KADMIS (CD): ISTORIJA, SAVYBĖS, STRUKTŪRA, PANAUDOJIMAS - CHEMIJA - 2025

Kadmio (Cd) yra pereinamasis metalas ar pašto - pereinamasis atominis skaičius 48 ir sidabro. Jis yra kaliojo ir kaliojo, palyginti žemo lydymosi ir virimo temperatūros. Kadmis yra retas elementas, kurio žemės plutos koncentracija yra tik 0,2 g / t.

Greenockite (CdS) yra vienintelė svarbi kadmio rūda, pasižyminti intensyvia geltona spalva. Nustatytas, kad kadmis susijęs su cinku sfalerite (ZnS), kuriame yra nuo 0,1 iki 03% kadmio kaip Cd ²⁺ katijono .

Kadmio kristalai. Šaltinis: Hi-Res vaizdai iš cheminių elementų

Apdorojant sfaleritą, kad būtų galima lydyti ir rafinuoti cinką, kadmis yra gaunamas antrine forma, kuris yra pagrindinis jo gamybos šaltinis.

Šis metalas buvo atrastas 1817 m., Nepriklausomai Friedricho Stromayerio ir Karlo Hermanno. Stromayeris pakrikštijo naują elementą kadmio pavadinimu, kilusį iš lotyniško žodžio „kadmija“, buvo žinomas terminas kaip calaminas (cinko karbonatas).

Kadmis yra cheminis elementas su simboliu Cd, o jo atominis skaičius yra 48. Šaltinis: Albedo-ukr CC BY-SA 2.5 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5/).

Kadmis yra labai naudingas ir daugybės pritaikymo elementų, pavyzdžiui, geležies, plieno ir spalvotųjų metalų antikorozinis; naudoti kaip pigmentą; PVC stabilizavimas; elementas lydiniuose, naudojamuose suvirinant; įkraunamos nikelio kadmio baterijos ir kt.

Tačiau tai yra labai toksiškas elementas, kuris daro didelę žalą plaučiams, inkstams ir kaulams, ir netgi buvo pranešta, kad jis daro kancerogeninį poveikį, todėl jo naudojimas buvo ribotas. Nepaisant to, jis ir toliau buvo atidžiai naudojamas kai kuriose programose.

Istorija

- Dvigubas atradimas

Kadmį 1817 m. Aptiko vokiečių chemikas Friedrichas Stromayeris iš cinko karbonato (calamino) mėginio. Tais pačiais metais KSL Hermann ir JCH Roloff padarė tą patį atradimą, nepriklausomai, eksperimentuodami su cinko sulfidu.

Pranešama, kad Stromayeris rado savo atradimą vykdydamas vyriausybės prašymą apžiūrėti vaistines Hildesheimo mieste, Vokietijoje. Cinko oksidas, koks yra dabar, buvo naudojamas tam tikroms odos ligoms gydyti.

Atrodo, kad vaistinės nesiuntė cinko oksido, o vietoje to pardavė cinko karbonatą - žaliavą cinko oksidui gaminti. Cinko oksido gamintojai teigė, kad kaitinant cinko karbonatą susidaro geltonas „cinko oksidas“.

Kadmio oksidas

Jie negalėjo parduoti šio „cinko oksido“, nes junginio spalva paprastai buvo balta; Vietoj to jie pardavė cinko karbonatą, taip pat baltą. Susidūręs su šia situacija, Stromayeris nusprendė ištirti tariamą geltonojo cinko oksido kiekį.

Kaip tai buvo pranešta, jis šildė cinko karbonato (calamino) mėginius ir pagamino geltoną cinko oksidą. Išanalizavęs jis padarė išvadą, kad geltoną spalvą lėmė naujo elemento metalo oksidas.

Išgavęs šį naują metalo oksidą, jis redukuojasi ir kadmis išsiskiria. „Stromayer“ nustatė jo tankį ir gavo 8,75 g / cm ³ vertę, artimą šiuo metu žinomai šio parametro vertei (8,65 g / cm ³ ).

