KADMIYUM (CD): TARIHÇE, ÖZELLIKLER, YAPI, KULLANIMLAR - KIMYA - 2025

Kadmiyum (Cd), bir geçiş metali ya da post - geçiş atom numarası 48 ve gümüş. Nispeten düşük erime ve kaynama noktaları ile dövülebilir ve sünektir. Kadmiyum nadir bir elementtir ve yer kabuğunun yalnızca 0.2 g / tonluk bir konsantrasyonuna sahiptir.

Greenockite (CdS) yoğun sarı renge sahip tek önemli kadmiyum cevheridir. Kadmiyum, bir Cd ²⁺ katyonu olarak% 0.1 ila% 03 kadmiyum içeren sfalerit (ZnS) içinde çinko ile ilişkili bulunmuştur .

Kadmiyum kristalleri. Kaynak: Kimyasal Elementlerin Yüksek Çözünürlüklü Görüntüleri

Çinko elde etmek, eritmek ve rafine etmek için sfalerit işlenirken, kadmiyum ikincil bir biçimde elde edilir, bu onun ana üretim kaynağıdır.

Bu metal 1817'de bağımsız olarak Friedrich Stromayer ve Karl Hermann tarafından keşfedildi. Stromayer, yeni elementi kadmiyum adıyla vaftiz etti, Latince “kadmiya” kelimesinden kaynaklanan, kalamin (çinko karbonat) olarak bilinen bir terimdir.

Kadmiyum, Cd sembolü ve atom numarası 48 olan kimyasal bir elementtir. Kaynak: Albedo-ukr CC BY-SA 2.5 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5/)

Kadmiyum, demir, çelik ve demir dışı metallerin antikorozif olması gibi çok sayıda kullanım ve çok sayıda uygulamanın bir öğesidir; pigment olarak kullanın; PVC'nin stabilizasyonu; kaynakta kullanılan alaşımlardaki element; şarj edilebilir nikel kadmiyum piller vb.

Bununla birlikte, akciğerlerde, böbreklerde ve kemiklerde ciddi hasara neden olan çok toksik bir elementtir ve hatta kanserojen etkisi olduğu bildirilmiştir, bu nedenle kullanımı sınırlandırılmıştır. Ancak buna rağmen bazı uygulamalarda özenle kullanılmaya devam edilmiştir.

Tarih

- Çift keşif

Kadmiyum, 1817 yılında bir Alman kimyager olan Friedrich Stromayer tarafından bir çinko karbonat (kalamin) numunesinde keşfedildi. Aynı yıl, KSL Hermann ve JCH Roloff aynı keşfi çinko sülfür deneyinde bağımsız olarak yaptılar.

Stromayer'in keşfini, hükümetin Almanya'nın Hildesheim kentindeki eczaneleri teftiş etme talebini yerine getirirken yaptığı bildirildi. Çinko oksit, şimdi olduğu gibi, belirli cilt durumlarını tedavi etmek için kullanıldı.

Eczanelerin çinko oksit göndermediği, bunun yerine çinko karbonat sattığı görülüyor: çinko oksit üretimi için bir hammadde. Çinko oksit üreticileri, çinko karbonatın ısıtılmasının sarı bir "çinko oksit" ürettiğini savundu.

Kadmiyum oksit

Bileşiğin rengi normalde beyaz olduğu için bu “çinko oksidi” satamazlardı; Bunun yerine, yine beyaz olan çinko karbonat sattılar. Bu durumla karşı karşıya kalan Stromayer, sözde sarı çinko oksit üzerinde çalışmaya karar verdi.

Bunu yapmak için, çinko karbonat (kalamin) örneklerini ısıttı ve bildirildiği gibi sarı bir çinko oksit üretti. Bunu analiz ettikten sonra, sarı rengin yeni bir elementin metalik oksidinin varlığından kaynaklandığı sonucuna vardı.

Bu yeni metal oksidi çıkardıktan sonra indirgemesini yaparak kadmiyum izolasyonunu sağladı. Stromayer yoğunluğunu tespit ve 8.75 arasında bir değere elde g / cm ³ yakın Bu parametre için bilinen bir değere (8.65 g / cc ³ ).

