Osmiun(Os), 76-오스뮴

원자번호 76번 원소인 오스뮴(osmium)은 백금족 금속의 하나로, 천연 백금 광석을 왕수에 녹였을 때 녹지 않고 남아있던 찌꺼기에서 발견되었다. 냄새가 나는 금속 원소란 뜻의 이름을 가지고 있는데, 실온에서 휘발성이 크며 자극적인 냄새가 나는 사산화오스뮴(OsO4)으로 쉽게 전환되기 때문에 붙여진 이름이다. 백금족 금속 중에서 녹는점과 끓는점이 가장 높고, 증기압이 가장 낮으며, 모든 천연 원소 중에서 밀도가 가장 높다. 구리와 니켈의 전기제련에서 생기는 양극 전물에서 주로 얻는데, 전세계 연간 생산량은 1톤 미만으로 아주 희귀하다. 금이나 백금 등을 단단하게 하는 합금제로 주로 사용되는데, 이 합금은 펜촉 끝에 많이 사용되었으며, 지금은 전기 접점과 특수 실험 장치 부품, 생체 이식 장치 등에 사용된다. OsO4과 이에서 얻어지는 오스뮴산염은 유기합성에서 알켄(alkene)을 다이올(diol)로 산화시키는 산화제로, 그리고 전자 현미경용 지방조직 염색 등에 중요하게 사용된다. 오스뮴의 발견, 물리 및 화학적 성질, 생산, 용도 등에 대해 보다 자세히 알아보자.

원자번호 76번, 오스뮴 오스뮴(osmium)1)은 원자번호 76번의 원소로, 원소기호는 Os이다. 철(Fe), 루테늄(Ru)과 함께 주기율표에서 8족(8B 족)에 속하는 전이금속으로, 백금족 금속2)의 하나이다. 청백색이고 단단하며 부서지기 쉽다. 밀도(20oC에서 22.59g/cm3)가 모든 원소 중에서 가장 높으며, 백금족 원소 중에서 녹는점(3030oC)과 끓는점(5012oC)이 가장 높고 증기압이 가장 낮다. 모스 경도는 7.0으로, 수정(水晶, quartz)과 비슷하다. 이들 특성으로 인해 오스뮴은 가공하기가 아주 어렵다. 실온의 공기 중에서 덩어리는 안정하나, 분말은 느리게 산화되어 냄새가 고약하고 독성이 큰 사산화오스뮴(OsO4)을 생성한다. 덩어리도 가열하면 산소와 반응하여 OsO4가 된다. 뜨거운 진한 황산, 진한 질산 등의 산화성 산에는 녹으나, 왕수에는 거의 녹지 않는다. 산화제(산소 포함) 존재 하에서 알칼리와 용융시키면 녹으며, 플루오린(F2)이나 염소(Cl2)와도 반응한다. 화합물에서는 -2에서 +8에 이르는 여러 산화상태를 가지나, +8, +4, +3, +2의 산화상태가 보다 흔하다.

원자번호 76번 오스뮴 <출처: (cc) Alchemist-hp at wikimedia.org>

오스뮴의 원소정보

오스뮴은 지각 무게의 약 0.1ppb(1x10-8%)를 차지하며, 천연에서 존재하는 원소 중 존재량이 적은 순서로 6번째 이내인 아주 희귀한 원소이다. 백금 광석에 주로 이리듐(Ir)과의 천연 합금 형태로 존재하는데, 이리도스민(iridosmine: iridiosmium으로도 불림, Os ~30%)과 오스미리듐(osmiridium, Os, ~50%)이 대표적인 광석이다. 오스뮴은 또한 니켈과 구리 황화물 광상에 들어있는 백금족 광석에서 백금을 치환하여 미량 들어있으며, 상업적으로는 주로 니켈과 구리 제련의 부산물로 얻는다. 전세계 연간 생산량은 1톤 미만으로 여겨진다. 오스뮴은 백금족의 다른 금속과 아주 단단한 합금을 만드는데 주로 사용된다. 가장 잘 알려진 합금은 백금과의 합금인데, 백금보다 더욱 단단하고 내마모성이 뛰어나고 산과 알칼리에 대한 내부식성이 좋다. 오스뮴 합금은 펜촉 끝, 축음기 바늘 끝, 나침반 베어링 등에 사용되었으며, 전기 접점과 특수 실험 장치에 사용된다. 또한 인공심장박동 조절기(pacemaker), 심장 판막 등의 인체 이식 장치에 사용되기도 한다. 또 치과 보철용 금 합금에 경화제로 들어가기도 한다. 사산화오스뮴(OsO4)은 전자현미경에서 지방 조직을 관찰할 때 염색에 사용되며, 과거에는 지문 채취에도 사용되었다. 또한OsO4와 오스뮴산 염은 유기화학에서 산화제로 널리 사용된다. 한편, 몇 가지 오스뮴 화합물들에서 항암 작용이 발견되어, 앞으로 이 용도로의 개발이 기대되고 있다.

