- Историја
- - Двоструко откриће
- Кадмијум оксид
- Кадмијум у цинковом сулфиду
- - Апликације
- 1840-1940
- 1970-1990
- Физичка и хемијска својства кадмијума
- Изглед
- Стандардна атомска тежина
- Атомски број (З)
- Категорија предмета
- Мирис
- Тачка топљења
- Тачка кључања
- Густина
- Топлина фузије
- Топлина испаравања
- Моларни калоријски капацитет
- Електронегативност
- Енергије јонизације
- Топлотна проводљивост
- Отпорност
- Тврдоћа
- Стабилност
- Аутоматско паљење
- Индекс преламања
- Реактивност
- Структура и електронска конфигурација
- Оксидациони бројеви
- Где се могу наћи и набавити
- Лечење сфалерита
- Изотопи
- Ризици
- Генерал
- Дејство на бубреге
- Утицај на репродукцију
- Оштећење костију
- Карциногенеза
- Апликације
- Никал-кадмијум-пуњиве бактерије
- Пигменти
- ТВ
- Стабилизација ПВЦ-а
- Легуре
- Покривање
- Нуклеарни реактори
- Полуводичи
- биологија
- Референце
Кадмијум (Цд) је транзиција металом или пост - прелазно атомски број 48 и сребро. То је тачно и дуктилно, са релативно ниским талиштем и врелиштима. Кадмијум је редак елемент и има само концентрацију 0,2 г / тону земљине коре.
Грееноцкит (ЦдС) је једина важна кадмијумска руда са интензивном жутом бојом. Кадмијум је повезан са цинком у сфалериту (ЗнС), који садржи између 0,1 и 03% кадмијума као Цд 2+ катион .
Кристали кадмијума. Извор: Хи-Рес слике хемијских елемената
Приликом прераде сфалерита ради добијања, топљења и рафинирања цинка, кадмијум се добија у секундарном облику, који је његов главни извор производње.
Овај метал је откривен 1817. године, независно од Фриедрицха Стромаиера и Карла Херманна. Стромаиер је крстио нови елемент именом кадмијум, а потиче од латинске речи "кадмија", познат је термин каламин (цинк-карбонат).
Кадмијум је хемијски елемент са симболом Цд и његов атомски број је 48. Извор: Албедо-укр ЦЦ БИ-СА 2.5 (хттп://цреативецоммонс.орг/лиценсес/би-са/2.5/)
Кадмијум је елемент велике корисности и бројних примена, као што је антикорозивно гвожђе, челик и обојени метали; користити као пигмент; стабилизација ПВЦ-а; елемент у легурама које се користе у заваривању; пуњиве никл-кадмијумске батерије итд.
Међутим, то је врло токсичан елемент који узрокује озбиљна оштећења на плућима, бубрезима и костима, па је чак објављено да има канцерогено деловање, због чега је његова употреба ограничена. Али упркос томе, и даље се пажљиво користи у неким апликацијама.
Историја
- Двоструко откриће
Кадмијум је открио Фриедрицх Стромаиер, немачки хемичар, 1817. године у узорку цинковог карбоната (каламина). Исте године КСЛ Херманн и ЈЦХ Ролофф су исто открили независно у експерименту са цинковим сулфидом.
Извештава се да је Стромаиер открио док је испунио владин захтев за инспекцију апотека у граду Хилдесхеиму у Немачкој. Цинк оксид се, као и сада, користио за лечење одређених стања коже.
Изгледа да апотеке нису испоручивале цинков оксид, већ су уместо тога продавале цинков карбонат: сировину за производњу цинковог оксида. Произвођачи цинковог оксида тврде да је загревањем цинковог карбоната произведен жути „цинков оксид“.
Кадмијум оксид
Они нису могли продати овај „цинков оксид“, јер је боја једињења нормално бела; Уместо тога, продавали су цинк карбонат, такође бели. Суочен са овом ситуацијом, Стромаиер је одлучио да проучи наводни жути цинк оксид.
Да би то постигао, загревао је узорке цинковог карбоната (каламин) и произвео жути цинк оксид, како је извештено. Након анализе, закључио је да је жута боја настала присуством металног оксида новог елемента.
После екстракције овог новог металног оксида, дошло је до његове редукције, чиме је постигнута изолација кадмијума. Стромаиер је одредио његову густину и добио вредност 8,75 г / цм 3 , што је близу вредности која је тренутно позната по овом параметру (8,65 г / цм 3 ).
