CADMIO (CD): HISTORIA, PROPIEDADES, ESTRUCTURA, USOS - QUÍMICA - 2025

El cadmio (Cd) es un metal de transición o postransicional de número atómico 48 y de color plateado. Es maleable y dúctil, con puntos de fusión y ebullición relativamente bajos. El cadmio es un elemento raro y apenas tiene una concentración de 0,2 g / tonelada de corteza terrestre.

La greenockita (CdS) es la única mena importante del cadmio que presenta una coloración amarilla intensa. El cadmio se encuentra asociado con el cinc en la esfalerita (ZnS), la cual contiene entre 0,1 y 03 % de cadmio como catión Cd²⁺.

Cristales de cadmio. Fuente: Hi-Res Images ofChemical Elements

Al procesar la esfalerita para la obtención, fundición y refinación del cinc, se obtiene en forma secundaria el cadmio, siendo esta su principal fuente de producción.

Este metal fue descubierto en 1817, en forma independiente por Friedrich Stromayer y Karl Hermann. Stromayer bautizó el nuevo elemento con el nombre de cadmium, originado de la palabra latina “cadmia”, término como se conocía a la calamina (carbonato de zinc).

Kadmium adalah unsur kimia dengan simbol Cd dan nombor atomnya ialah 48. Sumber: Albedo-ukr CC BY-SA 2.5 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5/)

Kadmium adalah unsur utiliti yang hebat dan banyak aplikasi, seperti antikorrosif besi, keluli dan logam bukan ferus; gunakan sebagai pigmen; penstabilan PVC; unsur dalam aloi yang digunakan dalam kimpalan; bateri nikel kadmium yang boleh dicas semula, dll.

Walau bagaimanapun, ia adalah unsur yang sangat toksik yang menyebabkan kerosakan teruk pada paru-paru, ginjal dan tulang, dan bahkan dilaporkan mempunyai tindakan karsinogenik, itulah sebabnya penggunaannya terhad. Tetapi walaupun ini, ia terus digunakan dengan hati-hati dalam beberapa aplikasi.

Sejarah

- Penemuan berganda

Kadmium ditemui oleh Friedrich Stromayer, seorang ahli kimia Jerman, pada tahun 1817 dalam sampel zink karbonat (calamine). Pada tahun yang sama, KSL Hermann dan JCH Roloff membuat penemuan yang sama, secara bebas, dalam eksperimen dengan zink sulfida.

Stromayer dilaporkan membuat penemuannya ketika memenuhi permintaan pemerintah untuk memeriksa farmasi di kota Hildesheim, Jerman. Zink oksida, seperti sekarang, digunakan untuk merawat keadaan kulit tertentu.

Nampaknya farmasi tidak menghantar zink oksida, sebaliknya menjual zink karbonat: bahan mentah untuk pengeluaran zink oksida. Pengilang zink oksida berpendapat bahawa pemanasan zink karbonat menghasilkan "zink oksida" kuning.

Kadmium oksida

Mereka tidak dapat menjual "zink oksida" ini, kerana warna sebatiannya biasanya putih; Sebaliknya, mereka menjual zink karbonat, juga putih. Menghadapi keadaan ini, Stromayer memutuskan untuk mengkaji zink oksida kuning yang sepatutnya.

Untuk melakukan ini, dia memanaskan sampel zink karbonat (calamine) dan menghasilkan zink oksida kuning, seperti yang dilaporkan. Setelah menganalisisnya, dia menyimpulkan bahawa warna kuning disebabkan oleh adanya oksida logam unsur baru.

Setelah mengeluarkan oksida logam baru ini, ia menghasilkan pengurangannya, mencapai pengasingan kadmium. Stromayer menentukan kepadatannya dan memperoleh nilai 8.75 g / cm ³ , berhampiran dengan nilai kini dikenali untuk parameter ini (8.65 g / cm ³ ).

