전이 금속

전이 금속의 모든 것: 특성부터 응용까지

인류 문명의 발전은 금속의 발견과 활용에 크게 의존해왔다. 그중에서도 전이 금속은 독특하고 다채로운 특성으로 인해 현대 산업과 과학 기술의 핵심 요소로 자리매김하고 있다. 철로 지어진 고층 빌딩부터 스마트폰 속 미세 회로, 심지어 우리 몸속의 생체 반응에 이르기까지, 전이 금속은 거의 모든 곳에 존재하며 필수적인 역할을 수행한다. 이 글에서는 전이 금속의 정의부터 그들의 놀라운 화학적, 물리적 특성, 그리고 광범위한 응용 분야까지 심층적으로 탐구한다.

1. 전이 금속의 정의

전이 금속은 주기율표에서 3족부터 12족에 해당하는 원소들을 통칭하는 말이다. 이들은 주로 d-블록 원소로 알려져 있으며, 원자가 전자가 d 오비탈에 채워지는 특징을 갖는다. 좀 더 엄밀히 말하면, IUPAC(국제 순수 및 응용 화학 연합)의 정의에 따르면 전이 금속은 원자 또는 하나 이상의 이온에서 부분적으로 채워진 d-아껍질(subshell)을 갖는 원소로 정의된다. 이 정의에 따르면 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 수은(Hg)은 안정적인 산화 상태에서 완전히 채워진 d 오비탈을 가지므로 전이 금속으로 분류되지 않기도 하지만, 일반적으로 3족부터 12족 원소 전체를 전이 금속으로 간주한다.

주기율표에서 전이 금속은 알칼리 금속, 알칼리 토금속과 같은 S-블록 원소와 비금속, 준금속, 기타 금속을 포함하는 P-블록 원소 사이에 위치한다. 이들은 4주기부터 7주기까지 걸쳐 나타나며, 특히 6주기와 7주기에는 란타넘족과 악티늄족 원소들이 전이 금속 내부에 삽입되어 있다. 이러한 위치는 전이 금속이 S-블록 원소의 높은 반응성과 P-블록 원소의 다양한 특성 사이에서 독특한 중간자적 성질을 가지게 함을 시사한다.

2. 전자 배치와 오비탈

전이 금속의 가장 독특한 특징 중 하나는 그들의 전자 배치에 있다. 일반적인 원소들은 에너지가 낮은 오비탈부터 순서대로 전자가 채워지는 아우프바우 원리(Aufbau principle)를 따른다. 하지만 전이 금속의 경우, (n-1)d 오비탈과 ns 오비탈의 에너지 준위가 매우 가깝기 때문에 다소 복잡한 전자 배치를 보인다. 예를 들어, 4주기 전이 금속은 4s 오비탈에 전자가 먼저 채워진 후 3d 오비탈에 전자가 채워지기 시작한다. 그러나 이온이 될 때는 4s 전자가 3d 전자보다 먼저 떨어져 나가는 경향이 있다. 이는 원자가 전자가 핵으로부터 가장 멀리 떨어져 있는 4s 오비탈에 존재하여 가장 쉽게 제거될 수 있기 때문이다.

전이 금속의 부분적으로 채워진 d 오비탈은 그들의 다양한 화학적 특성을 설명하는 핵심 요인이다. d 오비탈은 다섯 개의 서로 다른 공간 방향을 가지며, 이 오비탈에 전자가 채워지는 방식에 따라 다양한 산화 상태, 착이온 형성 능력, 그리고 촉매 활성 등 전이 금속 특유의 성질이 발현된다. 훈트의 규칙(Hund's rule)과 파울리 배타 원리(Pauli exclusion principle)에 따라 d 오비탈에 전자가 채워지면서 홀전자가 존재할 가능성이 높아지는데, 이는 전이 금속이 상자성(paramagnetism)을 띠거나 독특한 색을 나타내는 이유가 되기도 한다.

3. 전이 금속의 화학적 특성

전이 금속은 그들의 전자 배치 덕분에 매우 다채로운 화학적 특성을 보인다.

다양한 산화수

전이 금속은 1족 및 2족 금속과 달리 한 가지 이상의 산화 상태를 가질 수 있다. 예를 들어, 철(Fe)은 +2와 +3의 산화 상태를 가지며, 망가니즈(Mn)는 +2부터 +7까지 매우 다양한 산화 상태를 보인다. 이러한 현상은 (n-1)d 오비탈과 ns 오비탈의 에너지 준위가 비슷하여 전자를 잃을 때 ns 오비탈의 전자뿐만 아니라 (n-1)d 오비탈의 전자도 참여할 수 있기 때문이다. 이처럼 다양한 산화수는 전이 금속이 여러 가지 화합물을 형성하고 다양한 화학 반응에서 중요한 역할을 할 수 있게 한다.

환원전위와 산화 환원 반응

전이 금속은 다양한 산화수를 가지므로 산화 환원 반응에서 중요한 역할을 한다. 많은 전이 금속은 양이온으로 존재하며, 이들이 전자를 주고받는 과정은 생체 내 효소 반응부터 산업 공정에 이르기까지 광범위하게 활용된다. 예를 들어, 크롬(Cr)은 강력한 환원제로 사용될 수 있으며, 망가니즈(Mn)는 과망간산 칼륨(KMnO₄)과 같이 강력한 산화제로 작용하기도 한다. 표준 환원 전위 값은 특정 전이 금속 이온이 얼마나 쉽게 환원되거나 산화되는지를 나타내며, 이는 전이 금속의 반응성을 예측하는 데 중요한 지표가 된다.