Ayrıca Stromayer, yeni elementin platine benzer bir görünüme sahip olduğunu ve birçok çinko bileşiğinde ve hatta saflaştırılmış çinkoda da bulunduğunu belirtti.

Stromayer Latince kelime “cadmia”, kalamin, ZnCO verilen isimden isim “kadmiyum” önerdi ₃ .

Çinko sülfürde kadmiyum

Karl Hermann (1817), çinko sülfidi işlerken beklenmedik bir sarı renk buldu ve bunun arsenik kirliliği olabileceğini düşündü. Ancak bu olasılık bir kez reddedildiğinde Hermann, yeni bir unsurun varlığında olduğunu fark etti.

- Uygulamalar

1840-1940

1840'larda kadmiyumun bir pigment olarak kullanımı ticari olarak kullanılmaya başlandı. British Pharmaceutical Codex, 1907'de kadmiyum iyodürün "genişlemiş eklemler", skrofulöz bezler ve chilblains tedavisinde bir ilaç olarak kullanıldığını belirtir.

1930'larda ve 1940'larda kadmiyum üretimi, çeliği ve demiri korozyondan korumak için kaplamayı amaçlıyordu. 1950'lerde, kadmiyum sülfit ve kadmiyum selenit gibi kadmiyum bileşikleri kırmızı, turuncu ve sarı pigment kaynakları olarak kullanıldı.

1970-1990

1970'lerde ve 1980'lerde, kadmiyum laurat ve kadmiyum stearat bileşiklerinin PVC için stabilizatörler olduğu bulundu ve bu da kadmiyum talebinde artışa yol açtı. Ancak kadmiyumun toksisitesinden kaynaklanan çevresel düzenlemeler, tüketiminin azalmasına neden olmuştur.

1980'lerde ve 1990'larda kadmiyum uygulamalarının çoğunda kullanılmayı bıraktı, ancak daha sonra Amerika Birleşik Devletleri'ndeki kadmiyum tüketiminin% 80'ini oluşturan yeniden şarj edilebilir nikel-kadmiyum pillerin yaratılmasıyla üretimi arttı. .

Kadmiyumun fiziksel ve kimyasal özellikleri

Görünüm

Yumuşak metalik parlaklığa sahip gümüşi grimsi beyaz. 80ºC'ye maruz kaldığında kırılgan hale gelir ve bıçakla kesilebilir. Dövülebilir ve rulo haline getirilebilir.

Standart atom ağırlığı

112.414 u

Atom numarası (Z)

48

Öğe Kategorisi

Geçiş sonrası metal, alternatif olarak bir geçiş metali olarak kabul edilir. Bir geçiş metalinin IUPAC tanımı, atomları eksik bir d alt kabuğuna sahip olan veya tamamlanmamış bir d alt kabuğuna sahip katyonlara yol açabilen bir tanımdır.

Bu tanıma göre kadmiyum, Cd ²⁺ katyonunun 4d orbitalleri tamamen elektronlarla dolu olduğundan (4d ¹⁰ ) bir geçiş metali değildir .

Koku

Tuvalet

Erime noktası

321.07ºC

Kaynama noktası

767ºC

Yoğunluk

Ortam sıcaklığı: 8.65 g / cm ³

Erime noktasında (sıvı): 7.996 g / cm ³

Füzyon ısısı

6.21 kJ / mol

Buharlaşma ısısı

99,87 kJ / mol

Molar kalori kapasitesi

26.020 J / (mol K)

Elektronegativite

Pauling ölçeğinde 1.6

İyonlaşma enerjileri

İlk: 867,8 kJ / mol (Cd ⁺ gaz)

İkinci: 1631,4 kJ / mol (Cd ²⁺ gazlı)

Üçüncü: 3616 kJ / mol (Cd ³⁺ gazlı)

Termal iletkenlik

96.6 W / (mK)

özdirenç

22ºC'de 72,7 nΩ · m

Sertlik

Mohs ölçeğinde 2.0. Yoğun olmasına rağmen oldukça yumuşak bir metaldir.

istikrar

Metalik parlaklığını karartan kadmiyum oksit oluşturmak için nemli hava ile yavaşça oksitlenir. Yanıcı değildir ancak toz halinde yanabilir ve kendi kendine tutuşabilir.

