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16족 원소
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칼코젠(chalcogens, 광석 형성)(/ˈkælkədʒənz/)은 주기율표의 16족에 있는 화학 원소이다.[1] 이 족은 산소족(oxygen family)으로도 알려져 있다. 16족은 산소(O), 황(S), 셀레늄(Se), 텔루륨(Te) 및 방사성 원소인 폴로늄(Po), 리버모륨(Lv)으로 구성된다.[2] 산소는 황, 셀레늄, 텔루륨, 폴로늄과는 매우 다른 화학적 거동을 보이기 때문에 종종 다른 칼코젠과는 별도로 취급되며, 때로는 "칼코젠"이라는 용어의 범위에서 완전히 제외되기도 한다. "칼코젠"이라는 단어는 주로 구리를 의미하는 그리스어 khalkos (χαλκός) (이 용어는 청동, 황동, 시적인 의미의 모든 금속, 광석 및 주화에도 사용됨)와 태어나거나 생산됨을 의미하는 라틴어화된 그리스어 genēs의 조합에서 파생되었다.[3][4][5]
황은 고대부터 알려져 있었고, 산소는 18세기에 원소로 인식되었다. 셀레늄, 텔루륨, 폴로늄은 19세기에 발견되었고, 리버모륨은 2000년에 발견되었다. 모든 칼코젠은 6개의 원자가 전자를 가지며, 이는 완전한 최외각 전자 껍질을 채우는 데 두 개의 전자가 부족하다는 것을 의미한다. 이들의 가장 흔한 산화수는 -2, +2, +4, +6이다. 이들은 상대적으로 작은 원자 반지름을 가지며, 특히 가벼운 원소가 더욱 그렇다.[6]
모든 자연 발생 칼코젠은 영양소 또는 독소로서 생물학적 기능에 일부 역할을 한다. 셀레늄은 중요한 영양소(특히 셀레노시스테인의 구성 요소)이지만 일반적으로 독성이 있다.[7] 텔루륨은 종종 좋지 않은 효과를 가지며(일부 유기체는 이를 사용할 수 있지만), 폴로늄(특히 폴로늄-210 동위 원소)은 방사능 때문에 항상 유해하다.
황은 20개 이상의 동소체를 가지며, 산소는 9개, 셀레늄은 적어도 8개, 폴로늄은 2개를 가진다. 텔루륨은 현재까지 하나의 결정 구조만 발견되었다. 그 외 수많은 유기 칼코젠 화합물이 있다. 산소를 제외하고 유기 황 화합물이 일반적으로 가장 흔하며, 다음으로 유기 셀레늄 화합물과 유기 텔루륨 화합물이 뒤따른다. 이러한 경향은 칼코젠 프닉타이드 및 칼코젠과 14족 원소 원소를 포함하는 화합물에서도 나타난다.
산소는 일반적으로 공기를 질소와 산소로 분리하여 얻어진다.[8] 황은 기름과 천연가스에서 추출된다. 셀레늄과 텔루륨은 구리 정련의 부산물로 생산된다. 폴로늄은 자연 발생 악티늄족 함유 물질에서 가장 쉽게 얻을 수 있다. 리버모륨은 입자 가속기에서 합성되었다. 원소 산소의 주요 용도는 제강이다.[9] 황은 대부분 황산으로 전환되며, 이는 화학 산업에서 많이 사용된다.[7] 셀레늄의 가장 흔한 용도는 유리 제조이다. 텔루륨 화합물은 주로 광학 디스크, 전자 장치 및 태양 전지에 사용된다. 폴로늄의 일부 응용은 방사능 때문이다.[2]
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특성
요약
관점
원자 및 물리적
칼코젠은 전자 배열, 특히 가장 바깥쪽 전자 껍질에서 유사한 패턴을 보여주며, 이들 모두 동일한 수의 원자가 전자를 가지므로 화학적 거동에서 유사한 경향이 나타난다.
모든 칼코젠은 6개의 원자가 전자를 가진다. 모든 고체, 안정 칼코젠은 부드러우며[11] 열을 잘 전도하지 않는다.[6] 전기 음성도는 원자 번호가 높은 칼코젠으로 갈수록 감소한다. 밀도, 녹는점 및 끓는점, 원자 및 이온 반지름[12]은 원자 번호가 높은 칼코젠으로 갈수록 증가하는 경향이 있다.[6]
동위 원소
알려진 6개의 칼코젠 중 하나(산소)는 핵 마법수와 같은 원자 번호를 가지며, 이는 이들의 원자핵이 방사성 붕괴에 대한 안정성이 증가하는 경향이 있음을 의미한다.[13] 산소는 3개의 안정 동위 원소와 14개의 불안정 동위 원소를 가진다. 황은 4개의 안정 동위 원소, 20개의 방사성 동위 원소, 1개의 이성질핵을 가진다. 셀레늄은 6개의 관측적으로 안정 또는 거의 안정적인 동위 원소, 26개의 방사성 동위 원소, 9개의 이성질핵을 가진다. 텔루륨은 8개의 안정 또는 거의 안정적인 동위 원소, 31개의 불안정 동위 원소, 17개의 이성질핵을 가진다. 폴로늄은 42개의 동위 원소를 가지며, 그 중 안정적인 것은 없다.[14] 추가로 28개의 이성질핵을 가진다.[2] 안정 동위 원소 외에도 일부 방사성 칼코젠 동위 원소는 자연에서 발생하는데, 210Po와 같은 붕괴 생성물이거나, 82Se와 같은 원시 핵종이거나, 우주선 (물리) 파쇄를 통해 또는 우라늄의 핵분열을 통해 발생한다. 리버모륨 동위 원소 288Lv부터 293Lv까지 발견되었으며, 가장 안정적인 리버모륨 동위 원소는 293Lv로, 반감기는 0.061초이다.[2][15]
리버모륨을 제외한 모든 칼코젠은 적어도 하나의 자연 발생 방사성 동위 원소를 가진다. 산소는 미량의 15O를 가지며, 황은 미량의 35S를 가지며, 셀레늄은 82Se를 가지며, 텔루륨은 128Te와 130Te를 가지며, 폴로늄은 210Po를 가진다.