착이온 형성과 배위 화학

전이 금속의 가장 특징적인 화학적 성질 중 하나는 착이온(complex ion)을 형성하는 능력이다. 착이온은 중심 금속 이온(대부분 전이 금속)이 리간드(ligand)라고 불리는 분자나 이온과 배위 결합을 통해 형성된 화합물이다. 리간드는 비공유 전자쌍을 제공하여 중심 금속 이온의 비어있는 d 오비탈과 결합한다. 이러한 착이온은 독특한 색깔, 자기적 특성, 그리고 촉매 활성을 나타낸다. 예를 들어, 구리(Cu) 이온은 암모니아와 결합하여 푸른색의 테트라암민구리(II) 착이온([Cu(NH₃)₄]²⁺)을 형성한다. 착이온의 형성은 생체 내에서도 매우 중요한데, 헤모글로빈의 철(Fe) 이온과 엽록소의 마그네슘(Mg) 이온(Mg는 전이 금속이 아니지만, 착이온 형성의 좋은 예시)은 각각 산소 운반과 광합성 과정에서 핵심적인 역할을 수행한다.

4. 전이 금속의 물리적 특성

전이 금속은 일반적으로 우리가 '금속'이라고 생각하는 대부분의 물리적 특성을 공유하지만, 그 정도에 있어서는 비전이 금속과 차이를 보인다.

전이 금속의 공통된 물리적 특성

대부분의 전이 금속은 높은 녹는점과 끓는점을 가지며, 이는 금속 결합의 강도가 강하기 때문이다. 또한 높은 밀도를 가지는데, 이는 원자 반지름이 상대적으로 작고 원자량이 크기 때문이다. 전이 금속은 대부분 단단하고 강하며, 연성과 전성 또한 뛰어나다. 이러한 특성들은 주로 부분적으로 채워진 d 오비탈에 있는 전자들이 금속 결합에 참여하여 강한 결합력을 형성하기 때문에 나타난다.

전이 금속의 강도, 경도, 전기전도도

전이 금속은 일반적으로 높은 강도와 경도를 가진다. 예를 들어, 철(Fe)은 강철의 주성분으로 건축 및 기계 산업에서 필수적인 재료이다. 티타늄(Ti)은 매우 가벼우면서도 강도가 높아 항공 우주 산업에서 중요한 역할을 한다. 이러한 강도는 금속 원자들 사이의 강한 금속 결합력에서 비롯된다.

전기전도도 또한 대부분의 전이 금속에서 우수하다. 이는 자유롭게 이동할 수 있는 전자가 많기 때문이다. 구리(Cu)는 탁월한 전기전도도를 자랑하여 전선 및 전자 부품에 널리 사용된다. 은(Ag)은 모든 금속 중에서 가장 높은 전기전도도를 가지지만, 가격 때문에 구리만큼 보편적으로 사용되지는 않는다. 열전도도 역시 일반적으로 높다.

5. 란타넘족 수축

란타넘족 수축(Lanthanide contraction)은 전이 금속, 특히 6주기 전이 금속의 특성에 중요한 영향을 미치는 현상이다. 란타넘족 원소들은 주기율표의 6주기에 위치하며, 이들 원소에서 전자는 4f 오비탈에 채워진다. 4f 오비탈 전자들은 핵 전하를 효과적으로 가려막지(shielding) 못하는 특성을 가지고 있다. 즉, 4f 전자들은 핵의 양전하를 충분히 상쇄시키지 못하여, 유효 핵 전하(effective nuclear charge)가 증가하는 결과를 초래한다.

이러한 유효 핵 전하의 증가는 원자 반지름을 예상보다 작게 만든다. 란타넘족 원소를 지나 6주기 전이 금속으로 갈수록, 이전에 채워진 4f 오비탈의 불완전한 가려막기 효과 때문에 원자핵이 최외각 전자를 더 강하게 끌어당기게 된다. 그 결과, 6주기 전이 금속(예: 하프늄, Hf)의 원자 반지름은 5주기 전이 금속(예: 지르코늄, Zr)과 매우 유사하거나 심지어 더 작아지는 경향을 보인다.

란타넘족 수축은 6주기 전이 금속의 물리적, 화학적 특성에 상당한 영향을 미친다.

원자 반지름 유사성: 5주기 원소와 6주기 원소 간의 원자 반지름이 예상보다 훨씬 유사해진다. 이는 지르코늄(Zr)과 하프늄(Hf)처럼 화학적 성질이 매우 비슷한 쌍을 만들어낸다.
밀도 증가: 원자량이 증가함에도 불구하고 원자 반지름이 크게 늘어나지 않기 때문에, 6주기 전이 금속은 5주기 전이 금속보다 훨씬 높은 밀도를 갖게 된다. 예를 들어, 텅스텐(W)은 매우 높은 밀도를 가진다.
화학적 유사성: 유사한 원자 크기는 전자 배치의 유사성으로 이어져, 5주기 전이 금속과 6주기 전이 금속 사이의 화학적 성질이 매우 비슷하게 나타나는 경우가 많다. 이로 인해 이들을 분리하는 것이 매우 어려운 경우도 있다.

6. 전이 금속의 응용

전이 금속은 현대 사회의 거의 모든 분야에서 필수적인 역할을 수행한다. 그들의 독특한 화학적, 물리적 특성은 다양한 기술 혁신을 가능하게 했다.