Такође, Стромаиер је нагласио да је нови елемент имао изглед сличан платини и да је такође присутан у многим цинковим једињењима, па чак и у пречишћеном цинку.
Стромаиер је предложио име „кадмијум“ од латинске речи „кадмија“, име дано каламину, ЗнЦО 3 .
Кадмијум у цинковом сулфиду
Карл Херманн (1817) пронашао је неочекивану жуту боју приликом прераде цинковим сулфидом и мислио је да би то могло бити контаминација арсеном. Али једном када је та могућност искључена, Херманн је схватио да је он присутан у новом елементу.
- Апликације
1840-1940
У 1840-им, употреба кадмија као пигмента почела се комерцијално експлоатирати. Британски фармацеутски кодекс указује на 1907. употребу кадмијум-јодида као лека за лечење "проширених зглобова", залузних жлезда и чилија.
У тридесетим и четрдесетим годинама прошлог века, производња кадмијума била је намењена пластењу челика и гвожђа како би их заштитила од корозије. Педесетих година прошлог века, кадмијумска једињења, попут кадмијум сулфида и кадмијум селенида, коришћена су као извори црвених, наранџастих и жутих пигмената.
1970-1990
У 1970-им и 1980-им откривено је да једињења кадмијум-лаурат и кадмијум стеарат представљају стабилизатори за ПВЦ, што доводи до повећања потражње за кадмијумом. Међутим, еколошки прописи због токсичности кадмијума узроковали су смањење његове потрошње.
У 1980-им и 1990-има, кадмијум је престао да се користи у многим апликацијама, али тада се његова производња повећала стварањем пуњивих никл-кадмијум батерија, које су представљале 80% потрошње кадмијума у Сједињеним Државама. .
Физичка и хемијска својства кадмијума
Изглед
Сребрно сивкасто беле боје са меким металним сјајем. Излагањем на 80 ° Ц постаје крхко и може се сећи ножем. Квизав је и може се ваљати у ролне.
Стандардна атомска тежина
112,414 у
Атомски број (З)
48
Категорија предмета
Пост-транзицијски метал, алтернативно сматран прелазним металом. ИУПАЦ-ова дефиниција прелазног метала је она чији атоми имају непотпуну д подсферу или који могу створити катионе са непотпуном д подсупљином.
Према овој дефиницији, кадмијум није прелазни метал, јер његов катион Цд 2+ има своје 4д орбите потпуно испуњене електронима (4д 10 ).
Мирис
Тоалет
Тачка топљења
321,07 ° Ц
Тачка кључања
767 ºЦ
Густина
Температура околине: 8.65 г / цм 3
Ат Тачка топљења (течност): 7.996 г / цм 3
Топлина фузије
6,21 кЈ / мол
Топлина испаравања
99,87 кЈ / мол
Моларни калоријски капацитет
26.020 Ј / (мол К)
Електронегативност
1.6 на Паулинг скали
Енергије јонизације
Прво: 867,8 кЈ / мол (Цд + гас)
Друго: 1631,4 кЈ / мол (Цд 2+ гасовити)
Треће: 3616 кЈ / мол (Цд 3+ гасовити)
Топлотна проводљивост
96,6 В / (мК)
Отпорност
72,7 нΩ · м на 22 ° Ц
Тврдоћа
2.0 на Мохсовој скали. То је метал, иако густ, знатно мекан.
Стабилност
Полако се оксидира влажним ваздухом, стварајући кадмијум оксид, који обожава метални сјај. Није запаљив, али у облику праха може сагорјети и самозапалити се.
Аутоматско паљење
250 ° Ц за кадмијум је прашкаст облик.
Индекс преламања
1,8 на 20 ºЦ
Реактивност
Кадмијум може да сагорева на ваздуху и формира кадмијум оксид (ЦаО), смеђи аморфни прах, док је кристални облик тамно црвене боје.
Кадмијум брзо реагује са разблаженом азотном киселином, а споро са врућом хлороводоничном киселином. Такође је у стању да реагује са сумпорном киселином, али не реагује са алкалима. У свим овим реакцијама формирају се кадмијумске соли одговарајућих аниона (Цл - ) или оксоаниона (НО 3 - и СО 4 2- ).
