Zgodovina, lastnosti, struktura, uporabe kadmija (CD)

On kadmij (CD) je prehodna ali post -tranzicijska kovina atomske številke 48 in srebrna barva. Je popljiv in duktilen, z razmeroma nizkimi točkami taljenja in vrelišč. Kadmij je redek element in ima komaj koncentracijo 0,2 g / tona Zemljine skorje.

La Greenockita (CDS) je edina pomembna mena kadmija, ki predstavlja intenzivno rumeno obarvanost. Kadmij je povezan s cinkom v sfaleritu (ZNS), ki vsebuje med 0,1 in 03 % kadmij kot CD kation²⁺.

Kadmijevi kristali. Vir: Hi-res slike kemičnih elementov [cc do 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by/3.0)]

Pri predelavi sfhannela za pridobivanje, livarno in rafiniranje cinka se kadmij pridobi sekundarno, kar je njegov glavni vir proizvodnje.

To kovino sta odkrila leta 1817, neodvisno Friedrich Stromayer in Karl Hermann. Stromayer je nov element krstil z imenom kadmija, ki izvira iz latinske besede "kadmia", izraz kalamin (cink karbonat) (cink karbonat) je bil znan (cink karbonat).

Kadmij je kemični element s simbolom CD -ja, njegova atomska številka pa 48. Vir: Albedo-UKR CC BY-SA 2.5 (http: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/2.5/)

Kadmij je element velike uporabnosti in številnih aplikacij, kot so antikorozivno železo, jeklo in ne -nazobne kovine; uporaba kot pigment; PVC stabilizacija; element v zlitinah, ki se uporabljajo v zvarah; Nikelj-kadmij baterije polnijo, itd.

Vendar je zelo strupen element, ki povzroča hude poškodbe pljuč, ledvic in kosti, zato je bilo navedeno rakotvorno delovanje, zato je bila njegova uporaba omejena. Toda kljub temu se v nekaterih aplikacijah še naprej skrbno uporablja.

[TOC]

Zgodovina

- Dvojno odkritje

Kadmij je leta 1817 v vzorcu cinka karbonata odkril nemški kemik Friedrich Stromayer, nemški kemik (Calamina). Istega leta, k. S. L. Hermann in J. C. H. Roloff je v eksperimentu, ki je bil izveden z cinkovim sulfidom, samostojno odkril isto odkritje.

Opozorilo je, da je Stromayer med izpolnitvijo vladne vloge za pregled lekarn mesta Hildesheim v Nemčiji odkril svoje odkritje. Cinkov oksid je bil, tako kot zdaj, uporabljen pri zdravljenju nekaterih kožnih stanj.

Zdi se, da lekarne niso izdale cinkovega oksida, temveč so prodale cinkov karbonat: surovine za proizvodnjo cinkovega oksida. Proizvajalci cinkovega oksida so trdili, da je cinkov karbonat segreval rumen "cinkov oksid".

Kadmijev oksid

Tega "cinkovega oksida" niso mogli prodati, saj je bila barva spojine običajno bela; In namesto tega so prodali cinkov karbonat, tudi beli. Glede na to situacijo se je Stromayer odločil za preučevanje domnevnega rumenega cinkovega oksida.

Da bi to naredil, je ogrel vzorce cinkovega karbonata (kalamin) in bil je rumeni cinkov oksid, kot je bilo obveščeno. Po analizi je ugotovil, da je rumena barva izdelek zaradi prisotnosti kovinskega oksida novega elementa.

Po pridobivanju tega novega kovinskega oksida je povzročil njegovo zmanjšanje in dosegel kadmijevo izolacijo. Stromayer je določil svojo gostoto in dobil vrednost 8,75 g/cm³, blizu vrednosti, ki je trenutno znana po tem parametru (8,65 g/cm³).

Prav tako je Stromayer poudaril, da ima novi element videz podoben Platinumu in da je bil prisoten tudi v številnih cinkovih spojinah in vključujoč v prečiščeni cink.

Stromayer je predlagal ime "kadmij" iz latinskega glasu "kadmia", ime, ki se je imenoval kalamina, Znco₃.

Kadmij v cinkovem sulfidu

Karl Hermann (1817) je našel neobremenjeno rumeno barvo, ko je predelal cinkov sulfid in mislil, da bi lahko bila kontaminacija z arzenom. Ko pa je bila ta možnost zavržena, je Hermann spoznal, da je v prisotnosti novega elementa.