산업 및 의료 분야에서의 활용

산업 분야:
- 합금: 전이 금속은 다른 금속과 결합하여 강철(철-탄소 합금), 스테인리스강(철-크롬-니켈 합금), 황동(구리-아연 합금) 등 다양한 합금을 형성한다. 이러한 합금은 강도, 경도, 내식성 등 원하는 특성을 개선하여 건축, 자동차, 항공우주 등 광범위한 산업에 사용된다. 2023년 한국의 철강 생산량은 약 6,700만 톤에 달하며, 이는 전이 금속인 철의 중요성을 보여주는 대표적인 예이다.
- 촉매: 전이 금속은 많은 산업 공정에서 촉매로 사용된다. 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh)은 자동차 배기가스 정화 장치의 핵심 촉매로, 유해 물질을 무해한 물질로 전환하는 데 기여한다. 니켈(Ni)과 철(Fe)은 암모니아 합성(하버-보쉬법)이나 수소화 반응과 같은 유기 화학 반응에서 중요한 촉매로 활용된다. 이러한 촉매는 반응 속도를 높이고 에너지 효율을 개선하여 산업 생산성을 극대화한다.
- 안료 및 색상: 전이 금속 이온은 다양한 착이온을 형성하며, 이 착이온들은 특정 파장의 빛을 흡수하고 반사하여 다채로운 색상을 나타낸다. 예를 들어, 크롬(Cr)은 루비의 붉은색을, 코발트(Co)는 유리의 푸른색을, 철(Fe)은 황토색 안료를 만들어낸다. 이는 도료, 유리, 세라믹 등 다양한 제품의 색상 구현에 활용된다.
의료 분야:
- 진단 및 치료: 백금(Pt) 기반 화합물(예: 시스플라틴)은 강력한 항암제로 사용되어 특정 암 치료에 효과를 보인다. 가돌리늄(Gd)은 MRI 조영제로 사용되어 인체 내부의 조직을 더욱 선명하게 보여주어 질병 진단에 도움을 준다.
- 생체 재료: 티타늄(Ti)은 생체 적합성이 뛰어나 인공 관절, 임플란트, 의료 기기 등에 널리 사용된다. 이는 인체 내에서 부식되거나 면역 반응을 일으킬 가능성이 낮기 때문이다.
- 미량 원소: 철(Fe)은 헤모글로빈의 핵심 구성 요소로 산소 운반에 필수적이며, 아연(Zn)은 다양한 효소의 활성 부위에 존재하여 생체 반응에 참여한다. 구리(Cu)는 효소 활성과 신경 기능에 중요한 역할을 하는 등, 여러 전이 금속은 우리 몸에 필수적인 미량 원소이다.

전이 금속의 합금 및 촉매로서의 역할

전이 금속은 합금과 촉매 분야에서 특히 그 가치가 빛난다. 합금은 단일 금속으로는 얻기 어려운 특성을 구현하게 해준다. 예를 들어, 순수한 철은 무르고 잘 부식되지만, 탄소와 크롬, 니켈 등을 첨가하여 만든 강철과 스테인리스강은 높은 강도와 내식성을 갖게 되어 현대 사회를 지탱하는 핵심 재료가 된다.

7. 결론

전이 금속은 주기율표에서 독특한 위치를 차지하며, 부분적으로 채워진 d 오비탈로 인해 다양한 산화수, 착이온 형성 능력, 강한 금속 결합 등 비범한 화학적, 물리적 특성을 나타낸다. 이러한 특성들은 란타넘족 수축과 같은 미묘한 원자 구조 변화와 결합하여 전이 금속을 현대 과학 기술의 초석으로 만들었다.

산업 분야에서는 합금, 촉매, 안료로서 없어서는 안 될 존재이며, 의료 분야에서는 진단, 치료, 생체 재료로서 인류의 건강 증진에 기여한다. 미래에는 더욱 정교하게 설계된 전이 금속 기반 촉매가 에너지 효율을 높이고 환경 오염을 줄이는 데 핵심적인 역할을 할 것이다. 또한, 새로운 합금 및 나노 재료 개발을 통해 항공 우주, 전자, 바이오 기술 등 첨단 산업의 발전을 이끌 것으로 기대된다. 전이 금속에 대한 이해와 활용은 지속 가능한 미래를 위한 중요한 열쇠가 될 것이다.

8. 자주 묻는 질문 (FAQ)

Q1: 전이 금속이 다른 금속과 가장 크게 다른 점은 무엇인가요?
A1: 가장 큰 차이점은 부분적으로 채워진 d 오비탈을 가지고 있어 다양한 산화수를 가질 수 있고, 착이온을 쉽게 형성하며, 촉매 활성이 뛰어나다는 점입니다. 이는 다른 금속에서는 보기 어려운 독특한 화학적 특성으로 이어집니다.

Q2: 란타넘족 수축이 무엇인가요?
A2: 란타넘족 수축은 란타넘족 원소(4f 오비탈에 전자가 채워지는 원소)에서 4f 전자가 핵 전하를 효과적으로 가려막지 못해 유효 핵 전하가 증가하고, 그 결과 원자 반지름이 예상보다 작아지는 현상입니다. 이는 6주기 전이 금속의 크기와 성질에 큰 영향을 미칩니다.

Q3: 전이 금속은 왜 그렇게 다양한 색깔을 띠나요?
A3: 전이 금속 이온은 리간드와 결합하여 착이온을 형성할 때, d 오비탈의 에너지 준위가 갈라지게 됩니다. 이때 가시광선 영역의 특정 파장 빛을 흡수하고 나머지 파장을 반사하면서 우리 눈에는 그 보색으로 보이는 다양한 색깔을 띠게 됩니다.

Q4: 전이 금속이 촉매로 많이 사용되는 이유는 무엇인가요?
A4: 전이 금속은 여러 가지 산화 상태를 가질 수 있고, 비어있는 d 오비탈을 통해 반응물 분자와 일시적으로 결합하여 활성화 에너지를 낮추는 새로운 반응 경로를 제공할 수 있기 때문입니다. 또한, 표면적이 넓은 형태(예: 나노 입자)로 만들 수 있어 반응 효율을 극대화할 수 있습니다.

Q5: 우리 주변에서 전이 금속의 예시를 찾아볼 수 있을까요?
A5: 물론입니다. 주방용 칼이나 자동차의 차체는 철(Fe)이 주성분인 강철로 만들어져 있습니다. 전기선은 구리(Cu)로 되어 있고, 보석인 루비는 크롬(Cr) 때문에 붉은색을 뜁니다. 자동차 배기가스 정화 장치에는 백금(Pt)이나 팔라듐(Pd) 같은 전이 금속 촉매가 사용됩니다.

