주기율표의 Ⅲb, Ⅳb, Ⅴb, Ⅵb, Ⅶb, Ⅷ과 Ib족에 속하는 56개의 원소.
개요
전이원소들은 화학적 성질이 유사하나 그 자신의 독특한 성질들도 나타낸다. 몇 가지 화학적 성질을 요약하면 다음과 같다. ① 여러 개의 산화수가 존재한다. ② 산화물의 산성도는 산화수에 비례하며, 할로겐화물은 공유결합적인 성질을 띠며 가수분해되기 쉽다. ③ 원자가 높은 산소를 포함하고 있는 음이온에서 금속 원자는 산소원자에 의해 4면체로, 원자가 낮은산화물의 금속 원자는 8면체로 둘러싸여 있다. ④ 산화수가 2와 3일 때 수용액이나 결정에 존재하는 착물의 배위수는 4, 5, 6이다. ⑤ ＋2보다 낮은 산화수는 구리를 제외하고 발견되지 않으나, 일산화탄소를 배위자로 하는 원소는 이보다 더 낮은 산화수를 가질 수 있다.
티탄
순수한 티탄은 반응성이 매우 크기 때문에 특수하게 제조된다. 티탄이 포함된 광석(티탄철석과 금홍석)을 탄소·염소와 함께 적열로 처리해 사염화티탄을 만든 후 분별증류하여 염화철(Ⅲ) 같은 불순물을 제거하고 아르곤 기체하의 약 800℃에서 용융마그네슘으로 환원시킨 후 과량의 마그네슘과 염화마그네슘에서 스폰지형 괴상형태로 티탄을 얻는다. 수소·할로겐·산소·질소·탄소·붕소·규소·황 같은 비금속과 고온에서 직접 반응하여 질소화물·탄화물·붕소화물 등을 형성한다.
바나듐
매우 순수한 바나듐은 고온에서 산소·질소·탄소 등과 격렬히 반응하며, 상업적으로 합금인 페로바나듐 형태로 얻어지며, 내식성이 있으며 단단하고 철회색을 띤다. 질산과 진한 황산에 녹는다. ＋2, ＋3, ＋4, ＋5 등의 산화수를 갖는다. 상업적으로 강철이나 주철의 연성과 내진성(耐震性)을 높이기 위하여 사용된다.
크롬
보석 중에서 루비는 빨간색을, 에메랄드는 녹색을 띠는데, 이것은 소량의 크롬 때문이다. 순수한 크롬은 크롬철석을 용융알칼리와 산소로 처리하여 알칼리 크롬산염을 만든 후에 이것을 물에 녹여 침전시키고 이를 탄소로 환원하여 산화크롬(Ⅲ)(Cr2O3)을 만든 다음 알루미늄으로 환원시켜 크롬 금속을 얻는다. 내식성이 매우 커서 전기도금된 보호피복에 사용된다. 염산이나 황산에 쉽게 녹는 반면 차가운 왕수와 질산에는 녹지 않는다. 이는 반응성이 없고 매우 얇게 피복되는 부동화 현상 때문이다.
망간
망간산 이온(MnO4－), 산화망간(Ⅶ)(Mn2O7), 플루오르화삼산화망간(Ⅶ)(MnO3F)은 ＋7가의 가장 큰 산화수를 가지며 강한 산화력을 갖는다. 철에 비해 단단하고 깨지기 쉽다. 무산소산에 잘 녹고, 고온에서 비금속원소들과 반응하며 ＋2, ＋3, ＋7 등의 산화수를 갖는다.
철
천연에서 산출되는 주요철광석으로는 적철석(Fe2O3)·자철석·(Fe3O4)·갈철광(FeO(OH))·능철석(FeCO3) 등이 있다. ＋6의 산화수도 가지나 흔히 ＋2와 ＋3의 산화수를 갖는 철 화합물은 뫼스바우어 효과(원자핵에서 되튐을 일으키지 않고 감마선이 방출되며, 같은 종류의 원자핵에 의하여 공명흡수되는 현상)를 이용한 연구에 쓰인다. 이 효과는 철 원자의 산화수, 전자배열과 화학적 환경에 영향을 미치는 주파수 영역이 매우 좁은 감마선을 흡수해 철-57(57Fe)의 핵을 높은 에너지 상태로 들뜨게 한다는 사실을 토대로 한다. 철에는 적은 양의 탄소가 늘 포함되어 있어 철의 성질을 크게 변화시킨다. 철은 묽은 무기산에 쉽게 녹으며 보통의 대기조건하에서 수화된 산화물을 형성한다. 766℃까지는 강자성의 체심입방 격자구조를 가지며 그 이상의 온도에서는 상자성으로 변한다. 906℃에서는 입방최밀구조로 변하며 1,401℃에서는 다시 체심입방 격자구조로 된다.
코발트
산화수가 클수록 안정성은 떨어지며 ＋3가에 비해 ＋2가가 안정하다. ＋3가의 화합물은 암모니아나 아민과 같은 배위자와 함께 저스핀 착물을 형성하며, ＋1가로 알려져 있다. 코발트는 상온에서 철과 니켈과 함께 강자성을 띠는 단단한 금속으로 묽은 무기산에 서서히 녹으며 수소나 질소와 직접 결합하지 않지만 가열하면 탄소·인·황과 결합한다.
니켈
니켈은 주로 가니어라이트에서 산출되며 자류철석에서도 3~5％ 정도가 산출된다. 니켈 원소는 여러 운석에서 철과 합금형태로 발견되며 지구 중심부에 상당량 존재한다. 니켈 금속은 광물을 황화물로 만든 후에 공기중에서 배소(焙燒)하여 생긴 산화물을 탄소로 환원하여 얻는다. 전기전도도와 열전도도가 높고, 공기나 물에 대한 내성이 커서 보호피복으로 전기도금에 이용된다. 니켈은 플루오르와 매우 서서히 반응하여 플루오르화물의 보호피복에 사용되므로 내식성이 있는 플루오르화물을 다루는 장비에 순수한 금속이나 모빌 금속과 같은 합금 형태로 사용된다. 상온에서 강자성을 띠나 철보다 강하지 않으며, 묽은 무기산에 쉽게 녹는다.
구리
유리된 금속과 황화물·비소화물·염화물·탄산염 형태로 천연에 널리 분포되며 여러 처리를 거쳐 전기침전에 의해 얻는다. 열전도도와 전기전도도가 은 다음으로 크다. 구리 금속은 공기중에서 표면에서만 산화되어 때때로 히드록소탄산염, 히드록소황산염과 그밖의 소량의 화합물의 혼합물인 녹색을 띤 피막을 나타낸다. 산소존재하에서 질산과 황산에 쉽게 녹으며 암모니아수와 시안화칼륨에 녹는다. ＋1과 ＋2의 산화수를 가진 화합물을 흔히 볼 수 있으며, 특수한 경우에 ＋3가의 화합물도 만들 수 있다.
1주기 전이원소