- Prijave

1840-1940

V 1840 -ih se je uporaba kadmija začela izkoriščati kot pigment. Britanski farmacevtski kodeks leta 1907 navaja uporabo kadmijskega jodida kot zdravila za zdravljenje "povečanih sklepov", Scrofulous Glands in Sabañone.

V tridesetih in štiridesetih letih prejšnjega stoletja je bila proizvodnja kadmija namenjena platini iz jekla in železa, da bi jih zaščitila pred korozijo. V petdesetih letih prejšnjega stoletja so bile uporabljene kadmijeve spojine, kot sta kadmijev sulfid in kadmijev selenid kot rdeči, oranžni in rumeni viri pigmentov.

1970-1990

V sedemdesetih in osemdesetih letih je bilo ugotovljeno, da so kadmijeve in stearatne spojine PVC stabilizatorji, kar je povzročilo povečanje povpraševanja. Vendar pa okoljski predpisi zaradi toksičnosti kadmija.

V osemdesetih in devetdesetih letih prejšnjega stoletja je kadmij prenehal uporabljati številne svoje aplikacije, vendar se je njegova proizvodnja povečala z ustvarjanjem polnilnih baterij niklja, ki so predstavljale 80 % porabe kadmija v ZDA.

Vam lahko služi: Uporaba in aplikacije Alceans

Fizikalne in kemijske lastnosti kadmija

Videz

Drzen in mehko siva -gray bela. Z izpostavljenostjo 80 ° C postane krhko, saj se lahko reže z nožem. Je poprt in z njim se lahko oblikujejo zvitki.

Standardna atomska teža

112.414 u

Atomsko število (z)

48

Kategorija elementov

Post -tranzicijska kovina, ki se izmenično šteje za prehodno kovino. Opredelitev IUPAC prehodne kovine je tista, katere atomi imajo nepopolno podkapo.

Po tej definiciji kadmij ni prehodna kovina, saj je CD kation²⁺ Ima svoje 4D orbitale popolnoma polne elektronov (4d¹⁰).

Vonj

Stranišče

Tališče

321.07 ° C

Vrelišče

767 ° C

Gostota

Temperatura okolice: 8,65 g/cm³

Na tališču (tekočina): 7.996 g/cm³

Fuzijska toplota

6,21 kJ/mol

Toplota za uparjanje

99,87 kJ/mol

Molarna kalorična sposobnost

26.020 j/(mol · k)

Elektronegativnost

1.6 na lestvici Pauling

Ionizacijske energije

Prvi: 867,8 kJ/mol (CD⁺ plinasto)

Drugi: 1631.4 kJ/mol (CD²⁺ plinasto)

Tretjič: 3616 kJ/mol (CD³⁺ plinasto)

Toplotna prevodnost

96,6 w/(m · k)

Upornost Električni

72,7 nΩ · m pri 22 ° C

Trdota

2.0 na lestvici MOHS. Je kovina, čeprav gosta, precej mehka.

Stabilnost

Počasi se oksidira z mokrim zrakom, da tvori kadmijev oksid, kar omami njegovo kovinsko svetlost. Ni vnetljivo, toda v obliki prahu lahko gori in doživi samoificiranje.

Samo-usmeritev

250 ° C za kadmij je oblika prahu.

Lomni količnik

1,8 do 20 ° C

Reaktivnost

Kadmij lahko gori v zraku, da tvori kadmijev oksid (CAO), rjavi amorfni prah, medtem ko je kristalna oblika temno rdeča.

Kadmij hitro reagira z razredčeno dušikovo kislino in počasi z vročo klorovodikovo kislino. Prav tako lahko reagira z žveplovo kislino, vendar ne reagira z alkaliji. V vseh teh reakcijah nastanejo kadmijeve soli ustreznih anionov (Cl^-) ali oksoanions (ne₃^- In tako₄^2-).

Elektronska struktura in konfiguracija

Diagram plasti elektronov kadmije, element 48 v periodični tabeli. Vir: Pumbaa (izvirno delo Grega Robsona) CC BY-SA 2.0 (http: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/2.0/)

Kadmijevi atomi njihovega stekla vzpostavljajo kovinsko vez iz svojih valenčnih elektronov, ki se nahajajo v 4D in 5S orbitali v skladu z njihovo elektronsko konfiguracijo:

[KR] 4d¹⁰ 5s²

Kljub temu, da so 4D orbitale polne elektrone in da je mogoče tudi misliti, da je "morje elektronov" obilno, da močno obvlada atome CD -jev, v resnici so interakcije šibke. To je mogoče eksperimentalno pokazati z nizko tališče (321 ° C) v primerjavi z drugimi prehodnimi kovinami.