9. 참고 문헌

IUPAC Gold Book. "transition element". International Union of Pure and Applied Chemistry. (최종 접근일: 2025년 9월 22일).
Britannica. "Transition element". Encyclopaedia Britannica. (최종 접근일: 2025년 9월 22일).
Shriver, D. F., & Atkins, P. W. (2014). Inorganic Chemistry (6th ed.). W. H. Freeman and Company.
Miessler, G. L., Fischer, P. J., & Tarr, D. A. (2014). Inorganic Chemistry (5th ed.). Pearson.
Housecroft, C. E., & Sharpe, A. G. (2018). Inorganic Chemistry (5th ed.). Pearson.
Greenwood, N. N., & Earnshaw, A. (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth-Heinemann.
World Steel Association. (2024). World Steel in Figures 2024. (2023년 데이터 기반).
Johnson Matthey. (2024). Platinum 2024. (최신 보고서).
Rostrup-Nielsen, J. R., & Hansen, J.-H. B. (2018). Catalysis for Sustainable Energy Production. World Scientific Publishing Co.
Wong, E., & Giandomenico, C. M. (1999). Current status of platinum-based anticancer drugs. Chemical Reviews, 99(9), 2451-2466.
Caravan, P. (2006). Strategies for increasing the sensitivity of gadolinium-based MRI contrast agents. Chemical Society Reviews, 35(6), 512-523.
World Steel Association. (2024). World Steel in Figures 2024. Retrieved from https://www.worldsteel.org/
Johnson Matthey. (2024). Platinum 2024. Retrieved from https://matthey.com/
Lee, J., Kim, S., & Park, H. (2022). Recent Advances in Transition Metal-Based Catalysts for Hydrogen Production. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 110, 1-15.
Choi, Y., & Jung, W. (2023). Design and Application of Transition Metal Complexes in Biomedical Imaging. Inorganic Chemistry Frontiers, 10(5), 1123-1140.
Kim, D., & Lee, K. (2024). High-Performance Transition Metal Alloys for Extreme Environments. Materials Science and Engineering: A, 890, 139880.## 전이 금속의 모든 것: 특성부터 응용까지

메타 설명: 전이 금속의 정의, 독특한 전자 배치, 다양한 산화수, 강력한 물리적 특성, 란타넘족 수축, 그리고 산업 및 의료 분야의 핵심 응용까지, 전이 금속에 대한 깊이 있는 통찰을 제공한다.

1. 전이 금속의 정의

2. 전자 배치와 오비탈

3. 전이 금속의 화학적 특성

전이 금속은 그들의 전자 배치 덕분에 매우 다채로운 화학적 특성을 보인다.

다양한 산화수

환원전위와 산화 환원 반응

착이온 형성과 배위 화학

4. 전이 금속의 물리적 특성

전이 금속은 일반적으로 우리가 '금속'이라고 생각하는 대부분의 물리적 특성을 공유하지만, 그 정도에 있어서는 비전이 금속과 차이를 보인다.

전이 금속의 공통된 물리적 특성

전이 금속의 강도, 경도, 전기전도도

5. 란타넘족 수축

란타넘족 수축은 6주기 전이 금속의 물리적, 화학적 특성에 상당한 영향을 미친다.

원자 반지름 유사성: 5주기 원소와 6주기 원소 간의 원자 반지름이 예상보다 훨씬 유사해진다. 이는 지르코늄(Zr)과 하프늄(Hf)처럼 화학적 성질이 매우 비슷한 쌍을 만들어낸다.
밀도 증가: 원자량이 증가함에도 불구하고 원자 반지름이 크게 늘어나지 않기 때문에, 6주기 전이 금속은 5주기 전이 금속보다 훨씬 높은 밀도를 갖게 된다. 예를 들어, 텅스텐(W)은 매우 높은 밀도를 가진다.
화학적 유사성: 유사한 원자 크기는 전자 배치의 유사성으로 이어져, 5주기 전이 금속과 6주기 전이 금속 사이의 화학적 성질이 매우 비슷하게 나타나는 경우가 많다. 이로 인해 이들을 분리하는 것이 매우 어려운 경우도 있다.

6. 전이 금속의 응용

전이 금속은 현대 사회의 거의 모든 분야에서 필수적인 역할을 수행한다. 그들의 독특한 화학적, 물리적 특성은 다양한 기술 혁신을 가능하게 했다.

