Cadmium(Cadmium), Cd, ein chemisches Element der Gruppe II des Mendelejew-Periodensystems; Ordnungszahl 48, Atommasse 112,40; weißes, glänzendes, schweres, weiches, formbares Metall. Das Element besteht aus einer Mischung von 8 stabilen Isotopen mit den Massenzahlen: 106 (1,215 %), 108 (0,875 %), 110 (12,39 %), 111 (12,75 %), 112 (24,07 %), 113 (12,26 %). ), 114 (28,86 %), 116 (7,58 %).

Geschichtlicher Bezug. 1817 entdeckte der deutsche Chemiker F. Stromeyer bei der Revision einer der Apotheken, dass das dort vorhandene Zinkkarbonat eine Beimischung eines unbekannten Metalls enthielt, das aus einer sauren Lösung in Form von gelbem Schwefelwasserstoff ausfiel. Stromeyer nannte das von ihm entdeckte Metall Cadmium (von griechisch kadmeia - unreines Zinkoxid, auch Zinkerz). Unabhängig von ihm entdeckten die deutschen Wissenschaftler K. Hermann, K. Karsten und W. Meissner 1818 Cadmium in schlesischen Zinkerzen.

Verbreitung von Cadmium in der Natur. Cadmium ist ein seltenes Spurenelement mit einem Anteil der Lithosphäre von 1,3·10 -5 Gew.-%. Cadmium ist durch Migration in heißes Grundwasser zusammen mit Zink und anderen chalkophilen Elementen und Konzentration in hydrothermalen Lagerstätten gekennzeichnet. Das Mineral Spelerit ZnS enthält stellenweise bis zu 0,5-1 % Cd, bis maximal 5 %. Greenockit CdS ist weniger verbreitet. Cadmium ist in marinen Sedimentgesteinen konzentriert - Schiefer (Mansfeld, Deutschland), in Sandsteinen, in denen es auch mit Zink und anderen chalkophilen Elementen assoziiert ist. Drei sehr seltene unabhängige Mineralien von Cadmium sind in der Biosphäre bekannt – Carbonat CdCO 3 (Staub), Oxid CdO (Monteponit) und Selenid CdSe.

Physikalische Eigenschaften von Cadmium. Das Kristallgitter von Cadmium ist hexagonal, a = 2,97311 Å, c = 5,60694 Å (bei 25 °C); Atomradius 1,56 Å, Ionenradius Cd 2+ 1,03 Å. Dichte 8,65 g/cm 3 (20 °C), t pl 320,9 °C, t kip 767 °C, Wärmeausdehnungskoeffizient 29,8 10 –6 (bei 25 °C); Wärmeleitfähigkeit (bei 0°C) 97,55 W/(m K) oder 0,233 cal/(cm sek °C); spezifische Wärmekapazität (bei 25 °C) 225,02 J/(kg K) oder 0,055 cal/(g °C); spezifischer elektrischer Widerstand (bei 20 °C) 7,4 · 10 -8 Ohm m (7,4 · 10 -6 Ohm cm); Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstands 4,3 · 10 -3 (0-100 ° C). Zugfestigkeit 64 MN/m 2 (6,4 kgf/mm 2), relative Dehnung 20 %, Brinell-Härte 160 MN/m 2 (16 kgf/mm 2).