Otomatik ateşleme

Kadmiyum için 250 ºC toz formdur.

Kırılma indisi

20ºC'de 1,8

Reaktivite

Kadmiyum havada yanarak kahverengi amorf bir toz olan kadmiyum oksit (CaO) oluşturabilirken, kristalin formu koyu kırmızıdır.

Kadmiyum, seyreltik nitrik asitle hızla ve sıcak hidroklorik asitle yavaşça reaksiyona girer. Ayrıca sülfürik asitle reaksiyona girebilir, ancak alkalilerle reaksiyona girmez. Tüm bu reaksiyonlar, bunların tekabül eden anyonlar (Cı kadmiyum tuzları ^- ) ya da oxoanions (NO ₃ ^- SO ₄ ^2- ) da oluşturulur.

Yapı ve elektronik konfigürasyon

Kadmiyumun elektron kabuğu diyagramı, periyodik tablodaki element 48. Kaynak: Pumbaa (Greg Robson'ın orijinal çalışması) CC BY-SA 2.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/)

Kristalinin kadmiyum atomları, elektronik konfigürasyonlarına göre 4d ve 5s orbitallerinde bulunan değerlik elektronlarından metalik bir bağ oluşturur:

4d ¹⁰ 5s ²

Bununla birlikte, 4d yörüngeleri elektronlarla dolu olsa da ve "elektron denizinin" Cd atomlarını güçlü bir şekilde bağlayacak kadar bol olduğu da düşünülebilir, gerçekte etkileşimler zayıftır. Bu, diğer geçiş metallerine kıyasla düşük erime noktasıyla (321 ° C) deneysel olarak gösterilebilir.

Bu ve diğer kimyasal nedenlerden dolayı kadmiyum bazen bir geçiş metali olarak kabul edilmez. Metalik bağında o kadar çok elektron (on iki) vardır ki, negatif itmelerini büyük ölçüde bozmaya başlarlar; bu, dolu 4d ve 5s orbitalleri arasındaki enerjik farkla birlikte, Cd-Cd etkileşimini zayıflatır.

Cd atomları, erime noktasından önce faz geçişlerine girmeyen kompakt bir altıgen kristal yapıyı (hcp) tanımlar. Hcp kadmiyum kristalleri 10 GPa'ya eşdeğer bir basınca tabi tutulduğunda, yapı yalnızca deforme olur; ancak herhangi bir faz değişikliği rapor edilmeden.

Oksidasyon numaraları

Kadmiyum on iki değerlik elektronunu kaybedemez; Aslında, enerjide 5s yörüngesine kıyasla daha kararlı olan 4d yörüngelerinden birini bile kaybedemez. Bu nedenle, 5s ² yörüngesinin sadece iki elektronunu kaybedebilir, sonuç olarak iki değerlikli bir metal olur; çinko, cıva ve toprak alkali metallerde olduğu gibi (Bay Becambara).

Bileşiklerinde Cd ²⁺ katyonunun varlığı varsayıldığında kadmiyumun oksidasyon sayısı veya durumu +2 olduğu söylenir. Bu, ana oksidasyon numaranızdır. CdO (CD: Örneğin, aşağıdaki bileşikler +2 olarak kadmiyum ²⁺ O ^2- ), CDC! ₂ (Cd ^{+ 2} Cı ₂ ^- , CDSO) ₄ (Cd ^{+ 2} SO ₄ ^2- ) ve CD (NO ₃ ) ₂ .

Bu yükseltgenme sayısına ek olarak +1 (Cd ⁺ ) ve -2 (Cd ^2- ) vardır. Her kadmiyum atomunun pozitif yüke sahip olduğu Cd ₂ ²⁺ dikasyonunda +1 oksidasyon sayısı gözlenir . Bu arada, -2 oldukça garip ve "kadmid" anyonu için geçerli.

Nerede bulunur ve elde edilir

Greenockite kristalleri. Kaynak: Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

Kadmiyum, yer kabuğunda 0.2 g / ton konsantrasyona sahip nadir bir elementtir. Tek önemli kadmiyum minerali, madencilik ve ticari açıdan çıkarılamayan greenokittir (CdS).