더 가벼운 칼코젠(산소와 황) 중 가장 중성자가 부족한 동위 원소는 양성자 방출을 겪고, 적당히 중성자가 부족한 동위 원소는 전자 포획 또는 β+ 붕괴를 겪고, 적당히 중성자가 풍부한 동위 원소는 β− 붕괴를 겪고, 가장 중성자가 풍부한 동위 원소는 중성자 방출을 겪는다. 중간 칼코젠(셀레늄과 텔루륨)은 더 가벼운 칼코젠과 유사한 붕괴 경향을 가지지만, 양성자 방출 동위 원소는 관찰되지 않았으며, 텔루륨의 가장 중성자가 부족한 동위 원소 중 일부는 알파 붕괴를 겪는다. 폴로늄 동위 원소는 알파 또는 베타 붕괴를 통해 붕괴하는 경향이 있다.[16] 핵 스핀이 0이 아닌 동위 원소는 황보다 셀레늄과 텔루륨 칼코젠에서 자연에 더 많이 존재한다.[17]
동소체
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산소의 가장 흔한 동소체는 이원자 산소 또는 O2로, 호기성 생물에 편재하며 액체 산소 상태에서 푸른색을 띠는 반응성이 있는 상자성 분자이다. 또 다른 동소체는 O3 또는 오존으로, 구부러진 형태로 결합된 세 개의 산소 원자이다. 또한 사산소 또는 O4[19]라는 동소체와 O8 공식을 가진 "붉은 산소"를 포함한 6가지 고체 산소 동소체가 있다.[20]
황은 20개 이상의 알려진 동소체를 가지며, 이는 탄소를 제외한 다른 어떤 원소보다 많다.[21] 가장 흔한 동소체는 8원자 고리 형태이지만, 2개 원자부터 20개 원자까지 포함하는 다른 분자 동소체도 알려져 있다. 다른 주목할 만한 황 동소체에는 사방정계 황과 단사정계 황이 있다. 사방정계 황은 두 동소체 중 더 안정적이다. 단사정계 황은 긴 바늘 형태를 취하며 액체 황이 녹는점보다 약간 낮은 온도로 냉각될 때 형성된다. 액체 황의 원자는 일반적으로 긴 사슬 형태를 취하지만, 190°C 이상에서는 사슬이 분해되기 시작한다. 190°C 이상의 액체 황을 매우 빠르게 냉동하면 결과적으로 무정형 또는 "플라스틱" 황이 된다. 기체 황은 이원자 황(S2)과 8원자 고리의 혼합물이다.[22]
셀레늄은 적어도 8가지 다른 동소체를 가진다.[23] 일반적으로 "금속성" 동소체로 불리지만 금속은 아닌 회색 동소체는 안정적이며 육방정계 결정 구조를 가진다. 셀레늄의 회색 동소체는 부드러우며, 모스 굳기가 2이고 부서지기 쉽다. 셀레늄의 다른 네 가지 동소체는 준안정하다. 이들은 두 가지 단사정계 붉은 동소체와 두 가지 무정형 동소체(하나는 붉은색이고 다른 하나는 검은색)를 포함한다.[24] 붉은 동소체는 열 존재 하에 검은 동소체로 전환된다. 셀레늄의 회색 동소체는 셀레늄 원자의 와선으로 만들어지는 반면, 붉은 동소체 중 하나는 셀레늄 고리(Se8)의 스택으로 만들어진다.[2]
텔루륨은 동소체가 없는 것으로 알려져 있지만,[25] 일반적인 형태는 육방정계이다. 폴로늄은 α-폴로늄과 β-폴로늄으로 알려진 두 가지 동소체를 가진다.[26] α-폴로늄은 입방정계 결정 구조를 가지며 36°C에서 마름모꼴 β-폴로늄으로 전환된다.[2]
칼코젠은 다양한 결정 구조를 가진다. 산소의 결정 구조는 단사정계이며, 황은 사방정계이며, 셀레늄과 텔루륨은 육방정계 결정 구조를 가지며, 폴로늄은 입방정계 결정 구조를 가진다.[6][7]
화학적
산소, 황, 셀레늄은 비금속이고, 텔루륨은 준금속이며, 이는 그 화학적 특성이 금속과 비금속 사이라는 것을 의미한다.[7] 폴로늄이 금속인지 준금속인지는 확실하지 않다. 일부 자료에서는 폴로늄을 준금속으로 언급하지만,[2][27] 일부 금속적 특성을 가지고 있다. 또한 셀레늄의 일부 동소체는 준금속의 특성을 나타내기도 하지만,[28] 셀레늄은 일반적으로 비금속으로 간주된다. 산소는 칼코젠이지만, 다른 칼코젠과는 화학적 특성이 다르다. 그 이유 중 하나는 더 무거운 칼코젠이 비어있는 d-오비탈을 가지고 있기 때문이다. 산소의 전기 음성도도 다른 칼코젠보다 훨씬 높다. 이로 인해 산소의 전기적 편극도는 다른 칼코젠의 몇 배 낮다.[17]
공유 결합에서 칼코젠은 옥텟 규칙에 따라 두 개의 전자를 받아들일 수 있으며, 두 개의 고립 전자쌍을 남긴다. 원자가 두 개의 단일 결합을 형성할 때, 이들은 90°에서 120° 사이의 각도를 형성한다. H
3O+
와 같은 1+ 양이온에서 칼코젠은 삼각뿔 형태로 배열된 세 개의 분자 궤도와 하나의 고립 전자쌍을 형성한다. 이중 결합도 칼코젠 화합물에서 흔하며, 예를 들어 칼코젠산염(아래 참조)에서 그렇다.
양의 금속과 가장 흔한 칼코젠 화합물의 산화수는 -2이다. 그러나 칼코젠이 -2 상태에서 화합물을 형성하는 경향은 더 무거운 칼코젠으로 갈수록 감소한다.[29] 황철석과 과산화물에서 -1과 같은 다른 산화수도 나타난다. 가장 높은 형식 산화수는 +6이다.[6] 이 산화수는 황산염, 셀레늄산염, 텔루륨산염, 폴론산염 및 해당 산(예: 황산)에서 발견된다.
산소는 플루오린을 제외하고 가장 전기 음성도가 높은 원소이며, 일부 비활성 기체를 포함한 거의 모든 화학 원소와 화합물을 형성한다. 그것은 많은 금속 및 준금속과 결합하여 산화물을 형성하며, 여기에는 산화 철, 산화 타이타늄, 산화 규소가 포함된다. 산소의 가장 흔한 산화수는 -2이며, 산화수 -1도 비교적 흔하다.[6] 수소와 함께 물과 과산화 수소를 형성한다. 유기 산소 화합물은 유기화학에서 어디에나 존재한다.
황의 산화수는 -2, +2, +4, +6이다. 황 함유 산소 화합물의 유사체는 종종 사이오- 접두사를 가진다. 황의 화학은 여러 면에서 산소와 유사하다. 한 가지 차이점은 황-황 이중 결합이 산소-산소 이중 결합보다 훨씬 약하지만, 황-황 단일 결합은 산소-산소 단일 결합보다 강하다는 것이다.[30] 싸이올과 같은 유기 황 화합물은 강한 특유의 냄새를 가지며, 일부는 특정 유기체에서 활용된다.[2]
셀레늄의 산화수는 -2, +4, +6이다. 셀레늄은 대부분의 칼코젠과 마찬가지로 산소와 결합한다.[2] 유기 셀레늄 화합물인 셀레노단백질과 같은 몇몇 화합물이 있다. 텔루륨의 산화수는 -2, +2, +4, +6이다.[6] 텔루륨은 일산화 텔루륨, 이산화 텔루륨, 삼산화 텔루륨 산화물을 형성한다.[2] 폴로늄의 산화수는 +2와 +4이다.[6]
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2O)은 가장 잘 알려진 칼코젠 함유 화합물이다.