Структура и електронска конфигурација
Дијаграм електронске љуске кадмијума, елемент 48 у периодичној табели. Извор: Пумбаа (оригинални рад Грег Робсон) ЦЦ БИ-СА 2.0 (хттп://цреативецоммонс.орг/лиценсес/би-са/2.0/)
Атоми кадмијума из његовог кристала успостављају металну везу из њихових валентних електрона, који су распоређени у 4д и 5с орбитали у складу са својом електроничком конфигурацијом:
4д 10 5с 2
Међутим, иако су 4д орбитале препуне електрона и може се помислити да је „море електрона“ довољно обилно да снажно веже Цд атоме, у стварности су интеракције слабе. То се може експериментално доказати са његовом ниском талиштем (321 ° Ц), у поређењу са другим прелазним металима.
Из овог и других хемијских разлога, кадмијум се понекад не сматра прелазним металом. Толико је електрона (дванаест) укључено у његову металну везу да почињу у великој мјери да нарушавају његове негативне одбијања; што, заједно са енергетском разликом између испуњених 4д и 5с орбитала, слаби Цд-Цд интеракцију.
Атоми Цд на крају дефинишу компактну шестерокутну кристалну структуру (хцп), која не подноси фазне прелазе пре тачке топљења. Када се хцп кристали кадмију изложе притиску еквивалентном 10 ГПа, структура се само деформише; али без пријављене промене фазе.
Оксидациони бројеви
Кадмијум не може изгубити дванаест валентних електрона; у ствари, не може изгубити ни једну од својих 4д орбитала, које су енергетски стабилније стабилније у односу на 5с орбиталу. Стога само да изгуби два електрона тих 5с 2 орбиталне , бића последично двовалентни метал; као што је случај са цинком, живом и земноалкалним металима (господин Бецамбара).
Када се претпостави постојање калијума Цд2 + у његовим једињењима , онда се каже да кадмијум има оксидациони број или стање +2. Ово је ваш главни број оксидације. На пример, следећа једињења садрже кадмијум ас +2: ЦдО (Цд 2+ О 2- ), ЦДЦ 2 (Цд 2+ Цл 2 - ), ЦдСО 4 (Цд 2+ СО 4 2- ) и Цд (НО 3 ) 2 .
Поред овог броја оксидације, постоје и +1 (Цд + ) и -2 (Цд 2- ). Оксидација Број +1 је примећено у Цд 2 2+ дицатион у којем сваки атом кадмијум има позитивно наелектрисање. У међувремену, -2 је прилично чудна и односила би се на "кадмидни" анион.
Где се могу наћи и набавити
Грееноцкитни кристали. Извор: Роб Лавински, иРоцкс.цом - ЦЦ-БИ-СА-3.0
Кадмијум је редак елемент који има концентрацију 0,2 г / тону у земљиној кори. Једини важан минерал кадмијума је грееноцкит (ЦдС), који се не може минерати са рударске и комерцијалне тачке гледишта.
Кадмијум је повезан са цинком у минералном сфалериту (ЗнС), који га обично садржи у концентрацији која се креће између 0,1% и 0,3%; али у неким случајевима концентрација кадмијума у сфалериту може достићи 1,4%.
Стене обрађене за добијање фосфорних ђубрива могу имати концентрацију кадмијума од 300 мг / кг ђубрива. Такође угаљ може да садржи мале, али значајне количине кадмијума.
Главни извор кадмијума су вулканске емисије које кадмијум може да пренесе у површинске воде. Употреба фосфорних ђубрива у пољопривредним тлима довела је до његове контаминације кадмијумом.
Кадмијум присутан у киселим земљиштима биљке апсорбују. Неко поврће човек користи као храну, што објашњава како је унос воде и хране главни извор уласка кадмијума у неекспониране људе или пушаче.
Лечење сфалерита
Током рударства, топљења и рафинирања цинка који је присутан у сфалериту, кадмијум се обично добија као нуспроизвод. Сличан догађај се такође догађа, иако у знатно мањем степену, током прераде бакра и олова.
Слично томе, мале количине кадмијума могу се добити из рециклирања отпадака гвожђа и челика.
