KADMIJ (CD): POVIJEST, SVOJSTVA, STRUKTURA, UPORABE - KEMIJA - 2025

Kadmij (Cd) je prijelazni metal ili post - prijelazni atomski broj 48 i srebro. Takav je i plastičan, s relativno niskim talištem i vrelištem. Kadmij je rijedak element i ima samo koncentraciju 0,2 g / tonu zemljine kore.

Greenockit (CdS) je jedina važna kadmijeva ruda s intenzivnom žutom bojom. Kadmij je povezan s cinkom u sfaleritu (ZnS), koji sadrži između 0,1 i 03% kadmija kao kation Cd ²⁺.

Kristali kadmija. Izvor: Hi-Res slike kemijskih elemenata

Pri preradi shalerita radi dobivanja, taljenja i rafiniranja cinka dobiva se kadmij u sekundarnom obliku, koji je njegov glavni izvor proizvodnje.

Ovaj je metal otkrio 1817. godine, neovisno Friedrich Stromayer i Karl Hermann. Stromayer je krio novi element imenom kadmij, a potječe od latinske riječi "kadmija", poznat je termin kalamin (cink-karbonat).

Kadmij je kemijski element sa simbolom Cd, a njegov atomski broj je 48. Izvor: Albedo-ukr CC BY-SA 2.5 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5/)

Kadmij je element velike korisnosti i brojne primjene, poput antikorozivnih željeza, čelika i obojenih metala; koristiti kao pigment; stabilizacija PVC-a; element u legurama koji se koriste u zavarivanju; punjive nikl-kadmijeve baterije, itd.

Međutim, riječ je o vrlo toksičnom elementu koji uzrokuje ozbiljna oštećenja pluća, bubrega i kostiju, a čak je i izvješteno da ima kancerogeno djelovanje, zbog čega je njegova upotreba ograničena. No unatoč tome, i dalje se pažljivo koristi u nekim aplikacijama.

Povijest

- Dvostruko otkriće

Kadmij je otkrio Friedrich Stromayer, njemački kemičar, 1817. godine u uzorku cinkovog karbonata (kalamina). Iste godine KSL Hermann i JCH Roloff isto su otkriće, neovisno, u pokusu s cinkovim sulfidom.

Izvještava se da je Stromayer otkrio svoje otkriće udovoljavajući vladinom zahtjevu za pregledom ljekarni u gradu Hildesheimu u Njemačkoj. Cink oksid, kao i do sada, korišten je za liječenje određenih stanja kože.

Čini se da ljekarne nisu isporučivale cink oksid, već su umjesto toga prodavale cinkov karbonat: sirovinu za proizvodnju cinkovog oksida. Proizvođači cinkovog oksida tvrdili su da zagrijavanjem cinkovog karbonata nastaje žuti „cinkov oksid“.

Kadmij oksid

Nisu mogli prodati ovaj „cink oksid“, jer je boja spoja normalno bijela; Umjesto toga, prodavali su cink-karbonat, također bijeli. Suočen s ovom situacijom, Stromayer je odlučio proučiti navodni žuti cink oksid.

Da bi to postigao, grijao je uzorke cinkovog karbonata (kalamin) i proizveo žuti cink oksid, kako je izvješteno. Nakon analize, zaključio je da je žuta boja nastala prisutnošću metalnog oksida novog elementa.

Nakon ekstrakcije ovog novog metalnog oksida, njegovo je smanjivanje postiglo izolaciju kadmija. Stromayer odredila gustoća i dobivena vrijednost od 8,75 g / cm ³, blizu vrijednosti trenutačno poznate ovog parametra (8,65 g / cm ³).

Također, Stromayer je istaknuo da novi element ima izgled sličan platini i da je prisutan i u mnogim cinkovim spojevima, pa čak i u pročišćenom cinku.

Stromayer je predložio ime "kadmij" od latinske riječi "kadmija", ime dano kalaminu, ZnCO ₃.

Kadmij u cinkovom sulfidu

Karl Hermann (1817.) pronašao je neočekivanu žutu boju prilikom prerade cinkovim sulfidom i mislio je da bi to moglo biti kontaminacija arsenom. No nakon što je isključena ta mogućnost, Hermann je shvatio da je u prisutnosti novog elementa.

- Prijave

1840-1940

U 1840-im, upotreba kadmija kao pigmenta počela se komercijalno iskorištavati. Britanski farmaceutski kodeks ističe 1907. uporabu kadmij-jodida kao lijeka za liječenje "proširenih zglobova", zglobnih žlijezda i žlijezda čira.