Stromayeris taip pat atkreipė dėmesį, kad naujasis elementas buvo panašus į platiną ir kad jo buvo daugelyje cinko junginių ir net išgrynintame cinge.

Stromayeris pasiūlė pavadinimą „kadmis“ iš lotyniško žodžio „kadmija“, pavadinto kalaminu, ZnCO ₃ .

Kadmis cinko sulfide

Karlas Hermannas (1817), perdirbdamas cinko sulfidą, rado netikėtą geltoną spalvą ir manė, kad tai gali būti užteršimas arsenu. Tačiau kai tik ši galimybė buvo atmesta, Hermannas suprato, kad jam yra naujas elementas.

- Programos

1840–1940 m

1840 m. Kadmis kaip pigmentas buvo pradėtas naudoti komerciškai. Didžiosios Britanijos vaistų kodeksas nurodo, kad 1907 m. Kadmio jodidas buvo naudojamas kaip vaistas „išsiplėtusių sąnarių“, skrofulinių liaukų ir chronologinių ligų gydymui.

1930–1940 m. Kadmio gamyba buvo siekiama padengti plienu ir geležimi, kad būtų apsaugota nuo korozijos. Šeštajame dešimtmetyje kadmio junginiai, tokie kaip kadmio sulfidas ir kadmio selenidas, buvo naudojami kaip raudonųjų, oranžinių ir geltonųjų pigmentų šaltiniai.

1970–1990 m

Buvo nustatyta, kad kadmio laurato ir kadmio stearato junginiai yra PVC stabilizatoriai aštuntajame ir devintajame dešimtmečiuose, todėl padidėjo kadmio paklausa. Tačiau dėl kadmio toksiškumo aplinkos teisės aktai sumažino jo vartojimą.

Devintajame ir dešimtajame dešimtmečiuose kadmis nebebenaudojamas daugelyje jo programų, tačiau tada jo gamyba išaugo sukuriant įkraunamas nikelio-kadmio baterijas, kurios sudarė 80% kadmio suvartojimo JAV. .

Fizinės ir cheminės kadmio savybės

Išvaizda

Sidabriškai pilkšvai baltas su minkštu metaliniu blizgesiu. 80 ° C temperatūroje jis tampa trapus ir gali būti pjaustomas peiliu. Tai yra kalusis ir gali būti susuktas į ritinius.

Standartinis atominis svoris

112 414 u

Atominis skaičius (Z)

48

Prekės kategorija

Po pereinamojo laikotarpio metalas, alternatyviai laikomas pereinamuoju metalu. IUPAC pereinamojo metalo apibrėžimas yra tas, kurio atomai turi nepilną d subkorpusą arba kuris gali sukelti katijonus su nepilnu d subhellu.

Pagal šį apibrėžimą, kadmio nėra pereinamojo metalo, nes jo Cd ²⁺ katijonas turi savo 4D orbitalės visiškai užpildyti elektronais (4d ¹⁰ ).

Kvapas

Tualetas

Lydymosi temperatūra

321,07 ºC

Virimo taškas

767 ºC

Tankis

Aplinkos temperatūra: 8,65 g / cm ³

Lydymosi temperatūroje (skystas): 7,996 g / cm ³

Lydymosi šiluma

6,21 kJ / mol

Garinimo šiluma

99,87 kJ / mol

Molinė kalorinė talpa

26,020 J / (mol K)

Elektronegatyvumas

1,6 pagal Paulingo skalę

Jonizacijos energijos

Pirma: 867,8 kJ / mol (Cd ⁺ dujos)

Antra: 1631,4 kJ / mol (Cd ²⁺ dujinis)

Trečia: 3616 kJ / mol (Cd ³⁺ dujinis)

Šilumos laidumas

96,6 W / (mK)

Atsparumas

72,7 nΩ · m esant 22 ºC

Kietumas

2,0 pagal Moho skalę. Tai metalas, nors tankus, tačiau gana minkštas.

