그룹 5 요소

Group 5 element
주기율표의 그룹 5
수소 헬륨
리튬 베릴륨 붕소 카본 질소 산소 불소 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 브롬 크립톤
루비듐 스트론튬 이트륨 지르코늄 니오브 몰리브덴 테크네튬 루테늄 로듐 팔라듐 실버 카드뮴 인듐 주석 안티몬 텔루루 요오드 제논
세슘 바륨 란타넘 세륨 프라세오디뮴 네오디뮴 프로메튬 사마리움 유로피움 가돌리늄 터비움 디스프로슘 홀뮴 엘비움 툴륨 이터비움 루테튬 하프늄 탄탈룸 텅스텐 레늄 오스뮴 이리듐 플래티넘 골드 수은(원소) 탈륨 이끌다 비스무트 폴로늄 아스타틴 라돈
프랑슘 라듐 악티늄 토륨 프로탁티늄 우라늄 넵투늄 플루토늄 아메리슘 퀴륨 베르켈륨 칼리포늄 아인스타이늄 페르미움 멘델레비움 노벨륨 로렌슘 러더포디움 두브늄 시보르기움 보리움 하시움 마이트네리움 다름슈타디움 뢴트제늄 코페르니슘 니혼리움 플레로비움 모스코비움 리버모리움 테네신 오가네손
group 4 ← → group 6
IUPAC 그룹 번호 5
요소별 이름 바나듐기
CAS 그룹 번호
(미국, 패턴 A-B-A)
 VB
오래된 IUPAC 번호
(유럽, 패턴 A-B)
 VA
↓ 기간
4
Image: Vanadium etched
바나듐(V)
23트랜지션 메탈
5
Image: Niobium crystals
니오브(Nb)
41트랜지션 메탈
6
Image: Tantalum, a single crystal
탄탈룸(Ta)
73트랜지션 메탈
7 두브늄(Db)
105트랜지션 메탈

범례

원시 요소
합성 원소
원자 번호 색상:
검정=솔리드

그룹 5(IUPAC 스타일별)는 주기율표 내의 원소 그룹입니다.그룹 5는 바나듐(V), 니오브(Nb), 탄탈(Ta) 및 두브늄(Db)을 포함한다.이 그룹은 주기율표의 d-block에 있습니다.이 그룹 자체는 사소한 이름을 얻은 것이 아니라 전이 금속의 광범위한 그룹에 속합니다.

가벼운 5족 원소 3개는 자연적으로 발생하며 유사한 특성을 공유한다. 세 가지 모두 표준 조건에서 단단한 내화 금속이다.네 번째 원소인 두브늄은 실험실에서 합성되었지만 자연에서는 발견되지 않았다. 가장 안정적인 동위원소인 두브늄-268의 반감기는 29시간이며 다른 동위원소들은 더 방사능이 많다.현재까지 그룹의 다음 멤버인 unpenteptium(Ups) 또는 unpentennium(Upe)을 합성하기 위한 슈퍼 충돌기 실험은 실시되지 않았다.논펜튬과 논펜텐늄은 모두 8주기 후반의 원소이기 때문에 가까운 장래에 이들 원소가 합성될 가능성은 낮다.

화학

다른 그룹과 마찬가지로, 이 과의 구성원들은 전자 구성, 특히 가장 바깥쪽 껍질에서 패턴을 보이지만, 신기하게도 니옵은 이러한 추세를 따르지 않습니다.