U tridesetim i četrdesetim godinama prošlog stoljeća proizvodnja kadmija bila je usmjerena na obradu čelika i željeza kako bi ih zaštitili od korozije. 1950-ih godina kao izvori crvenih, narančastih i žutih pigmenata korišteni su kadmij spojevi poput kadmij sulfida i kadmij selenida.

1970-1990

U 1970-im i 1980-ima otkriveno je da spojevi kadmij-laurat i kadmij-stearat predstavljaju stabilizatore za PVC, što dovodi do povećanja potražnje za kadmijem. Međutim, ekološki propisi zbog toksičnosti kadmija uzrokovali su smanjenje njegove potrošnje.

U 1980-im i 1990-ima, kadmij se prestao koristiti u mnogim njezinim primjenama, ali tada se njegova proizvodnja povećala stvaranjem punjivih nikl-kadmijevih baterija, koje su predstavljale 80% potrošnje kadmija u Sjedinjenim Državama.,

Fizička i kemijska svojstva kadmija

Izgled

Srebrno sivkasto bijele boje s mekim metalnim sjajem. Izlaganjem 80 ° C postaje krhko i može se rezati nožem. Kvo je i može se uvaljati u kolute.

Standardna atomska težina

112.414 u

Atomski broj (Z)

48

Kategorija predmeta

Post-tranzicijski metal, koji se alternativno smatra prijelaznim metalom. IUPAC-ova definicija prijelaznog metala je ona čiji atomi imaju nepotpunu d podsupljinu ili mogu stvoriti katione s nepotpunom d podsupljinom.

Prema ovoj definiciji, kadmij nije prijelazni metal jer njegov kation Cd ²⁺ ima 4d orbitale u potpunosti ispunjene elektronima (4d ¹⁰).

Miris

WC

Talište

321,07 ° C

Vrelište

767 ºC

Gustoća

Temperatura okoline: 8,65 g / cm ³

Pri talište (tekućina): 7,996 g / cm ³

Toplina fuzije

6,21 kJ / mol

Toplina isparavanja

99,87 kJ / mol

Molarni kalorijski kapacitet

26.020 J / (mol K)

Elektronegativnost

1.6 na Paulingovoj skali

Ionizirajuće energije

Prvo: 867,8 kJ / mol (Cd ⁺ plin)

Drugo: 1631,4 kJ / mol (Cd ²⁺ plinoviti)

Treće: 3616 kJ / mol (Cd ³⁺ plinoviti)

Toplinska vodljivost

96,6 W / (mK)

otpor

72,7 nΩ · m na 22 ° C

Tvrdoća

2,0 na Mohsovoj skali. To je metal, iako gust, znatno mekan.

Stabilnost

Polako se oksidira vlažnim zrakom, stvarajući kadmij oksid, koji obožava njegov metalni sjaj. Nije zapaljiv, ali u obliku praha može izgorjeti i samozapaliti se.

Samozapaljenja

250 ° C za kadmij je praškast oblik.

Indeks loma

1,8 na 20 ºC

Reaktivnost

Kadmij može sagorjeti na zraku da bi tvorio kadmij-oksid (CaO), smeđi amorfni prah, dok je kristalni oblik tamno crvene boje.

Kadmij brzo reagira s razrijeđenom dušičnom kiselinom, a polako s vrućom klorovodičnom kiselinom. Također je sposobna reagirati sa sumpornom kiselinom, ali ne reagira s alkalijama. U svim tim reakcijama nastaju kadmijeve soli njihovih odgovarajućih aniona (Cl ^-) ili oksoaniona (NO ₃ ^- i SO ₄ ^2-).

Struktura i elektronička konfiguracija

Dijagram elektronske ljuske kadmija, element 48 u periodnoj tablici. Izvor: Pumbaa (izvorni rad Grega Robson-a) CC BY-SA 2.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/)

Atomi kadmija u njegovom kristalima uspostavljaju metalnu vezu iz njihovih valentnih elektrona koji su, prema svojoj elektroničkoj konfiguraciji, smješteni u 4d i 5s orbitali:

4d ¹⁰ 5s ²

Međutim, iako su 4d orbitale pune elektrona i može se pomisliti da je "more elektrona" obilno da snažno veže Cd atome, u stvarnosti su interakcije slabe. To se može eksperimentalno pokazati s njegovom niskom talištem (321 ° C) u usporedbi s drugim prelaznim metalima.