Juga, Stromayer menunjukkan bahawa elemen baru itu memiliki penampilan yang mirip dengan platinum, dan unsur itu juga terdapat di banyak sebatian zink, dan bahkan pada zink yang disucikan.

Stromayer mencadangkan nama "kadmium" dari perkataan Latin "cadmia", nama yang diberikan kepada calamine, ZnCO ₃ .

Kadmium dalam zink sulfida

Karl Hermann (1817) menemui warna kuning yang tidak dijangka ketika memproses zink sulfida dan menganggapnya boleh menjadi pencemaran arsenik. Tetapi setelah kemungkinan ini dikesampingkan, Hermann menyedari bahawa dia berada di hadapan elemen baru.

- Aplikasi

1840-1940

Pada tahun 1840-an penggunaan kadmium sebagai pigmen mula dieksploitasi secara komersial. Codex Farmaseutikal British menunjukkan pada tahun 1907 penggunaan kadmium iodida sebagai ubat untuk merawat "sendi yang membesar", kelenjar dan chilblains.

Pada tahun 1930-an dan 1940-an, pengeluaran kadmium bertujuan menyalut keluli dan besi untuk melindungi mereka dari kakisan. Pada tahun 1950-an, sebatian kadmium seperti kadmium sulfida dan kadmium selenide digunakan sebagai sumber pigmen merah, oren, dan kuning.

1970-1990

Pada tahun 1970-an dan 1980-an, sebatian kadmium laurate dan kadmium stearate didapati sebagai penstabil untuk PVC, yang menyebabkan peningkatan permintaan kadmium. Walau bagaimanapun, peraturan persekitaran kerana ketoksikan kadmium, menyebabkan penurunan penggunaannya.

Pada tahun 1980-an dan 1990-an, kadmium tidak lagi digunakan dalam banyak aplikasinya, tetapi kemudian pengeluarannya meningkat dengan penciptaan bateri nikel-kadmium yang boleh dicas semula, yang mewakili 80% penggunaan kadmium di Amerika Syarikat. .

Sifat fizikal dan kimia kadmium

Penampilan

Putih kelabu keperakan dengan kilauan logam lembut. Ia menjadi rapuh apabila terkena suhu 80ºC, dan dapat dipotong dengan pisau. Ia lembut dan boleh digulung menjadi gulungan.

Berat atom standard

112,414 u

Nombor atom (Z)

48

Kategori Item

Logam pasca peralihan, secara alternatif dianggap sebagai logam peralihan. Definisi IUPAC bagi logam peralihan adalah atom yang atomnya mempunyai subkulit d yang tidak lengkap atau yang dapat menimbulkan kation dengan subkulit d yang tidak lengkap.

Menurut definisi ini, kadmium bukanlah logam peralihan kerana kation Cd ²⁺ mempunyai orbital 4dnya yang penuh dengan elektron (4d ¹⁰ ).

Bau

Tandas

Takat lebur

321.07 ºC

Takat didih

767 ºC

Ketumpatan

Suhu persekitaran: 8.65 g / cm ³

Pada titik lebur (cecair): 7,996 g / cm ³

Panas pelakuran

6.21 kJ / mol

Haba pengewapan

99.87 kJ / mol

Kapasiti kalori molar

26.020 J / (mol K)

Elektronegativiti

1.6 pada skala Pauling

Tenaga pengionan

Pertama: 867.8 kJ / mol (Cd ⁺ gas)

Kedua: 1631.4 kJ / mol (Cd ²⁺ gas)

Ketiga: 3616 kJ / mol (Cd ³⁺ gas)

Kekonduksian terma

96.6 W / (mK)

Ketahanan

72.7 nΩ · m pada 22 ºC

Kekerasan

2.0 pada skala Mohs. Ini adalah logam, walaupun padat, sangat lembut.

Kestabilan

Ia perlahan-lahan dioksidakan oleh udara lembap untuk membentuk kadmium oksida, yang menodai kilauan logamnya. Ia tidak mudah terbakar, tetapi dalam bentuk serbuk boleh membakar dan menyala sendiri.

