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 카드뮴(Cadmium)은 원자 번호 48번의 화학 원소입니다. 1817년 탄산아연의 성질을 연구하던 프리드리히 스트로마이어가 발견했습니다. 그는 자신이 작업하고 있던 샘플이 가열되면 노란색을 띠는 것을 발견했고, 이를 새로운 원소로 인식했습니다. 카드뮴(Cadmium)은 아연 광석을 지칭하는 데 사용되는 라틴어 "cadmia"의 이름을 따서 명명되었습니다. 처음에는 안료에 사용되었으며 다른 금속을 부식으로부터 보호하기 위한 코팅제로 사용되었으나 20세기에 배터리, 원자로 및 많은 전자 장치의 구성 요소로 효과적인 재료로 사용되면서 널리 사용되었습니다.

카드뮴(Cadmium)은 또한 일부 산업에서 플라스틱의 안료 및 안정제로 사용되어 독성으로 인해 환경 및 건강 문제를 야기했습니다. 그 결과 사용 및 노출을 제한하기 위한 규정이 마련되었습니다. 오늘날 카드뮴(Cadmium)은 여전히 ​​일부 응용 분야에서 사용되고 있지만 보다 안전한 대체 물질로 대체하려는 노력이 이루어지고 있습니다. 독성에도 불구하고 카드뮴(Cadmium)은 역사적으로 많은 기술과 산업의 발전에 중요한 역할을 해오고 있습니다.

 카드뮴(Cadmium)은 주기율표의 12족에 위치한 원소입니다. 녹는점과 끓는점이 상대적으로 낮은 부드러운 청백색 금속이며, 상대적으로 밀도가 높고 연성과 가단성이 있습니다. 카드뮴(Cadmium)은 공기 중에서 변색되는 반응성 금속이며 산 및 알칼리와 반응합니다. 카드뮴(Cadmium)은 흡입하거나 섭취할 때 폐, 신장 및 기타 장기에 손상을 줄 수 있습니다. 이로 인한 독성으로 인해 많은 국가에서 사용이 규제되고 있으며 더 안전한 대안을 찾기 위해 노력하고 있습니다. 카드뮴(Cadmium)은 또한 지각에서 약 0.1-0.5ppm의 농도를 가진 희귀 원소입니다.

1. 배터리: 카드뮴 배터리는 카드뮴(Cd)을 음극으로 사용하는 충전식 배터리입니다. 일반적으로 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 배터리라고도 불리며, 다른 충전식 배터리와 비교했을 때 낮은 비용과 높은 방전 효율성 등의 장점이 있습니다. 카드뮴 배터리는 반복적으로 충전과 방전을 반복하여 사용할 수 있으며, 일반적으로 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 배터리는 수명이 길지 않아 지속적인 교체가 필요하지만, 최근에는 리튬 이온(Li-ion) 배터리와 같은 다른 충전식 배터리가 더 많이 사용되고 있습니다.

2. 안료: 카드뮴(Cadmium)은 황색 또는 붉은 색소로 사용되는 금속 원소 중 하나입니다. 카드뮴(Cadmium) 안료는 높은 색상 안정성과 높은 발색력으로 인해 많이 사용되며 주로 미술, 도자기, 유리, 제품 색칠 등에 사용됩니다.

3. 코팅: 카드뮴 코팅(Cadmium plating)은 카드뮴 금속으로 물체의 표면을 코팅하는 과정을 말합니다. 카드뮴 코팅은 고강도 금속 부품의 내식성을 향상시키고 부식 및 마찰을 방지하는 등의 기능을 제공합니다. 카드뮴 코팅(Cadmium plating)은 항공, 군사, 자동차, 기계 등의 분야에서 많이 사용되었습니다.

4. 원자로: 카드뮴은 핵분열 반응을 조절하기 위한 중성자 흡수제로 널리 사용되는 물질 중 하나입니다. 카드뮴의 동위원소인 카드뮴-113은 특히 중성자를 매우 잘 흡수하므로, 원자로에서 중성자 흡수제로 많이 사용됩니다. 카드뮴 원자로는 원자로 내부에 카드뮴 막으로 된 카드뮴 삽입물이 존재하여, 중성자의 속도와 에너지를 조절하는 역할을 합니다. 이러한 카드뮴 막은 중성자가 충돌할 때 에너지를 흡수하여 에너지를 조절하고, 반응이 너무 빨리 일어나는 것을 방지합니다. 이를 통해 카드뮴 원자로는 핵분열 반응의 안정성과 효율성을 높일 수 있습니다.