Iz ovog i drugih kemijskih razloga, kadmij se ponekad ne smatra prijelaznim metalom. U njegovoj metalnoj vezi toliko je elektrona (dvanaest) uključenih da počinju u velikoj mjeri narušavati njegove negativne odbijanja; što zajedno s energetskom razlikom između ispunjenih 4d i 5s orbitala slabi interakciju Cd-Cd.

Cd atomi definiraju kompaktnu šesterokutnu kristalnu strukturu (hcp), koja ne podliježe faznim prijelazima prije točke taljenja. Kad se kristali kadmijuma s hcp izlože tlaku jednakom 10 GPa, struktura se samo deformira; ali bez prijavljene promjene faze.

Oksidacijski brojevi

Kadmij ne može izgubiti dvanaest valentnih elektrona; u stvari, ne može izgubiti ni jednu od svojih 4d orbitala koje su energetski stabilnije u odnosu na orbital 5s. Stoga se može izgubiti samo dva elektrona 5S ² orbitalne, biti time dvovalentan metala; kao što je slučaj s cinkom, živom i zemnoalkalnim metalima (gospodin Becambara).

Kad se pretpostavi postojanje kationa Cd2 ⁺ u njegovim spojevima, tada se kaže da kadmij ima oksidacijski broj ili stanje +2. Ovo je vaš glavni broj oksidacije. Na primjer, slijedeći spojevi sadrže kadmij kao +2: CDO (Cd ²⁺ O ²), CDC ₂ (Cd ²⁺ Cl ₂ ^-), CdSO ₄ (Cd ²⁺ SO ₄ ^2-) i Cd (NO ₃) ₂.

Pored ovog oksidacijskog broja, postoje i +1 (Cd ⁺) i -2 (Cd ^2-). Oksidacija broj +1 primijećena u CD ₂ ²⁺ dikation, u kojem je svaki atom kadmij ima pozitivni naboj. U međuvremenu, -2 je prilično čudna i odnosila bi se na "kadmidni" anion.

Gdje pronaći i nabaviti

Greenockitni kristali. Izvor: Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

Kadmij je rijedak element koji ima koncentraciju 0,2 g / tonu u zemljinoj kori. Jedini važan mineral za kadmij je greenockit (CdS) koji se ne može mineratirati s rudarske i komercijalne točke gledišta.

Kadmij je povezan s cinkom u mineralnom sfaleritu (ZnS) koji ga obično sadrži u koncentraciji koja se kreće između 0,1% i 0,3%; ali u nekim slučajevima koncentracija kadmija u sfaleritu može doseći 1,4%.

Stijene obrađene za dobivanje fosfornih gnojiva mogu imati koncentraciju kadmija od 300 mg / kg gnojiva. Ugljen također može sadržavati male, ali značajne količine kadmija.

Glavni izvor kadmija su vulkanske emisije koje kadmij može unijeti u površinske vode. Upotreba fosfornih gnojiva u poljoprivrednim tlima dovela je do onečišćenja kadmijem.

Kadmij prisutan u kiselim tlima apsorbiraju biljke. Neko povrće čovjek koristi kao hranu, što objašnjava kako je unos vode i hrane glavni izvor unosa kadmija kod ljudi koji nisu izloženi ili pušači.

Liječenje sfalerita

Tijekom iskopavanja, topljenja i rafiniranja cinka prisutnog u sfaleritu, kadmij se obično dobiva kao nusproizvod. Sličan događaj se također događa, iako u znatno manjem stupnju, tijekom prerade bakra i olova.

Slično tome, male količine kadmija mogu se dobiti iz recikliranja otpadaka željeza i čelika.

Sfalerit je pržen tako da se cink sulfid pretvara u svoj oksid, ZnO. Istu reakciju trpi i kadmij sulfid:

2 ZnS + 3 O ₂ → 2 ZnO + 2 SO ₂

Ako se ova oksidna smjesa zagrijava drvenim ugljenom, oni će se smanjiti u njihove metale:

ZnO + CO → Zn + CO ₂

Također, cink i kadmij mogu se proizvesti elektrolizom jer se oksidi rastvaraju u sumpornoj kiselini.