Chemische Eigenschaften von Cadmium. Entsprechend der äußeren elektronischen Konfiguration des 4d 10 5s 2 -Atoms ist die Wertigkeit von Cadmium in Verbindungen 2. Cadmium läuft an der Luft an, indem es mit einem dünnen Film aus CdO-Oxid bedeckt wird, der das Metall vor weiterer Oxidation schützt. Bei starker Erwärmung an der Luft verbrennt Cadmium zu CdO-Oxid – ein kristallines Pulver von hellbrauner bis dunkelbrauner Farbe, Dichte 8,15 g/cm 3 ; bei 700°C sublimiert CdO ohne zu schmelzen. Cadmium verbindet sich direkt mit Halogenen; diese Verbindungen sind farblos; CdCl 2 , CdBr 2 und CdI 2 sind in Wasser sehr gut löslich (etwa 1 Teil wasserfreies Salz in 1 Teil Wasser bei 20 °C), CdF 2 ist schwerer löslich (1 Teil in 25 Teilen Wasser). Cadmium bildet mit Schwefel zitronengelbes bis orangerotes CdS-Sulfid, unlöslich in Wasser und verdünnten Säuren. Cadmium löst sich leicht in Salpetersäure unter Freisetzung von Stickoxiden und Bildung von Nitrat, das Hydrat Cd (NOa) 2 · 4H 2 O ergibt. Aus Säuren - Salzsäure und verdünnter Schwefelsäure - setzt Cadmium langsam Wasserstoff frei, wenn die Lösungen verdampft werden, Chloridhydrate Aus ihnen kristallisiert 2CdCl 2 5H 2 O und sulfatiert 3CdSO 4 8H 2 O. Cadmiumsalzlösungen sind durch Hydrolyse sauer; Ätzalkalien fällen aus ihnen weißes Hydroxid Cd (OH) 2 aus, das im Überschuss des Reagens unlöslich ist; unter Einwirkung von konzentrierten Alkalilösungen auf Cd(OH) 2 wurden jedoch Hydrooxocadmate, zB Na 2 , erhalten. Das Cd 2+ -Kation bildet leicht komplexe Ionen mit Ammoniak 2+ und mit Cyan 2- und 4-. Es sind zahlreiche basische, doppelte und komplexe Cadmiumsalze bekannt. Cadmiumverbindungen sind giftig; besonders gefährlich ist das Einatmen von Dämpfen seines Oxids.

Cadmium bekommen. Cadmium wird aus Nebenprodukten der Verarbeitung von Zink-, Blei-Zink- und Kupfer-Zink-Erzen gewonnen. Diese Produkte (mit 0,2-7 % Cadmium) werden mit verdünnter Schwefelsäure behandelt, die Cadmium- und Zinkoxide auflöst. Cadmium wird mit Zinkstaub aus der Lösung gefällt; der schwammige Rückstand (ein Gemisch aus Cadmium und Zink) wird in verdünnter Schwefelsäure gelöst und Cadmium durch Elektrolyse dieser Lösung isoliert. Elektrolytisches Cadmium wird unter einer Schicht Natronlauge eingeschmolzen und zu Stangen gegossen; Metallreinheit - nicht weniger als 99,98%.

Die Verwendung von Cadmium. Metallisches Cadmium wird in Kernreaktoren, für Korrosionsschutz- und dekorative Beschichtungen sowie in Batterien verwendet. Cadmium dient als Basis einiger Lagerlegierungen, ist Bestandteil niedrigschmelzender Legierungen (z. B. Wood's Alloy). Niedrigschmelzende Legierungen werden zum Löten von Glas mit Metall, in automatischen Feuerlöschern, für dünne und komplexe Gussteile in Gipsformen und anderen verwendet. Cadmiumsulfid (Cadmiumgelb) - Farbe zum Malen. Cadmiumsulfat und Amalgam werden in der normalen Weston-Zelle verwendet.

Cadmium im Körper. Der Gehalt an Cadmium in Pflanzen beträgt 10 -4 % (pro Trockenmasse); bei einigen Tieren (Schwämme, Hohltiere, Würmer, Stachelhäuter und Manteltiere) - 4-10 -5 - 3-10 -3% der Trockenmasse. Kommt in allen Wirbeltieren vor. Die Leber ist am reichsten an Cadmium. Cadmium beeinflusst den Kohlenhydratstoffwechsel, die Synthese von Hippursäure in der Leber und die Aktivität bestimmter Enzyme.

DEFINITION

Cadmium ist das achtundvierzigste Element des Periodensystems. Bezeichnung - Cd aus dem lateinischen "cadmium". Befindet sich in der fünften Periode, IIB-Gruppe. Bezieht sich auf Metalle. Die Grundladung beträgt 48.

Cadmium ist in seinen Eigenschaften dem Zink ähnlich und findet sich meist als Verunreinigung in Zinkerzen. Hinsichtlich der Verbreitung in der Natur ist es dem Zink deutlich unterlegen: Der Gehalt an Cadmium in der Erdkruste beträgt nur etwa 10 -5 % (Gew.).

Cadmium ist ein silbrig-weißes (Abb. 1), weiches, formbares, formbares Metall. In einer Reihe von Spannungen ist es weiter als Zink, aber vor Wasserstoff und verdrängt die letzte der Säuren. Da Cd (OH) 2 ein schwacher Elektrolyt ist, werden Cadmiumsalze hydrolysiert und ihre Lösungen sind sauer.