5. 반도체 : 카드뮴 반도체는 고전도성을 갖는 n형 반도체 소재입니다. 카드뮴 반도체의 전기적 특성은 카드뮴 결정의 순도와 결정 내부의 결함 수준에 크게 영향을 받습니다. 결정의 순도와 결함 수준은 반도체의 전기적 특성인 전도도, 캐리어 농도, 이동도 등을 결정합니다. 카드뮴 반도체는 특히 광전 변환기 분야에서 널리 사용됩니다. 광전 변환기는 빛을 전기 신호로 변환해주는 역할을 하는데 이를 위해 카드뮴 반도체는 빛을 흡수하여 전자-홀 쌍을 생성하고, 전자-홀 쌍의 분리를 위해 pn 접합을 형성합니다. 이러한 구조로 구성된 광전 변환기는 태양광 전지, 광통신 등 다양한 분야에서 활용됩니다.

6. 태양광 패널: 카드뮴 태양광 패널은 태양광 전지의 종류 중 하나로, 카드뮴 반도체를 이용해 전기를 생성하는 장치입니다. 카드뮴 태양광 패널은 일반적으로 다른 타입의 태양광 전지보다 약간의 높은 효율성과 좋은 열 안정성을 갖습니다.카드뮴 태양광 패널은 일반적으로 페놀 수지나 유리 섬유 판 위에 약 1~2마이크론 두께의 카드뮴 텔루라이드(CdTe) 반도체 층을 증착시킵니다. 이 반도체 층은 태양광을 흡수하고 전기를 생성합니다. 이후 카드뮴 텔루라이드(CdTe) 반도체 위에 금속 전극을 덧대어 양극과 음극을 만들고, 이를 외부회로에 연결해 전기를 공급하여 태양광 패널로 사용합니다.

 은(silver)이란 원자 번호는 47번이며 원소 기호는 Ag입니다. 라틴어로 ‘하얀’, ‘밝은’이라는 argentum에서 기원했다고 합니다. 은(silver)은 예부터 알려진 금속이지만 이용면에서 금보다 뒤떨어졌던 이유는 자연은으로 산출되는 경우가 자연금에 비해서 적고 까다로운 정제법을 거쳐야 얻을 수 있었기 때문입니다. 이 때문에 고대에서는 금(Gold)보다도 귀중하게 취급되었다고 하며 구약성서에도 은화로 거래된 일이 여러 군데에 씌어 있습니다.

 은(silver)은 16세기에 들어와 신대륙으로부터 방대한 양의 은이 유럽으로 유입하여 은의 가격이 하락하여 가격혁명을 일으켰지만, 영국 등에서 은본위제를 실시하였기 때문에 가격이 안정되었다고 합니다. 은(silver)은 공예적으로도 널리 사용되었으나 식기로서 유럽인들은 특히 은그릇을 귀히 여겼고 그 중에서도 영국의 은그릇은 미술적으로 명성이 높았습니다.

 은(silver)은 표면에 들어오는 빛의 95%를 반사해 금속 중에서 광택이 가장 강합니다. 또한 열전도성과 전기전도성이 가장 큰 금속이며, 연성과 전성은 금 다음으로 큽니다. 은(silver)은 금과 마찬가지로 반응성이 매우 약하지만, 황화합물과 반응하면 은 표면의 황화은의 검은색이나 화색 녹을 만듭니다. 오염된 공기에는 황화합물이 들어 있으므로, 은에 생기는 녹은 오늘날 심각한 문제가 되고 있으며, 은(silver)은 자연은(Native Silver)으로서 발견이 될 때도 있지만, 대부분은 황화물로서 동(Cu), 납(Pb), 아연(Zn) 등과 함께 발견됩니다. 주로 멕시코, 러시아, 페루, 캐나다, 미국, 호주, 볼리비아 등에서 생산됩니다.

 은(Silver)은 전기·열의 양도체이고 가공성·기계적 성질이 좋은 점을 이용해서 금속재료로서의 용도가 넓습니다. 이러한 은(Silver)은 도금에 많이 사용되는데요.  은(Silver)도금은 기존 작싱용으로부터 최근 디지털, 전기전자, 반도체 첨단기능 부품으로도 많이 사용됩니다. 하지만  은(Silver)의 표면은 화학적, 열적으로 불안정하여 시간이 지남에 따라 경도가 변하고 산화 및 변색되는 문제가 있습니다. 최근에는 국내에서도 경도를 올릴 목적으로 인산염, 초산염, 규산염, 수산화물, 붕산염 등을 첨가하여 개선하고 있는 개발을 진행중에 있습니다.