Kadmiyum, genellikle% 0.1 ile% 0.3 arasında değişen bir konsantrasyonda içeren mineral sfalerit (ZnS) içindeki çinko ile ilişkili bulunmuştur; ancak bazı durumlarda sfaleritteki kadmiyum konsantrasyonu% 1,4'e ulaşabilir.

Fosforlu gübre elde etmek için işlenen kayaların kadmiyum konsantrasyonu 300 mg / kg gübre olabilir. Ayrıca kömür, küçük ama önemli miktarlarda kadmiyum içerebilir.

Ana kadmiyum kaynağı, kadmiyumun yüzey sularına taşıyabileceği volkanik emisyonlardır. Zirai topraklarda fosforlu gübrelerin kullanılması kadmiyum ile kirlenmesine yol açmıştır.

Asit topraklarda bulunan kadmiyum bitkiler tarafından emilebilir. Sebzelerin bir kısmı insanlar tarafından yiyecek olarak kullanılır, bu da maruz kalmayan kişilerde veya sigara içenlerde su ve yiyecek alımının kadmiyum girişinin ana kaynağı olduğunu açıklar.

Sfalerit tedavisi

Sfalerit içinde bulunan çinkonun madenciliği, ergitilmesi ve rafine edilmesi sırasında genellikle bir yan ürün olarak kadmiyum elde edilir. Bakır ve kurşunun işlenmesi sırasında çok daha az da olsa benzer bir olay da meydana gelir.

Benzer şekilde, demir ve çelik hurdalarının geri dönüştürülmesinden küçük miktarlarda kadmiyum elde edilebilir.

Sfalerit, çinko sülfürün oksit ZnO'ya dönüşmesi için kavrulur. Aynı reaksiyona kadmiyum sülfit de maruz kalır:

2 ZnS + 3 O ₂ → 2 ZnO + 2 SO ₂

Bu oksit karışımı odun kömürü ile ısıtılırsa, ilgili metallerine indirgenecektir:

ZnO + CO → Zn + CO ₂

Ayrıca, oksitler sülfürik asitte çözünürken elektroliz yoluyla çinko ve kadmiyum üretilebilir.

Her iki yöntem de kadmiyum ile kirlenmiş bir çinko üretir. Erime sonrasında kadmiyum, çinkoya (420 ° C) kıyasla daha düşük erime noktası (321 ° C) nedeniyle vakumla damıtılabilir.

izotopları

Elimizdeki doğal ve kararlı kadmiyum izotopları arasında, burada Dünya'daki ilgili bollukları:

- 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 radyoaktif olduğu için değil, böyle büyük bir değer yarısının - ömrü (t _1/2 = 7.7 x 10 ¹⁵ yıl), sabit olarak kabul edilebilir. Ve sonra , yine radyoaktif olan ¹¹⁶ Cd var, yarı ömrü 3.1 · 10 ¹⁹ yıl, bu yüzden kadmiyumun% 7.51'ini temsil eden kararlı bir izotop olarak düşünülebilir.

Ortalama atomik kütlenin 112.414 u, 114'den 112'ye yakın olduğuna dikkat edin. Kadmiyumda diğerlerinin üzerinde baskın bir izotopun varlığı gözlenmez.

Riskler

Genel

Kadmiyum emilimi esas olarak gıdalardan, özellikle karaciğer, mantar, kabuklu deniz ürünleri, kakao tozu ve kurutulmuş deniz yosunundan meydana gelir.

Geçtiğimiz yüzyılda Çin'de önemli bir kadmiyum kirliliğinin olduğu sembolik bir vaka meydana geldi. Kadmiyum kontaminasyonu, tahıl mahsullerinin topraklarındaki kadmiyum varlığından kaynaklanan pirinçteki yüksek konsantrasyonundan kaynaklanıyordu.

Sigara içen kişinin günlük alım miktarı ortalama 60 µg'dır. Kanda izin verilen maksimum kadmiyum konsantrasyonu 15 µg / gün'dür. Sigara içmeyenlerin kanlarında 0.5 µg / L civarında kadmiyum konsantrasyonu vardır.