Z 요소 전자/껍질 수
23 바나듐 2, 8, 11, 2
41 니오브 2, 8, 18, 12, 1
73 탄탈 2, 8, 18, 32, 11, 2
105 더브늄 2, 8, 18, 32, 32, 11, 2

대부분의 화학은 그룹의 처음 세 멤버에 대해서만 관찰되었습니다(두브늄의 화학은 매우 확립되어 있지 않습니다.따라서 이 섹션의 나머지 부분은 바나듐, 니오브, 탄탈만을 다루고 있습니다).이 그룹의 모든 원소는 용해점이 높은 반응성 금속(1910°C, 2477°C, 3017°C)입니다.그룹 3 또는 그룹 4의 동향과 유사하게, 안정적인 산화물층이 빠르게 형성되기 때문에 반응성이 항상 명확한 것은 아니다.금속은 서로 다른 산화물을 형성한다: 바나듐은 바나듐을 형성한다.II 산화물, 바나듐(III) 산화물, 바나듐(II)IV)산화물 및 바나듐(V)산화물, 니오브는 니오브를 형성한다.II 산화물, 니오브(IV)산화물 및 니오브(V)산화물 중 탄탈(V)산화물만을 특징으로 한다.금속(V) 산화물은 일반적으로 비반응성이며 염기가 아닌 산처럼 작용하지만 낮은 산화물은 안정성이 떨어집니다.그러나 산화물에는 높은 전기 [1]전도율과 같은 몇 가지 특이한 특성이 있습니다.

세 가지 원소 모두 다양한 무기 화합물을 형성하며, 일반적으로 +5의 산화 상태에 있다.낮은 산화 상태도 알려져 있지만 안정성이 떨어지고 원자 질량이 증가함에 따라 안정성이 떨어진다.

역사

바나듐은 1801년 스페인 태생의 멕시코 광물학자 안드레스 마누엘 델 리오에 의해 광물 바나듐에서 발견되었다.다른 화학자들이 그의 에리트로늄 발견을 거부하자 그는 그의 [2]주장을 철회했다.

니오브는 1801년 [3]영국의 화학자 찰스 해쳇에 의해 발견되었다.

탄탈룸은 1802년 앤더스 구스타프 에케버그에 의해 처음 발견되었다.하지만, 하인리히 로즈가 두 원소가 다르다는 것을 증명한 1846년까지 그것은 니오브와 같은 것으로 생각되었다.순수한 탄탈은 [4]1903년까지 생산되지 않았다.

두브늄은 1968년 핵공동연구소에서 아메리슘-243에 네온-22를 폭격해 처음 생산됐으며 1970년 로렌스 버클리 연구소에서 다시 생산됐다.원소에 대해 "닐스보히움"과 "졸리오튬"이라는 이름이 제안되었지만, 1997년 IUPAC는 원소 이름을 [4]더브늄으로 결정했다.

어원학

바나듐은 스칸디나비아의 사랑의 여신 바나디스의 이름을 따서 지어졌다.니오브는 그리스 신화에 나오는 인물인 니오베의 이름을 딴 것이다.탄탈룸은 그리스 신화에 나오는 인물인 탄탈루스의 이름을 딴 것이다.두브늄은 그것이 [4]발견된 러시아의 두브나에서 이름을 따왔다.

발생.

지각에는 바나듐이 160ppm으로 19번째로 풍부합니다.토양에는 평균 100ppm의 바나듐이 함유돼 있으며 바닷물에는 1.5ppm의 바나듐이 함유돼 있다.전형적인 인간에게는 285ppm의 바나듐이 함유되어 있다.바나듐 광석은 바나딘산염, 패트로나이트, 카르노타이트 [4]등 60개 이상 알려져 있다.

지각에는 20ppm의 니옵이 있어, 니옵은 33번째로 풍부한 원소이다.토양에는 평균 24ppm의 니옵이 함유되어 있으며 바닷물에는 900ppm의 니옵이 함유되어 있다.전형적인 인간은 21ppm의 니오브를 함유하고 있다.니오브는 컬럼바이트 광물과 파이로클로아 [4]광물에 들어있다.

지구 지각에는 2ppm의 탄탈이 있으며, 탄탈은 그곳에서 51번째로 풍부한 원소이다.토양에는 평균 12ppm의 탄탈이 들어 있고 바닷물에는 2ppm의 탄탈이 들어 있다.전형적인 인간에게는 10억분의 2.9의 탄탈이 들어있다.탄탈은 탄탈라이트와 [4]파이로클로아에서 발견된다.