 오래 전부터 인류는 미생물에 의한 감염성 질환에 대비하고 치료를 목적으로 생약성분이나 금속계 항균 물질을 이용 하였는데 은(Ag)이 그 중 하나입니다. 은(Ag)은 인체에 해가 없고 독성이 없으며, 미생물 체내의 신진대사 기능을 다방면으로
억제하여 650여 종류의 유해 세균을 죽이는 것으로 알려져있습니다. 은 이온(Ag+)을 이용한 살균, 소독의 경우 수십 년 전부터 연구가 진행되어 왔으며, 기존의 연구로부터 강력하고 광범위한 항균활성을 알 수 있습니다. 이런 기술은 현재 세탁기, 공기청정기, 냉장고, 주방용품, 의류, 신발과 같은 생활용품뿐만 아니라 젖병과 기저귀 등에도 광범위하게 적용되고 있습니다.

 지금 우리 주위에 보이는 모든 물질은 원자로 이루어져 있습니다. 하지만 원자는 그 크기가 아주 작아 우리의 눈으로 볼 수 없습니다. 그리고 원자는 원자핵과 전자핵으로 구성되어 있으며, 가벼운 전자는 무거운 원자의 주변을 돌고 있습니다. 질량이 매우작은 전자는 원자핵 주변을 엄청난 빠르기로 돌더라도 원자핵 주변을 벗어나지 않습니다. 그것은 원자핵과 전자핵의 끌어당기는 강력한힘 바로 전기력(electric force) 때문입니다.

 전기력(electric force)이란 전하들 간에 작용하는 힘입니다. 이 힘은 일상생활에서 거의 매일 경험하고 있습니다. 예를 들어 빗질을 할 때 빗이 머리카락을 잡아당기는거와 마찬가지죠, 전기력(electric force)은 같은 극성 끼리 서로밀어내는 척력(repulssive force)과 서로 다른 극성 끼리 서로 잡아당기는 인력(attractive force)으로 표현합니다.  자기력과 마찬가지로 전기력 또한 두 전하의 거리가 멀수록 약해지고, 가까울수록 강해집니다. 또한 물체가 가지고 있는 전하의 양이 많을수록 전기력(electric force)도 강해지는 성질을 가지고 있습니다.

 전하(electric charge)는 전기를 짊어지고 있다는 뜻으로 양 전화와 음 전화 2가지로 구분됩니다. 전하(electric charge)를 양으로 표현할 때, 전하량(Q) 이라고 하며,  국제 단위는 C 쿨롱을 사용합니다. 1C의 단위는 매우 큰 값으로 다음과 같이 수식으로 표현할 수 있습니다. 

 이러한 전하(electric charge)는 물체가 서로에게 인력(attractive force) 또는 척력(repulssive force)을 느끼게 하는 기본적인 물리적 특성이라고도 표현할 수 있습니다. 

 그렇다면 +전하의 전자핵과 -전하의 전자를 가지고 있는 원자는 어떤 상태라고 나타낼 수 있을까요? 일반적으로 원자는 -전하와 +전하가 동등하게 있기 때문에 + 전하도 -전하도 아닌 중성상태라고 말합니다. 하지만 강제로 -전하를 가진 전자를 얻거나 버리는 과정을 통해서 한 종류의 전하가 우수한 상태로 만들 수도 있습니다. 예를 하나로 들어보면 -전하 10개와 +전하 10개를 가지고 있는 원자가 있을때 -전하를 하나 제거하게 되면 이 원자는 +전하가 하나더 많게 됩니다. 중성이였던 원자는 더 이상 중성이 아닌 +전하를 띄는 원자로 됩니다. 반대로 -전하를 하나더 얻게 된다면 -전하를 띄는 원자로 되는 것입니다. 

  팔라듐(Palladium)은 1802년 6월 윌리엄 하이드 울러스턴이 새로운 귀금속 원소를 발견하고는 같은 해 4월에 발견된 소행성 팔라스에서 이름을 따 '팔라듐'이라는 이름을 붙였습니다. 팔라듐(Palladium)은 지각에서 가장 희귀하게 존재하는 원소 중 하나이며, 자연에서 금이나 백금족 원소들과의 혼합물 형태로 발견됩니다. 팔라듐(Palladium)의 주로 생산 국가로는 러시아, 남아프리카 공하국, 캐나다, 미국, 잠바브웨가 세계 5대 팔라듐(Palladium)생산국이며, 그중에서도 러시아는 2017년 81메가톤의 생산량을 생산했습니다. 그것은이 화학 물질의 전세계 생산량의 39%를 차지합니다.

