나타내기 위해 사용되었다.

수은은 기원전 1500년으로 거슬러 올라가는 이집트 무덤에서 발견되었는데,[55] 그 무덤은 화장품에 수은이 사용되었다.그것은 또한 그것이 건강을 증진시키고 연장시킬 것이라고 믿었던 고대 중국인들에 의해 사용되었다.[56]기원전 500년까지 수은은 다른 금속들로 아말감(중세 라틴아말감, "수성의 알로이")을 만드는 데 사용되었다.[57]연금술사들은 수은을 모든 금속이 형성되는 제1 물질로 생각했다.그들은 수은 안에 함유된 황의 질과 양을 변화시킴으로써 다른 금속이 생성될 수 있다고 믿었다.이것들 중 가장 순수한 것은 금이었고, 수은은 많은 연금술사들의 목표였던 염기(또는 불순물) 금속을 금으로 바꾸려는 시도에서 요구되었다.[58]

Hg는 수은의 현대 화학 기호다.그것은 그리스어 ύδαρυυ ( ( ( ( ((hydrgyros)의 라틴어 형태인 하이드라기럼에서 유래되었는데, 이는 "물-실버"(hydr- = 물, 아르기로스 = 은)라는 뜻의 합성어다. 왜냐하면 물처럼 액체가 많고 은처럼 반짝이기 때문이다.이 원소의 이름은 속도와 이동성으로 유명한 로마의 신 수성의 이름을 따서 지어졌다.그것은 수성과 관련이 있다; 이 행성에 대한 점성술의 상징은 또한 금속의 화학적 상징들 중 하나이다.[59]수성은 화학 행성 이름이 일반적인 이름이 된 유일한 금속이다.[58]

코페르니슘

가장 무겁다고 알려진 그룹 12 원소인 코페르니슘은 1996년 2월 9일 독일 달슈타트에 있는 게셀샤프트 퓌르 슈베리오넨포르스충(GSI)에서 시구르드 호프만, 빅토르 니노프 외 연구원에 의해 처음 만들어졌다.[60]이후 코페르니쿠스 탄생 537주년인 2010년 2월 19일 니콜라우스 코페르니쿠스의 이름을 따 국제순수응용화학연합(IUPAC)이 공식 명칭으로 정했다.[61]

발생

대부분의 다른 d-block 그룹에서와 마찬가지로, 그룹 12 원소의 지구 지각의 풍부함은 더 많은 원자 숫자와 함께 감소한다.아연은 집단 내 65ppm(ppm)이 가장 많은 반면 카드뮴은 0.1ppm, 수은은 0.08ppm이 더 적은 순이다.[62]코페르니슘은 반감기가 몇 분인 합성 원소로서 그것이 생산된 실험실에만 존재할 수 있다.

A black shiny lump of solid with uneven surface.
중요한 아연 광석인 스팔레라이트(ZnS)

그룹 12 금속은 찰코파일(chalcophiles)으로, 이 원소들은 산화물에 대한 친화력이 낮으며 황화물과 결합하는 것을 선호한다.초기의 지구 대기의 감소 조건 하에서 지각이 굳으면서 찰코파일이 형성되었다.[63]그룹 12 원소의 상업적으로 가장 중요한 미네랄은 황화 미네랄이다.[22]황화아연의 일종인 스팔레라이트는 농축액이 60~62%의 아연을 함유하고 있어 가장 많이 채굴된 아연 함유 광석이다.[13]카드뮴 함유 광석의 유의미한 매장량은 알려져 있지 않다.중요한 유일한 카드뮴 광물인 그리노카이트(CdS)는 거의 항상 스팔라이트(ZnS)와 연관되어 있다.이 연관성은 아연과 카드뮴 사이의 지질학적 유사성으로 인해 지질 분리가 일어날 가능성이 희박하다.그 결과 카드뮴은 주로 아연의 채광, 제련, 정제 등의 부산물로 생산되며, 그보다 적은 정도로 납과 구리로 생산된다.[64][65]금속 카드뮴이 발견되는 곳은 시베리아 빌류이 강 유역이다.[66]수은은 지구 표면에서 극히 드문 원소지만,[67] 지각 질량의 대부분을 구성하는 원소들과 지질학적으로 혼합되지 않기 때문에, 수은 광석은 보통의 암석에 그 원소의 풍부함을 고려할 때 고도로 농축될 수 있다.가장 풍부한 수은 광석은 질량별 수은 함량이 최대 2.5%에 달하며, 가장 희박한 농축액이라도 수은(평균 지각 풍부량의 1만2000배)이 최소 0.1%에 달한다.그것은 토종 금속(레이어) 또는 씨나바(HgS), 코르데로이트, 리빙스토나이트 및 기타 광물에서 발견되며, 씨나바는 가장 흔한 광석이다.[68]