생산.

연간 약 7만 톤의 바나듐 광석이 생산되고 있으며, 러시아에서는 2만 5천 t, 남아프리카공화국에서는 2만 4천 t, 중국에서는 1만 9천 t, 카자흐스탄에서는 1천 t의 바나듐 광석이 생산되고 있습니다.바나듐 금속은 매년 7000t이 생산된다.탄소로 광석을 가열하여 바나듐을 얻는 것은 불가능하다.대신 바나듐 산화물을 칼슘과 함께 압력용기 내에서 가열하여 제조한다.초순도 바나듐은 [4]삼염화 바나듐과 마그네슘의 반응으로 제조된다.

연간 230,000t의 니오브 광석이 생산되고 있으며 브라질은 210,000t, 캐나다는 10000t, 호주는 1000t.60,000t의 순수 니오브 광석이 [4]생산되고 있다.

탄탈 광석은 연간 7만 t이 생산된다.브라질은 탄탈 광석의 90%를 생산하고 있으며 캐나다, 호주, 중국, 르완다도 탄탈 광석을 생산하고 있습니다.탄탈의 수요는 연간 [4]약 1200t이다.

두브늄은 악티니드를 가벼운 [4]원소로 폭격함으로써 합성된다.

적용들

바나듐의 주요 용도는 바나듐강과 같은 합금이다.바나듐 합금은 스프링, 공구, 제트 엔진, 갑옷 도금 및 원자로에 사용됩니다.산화 바나듐은 세라믹스를 황금색으로 하고, 다른 바나듐 화합물은 폴리머를 [4]제조하기 위한 촉매로 사용된다.

스테인리스강에는 품질을 개선하기 위해 소량의 니옵이 첨가됩니다.니오브의 높은 내식성 [4]때문에 니오브 합금은 로켓 노즐에도 사용됩니다.

탄탈럼에는 크게 네 가지 응용 프로그램이 있습니다.탄탈은 고온에 노출된 물체, 전자 기기, 외과용 이식물 및 부식성 [4]물질을 처리하기 위해 첨가됩니다.

독성

순수한 바나듐은 독성이 없는 것으로 알려져 있다.그러나 오산화바나듐은 눈, 코,[4] 목에 심한 자극을 일으킨다.

니오브와 그 화합물은 약간 독성이 있다고 생각되지만, 니오브 중독은 발생하지 않았다.니옵 분진은 눈과 [4]피부를 자극할 수 있다.

탄탈과 탄탈의 화합물은 부상을 거의 일으키지 않으며, 부상을 입었을 때 보통 [4]발진이 발생한다.

생물학적 발생

주요 기사 : 바나듐 bi 생물학적 역할

5족 원소 중 바나듐만이 생물계의 생물학적 화학에서 역할을 하는 것으로 확인되었지만, 생물학에서는 매우 제한적인 역할을 하며 육지보다 해양 환경에서 더 중요하다.

바나듐은 1911년부터 [5][6]아씨디아케아(미더덕)의 혈구에서 바나듐 농도가 주변 바닷물의 바나듐 농도보다 100배 이상 높은 것으로 알려져 왔다.여러 종류의 마크로펑기가 바나듐(건조 중량으로 최대 [7]500mg/kg)을 축적한다.바나듐 의존성 브로모페르옥시다아제는 여러 종류의 [8]해조류에서 유기브로민 화합물을 생성한다.

쥐와 닭은 또한 바나듐을 아주 적은 양만 필요로 하는 것으로 알려져 있으며, 부족하면 생육이 저하되고 [9]번식이 저하됩니다.바나듐은 인슐린 민감도를[10] 높이고 몸매를 가꾸기 위해 상대적으로 논란이 많은 식이 보충제이다.황산바나딜은 제2형 [11]당뇨병을 가진 사람들의 포도당 조절을 개선할 수 있다.또한 디카바나데이트와 옥소바나데이트는 잠재적으로 많은 생물학적 활성을 가지고 있으며 여러 생화학적 [12]과정을 이해하는 도구로 성공적으로 사용되고 있는 종이다.

