백금

10족 원소인 백금은 루테늄, 로듐, 팔라듐 등의 백금족 금속과 합금 상태로 산출되며 높은 밀도, 녹는점, 끓는점을 가진다. 약 2000년 전 출토된 남미의 가공품에서 백금 유물이 발견될 정도로 오래 전부터 사용되었다. 금보다 단단하고 비소에 용융된 '백색 금'에서 우리말 원소 이름 백금이 유래된 것으로 추정되지만, 영어 이름 'Platinum'은 ‘작은 은’이라는 스페인어에서 왔다. 금이나 은과 같이 아름답고 부식이 되지 않지만 지각에 매우 희귀하게 매장되어 있는 귀금속이다. 촉매 전환기와 질산 제조에 백금 촉매가 쓰이며, 백금은 전기 화학 반응의 전극 및 치과 보철 재료 등에도 널리 사용된다. 특이하게도 시스 이성질체의 백금 배위 화합물이 항암제로 쓰인다.

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백금 유물은 기원전 20세기 남아메리카와 기원전 7세기 이집트에서 가공품과 장식함의 형태로 출토되었으나, 1748년에 이르러서야 스페인의 군인이자 천문학자인 데울로아(A. de Ulloa)에 의해 처음으로 백금 금속이 발견되었다. 콜럼비아에서 가져 온 백금을 포함하는 시료를 관찰한 영국의 브라운리그(W. Brownrigg)도 이 물질의 녹는 점이 특이하게 높다는 사실을 파악하고 1751년 학회에 보고했다고 한다.

1772년에 독일의 지킨켄(C. von Sickingen)은 니켈과 구리 제련에서의 부산물인 양극 전물(anodic slime)에서 불순물을 제거하고, 다양한 처리를 통해 금을 침전시키고 남은 용액에 염화 암모늄을 가해 얻은 육염화백금산 암모늄((NH₄)₂[PtCl₆])을 높은 온도로 가열하여 불순한 상태의 백금 도가니를 최초로 제조하였다. 순수한 백금의 분리는 분말 야금법과 강한 가열 방법을 사용한 프랑스의 샤바뉴(P. F. Chabaneau)에 의해 1786년에 이루어졌다.

운석이나 달에서 채취한 암석에는 지구에서 채취한 것보다 높은 농도의 백금이 들어 있으며, 지구와 유성이 충돌한 자리에도 경제적으로 가치가 있는 백금이 존재한다. 쿠퍼라이트(cooperate, PtS)와 스페릴라이트(sperrylite, PtAs₂) 광석에 존재하며, 남아메리카 공화국의 화성암 층인 메렌스키 리프(Merensky Reef)에 전 세계 3/4의 백금이 매장되어 있지만 러시아, 캐나다, 짐바브웨도 생산한다.

중남미를 정복한 스페인은 금이나 은에만 관심을 가지고, 그들이 처음으로 발견하였지만 가공하기 힘들었던 백금은 관심 밖이었다. IUPAC 원소 이름 ‘Platinum’은 ‘작은 은’을 뜻하는 스페인어 ‘platina’와 금속을 나타내는 접미어를 합하여 명명되었으며, 원소 기호는 ‘Pt’이다.

연금술사(alchemist)도 은과 금을 합친 기호로 백금을 나타내었으며, 비소에 용융된 흰색의 금속을 발견한 스웨덴의 세퍼(H. T. Scheffer)가 이 물질이 금보다 단단하며 동시에 내부식성이 있어 백색 금(white gold)이라고 불렀던 것에서 우리말 백금이 왔다고 추정한다.¹⁾

원자 번호 78번 백금은 ¹⁹⁰Pt(0.012%), ¹⁹²Pt(0.782%), ¹⁹⁴Pt(32.86%), ¹⁹⁵Pt(33.78%), ¹⁹⁶Pt(25.21%), ¹⁹⁸Pt(7.36%)의 6가지 천연 동위원소와 질량수 166~202의 31가지 인공 동위원소가 존재한다. 상자성(paramagnetic)의 자기적 성질을 가지는 10족 원소로서, 밀도는 고체 상태에서는 21.45 g/cm³이나 액체 상태에서는 19.77 g/cm³이고, 녹는점은 1768 °C, 끓는점은 3825 °C이다. -3~+6의 산화 상태를 가지나 주로 +2와 +4 상태로 존재한다. 백금은 플루오린과 500 °C에서 격렬히 반응하여 테트라플루오린화 백금(PtF₄)을 내놓는다. 백금은 공기 중에서는 쉽게 산화하지 않고, 산에도 녹지 않으나, 뜨거운 왕수와 알칼리에는 녹는다.

귀금속인 금에 비해 열팽창계수(thermal expansion coefficient)가 낮아 보석의 세팅에 사용된다. 자동차의 배기 가스 정화 장치인 촉매 전환기(catalytic converter)에 백금이나 팔라듐과 같은 백금족 금속(platinum group metals)을 혼합하여 초기에 사용하였는데, 오늘날 대부분의 가솔린 내연 기관에서는 상대적으로 싼 팔라듐만을, 디젤의 경우에는 반 정도 백금을 팔라듐에 섞어서 전환기로 사용한다. 질산 제조에 중요한 위치를 차지하는 오스트발트 공정(Ostwalt process)에 백금 촉매가 쓰인다. 전기 화학 반응에서 전극으로 많이 사용되며, 아울러 인공심장 박동기, 내부식성 합금제, 치과 보철 재료 등에 쓰인다. 백금염에 단기간 노출되면 눈, 코, 목 등이 가려운 정도지만, 장기간 노출되면 호흡과 피부에 알레르기 반응을 일으킬 수 있다.

1964년 미국의 로젠버그(B. Rosenberg)는 두 개의 백금 전극 사이에 흐르는 전류가 박테리아의 성장에 어떤 영향을 주는가를 조사하였다. 놀랍게도 그러한 전기장이 박테리아의 세포 분열을 멈추게 한다는 사실을 발견하고, 박테리아에서 추출한 백금 화합물 중 특히 평면 사각(square planar) 구조를 가지며 시스 이성질체(cis-isomer)인 시스플라틴(cisplatin, cis-Pt(NH₃)₂Cl₂)이 가장 효과적으로 세포 분열을 억제한다는 것을 알게 되었다. 비록 구토를 일으키고, 신장에 손상을 주고, 식욕 감퇴, 탈모 증상, 전해질 이상 및 혈구 수 감소 등의 부작용이 있지만, 고환암, 방광암, 전립선암, 폐암, 식도암, 위암, 림프종, 골수종 등의 치료제로 사용된 최초의 배위 금속 화합물(coordination compounds) 항암제(anticancer drug)이 탄생한 것이다.

지금까지 알려진 항암 메커니즘은 시스플라틴의 두 개의 염화 기가 암이 발생한 DNA의 두 염기 구아닌(guanine)의 질소에 의해 치환되면 시스플라틴과 DNA가 교차 결합(cross linking)이 일어나 그 결합 자리가 구부러지기에, 그러한 변형된 구조가 암의 세포 분열을 막는 것으로 이해된다. 시스플라틴의 항암 효과가 알려진 후 유사한 구조를 가지는 카보플라틴(carboplatin)과 옥살리플라틴(oxaliplatin) 등의 시스 이성질체의 백금 배위 화합물도 합성되어 항암제로 사용되고 있다.

백금을 포함하는 배위 금속 화합물 ()

1. Retrieved on 2017-07-06.