안녕하세요. 송송입니다. 이번엔 23번 바나듐부터 26번 철까지 함께 알아가보도록 하겠습니다.
23. 바나듐 (V, Vanadium)
| 분류 | 데이터 |
| 원자번호, 양성자 수 | 23 |
| 원자가 전자 수 | - |
| 원자량 | 50.9415 |
| 녹는점 | 1887 ℃ |
| 끓는점 | 3377 ℃ |
| 밀도 | 6.11 |
| 상온에서 홑원소의 상태 | 금속 - 고체 |
| 주요 화합물 | V2O5(오산화바나듐) |
| 동위원소 | 50V(0.250%), 51V(99.750%) |
- 원소 이름의 유래 : 스칸디나비아의 사랑과 미의 여신 "Vadadis"
바나듐(V)은 은회색의 전이금속이며, 원소 자체는 반응성이 커 자연 상태에서는 화합물로만 존재하고 있습니다. 전이금속 화합물들의 경우는 여러 가지 아름다운 색을 띠는데요, 화려한 독버섯의 성분에는 바나듐 화합물이 들어있을 만큼 화려한 물질 중 하나입니다.
바나듐(V)의 경우 강철에 소량 첨가하게 되면 강철의 강도가 크게 증가하여 주로 바나듐강은 자동차 부품, 공구 등 여러 산업에 널리 사용되고 있습니다. 뿐만 아니라, 이전 설명한 티타늄 합금에 첨가되면 강도와 열 안정성이 우수하여 제트엔진의 항공기 동체에 쓰이고 있습니다.
대표적인 화합물 오산화바나듐(V2O5)은 황산 제조에서 촉매 및 세라믹 촉매제로도 사용되고 있으며, 자석 생산에서도 이용되고 있습니다. 이는 오랜지색을 나타내고 있습니다.
24. 크롬, 크로뮴 (Cr, Chromium)
| 분류 | 데이터 |
| 원자번호, 양성자 수 | 24 |
| 원자가 전자 수 | - |
| 원자량 | 51.9961 |
| 녹는점 | 1860 ℃ |
| 끓는점 | 2671 ℃ |
| 밀도 | 7.19 |
| 상온에서의 홑원소 상태 | 금속 - 고체 |
| 주요 화합물 | K2Cr2O7(다이크로뮴산칼륨), Ag2CrO4(크롬산은), Cr2O3(산화크롬), CrO3(무수크롬) 등 |
| 동위 원소 | 50Cr(4.345%), 52Cr(83.789%), 53Cr(9.501%), 54Cr(2.365%) |
- 원소 이름의 유래 : 그리스어 "색(Chroma)"
크롬(Cr)은 지각 중에 21번째로 많은 원소이며, 주로 크로마이트(Chromite, 홍연광 FeCr2O4)라는 광석으로부터 생산되고 있습니다. 크롬(Cr)은 대기 중 산소와 결합하여 그 표면에 매우 치밀한 무색의 보호막을 형성하고 있습니다. 이 Film은 매우 얇은 몇 층의 분자로 이루어져 있지만, 내부로 다른 물질이 침투하는 것을 막아주는 역할을 합니다. 이러한 특징으로 크롬으로 표면 코팅을 한 구리나 청동, 철과 같은 금속은 강한 내식성을 갖게 됩니다.
우리가 실생활에서도 잘 사용하는 스텐! 스테인리스강은 철에 18%의 크롬을 합금한 것입니다. 스테인리스 강의 경우는 크롬합금 함량에 따라 그 용도가 대단히 다양하게 사용되고 있습니다.
26. 망가니즈, 망간 (Mn, Manganese)
| 분류 | 데이터 |
| 원자번호, 양성자 수 | 25 |
| 원자가 전자 수 | - |
| 원자량 | 54.938044 |
| 녹는점 | 1244 ℃ |
| 끓는점 | 1962 ℃ |
| 밀도 | 7.44 |
| 상온에서 홑원소의 상태 | 금속 - 고체 |
| 주요 화합물 | MnO2(이산화망간), MnCl2(염화망간), KMnO4(과망가니즈산칼륨), MnS등 |
| 동위 원소 | 55Mn(100%) |
- 원소 이름의 유래 : 라틴어 "자석(Magnes)"
망가니즈(Mn)는 철보다 단단하지만 부서지기 쉬운 특징을 갖고 잇습니다. 특히, 망가니즈(Mn)은 철강 산업에서 합금 원소로 사용되어 철강재의 강도를 높이는 역할을 하고 있습니다. 뿐만 아니라, 철강제품 제조 공정에서 황(S)과 결합하여 MnS를 만든 후 슬래그로 제거되어 철강 제품에서 황을 제어하는 용도로 쓰이고 있습니다. 이는 철강제품에서 황(S) 성분이 높으면 황화철(FeS)이 생성되어 취성이 낮아지는 것을 방지하는 용도이죠. 뿐만 아니라, 망간(Mn)은 산소와 결합하여 철강 제품 내의 기포나 미세 hole이 생기는 것도 막아주는 역할을 합니다.
