백금(white gold)
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1. 개 요 백금족에 속하는 금속은 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 오스미늄(Os), 루테늄(Ru)등이 있으나 백금과 팔라듐을 제외하고는 너무 단단하고 전연성이 좋지 않으므로 장신구용으로는 사용되지 않고 주로 도금과 합금재료로서 사용된다. 장신구 재료로서 백금은 다이아몬드나 진주와 같은 백색의 보석 장식용으로 사용되며 또한 백금의 특성을 이용한 수요분야가 많아 특히 자동차의 배기가스, 촉매제, 정화기에 이용되므로 수요는 점차 증가하고 있다. 백금은 주로 남아프리카, 소련 및 캐나다에서 생산되며 대개 백금 족 원소와 합금 형태로 산출된다. 백금족(PGMs)은 남아공과 소련이 전세계 매장량의 대부분을 차지하며, 남아공의 Merensky, UG2와 Platreef 등 주요 광상은 매장량이 38백만온즈의 금을 포함해서 총 1,948백만온즈로 추정된다. 또한 소련은 Norilsk에 약 2억 온즈 정도가 부존하고 있는 것으로 추정된다.백금족(PGMs)은 니켈과 동의 부산물로 생산되며, 이들 백금족은 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 로듐(Rh), 루테늄(Ru)등 6종류로 구분되는데 이들의 구성비는 함유 광물에 따라 다양하다. 백금(Pt)과 팔라듐(Pd)은 위 광맥 백금족 매장량의 84%를 차지한다. 또한 남아공의 Merensky광맥은 최소 59%의 백금과 25%의 팔라듐(Pd)을 포함하며, Norilsk광맥은 반대로 71%의 팔라듐(Pd)과 25%의 백금(Pt)을 포함하고 있다. 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 로듐(Rh)의 최고 매장지는 남아공의 UG2광맥이다. 2000년 팔라듐의 공급은 5% 증가하여 586만4천7백온스로 나타났으며 주 요인은 러시아판매량의 증가였다. 남아공의 플래티늄 생산은 15만온스 하락한 378만온스에 그쳤다. 이는 예기치 않은 엄청난 강우량과 파업행위 때문이었다. 북미의 생산량은 28만5천온스로 예년수준이었다. 러시아 판매량은 150% 증가한 115만온스였다. 시장에 대한 긍정적인 전망 때문에 많은 남아공 생산업체들이 증산계획을 수립하였다.
2. 특성
백금족 6개 금속들은 소위 귀금속으로 분류되고, 이 금속들은 고열이나 부식성 환경에서 잘 견디며, 공기나 물에서 산화하지 않고 산(acid)에서 녹지 않는 성질을 갖고 있다. 일반적으로 백금족 금속으로 불리는 6개 금속들은 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 루테늄(Ru)이다. 자연에서 일반적으로 함께 존재하는 그 금속들은 크게 2개 군으로 나눌 수 있는데, Group 1에는 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd)이 포함되고, Group 2에는 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 백금(Pt)이 속한다. Group 1의 원자량은 금의 반이고, 은보다도 오히려 가볍다. Group 2의 원자량은 Group 1의 거의 2배이며 금보다는 조금 작고, 보석류에서 사용되어지는 불순물이 섞인 금인 'karat gold'보다는 무겁다. Group 1과 Group 2의 각각 대응되는 금속들의 짝들(루테늄과 오스뮴, 로듐과 이리듐, 팔라듐과 백금) 각각은 서로 유사한 화학적, 물리적 성질을 가진다. 각 짝 금속들의 원자번호는 공통으로 32의 차이를 보이며, 이 백금족의 주요한 물리적, 기계적 성질들은 아래 표와 같다.
모든 백금족에는 다음의 공통된 성질이 있다. - 융점이 높다. 1,552℃(팔라듐)∼2,700℃(오스뮴) - 산소, 할로겐, 산 그 외 기타 물질과 백금족의 화학적 반응은 세부 분류에 의하여 결정되며, 콜로이드 형태의 금속들은 반응력이 크고 주요 산업에서 많이 사용되고 있다. - 상대적으로 반응성이 작다. 오스뮴을 제외한 직접 산화는 매우 고온에서 표면에서만 발생한다. - 산소 중에서 이 금속들에 고온의 열을 가할 때 질량 손실이 발생한다. 그러나 이 금속들이 진공이나 질소 기체 속에서 가열되면 질량 결손은 없다. - 은이 주기율표에서 가장 좋은 전도체인 반면, 백금족은 약한 전도성을 지닌다. 그러나 전기저항은 불순물에 따라 크게 변한다.