오스뮴의 발견과 역사 오스뮴은 1803년에 영국 화학자 테난트(Smithson Tennant, 1761~1805)에 의해 백금 광석(천연 백금 합금)에서 발견되었다. 이 백금 광석은 1600년대 후반에 컬럼비아(Columbia)의 은광에서 처음 발견되었으며, 1700년대 중반에 유럽 학계에 소개되었다. 처음에는 새로운 원소로 인식되었으나, 곧 혼합물 즉 합금 형태임이 확인되었다. 화학자들은 백금 광석에서 수용성 백금염을 얻기 위해 이를 왕수(진한 염산과 질산의 3:1 혼합물)에 녹였는데, 항상 소량의 검은색 찌꺼기가 관찰되었으며 일부 과학자들은 이 찌꺼기를 흑연으로 간주하기도 하였다. 테난트는 1803년에 이 검정색 찌꺼기를 알칼리와 산으로 처리하여 두 가지 새로운 원소, 오스뮴(osmium)과 이리듐(iridium)을 분리·발견하였다. 그는 왕수에 녹지 않고 남아있는 찌꺼기를 회수하여 가성소다(NaOH)와 함께 뜨겁게 가열하고는 물을 넣어 아직도 녹지 않고 남은 찌꺼기와 알칼리 용액을 분리·회수하였다. 이중 알칼리 용액을 산성화시키고 증류하여 자극적인 냄새가 나는 물질(사산화오스뮴, OsO4)을 얻었으며, NaOH와 가열해도 녹지 않고 남은 찌꺼기에 염산을 넣어 산성 용액을 얻고 이에서 이리듐을 발견하였다. 오스뮴이란 원소 이름은 OsO4가 자극적인 냄새를 풍기므로, 그리스어로 ‘냄새’란 뜻의 ‘osme’를 따서 지었다. 그는 이와 같은 결과를 1804년 6월 21일에 영국 왕립학회에 발표하였다. 한편 프랑스의 보클랭(Louis Nicolas Vauquelin, 1763~1829: 베릴륨과 크로뮴 발견자)도 같은 해에 왕수에 녹지 않는 검은 찌꺼기를 알칼리와 산으로 처리하여 새로운 휘발성 산화물을 얻었다. 그는 이를 새로운 금속 원소에 의한 것으로 여기고, 새로운 원소를 그리스어로 ‘날개 달린 것’이란 뜻의 ‘ptenos’를 따서 ‘ptene’으로 지었으나, 후속적인 연구가 이루어지지 않아 오스뮴 발견자로는 인정되지 않는다. 오스뮴은 희귀하고 가공성이 좋지 않아 한동안 거의 사용되지 않았다. 1897년에 벨스바흐(Auer von Welsbach, 1858~1929)가 전등 필라멘트로 개발하여 이를 사용한 오스램프(Oslamp)가 출시되었으나 잘 부서지는 약점때문에 1905년에 탄탈럼(Ta) 필라멘트로 대체되었다가 곧 텅스텐(W) 필라멘트로 대체되었다. 참고로, 1906년에 설립된 세계적 전등 회사 오스람(Osram)은 오스뮴의 Os와 텅스텐의 다른 이름 볼프람(Wolfram)의 ‘ram’을 따서 회사 이름이 지어졌다. 한편, 1900년대 초에는 질소를 고정시켜 암모니아를 생산하는 하버-보쉬(Harber-Bosch) 공정에 오스뮴이 촉매로 사용되었으나, 이 역시 보다 값싼 철과 산화철을 주체로 하는 촉매로 대체되었다.