Stabilumas

Jis lėtai oksiduojamas drėgnu oru, sudarydamas kadmio oksidą, kuris sugadina jo metalinį blizgesį. Jis nėra degus, tačiau miltelių pavidalu gali degti ir savaime užsidegti.

Savaiminis užsidegimas

Kadmis yra 250 ºC miltelių pavidalo.

Lūžio rodiklis

1,8 esant 20 ºC

Reaktyvumas

Kadmis gali degti ore, sudarydamas kadmio oksidą (CaO), rudus amorfinius miltelius, o kristalinė forma yra tamsiai raudona.

Kadmis greitai reaguoja su praskiesta azoto rūgštimi, o lėtai - su karšta druskos rūgštimi. Jis taip pat sugeba reaguoti su sieros rūgštimi, tačiau nereaguoja su šarmais. Visose šiose reakcijose susidaro jų atitinkamų anijonų (Cl ^- ) arba oksoanionų (NO ₃ ^- ir SO ₄ ^2- ) kadmio druskos .

Struktūra ir elektroninė konfigūracija

Kadmio, elemento 48 periodinėje lentelėje elektronų apvalkalo diagrama. Šaltinis: Pumbaa (originalus Grego Robsono darbas) CC BY-SA 2.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/)

Kadmio atomai jo kristaluose sukuria metalinį ryšį iš jų valentinių elektronų, kurie pagal savo elektroninę konfigūraciją yra 4d ir 5s orbitose:

4d ¹⁰ 5s ²

Vis dėlto, nors 4d orbitalėse pilna elektronų ir taip pat galima manyti, kad „elektronų jūra“ yra pakankamai gausi, kad stipriai surištų Cd atomus, iš tikrųjų sąveika yra silpna. Tai galima eksperimentiškai įrodyti esant žemai lydymosi temperatūrai (321 ° C), palyginti su kitais pereinamaisiais metalais.

Dėl šios ir kitų cheminių priežasčių kadmis kartais nelaikomas pereinamuoju metalu. Jo metaliniame ryšyje yra tiek daug elektronų (dvylika), kad jie pradeda smarkiai trikdyti jo neigiamas reakcijas; kuris kartu su energetiniu skirtumu tarp užpildytų 4d ir 5s orbitų susilpnina Cd-Cd sąveiką.

Cd atomai galutinai nusako kompaktišką šešiakampę kristalinę struktūrą (hcp), kuriai iki lydymosi taško netaikomos fazės. Kai hcp kadmio kristalai yra veikiami 10 GPa slėgio, struktūra tik deformuojasi; tačiau nepranešus apie fazės pokyčius.

Oksidacijos skaičiai

Kadmis negali prarasti dvylikos valentinių elektronų; iš tikrųjų jis negali prarasti net vieno iš savo 4d orbitų, kurių energija yra stabilesnė, palyginti su 5s orbita. Todėl jis gali prarasti tik du 5s ² orbitalės elektronus, taigi yra dvivalentis metalas; kaip ir cinkas, gyvsidabris ir šarminių žemių metalai (p. Becambara).

Kai daroma prielaida, kad jo junginiuose yra Cd ²⁺ katijonas , tada sakoma, kad kadmio oksidacijos skaičius arba būsena yra +2. Tai yra jūsų pagrindinis oksidacijos numeris. Pavyzdžiui, šiuose junginiuose yra kadmio kaip +2: CdO (Cd ²⁺ O ^2- ), CdCl ₂ (Cd ²⁺ Cl ₂ ^- ), CdSO ₄ (Cd ²⁺ SO ₄ ² ) ir Cd (NO _3). ) ₂ .

Be šio oksidacijos skaičiaus, taip pat yra +1 (Cd ⁺ ) ir -2 (Cd ^2- ). Cd ₂ ²⁺ diktuojant stebimas oksidacijos skaičius +1 , kuriame kiekvienas kadmio atomas turi teigiamą krūvį. Tuo tarpu -2 yra gana keistas ir būtų taikomas „kadmido“ anijonui.