황산, 아황산, 셀레늄산, 텔루륨산을 포함하여 칼코젠을 함유하는 많은 산이 있다. 물을 제외한 모든 수소 칼코젠화물은 독성이다.[31][32] 산소 이온은 종종 산화물 이온 (O2−), 과산화물 이온 (O2−
2) 및 수산화물 이온 (OH−
)의 형태로 나타난다. 황 이온은 일반적으로 황화물 (S2−), 중황화물 (SH−
), 아황산염 (SO2−
3), 황산염 (SO2−
4) 및 티오황산염 (S
2O2−
3)의 형태로 나타난다. 셀레늄 이온은 일반적으로 셀레늄화물 (Se2−), 셀레늄산 이온 (SeO2−
3) 및 셀레늄산염 (SeO2−
4)의 형태로 나타난다. 텔루륨 이온은 종종 텔루륨산염 (TeO2−
4)의 형태로 나타난다.[6] 금속이 칼코젠에 결합된 분자는 광물로 흔히 발견된다. 예를 들어, 황철석 (FeS2)은 철광석이며, 희귀 광물인 칼라베라이트는 다이텔루라이드 (금, 은)Te
2이다.
주기율표의 16족 원소(산소 포함)는 모두 칼코젠으로 정의될 수 있지만, 산소와 산화물은 일반적으로 칼코젠과 칼코제나이드와 구별된다. 칼코제나이드라는 용어는 황화물, 셀레늄화물 및 텔루륨화물에 더 일반적으로 사용되며, 산화물에는 사용되지 않는다.[33][34][35]
폴로늄을 제외하면 칼코젠은 화학적으로 서로 상당히 유사하다. 이들은 모두 양전하성 금속과 반응할 때 X2− 이온을 형성한다.[29]
황화물 광물 및 유사 화합물은 산소와 반응하여 기체를 생성한다.[36]
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화합물
요약
관점
할로젠과
칼코젠은 할로젠과도 화합물을 형성하며, 이를 칼코젠 할라이드 또는 칼코할라이드라고 한다. 대부분의 단순 칼코젠 할라이드는 잘 알려져 있고 화학 시약으로 널리 사용된다. 그러나 설페닐, 설포닐, 설퓨릴 할라이드와 같은 더 복잡한 칼코젠 할라이드는 과학계에 덜 알려져 있다. 칼코젠과 할로젠으로만 구성된 화합물 중에서 총 13개의 칼코젠 플루오라이드, 9개의 칼코젠 클로라이드, 8개의 칼코젠 브로마이드, 6개의 칼코젠 아이오다이드가 알려져 있다. 더 무거운 칼코젠 할라이드는 종종 상당한 분자 상호 작용을 가진다. 낮은 원자가의 황 플루오라이드는 상당히 불안정하며 그 특성에 대해 거의 알려진 바가 없다. 그러나 육플루오린화 황과 같이 높은 원자가의 황 플루오라이드는 안정적이며 잘 알려져 있다. 사플루오린화 황도 잘 알려진 황 플루오라이드이다. 이플루오린화 셀레늄과 같은 특정 셀레늄 플루오라이드는 소량 생산되었다. 사플루오린화 셀레늄과 사플루오린화 텔루륨의 결정 구조는 모두 알려져 있다. 칼코젠 클로라이드와 브로마이드도 탐구되었다. 특히 이염화 셀레늄과 이염화 황은 반응하여 유기 셀레늄 화합물을 형성할 수 있다. Se2Cl2와 같은 다이칼코젠 다이할라이드도 존재하는 것으로 알려져 있다. 또한 혼합 칼코젠-할로젠 화합물도 있다. 여기에는 X가 염소 또는 브로민인 SeSX2가 포함된다.[37] 이러한 화합물은 이염화 황과 셀레늄 할라이드의 혼합물에서 형성될 수 있다.[37] 이러한 화합물은 2008년 기준으로 비교적 최근에 구조적으로 규명되었다. 일반적으로 다이셀레늄 및 다이황 클로라이드와 브로마이드는 유용한 화학 시약이다. 금속 원자가 결합된 칼코젠 할라이드는 유기 용액에 용해된다. 그러한 화합물의 한 예는 MoS
2Cl
3이다. 셀레늄 클로라이드와 브로마이드와 달리 셀레늄 아이오딘화물은 2008년 기준으로 분리되지 않았지만, 용액에 존재할 가능성이 높다. 그러나 다이셀레늄 다이아이오다이드는 셀레늄 원자와 아이오딘 분자와 평형 상태로 존재한다. Te
2Cl
2와 Te
2Br
2와 같이 낮은 원자가의 일부 텔루륨 할라이드는 고체 상태에서 중합체를 형성한다. 이러한 텔루륨 할라이드는 순수 텔루륨을 수소화물로 환원시키고 결과물을 텔루륨 테트라할라이드와 반응시켜 합성할 수 있다. 다이텔루륨 다이할라이드는 할라이드의 원자 번호와 원자 질량이 낮아질수록 안정성이 떨어지는 경향이 있다. 텔루륨은 또한 다이아이오다이드보다 아이오딘 원자 수가 더 적은 아이오딘화물을 형성한다. 여기에는 TeI와 Te2I가 포함된다. 이러한 화합물은 고체 상태에서 확장된 구조를 가진다. 할로젠과 칼코젠은 또한 할로칼코젠산 음이온을 형성할 수 있다.[34]
유기 화합물
알코올, 페놀, 기타 유사 화합물은 산소를 포함한다. 그러나 싸이올, 셀레놀 및 텔루롤에서는 황, 셀레늄 및 텔루륨이 산소를 대체한다. 싸이올은 셀레놀이나 텔루롤보다 더 잘 알려져 있다. 알코올을 제외하고 싸이올은 가장 안정적인 칼코젠올이며 텔루롤은 가장 불안정하며 열이나 빛에 불안정하다. 다른 유기 칼코젠 화합물에는 티오에테르, 셀레노에테르 및 텔루로에테르가 포함된다. 다이메틸 설파이드, 다이에틸 설파이드 및 다이프로필 설파이드와 같은 일부는 상업적으로 이용 가능하다. 셀레노에테르는 R2Se 또는 RSeR 형태이다. 다이메틸 텔루라이드와 같은 텔루로에테르는 일반적으로 티오에테르 및 셀레노에테르와 동일한 방식으로 준비된다. 유기 칼코젠 화합물, 특히 유기 황 화합물은 불쾌한 냄새를 풍기는 경향이 있다. 다이메틸 텔루라이드도 불쾌한 냄새를 풍기며,[38] 셀레노페놀은 "형이상학적인 악취"로 유명하다.[39] 티오케톤, 셀레노케톤 및 텔루로케톤도 있다. 이 중 티오케톤이 가장 잘 연구되었으며 칼코게노케톤 논문의 80%를 차지한다. 셀레노케톤은 이러한 논문의 16%를 차지하고 텔루로케톤은 4%를 차지한다. 티오케톤은 잘 연구된 비선형 전기 및 광물리적 특성을 가진다. 셀레노케톤은 티오케톤보다 안정성이 낮고 텔루로케톤은 셀레노케톤보다 안정성이 낮다. 텔루로케톤은 칼코게노케톤 중 가장 높은 극성을 가진다.[34]