Reis. 1. Cadmium. Aussehen.

Atom- und Molekulargewicht von Cadmium

Relatives Molekulargewicht einer Substanz(M r) ist eine Zahl, die angibt, wie oft die Masse eines bestimmten Moleküls größer als 1/12 der Masse eines Kohlenstoffatoms ist, und relative Atommasse eines Elements(A r) - wie oft die durchschnittliche Atommasse eines chemischen Elements größer als 1/12 der Masse eines Kohlenstoffatoms ist.

Da Cadmium im freien Zustand in Form von einatomigen Cd-Molekülen vorliegt, stimmen die Werte seiner atomaren und molekularen Masse überein. Sie sind gleich 112.411.

Isotope von Cadmium

Es ist bekannt, dass Cadmium in der Natur in Form von acht stabilen Isotopen vorkommt, von denen zwei radioaktiv sind (113 Cd, 116 Cd): 106 Cd, 108 Cd, 110 Cd, 111 Cd, 112 Cd und 114 Cd. Ihre Massenzahlen sind 106, 108, 110, 111, 112, 113, 114 bzw. 116. Der Kern des Atoms des Cadmiumisotops 106 Cd enthält achtundvierzig Protonen und achtundfünfzig Neutronen, und die restlichen Isotope unterscheiden sich davon nur in der Anzahl der Neutronen.

Cadmium-Ionen

Auf der äußeren Energieebene des Cadmiumatoms gibt es zwei Valenzelektronen:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 5s 2 .

Durch chemische Wechselwirkung gibt Cadmium seine Valenzelektronen ab, d.h. ist ihr Spender und verwandelt sich in ein positiv geladenes Ion:

Cd 0 -2e → Cd 2+.

Molekül und Atom von Cadmium

Im freien Zustand liegt Cadmium in Form von einatomigen Cd-Molekülen vor. Hier sind einige Eigenschaften, die das Atom und Molekül von Cadmium charakterisieren:

Legierungen von Cadmium

Cadmium ist als Bestandteil einiger Legierungen enthalten. Beispielsweise werden Kupferlegierungen mit etwa 1 % Cadmium (Cadmiumbronze) zur Herstellung von Drähten für Telegrafen, Telefone und Oberleitungsbusse verwendet, da diese Legierungen eine höhere Festigkeit und Verschleißfestigkeit als Kupfer aufweisen. Eine Reihe von Leichtmetallen, wie sie in automatischen Feuerlöschern verwendet werden, enthalten Cadmium.

Beispiele für Problemlösungen

BEISPIEL 1

BEISPIEL 2

Die Übung

Welcher Komplex herrscht in einer Lösung vor, die 1 x 10 -2 M Cadmium (II) und 1 M Ammoniak enthält?

Entscheidung

In einer Lösung, die Cadmiumionen und Ammoniak enthält, stellen sich folgende Gleichgewichte ein: Cd 2+ + NH 3 ↔ Cd (NH 3 ) 2+; Cd(NH 3) 2+ + NH 3 ↔ Cd(NH 3) 2 2+; Cd (NH 3) 3 2+ + NH 3 ↔ Cd (NH 3) 4 2+. Aus Nachschlagetabellen b 1 = 3,24 × 10 2 , b 2 = 2,95 × 10 4 , b 3 = 5,89 × 10 5 , b 4 = 3,63 × 10 6 . In Anbetracht dessen, dass c(NH 3) >> c(Cd), nehmen wir an, dass \u003d c (NH 3) \u003d 1M. Wir berechnen eine 0:

Cadmium - ungewöhnlich giftig und unbekannt
eine große Auswahl an gefährlichen Silbermetallen
Giftige und giftige Steine ​​und Mineralien

Cadmium(lateinisch Cadmium, bezeichnet mit dem Symbol Cd) ist ein Element mit der Ordnungszahl 48 und der Atommasse 112,411. Es ist ein Element einer sekundären Untergruppe der zweiten Gruppe, der fünften Periode des Periodensystems der chemischen Elemente von D.I. Mendelejew. Unter normalen Bedingungen ist eine einfache Substanz Cadmium ein schweres (Dichte 8,65 g / cm3 - leichter als Uran), weiches, formbares, duktiles Übergangsmetall Silber Weiss Farben (frisst das Fleisch nicht, wie der "Kerbersky-Stein" der Region Schytomyr in der Ukraine - kein Uranoxid-Pechblende, brauner gefährlicher Stein). Auf dem Foto - Cadmiumsulfid, Greenockit(erdige Krusten gelb Farben).