특히, 이산화망간은 촉매제로 사용되는데요, 과산화수소(H2O2)나 염소산염(KClO3)을 분해시켜 산소를 얻을 때 이용되고 있습니다.
또한, 우수한 전자기적 특성을 갖고 있어 자석을 만들 때에도 소량의 망가니즈가 첨가되고 있습니다. 우리가 실생활에 많이 사용되고 있는 AA 건전지 및, AAA 건전지 (1.5V) 건전지에도 망가니즈가 첨가되고 있죠. 전해액에 따라 망간 전지와 알칼리 전지로 나뉘지만, 모두 통틀어 건전지라고 부르고 있습니다. 이는 잘 알고 있다 싶이, 방전되면 다시 충전하여 재사용 할 수 없는 특징을 갖고 있습니다.
26. 철 (Fe, Iron)
| 분류 | 데이터 |
| 원자번호, 양성자 수 | 26 |
| 원자가 전자 수 | - |
| 원자량 | 55.845 |
| 녹는점 | 1535 ℃ |
| 끓는점 | 2750 ℃ |
| 밀도 | 7.874 |
| 상온에서 홑원소의 상태 | 금속 - 고체 |
| 주요 화합물 | FeSO4(황산철), FeS(황화철), Fe2O3(산화철), Fe(OH)2(수산화제일철), 등 |
| 동위 원소 | 54Fe(5.845%), 56Fe(91.754%), 57Fe(2.119%), 58Fe(0.282%) |
- 원소 이름의 유래 : 켈드계 고대어 "성스로운 금속"
철(Fe)은 철강의 주 재료로 우리 사회에 매우 매우 중요한 역할을 하고 있는 원소입니다. 인류 역사를 돌아보게 되면, 석기 시대, 청동기 시대, 철기 시대로 구분할 만큼 인류를 발전시켜준 아주 훌륭한 원소이죠. 아마도 우리 실생활에 사용하거나 보이는 금속 중 약 90%는 철일 정도로 널리 사용되고 있습니다.
철(Fe)은 탄소(C)의 함량에 따라 순철, 선철, 강철 3가지로 구분되고 있습니다.
▶ 순철(Pure Iron) : 탄소(C)함량 0.035% 이하
순철은 탄소 함량에서 대량 생산이 되지 않는 고순도의 철로써, 이는 불순물(규소, 황, 인, 망간)이 없는 순도 99.99% 이상의 철입니다.
- 탄소량이 낮아 기계 재료로서는 적합하지 않지만, 투자율이 높아 변압기, 발전기용 철심으로 사용됩니다.
- 단접성 및 용접성 양호함
- 보통 전기용 재료에 많이 사용되고 있음
▶ 선철(Pig Iron) : 탄소(C)함량 1.7% 이상 (무쇠 or 주철로도 부르고 있음)
선철은 철광석을 원료로 만들어지고 있으며, 코크스가 철광석의 제련과정 중 열원으로 사용되기 때문에 많은 탄소가 포함되고 있습니다. 일반적으로 약 3.5 ~ 4.5%의 탄소를 함유하고 있습니다. 연성이 거의 없어 이대로는 가공이 힘들다는 단점이 있습니다. 선철의 융점은 1150 ~ 1250 ℃로 비교적 낮고 용해하기 쉬워 각종 주물을 만드는 원료로 사용되고 있습니다.
▶ 강철(Steel) : 선철을 제련하여 탄소 함량을 0.035 ~ 1.7% 수준으로 낮춘 것
강철은 충격에 매우 강하고, 연성이 있어 자동차, 조선, 기계, 가전제품, 공업용 소재 등 다양한 산업 분아에 이용되고 있습니다. 보통은 탄소 함량이 0.04 ~ 0.6% 정도인 것이 널리 사용되고 있습니다.
* 특히, 강철의 경우 탄소강과 특수강으로 나뉘며, 매우 종류가 많습니다...(고로 다음 기회에 추가 설명하기로 하죠.)
언제 한번 철에 대해 제대로 짚고 넘어가야겠네요. 간단히 설명하기가 더 어려울 만큼 방대한 양입니다.