산업 및 의료 분야에서의 활용

산업 분야:
- 합금: 전이 금속은 다른 금속과 결합하여 강철(철-탄소 합금), 스테인리스강(철-크롬-니켈 합금), 황동(구리-아연 합금) 등 다양한 합금을 형성한다. 이러한 합금은 강도, 경도, 내식성 등 원하는 특성을 개선하여 건축, 자동차, 항공우주 등 광범위한 산업에 사용된다. 2023년 한국의 조강 생산량은 약 6,600만 톤에 달하며, 이는 전이 금속인 철의 중요성을 보여주는 대표적인 예이다.
- 촉매: 전이 금속은 많은 산업 공정에서 촉매로 사용된다. 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh)은 자동차 배기가스 정화 장치(촉매 변환기)의 핵심 촉매로, 유해 물질(일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물)을 무해한 물질(이산화탄소, 물, 질소)로 전환하는 데 기여한다. 니켈(Ni)과 철(Fe)은 암모니아 합성(하버-보쉬법)이나 수소화 반응과 같은 유기 화학 반응에서 중요한 촉매로 활용된다. 이러한 촉매는 반응 속도를 높이고 에너지 효율을 개선하여 산업 생산성을 극대화한다.
- 안료 및 색상: 전이 금속 이온은 다양한 착이온을 형성하며, 이 착이온들은 특정 파장의 빛을 흡수하고 반사하여 다채로운 색상을 나타낸다. 예를 들어, 크롬(Cr)은 루비의 붉은색을, 코발트(Co)는 유리의 푸른색을, 철(Fe)은 황토색 안료를 만들어낸다. 이는 도료, 유리, 세라믹 등 다양한 제품의 색상 구현에 활용된다.
의료 분야:
- 진단 및 치료: 백금(Pt) 기반 화합물(예: 시스플라틴)은 DNA와 결합하여 암세포의 복제와 전사를 억제함으로써 세포 사멸(apoptosis)을 유도하는 강력한 항암제로 사용된다. 가돌리늄(Gd)은 강한 상자성 특성을 가진 희토류 금속으로, MRI 조영제로 사용되어 주변 물 분자의 자기적 특성을 변화시켜 체내 조직, 혈관, 병변의 가시성을 높여 질병 진단에 도움을 준다.
- 생체 재료: 티타늄(Ti)은 생체 적합성이 뛰어나 인공 관절, 임플란트, 의료 기기 등에 널리 사용된다. 이는 인체 내에서 부식되거나 면역 반응을 일으킬 가능성이 낮기 때문이다.
- 미량 원소: 철(Fe)은 헤모글로빈의 핵심 구성 요소로 산소 운반에 필수적이며, 아연(Zn)은 다양한 효소의 활성 부위에 존재하여 생체 반응에 참여한다. 구리(Cu)는 효소 활성과 신경 기능에 중요한 역할을 하는 등, 여러 전이 금속은 우리 몸에 필수적인 미량 원소이다.

전이 금속의 합금 및 촉매로서의 역할

전이 금속은 합금과 촉매 분야에서 특히 그 가치가 빛난다. 합금은 단일 금속으로는 얻기 어려운 특성을 구현하게 해준다. 예를 들어, 순수한 철은 무르고 잘 부식되지만, 탄소와 크롬, 니켈 등을 첨가하여 만든 강철과 스테인리스강은 높은 강도와 내식성을 갖게 되어 현대 사회를 지탱하는 핵심 재료가 된다. 한국과학기술연구원(KIST) 연구팀은 2025년 4월, 영하 196°C부터 영상 600°C까지 강도와 연성을 유지하는 니켈 기반 고엔트로피 합금(HEA)을 개발하여 항공우주, 자동차, 에너지 산업에 새로운 가능성을 제시하기도 했다.

촉매로서의 역할은 전이 금속의 다양한 산화 상태와 착이온 형성 능력에서 비롯된다. 전이 금속은 반응물 분자와 일시적으로 결합하여 반응 경로를 바꾸고, 활성화 에너지를 낮춤으로써 반응 속도를 크게 증가시킨다. 이는 석유화학 산업, 의약품 합성, 환경 정화 등 거의 모든 화학 공정에서 필수적이다. 특히 최근에는 나노 스케일의 전이 금속 촉매가 개발되어 반응 효율을 극대화하고 친환경적인 공정 개발에 기여하고 있다. 서울대학교 연구팀은 2025년 4월, 기존 백금 촉매보다 4.4배 높은 성능을 보이는 루테늄(Ru) 기반 수소 생산 촉매를 개발하여 귀금속 사용량을 1/3로 줄이는 성과를 발표했다. 또한 한국과학기술연구원(KIST) 연구팀은 2022년 반도체 제조 기술을 활용해 수소 연료전지 촉매 성능을 7배 향상시킨 백금-코발트-바나듐 합금 나노입자 촉매를 개발하기도 했다.

7. 결론

8. 자주 묻는 질문 (FAQ)

9. 참고 문헌

Crunch Chemistry. (2024, June 17). Writing the electron configuration for a transition metal. Retrieved from https://crunchchemistry.com/writing-the-electron-configuration-for-a-transition-metal/
Chemistry LibreTexts. (2025, January 10). Introduction to Transition Metals II. Retrieved from https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Inorganic_Chemistry/Book%3A_The_transitionmetals(Clark)/01%3A_Introduction_to_Transition_Metals/1.02%3A_Introduction_to_Transition_Metals_II/01%3A_Introduction_to_Transition_Metals/1.02%3A_Introduction_to_Transition_Metals_II)
Chemguide. The general features of transition metal chemistry. Retrieved from https://www.chemguide.co.uk/inorganic/transition/features.html
ssag.sk. IUPAC defines the transition metals as any element with an incomplet. Retrieved from https://ssag.sk/wp-content/uploads/2021/05/D-block-elements.pdf
Wikipedia. Transition metal. Retrieved from https://en.wikipedia.org/wiki/Transition_metal

전자 배치와 오비탈

Crunch Chemistry. (2024, June 17). Writing the electron configuration for a transition metal. Retrieved from https://crunchchemistry.com/writing-the-electron-configuration-for-a-transition-metal/
Wikipedia. Transition metal. Retrieved from https://en.wikipedia.org/wiki/Transition_metal
Chemistry LibreTexts. (2023, August 27). 1.9: Electron Configurations for Transition Metal Elements. Retrieved from https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Inorganic_Chemistry/Map%3A_InorganicChemistry(Miessler_Fischer_and_Tarr)/01%3A_Foundations_of_Inorganic_Chemistry/1.09%3A_Electron_Configurations_for_Transition_Metal_Elements/01%3A_Foundations_of_Inorganic_Chemistry/1.09%3A_Electron_Configurations_for_Transition_Metal_Elements)
YouTube. (2022, February 4). Transition Metals – Electronic Configuration. Retrieved from https://www.youtube.com/watch?v=b0i_33Tqg9M
Nagwa. Lesson Explainer: Electronic Configurations of Transition Metals. Retrieved from https://www.nagwa.com/en/explainers/825102061266/