오스뮴 화합물을 환원시켜 얻은 오스뮴 분말과 화학증기수송방법으로 성장시킨 오스뮴 결정. <출처: (cc) Periodictableru www.periodictable.ru>

물리적 성질 오스뮴은 단단하면서도 부서지기 쉬운 청백색의 금속이다. 밀도(20oC에서 22.59g/cm3)는 모든 원소 중에서 가장 높으며, 모스 경도(Mohs hardness)는 7.0으로, 수정과 비슷하다. 녹는점은 3030oC로, 모든 원소 중에서 탄소(C), 텅스텐, 레늄(Re)다음으로 높으며, 백금족 원소 중에서는 가장 높다. 또 백금족 원소 중에서 끓는점(5012oC)이 가장 높고 증기압이 가장 낮다. 이들 특성으로 인해 오스뮴은 가공하기가 아주 어렵다. 그리고 압축률이 매우 낮아, 체적탄성률(bulk modulus, 압축력에 저항하는 정도를 나타내는 값)이 다이아몬드와 비슷한 462GPa이다. 결정은 전형적인 육방밀집(hcp) 구조를 가지며, 전기와 열을 잘 통하고 상자기성을 보인다. 동위원소 오스뮴은 천연 상태에서 184Os(0.02%), 186Os(1.59%), 187Os(1.96%), 188Os(13.24%), 189Os(16.15%), 190Os(26.26%), 192Os(40.78%)의 7가지 동위원소로 존재하는데, 이중 186Os는 반감기가 2x1015년으로 α붕괴를 하고 182W이 되는 방사성 동위원소이다. 다른 천연 동위원소들도 α붕괴를 하는 것으로 여겨지나, 안정한 것으로 관찰된다. 187Os는 반감기가 4.56x1010년인 187Re의 β-붕괴에서 생성되며, 따라서 187Re/187Os 비는 운석과 지질의 연대 측정(레늄-오스뮴 연대 측정)에 이용된다. 질량수가 162~196사이에 있는 29가지의 인공 방사성 동위원소들이 알려져 있는데, 이들 중 반감기가 긴 것들은 194Os(반감기 6년), 185Os(반감기 93.6일), 191Os(반감기 15.4일)이고, 나머지들은 반감기가 31시간 보다 짧다. 186Os보다 가벼운 동위원소들은 주로 β+붕괴 또는 전자포획을 하고 레늄(Re) 동위원소가 되는데, 질량수가 174이하인 동위원소들의 일부는 α붕괴를 하고 텅스텐 동위원소가 되기도 하며, 질량수가 작을수록 α붕괴를 하는 비율이 크다. 190Os보다 무거운 동위원소들은 주로 β-붕괴를 하고 이리듐(Ir) 동위원소가 된다. 9가지의 준안정한 핵 이성체들이 확인되었는데, 반감기가 긴 것들은 191mOs (반감기 13.1시간), 183mOs (반감기 9.9시간), 189mOs (반감기 5.81시간)이고, 나머지들은 반감기가 10분 이내이다.

화학적 성질

오스뮴은 루테늄(Ru)과 마찬가지로, 같은 족의 철에 비해 화학 반응성이 훨씬 작다. 실온의 공기 중에서 안정하며, 염산(HCl)과 같은 비산화성 산과 왕수에도 녹지 않는다. 그리고 플루오린(F2)이나 염소(Cl2)같은 산화제를 제외하고는, 대부분의 비금속 원소들과 고온이 아니면 반응하지 않는다. 그러나 분말 상태에서는 실온의 공기 중에서 느리게 산화되어 자극적인 냄새가 나고 독성이 아주 큰 사산화오스뮴(OsO4)을 생성하며, 400oC 이상으로 가열하면 덩어리 상태도 OsO4로 산화된다. 뜨거운 진한 질산, 진한 황산, 또는 하이포아염소산(HClO)에 의해 OsO4로 산화되며, 산화제(O2, Na2O2, KClO3 등) 존재 하에서는 용융 알칼리에 녹아 오스뮴산 이온(osmate ion, [OsO2(OH)4]2-: [OsO4·2H2O]2-로 적기도 함)이 된다. 화합물에서는 -2에서 +8에 이르는 여러 산화상태를 가지나, +8, +4, +3, +2의 산화상태가 보다 흔하다. +8의 산화상태는 원소들이 갖는 산화상태 중에서 가장 높은 것으로, 오스뮴 외에 제논(Xe)과 루테늄(Ru)도 이 산화상태가 가능하나 오스뮴의 경우가 훨씬 더 안정하다.