Natürliches Cadmium besteht aus acht Isotopen, von denen sechs stabil sind: 106Cd (Isotopenhäufigkeit 1,22%), 108Cd (0,88%), 110Cd (12,39%), 111Cd (12,75%), 112Cd (24,07%), 114Cd (28,85 %). Radioaktivität wurde für zwei weitere natürliche Isotope nachgewiesen: 113Cd (Isotopenhäufigkeit 12,22 %, β-Zerfall mit einer Halbwertszeit von 7,7∙1015 Jahren) und 116Cd (Isotopenhäufigkeit 7,49 %, doppelter β-Zerfall mit einer Halbwertszeit von 3,0 ∙). 1019 Jahre).

Cadmium des Periodensystems wurde 1817 von dem deutschen Professor Friedrich Stromeyer teilweise beschrieben (im Unterschied zu Zink). Magdeburger Apotheker vermuteten bei der Untersuchung von Zubereitungen, die Zinkoxid ZnO enthielten, darin Arsen (Oxidationskatalysator aus Sulfid). Da Zinkoxid in vielen Salben, Pudern und Emulsionen enthalten ist, die für verschiedene Hautkrankheiten verwendet werden, verboten die Inspektoren den Verkauf verdächtiger Medikamente kategorisch.

Natürlich forderte der Arzneimittelhersteller unter Verteidigung seiner persönlichen Interessen eine Untersuchung. Stromeyer fungierte als Sachverständiger. Er isolierte aus ZnO ein braunbraunes Oxid, reduzierte es mit Wasserstoff und erhielt ein silberweißes Metall, das er „Cadmium“ (von griechisch kadmeia – Zinkoxid, auch Zinkerz) nannte. Unabhängig von Professor Stromeyer wurde Cadmium 1818 von einer Gruppe von Wissenschaftlern - K. Hermann, K. Carsten und W. Meisner - in schlesischen Zinkerzen (Satellit) entdeckt.

Cadmium absorbiert langsame Neutronen, aus diesem Grund werden Cadmiumstäbe in Kernreaktoren verwendet, um die Geschwindigkeit einer Kettenreaktion (ChNPP) zu steuern. Cadmium wird in Alkalibatterien verwendet und ist als Bestandteil einiger Legierungen enthalten. So werden beispielsweise Kupferlegierungen mit etwa 1% Cd (Cadmiumbronze) zur Herstellung von Telegrafen-, Telefon-, Oberleitungsbus- und Straßenbahndrähten sowie U-Bahn-Kabeln verwendet, da diese Legierungen eine höhere Festigkeit und Verschleißfestigkeit als Kupfer aufweisen.

Greenockit (gelbe Schmiere) auf Calcit. Yunnan, China. 7x5 cm Foto: A.A. Evseev.

Eine Reihe von Schmelzlegierungen, wie sie in Feuerlöschern verwendet werden, enthalten Cadmium. Darüber hinaus ist Cadmium Bestandteil von minderwertigen Schmucklegierungen (Löten nach Verdunsten des Amalgambestandteils aus temperaturbedingt geplatzten und im freien Verkauf verbotenen Amalgamlegierungen - Amalgame aus Gold, Silber und Platin mit giftigem Quecksilber).

Dieses Metall wird zum Kadmieren von Stahlprodukten verwendet, da es auf seiner Oberfläche einen Oxidfilm trägt, der eine schützende Wirkung hat. Tatsache ist, dass in Meerwasser und in einer Reihe anderer Medien eine Kadmierung effektiver ist als eine Verzinkung. Cadmium hat eine lange Tradition in der homöopathischen (Basisbehandlung mit Kräutern und Mikrodosen – die sogenannten „Nahrungsergänzungsmittel in Lebensmitteln“ – Nahrungsergänzungsmittel und Tierfutter) Medizin. Cadmiumverbindungen haben ebenfalls eine breite Anwendung gefunden – Cadmiumsulfid wird zur Herstellung von gelber Farbe und farbigen Gläsern verwendet, und Cadmiumfluorborat ist ein Flussmittel, das zum Löten von Aluminium und anderen Metallen verwendet wird.