Pencucuhan automatik

250 ºC untuk kadmium adalah bentuk serbuk.

Indeks biasan

1.8 pada suhu 20 ºC

Kereaktifan

Kadmium boleh terbakar di udara untuk membentuk kadmium oksida (CaO), serbuk amorf coklat, sementara bentuk kristal berwarna merah gelap.

Kadmium bertindak balas dengan cepat dengan asid nitrat cair, dan perlahan-lahan dengan asid hidroklorik panas. Ia juga mampu bertindak balas dengan asid sulfurik, tetapi tidak bertindak balas dengan alkali. Dalam semua tindak balas ini, garam kadmium dari anionnya yang sesuai (Cl ^- ) atau oxoanions (NO ₃ ^- dan SO ₄ ^2- ) terbentuk.

Struktur dan konfigurasi elektronik

Gambarajah shell elektron Kadmium, elemen 48 dalam jadual berkala. Sumber: Pumbaa (karya asal oleh Greg Robson) CC BY-SA 2.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/)

Atom kadmium kristalnya membentuk ikatan logam dari elektron valens mereka, yang terletak di orbit 4d dan 5s mengikut konfigurasi elektronik mereka:

4d ¹⁰ 5s ²

Walau bagaimanapun, walaupun orbital 4d penuh dengan elektron, dan mungkin juga difikirkan bahawa "lautan elektron" cukup banyak untuk mengikat atom Cd dengan kuat, sebenarnya interaksinya lemah. Ini dapat ditunjukkan secara eksperimen dengan titik lebur rendah (321 ° C), berbanding dengan logam peralihan lain.

Atas sebab ini dan sebab kimia lain, kadmium kadangkala tidak dianggap sebagai logam peralihan. Terdapat begitu banyak elektron (dua belas) yang terlibat dalam ikatan logamnya sehingga mereka mula mengganggu penolakan negatifnya; yang, bersama dengan perbezaan bertenaga antara orbital 4d dan 5s yang diisi, melemahkan interaksi Cd-Cd.

Atom Cd akhirnya menentukan struktur kristal heksagon padat (hcp), yang tidak mengalami peralihan fasa sebelum titik leburnya. Apabila kristal kadmium hcp dikenakan tekanan bersamaan dengan 10 GPa, strukturnya hanya berubah bentuk; tetapi tanpa perubahan fasa dilaporkan.

Nombor pengoksidaan

Kadmium tidak boleh kehilangan dua belas elektron valens; sebenarnya, ia tidak boleh kehilangan salah satu orbital 4dnya, yang lebih stabil dalam tenaga berbanding dengan orbit 5s. Oleh itu, ia hanya boleh kehilangan dua elektron orbit 5s ² , akibatnya menjadi logam divalen; seperti halnya logam zink, merkuri, dan bumi beralkali (Mr. Becambara).

Apabila kewujudan kation Cd ²⁺ diasumsikan dalam sebatiannya , maka dikatakan bahawa kadmium mempunyai bilangan pengoksidaan atau keadaan +2. Ini adalah nombor pengoksidaan utama anda. Sebagai contoh, sebatian berikut mengandungi kadmium sebagai +2: CdO (Cd ²⁺ O ^2- ), CdCl ₂ (Cd ²⁺ Cl ₂ ^- ), CdSO ₄ (Cd ²⁺ SO ₄ ^2- ) dan Cd (NO ₃ ) ₂ .

Sebagai tambahan kepada nombor pengoksidaan ini, terdapat juga +1 (Cd ⁺ ) dan -2 (Cd ^2- ). Nombor pengoksidaan +1 diperhatikan dalam penekanan Cd ₂ ²⁺ , di mana setiap atom kadmium mempunyai muatan positif. Sementara itu, -2 agak aneh, dan akan berlaku pada anion "cadmide".