Сфалерит је пржен тако да се цинк сулфид претвара у свој оксид, ЗнО. Исту реакцију трпи и кадмијум сулфид:
2 ЗнС + 3 О 2 → 2 ЗнО + 2 СО 2
Ако се ова оксидна смеша загрева дрвеним угљеном, они ће се смањити у њихове одговарајуће метале:
ЗнО + ЦО → Зн + ЦО 2
Такође, цинк и кадмијум могу се произвести електролизом док се оксиди растварају у сумпорној киселини.
Било која од ових метода ствара цинк који је контаминиран кадмијумом. Кад се топи, кадмијум се може дестилирати под вакуумом због ниже тачке топљења (321 ° Ц) у поређењу са цинком (420 ° Ц).
Изотопи
Међу природним и стабилним изотопима кадмијума које имамо, са њиховим обиљем овде на Земљи:
- 106 Цд (1,25%)
- 108 Цд (0,89%)
- 110 Цд (12.47%)
- 111 Цд (12.8%)
- 112 Цд (24,11%)
- 114 Цд (28,75%)
- 113 Цд (12.23%)
113 ЦД је радиоактиван, али због таквог великог вредности пола - живот (Т 1/2 = 7,7 × 10 15 година), може се сматрати стабилним. И тада је ту 116 Цд, такође радиоактивни, са полуживотом 3,1 · 10 19 година, тако да се може сматрати стабилним изотопом, који представља 7,51% кадмијума.
Имајте на уму да је просечна атомска маса 112.414 у, ближа 112 него 114. У кадмијуму се не примећује преовлађујући изотоп изнад осталих.
Ризици
Генерал
Апсорпција кадмија долази углавном из хране, нарочито јетре, гљива, шкољки, какао праха и сувих морских алги.
Емблематичан случај догодио се у Кини у прошлом веку, где је дошло до значајне контаминације становништва. Загађење кадмијумом је последица високе концентрације у пиринчу, узроковане присуством кадмијума у тлима житарица.
Пушач има просечни унос од 60 µг дневно. Максимална дозвољена концентрација кадмијума у крви је 15 µг / дан. Непушачи имају концентрацију кадмијума у крви око 0,5 µг / Л.
Плућа апсорбују између 40 и 60% кадмијума у дуванском диму. Кадмијум апсорбован у плућима се транспортује у крв, формирајући комплексе са протеинима, цистеином и глутатионом, који потом завршавају у јетри, бубрезима, итд.
Акутно удисање кадмијума може изазвати симптоме сличне онима који се примећују у процесу сличном грипу; попут прехладе, врућице и болова у мишићима, који могу проузроковати оштећење плућа. У међувремену, хронично излагање кадмијуму може изазвати болест плућа, бубрега и костију.
Дејство на бубреге
Кадмијум у бубрезима обично изазива промену метаболизма фосфора и калцијума, о чему сведочи пораст производње бубрежних каменаца. Поред тога, изазива оштећење бубрега, што се манифестује појавом у урину протеина транспортера ретинола и β-2-микроглобулина.
Утицај на репродукцију
Изложеност кадмијума у мајци повезана је са малом тежином рођења детета и повећањем стопе спонтаних побачаја.
Оштећење костију
Кадмијум је у Јапану повезан са присуством Итаи-Итаи болести у прошлом веку. Ову болест карактерише слаба минерализација костију, крхкост костију са великом брзином прелома, повећана остеопороза и болови у костима.
Карциногенеза
Иако су експерименти на пацовима успоставили везу између кадмијума и рака простате, то није доказано код људи. Показала се повезаност између кадмијума и рака бубрега, а повезана је и са карциномом плућа.
Апликације
Никал-кадмијум-пуњиве бактерије
Различите ћелије или Ни-Цд батерије. Извор: Боффи б путем Википедије.
Кадмијум хидроксид је коришћен као катода у Ни-Цд батеријама. Они су коришћени у железничкој и ваздухопловној индустрији, као и у инструментима за колективну употребу, укључујући мобителе, видео камере, лаптопове итд.
Потрошња кадмијума за производњу Ни-Цд батерија представља 80% производње кадмијума. Међутим, због токсичности овог елемента, Ни-Цд батерије су постепено замењене никл-метал-хидридним батеријама.
Пигменти
Кадмијум црвени. Извор: Марцо Алмбауер
Кадмијум сулфид се користи као жути пигмент, а кадмијум селенид као црвени пигмент, познат као кадмијум црвени. Ови пигменти се одликују сјајем и интензитетом, због чега се користе у пластици, керамици, стаклу, емајлима и уметничким бојама.