Kur rasti ir gauti

Greenockite kristalai. Šaltinis: Robas Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

Kadmis yra retas elementas, kurio žemės plutoje yra 0,2 g / t. Vienintelis svarbus kadmio mineralas yra greenockite (CdS), kuris nėra kasamas kasybos ir komercijos požiūriu.

Kadmis yra susijęs su cinku mineraliniame sfalerite (ZnS), kuriame jo paprastai yra nuo 0,1% iki 0,3%; bet kai kuriais atvejais kadmio koncentracija sfalerite gali siekti 1,4%.

Uolienos, perdirbtos gauti fosforo trąšas, kadmio koncentracija trąšose gali būti 300 mg / kg. Taip pat anglis gali turėti nedidelį, bet nemažą kadmio kiekį.

Pagrindinis kadmio šaltinis yra vulkanų išmetimas, kurį kadmis gali pernešti į paviršinius vandenis. Dėl fosforo trąšų naudojimo dirvožemyje jos buvo užterštos kadmiu.

Rūgščiame dirvožemyje esantis kadmis yra absorbuojamas augalų. Kai kurias daržoves žmogus naudoja kaip maistą, o tai paaiškina, kaip vanduo ir maistas yra pagrindinis kadmio patekimo į neapsaugotus žmones ar rūkalius dalykas.

Sfalerito gydymas

Kasant, lydant ir rafinuojant sfalerite esantį cinką, kadmis paprastai gaunamas kaip šalutinis produktas. Panašus įvykis taip pat įvyksta, nors ir daug mažiau, perdirbant varį ir šviną.

Taip pat nedidelius kadmio kiekius galima gauti perdirbant geležies ir plieno laužą.

Sfaleritas skrudinamas taip, kad cinko sulfidas virsta savo oksidu ZnO. Tą pačią reakciją patiria kadmio sulfidas:

2 ZnS + 3 O ₂ → 2 ZnO + 2 SO ₂

Jei šis oksido mišinys kaitinamas anglimi, jie bus redukuojami į atitinkamus metalus:

ZnO + CO → Zn + CO ₂

Taip pat cinkas ir kadmis gali būti gaminami elektrolizės būdu, nes oksidai ištirpsta sieros rūgštyje.

Bet kuriuo iš būdų gaunamas kadmis užterštas cinkas. Lydydamas kadmį galima distiliuoti vakuume dėl jo žemesnės lydymosi temperatūros (321 ° C), palyginti su cinko (420 ° C).

Izotopai

Tarp natūralių ir stabilių kadmio izotopų, kurių gausumas čia Žemėje yra:

- 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 yra radioaktyvus, tačiau dėl tokio didelio vertė pusė - gyvenimas (T _1/2 = 7,7 × 10 ¹⁵ metų), gali būti laikoma stabilios. Tada yra ¹¹⁶ Cd, taip pat radioaktyvus, kurio pusinės eliminacijos laikas yra 3,1 · 10 ¹⁹ metų, todėl jį galima laikyti stabiliu izotopu, kuris sudaro 7,51% kadmio.

Atminkite, kad vidutinė atominė masė yra 112,414 u, arčiau 112 nei 114. Atliekant kadmį vyraujantis izotopas, esantis aukščiau kitų, nėra.

Pavojai

Generolas

Kadmis absorbuojamas daugiausia iš maisto, ypač iš kepenų, grybų, vėžiagyvių, kakavos miltelių ir džiovintų jūros dumblių.

Praėjusiame amžiuje Kinijoje įvyko embleminis atvejis, kai populiacija buvo užteršta dideliu kadmio kiekiu. Kadmis užterštas dėl didelės jo koncentracijos ryžiuose, kurį sukelia kadmis grūdinių kultūrų dirvožemyje.

Vidutiniškai rūkantis žmogus suvartoja 60 µg per dieną. Didžiausia leidžiama kadmio koncentracija kraujyje yra 15 µg per dieną. Nerūkančių asmenų kadmio koncentracija kraujyje yra apie 0,5 µg / L.