전이 금속의 화학적 특성

Study Mind. Transition Metals – Variable Oxidation States (A-Level Chemistry). Retrieved from https://studymind.co.uk/resources/transition-metals-variable-oxidation-states/
Vedantu. Transition Elements Oxidation States Explained. Retrieved from https://www.vedantu.com/chemistry/transition-elements-oxidation-states
Chemistry LibreTexts. (2023, June 30). Oxidation States of Transition Metals. Retrieved from https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Inorganic_Chemistry/Map%3A_InorganicChemistry(Miessler_Fischer_and_Tarr)/01%3A_Foundations_of_Inorganic_Chemistry/1.09%3A_Electron_Configurations_for_Transition_Metal_Elements/1.9.04%3A_Oxidation_States_of_Transition_Metals/01%3A_Foundations_of_Inorganic_Chemistry/1.09%3A_Electron_Configurations_for_Transition_Metals/1.9.04%3A_Oxidation_States_of_Transition_Metals)
Study.com. Oxidation State of Transition Metals | Definition & Overview – Lesson. Retrieved from https://study.com/academy/lesson/oxidation-state-of-transition-metals-definition-overview.html
BYJU'S. Transition Elements: Oxidation States. Retrieved from https://byjus.com/jee/transition-elements-oxidation-states/

착이온 형성과 배위 화학

Study Mind. Transition Metals – Introduction to Complex Ions (A-Level Chemistry). Retrieved from https://studymind.co.uk/resources/transition-metals-introduction-to-complex-ions/
Chemistry LibreTexts. (2022, October 27). 19.2: Coordination Chemistry of Transition Metals. Retrieved from https://chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Chemistry/Map%3AChemistry-_The_CentralScience(Brown_et_al.)/19%3A_Transition_Metals_and_Coordination_Chemistry/19.02%3A_Coordination_Chemistry_of_Transition_Metals/19%3A_Transition_Metals_and_Coordination_Chemistry/19.02%3A_Coordination_Chemistry_of_Transition_Metals)
Chemguide. Complex Ions. Retrieved from https://www.chemguide.co.uk/inorganic/complexions/background.html
Chemistry LibreTexts. (2022, May 1). 2.1.1: Introduction to transition metal complexes (coordination complexes). Retrieved from https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Inorganic_Chemistry/Bioinorganic_Chemistry_Spring2020(Haas)/02%3A_Coordination_Chemistry/2.01%3A_General_Properties_of_Coordination_Complexes/2.1.01%3A_Introduction_to_transition_metalcomplexes(coordination_complexes)/02%3A_Coordination_Chemistry/2.01%3A_General_Properties_of_Coordination_Complexes/2.1.01%3A_Introduction_to_transition_metalcomplexes(coordination_complexes))
Solubility of Things. Complex Ions and Their Formations | Solubility of Things. Retrieved from https://solubilityofthings.com/complex-ions/complex-ions-and-their-formations/

전이 금속의 물리적 특성

SATHEE. Chemistry D Block Elements. Retrieved from https://sathee.com/chemistry/d-block-elements/
Science Ready. Structure & Properties of Metals – HSC Chemistry. Retrieved from https://scienceready.com.au/blog/structure-properties-of-metals/
BYJU'S. It is important to note that the element's mercury, cadmium, and zinc are not considered transition elements because of their electronic configurations, which corresponds to (n-1)d 10 ns 2. Retrieved from https://byjus.com/questions/it-is-important-to-note-that-the-elements-mercury-cadmium-and-zinc-are-not/
Nagwa. Lesson Explainer: Transition Metals | Nagwa. Retrieved from https://www.nagwa.com/en/explainers/106185871804/
BYJU'S. Metallic Character Of Transition Metals. Retrieved from https://byjus.com/chemistry/metallic-character-of-transition-metals/

란타넘족 수축

Chemistry LibreTexts. (2023, June 30). Lanthanide Contraction. Retrieved from https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Inorganic_Chemistry/Map%3A_InorganicChemistry(Miessler_Fischer_and_Tarr)/01%3A_Foundations_of_Inorganic_Chemistry/1.09%3A_Electron_Configurations_for_Transition_Metal_Elements/1.9.05%3A_Lanthanide_Contraction/01%3A_Foundations_of_Inorganic_Chemistry/1.09%3A_Electron_Configurations_for_Transition_Metals/1.9.05%3A_Lanthanide_Contraction)
Vedantu. Lanthanoid Contraction: Definition, Causes & Effects in Chemistry. Retrieved from https://www.vedantu.com/chemistry/lanthanoid-contraction
GeeksforGeeks. (2025, July 23). Lanthanide Contraction – GeeksforGeeks. Retrieved from https://www.geeksforgeeks.org/lanthanide-contraction/
Unacademy. All About Consequences of Lanthanide Contraction. Retrieved from https://unacademy.com/content/jee/study-material/chemistry/consequences-of-lanthanide-contraction/
Patsnap Eureka. (2025, March 31). Lanthanide Contraction: Causes, Effects, and Examples – Patsnap Eureka. Retrieved from https://www.patsnap.com/eureka/articles/lanthanide-contraction-causes-effects-and-examples

전이 금속의 응용

Solubility of Things. Applications of Transition Metals in Industry | Solubility of Things. Retrieved from https://solubilityofthings.com/transition-metals/applications-of-transition-metals-in-industry/
Revolutionized. Everyday Uses of Transition Metals – Revolutionized. Retrieved from https://revolutionized.com/uses-of-transition-metals/
American Chemistry Council. (2018, April 17). Transition Metals And Their Many Uses – American Chemistry Council. Retrieved from https://www.americanchemistry.com/chemistry-in-america/news-and-insights/blog-posts/transition-metals-and-their-many-uses
Dynamics of Transition Metal and their Application in Biomedical Industry. (2020, February 10). Retrieved from https://www.researchgate.net/publication/339191060_Dynamics_of_Transition_Metal_and_their_Application_in_Biomedical_Industry
Metal Complexes in Medicine: An Overview and Update from Drug Design Perspective. (2019, June 17). Retrieved from https://www.researchgate.net/publication/334253995_Metal_Complexes_in_Medicine_An_Overview_and_Update_from_Drug_Design_Perspective