Di mana mencari dan mendapatkan

Kristal Greenockite. Sumber: Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

Kadmium adalah unsur langka yang mempunyai kepekatan 0.2 g / tan di kerak bumi. Satu-satunya mineral kadmium penting adalah greenockite (CdS), yang tidak dapat dilombong dari sudut perlombongan dan komersial.

Kadmium didapati berkaitan dengan zink dalam mineral sphalerite (ZnS), yang biasanya mengandungnya pada kepekatan antara 0.1% dan 0.3%; tetapi dalam beberapa kes kepekatan kadmium dalam sphalerite dapat mencapai 1.4%.

Batuan yang diproses untuk mendapatkan baja fosforus boleh mempunyai kepekatan kadmium 300 mg / kg baja. Batu arang juga boleh mengandungi kadmium dalam jumlah yang kecil tetapi banyak.

Sumber utama kadmium adalah pelepasan gunung berapi yang kadmium dapat dibawa ke perairan permukaan. Penggunaan baja fosforus di tanah pertanian menyebabkan pencemarannya dengan kadmium.

Kadmium yang terdapat di dalam tanah asid dapat diserap oleh tumbuhan. Sebilangan sayur-sayuran digunakan oleh manusia sebagai makanan, yang menjelaskan bagaimana pengambilan air dan makanan adalah sumber utama kemasukan kadmium pada orang atau perokok yang tidak terdedah.

Rawatan sphalerite

Semasa perlombongan, peleburan dan pemurnian zink yang terdapat dalam sphalerite, kadmium biasanya diperoleh sebagai produk sampingan. Kejadian serupa juga berlaku, walaupun pada tahap yang jauh lebih rendah, semasa pemprosesan tembaga dan timah.

Begitu juga, sejumlah kecil kadmium dapat diperoleh dari kitar semula besi dan besi sekerap.

Sphalerite dipanggang sehingga zink sulfida berubah menjadi oksida, ZnO. Reaksi yang sama dialami oleh kadmium sulfida:

2 ZnS + 3 O ₂ → 2 ZnO + 2 SO ₂

Sekiranya campuran oksida ini dipanaskan dengan arang, mereka akan dikurangkan menjadi logam masing-masing:

ZnO + CO → Zn + CO ₂

Juga, zink dan kadmium dapat dihasilkan oleh elektrolisis kerana oksida larut dalam asid sulfurik.

Mana-mana kaedah menghasilkan zink yang tercemar kadmium. Semasa lebur, kadmium dapat disuling secara vakum kerana titik leburnya yang lebih rendah (321 ° C) berbanding dengan zink (420 ° C).

Isotop

Antara isotop kadmium semula jadi dan stabil yang kita ada, dengan jumlahnya masing-masing di Bumi:

- 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%)

The ¹¹³ Cd adalah radioaktif, tetapi kerana separuh nilai yang besar itu - hidup (t _1/2 = 7.7 × 10 ¹⁵ tahun), boleh dianggap stabil. Dan kemudian ada ¹¹⁶ Cd, juga radioaktif, dengan jangka hayat 3.1 · 10 ¹⁹ tahun, sehingga dapat dianggap sebagai isotop stabil, mewakili 7.51% kadmium.

Perhatikan bahawa jisim atom purata adalah 112.414 u, lebih dekat ke 112 daripada 114. Kewujudan isotop dominan di atas yang lain tidak diperhatikan dalam kadmium.

Risiko

Am

Penyerapan kadmium berlaku terutamanya dari makanan, terutama hati, jamur, kerang, serbuk koko, dan rumput laut kering.

Kes emblematik berlaku di China pada abad yang lalu, di mana terdapat pencemaran kadmium yang ketara pada populasi. Pencemaran kadmium disebabkan oleh kepekatannya yang tinggi dalam padi, disebabkan oleh kehadiran kadmium di tanah tanaman bijirin.