Akciğerler, tütün dumanındaki kadmiyumun% 40 ila 60'ını emer. Akciğerlerde emilen kadmiyum kanda taşınarak proteinler, sistein ve glutatyon ile kompleksler oluşturur ve daha sonra karaciğere, böbreklere vb.

Kadmiyumun akut solunması, grip benzeri bir süreçte görülenlere benzer semptomlar üretebilir; soğuk algınlığı, ateş ve kas ağrıları gibi akciğer hasarına neden olabilir. Bu arada, kadmiyuma kronik maruz kalma akciğer, böbrek ve kemik hastalıklarına neden olabilir.

Böbrekler üzerindeki etkisi

Böbreklerde kadmiyum genellikle fosfor ve kalsiyum metabolizmasında, böbrek taşı üretimindeki artışla kanıtlanan bir değişikliğe neden olur. Ayrıca retinol taşıyıcı protein ve β-2-mikroglobulinin idrarında ortaya çıkan görünümde böbrek hasarına neden olur.

Üreme üzerindeki etkisi

Kadmiyuma annenin maruz kalması, çocuğun düşük doğum ağırlığı ve kendiliğinden düşük oranındaki artış ile ilişkilidir.

Kemik hasarı

Kadmiyum, Japonya'da geçen yüzyılda Itai-Itai hastalığının varlığıyla ilgilidir. Bu hastalık, düşük kemik mineralizasyonu, yüksek kırık oranlı kemik kırılganlığı, artmış osteoporoz ve kemik ağrısı ile karakterizedir.

Karsinogenezin

Sıçanlardaki deneyler kadmiyum ve prostat kanseri arasında bir ilişki kursa da, bu insanlarda gösterilmemiştir. Kadmiyum ve böbrek kanseri arasında bir ilişki gösterilmiştir ve aynı zamanda akciğer kanseriyle de ilişkilendirilmiştir.

Uygulamalar

Nikel kadmiyum şarj edilebilir bakteriler

Farklı hücreler veya Ni-Cd piller. Kaynak: Wikipedia aracılığıyla Boffy b.

Ni-Cd pillerde katot olarak kadmiyum hidroksit kullanılmıştır. Bunlar, demiryolu ve havacılık endüstrisinin yanı sıra cep telefonları, video kameralar, dizüstü bilgisayarlar vb. Dahil toplu kullanım araçlarında kullanıldı.

Ni-Cd pillerin üretimi için kadmiyum tüketimi, kadmiyum üretiminin% 80'ini temsil ediyordu. Bununla birlikte, bu elementin toksisitesinden dolayı Ni-Cd piller kademeli olarak nikel-metal hidrit pillerle değiştirilmiştir.

Pigmentler

Kadmiyum kırmızısı. Kaynak: Marco Almbauer

Kadmiyum sülfit, sarı bir pigment olarak ve kadmiyum selenit olarak kadmiyum kırmızısı olarak bilinen kırmızı bir pigment olarak kullanılır. Bu pigmentler parlaklıkları ve yoğunlukları ile karakterize edilirler, bu yüzden plastiklerde, seramiklerde, camlarda, emayelerde ve sanatsal renklerde kullanılmıştır.

Ressam Vincent Van Gogh'un resimlerinde kadmiyum pigmentleri kullandığı ve çeşitli parlak kırmızılar, portakallar ve sarılar elde etmesine izin verdiği kaydedildi.

Kadmiyum pigmentlerinin renklendirilmesi, yağ ile öğütülmeden veya sulu boya ve akriliklerle karıştırılmadan önce hafifletilmelidir.

televizyon

Siyah ve beyaz televizyonların fosforunda ve ayrıca renkli televizyon resim tüpleri için mavi ve yeşil fosforlarda kadmiyum içeren bileşenler kullanıldı.

Fosfor, görüntünün oluşumundan sorumlu olan katot ışınları tarafından ışınlanan ekranın bir parçasıydı. Kadmiyum, toksisitesine rağmen, yeni oluşturulan QLED televizyonlarda kullanılmaya başlandı.