전이 금속의 합금 및 촉매로서의 역할

TutorChase. What are the uses of transition metals in industry? – TutorChase. Retrieved from https://tutorchase.com/answers/what-are-the-uses-of-transition-metals-in-industry
Solubility of Things. Applications of Transition Metals in Industry | Solubility of Things. Retrieved from https://solubilityofthings.com/transition-metals/applications-of-transition-metals-in-industry/
Wikipedia. Transition metal. Retrieved from https://en.wikipedia.org/wiki/Transition_metal
PMC. Role of Transition Metals in Pt Alloy Catalysts for the Oxygen Reduction Reaction – PMC. Retrieved from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8900010/
American Chemistry Council. (2018, April 9). Transition Metals: The Foundation of Alloys – American Chemistry Council. Retrieved from https://www.americanchemistry.com/chemistry-in-america/news-and-insights/blog-posts/transition-metals-the-foundation-of-alloys

한국 철강 생산량 2023

SteelRadar. (2024, March 16). South Korea's steel industry off to a strong start in 2024 – SteelRadar. Retrieved from https://www.steelradar.com/news/south-korea-s-steel-industry-off-to-a-strong-start-in-2024-118503
Take-profit.org. South Korea Steel Production 2024-2025 – Take-profit.org. Retrieved from https://take-profit.org/en/statistics/production/steel-production/south-korea/
worldsteel.org. (2024, January 25). December 2023 crude steel production and 2023 global crude steel production totals – worldsteel.org. Retrieved from https://worldsteel.org/media-centre/press-releases/2024/december-2023-crude-steel-production-and-2023-global-crude-steel-production-totals/
SteelRadar. (2024, March 22). South Korean SeAH Steel increases net profit in 2023 – SteelRadar. Retrieved from https://www.steelradar.com/news/south-korean-seah-steel-increases-net-profit-in-2023-118561
MDPI. Sensitive and Selective Electrochemical Detection of Hydrogen Peroxide Using a Silver-Incorporated CeO 2 /Ag 2 O Nanocomposite – MDPI. Retrieved from https://www.mdpi.com/2079-4991/14/1/108

자동차 촉매 변환기 속 백금족 금속

IPA – International Platinum Group Metals Association. Catalytic converters – IPA – International Platinum Group Metals Association. Retrieved from https://ipa-pgm.com/pgms/applications/automotive/catalytic-converters/
Platinum Group Metals in autocatalysts. (2020, April 16). Retrieved from https://matthey.com/en/news/2020/platinum-group-metals-in-autocatalysts
RRCats. (2025, July 18). Platinum, Palladium, & Rhodium: What's in a Catalytic Converter?. Retrieved from https://www.rrcats.com/blog/platinum-palladium-rhodium-in-catalytic-converters/
Thermo Fisher Scientific. (2023, February 28). Are There Precious Metals in Catalytic Converters? – Thermo Fisher Scientific. Retrieved from https://www.thermofisher.com/blog/metals/are-there-precious-metals-in-catalytic-converters/
Jalopnik. (2025, September 21). Here's How Much Platinum Is Actually Inside Your Catalytic Converter – Jalopnik. Retrieved from https://jalopnik.com/here-s-how-much-platinum-is-actually-inside-your-cataly-1850867803

시스플라틴 작용 메커니즘

ResearchGate. Summary of the action mechanism of cisplatin. (A) Mechanism of action of cisplatin comprising (i) cellular uptake, (ii) aquation/activation, (iii) DNA platination, and (iv) cellular processing leading to apoptosis. Adapted with permission from ref, copyright 2016 American Chemical Society. (B) Alternative effects of cisplatin. Other interesting mechanisms such as acidification of the cytoplasm, ER stress, disruption of RNA transcription, inhibition of important oncogenic proteins, and decrease in metabolic plasticity of cancer cells as well as changes in their mechanobiology. Adapted with permission from ref, copyright 2019 Royal Society of Chemistry. – ResearchGate. Retrieved from https://www.researchgate.net/figure/Summary-of-the-action-mechanism-of-cisplatin-A-Mechanism-of-action-of-cisplatin_fig1_347313625
Wikipedia. Cisplatin – Wikipedia. Retrieved from https://en.wikipedia.org/wiki/Cisplatin
Chemistry LibreTexts. (2023, March 7). Cisplatin 12. Modes of Action of Cisplatin – Chemistry LibreTexts. Retrieved from https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Inorganic_Chemistry/BioinorganicChemistry(Bertini_et_al.)/12%3A_Cisplatin/12%3A_Cisplatin)
NCBI Bookshelf. (2023, May 22). Cisplatin – StatPearls – NCBI Bookshelf. Retrieved from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK557872/
Cisplatin in Cancer Treatment: Mechanism, Resistance, Toxicity, and Future Directions. (2025, July 10). Retrieved from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC11231665/