Cadmium kommt im Körper von Wirbeltieren vor (Knochen, Bänder, Sehnen und Muskeln), es ist erwiesen, dass es den Kohlenstoffstoffwechsel, die Aktivität einer Reihe von Enzymen und die Synthese von Hippursäure in der Leber beeinflusst. Cadmiumverbindungen sind jedoch giftig, und das Metall selbst ist krebserregend. Besonders gefährlich ist das Einatmen von Dämpfen von Cadmiumoxid CdO, Todesfälle sind keine Seltenheit. Das Eindringen von Cadmium in den Magen-Darm-Trakt ist ebenfalls schädlich, es wurden jedoch keine Fälle von tödlichen Vergiftungen registriert, was höchstwahrscheinlich darauf zurückzuführen ist, dass der Körper versucht, das Toxin loszuwerden (Erbrechen).

Biologische Eigenschaften

Es stellt sich heraus, dass Cadmium in fast allen lebenden Organismen vorhanden ist - im terrestrischen Cadmiumgehalt beträgt es ungefähr 0,5 mg pro 1 kg Masse, in Meeresorganismen (Schwämme, Hohltiere, Stachelhäuter, Würmer des Pazifischen Ozeans) - von 0,15 bis 3 mg / kg beträgt der Gehalt an Cadmium in Pflanzen etwa 10-4% (bezogen auf die Trockenmasse). Trotz des Vorhandenseins von Cadmium in den meisten lebenden Organismen ist seine spezifische physiologische Bedeutung nicht vollständig geklärt (Wachstumshormon). Wissenschaftler fanden heraus, dass dieses Element den Kohlenhydratstoffwechsel, die Synthese von Hippursäure in der Leber, die Aktivität einer Reihe von Enzymen sowie den Stoffwechsel von Zink, Kupfer, Eisen und Kalzium im Körper beeinflusst (ein beliebter Stein von Bodybuilder, die beim Sport Muskelmasse aufbauen und ihre Knochen stärken - in Mikrodosen).

Greenockit (gelb). Lockiger Vulkan, ca. Iturup, Kurilen, Russland. Foto: A.A. Evseev.
Kann für Talk, Schwefel und andere Greenoctit-ähnliche Mineralien ausgestellt werden

Es gibt einen durch Forschung gestützten Vorschlag, dass mikroskopische Mengen Cadmium in der Nahrung das Körperwachstum von Säugetieren stimulieren können. Aus diesem Grund stufen Wissenschaftler Cadmium lange Zeit als bedingt essentielles Spurenelement ein, also als lebenswichtig, aber in bestimmten Dosen giftig. Der Körper eines gesunden Menschen enthält eine geringe Menge Cadmium. Gesungen in altgriechischen und römischen Epos - Kadmeus(Ort Gifthandel im Südosten Europas ("Schild vor den Toren von Tsaregrad", Istanbul), in Griechenland (Portiken und Amphitheater) und im Mittelmeer in der Nähe der Türkei - eine Droge). Auf der Slang Bergleute und Bergleute Cadmium namens " Schlangengift" (Jargon).

Cadmium ist eines der wichtigsten giftige Schwermetalle- in Russland (Metrologie) wird es der 2. Gefahrenklasse zugeordnet - hochgefährliche Stoffe - dazu gehören Antimon, Strontium, Phenol und andere giftige Stoffe (entspricht ADR Gefahrgut N 6 - Gift, Totenkopf in einer Raute). Im Bulletin der Russischen Föderation über Umweltsicherheit und Gifttransporttechnologien „Probleme der Chemikaliensicherheit“ vom 29. April 1999 erscheint Cadmium als „das gefährlichste Ökogift der Jahrtausendwende“!