Bilo koja metoda stvara cink koji je kontaminiran kadmijem. Kad se topi, kadmij se može destilirati vakuumom zbog niže tališta (321 ° C) u usporedbi s cinkom (420 ° C).

izotopi

Među prirodnim i stabilnim izotopima kadmija koje imamo, s njihovim pripadajućim obiljem ovdje na Zemlji:

- ¹⁰⁶ Cd (1,25%)

- ¹⁰⁸ Cd (0,89%)

- ¹¹⁰ Cd (12,47%)

- ¹¹¹ Cd (12,8%)

- ¹¹² Cd (24,11%)

- ¹¹⁴ Cd (28,75%)

- ¹¹³ Cd (12,23%)

¹¹³ Cd je radioaktivan, ali zbog takve velike vrijednosti polovice - život (t _1/2 = 7,7 x 10 ^{od 15} godina), može se smatrati stabilan. A onda je tu i ¹¹⁶ Cd, također radioaktivni, s poluživotom 3,1 · 10 ¹⁹ godina, pa se može smatrati stabilnim izotopom, koji predstavlja 7,51% kadmija.

Imajte na umu da je prosječna atomska masa 112.414 u, bliža 112 nego 114. U kadmijumu se ne opaža postojanje prevladavajućeg izotopa iznad ostalih.

rizici

Općenito

Apsorpcija kadmija dolazi uglavnom iz hrane, posebno jetre, gljiva, školjki, kakao praha i suhih morskih algi.

Emblematičan slučaj dogodio se u Kini u prošlom stoljeću, gdje je došlo do značajne kontaminacije stanovništva. Zagađenje kadmijem nastalo je zbog visoke koncentracije u riži, uzrokovane prisutnošću kadmija u tlima žitarica.

Pušač ima prosječni unos 60 µg dnevno. Maksimalna dozvoljena koncentracija kadmija u krvi je 15 µg / dan. Nepušači imaju koncentraciju kadmija u krvi oko 0,5 µg / L.

Pluća apsorbiraju između 40 i 60% kadmija u duhanskom dimu. Kadmij apsorbiran u plućima transportira se u krv, tvoreći komplekse s proteinima, cisteinom i glutationom koji zatim završe u jetri, bubrezima itd.

Akutno udisanje kadmija može uzrokovati simptome slične onima opaženim u procesu sličnom gripi; poput prehlade, vrućice i bolova u mišićima, što može uzrokovati oštećenje pluća. U međuvremenu, kronično izlaganje kadmiju može uzrokovati bolesti pluća, bubrega i kostiju.

Učinak na bubrege

Kadmij u bubrezima obično uzrokuje promjene u metabolizmu fosfora i kalcija što dokazuje povećanjem proizvodnje bubrežnih kamenaca. Uz to, uzrokuje oštećenje bubrega koje se očituje u pojavljivanju u urinu proteina transportera retinola i β-2-mikroglobulina.

Učinak na reprodukciju

Izloženost kadmiju kod majke povezana je s malom težinom rođenja djeteta i povećanjem stope spontanih pobačaja.

Oštećenje kostiju

Kadmij je u Japanu povezan s prisutnošću bolesti Itai-Itai u prošlom stoljeću. Ovu bolest karakterizira niska mineralizacija kostiju, krhkost kostiju s velikom brzinom prijeloma, povećana osteoporoza i bolovi u kostima.

karcinogeneza

Iako su pokusi na štakorima uspostavili odnos između kadmija i raka prostate, to nije dokazano kod ljudi. Pokazala se povezanost između kadmija i raka bubrega, a povezana je i s karcinomom pluća.

Prijave

Nikal-kadmij punjive bakterije

Različite ćelije ili Ni-Cd baterije. Izvor: Boffy b putem Wikipedije.

Kadmij hidroksid korišten je kao katoda u Ni-Cd baterijama. Oni su korišteni u željezničkoj i zrakoplovnoj industriji, kao i u instrumentima za zajedničku uporabu, uključujući mobitele, video kamere, prijenosna računala itd.

Potrošnja kadmija za proizvodnju Ni-Cd baterija predstavljala je 80% proizvodnje kadmija. Međutim, zbog toksičnosti ovog elementa, Ni-Cd baterije su postupno zamijenjene nikl-metal-hidridnim baterijama.

pigmenti

Kadmij crveni. Izvor: Marco Almbauer

Kadmij sulfid koristi se kao žuti pigment, a kadmij selenid kao crveni pigment, poznat kao kadmij crveni. Ovi pigmenti se odlikuju sjajem i intenzitetom, zbog čega su korišteni u plastici, keramici, staklu, emajlima i umjetničkim bojama.