금속과
금속 칼코제나이드는 매우 많다. 알칼리 금속과 전이 금속을 포함하는 3원 화합물도 있다. Lu7Te 및 Lu8Te와 같은 금속 함량이 높은 금속 칼코제나이드는 칼코젠 원자를 포함하는 금속 결정 격자 영역을 가진다. 이러한 화합물은 존재하지만, 란타넘, 프라세오디뮴, 가돌리늄, 홀뮴, 터븀, 이터븀을 포함하는 유사한 화학 물질은 2008년 기준으로 발견되지 않았다. 13족 원소 금속인 알루미늄, 갈륨 및 인듐도 칼코젠과 결합을 형성한다. Ti3+ 이온은 TiTl5Se8와 같은 칼코제나이드 이합체를 형성한다. 금속 칼코제나이드 이합체는 Zr5Te6와 같은 낮은 텔루라이드에서도 발생한다.[34]
원소 칼코젠은 특정 란타넘족 화합물과 반응하여 칼코젠이 풍부한 란타넘족 클러스터를 형성한다. 우라늄(IV) 칼코젠올 화합물도 존재한다. 또한 촉매 역할을 할 잠재력이 있고 나노입자를 안정화하는 전이 금속 칼코젠올도 있다.[34]
프닉토젠과
칼코젠-인 결합을 가진 화합물은 200년 이상 탐구되어 왔다. 이러한 화합물에는 단순한 인 칼코제나이드뿐만 아니라 생물학적 역할을 하는 큰 분자 및 금속 클러스터를 가진 인-칼코젠 화합물이 포함된다. 이러한 화합물은 유기 인산염 살충제, 마찰 발화 성냥, 퀀텀닷을 포함하여 수많은 응용 분야를 가진다. 인-황 결합을 하나 이상 가진 화합물은 총 130,000개, 인-셀레늄 결합을 하나 이상 가진 화합물은 6,000개, 인-텔루륨 결합을 하나 이상 가진 화합물은 350개가 발견되었다. 주기율표에서 아래로 갈수록 칼코젠-인 화합물의 수가 감소하는 것은 결합 강도가 감소하기 때문이다. 이러한 화합물은 일반적으로 중심에 적어도 하나의 인 원자를 가지며, 네 개의 칼코젠과 곁사슬로 둘러싸여 있다. 그러나 일부 인-칼코젠 화합물은 수소(예: 2차 포스핀 칼코제나이드) 또는 질소(예: 다이칼코제노이미도다이포스페이트)도 포함한다. 셀레늄화 인은 일반적으로 황화 인보다 다루기 어렵고, PxTey 형태의 화합물은 발견되지 않았다. 칼코젠은 비소, 안티모니 및 비스무트와 같은 다른 15족 원소와도 결합한다. 더 무거운 칼코젠 프닉타이드는 개별 분자 대신 리본과 같은 중합체를 형성하는 경향이 있다. 이러한 화합물의 화학식에는 Bi2S3 및 Sb2Se3가 포함된다. 3원 칼코젠 프닉타이드도 알려져 있다. 이들의 예로는 P4O6Se 및 P3SbS3가 있다. 칼코젠과 프닉토젠을 포함하는 염도 존재한다. 거의 모든 칼코젠 프닉타이드 염은 일반적으로 [PnxE4x]3− 형태이며, 여기서 Pn은 프닉토젠이고 E는 칼코젠이다. 3차 포스핀은 칼코젠과 반응하여 E가 칼코젠인 R3PE 형태의 화합물을 형성할 수 있다. E가 황일 때 이러한 화합물은 비교적 안정적이지만, E가 셀레늄이나 텔루륨일 때는 덜 안정적이다. 유사하게 2차 포스핀은 칼코젠과 반응하여 2차 포스핀 칼코제나이드를 형성할 수 있다. 그러나 이러한 화합물은 칼코게노포스핀산과 평형 상태에 있다. 2차 포스핀 칼코제나이드는 약산이다.[34] 안티모니 또는 비소와 칼코젠으로 구성된 이진 화합물. 이러한 화합물은 일반적으로 다채롭고 500 to 900 °C (773 to 1,173 K) 온도에서 구성 원소의 반응으로 생성될 수 있다.[40]
기타
칼코젠은 규소, 저마늄, 주석과 같은 다른 14족 원소 원소와 단일 결합 및 이중 결합을 형성한다. 이러한 화합물은 일반적으로 14족 할라이드와 칼코젠올 염 또는 칼코젠올 염기의 반응으로 형성된다. 칼코젠, 14족 원소 및 붕소 원자를 포함하는 고리형 화합물은 존재하며, 붕소 다이칼코젠산염과 14족 금속 할라이드의 반응으로 생성된다. M-E 형태의 화합물이 발견되었으며, 여기서 M은 규소, 저마늄 또는 주석이고 E는 황, 셀레늄 또는 텔루륨이다. 이들은 14족 수소화물이 반응하거나 더 무거운 버전의 카벤이 반응할 때 형성된다. 황과 텔루륨은 규소와 인을 모두 포함하는 유기 화합물과 결합할 수 있다.[34]
모든 칼코젠은 수소화물을 형성한다. 어떤 경우에는 칼코젠이 두 개의 수소 원자와 결합하여 발생한다.[2] 그러나 텔루륨화 수소와 폴로늄화 수소는 모두 휘발성이 높고 매우 불안정하다.[41] 또한 산소는 과산화 수소에서처럼 1:1 비율로 수소와 결합할 수 있지만, 이 화합물은 불안정하다.[29]
칼코젠 화합물은 여러 인터칼코젠을 형성한다. 예를 들어, 황은 독성인 이산화 황과 삼산화 황을 형성한다.[29] 텔루륨도 산화물을 형성한다. 일부 칼코젠 황화물도 있다. 여기에는 일부 샴푸의 성분인 셀레늄 황화물이 포함된다.[7]
1990년 이래로 칼코젠이 결합된 여러 붕소화물이 발견되었다. 이 화합물에 포함된 칼코젠은 대부분 황이지만, 일부는 대신 셀레늄을 포함한다. 그러한 칼코젠 붕소화물 중 하나는 붕소-수소 분자에 두 분자의 다이메틸 설파이드가 부착된 것으로 구성된다. 다른 중요한 붕소-칼코젠 화합물에는 다중면체 체계가 포함된다. 이러한 화합물은 칼코젠으로 황을 특징으로 하는 경향이 있다. 칼코젠이 두 개, 세 개 또는 네 개 있는 칼코젠 붕소화물도 있다. 이들 중 다수는 황을 포함하지만, Na2B2Se7와 같은 일부는 대신 셀레늄을 포함한다.[42]