레퍼런스

  1. ^ Holleman, Arnold F.; Wiberg, Egon; Wiberg, Nils (1985). Lehrbuch der Anorganischen Chemie (in German) (91–100 ed.). Walter de Gruyter. ISBN 3-11-007511-3.
  2. ^ Cintas, Pedro (2004). "The Road to Chemical Names and Eponyms: Discovery, Priority, and Credit". Angewandte Chemie International Edition. 43 (44): 5888–94. doi:10.1002/anie.200330074. PMID 15376297.
  3. ^ Hatchett, Charles (1802). "Eigenschaften und chemisches Verhalten des von Charlesw Hatchett entdeckten neuen Metalls, Columbium". Annalen der Physik (in German). 11 (5): 120–122. Bibcode:1802AnP....11..120H. doi:10.1002/andp.18020110507.
  4. ^ a b c d e f g h i j k l m n o p Emsley, John (2011). Nature's Building Blocks.
  5. ^ Henze, M. (1911). "Untersuchungen über das Blut der Ascidien. I. Mitteilung. Die Vanadiumverbindung der Blutkörperchen". Hoppe-Seyler's Zeitschrift für Physiologische Chemie (in German). 72 (5–6): 494–501. doi:10.1515/bchm2.1911.72.5-6.494.
  6. ^ Michibata H, Uyama T, Ueki T, Kanamori K (2002). "Vanadocytes, cells hold the key to resolving the highly selective accumulation and reduction of vanadium in ascidians" (PDF). Microscopy Research and Technique. 56 (6): 421–434. doi:10.1002/jemt.10042. PMID 11921344.
  7. ^ Kneifel, Helmut; Bayer, Ernst (1997). "Determination of the Structure of the Vanadium Compound, Amavadine, from Fly Agaric". Angewandte Chemie International Edition in English. 12 (6): 508. doi:10.1002/anie.197305081. ISSN 1521-3773.
  8. ^ Butler, Alison; Carter-Franklin, Jayme N. (2004). "The role of vanadium bromoperoxidase in the biosynthesis of halogenated marine natural products". Natural Product Reports. 21 (1): 180–8. doi:10.1039/b302337k. PMID 15039842.
  9. ^ Schwarz, Klaus; Milne, David B. (1971). "Growth Effects of Vanadium in the Rat". Science. 174 (4007): 426–428. Bibcode:1971Sci...174..426S. doi:10.1126/science.174.4007.426. JSTOR 1731776. PMID 5112000.
  10. ^ Yeh, Gloria Y.; Eisenberg, David M.; Kaptchuk, Ted J.; Phillips, Russell S. (2003). "Systematic Review of Herbs and Dietary Supplements for Glycemic Control in Diabetes". Diabetes Care. 26 (4): 1277–1294. doi:10.2337/diacare.26.4.1277. PMID 12663610.
  11. ^ Badmaev, V.; Prakash, Subbalakshmi; Majeed, Muhammed (1999). "Vanadium: a review of its potential role in the fight against diabetes". The Journal of Alternative and Complementary Medicine. 5 (3): 273–291. doi:10.1089/acm.1999.5.273. PMID 10381252.
  12. ^ Aureliano, Manuel; Crans, Debbie C. (2009). "Decavanadate and oxovanadates: Oxometalates with many biological activities". Journal of Inorganic Biochemistry. 103: 536–546. doi:10.1016/j.jinorgbio.2008.11.010.

추가 정보

  • Greenwood, N (2003). "Vanadium to dubnium: from confusion through clarity to complexity". Catalysis Today. 78 (1–4): 5–11. doi:10.1016/S0920-5861(02)00318-8.