Cadmium ist wie andere Schwermetalle ein kumulatives Gift, dh es kann sich im Körper anreichern - seine Halbwertszeit beträgt 10 bis 35 Jahre. Im Alter von 50 Jahren kann der menschliche Körper 30 bis 50 mg Cadmium anreichern. Die wichtigsten "Depots" von Cadmium im menschlichen Körper sind die Nieren, die 30 bis 60% der Gesamtmenge dieses Metalls im Körper enthalten, und die Leber (20-25%). Folgendes kann Cadmium in geringerem Maße anreichern: Bauchspeicheldrüse, Milz, Röhrenknochen und andere Organe und Gewebe. Selbst im Blut sind geringe Mengen Cadmium vorhanden. Anders als Blei oder Quecksilber gelangt Cadmium jedoch nicht ins Gehirn.

Zum größten Teil liegt Cadmium im Körper in gebundenem Zustand vor – in Verbindung mit dem Protein Metallothionein – das ist eine Art Schutzmechanismus, die Reaktion des Körpers auf das Vorhandensein eines Schwermetalls. Cadmium ist in dieser Form weniger toxisch, wird aber auch gebunden nicht ungefährlich – über die Jahre angereichert, kann dieses Metall zu Nierenschäden und einer erhöhten Wahrscheinlichkeit von Nierensteinen führen. Viel gefährlicher ist Cadmium, das in ionischer Form vorliegt, weil es dem Zink chemisch sehr nahe steht und es in biochemischen Reaktionen ersetzen kann, indem es als Pseudo-Aktivator oder umgekehrt als Hemmer zinkhaltiger Proteine ​​und Enzyme wirkt.

Cadmium bindet an das zytoplasmatische und nukleare Material von Zellen eines lebenden Organismus und schädigt sie, verändert die Aktivität vieler Hormone und Enzyme, was durch seine Fähigkeit erklärt wird, Sulfhydrylgruppen (-SH) zu binden. Darüber hinaus ist Cadmium aufgrund der Nähe der Ionenradien von Calcium und Cadmium in der Lage, Calcium im Knochengewebe zu ersetzen. Ähnlich verhält es sich mit Eisen, das auch Cadmium ersetzen kann. Aus diesem Grund kann der Mangel an Calcium, Zink und Eisen im Körper zu einer Erhöhung der Aufnahme von Cadmium aus dem Magen-Darm-Trakt um bis zu 15-20% führen. Es wird angenommen, dass eine unbedenkliche tägliche Cadmiumdosis für einen Erwachsenen 1 μg Cadmium pro 1 kg Körpergewicht beträgt, große Cadmiummengen sind äußerst gesundheitsschädlich.

Was sind die Mechanismen des Eintritts von Cadmium und seinen Verbindungen in den Körper? Vergiftungen treten auf, wenn Trinkwasser (die maximale Konzentrationsgrenze für Trinkwasser beträgt 0,01 mg/l) mit cadmiumhaltigen Abfällen kontaminiert ist, sowie beim Verzehr von Gemüse und Getreide, die auf Flächen in der Nähe von Ölraffinerien und Hüttenbetrieben wachsen. Die Verwendung von Pilzen aus solchen Gebieten ist besonders gefährlich, da sie einigen Informationen zufolge mehr als 100 mg Cadmium pro kg ihres Eigengewichts anreichern können. Rauchen ist eine weitere Quelle für die Aufnahme von Cadmium in den Körper, sowohl für den Raucher selbst als auch für die Menschen in seiner Umgebung, da das Metall im Tabakrauch enthalten ist.

Die charakteristischen Anzeichen einer chronischen Cadmiumvergiftung sind, wie bereits erwähnt, Nierenschäden, Muskelschmerzen, Zerstörung des Knochengewebes und Blutarmut. Akute Lebensmittelvergiftungen mit Cadmium treten auf, wenn große Einzeldosen mit Nahrung (15-30 mg) oder mit Wasser (13-15 mg) eingenommen werden. Gleichzeitig werden Anzeichen einer akuten Gastroenteritis beobachtet - Erbrechen, Schmerzen und Krämpfe in der Magengegend, Fälle tödlicher Vergiftungen mit Cadmiumverbindungen, die mit Lebensmitteln in den Körper gelangt sind, sind der Wissenschaft jedoch unbekannt, aber nach Schätzungen der WHO a tödliche Einzeldosis kann 350-3500 mg betragen.