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역사
요약
관점
초기 발견
황은 고대 시대부터 알려져 왔으며, 성경에 15번 언급되어 있다. 고대 그리스인에게 알려져 있었고 고대 로마인은 흔히 채굴했다. 중세 시대에는 연금술 실험의 핵심 요소였다. 1700년대와 1800년대에 과학자 조제프 루이 게이뤼삭과 루이 자크 테나르는 황이 원소임을 증명했다.[2]
공기에서 산소를 분리하려는 초기 시도는 17세기와 18세기까지 공기 그 자체가 단일 원소로 여겨졌다는 사실 때문에 방해를 받았다. 로버트 훅, 미하일 로모노소프, 올레 보르치, 피에르 바이덴은 모두 성공적으로 산소를 생성했지만 당시에는 이를 깨닫지 못했다. 산소는 조지프 프리스틀리가 1774년에 산화 수은(II) 샘플에 햇빛을 집중시키고 결과 기체를 수집하면서 발견했다. 칼 빌헬름 셸레도 1771년에 같은 방법으로 산소를 생성했지만, 셸레는 1777년까지 자신의 결과를 발표하지 않았다.[2]
텔루륨은 1783년 프란츠 요제프 뮐러 폰 라이헨슈타인이 처음 발견했다. 그는 현재 칼라베라이트로 알려진 샘플에서 텔루륨을 발견했다. 뮐러는 처음에 이 샘플이 순수 안티모니라고 가정했지만, 샘플에 대해 수행한 테스트 결과는 이와 맞지 않았다. 뮐러는 이 샘플이 황화 비스무트라고 추측했지만, 테스트 결과 샘플이 그것이 아님을 확인했다. 몇 년 동안 뮐러는 이 문제에 대해 고심했다. 결국 그는 이 샘플이 미지의 원소와 결합된 금임을 깨달았다. 1796년, 뮐러는 샘플의 일부를 독일 화학자 마르틴 클라프로트에게 보냈고, 클라프로트는 발견되지 않은 원소를 정제했다. 클라프로트는 지구를 뜻하는 라틴어 단어에서 따와 이 원소를 텔루륨이라고 명명하기로 결정했다.[2]
셀레늄은 1817년 옌스 야코브 베르셀리우스가 발견했다. 베르셀리우스는 황산 제조 공장에서 붉은 갈색 침전물을 발견했다. 이 샘플은 비소를 포함하고 있다고 생각되었다. 베르셀리우스는 처음에 이 침전물이 텔루륨을 포함하고 있다고 생각했지만, 새로운 원소도 포함하고 있음을 깨닫고 그리스 달의 여신 셀레네의 이름을 따서 셀레늄이라고 명명했다.[2][43]
주기율표 배치
칼코젠 중 세 가지(황, 셀레늄, 텔루륨)는 주기성 발견의 일부였는데, 이들은 요한 볼프강 되베라이너가 동일한 족에 속하는 일련의 삼원소들 사이에서 유사한 특성이 있음을 언급했기 때문이다.[13] 1865년경 존 뉴랜즈는 원소를 원자량 순서로 나열하고 8개의 간격으로 반복되는 유사한 물리적, 화학적 특성을 다룬 일련의 논문을 발표했다. 그는 이러한 주기성을 음악의 옥타브에 비유했다.[44][45] 그가 만든 표에는 산소, 황, 셀레늄, 텔루륨, 오스뮴으로 구성된 "b족"이 포함되었다.
1869년 이후 드미트리 멘델레예프는 자신의 주기율표에서 산소를 황, 셀레늄, 텔루륨 위에 "6족"의 맨 위에 배치했다.[46] 크로뮴, 몰리브데넘, 텅스텐, 우라늄도 때때로 이 족에 포함되었지만, 나중에 VIB족의 일부로 재배열되었다. 우라늄은 나중에 악티늄족으로 이동되었다. 산소는 황, 셀레늄, 텔루륨, 그리고 나중에 폴로늄과 함께 VIA족으로 분류되다가 1988년에 16족으로 이름이 변경되었다.[47]
현대 발견
19세기 후반, 마리 퀴리와 피에르 퀴리는 피치블렌드 샘플이 우라늄 존재만으로는 설명할 수 없는 방사능을 4배 더 방출한다는 사실을 발견했다. 퀴리 부부는 몇 톤의 피치블렌드를 모아 몇 달 동안 정제하여 순수한 폴로늄 샘플을 얻었다. 이 발견은 1898년에 공식적으로 이루어졌다. 입자 가속기가 발명되기 전에는 우라늄 광석에서 폴로늄을 몇 달에 걸쳐 추출하는 것이 유일한 생산 방법이었다.[2]
리버모륨을 만들려는 첫 번째 시도는 1976년부터 1977년까지 로렌스 리버모어 국립연구소에서 퀴륨-248에 칼슘-48을 충돌시키는 방법으로 이루어졌지만 성공하지 못했다. 러시아, 독일, 미국의 연구팀이 1977년, 1998년, 1999년에 여러 차례 실패한 후, 2000년에 합동원자핵연구소에서 퀴륨-248 원자에 칼슘-48 원자를 충돌시켜 리버모륨이 성공적으로 생성되었다. 이 원소는 2012년에 공식적으로 리버모륨으로 명명될 때까지 우눈헥슘으로 알려져 있었다.[2]
이름 및 어원
19세기, 옌스 야코브 베르셀리우스는 16족 원소를 "양성 원소"라고 부를 것을 제안했다.[48] 이 계열의 원소이 산소산의 양쪽성 염을 형성했기 때문이다.[49][50] 이 용어는 1800년대 초반에 사용되었지만 현재는 구식이다.[48] 칼코젠이라는 이름은 그리스어 χαλκος (chalkos, 문자적으로 "구리")와 γενές (genes, 태어난,[51] 성별, 불을 붙이다)에서 유래했다. 이 용어는 1932년 라이프니츠 하노버 대학교의 빌헬름 빌츠 그룹이 처음 사용했으며, 베르너 피셔가 제안했다.[33] "칼코젠"이라는 단어는 "할로젠"과 유사하여 1930년대 독일에서 인기를 얻었다.[52] 현대 그리스어 단어의 문자적 의미는 칼코젠이 "구리 형성자"를 의미하지만, 칼코젠이 특별히 구리와 관련이 없기 때문에 이는 오해의 소지가 있다. "광석 형성자"가 더 나은 번역으로 제안되었는데,[53] 대부분의 금속 광석이 칼코제나이드이며 고대 그리스어에서 χαλκος라는 단어는 일반적으로 금속 및 금속 함유 암석과 관련이 있었기 때문이다. 구리와 그 합금인 청동은 인간이 처음 사용한 금속 중 하나였다.