백금족의 특이 성질은 다음과 같다. - 백금은 은처럼 흰색이지만 은보다 덜 밝고, 매우 무거우며, 연성이 있고, 순수 산에서 높은 융점, 뛰어난 촉매로서의 성질은 백금을 가장 중요한 산업금속으로 만들었다. 높은 온도에도 강한 힘을 가지며, 유리와 거의 같은 팽창계수를 가진다. 이 금속의 산화에 대한 저항력과 휘발성, 산, 화학약품, 열에 대한 부식 방지력은 화학 실험실 기자재나 보석류, 의치 등에 매우 적합하게 사용된다.
- 백금, 이리듐, 오스뮴은 모든 금속 중에서 화학적으로 가장 안정되어 있다. 팔라듐은 백금처럼 보이면서 은같은 회색과 흰색의 금속이며, 전성, 연성, 불용해성, 산화와 산에서 부식성에 대한 강한 저항력 등 백금과 비슷한 특성을 갖는다. 백금족에서 가장 가볍고 가장 저온의 융점을 가진다.
- 팔라듐의 중요한 특성 중의 하나는 차단성이다. 이 차단의 정도는 온도와 압력의 영향을 받는다.
- 로듐은 은빛의 푸르스름한 흰색을 띠고, 높은 융점을 가지며, 경도가 높고, 산을 포함한 물질에도 반응이 없으며, 묽은 질산과 왕수에서도 녹지 않고 전성과 연성을 가진다. 백금족 중에서 로듐이 가지는 유일한 특성은 2가지인데, 첫 번째는 백금족 중 가장 양호한 전기와 열의 전도성이며, 두 번째는 고온에서 강한 반사적 표면을 형성하며 높은 반사율을 가지고 있다는 것이다.
- 이리듐은 아주 단단하고, 무거운 흰-회색 귀금속이다. 고순도에서는 다소 약해서 깨지기 쉬우며, 강철과 같은 광택을 지닌다. 화학반응을 잘 하지 않으며, 괴 상태에서 산에 거의 녹지 않고, 백열(white heat)에서는 전성을 가진다. 오스뮴 다음으로 가장 큰 밀도를 가지고 있다.
- 루테늄은 매우 단단한 잿빛-회색의 귀금속이며, 백금같이 보이나 백금보다 깨지기 쉽다. 높은 융점을 가지며 부식에 강하다. 그러나 비교적 산소와 쉽게 결합하고 염소에 쉽게 반응하며 전성과 연성이 없으나 합금시 백금이나 팔라듐의 강도를 더 높여 줄 수 있다.
- 오스뮴은 아주 단단하고(밀도 최대), 깨지기 쉬우며, 푸르스름한 회색, 검푸른색의 수정같이 맑은 귀금속이다. 가장 높은 융점(2,700℃)을 갖으며, 5,300℃ 이상에서 끓는다. 밀도는 22.61g/cm로서 금보다 높으며 납의 2배이다. 또한 중독성이 있고, 쉽게 산화되어 휘발성과 독성을 지닌 4산화물을 만들고, 독성있는 연기를 내면서 온도를 저하시키고 이 독성의 연기는 눈, 폐 등 점액을 함유하는 막을 자극하면서 오스뮴 침전물을 남겨 문제를 일으킨다. 오스뮴은 주로 다른 백금족과 결합하여 단단한 합금 제조에 사용되며, 연성 또는 전성은 없다. 가. 물리적 성질 백금의 원자번호는 78, 원자량 195.23이며 결정조직은 면심입방 구조이고 비중 21.45, 융점과 비점이 각각 1773.5±1℃ 와 4410℃라서 내열성 및 고 저항에 우수하다. 나. 기계적 성질 백금의 인장 강도는19㎏/㎜(경화), 24㎏/㎜(연화)이며 비커스 경도는 42(연화) 95(경화)로 서 유연하여 전연성이 좋다. 다. 화학적 성질 백금은 대기 중에서 산화되지는 않으나 인, 유황, 규소 등의 알칼리나 왕수에 침식된다. 3. 용도 가. 장신구 나. 자동차 배기가스 정화 촉매제 다. 치과용 재료 라. 전자 및 화학공업용
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