펜타카보닐 철
화학식: Fe(CO)₅
분자량: 195.93 g·mol⁻¹
분자구조: 삼중축대칭(trigonal bipyramidal) 구조로, 철(Fe) 중심에 두 개의 축(기저축)과 세 개의 평면축에 각각 일산화탄소(CO) 리간드가 결합한다.
물리·화학적 특성
- 상태: 무색의 액체 (상온·표압)
- 밀도: 1.112 g·cm⁻³ (20 °C)
- 끓는점: 103 °C (198 °C 이하에서 분해)
- 용해도: 비극성 유기용매(예: 벤젠, 톨루엔, 헥산)에 잘 녹으며, 물에는 거의 용해되지 않는다.
- 안정성: 공기 중에서 서서히 분해하여 이산화탄소와 철산화물을 생성한다. 가열하면 CO와 Fe를 방출하며, 폭발성 위험이 있다.
주요 합성 방법
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직접 탄소일산화법
- 고순도 철을 고온(≈200 °C)에서 일산화탄소와 반응시켜 Fe(CO)₅를 형성한다.
- 반응식: Fe + 5 CO → Fe(CO)₅
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전해법
- 철(III) 염용액에 일산화탄소를 주입하고 전류를 흘려 금속-일산화탄소 복합체를 얻는다.
용도 및 응용 분야
- 전구·형광등: 기체 방전조명에서 Fe(CO)₅는 금속 증착 전구체로 사용된다.
- 유기합성: 탄소일산화물 전구체로서 저온에서의 미세 금속 입자 합성에 활용된다.
- 재료공학: 나노입자, 촉매, 금속-유기 프레임(MOF) 전구체 등으로 연구가 진행 중이다.
안전·보건 정보
- 독성: 흡입 시 호흡기 자극 및 중추신경계 억제 효과가 보고되었으며, 급성 독성은 LD₅₀(쥐, 경구) ≈ 470 mg·kg⁻¹이다.
- 취급 주의: 밀폐된 작업환경에서 최소한의 환기와 개인 보호구(방독면, 보호장갑, 안경) 착용이 필수이다.
- 화재·폭발 위험: 가연성 및 폭발성 가스이므로, 열원 및 불꽃 근처에서 사용을 금한다.
참고 문헌·출처
- G. A. R. Barker, Iron Pentacarbonyl, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2021.
- J. C. K. Chu, Organometallic Chemistry of Transition Metals, John Wiley & Sons, 2019.
- 한국화학연구원 물질안전보건 데이터베이스 (MSDS)
본 내용은 공개된 과학·기술 문헌에 근거한 객관적 정보이며, 확인되지 않은 추측은 포함하지 않았다.