  팔라듐(Palladium)은 주기율표의 10족에 속하지만 제일 바깥 전자껍질의 전자 개수가 같은 족에 위치하는 원소들과는 다릅니다. 이러한 현상은 나이오븀, 루테늄, 로듐 등의 원소에서도 나타납니다. 팔라듐(Palladium)은 은백색의 광택이 있는 무른 금속으로, 백금과 성질이 비슷하며, 백금족 원소 중 녹는점과 밀도가 가장 낮습니다. 특히 연성과 전성이 뛰어나며 저온에서는 강도가 높습니다. 상온에서는 산화되지 않고 800°C 이상의 고온에서만 산소와 반응하여 산화 팔라듐(PdO)를 생성할 수 있습니다. 

 일반적으로 가솔린 및 디젤 자동차가 운행될 때 불가피 하게 발생하는 배출가스는 대부분 질소, 이산화탄소, 물 등의 인체에 무해한 물질로 배출되지만, 일부 일산화탄소, 질소 산화물, 미연소 탄화 수로류 및 입자상 물질등은 인체 및 환경에 유해한 물질입니다. 이러한 유해 물질로 인해서 배출가스 규제에 맞추어 촉매에서 사용되느 귀금속 사용 또한 점차 증가하게 되었습니다.

 현재 가솔린 및 디젤 자동차에 장착하여 사용되고 있는 촉매 변환기내 촉매의 핵심 구성성분은 바로 백금족 원소 중백금(Pt), 팔라듐(Pd), 지난 시간에 소개한 원자번호 46번 로듐(Rh)가 있습니다. 이 중에서도 팔라듐((Palladium)은 배기가스 중 일산화탄소나 미연소 탄화수소류를 산화시켜 이산화탄소와 물로 변환시키는 역할을 합니다.

 가장 비싼 금속 원소 하면 금이 보통 떠오릅니다. 하지만 가장 비싼 원소는 주기율표에서 '백금족' 에 속하는 원자 번호 45번 '로듐(Rh)'입니다. 로듐은 1803년 윌리엄 하이드 울러스턴이 발견되었으며, 그는 백금 광석을 왕수에 녹인 후 이를 수산화 나트륨으로 중화시키고 염화 암모늄을 이용하여 백금을 분리하였습니다.

 로듐(Rhodium)은 귀금속의 일종으로 부식에 견디는 성질이 있으며 주로 백금족 원소들과 함께 백금 광석이나 니켈 광석에서 산출됩니다.세계 로듐(Rhodium) 생산량의 80% 정도는 차량의 촉매 변환 장치에 주로 사용되며, 로듐(Rhodium)은 부식에 강하고 반응성이 낮기 때문에 백금이나 팔라듐 등과의 합금 형태로 도금에 사용됩니다.

로듐(Rhodium)은 지각에서 가장 희귀한 원소 중 하나로, 약 0.2ppb 정도 함유된 것으로 추정됩니다. 로듐(Rhodium)은 단단한 은백색 금속으로, 반사율이 높으며, 순수한 로듐(Rhodium)은 가열해도 산소와 반응하지 않습니다. 로듐은 귀금속이므로 순수한 로듐은 체내에 흡수되어도 아무 해가 없지만 일부 수용성의 로듐(Rhodium) 화합물은 눈에 자극을 주거나 중추 신경계에 손상을 입힐 수 있으며 천식을 일으킬 수도 있는 위험한 물질로 불류됩니다.

 로듐(Rhodium)의 80% 이상은 자동차 배기가스 정화장치에 사용됩니다. 자동차 배기가스 정화장치인 촉매 변화기는 1970년대 초반부터 사양되기 시작되었으며, 현재 국내 업체는 희성촉매의 로듐(Rhodium)소량 생산은 폐차 처리된 자동차의 배기가스 정화장치에 로듐(Rhodium)성분을 회수해 재활용하는 방식을 이루기도 합니다.

 특정 업체들은 "가솔린 차량에서 질소산화물을 걸러내는 데 쓰이는 대체불능의 필수재"라고 설명하며, 디젤 차로 비유하면 '요소수'가 하는 역할과 같다고 생각하면 될 것 같습니다. 또한, 일반 가솔린 차량 한대에 1g정도 들어간다는 로듐(Rhodium)은 같은 중량 금값의 10배에 이를 정도로 매우 비싼 금속 입니다.