Zato in drugi kemični razlogi se kadmij včasih ne šteje za prehodno kovino. V svoji kovinski vezi je vpletenih toliko elektronov (dvanajst), ki začnejo motiti njihove negativne odbojnosti; ki skupaj z energijsko razliko med 4D orbitali polnimi in 5S oslabi interakcijo CD-CD.

CD -. Ko se kristali kadmija HCP podvržejo tlaku, ki ustreza 10 GPa, je struktura le deformacija; Toda brez poročanja o spremembi faze.

Oksidacijske številke

Kadmij ne more izgubiti dvanajstih elektronov Valencije; Pravzaprav ne morete izgubiti niti enega od njegovih 4D orbital, bolj stabilne v energiji v primerjavi s 5S orbitalo. Zato lahko izgubite samo dva orbitalna elektrona 5S², Posledično je dvovalentna kovina; Tako kot pri cinku, živo srebro in alkalne kovine (MR. Scholambara).

Ko se v njegovih spojinah predpostavi obstoj CD -kation²⁺, Nato rečemo, da ima kadmij številko ali stanje +2 oksidacije ali stanje. To je njegova glavna oksidacijska številka. Na primer, naslednje spojine vsebujejo kadmij kot +2: CDO (CD²⁺Tudi^2-), Cdcl₂ (CD²⁺Cl₂^-), CDSO₄ (CD²⁺SW₄^2-) in CD (ne₃)₂.

Poleg te oksidacijske številke obstajajo tudi +1 (CD⁺) in -2 (CD^2-). Oksidacijsko številko +1 opazimo pri DICT CD₂²⁺, v katerem ima vsak atom kadmija pozitivno obremenitev. Medtem je -2 precej čuden in bi veljal za anion "cadmuro".

Kje je in dobimo

Kristali Greenockita. Vir: Rob Lavinsky, Irocks.com-cc-by-sa-3.0 [cc by-sa 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/3.0)]

Kadmij je redek element, ki ima koncentracijo 0,2 g / tono zemeljske skorje. Edini pomemben mineral kadmija je Greenockita (CDS), ki ga ni mogoče izkoristiti z rudarskega in komercialnega vidika.

Vam lahko služi: flokulacija: reakcija, vrste, aplikacije, primeri

Kadmij je povezan s cinkom v mineralu Spheny (ZNS), ki običajno vsebuje koncentracijo, ki se giblje med 0,1 % in 0,3 %; Toda v nekaterih primerih lahko koncentracija kadmija v sfaleritu doseže 1,4 %.

Predelane kamnine za pridobivanje fosforjevih gnojil imajo lahko kadmij koncentracijo 300 mg / kg gnojila. Premog lahko vsebuje tudi majhne, ​​a velike količine kadmija.

Pomemben vir kadmija so vulkanske emisije, ki lahko kadmij pripeljejo v površinske vode. Uporaba fosforjevih gnojil v tleh za kmetijsko uporabo je privedla do kontaminacije.

Kadmij, ki je prisoten v kislih tleh, vpije zelenjava. Nekatere zelenjave človek uporablja kot hrano, ki pojasnjuje, kako je vnos vode in hrane glavni vir dohodka kadmija pri ljudeh, ki niso bili profesionalno izpostavljeni ali kajeni.

Zdravljenje sfalerita

Med rudarjenjem, taljenjem in rafiniranjem cinka, ki je prisoten v sfaleritu, se kadmij običajno dobi kot sekundarni produkt. Podoben dogodek se pojavlja tudi, čeprav v veliko manjši meri med obdelavo bakra in svinca.

Prav tako lahko majhne količine kadmija dobimo z recikliranjem železa in jeklenih odpadkov.

Razpršilec je podvržen toastu, tako da cinkov sulfid postane njegov oksid, ZnO. Enako reakcijo utrpi kadmijev sulfid:

2 ZNS + 3 o₂ → 2 ZnO + 2 Torej₂

Če se ta mešanica oksida segreva s premog, se bo zmanjšala na kovine:

ZnO + Co → Zn + Co₂

Prav tako lahko cink in kadmij proizvedemo z elektrolizo pri raztapljanju oksidov v žveplovi kislini.

Katera koli od obeh metod ustvari petdeset onesnaženih s kadmijem. Pri topinju lahko kadmij zaradi spodnje talilne točke (321 ° C) destiliramo v vakuumu v primerjavi s tistim z Cinc (420 ° C).