Primijećeno je da je slikar Vincent Van Gogh na slikama koristio kadmijeve pigmente, što mu je omogućilo postizanje raznih svijetlih crvenih, narančastih i žutih boja.

Obojenost kadmijevih pigmenata mora biti smanjena prije mljevenja uljima ili miješanja u akvarelu i akrilu.

televizor

Komponente koje sadrže kadmij korištene su u fosforu crno-bijelih televizora, kao i u plavom i zelenom fosforu za slikovne cijevi televizije u boji.

Fosfor je bio dio ekrana koji je bio zračen katodnim zracima, odgovoran za nastanak slike. Kadmij se, usprkos toksičnosti, počeo koristiti u nedavno stvorenim QLED televizijama.

Stabilizacija PVC-a

Kadmijevi spojevi formirani s karboksilatom, lauratom i stearatom korišteni su kao stabilizatori polivinilklorida, jer oni odgađaju razgradnju nastalu izlaganjem toplini i ultraljubičastoj svjetlosti koja razgrađuje PVC tijekom njegovog procesa proizvodnje.

Zbog toksičnosti kadmija, ponovno su stabilizatori vezani za kadmij zamijenjeni drugim stabilizatorima, kao što su barij-cink, kalcij-cink i organotin.

legure

Kadmij se koristi u legurama ležaja zbog visoke otpornosti na zamor i malog koeficijenta trenja. Kadmij ima relativno nisku talište, zbog čega se koristi u legurama s niskim talištem, te je sastavni dio uz mnoge vrste zavara.

Kadmij se također može koristiti u električno provodljivim, termički provodljivim i električnim kontaktnim legurama.

Pokrivati

Kadmij se koristi za zaštitu učvršćivača od čelika, aluminija i drugih obojenih metala, kao i pokretnih dijelova. Kadmijska prevlaka pruža zaštitu od korozije u fiziološkim i alkalnim medijima. Uz to, služi kao mazivo.

Kadmij se također koristi u mnogim električnim i elektroničkim primjenama koje zahtijevaju korozijsku otpornost i malu električnu otpornost.

Nuklearni reaktori

Kadmij se koristi u nuklearnim reaktorima zbog njegove sposobnosti hvatanja neutrona, što omogućava kontrolu suvišnih neutrona iz nuklearne fisije, izbjegavajući dodatne nuklearne pukotine.

Poluvodiči

Kadmij selenid i telurid su spojevi koji djeluju kao poluvodiči u detekciji svjetlosti i u solarnim ćelijama. HgCdTe je osjetljiv na infracrveno svjetlo i koristi se kao detektor pokreta, kao i sklopka za uređaje za daljinsko upravljanje.

biologija

He-Cd lasersko svjetlo. Izvor: Anonymous Anonymous (https://www.flickr.com/photos//35766549)

Helium-Cd sudjeluje u stvaranju laserskog snopa plavo-ljubičaste svjetlosti valne duljine u rasponu između 325 i 422 nm, upotrebljivog u fluorescentnim mikroskopima.

Kadmij se koristi u molekularnoj biologiji za blokiranje kalcijevih kanala, ovisno o potencijalu membrane.

Reference

1. Wikipedia. (2019). Kadmij. Oporavilo sa: en.wikipedia.org
2. Selva VR i sur. (2014). Visoka tlačna i temperaturna struktura tekućih i krutih Cd: implikacije na krivulju taljenja Cd. Oporavak od: researchgate.net
3. Dr. Dough Stewart. (2019). Činjenice elementa kadmija. Oporavilo od: chemicool.com
4. Nacionalni centar za biotehnološke informacije. (2019). Kadmij. PubChem baza podataka. CID = 23973. Oporavak od: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Godt, J., Scheidig, F., Grosse-Siestrup, C., Esche, V., Brandenburg, P., Reich, A., i Groneberg, DA (2006). Toksičnost kadmija i rezultirajuće opasnosti po zdravlje ljudi. Časopis za medicinu rada i toksikologiju (London, Engleska), 1, 22. doi: 10.1186 / 1745-6673-1-22
6. Ros Rachel. (30. srpnja 2018.). Činjenice o kamijumu. Oporavilo od: lifecience.com
7. Urednici Encyclopaedia Britannica. (6. rujna 2018.). Kadmij. Encyclopædia Britannica. Oporavilo od: britannica.com
8. Međunarodno kadmijsko udruženje. (SF). Primjene kadmija. Oporavilo sa: cadmium.org
9. Lenntech BV (2019). Kadmij. Oporavilo od: lenntech.com