안녕하세요, 송송입니다. 이번 포스팅 부터는 우리에게 크게 와닿지 않는(조금은 쓸데없는..?) 원소들은 제외하고 소개해드리려고 합니다. 42번 몰리브덴, 44번 류테늄, 45번 로듐, 46번 팔라듐까지 함께 알아가보도록 하겠습니다.
42. 몰리브데넘, 몰리브덴 (Mo, Molybdenum)
| 분류 | 데이터 |
| 원자번호, 양성자 수 | 42 |
| 원자가 전자 수 | - |
| 원자량 | 95.95 |
| 녹는점 | 2617 ℃ |
| 끓는점 | 4612 ℃ |
| 밀도 | 10.22 |
| 상온에서 홑원소의 상태 | 금속 - 고체 |
| 주요 화합물 | MoS2, MoO3 |
| 동위 원소 | 94Mo(9.15%), 95Mo(15.84%), 96Mo(16.67%), 97Mo(9.60%), 98Mo(24.39%), 100Mo(9.82%) |
- 원소 이름의 유래 : 그리스어 "납(molybdos)"
몰리브덴(Mo)은 일반적으로 분말(powder)형태로 얻어지고 있는데요, 이때 색상은 검은색 또는 갈색을 띱니다. 따라서 몰리브덴을 금속으로 제작할 떄는 분말야금법(금속가루를 가압 성형하고 다시 고온에서 가열하여 금속 제품을 제조하는 기술)으로 진행되고 있습니다. 대부분 산과 알칼리에 잘 녹지 않으며 실온에서 산소 또는 물과 반응하지 않습니다. 높은 융점과 낮은 열팽창률, 낮은 증기압, 우수한 전연성, 높은 전도율 및 우수한 내식성을 특징으로 하며, 은백색의 광택을 내는 금속입니다.
이런 우수한 몰리브덴의 특징을 바탕으로 주로 항공기 재료나 선업용 모터에 많이 사용되고 있습니다. 융점이 매우 높기 때문에, 초고온 환경인 가스터빈에도 사용되고 있습니다. 그러나, 가공 난이도가 있어 비싼 물질 중 하나이죠.
반도체 분야에서는 MoS2(이황화몰리브덴)이 유명합니다. 대표적인 2차원 소재로 MoS2는 두 개의 황 원자들 사이에 몰리브덴이 껴있는 구조로, 그래핀과 비슷한 구조적 특성을 가져 기능들이 거의 유사합니다.
그래핀과의 가장 큰 차이점으로는 반도체 사용에 필요한 밴드갭(Band gap)이 그래핀에는 없지만, 이황화 몰리브덴은 밴드 갭이 존재해 트랜지스터를 만들어 전자, 전기나 태양 전지에 사용할 수 있죠.
44. 루테늄 (Ru, Ruthenium)
| 분류 | 데이터 |
| 원자번호, 양성자 수 | 44 |
| 원자가 전자 수 | - |
| 원자량 | 101.07 |
| 녹는점 | 2310 ℃ |
| 끓는점 | 3900 ℃ |
| 밀도 | 12.37 |
| 상온에서 홑원소의 상태 | 금속 - 고체 |
| 주요 화합물 | - |
| 동위 원소 | 96Ru(5.54%), 98Ru(1.87%), 99Ru(12.76%), 100Ru(12.60%), 101Ru(17.06%), 102Ru(31.55%), 104Ru(18.62%) |
- 원소 이름의 유래 : 클라우스의 조국 라틴명 "러시아(Ruthenia)
루테늄(Ru)은 백금 광석에서 함께 산출되며, 주기율표에서는 백금족에 속화는 희귀한 전이금속 원소입니다. 다른 백금족 원소들처럼 대부분의 화학 물질들과는 반응하지 않죠. 루테늄의 약 50%는 전자 산업 재료에 사용되고 있으며, 40% 정도는 화학 공업 촉매 역활을 하고 있고 그 외 나머지는 금속 합금제나 도금 등에 사용됩니다.
전자쪽에서는 하드 디스크 제작에 사용되고 있습니다. 하드 디스크의 자성 층 사이에 3개 원자 층 정도의 얇은 류테늄 film을 만들면 기억 용량이 약 4배나 증대되는 효과가 있죠.
45. 로듐 (Rh, Rhodium)
| 분류 | 데이터 |
| 원자번호, 양성자 수 | 45 |
| 원자가 전자 수 | - |
| 원자량 | 101.90550 |
| 녹는점 | 1966 ℃ |
| 끓는점 | 3695 ℃ |
| 밀도 | 12.41 |
| 상온에서 홑원소의 상태 | 금속 - 고체 |
| 주요 화합물 | - |
| 동위 원소 | 103Rh(100%) |
- 원소 이름의 유래 : 그리스어 "장미(rhodon)"
로듐(Rh)은 앞서 알아본 루테늄(Ru)과 마찬가지로 백금족 금속입니다. 로듐(Rh)의 80% 이상은 자동차 배기가스 정화장치의 3원촉매변환기에 사용됩니다. 자동차 촉매변환기는 일산화탄소(CO)와 연소되지 않고 남아있는 연료인 탄소수소(HC, CnH2n+2)를 산화시키는 것으로, 최근에는 질소산화물(NOx)을 제거할 필요성이 인식되어 배기가스에 포함된 3가지 주된 공해물(CO, HC, NOx) 모두를 무해한 이산화탄소(CO2), 질소(N2), 물(H2O)로 변환시키는 3원촉매변환기 설치가 의무화 되고 있죠. 뿐만 아니라, 로듐 합금의 경우는 고온 열전대와 저항체, 항공기용 점화플러그 전극, 실험실용 도가니, Funance의 권선 등 다양한 용도에 적용되고 있습니다. 대부분의 R-type 온도 센서의 팁 부분은 백금-로듐 합금으로 제작되고 있죠.
46. 팔라듐 (Pd, Palladium)
| 분류 | 데이터 |
| 원자번호, 양성자 수 | 46 |
| 원자가 전자 수 | - |
| 원자량 | 106.42 |
| 녹는점 | 1552 ℃ |
| 끓는점 | 3140 ℃ |
| 밀도 | 12.02 |
| 상온에서 홑원소의 상태 | 금속 - 고체 |
| 주요 화합물 | - |
| 동위 원소 | - |
- 원소 이름의 유래 : 소행성 "팔라스(Pallas)"
팔라듐(Pb)은 은백색의 광택이 있는 무른 금속으로, 백금과 성질이 비슷합니다. 백금족 원소들 중에 가장 녹는점과 밀도가 낮습니다. 상온에서는 산화되지 않지만, 800 ℃ 이상 고온에서는 산소와 반응하여 산화 팔라듐이 생성됩니다.
팔라듐(Pb) 또한, 자동차 촉매변환기로 사용되고 있으며, 전자 공업 분야에서는 적층 세라믹 커페시터(MLCC)의 전극으로 팔라듐-은 합금이 주로 사용되고 있습니다.