메탈로이드 설명: 주요 차이점, 속성 및 실제 적용 사례

궁금한 점이 있으신가요? 특수 요소 스마트폰이 작동하게 하거나 태양열 패널이 태양으로부터 에너지를 모으는 데 도움이 되나요? 아마도 메탈로이드 - 주기율표에서 금속과 비금속 사이에 위치하는 독특한 원소 그룹입니다. 이 글에서는 메탈로이드가 특별한 이유는 무엇이고, 서로 어떻게 다른지, 그리고 일상 생활에서 왜 중요한지 살펴봅니다.

메탈로이드란 무엇인가요?

메탈로이드 는 두 가지를 모두 보여주는 요소입니다. 금속 및 비금속 특성. "중간" 원소라고 생각하면 됩니다. 주기율표에서 왼쪽의 금속과 오른쪽의 비금속 사이의 대각선을 따라 위치합니다.

이러한 특별한 요소는 몇 가지 주요 기능을 공유합니다:

• 부분적으로 전기를 전도할 수 있습니다(금속만큼은 아니지만 비금속보다는 낫습니다).
• 다음과 같습니다. 부서지기 쉬운 고체 실온에서
• 그들의 전기 음성성 일반적으로 1.8에서 2.2 사이입니다.
• 다음과 같이 구성할 수 있습니다. 합금 금속

7가지 일반적인 메탈로이드가 있습니다:

1. 붕소(B)
2. 실리콘(Si)
3. 게르마늄(Ge)
4. 비소(As)
5. 안티몬(Sb)
6. 텔루륨(Te)
7. 폴로늄(Po)

메탈로이드 비교: 속성 및 용도

각 메탈로이드를 살펴보고 각 메탈로이드가 독특하고 유용한 이유를 알아봅시다.

붕소

붕소 은 녹는점이 2,076°C로 매우 높은 가볍지만 단단한 금속성 물질입니다. 자연 상태에서는 발견되지 않지만 붕사와 같은 화합물에서 산소와 결합하는 경우가 많습니다.

주요 용도:

• 난연제 직물 및 소재의 경우
• 붕규산 유리 (파이렉스와 같은) 고열을 견딜 수 있습니다.
• 중성자 실드 원자로에서
• 의학 방부제 및 보충제로서

전 세계 붕소 시장의 가치는 약 $2.1 억유리 및 세라믹 생산에 사용되는 80%.

실리콘

실리콘 은 지구 지각에서 두 번째로 풍부한 원소이며, 무게의 약 27.7%를 차지합니다. 가장 흔한 금속 원소이며 현대 기술에서 매우 중요한 역할을 합니다.

주요 용도:

• 컴퓨터 칩 전자 기기
• 태양광 패널 햇빛을 전기로 변환하는
• 실리콘 제품 실란트 및 의료용 임플란트와 같은
• 유리 프로덕션

실리콘의 지배 반도체 시장의 95%기술 중심의 세상에서 가장 중요한 요소 중 하나입니다.

게르마늄

게르마늄 은 반도체이면서도 적외선에 투명하기 때문에 특별합니다. 지구 지각에는 흔하지 않지만 독특한 광학적 특성을 가지고 있습니다.

주요 용도:

• 광섬유 케이블 인터넷 데이터를 전송하는
• 적외선 광학 야간 투시경 장치용
• 트랜지스터 기타 전자 부품

약 35%의 게르마늄이 광섬유에 사용되며, 시장은 다음과 같이 성장할 것으로 예상됩니다. 2027년까지 $3억 9천만 달러.

비소

비소 은 독성이 있는 것으로 알려져 있지만 안전하게 취급하면 중요한 용도로 사용됩니다. 깨지기 쉬운 합금을 형성하며 역사적으로 사용되어 왔습니다.

주요 용도:

• 반도체 (특히 갈륨 비소 칩에서)
• 목재 방부제 (이 사용은 감소했지만)
• 금속 합금 경도를 높이려면

전 세계 비소 시장은 다음과 같이 감소했습니다. 2000년 이후 70% 독성 우려 및 특정 사용 금지로 인해 금지되었습니다.

안티몬

안티몬 은 합금을 더 단단하고 부식에 강하게 만듭니다. 고대부터 알려져 왔으며 은빛 외관을 가지고 있습니다.

주요 용도:

• 난연제 섬유 및 플라스틱용
• 납축 배터리 차량용
• 백랍 및 기타 금속 합금

약 60%의 안티몬이 난연제에 사용되며, 일부 리튬 이온 배터리 음극에서 그 중요성이 커지고 있습니다.

텔루륨

텔루륨 는 광전도성 물질로 빛에 노출되면 전기가 더 잘 통합니다. 드물지만 특수한 애플리케이션에 유용합니다.

주요 용도:

• 태양광 패널 (카드뮴 텔루라이드 또는 CdTe 패널)
• 열전 장치 열을 전기로 변환하는
• 금속 합금 기계 가공성 향상

텔루륨은 태양광 패널의 효율을 약 22% CdTe 패널에 사용됩니다. 전 세계 공급량의 약 40%는 구리 정련에서 생산됩니다.

폴로늄

폴로늄 은 방사능이 있으며 매우 희귀합니다. 1898년 마리 퀴리에 의해 발견되었습니다. 방사능(우라늄보다 약 25만 배 더 방사능이 높음)으로 인해 사용처가 매우 제한적입니다.

주요 용도:

• 정적 제거기 특수 산업 환경에서
• 핵 배터리 우주 애플리케이션용
• 연구 목적

폴로늄-210의 반감기는 불과 138일역사적으로 소련의 달 탐사선에서는 추운 달밤에 난방을 위해 사용되었습니다.