수은과 아연 미네랄은 채굴할 수 있을 만큼 많은 양이 발견되지만 카드뮴은 아연과 너무 비슷해 회수된 곳에서 아연 광석에 항상 소량으로 존재한다.확인된 세계 아연 자원은 총 19억 톤이다.[69]대규모 예금은 호주, 캐나다, 미국에 있으며 이란에서 가장 많은 예금을 보유하고 있다.[63][70][71]현재 소비율로는 2027년에서 2055년 사이에 이러한 비축량이 고갈될 것으로 추정된다.[72][73]2002년까지 역사를 통틀어 약 3억 4천 6백만 톤이 추출되었고, 한 추정치는 그 중 약 1억 9천 9백만 톤이 여전히 사용되고 있다는 것을 발견했다.[74]2005년, 중국은 키르기스스탄에 이어 거의 3분의 2의 전 세계 점유율로 수은 생산 1위를 차지했다.[75]몇몇 다른 나라들은 구리 전기화 공정과 유출물로부터의 회수에 의해 수은의 보고되지 않은 생산을 한 것으로 여겨진다.수은의 독성이 높기 때문에 씨나바 채굴과 수은 정제 모두 수은 중독의 위험하고 역사적인 원인이다.[76]

생산

아연은 연간 약 1,000만 톤의 생산량을 가진 철, 알루미늄, 구리만을 따라 네 번째로 많이 사용되는 금속이다.[77]전 세계적으로 아연의 95%는 황산광석 퇴적물에서 채굴되는데, 이 과정에서 스팔라이트(ZnS)는 구리, 납, 철의 황화물과 거의 항상 혼합된다.아연 금속은 추출물 야금을 사용하여 생산된다.[78]로스팅은 가공 중 생성된 황화아연 농축액을 산화아연으로 변환한다.[79]추가 처리를 위해 두 가지 기본 방법이 사용된다: 화로매탈루지 또는 전기화.화로메탈루지 가공은 950 °C (1,740 °F)에서 일산화탄소 또는 일산화탄소가 함유된 산화 아연을 금속으로 감소시켜 아연 증기로 증류한다.[80]아연 증기는 응축기에 모아진다.[79]전기로우닝 가공은 황산에 의해 농축된 광석에서 아연을 리클링한다.[81]이 단계 이후 전기분해는 아연 금속을 생산하는데 사용된다.[79]

카드뮴은 아연 광석에서 흔히 볼 수 있는 불순물로, 아연이 생산되는 동안 가장 많이 격리된다.황산아연 광석에서 농축된 아연 광석은 카드뮴 함량이 최대 1.4%에 이른다.[82]카드뮴은 아연이 용해될 경우 진공 증류에 의해 연도 먼지에서 생성된 아연으로부터 격리되거나, 전해액에서 황산 카드뮴이 침전된다.[83]

가장 풍부한 수은 광석은 질량별 수은 함량이 최대 2.5%에 달하며, 가장 희박한 농축액이라도 수은 함량이 최소 0.1%에 달하며, 이 매장량에서 씨나바(HgS)가 가장 흔한 광석이다.[84]수은은 공기의 전류에서 씨나바를 가열하고 증기를 응축시켜 추출한다.[85]