Примећено је да је сликар Винцент Ван Гогх користио кадмијумске пигменте на својим сликама, што му је омогућило да постигне низ светлих црвених, наранџастих и жутих боја.
Обојење кадмијумских пигмената мора се ублажити пре него што се млеве уљима или мешају у акварелима и акрилима.
ТВ
Компоненте које садрже кадмијум кориштене су у фосфору црно-бијелих телевизора, као и у плавом и зеленом фосфору за сликовне цијеви телевизије у боји.
Фосфор је био део екрана који је био зрачен катодним зрацима, одговоран за формирање слике. Кадмијум је, упркос својој токсичности, почео да се користи у недавно створеним КЛЕД телевизијама.
Стабилизација ПВЦ-а
Кадмијумска једињења формирана са карбоксилатом, лауратом и стеаратом коришћена су као стабилизатори поливинил хлорида, јер они одлажу деградацију насталу излагањем топлоти и ултраљубичастој светлости која разлаже ПВЦ током његовог процеса производње.
Због токсичности кадмијума, опет, стабилизатори везани за кадмијум замењени су другим стабилизаторима, као што су баријум-цинк, калцијум-цинк и органотин.
Легуре
Кадмијум се користи у легурама лежаја због високе отпорности на замор и ниског коефицијента трења. Кадмијум има релативно ниску тачку топљења, због чега се користи у легурама са ниским талиштем и представља компоненту поред многих врста завара.
Кадмијум се такође може користити у електро проводљивим, термички проводљивим и електричним контактним легурама.
Покривање
Кадмијум се користи за заштиту челика, алуминијума и других учвршћивача од обојених метала, као и покретних делова. Кадмијумски премаз пружа заштиту од корозије у физиолошким и алкалним медијима. Поред тога, служи као мазиво.
Кадмијум се такође користи у многим електричним и електронским апликацијама којима је потребна корозијска отпорност и мала електрична отпорност.
Нуклеарни реактори
Кадмијум се користи у нуклеарним реакторима због своје способности хватања неутрона, што омогућава контролу сувишних неутрона из нуклеарне фисије, избегавајући додатне нуклеарне фисије.
Полуводичи
Кадмијум селенид и телурид су једињења која делују као полуводичи у детекцији светлости и у соларним ћелијама. ХгЦдТе је осетљив на инфрацрвено светло и користи се као детектор покрета, као и прекидач за уређаје за даљинско управљање.
биологија
Хе-Цд ласерско светло. Извор: Анонимоус Анонимоус (хттпс://ввв.флицкр.цом/пхотос//35766549)
Хелијум-Цд је укључен у стварање ласерског снопа плаво-љубичасте светлости таласне дужине између 325 и 422 нм, корисног у флуоресцентним микроскопима.
Кадмијум се користи у молекуларној биологији да блокира калцијумске канале, зависно од потенцијала мембране.
Референце
- Википедиа. (2019). Кадмијум. Опоравак од: ен.википедиа.орг
- Селва ВР и други (2014). Висока притисна и температурна структура течног и чврстог Цд: Последице за кривуљу топљења Цд. Опоравак од: ресеарцхгате.нет
- Др Доугх Стеварт. (2019). Чињенице елемента кадмијума. Опоравак од: цхемицоол.цом
- Национални центар за информације о биотехнологији. (2019). Кадмијум. ПубЦхем база података. ЦИД = 23973. Опоравак од: пубцхем.нцби.нлм.них.гов
- Годт, Ј., Сцхеидиг, Ф., Гроссе-Сиеструп, Ц., Есцхе, В., Бранденбург, П., Реицх, А. и Гронеберг, ДА (2006). Токсичност кадмијума и резултирајуће опасности по здравље људи. Часопис за медицину рада и токсикологију (Лондон, Енглеска), 1, 22. дои: 10.1186 / 1745-6673-1-22
- Рос Рацхел. (30. јула 2018.). Чињенице о цамијуму. Опоравило од: лифециенце.цом
- Уредници Енцицлопаедиа Британница. (6. септембра 2018.). Кадмијум. Енцицлопӕдиа Британница. Опоравак од: британница.цом
- Међународно Кадмијумско Удружење. (сф) Примене кадмијума. Опоравак од: цадмиум.орг
- Леннтецх БВ (2019). Кадмијум. Опоравак од: леннтецх.цом