Izotopi

Med naravnimi in stabilnimi izotopi kadmija, ki jih imamo, s svojimi številčnostmi tukaj na zemlji:

-¹⁰⁶CD (1,25%)

-¹⁰⁸CD (0.89%)

-¹¹⁰CD (12,47%)

-¹¹¹CD (12,8%)

-¹¹²CD (24,11%)

-¹¹⁴CD (28,75%)

-¹¹³CD (12,23%)

On ¹¹³CD je radioaktiven, vendar zaradi velike vrednosti svojega pol življenja (t_1/2= 7,7 · 10^petnajst leta), se lahko štejejo za stabilne. In potem je tu ¹¹⁶CD, tudi radioaktiven, s polžito življenje 3,1 · 10¹⁹ leta, tako da se lahko šteje za stabilen izotop, ki predstavlja 7,51 % kadmija.

Upoštevajte, da je povprečna atomska masa 112.414 U, bližje 112 kot 114. Obstoj prevladujočega izotopa nad drugimi ni opaziti v kadmiju.

Tveganja

Splošno

Absorpcija kadmija se pojavlja predvsem s hrano, zlasti jetrih, gobami, školjkami, kakavom v prahu in suhih algah.

Na Kitajskem se je v prejšnjem stoletju zgodil emblematičen primer, kjer je bilo v populaciji pomembno onesnaženje s kadmijem. Onesnaževanje kadmija je bilo posledica visoke koncentracije riža, ki jo je povzročila prisotnost kadmija v tleh za gojenje žit.

Kadilec ima povprečni vnos 60 µg / dan. Najvišja koncentracija kadmija, ki je dovoljena v krvi, je 15 µg / dan. Nekdorji imajo koncentracijo kadmija v krvi okoli 0,5 µg / L.

Pljuča absorbirajo med 40 in 60 % kadmija, ki je prisoten v tobačnem dimu. Kadmij, absorbiran v pljučih, se prevaža v krvi in ​​tvori komplekse z beljakovinami, cisteinom in glutationom, ki se nato končajo v jetrih, ledvicah itd.

Akutno inhalacijo kadmija lahko povzroči simptome, podobne simptomom, opaženim v postopku gripe; na primer bolečine v hladnem, vročini in mišicah, ki lahko povzročijo poškodbe pljuč. Medtem lahko kronična izpostavljenost kadmiju povzroči pljučne bolezni, ledvice in kosti.

Vpliv na ledvice

V ledvicah kadmij ponavadi povzroči spremembo presnove fosforja in kalcija, kar dokazuje povečanje proizvodnje ledvic. Poleg tega povzroči ledvično poškodbo, ki se kaže v videzu v urinu beljakovin retinol in β-2-mikroglobulina.

Učinek reprodukcije

Izpostavljenost mater kadmija je povezana z majhno težo otroka ob rojstvu in povečanjem hitrosti spontanih splavov.

Poškodba kosti

Kadmij je na Japonskem povezan s prisotnostjo bolezni Itai -itai v zadnjem stoletju. Za to bolezen je značilna mineralizacija nizke kosti, krhkost kosti z visoko hitrostjo zloma, povečana osteoporoza in bolečine.

Vam lahko služi: CD3: značilnosti, funkcije

Karcinogeneza

Čeprav so poskusi podgan vzpostavili razmerje med rakom kadmija in prostate, pri ljudeh ni bilo dokazano. Dokazana je povezava med kadmijem in ledvičnim rakom in je bila povezana tudi s pljučnim rakom.

Prijave

Nikelj-kadmijeve bakterije

Različne baterije ali NI-CD baterije. Vir: Boffy B prek Wikipedije.

Kadmijev hidroksid je bil uporabljen kot katoda v Ni-CD baterijah. Te so bile uporabljene v železniški in letalski industriji, pa tudi v instrumentih za kolektivno uporabo, ki vključujejo mobilne telefone, videokamere, prenosnike itd.

Poraba kadmija za izdelavo baterij NI-CD je predstavljala 80 % proizvodnje kadmija. Vendar so zaradi strupenosti tega elementa nik-CD baterije postopoma zamenjali z nikeljnimi hidridnimi baterijami.

Pigmenti

Kadmij rdeča. Vir: Marco Almbauer [javna domena]

Kadmijev sulfid se uporablja kot rumeni pigment in kadmij seleniuro kot rdeč pigment, znan kot kadmio rdeča. Za te pigmente so značilni njihovi sijaj in intenzivnost, zato so bili uporabljeni v plastiki, keramiki, steklu, emajli in umetniških barvah.