Plaučiai absorbuoja 40–60% tabako dūmuose esančio kadmio. Plaučiuose absorbuotas kadmis transportuojamas į kraują, sudarydamas kompleksus su baltymais, cisteinu ir glutationu, kurie vėliau patenka į kepenis, inkstus ir kt.

Ūmus kadmio įkvėpimas gali sukelti simptomus, panašius į tuos, kurie stebimi į gripą panašiu procesu; tokių kaip peršalimas, karščiavimas ir raumenų skausmai, kurie gali pakenkti plaučiams. Tuo tarpu lėtinis kadmio poveikis gali sukelti plaučių, inkstų ir kaulų ligas.

Poveikis inkstams

Inkstuose kadmis paprastai sukelia fosforo ir kalcio metabolizmo pakitimus, tai rodo padidėjęs inkstų akmenų kiekis. Be to, tai sukelia inkstų pažeidimą, pasireiškiantį retinolio transporterio baltymo ir β-2-mikroglobulino atsiradimu šlapime.

Poveikis reprodukcijai

Kadmio poveikis motinai yra susijęs su mažu vaiko gimimo svoriu ir savaiminių abortų skaičiaus padidėjimu.

Kaulų pažeidimai

Kadmis Japonijoje susijęs su Itai-Itai liga praeitame amžiuje. Šiai ligai būdinga maža kaulų mineralizacija, kaulų trapumas su dideliu lūžių dažniu, padidėjusi osteoporozė ir kaulų skausmas.

Kancerogenezė

Nors eksperimentai su žiurkėmis nustatė ryšį tarp kadmio ir prostatos vėžio, tai nebuvo įrodyta žmonėms. Įrodytas ryšys tarp kadmio ir inkstų vėžio, jis taip pat susijęs su plaučių vėžiu.

Programos

Įkraunamos nikelio kadmio bakterijos

Įvairių elementų arba Ni-Cd baterijos. Šaltinis: „Boffy b“ per Vikipediją.

Kadmio hidroksidas buvo naudojamas kaip katodas Ni-Cd baterijose. Jie buvo naudojami geležinkelio ir aviacijos pramonėje, taip pat kolektyvinio naudojimo priemonėse, įskaitant mobiliuosius telefonus, vaizdo kameras, nešiojamuosius kompiuterius ir kt.

Kadmio sunaudojimas gaminant Ni-Cd baterijas sudarė 80% kadmio produkcijos. Tačiau dėl šio elemento toksiškumo Ni-Cd baterijos pamažu buvo pakeistos nikelio-metalo hidrido baterijomis.

Pigmentai

Kadmio raudona. Šaltinis: Marco Almbauer

Kadmio sulfidas naudojamas kaip geltonasis pigmentas, o kadmio selenidas - kaip raudonasis pigmentas, žinomas kaip kadmio raudonasis. Šie pigmentai pasižymi blizgesiu ir intensyvumu, todėl jie buvo naudojami plastikuose, keramikoje, stikle, emaliuose ir meninėse spalvose.

Pastebėta, kad tapytojas Vincentas Van Gogas savo paveiksluose naudojo kadmio pigmentus, kurie leido jam pasiekti įvairių ryškių raudonų, apelsinų ir geltonumo spalvų.

Kadmio pigmentų spalva turi būti sušvelninta prieš sumaliant aliejais arba sumaišius akvarelėse ir akriluose.

Televizorius

Komponentai, kurių sudėtyje yra kadmio, buvo naudojami nespalvotų televizorių fosforuose, taip pat mėlynos ir žalios spalvos spalvotų televizorių vaizdo vamzdžių fosforuose.

Fosforas buvo ekrano dalis, kurią apšvitino katodiniai spinduliai ir buvo atsakingi už vaizdo formavimą. Kadmis, nepaisant toksiškumo, buvo pradėtas naudoti neseniai sukurtuose QLED televizoriuose.

PVC stabilizavimas

Kadmio junginiai, sudaryti iš karboksilato, laurato ir stearato, buvo naudojami kaip polivinilchlorido stabilizatoriai, nes jie vilkina skilimą, atsirandantį veikiant šilumai ir ultravioletiniams spinduliams, kurie skaido PVC jo gamybos metu.