주요 차이점 한눈에 보기

아래 표는 이러한 메탈로이드가 주요 속성에서 어떻게 비교되는지 보여줍니다:

주요 산업 및 일상 애플리케이션

메탈로이드의 글로벌 시장 가치는 산업에서 그 중요성을 보여줍니다:

전자 제품

실리콘 는 전자제품의 왕입니다. 모든 전자 기기의 95% 이상이 칩과 회로에 실리콘 반도체를 사용합니다. 스마트폰에서 자동차의 컴퓨터에 이르기까지 실리콘은 모든 것을 가능하게 합니다. 게르마늄은 특수 트랜지스터 및 기타 전자 부품에 사용됩니다.

에너지

텔루륨 는 특정 유형의 태양광 패널에 매우 중요합니다. CdTe 태양광 패널은 기존 실리콘 패널보다 탄소 배출량이 75% 더 적습니다. 한편, 붕소 는 원자로에서 중성자 방패로 사용되어 반응을 안전하게 제어하는 데 도움을 줍니다.

자료

안티몬 은 많은 재료에 난연제로 첨가됩니다. 가구나 아동복에 '난연성'이라는 라벨이 붙어 있다면 안티몬 화합물이 포함되어 있을 수 있습니다. 실리콘 는 주방 용품부터 의료용 임플란트까지 모든 제품에 사용되는 실리콘 폴리머를 만드는 데도 사용됩니다.

의학

붕소 화합물은 방부제 및 관절염 치료제에 사용됩니다. 역사적으로 비소는 의약품에 사용되었지만 오늘날에는 독성 문제로 인해 사용이 매우 제한적입니다.

안전 및 환경 고려 사항

메탈로이드는 현대 기술을 가능하게 하지만, 일부는 심각한 안전 문제를 야기하기도 합니다:

비소 특히 방글라데시와 인도 일부 지역에서 비소로 오염된 지하수로 인해 매년 2만 명이 넘는 사망자가 발생하고 있어 우려되는 상황입니다.

폴로늄 는 1마이크로그램만 섭취해도 인간에게 치명적일 정도로 매우 위험합니다. 2006년 전 러시아 스파이 알렉산더 리트비넨코를 독살하는 데 사용되면서 세간의 주목을 받았습니다.

많은 국가에서 소비자 제품에 이러한 성분을 사용하는 것에 대해 엄격한 규정을 두고 있습니다. 예를 들어 비소는 2003년부터 미국의 주거 환경에서 대부분의 목재 방부제에서 사용이 금지되었습니다.

실제 사례 연구

사례 연구 1: 애플의 M1 칩에 사용된 실리콘

실리콘의 반도체 특성은 컴퓨팅에 혁명을 일으켰습니다. Apple의 M1 칩은 5나노미터 공정 기술을 사용하여 160억 개의 트랜지스터를 작은 칩에 집적합니다. 이 첨단 실리콘 도핑(소량의 다른 원소 추가)은 이전 세대에 비해 속도를 두 배로 높이면서 전력 사용량을 60%까지 줄였습니다.

사례 연구 2: 퍼스트 솔라의 패널에 사용된 텔루륨

퍼스트솔라는 CdTe 패널로 박막 태양광 시장의 약 50%를 점유하고 있습니다. 이 패널은 텔루륨을 사용하여 22%의 효율 등급을 달성하여 태양광 발전의 가격을 낮췄습니다. 이 회사의 패널은 기존 실리콘 패널보다 탄소 발자국이 더 작습니다.

사례 연구 3: 원자력 안전의 붕소

탄화붕소는 전 세계 100%의 상업용 원자력 발전소의 제어봉에 사용됩니다. 붕소는 중성자를 흡수하는 능력이 있어 비상 상황에서 멜트다운을 방지하는 데 필수적입니다. 2011년 후쿠시마 원전 사고 당시 핵 연쇄 반응을 막기 위해 붕소를 원자로에 투입한 바 있습니다.

메탈로이드 사용의 미래 트렌드

여러 첨단 분야에서 메탈로이드의 미래는 밝아 보입니다:

양자 컴퓨팅

실리콘과 게르마늄 모두 양자 비트 또는 "큐비트"에 사용하기 위해 연구되고 있습니다. 실리콘 양자점은 오늘날의 컴퓨터로는 불가능한 문제를 해결할 수 있는 미래 양자 컴퓨터의 기반이 될 수 있습니다.

친환경 기술

텔루륨은 태양 에너지에서 계속 중요한 역할을 하고 있습니다. 연구자들은 산업 공정과 자동차 엔진에서 발생하는 폐열을 회수하는 데 도움이 될 수 있는 텔루륨이 포함된 열전 소재의 효율을 높이기 위해 노력하고 있습니다.

의료 발전

붕소 중성자 포획 치료(BNCT)는 특정 유형의 암을 치료할 수 있는 가능성을 보여줍니다. 이 기술은 붕소가 중성자를 흡수하는 능력을 이용해 암세포만을 표적으로 삼아 기존의 방사선 요법에 비해 부작용을 줄일 수 있습니다.

결론

메탈로이드는 금속과 비금속 사이의 간극을 메워주는 특별한 원소입니다. 고유한 특성 덕분에 컴퓨터의 실리콘부터 내열 조리기구의 붕소에 이르기까지 현대 기술에 필수적인 소재입니다.

일부 메탈로이드는 안전 문제를 야기하기도 하지만, 그 이점은 우리의 세상을 변화시켰습니다. 기술이 발전함에 따라 이러한 다재다능한 요소는 전자, 에너지, 의학 등 다양한 분야에서 계속해서 중요한 역할을 할 것입니다.

다음에 스마트폰을 사용하거나 태양광 패널 설치물을 감상할 때, 이러한 기술을 가능하게 하는 뒤에서 일하는 메탈로이드에 대해 기억하세요!