Opozorilo je, da je slikar Vincent Van Gogh na svojih slikah uporabil kadmijeve pigmente, kar mu je omogočilo doseganje različnih rdečih, oranžnih in svetlo rumenih.

Obarvanost kadmijevih pigmentov je treba oslabiti, preden jih zmleti z olji ali mešajo v akvareli in akrili.

Televizija

Komponente, ki vsebujejo kadmij, so bile uporabljene v fosforju črno -belih televizorjev, pa tudi v modrih in zelenih tekmah za barvne televizijske slike.

Fosfor je bil del zaslona, ​​ki so ga izžarevali katodni žarki in je bil odgovoren za oblikovanje slike. Kadmij se je kljub svoji strupenosti začel uporabljati na televizijah QLED nedavnega ustvarjanja.

PVC stabilizacija

Kadmijeve spojine, ki so nastale s karboksilatom, laureratom in krtonom.

Zaradi strupenosti kadmija so stabilizatorji PVC, združeni s kadmijem.

Zlitine

Kadmij je bil uporabljen pri ležajih zaradi visoke odpornosti proti utrujenosti in nizkem koeficientu trenja. Kadmij ima razmeroma nizko tališče, zato se uporablja pri zlitinah z nizko menjavo in je poleg številnih vrst varjenja sestavni del.

Kadmij se lahko uporablja tudi v zlitinah električne prevodnosti, toplotne prevodnosti in električnih stikov.

Prevleka

Kadmij se uporablja za zaščito jekla, aluminija in drugih elementov pritrditve kovin, pa tudi za mobilne dele. Kadmijev premaz oskrbuje korozijsko zaščito v teh fizioloških in alkalnih medijih. Poleg tega služi kot mazivo.

Kadmij se uporablja tudi v številnih električnih in elektronskih aplikacijah, ki potrebujejo korozijsko odpornost in nizko električno upornost.

Jedrski reaktorji

Kadmij se uporablja v jedrskih reaktorjih zaradi njihove sposobnosti zajemanja nevtronov, kar omogoča nadzor nad presežnimi nevtronskimi produkt jedrske cepitve, pri čemer se izognemo dodatnim jedrskim razpokom.

Polprevodniki

Seleniuro in kadmij telluriuro sta spojina, ki izpolnjujejo funkcijo polprevodnikov pri odkrivanju svetlobe in v sončnih celicah. HGCDTE je občutljiv na infrardečo svetlobo in se uporablja kot gibalni detektor, pa tudi stikalo za naprave za daljinsko upravljanje.

biologija

HE-CD laserska svetloba. Vir: raje anonimni (https: // www.Flickr.com/fotografije/[ščiti e -pošta]/35766549)

Helij-CD poseže v tvorbo modrega vijoličnega laserskega žarka valovne dolžine, ki se giblje med 325 in 422 nm, ki je uporabna v fluorescenčnih mikroskopih.

Kadmij se uporablja v molekularni biologiji za blokiranje kalcijevih kanalov, odvisno od membranskega potenciala.

Reference

1. Wikipedija. (2019). Kadmij. Pridobljeno iz: v.Wikipedija.org
2. Jungle V. R. & et al. (2014). Visoka tlačna in temperaturna struktura tekočine in trdne CD -ja: posledice za talilno krivuljo CD. Okrevano od: Researchgate.mreža
3. Doktor. Testo Stewart. (2019). Dejstva o kadmijevem elementu. Okrevano od: Chemicool.com
4. Nacionalni center za informacije o biotehnologiji. (2019). Kadmij. Baza podatkov Pubchem. Cid = 23973. Okrevano od: pubchem.NCBI.NLM.ameriški nacionalni inštitut za zdravje.Gov
5. Godt, J., Scheidig, f., Grosse-Siestup, c., Esche, v., Brandenburg, str., Reich, a., & Groneberg, D. Do. (2006). Toksičnost kadmija in posledične nevarnosti za zdravje ljudi. Journal of Poccational Medicine and Toxicology (London, Anglija), 1, 22. Doi: 10.1186/1745-6673-1-22
6. Ros Rachel. (30. julij 2018). Dejstva o Camiumu. Okrevano od: Livescience.com
7. Uredniki Enyclopeedia Britannica. (6. septembra 2018). Kadmij. Encyclopædia Britannica. Okrevano od: Britannica.com
8. Mednarodno združenje kadmija. (s.F.). Aplikacije za kadmije. Okreval od: kadmij.org
9. Lentech b. V. (2019). Kadmij. Okrevano od: Lentech.com