코페르니슘과 같은 초 헤비 원소는 핵융합 반응을 유도하는 입자 가속기에 더 가벼운 원소를 퍼부어 생성된다.코페르니슘 동위 원소의 대부분은 이러한 방식으로 직접 합성될 수 있는 반면, 일부 더 무거운 동위 원소는 원자 번호가 더 높은 원소의 붕괴 산물로만 관찰되었다.[86]코페르니슘을 생산하기 위한 첫 번째 핵융합 반응은 1996년 GSI에 의해 수행되었는데, GSI는 코페르니슘-277의 두 붕괴 사슬의 검출 결과를 보고했다(그러나 나중에 하나는 빅터 니노프가 조작한 데이터에 기초했으므로 철회되었다).[60]

208
82Pb
 + 70
30Zn
 → 277
112Cn
 +
n

적용들

그들이 공유하는 물리적 유사성 때문에, 그룹 12 요소는 많은 공통적인 상황에서 발견될 수 있다.아연과 카드뮴은 완전히 부식될 때까지 국소 산화를 모두 끌어들이기 때문에 일반적으로 부식방지(갈바니케이션)제로[2] 사용된다.[87]이러한 보호 코팅은 물질을 금속의 용해된 형태로 가열 아연도금하거나 [88]크롬산염의 사용에 의해 통과될 수 있는 전기 도금 과정을 통해 다른 금속들에 적용될 수 있다.[89]그룹 12 원소는 2차 기준 전극일 뿐 아니라 표준 수소 전극의 대안으로 작용할 수 있기 때문에 전기화학에도 사용된다.[90]

미국에서는 아연이 아연 도금(55%) 및 황동, 청동 및 기타 합금(37%)[91]에 주로 사용된다.아연의 상대적 반응성과 그 자체로 산화를 유인하는 능력은 그것을 음극방호(CP)에서 효율적인 희생 양극으로 만든다.예를 들어, 매립 파이프라인의 음극방지는 아연으로 만들어진 양극을 파이프에 연결함으로써 달성할 수 있다.[92]아연은 전류를 강철 파이프라인으로 전달하면서 서서히 부식되어 양극(음극 종단) 역할을 한다.[92][note 5]아연은 바닷물에 노출된 금속을 부식으로부터 음극적으로 보호하는 데도 사용된다.[93][94]아연은 또한 아연-탄소 배터리나[95][96] 아연-공기 배터리/연료 셀과 같은 배터리의 양극 재료로도 사용된다.[97][98][99]아연을 포함하는 널리 사용되는 합금은 황동이며, 구리는 황동 종류에 따라 3%에서 45%의 아연으로 합금된다.[92]놋쇠는 일반적으로 구리보다 연성이 강하고 부식 저항성이 뛰어나다.[92]이러한 특성들은 통신 장비, 하드웨어, 악기, 물 밸브에 유용하게 쓰인다.[92]아연을 함유한 다른 널리 사용되는 합금으로는 니켈 실버, 타자기 금속, 소프트 및 알루미늄 납땜, 상업용 청동이 있다.[8]주로 구리, 알루미늄 및 마그네슘이 소량 함유된 아연의 합금은 특히 자동차, 전기 및 하드웨어 산업에서 스핀 주물뿐만 아니라 다이 주물에도 유용하다.[8]이 합금은 자막이라는 이름으로 시판되고 있다.[100]미국(2009년)에서는 전체 아연 생산량의 약 1/4이 아연 화합물의 형태로 소비되고 있으며, 다양한 아연 화합물이 산업적으로 사용된다.[91]