Seorang perokok mempunyai pengambilan purata 60 µg / hari. Kepekatan maksimum kadmium yang dibenarkan dalam darah adalah 15 µg / hari. Orang yang tidak merokok mempunyai kepekatan kadmium dalam darah mereka sekitar 0.5 µg / L.

Paru-paru menyerap antara 40 dan 60% kadmium dalam asap tembakau. Kadmium yang diserap dalam paru-paru diangkut dalam darah, membentuk kompleks dengan protein, sistein dan glutathione, yang kemudian berakhir di hati, ginjal, dll.

Penyedutan kadmium yang akut dapat menghasilkan gejala yang serupa dengan yang diperhatikan dalam proses seperti selesema; seperti selsema, demam dan sakit otot, yang boleh menyebabkan kerosakan paru-paru. Sementara itu, pendedahan kronik pada kadmium boleh menyebabkan penyakit paru-paru, ginjal, dan tulang.

Kesan pada buah pinggang

Di buah pinggang, kadmium biasanya menyebabkan perubahan metabolisme fosfor dan kalsium, yang dibuktikan dengan peningkatan pengeluaran batu ginjal. Di samping itu, ia menyebabkan kerosakan buah pinggang yang ditunjukkan dalam penampilan protein retinol transporter dan β-2-microglobulin dalam air kencing.

Kesan pada pembiakan

Pendedahan ibu terhadap kadmium dikaitkan dengan berat badan anak yang rendah dan peningkatan kadar pengguguran spontan.

Kerosakan tulang

Kadmium berkaitan di Jepun dengan kehadiran penyakit Itai-Itai pada abad yang lalu. Penyakit ini dicirikan oleh mineralisasi tulang yang rendah, kerapuhan tulang dengan kadar patah yang tinggi, peningkatan osteoporosis, dan sakit tulang.

Karsinogenesis

Walaupun percubaan pada tikus menjalin hubungan antara kadmium dan barah prostat, ini belum ditunjukkan pada manusia. Hubungan antara kadmium dan barah buah pinggang telah ditunjukkan, dan juga dikaitkan dengan barah paru-paru.

Permohonan

Bakteria boleh dicas semula nikel kadmium

Sel atau bateri Ni-Cd berbeza. Sumber: Boffy b melalui Wikipedia.

Kadmium hidroksida digunakan sebagai katod dalam bateri Ni-Cd. Ini digunakan dalam industri kereta api dan aeronautik, serta instrumen untuk penggunaan bersama termasuk telefon bimbit, kamera video, komputer riba, dll.

Penggunaan kadmium untuk pembuatan bateri Ni-Cd mewakili 80% pengeluaran kadmium. Walau bagaimanapun, kerana ketoksikan unsur ini, bateri Ni-Cd secara beransur-ansur diganti oleh bateri hidrida logam nikel.

Pigmen

Kadmium merah. Sumber: Marco Almbauer

Kadmium sulfida digunakan sebagai pigmen kuning dan kadmium selenide sebagai pigmen merah, yang dikenal sebagai kadmium merah. Pigmen ini dicirikan oleh kehebatan dan keamatannya, itulah sebabnya ia digunakan dalam plastik, seramik, kaca, enamel dan warna artistik.

Telah diperhatikan bahawa pelukis Vincent Van Gogh menggunakan pigmen kadmium dalam lukisannya, yang memungkinkannya mencapai berbagai warna merah terang, jeruk dan kuning.

Pewarnaan pigmen kadmium mesti dilemahkan sebelum digiling dengan minyak atau dicampurkan dalam cat air dan akrilik.

TV

Komponen yang mengandung kadmium digunakan dalam fosfor televisyen hitam dan putih, serta fosfor biru dan hijau untuk tabung gambar televisyen berwarna.

Fosfor adalah bahagian layar yang disinari oleh sinar katod, yang bertanggung jawab untuk pembentukan gambar. Kadmium, walaupun beracun, telah mula digunakan di televisyen QLED yang baru dibuat.