Dėl kadmio toksiškumo, kadmio jungiami PVC stabilizatoriai vėl buvo pakeisti kitais stabilizatoriais, tokiais kaip bario-cinkas, kalcio-cinkas ir organo alavas.

Lydiniai

Kadmis buvo naudojamas guolių lydiniuose dėl didelio atsparumo nuovargiui ir mažo trinties koeficiento. Kadmis turi santykinai žemą lydymosi temperatūrą, todėl jis naudojamas mažai lydymosi lydiniuose ir yra komponentas, be daugelio tipų suvirinimo siūlių.

Kadmis taip pat gali būti naudojamas elektrai laidiuose, šilumai laidiuose ir elektriniuose kontaktiniuose lydiniuose.

Dengimas

Kadmis naudojamas plieno, aliuminio ir kitų spalvotųjų metalų tvirtinimo detalių, taip pat judančių dalių, apsaugai. Kadmio danga apsaugo nuo korozijos druskos ir šarminėse terpėse. Be to, jis tarnauja kaip tepalas.

Kadmis taip pat naudojamas daugelyje elektrinių ir elektroninių prietaisų, kuriems reikalingas atsparumas korozijai ir mažas elektrinis atsparumas.

Branduoliniai reaktoriai

Kadmis yra naudojamas branduoliniuose reaktoriuose dėl jo sugebėjimo sugauti neutronus, o tai leidžia kontroliuoti perteklinį neutronų dalijimąsi branduoliu, išvengiant papildomo branduolio dalijimosi.

Puslaidininkiai

Kadmio selenidas ir teluridas yra junginiai, kurie veikia kaip puslaidininkiai šviesos aptikime ir saulės elementuose. „HgCdTe“ yra jautrus infraraudonųjų spindulių šviesai ir yra naudojamas kaip judesio detektorius, taip pat kaip nuotolinio valdymo prietaisų jungiklis.

biologija

He-Cd lazerio šviesa. Šaltinis: Greičiau anonimiški (https://www.flickr.com/photos//35766549)

Helis-Cd formuojasi melsvai violetinės šviesos lazerio pluošte, kurio bangos ilgis svyruoja nuo 325 iki 422 nm, kuris yra naudojamas fluorescenciniuose mikroskopuose.

Kadmis naudojamas molekulinėje biologijoje blokuoti kalcio kanalus, priklausomai nuo membranos potencialo.

Nuorodos

1. Vikipedija. (2019 m.). Kadmis. Atkurta iš: en.wikipedia.org
2. „Selva VR“ ir kt. (2014). Skysto ir kieto Cd aukšto slėgio ir temperatūros struktūra: Cd lydymosi kreivės poveikis. Atkurta iš: researchgate.net
3. Dr Dough Stewart. (2019 m.). Kadmio elemento faktai. Atkurta iš: chemicool.com
4. Nacionalinis biotechnologijų informacijos centras. (2019 m.). Kadmis. „PubChem“ duomenų bazė. CID = 23973. Atkurta iš: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Godt, J., Scheidig, F., Grosse-Siestrup, C., Esche, V., Brandenburg, P., Reich, A., & Groneberg, DA (2006). Kadmio toksiškumas ir dėl jo kylanti rizika žmonių sveikatai. Profesinės medicinos ir toksikologijos žurnalas (Londonas, Anglija), 1, 22. doi: 10.1186 / 1745-6673-1-22
6. Ros Rachel. (2018 m. Liepos 30 d.). Faktai apie salę. Atkurta iš: livescience.com
7. Enciklopedijos „Britannica“ redaktoriai. (2018 m. Rugsėjo 6 d.). Kadmis. „Encyclopædia Britannica“. Atkurta iš: britannica.com
8. Tarptautinė kadmio asociacija. (sf). Kadmio programos. Atkurta iš: cadmium.org
9. „Lenntech BV“ (2019 m.). Kadmis. Atkurta iš: lenntech.com