오스뮴의 바닥 상태 전자 배치 <출처 : (cc)Pumbaa at Wikipedia.org>

가장 흔하고 중요한 오스뮴 화합물은 사산화오스뮴(OsO4)으로, 이는 금속 오스뮴 생산의 중간체이기도 하며, 오스뮴 금속 분말을 산소와 가열하면 얻어진다. 휘발성이 매우 크고 물과 유기 용매 모두에 잘 녹으며, 독성이 아주 크다. 찬 알칼리에 녹이면 붉은 색의 과오스뮴산 이온(perosmate ion, [OsO4(OH)2]2-)이 되는데, 이는 쉽게 환원되어 자주색의 오스뮴산 이온([OsO2(OH)4]2-)이 된다. 25oC 산성 수용액에서 주요 오스뮴 화합물들의 표준전위(Eo)는 다음과 같다. OsO2 + 4H+ + 4e- Os + 2H2O Eo = 0.687 V OsO42- + 8H+ + 6e- Os + 4H2O Eo = 0.994 V OsO4 + 8H+ + 8e- Os + 4H2O Eo = 0.85 V

오스뮴의 생산 오스뮴의 광석으로는 백금 광석과 오스뮴과 이리듐의 천연 합금 형태인 이리도스민(iridosmine)과 오스미리듐(osmiridium) 등이 있으나, 오스뮴은 상업적으로는 구리와 니켈 제련의 부산물로 주로 얻는다. 구리와 니켈 광석을 제련할 때 광석에서 1차로 얻는 물질인 마트(matte)에는 금, 은, 오스뮴 등의 백금족 금속, 셀레늄(Se), 텔루륨(Te) 등이 포함되어 들어가는데, 이들 금속들은 마트를 전기분해 방법으로 순수한 구리나 니켈을 얻는 과정에서 전해조 바닥에 진흙처럼 쌓이는 양극 전물(anodic slime)에 남아있게 된다. 오스뮴은 양극 전물에서 다른 희귀원소들과 함께 추출·분리되는데, 그 방법은 전물의 조성에 따라 달라진다. 전형적인 한가지 방법은 양극 전물을 과산화소듐(Na2O2)과 반응시켜 녹이고 물로 추출한 후, 염소(Cl2), 염산(HCl)과 반응시키고 가열∙증류하여 OsO4를 얻는 것이다. 이렇게 얻은 OsO4을 가성소다(NaOH) 알코올 용액에 녹이면 오스뮴산 이온([OsO2(OH)4]2-)이 되는데, 이를 염화암모늄(NH4Cl)과 반응시켜 OsO2(NH3)4Cl2로 전환시킨다. OsO2(NH3)4Cl2를 고온에서 수소 기체로 환원시키면 금속 오스뮴이 분말 형태로 얻어진다.

오스뮴은 천연 백금 광석에 미량 들어있으며, 이리듐과의 천연 합금 형태인 오스미리듐으로도 발견된다. 상업적으로는 구리와 니켈 제련의 부산물로 얻는다. 사진은 다른 백금족 금속을 미량 포함하는 천연 백금 광석.

오스뮴은 다른 백금족 금속과 마찬가지로, 남아프리카 공화국, 캐나다, 러시아에서 주로 생산된다. 미국 지질조사국(USGS) 자료에 따르면 2012년의 미국 소비량이 75kg인데, 이로 미루어 오스뮴의 전세계 연간 생산량은 1톤 미만으로 여겨진다. 2013년 1월 당시 99%순도의 오스뮴 분말 가격은 미화로 토로이 온스(31.1g) 당 380$인데, 이는 1g당 12$ 정도에 해당한다. 화학 시약으로 널리 사용되는 OsO4는 순도와 양에 따라 1g당 30~400$에 판매된다.

오스뮴의 응용 오스뮴의 가장 큰 용도는 다른 백금족 금속들과 합금을 만드는 것이며, 사산화오스뮴(OsO4), 오스뮴산포타슘 등의 화합물이 몇 가지 용도로 요긴하게 사용되고 있다.