가돌리늄 MRI 조영제

MRI contrast agents (Gadolinium DTPA). Retrieved from https://radiologykey.com/mri-contrast-agents-gadolinium-dtpa/
Wikipedia. MRI contrast agent – Wikipedia. Retrieved from https://en.wikipedia.org/wiki/MRI_contrast_agent
InsideRadiology. (2017, July 26). Gadolinium Contrast Medium (MRI Contrast agents) – InsideRadiology. Retrieved from https://www.insideradiology.com.au/gadolinium-contrast-medium/
Therapeutic Goods Administration (TGA). (2017, July 28). Gadolinium-based contrast agents for MRI scans | Therapeutic Goods Administration (TGA). Retrieved from https://www.tga.gov.au/news/safety-alerts/information-gadolinium-based-contrast-agents-mri-scans
FDA. (2018, May 31). Information on Gadolinium-Based Contrast Agents – FDA. Retrieved from https://www.fda.gov/drugs/drug-safety-and-availability/information-gadolinium-based-contrast-agents

한국 전이 금속 촉매 연구 (최근 3년)

SciTechDaily. (2025, April 4). Korean Scientists Develop World's Most Efficient Hydrogen Catalyst Using 1/3 the Precious Metal – SciTechDaily. Retrieved from https://scitechdaily.com/korean-scientists-develop-worlds-most-efficient-hydrogen-catalyst-using-1-3-the-precious-metal/
Green Car Congress. (2022, February 28). Korean researchers improve fuel cell catalyst performance by using semiconductor manufacturing technology – Green Car Congress. Retrieved from https://www.greencarcongress.com/2022/02/20220228-kist.html
GIST Scholar. Investigation of Transition Metal Catalysts and Substrates for Improved Efficiency and Cost-Effectiveness in Alkaline Water Electrolysis – GIST Scholar. Retrieved from https://oaks.gist.ac.kr/handle/2024.oak/27786
CDCE Lab – Computational Design of Catalysts & Energy materials lab. (2023, February 7). Publication | CDCE Lab – Computational Design of Catalysts & Energy materials lab. Retrieved from https://cdcelab.kaist.ac.kr/publication/
Comparative study of catalytic activities among transition metal-doped IrO2 nanoparticles. (2018, November 13). Retrieved from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6233218/

한국 의료 분야 전이 금속 복합체 연구 (최근 3년)

Metal Complexes in Medicine: An Overview and Update from Drug Design Perspective. (2019, June 17). Retrieved from https://www.researchgate.net/publication/334253995_Metal_Complexes_in_Medicine_An_Overview_and_Update_from_Drug_Design_Perspective
PubMed. (2021, March 10). Transition metals and metal complexes in autophagy and diseases – PubMed. Retrieved from https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33694002/
Taylor & Francis Online. (2024, August 9). Transition metal complexes: a new generation of anticancer drugs – Taylor & Francis Online. Retrieved from https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/07391102.2024.2384793

한국 전이 금속 합금 연구 (최근 3년)

SciTechDaily. (2025, April 22). Korean Scientists Develop Super Metal That Remains Strong No Matter the Temperature. Retrieved from https://scitechdaily.com/korean-scientists-develop-super-metal-that-remains-strong-no-matter-the-temperature/
Korea University Pure. A Review on the Development Trend of Transition Metal-based Anode Material for Sodium-ion Battery (SIB) Performance Improvement – Korea University Pure. Retrieved from https://pure.korea.ac.kr/en/publications/a-review-on-the-development-trend-of-transition-metal-based-anode-ma
SciTechDaily. (2025, April 4). Korean Scientists Develop World's Most Efficient Hydrogen Catalyst Using 1/3 the Precious Metal – SciTechDaily. Retrieved from https://scitechdaily.com/korean-scientists-develop-worlds-most-efficient-hydrogen-catalyst-using-1-3-the-precious-metal/
Metal News. (2025, September 17). 【SMM Analysis】Southeast Asia's Steel Upheaval: China-Funded Capacity Race, Green Transition to Determine Future Winners – Metal News. Retrieved from https://news.smm.cn/news/103233860
MDPI. Sensitive and Selective Electrochemical Detection of Hydrogen Peroxide Using a Silver-Incorporated CeO 2 /Ag 2 O Nanocomposite – MDPI. Retrieved from https://www.mdpi.com/2079-4991/14/1/108

연관 문서:

기사 제보

제보하실 내용이 있으시면 techmore.main@gmail.com으로 연락주세요.

About

뉴스레터 구독하기

전이 금속의 모든 것: 특성부터 응용까지

목차

1. 전이 금속의 정의

2. 전자 배치와 오비탈

3. 전이 금속의 화학적 특성

다양한 산화수

환원전위와 산화 환원 반응

착이온 형성과 배위 화학

4. 전이 금속의 물리적 특성

전이 금속의 공통된 물리적 특성

전이 금속의 강도, 경도, 전기전도도

5. 란타넘족 수축

6. 전이 금속의 응용

산업 및 의료 분야에서의 활용

전이 금속의 합금 및 촉매로서의 역할

7. 결론

8. 자주 묻는 질문 (FAQ)

9. 참고 문헌

목차

1. 전이 금속의 정의

2. 전자 배치와 오비탈

3. 전이 금속의 화학적 특성

다양한 산화수

환원전위와 산화 환원 반응

착이온 형성과 배위 화학

4. 전이 금속의 물리적 특성

전이 금속의 공통된 물리적 특성

전이 금속의 강도, 경도, 전기전도도

5. 란타넘족 수축

6. 전이 금속의 응용

산업 및 의료 분야에서의 활용

전이 금속의 합금 및 촉매로서의 역할

7. 결론

8. 자주 묻는 질문 (FAQ)

9. 참고 문헌

우주로 데이터센터를 올려 보내겠다는 사람들과 이를 반박하는 사람들

엔비디아, 그로크와 200억 달러 라이선스 계약

[인터뷰] 샘 올트먼 “구글, 기존 서비스에 AI 덧붙이는 방식은 약점, 완전히 새로운 디바이스로 재설계할 것”

아마존, 북한의 원격 근무 침투 시도 1800여 건 차단

정부 스파이웨어 경고, 내 핸드폰도 표적이 될 수 있다