1급 발암 물질 원자번호 48번 카드뮴(Cd)
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.
| 발견자 | 프리드리히 슈트로마이어 | ||||
| 발견 연도 | 1817년 | ||||
| 어원 | 탄산아연 광석 '칼라민(calamine)'을 뜻하는 라틴어 'cadmia' | ||||
| 특징 | 1급 발암 물질이다. 무르고, 전기전도성이 뛰어나다 | ||||
| 사용 분야 | 합금, 페인트, 물감, 양자 점, 전지 등 | ||||
| 원자량 | 112.414g/mol | ||||
| 밀도 | 8.65 g/cm3 | ||||
| 녹는점 | 321.1 °C | ||||
| 끓는점 | 766.8 °C | ||||
| 상온에서 상태 | 고체 | ||||
| CAS ID | 7440-43-9 | ||||