5족: 바나듐족
5족은 바나듐, 나이오븀, 탄탈럼과 인공 원소인 더브늄으로 이루어져 있습니다. 이들은 단단하고 녹는점이 높은 금속이며, 최고 산화 상태는 +5로 각 원자가 비활성 기체 껍질 바깥에 가진 전자 5개와 일치합니다.
껍질 바깥의 전자 다섯
바나듐은 [Ar] 3d³ 4s², 탄탈럼은 [Xe] 4f¹⁴ 5d³ 6s²로, d 전자 3개와 s 전자 2개를 가집니다. 나이오븀은 이를 [Kr] 4d⁴ 5s¹로 재배열하며, 단순한 채움 순서를 따르지 않는 여러 원소 중 하나이지만 여전히 쓸 수 있는 전자는 5개입니다. 탄탈럼은 Ta₂O₅처럼 거의 +5로만 나타나고, 나이오븀은 +5와 +3 화합물을 만듭니다.
바나듐은 가장 다재다능한 구성원으로, 흔한 산화 상태가 +2, +3, +4, +5입니다. 각 상태는 용액에서 고유한 색을 띱니다. +5는 노란색, +4는 파란색, +3은 초록색, +2는 보라색이어서, 바나듐 용액을 단계적으로 환원하면 작은 무지개를 거치게 됩니다.
족을 따라 내려가며 나타나는 경향
녹는점과 밀도는 꾸준히 증가합니다. 바나듐은 2183 K, 나이오븀은 2750 K, 탄탈럼은 3290 K에서 녹고, 밀도는 6 g/cm³에서 8.57 g/cm³, 다시 16.69 g/cm³로 커집니다. 전기 음성도는 1.63, 1.6, 1.5로 거의 변하지 않습니다.
4족과 마찬가지로 란타넘족 때문에 6주기 원자는 바로 위 원자와 크기가 거의 같아서, 나이오븀과 탄탈럼은 같은 광석에서 함께 나오며 분리하기 어렵습니다. 어울리게도 탄탈럼은 그리스 신화의 탄탈로스에서, 나이오븀은 그의 딸 니오베에서 이름을 땄습니다.
5족을 만나는 곳
소량의 바나듐은 강철을 더 질기게 만들며, 바나듐강은 공구, 용수철, 포드 모델 T에 쓰였습니다. 대형 바나듐 흐름 전지는 풍력과 태양광 발전소의 전기를 저장합니다. 액체 헬륨으로 냉각한 나이오븀-타이타늄 선은 MRI 스캐너와 입자 가속기의 자석에서 초전도체가 됩니다. 탄탈럼은 휴대폰과 노트북에 들어가는 작고 믿을 만한 축전기를 만들며, 몸이 잘 받아들이기 때문에 임플란트에도 쓰입니다.
더브늄
러시아의 연구 도시 두브나의 이름을 딴 더브늄(105)은 한 번에 몇 개의 원자만 만들어졌습니다. 단일 원자 실험은 더브늄이 더 무거운 나이오븀이나 탄탈럼처럼 행동함을 시사하지만, 덩어리 상태의 성질은 측정된 적이 없습니다.
5족: 족을 따라 내려갈 때의 성질
열 제목을 누르면 정렬돼요.
| 23 | 바나듐 | V | 2 | +2, +3, +4, +5 | 1.63 | 179 | 2,183 K (1,909.8 °C) | 6 g/cm³ |
| 41 | 나이오븀 | Nb | 1 | +3, +5 | 1.6 | 207 | 2,750 K (2,476.8 °C) | 8.57 g/cm³ |
| 73 | 탄탈럼 | Ta | 2 | +5 | 1.5 | 217 | 3,290 K (3,016.8 °C) | 16.69 g/cm³ |
| 105 | 더브늄 | Db | 2 | +3, +4, +5 | — | — | — | — |