1940년대에 나온 파커 51(Parker 51) 만년필. 오스뮴과 이리듐의 합금인 오스미리듐 펜촉을 쓴다.

금속과 합금 오스뮴은 주로 다른 백금족 금속들과 아주 단단한 합금을 만드는데 사용되는데, 이들 합금은 내마모성이 뛰어나 만년필 펜촉 끝과 축음기 바늘 끝으로 사용되었으며, 전기접점과 정밀 베어링으로 요긴하게 사용된다. 90%백금-10%오스뮴 합금은 인공심장박동 조절기(pacemaker), 심장 판막 등의 인체 이식기에 사용된다. 한편, 오스뮴은 팔라듐(Pd)처럼 수소를 잘 흡수하므로, 금속-수소(metal hydride) 전지의 전극으로 기대를 모았으나, 가격이 비싸고 알칼리에 부식되는 단점이 있어 실용화 되지는 않았다. 또한 오스뮴은 자외선을 잘 반사하므로, 우주선에 거울을 입히는데 사용되었으나, 저궤도에서 공간에 존재하는 산소 라디칼에 의해 산화되는 성질로 인해 더 이상 사용되지 않는다. 촉매 및 화학 시약 오스뮴은 질소와 수소로부터 암모니아를 합성하는 하버 공정에서 처음에는 촉매로 사용되었으나, 곧 보다 값싼 철과 산화철 촉매로 대체되었다. 한편, OsO4는 C=C 이중결합을 다이올(diol)로 입체 선택적으로 산화시키는 시약으로 요긴하게 사용되는데, 이의 반응 경로는 아래와 같다.

그런데 OsO4가 취급하기 어렵고 독성이 크므로, 이를 직접 첨가해서 사용하기 보다는, 반응용기 내에서 비휘발성인 오스뮴산염에 과산화수소(H2O2)나 k3Fe(CN)3등의 산화제를 첨가하여 그 자리에서 OsO4를 생성시켜 반응하게 하는 방법이 사용된다. 이 경우에 오스뮴산염은 반응에서 다시 생성되므로 촉매로 작용하는 셈이고, 과산화수소 등의 산화제만 소모된다. 이의 대표적인 예가 샤플리스 다이하이드록실화(Sharpless dihydroxylation) 반응인데, 샤플리스(K. Barry Sharpless, 1941~)는 카이랄 키닌(chiral quinine) 배위자(ligand)를 사용하여 비대칭적인 다이올(diol)의 합성이 가능하도록 이 반응을 개발하였다. 그는 이 반응을 포함한 여러 비대칭 유기반응을 개발한 업적으로 다른 2명의 화학자와 함께2001년 노벨화학상을 공동 수상하였다.

(R_L=가장 큰 치환체; R_M=중간 크기 치환체; R_S=가장 작은 치환체; (DHQD)₂-PHAL=hydroquinidine 1,4-phthalazinediyl diether; (DHQ)₂-PHAL= hydroquinine 1,4-phthalazinediyl diether)

의학 및 생물학적 이용 OsO4는 지방 조직을 염색하여 이를 전자 현미경이나 광학 현미경으로 조사하는데 사용되며, 과거에는 지문을 채취하는데도 사용되었다. 이는 OsO4가 지방의 C=C 이중 결합에 반응하여 지방 분자를 연결시키고 자체는 환원되는 특성을 이용한 것이다. 오스뮴 화합물을 임상적으로 사용한 경우는 스칸디나비아에서 OsO4를 관절염 환자의 활액막 절제술(synovectomy)에 사용한 것이 유일하게 알려져 있는데, 장기적 영향에 대한 보고는 없는 실정이다. 최근에는 +6가와 +2가 상태의 오스뮴 화합물에서 항암 작용이 관찰되어, 앞으로 오스뮴 화합물의 항암제로의 이용이 기대된다.