산소의 이름은 "산성 형성"을 의미하는 그리스어 oxy genes에서 유래했다. 황의 이름은 라틴어 sulfurium 또는 산스크리트어 sulvere에서 유래했으며, 이 두 용어는 모두 황에 대한 고대 단어이다. 셀레늄은 이전에 발견된 원소인 텔루륨의 이름이 흙을 의미하는 라틴어 telus에서 유래한 것에 맞춰 그리스 달의 여신 셀레네의 이름을 따서 명명되었다. 폴로늄은 마리 퀴리의 출생국인 폴란드의 이름을 따서 명명되었다.[7] 리버모륨은 로렌스 리버모어 국립연구소의 이름을 따서 명명되었다.[54]
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존재
요약
관점
가장 가벼운 네 가지 칼코젠(산소, 황, 셀레늄, 텔루륨)은 모두 지구의 원시 원소이다. 황과 산소는 구리 광석의 구성 성분으로 존재하며, 셀레늄과 텔루륨은 이러한 광석에 소량 미량으로 존재한다.[29] 폴로늄은 원시 원소가 아니더라도 다른 원소의 붕괴로 자연적으로 형성된다. 리버모륨은 자연적으로 전혀 존재하지 않는다.
산소는 대기 중 21%(무게), 물 중 89%(무게), 지구 지각 중 46%(무게)[6]를 차지하며, 인체의 65%를 구성한다.[55] 또한 산소는 많은 광물에서도 발견되며, 모든 산화물 광물과 수산화물 광물 및 수많은 다른 광물 계열에서 발견된다.[56] 태양 질량의 최소 8배에 달하는 여러 별도 핵융합을 통해 핵에서 산소를 생성한다.[13] 산소는 우주에서 세 번째로 풍부한 원소이며, 우주의 1%(무게)를 차지한다.[57][58]
황은 지구 지각의 0.035%(무게)를 차지하며, 지각에서 17번째로 풍부한 원소이다.[6] 또한 인체의 0.25%를 구성한다.[55] 황은 토양의 주요 성분이다. 해수에는 870 ppm의 황이, 대기에는 약 1 ppb의 황이 포함되어 있다.[2] 황은 원소 형태로 또는 황화 광물, 황산염 광물 또는 황염 광물 형태로 발견될 수 있다.[56] 태양 질량의 최소 12배에 달하는 별은 핵융합을 통해 핵에서 황을 생성한다.[13] 황은 우주에서 10번째로 풍부한 원소이며, 우주의 500 ppm(무게)을 차지한다.[57][58]
셀레늄은 지구 지각의 0.05 ppm을 차지한다.[6] 이는 지구 지각에서 67번째로 풍부한 원소이다. 셀레늄은 평균적으로 토양의 5 ppm을 차지한다. 해수에는 약 200 ppt의 셀레늄이 포함되어 있다. 대기에는 입방 미터당 1 나노그램의 셀레늄이 포함되어 있다. 셀레늄산염 광물과 아셀레늄산염 광물로 알려진 광물 계열이 있지만, 이 계열에는 많은 광물이 없다.[59] 셀레늄은 핵융합에 의해 직접 생성되지 않는다.[13] 셀레늄은 우주의 30 ppb(무게)를 차지한다.[58]
지구 지각에는 텔루륨이 5 ppb, 해수에는 15 ppb만 존재한다.[2] 텔루륨은 지구 지각에서 가장 희귀한 8~9가지 원소 중 하나이다.[7] 몇십 개의 텔루륨산염 광물과 텔루륨화물 광물이 있으며, 텔루륨은 실바나이트 및 칼라베라이트와 같은 금을 포함하는 일부 광물에서 발견된다.[60] 텔루륨은 우주의 9 ppb(무게)를 차지한다.[7][58][61]
폴로늄은 우라늄과 토륨의 방사성 붕괴를 통해 지구에 미량으로만 존재한다. 우라늄 광석에는 미터톤당 100 마이크로그램의 농도로 존재한다. 매우 미량의 폴로늄이 토양에 존재하므로 대부분의 음식과 인체에도 존재한다.[2] 지구 지각에는 1 ppb 미만의 폴로늄이 존재하며, 이는 지구에서 가장 희귀한 10가지 금속 중 하나이다.[2][6]
리버모륨은 전부 입자 가속기에서 인공적으로 생산된다. 생산되더라도 한 번에 소수의 원자만 합성된다.