Penstabilan PVC

Sebatian kadmium yang terbentuk dengan karboksilat, laurat dan stearat digunakan sebagai penstabil untuk polivinil klorida, kerana mereka melambatkan penurunan yang dihasilkan oleh pendedahan kepada haba dan sinar ultraviolet yang menguraikan PVC semasa proses pembuatannya.

Kerana ketoksikan kadmium, sekali lagi, penstabil PVC terikat kadmium telah digantikan oleh penstabil lain, seperti barium-zink, kalsium-zink, dan organotin.

Aloi

Kadmium telah digunakan dalam aloi bantalan kerana ketahanan keletihan yang tinggi dan pekali geseran yang rendah. Kadmium mempunyai titik lebur yang agak rendah, itulah sebabnya ia digunakan dalam aloi titik lebur rendah, dan merupakan komponen sebagai tambahan kepada banyak jenis kimpalan.

Kadmium juga boleh digunakan dalam aloi sentuhan elektrik, konduktif termal dan elektrik.

Meliputi

Kadmium digunakan untuk melindungi keluli, aluminium, dan pengikat logam bukan ferus lain, serta bahagian yang bergerak. Salutan kadmium memberikan perlindungan kakisan pada media masin dan alkali. Di samping itu, ia berfungsi sebagai pelincir.

Kadmium juga digunakan dalam banyak aplikasi elektrik dan elektronik yang memerlukan ketahanan kakisan dan ketahanan elektrik rendah.

Reaktor nuklear

Kadmium digunakan dalam reaktor nuklear untuk kemampuannya menangkap neutron, yang memungkinkan untuk mengendalikan kelebihan neutron dari pembelahan nuklear, menghindari pembelahan nuklear tambahan.

Semikonduktor

Kadmium selenide dan Telluride adalah sebatian yang bertindak sebagai semikonduktor dalam pengesanan cahaya dan sel suria. HgCdTe sensitif terhadap cahaya inframerah dan digunakan sebagai pengesan gerakan serta suis untuk alat kawalan jauh.

biologi

Lampu laser He-Cd. Sumber: Agak Tanpa Nama (https://www.flickr.com/photos//35766549)

Helium-Cd terlibat dalam pembentukan sinar laser cahaya biru-ungu dengan panjang gelombang antara 325 dan 422 nm, dapat digunakan dalam mikroskop pendarfluor.

Kadmium digunakan dalam biologi molekul untuk menyekat saluran kalsium, bergantung pada potensi membran.

Rujukan

1. Wikipedia. (2019). Kadmium. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
2. Selva VR & et al. (2014). Struktur tekanan tinggi dan suhu cecair dan pepejal Cd: Implikasi untuk lekapan lebur Cd. Dipulihkan dari: researchgate.net
3. Dough Stewart Dr. (2019). Fakta Unsur Kadmium. Dipulihkan dari: chemicool.com
4. Pusat Maklumat Nasional Bioteknologi. (2019). Kadmium. Pangkalan Data PubChem. CID = 23973. Dipulihkan dari: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Godt, J., Scheidig, F., Grosse-Siestrup, C., Esche, V., Brandenburg, P., Reich, A., & Groneberg, DA (2006). Ketoksikan kadmium dan bahaya yang mengakibatkan kesihatan manusia. Jurnal perubatan dan toksikologi pekerjaan (London, England), 1, 22. doi: 10.1186 / 1745-6673-1-22
6. Ros Rachel. (30 Julai 2018). Fakta mengenai camium. Dipulihkan dari: livescience.com
7. Pengarang Ensiklopedia Britannica. (6 September 2018). Kadmium. Encyclopædia Britannica. Dipulihkan dari: britannica.com
8. Persatuan Kadmium Antarabangsa. (sf). Aplikasi kadmium. Dipulihkan dari: cadmium.org
9. Lenntech BV (2019). Kadmium. Dipulihkan dari: lenntech.com