오스뮴 화합물 오스뮴은 -2에서 +8에 이르는 다양한 산화상태의 화합물을 만드는데, +8, +4, +3, +2 상태의 화합물들이 보다 흔하다. 대표적인 오스뮴 화합물로는 산화물, 산소산염, 할로겐화물 등이 있다. 산화물 오스뮴의 산화물은 +8가 상태의 사산화오스뮴(OsO4)과 +4가 상태의 이산화오스뮴(OsO2)의 두 가지가 알려져 있다. OsO4는 오스뮴 금속 분말을 공기 중에 노출시키거나, 덩어리 오스뮴을 공기중에서 400oC이상으로 가열하면 생성되며, 오스뮴 화합물들을 질산으로 산화시켜도 얻어진다. 녹는점이 40.25oC이고, 끓는점이 128.7oC인 연한 노란색의 휘발성 고체(25oC에서의 증기압, 9.8mmHg)로, 물(25oC에서의 용해도, 6.23g/100 mL)과 대부분의 유기용매(CCl4에 대한 용해도, 375g/100 mL)에 잘 녹는다. 루이스산으로 작용하고 비교적 강한 산화제이며, 독성이 매우 크다. 염기와 반응하여 붉은색의 오스뮴산 이온(osmate, [OsO4(OH)2]2-)이 된다. 진한 염산(HCl)을 염소(Cl2)로 산화시키고 H2OsCl6로 환원되며, 수소(H2)에 의해 금속 Os로 환원되고, 일산화탄소(CO)와 고온 고압에서 반응하여 Os3(CO)12로 환원된다. 불포화 식물성 기름에 의해 빠르게 환원되어 비교적 무해한 화합물로 변환되며, 아민 화합물들과도 첨가생성물을 만든다. 전자 현미경 촬영을 위한 지방조직 염색에 쓰이며, 유기합성에서 알켄(alkene)을 다이올(-CH(OH)-CH(OH)-)로 입체선택적으로 산화시키는데 주로 쓰인다. OsO2는 오스뮴을 염소산소듐(NaClO3), OsO4, 산화질소(NO) 등의 산화제와 약 600oC에서 반응시키면 얻어진다. 검정 또는 황갈색 고체로, 녹는점은 500oC(분해)이다. 결정은 황금색을 띠며 금속성 전기전도도(비저항, 약 150nΩ·m)를 보인다. 물에 녹지 않으며, OsO4에 비해 반응성과 독성이 거의 없다.

사산화오스뮴(OsO₄). OsO₄는 자극적인 냄새가 나고 독성이 큰 휘발성 물질로 ‘냄새가 나는 금속 원소’란 뜻의 ‘오스뮴’이란 이름은 이에서 나왔다. 많이 사용되는 대표적인 오스뮴 화합물이다. <출처 : (cc) W. Oelen>

오스뮴산 염과 관련 화합물 가상적 화학식이 H2OsO4인 오스뮴산은 그 존재가 확인되지 않았으며, 다만 이의 염들이 알려져 있다. OsO4를 찬 알칼리(MOH) 수용액에 녹이면 오스뮴의 산화수가 +8인 진한 붉은색의 과오스뮴산염(perosmate, M2[OsO4(OH)2])이 생성되는데, 이는 쉽게 환원되어 +6가 산화상태인 자주색의 오스뮴산염(osmate, M2[OsO2(OH)4])이 된다. 오스뮴산염은 비휘발성이므로, 유기 화학 반응에서 냄새가 고약하고 독성이 아주 크며 휘발성인 OsO4대신에 흔히 사용된다. 할로겐화물 오스뮴은 할로겐(X)과 여러 산화상태의 화합물을 만든다. 플루오린 화합물은 OsF7, OsF6(녹는점 33oC), OsF5(녹는점 50oC), OsF4(녹는점 230oC)들이 알려져 있는데, OsF7는 열적으로 불안정하다. OsF5는 푸른색이고, 다른 것들은 노란색이다. 염화물은 검정색의 OsCl5(160oC 이상에서 분해), 검정 또는 붉은색의 OsCl4, 진한 갈색의 OsCl3(450oC에서 분해)가 알려져 있다. 브로민화물은 검정색의 OsBr4(350oC에서 분해), 그리고 아이오딘화물은 검정색의 OsI3와 OsI2, 금속성 회색의 OsI가 알려져 있다. 그리고 여러 옥소플루오린화합물들이 알려져 있는데, 이들은 OsO3F2, OsO2F4, OsO2F3, OsOF5, OsOF4들이며, 여기서 +8가 상태의 화합물들은 주황내지 붉은색인 반면, 보다 낮은 산화 상태의 화합물들은 노란색 내지 녹색이다. 이들 화합물들은 OsO4와 플루오린화 시약과의 반응으로 만들어지는데, 쉽게 불균등화 반응을 일으켜 순수한 상태로는 얻기가 어렵다.