칼코필 원소
칼코필 원소는 산소 이외의 칼코젠과 쉽게 결합하여 핵으로 가라앉지 않는 화합물을 형성하므로 표면 또는 표면 가까이에 남아 있는 원소이다. 이 맥락에서 칼코필("칼코젠을 좋아하는") 원소는 산소에 대한 친화도가 낮고 황과 같은 더 무거운 칼코젠과 황화물로 결합하는 것을 선호하는 금속 및 더 무거운 비금속이다.[62] 황화물 광물은 친석 원소에 의해 형성된 규산염 광물보다 밀도가 훨씬 높기 때문에,[56] 지구 지각의 첫 번째 결정화 시점에 칼코필 원소는 친석 원소 아래에서 분리되었다. 이로 인해 지구 지각에서 이들의 고갈은 태양풍보다 낮지만, 이는 친철 원소에서 발견되는 수준에는 미치지 못한다.[63]
골트슈미트 분류: 친석 원소 친철 원소 친칼크 원소 친기 원소 미량/인공 원소
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생산
요약
관점
매년 약 1억 미터톤의 산소가 생산된다. 산소는 가장 일반적으로 분별 증류를 통해 생산되는데, 공기를 액체로 냉각한 다음 가열하여 산소를 제외한 모든 공기 구성 요소가 기체로 변해 빠져나가도록 한다. 공기를 여러 번 분별 증류하면 99.5% 순수 산소를 생산할 수 있다.[64] 산소를 생산하는 또 다른 방법은 건조하고 깨끗한 공기 흐름을 제올라이트로 만들어진 분자체 층을 통과시키는 것인데, 이는 공기 중 질소를 흡수하여 90~93% 순수 산소를 남긴다.[2]
황은 원소 형태로 채굴될 수 있지만, 이 방법은 과거만큼 인기가 없다. 1865년 미국 루이지애나와 텍사스 주에서 황의 대규모 광상이 발견되었지만, 당시에는 추출하기 어려웠다. 1890년대에 헤르만 프라시는 과열 증기로 황을 액화하고 황을 지표면으로 퍼 올리는 해결책을 제시했다. 요즘 황은 대신 기름, 천연가스, 타르에서 더 자주 추출된다.[2]
셀레늄의 세계 생산량은 연간 약 1500톤이며, 그 중 약 10%는 재활용된다. 일본이 가장 큰 생산국으로, 연간 800톤의 셀레늄을 생산한다. 다른 주요 생산국으로는 벨기에(연간 300톤), 미국(연간 200톤 이상), 스웨덴(연간 130톤), 러시아(연간 100톤)가 있다. 셀레늄은 구리를 전해 정련하는 과정에서 발생하는 폐기물에서 추출할 수 있다. 셀레늄을 생산하는 또 다른 방법은 밀크 베치와 같은 셀레늄 수집 식물을 재배하는 것이다. 이 방법으로 1에이커당 3킬로그램의 셀레늄을 생산할 수 있지만, 일반적으로 시행되지는 않는다.[2]
텔루륨은 주로 구리 가공의 부산물로 생산된다.[65] 텔루륨은 텔루륨화 나트륨의 전해 환원을 통해서도 정제될 수 있다. 텔루륨의 세계 생산량은 연간 150~200톤이다. 미국은 연간 약 50톤을 생산하는 가장 큰 텔루륨 생산국 중 하나이다. 페루, 일본, 캐나다도 주요 텔루륨 생산국이다.[2]
핵 반응로가 개발되기 전에는 모든 폴로늄을 우라늄 광석에서 추출해야 했다. 현대에는 대부분의 폴로늄 동위 원소가 중성자로 비스무트를 충격하여 생산된다.[7] 폴로늄은 핵 반응로의 높은 중성자 플럭스에서도 생산할 수 있다. 매년 약 100그램의 폴로늄이 생산된다.[66] 상업적 목적으로 생산되는 모든 폴로늄은 러시아 오제르스크 핵 반응로에서 만들어진다. 그곳에서 사마라로 정제를 위해 옮겨지고, 그곳에서 상트페테르부르크로 유통된다. 미국은 폴로늄의 가장 큰 소비자이다.[2]
모든 리버모륨은 입자 가속기에서 인공적으로 생산된다. 리버모륨의 첫 성공적인 생산은 퀴륨-248 원자에 칼슘-48 원자를 충격시켜 성공했다. 2011년 기준으로 약 25개의 리버모륨 원자가 합성되었다.[2]
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응용
요약
관점
물질대사는 산소의 가장 중요한 공급원이며 사용처이다. 사소한 산업적 용도로는 제강(정제된 산소 생산량의 55%), 화학공업(정제된 산소의 25%), 의료용, 물 처리(산소가 일부 유형의 박테리아를 죽이므로), 액체 형태의 로켓 연료, 금속 절단 등이 있다.[2]
생산된 대부분의 황은 이산화 황으로 변환되며, 이는 다시 황산으로 변환되는데, 황산은 매우 흔한 산업용 화학 물질이다. 다른 일반적인 용도로는 흑색화약과 그리스의 불의 주요 성분으로 사용되거나 토양 pH를 변경하는 데 사용되는 것이 포함된다.[7] 또한 황을 고무에 혼합해 가황시키는 데 사용된다. 황은 일부 유형의 콘크리트와 불꽃놀이에도 사용된다. 생산된 모든 황산의 60%는 인산을 생성하는 데 사용된다.[2][67] 황은 "과수원, 관상용, 채소, 곡물 및 기타 작물"에 농약(특히 살비제 및 살진균제)으로 사용된다.[68]
생산된 셀레늄의 약 40%가 유리 제조에 사용된다. 생산된 셀레늄의 30%가 금속공학에 사용되며, 여기에는 망가니즈 생산이 포함된다. 생산된 셀레늄의 15%가 농업에 사용된다. 광전지 재료와 같은 전자 제품에는 생산된 셀레늄의 10%가 사용된다. 안료는 생산된 셀레늄의 5%를 차지한다. 역사적으로 복사기와 노출계와 같은 기계에는 생산된 셀레늄의 3분의 1이 사용되었지만, 이 응용 분야는 꾸준히 감소하고 있다.[2]
텔루륨과 이산화 텔루륨의 혼합물인 아산화 텔루륨은 일부 CD-RW 디스크 및 DVD-RW 디스크의 재기록 가능한 데이터 층에 사용된다. 텔루륨화 비스무트는 광검출기와 같은 많은 마이크로 전자 장치에도 사용된다. 텔루륨은 때때로 가황 고무에서 황의 대안으로 사용된다. 텔루륨화 카드 뮴은 태양 전지판에서 고효율 재료로 사용된다.[2]
폴로늄의 일부 응용은 이 원소의 방사능과 관련이 있다. 예를 들어, 폴로늄은 연구를 위한 알파 입자 발생기로 사용된다. 베릴륨과 합금된 폴로늄은 효율적인 중성자원을 제공한다. 폴로늄은 핵 배터리에도 사용된다. 대부분의 폴로늄은 정전기 방지 장치에 사용된다.[2][6] 리버모륨은 극도로 희귀하고 반감기가 짧기 때문에 전혀 용도가 없다.