카드뮴은 배터리 생산의 핵심 부품이며 카드뮴 색소,[101] 코팅에 존재하며 전기 도금에도 흔히 사용되기 때문에 산업용 공통 용도가 많다.[89][19]2009년에는 카드뮴의 86%가 배터리에 사용되었으며, 주로 충전식 니켈-카드뮴 배터리에 사용되었다.유럽연합(EU)은 2004년 몇 차례 예외를 두고 전자제품에 카드뮴 사용을 금지했지만 전자제품에 카드뮴 허용 함량을 0.002%[102]로 줄였다.전 세계 생산량의 6%를 소비하는 카드뮴 전기 도금은 강철 부품에 도포하면 부식을 견딜 수 있어 항공기 산업에서 찾아볼 수 있다.[19]

수은은 주로 공업용 화학약품의 제조나 전기 및 전자적 용도에 사용된다.그것은 일부 온도계, 특히 고온을 측정하는 데 사용되는 온도계에 사용된다.여전히 증가하는 양은 형광등에서 기체 수은으로 사용되는 반면,[103] 다른 대부분의 용도는 보건 및 안전 규정으로 인해 서서히 중단되며,[104] 독성은 적지만 상당히 비싼 갈인스탄 합금으로 대체되는 일부 용도에 사용된다.[105]수은과 그 화합물들은 비록 그것들이 한때에 비해 오늘날 훨씬 덜 흔하지만, 이제 수은과 그 화합물의 독성 효과를 더 널리 이해하게 되었다.[106]그것은 여전히 치과용 아말감의 재료로 사용되고 있다.20세기 후반에 수은을[107][108] 가장 많이 사용한 것은 염소와 가성소다 생산에 있어 수은 세포 공정(카스트너 켈너 공정이라고도 한다)이었다.[109]

코페르니슘은 방사능이 매우 높아 연구 외에는 쓸모가 없다.

생물학적 역할 및 독성

그룹 12 원소는 카드뮴과 수은은 독성이 있는 반면 아연은 대부분의 식물과 동물에서 미량적으로 요구되기 때문에 생물학적 유기체에 여러 가지 영향을 미친다.

아연은 식물,[110] 동물,[111] 미생물에 필요한 필수 미량원소다.[112]그것은 "일반적으로 유기체에서 두 번째로 풍부한 전이 금속"이며 모든 효소 등급에 나타나는 유일한 금속이다.[110]인체에[113] 분포하는 아연은 2~4g으로 [114]'유비성 생물학적 역할'[115]을 한다.2006년의 한 연구는 인간 단백질 중 약 10%(2800개)가 잠재적으로 아연을 결합할 가능성이 있으며, 수송용 아연과 교통용 아연을 결합시킬 수 있다고 추정했다.[110]미국의 경우 권장식량수당(RDA)은 여성이 하루 8mg, 남성이 하루 11mg이다.[116]미국 국립 연구 위원회가 허용 가능한 섭취량을 40mg/일로 정했지만,[117] 유해한 과다 보충은 문제가 될 수 있고 건강한 사람들에게는 아마도 하루에 20mg/day를 초과해서는 안 될 것이다.[118]

수은과 카드뮴은 독성이 있으며 강이나 빗물에 들어가면 환경 피해를 줄 수 있다.이것은 오염된 농작물과[119] 먹이사슬의 수은이 생물학적으로 축적되어 수은과 카드뮴 중독으로 인한 질병의 증가로 이어질 수 있다.[120]

메모들

  1. ^ 그룹 12의 휘발성 금속이라는 이름이 가끔 사용되었지만,[6] 이것은 훨씬 더 일반적으로 변동성이 높은 금속을 가리킨다.
  2. ^ a b 원소의 산화 상태 목록을 참조하십시오.굵은 글씨로 된 산화 상태는 일반적이다.
  3. ^ 순수한 라듐의 불꽃 테스트의 색상은 관찰된 적이 없다; 진홍색 적색은 화합물의 불꽃 테스트 색상에서 추출한 것이다.[30]
  4. ^ 때로는 백인으로 보도되기도 한다.[28]
  5. ^ 전류가 아연과 강철 사이에 자연스럽게 흐르지만 어떤 상황에서는 외부 DC 선원과 함께 불활성 양극이 사용된다.

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참고 문헌 목록