식물조직의 전자현미경 사진. 왼쪽은 사산화오스뮴으로 염색을 하기 전이고 오른쪽은 한 이후이다. <출처: (cc) Materialscientist at en.wikipedia>

생물학적 역할과 독성 오스뮴은 인체에 극미량 들어있지만, 생물학적 역할은 없는 것으로 파악되고 있다. 금속 자체는 독성이 없으나, 오스뮴 분말의 경우에는 공기 중에서 냄새가 나고 독성이 크며 휘발성인 OsO4을 생성한다. OsO4는 공기 1m3에 0.11μg만 들어있어도 일부 사람에게는 폐, 피부, 눈에 자극을 주며, 보다 높은 농도에서는 두통, 폐 폐색을 일으키고, 피부와 시력 손상을 초래할 수 있다. OsO4가 2μg/m3 이상 포함된 공기에 노출되어서는 안 된다.

1. 수치로 보는 오스뮴

   오스뮴의 표준원자량은 190.23g/mol이다. 원자의 바닥 상태 전자배치는1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰5s²5p⁶4f¹⁴5d⁶6s²([Xe]4f¹⁴5d⁶6s²)이며, 화합물에서의 산화수는 -2과 +8사이의 여러 값을 가질 수 있는데, +8, +4, +3, +2의 산화상태가 흔하다. 지각 무게의 약 0.1ppb(1x10^-8%)를 차지하는 아주 희귀한 원소이다. 1기압에서 녹는점은 모든 원소 중에서 4번째로 높은 3030^oC 이고, 끓는점은 가장 높은 5012^oC이다. 밀도는 20^oC에서 22.59g/cm³로 천연 원소 중에서는 가장 높다. 20^oC에서의 전기 비저항은 81.2 nΩ·m이고 열 전도율은 87.6 W·m^-1·K^-1이다. 첫 번째와 두 번째 이온화 에너지는 각각 840과 1600 kJ/mol이며, 폴링의 전기 음성도는 2.2이다. 원자 반경은 135pm이고, 4배위된 Os⁸⁺의 이온 반경은 39pm이다. 천연 상태에서 ¹⁸⁴Os(0.02%), ¹⁸⁶Os(1.59%), ¹⁸⁷Os(1.96%), ¹⁸⁸Os(13.24%), ¹⁸⁹Os(16.15%), ¹⁹⁰Os(26.26%), ¹⁹²Os(40.78%) 의 7가지 동위원소로 존재하는데, ¹⁸⁶Os 은 반감기가 2.0x10¹⁵년인 방사성 동위원소이다. 산성 용액에서 OsO₂/Os, OsO₄^2-/Os, OsO₄/Os의 표준환원 전위는 각각 0.687, 0.994와 0.86V이다.

2. 백금족 금속(Platinum Group Metals, PGMs)

   주기율표에서 8, 9, 10족에 있는 5주기와 6주기의 원소들, 즉 루테늄(Ru), 오스뮴(Os), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 팔라듐(Pd), 백금(Platinum, Pt)의 6가지 금속 원소들을 말한다. 모두 전이금속이며, 물리 및 화학적 성질이 비슷하고, 보통 천연 합금 형태로 광석에 함께 들어있다. 모두 촉매 성질이 탁월하며, 내마모성과 내부식성이 우수하고, 전기를 잘 통하며 고온에서도 안정하다.

글 박준우 / 이화여대 명예교수(화학)

서울대학교 화학과를 졸업하고 템플대학교에서 박사학위를 받았다. 오랫동안 이화여대에서 화학을 연구하고 가르쳤다. 저서로 [인간과 사회와 함께한 과학기술 발전의 발자취]와 [아나스타스가 들려주는 녹색화학 이야기] 등이 있고, 역서로 [젊은 과학도에 드리는 조언] 등이 있다.

발행일 2013.03.06

Osmium Atomic Weight 190.23 Density 22.59 g/cm3 Melting Point 3033 °C Boiling Point 5012 °C Full technical data Ultra dense osmium is alloyed with other precious metals to make them harder and stronger. It sometimes occurs naturally combined with iridium, and such osmiridium mixtures are used in fountain pen tips. Scroll down to see examples of Osmium.