유기칼코젠 화합물은 반도체 공정에 관여한다. 이 화합물들은 리간드 화학 및 생화학에도 사용된다. 칼코젠 자체의 한 가지 응용은 초분자 화학(비공유 결합 상호작용을 포함하는 화학)에서 레독스 쌍을 조작하는 것이다. 이 응용은 결정 패킹, 큰 분자 조립, 생물학적 패턴 인식과 같은 응용으로 이어진다. 더 큰 칼코젠인 셀레늄과 텔루륨의 2차 결합 상호작용은 유기 용매를 함유하는 아세틸렌 나노튜브를 생성할 수 있다. 칼코젠 상호작용은 다른 것들 중에서도 형태 분석 및 입체 전자 효과에 유용하다. 결합을 통한 칼코제나이드도 응용 분야가 있다. 예를 들어, 2가 황은 카바니온, 양이온 중심 및 유리기를 안정화할 수 있다. 칼코젠은 리간드(예: DCTO)에 Cu(II)를 Cu(I)로 변환할 수 있는 능력과 같은 특성을 부여할 수 있다. 칼코젠 상호작용을 연구하면 주류 합성 화학에 사용되는 라디칼 양이온에 접근할 수 있다. 생물학적으로 중요한 금속 레독스 중심은 메티오닌 및 셀레노시스테인과 같은 칼코젠을 함유하는 리간드의 상호작용에 의해 조절될 수 있다. 또한 칼코젠을 통한 결합은 전자 전달 과정에 대한 통찰력을 제공할 수 있다.[17]
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생물학적 역할
산소는 거의 모든 유기체가 ATP를 생성하는 데 필요하다. 또한 물, 아미노산, DNA와 같은 대부분의 다른 생물학적 화합물의 핵심 구성 요소이다. 인간의 혈액에는 많은 양의 산소가 포함되어 있다. 인간의 뼈는 28%의 산소를 포함한다. 인간의 조직은 16%의 산소를 포함한다. 일반적인 70kg의 인간은 43kg의 산소를 포함하며, 대부분 물의 형태이다.[2]
모든 동물은 상당한 양의 황을 필요로 한다. 시스테인과 메티오닌과 같은 일부 아미노산에는 황이 포함되어 있다. 식물 뿌리는 토양에서 황산염 이온을 흡수하여 황화물 이온으로 환원시킨다. 금속단백질도 황을 사용하여 체내의 유용한 금속 원자에 부착하며, 황은 유사하게 카드뮴과 같은 독성 금속 원자에 부착하여 간으로 안전하게 운반한다. 평균적으로 인간은 매일 900밀리그램의 황을 섭취한다. 스컹크 스프레이에서 발견되는 것과 같은 황 화합물은 종종 강한 냄새를 풍긴다.[2]
모든 동물과 일부 식물은 미량의 셀레늄을 필요로 하지만, 일부 특수 효소에만 필요하다.[7][69] 인간은 평균적으로 하루에 6에서 200 마이크로그램의 셀레늄을 섭취한다. 버섯과 브라질너트는 특히 높은 셀레늄 함량으로 유명하다. 식품 속 셀레늄은 가장 흔하게 셀레노시스테인과 셀레노메티오닌과 같은 아미노산 형태로 발견된다.[2] 셀레늄은 중금속 중독으로부터 보호할 수 있다.[69]
텔루륨은 동물 생명에 필요한 것으로 알려져 있지 않지만, 몇몇 곰팡이는 셀레늄 대신 화합물에 텔루륨을 포함시킬 수 있다. 미생물은 또한 텔루륨을 흡수하고 다이메틸 텔루라이드를 방출한다. 혈류에 있는 대부분의 텔루륨은 소변으로 천천히 배설되지만, 일부는 다이메틸 텔루라이드로 전환되어 폐를 통해 방출된다. 평균적으로 인간은 매일 약 600마이크로그램의 텔루륨을 섭취한다. 식물은 토양에서 일부 텔루륨을 흡수할 수 있다. 양파와 마늘은 건조 중량당 300 ppm의 텔루륨을 함유하는 것으로 밝혀졌다.[2]
폴로늄은 생물학적 역할이 없으며, 방사능으로 인해 독성이 강하다.
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독성
요약
관점
산소는 일반적으로 독성이 없지만, 고농도로 사용될 경우 산소 중독이 보고되었다. 원소 기체 형태와 물의 구성 요소로서 지구상의 거의 모든 생명체에 필수적이다. 그럼에도 불구하고 액체 산소는 매우 위험하다.[7] 기체 산소도 과도하면 위험하다. 예를 들어, 스포츠 다이버는 수중 10 m 이상의 깊이에서 순수 산소를 호흡하여 발생하는 경련으로 인해 때때로 익사했다.[2] 산소는 일부 세균에도 독성이 있다.[55] 산소의 동소체인 오존은 대부분의 생명체에 독성이 있다. 호흡기에 병변을 일으킬 수 있다.[70]
황은 일반적으로 독성이 없으며 인간에게 필수적인 영양소이기도 하다. 그러나 원소 형태의 황은 눈과 피부에 붉은색을 띄게 만들고, 흡입하면 작열감과 기침을 일으키며, 섭취하면 작열감과 설사 및 하제 작용[68]을 일으킬 수 있고, 점막을 자극할 수 있다.[71][72] 과도한 황은 소에게 독성이 될 수 있는데, 소의 혹위에 있는 미생물이 황과 반응하여 독성 황화 수소를 생성하기 때문이다.[73] 황화 수소(H2S) 및 이산화 황(SO2)과 같은 많은 황 화합물은 독성이 매우 강하다.[2]
셀레늄은 인간에게 하루 수십 또는 수백 마이크로그램 정도 필요한 미량 영양소이다. 450 마이크로그램을 초과하는 용량은 독성을 유발할 수 있으며, 구취 및 체취를 유발한다. 일부 산업에서 발생할 수 있는 장기간의 저수준 노출은 체중 감소, 빈혈 및 피부염을 유발한다. 많은 셀레늄 중독 사례에서 체내에 셀레늄산이 형성된다.[74] 셀레늄화 수소(H2Se)는 독성이 매우 강하다.[2]
텔루륨 노출은 불쾌한 부작용을 일으킬 수 있다. 공기 1입방미터당 10마이크로그램만큼 적은 텔루륨도 썩은 마늘 냄새와 같은 지독히 불쾌한 구취를 유발할 수 있다.[7] 급성 텔루륨 중독은 구토, 장염, 내출혈 및 호흡 부전을 유발할 수 있다. 장기간의 저수준 텔루륨 노출은 피로와 소화 불량을 유발한다. 텔루륨화 나트륨(Na2TeO3)은 약 2그램의 양으로 치명적이다.[2]
폴로늄은 알파 입자 방출체이기 때문에 위험하다. 섭취하면 폴로늄-210은 무게당 사이안화 수소보다 100만 배 더 독성이 강하며, 과거에 살인 무기로 사용되었고, 가장 유명한 것은 알렉산드르 리트비넨코를 살해한 사건이다.[2] 폴로늄 중독은 구역질, 구토, 거식증, 림프구 감소증을 유발할 수 있다. 또한 모낭과 백혈구를 손상시킬 수 있다.[2][75] 폴로늄-210은 알파 입자 방출이 인간 피부를 통과할 수 없기 때문에 섭취하거나 흡입할 경우에만 위험하다.[66] 폴로늄-209도 독성이 있으며, 백혈병을 유발할 수 있다.[76]
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양쪽성 염
양쪽성 염은 19세기에 옌스 야코브 베르셀리우스가 산소, 황, 셀레늄, 텔루륨을 포함하는 주기율표의 16족에서 파생된 화학 염에 부여한 이름이다.[77] 이 용어는 1800년대 초반에 사용되었지만 현재는 구식이다.[78] 16족에 현재 사용되는 용어는 칼코젠이다.
같이 보기
각주
외부 링크
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