PVC stabilizasyonu

Karboksilat, laurat ve stearat ile oluşturulan kadmiyum bileşikleri, üretim sürecinde PVC'yi parçalayan ısıya ve ultraviyole ışığa maruz kalmanın neden olduğu bozunmayı geciktirdikleri için polivinil klorür için stabilizatör olarak kullanılmıştır.

Kadmiyum toksisitesi nedeniyle yine kadmiyuma bağlı PVC stabilizatörlerinin yerini baryum-çinko, kalsiyum-çinko ve organotin gibi diğer stabilizatörler almıştır.

alaşımlar

Kadmiyum, yüksek yorulma direnci ve düşük sürtünme katsayısı nedeniyle alaşımların taşınmasında kullanılmıştır. Kadmiyum nispeten düşük bir erime noktasına sahiptir, bu nedenle düşük erime noktalı alaşımlarda kullanılır ve birçok kaynak türüne ek olarak bir bileşendir.

Kadmiyum ayrıca elektriksel olarak iletken, termal olarak iletken ve elektriksel kontak alaşımlarında da kullanılabilir.

kaplayan

Kadmiyum, çelik, alüminyum ve diğer demir içermeyen metal bağlantı elemanlarının yanı sıra hareketli parçaları korumak için kullanılır. Kadmiyum kaplama, tuzlu ve alkali ortamda korozyon koruması sağlar. Ek olarak, yağlayıcı görevi görür.

Kadmiyum ayrıca korozyon direnci ve düşük elektrik direnci gerektiren birçok elektriksel ve elektronik uygulamada kullanılır.

Nükleer reaktörler

Kadmiyum, nötronları yakalama kabiliyeti nedeniyle nükleer reaktörlerde kullanılır, bu da fazla nötronları nükleer fisyondan kontrol etmeyi ve ek nükleer fisyonlardan kaçınmayı mümkün kılar.

Yarı iletkenler

Kadmiyum selenid ve tellurid, ışık algılamada ve güneş pillerinde yarı iletken olarak görev yapan bileşiklerdir. HgCdTe, kızılötesi ışığa duyarlıdır ve bir hareket dedektörü ve uzaktan kumanda cihazları için bir anahtar olarak kullanılır.

Biyoloji

He-Cd lazer ışığı. Kaynak: Oldukça Anonim (https://www.flickr.com/photos//35766549)

Helyum-Cd, floresan mikroskoplarda kullanılabilen, dalga boyu 325 ile 422 nm arasında değişen mavi-mor ışıklı bir lazer ışınının oluşumunda rol oynar.

Kadmiyum, moleküler biyolojide, membran potansiyeline bağlı olarak kalsiyum kanallarını bloke etmek için kullanılır.

Referanslar

1. Vikipedi. (2019). Kadmiyum. En.wikipedia.org adresinden kurtarıldı
2. Selva VR ve ark. (2014). Sıvı ve katı Cd'nin yüksek basınç ve sıcaklık yapısı: Cd'nin erime eğrisi için çıkarımlar.Kurtarma: researchgate.net
3. Dough Stewart. (2019). Kadmiyum Elemanı Gerçekleri. Chemicool.com'dan kurtarıldı
4. Ulusal Biyoteknoloji Bilgi Merkezi. (2019). Kadmiyum. PubChem Veritabanı. CID = 23973. Kaynak: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Godt, J., Scheidig, F., Grosse-Siestrup, C., Esche, V., Brandenburg, P., Reich, A. ve Groneberg, DA (2006). Kadmiyumun toksisitesi ve bunun sonucunda insan sağlığı için tehlikeler. Mesleki tıp ve toksikoloji dergisi (Londra, İngiltere), 1, 22. doi: 10.1186 / 1745-6673-1-22
6. Ros Rachel. (30 Temmuz 2018). Camium hakkında gerçekler. Elde edildi: lifecience.com
7. Encyclopaedia Britannica'nın Editörleri. (6 Eylül 2018). Kadmiyum. Encyclopædia Britannica. Britannica.com'dan kurtarıldı
8. Uluslararası Kadmiyum Derneği. (Sf). Kadmiyum uygulamaları. Cadmium.org'dan kurtarıldı
9. Lenntech BV (2019). Kadmiyum. Kurtarıldı: lenntech.com