Viel gefährlicher ist eine Cadmiumvergiftung durch Einatmen seiner Dämpfe (CdO) oder cadmiumhaltigem Staub (dies tritt in der Regel in Industrien auf, die mit der Verwendung von Cadmium in Verbindung stehen) - ähnlich wie flüssiges Quecksilber und roter Zinnober (durch Toxizität). Symptome einer solchen Vergiftung sind Lungenödem, Kopfschmerzen, Übelkeit oder Erbrechen, Schüttelfrost, Schwäche und Durchfall (Durchfall). Als Folge einer solchen Vergiftung wurden Todesfälle verzeichnet.

Das Gegenmittel für eine Cadmiumvergiftung ist Selen, das hilft, die Aufnahme von Cadmium zu reduzieren (sie funktionieren auf Kopierern und Druckern in modernen Rechenzentren und Nachfüllkartuschen für Bürogeräte). Eine ausgewogene Aufnahme von Selen ist jedoch weiterhin erforderlich, da sein Überschuss im Körper zu einer Verringerung des Schwefelgehalts führt (Schwefelsulfid bildet - es bindet), und dies wird sicherlich dazu führen, dass Cadmium wird wieder vom Körper aufgenommen.

Interessante Fakten

Es wurde festgestellt, dass eine Zigarette 1 bis 2 Mikrogramm Cadmium enthält. Es stellt sich heraus, dass eine Person, die täglich eine Packung Zigaretten (20 Stk.) raucht, etwa 20 Mikrogramm Cadmium bekommt! Die Gefahr liegt darin, dass die Aufnahme von Cadmium über die Lunge erfolgt maximal- von 10 bis 20 %, also im Körper eines Rauchers werden 2 bis 4 Mikrogramm Cadmium pro Packung Zigaretten aufgenommen! Die krebserzeugende Wirkung des im Tabakrauch enthaltenen Nikotins wird normalerweise mit der Anwesenheit von Cadmium in Verbindung gebracht und selbst durch Kohlefilter nicht zurückgehalten - Lungenkrebs.

Ein Beispiel einer chronischen Cadmiumvergiftung mit zahlreichen Todesfällen wurde Ende der 1950er Jahre beschrieben. Auf dem Territorium Japans gab es Fälle einer Krankheit, die die Einheimischen "itai-itai" ("italienische Krankheit") nannten, was auch in den lokalen Dialekt übersetzt werden kann als "Oh, wie es weh tut!" (Vergiftung). Symptome der Krankheit waren starke Lendenschmerzen, die, wie sich später herausstellte, durch irreversible Nierenschäden verursacht wurden; starke Muskelschmerzen. Die weite Verbreitung der Krankheit und ihr schwerer Verlauf wurden durch die hohe Umweltverschmutzung im damaligen Japan und die spezielle Ernährung der Japaner (Reis und Meeresfrüchte reichern große Mengen Cadmium an) verursacht. Es wurde festgestellt, dass diejenigen, die an dieser Krankheit erkrankt waren, täglich etwa 600 Mikrogramm Cadmium zu sich nahmen!

Obwohl Cadmium als eine der giftigsten Substanzen gilt, hat es auch in der Medizin Anwendung gefunden! So versorgt eine Nickel-Cadmium-Batterie, die in die Brust eines an Herzinsuffizienz leidenden Patienten eingeführt wird, einen mechanischen Stimulator des Herzens mit Energie. Der Vorteil einer solchen Batterie besteht darin, dass sich der Patient nicht auf den Operationstisch legen muss, um sie aufzuladen oder auszutauschen. Für eine ununterbrochene Batterielebensdauer reicht es aus, einmal pro Woche für nur anderthalb Stunden eine spezielle magnetisierte Jacke zu tragen.

Cadmium wird in der Homöopathie, in der experimentellen Medizin und in jüngerer Zeit zur Entwicklung neuer Krebsmedikamente verwendet.

Die Metalllegierung von Wood, die 50 % Wismut, 12,5 % Zinn, 25 % Blei, 12,5 % Cadmium enthält, kann in kochendem Wasser geschmolzen werden. Die Legierung wurde 1860 von Ingenieur B. Wood erfunden.) Mehrere kuriose Tatsachen sind damit verbunden dieser niedrigschmelzenden Legierung: Zum einen bilden die Anfangsbuchstaben der Bestandteile von Woods Legierung die Abkürzung „WAX“, zum anderen wird die Erfindung auch dem Namensvetter von B. Wood zugeschrieben – dem acht Jahre später geborenen amerikanischen Physiker Robert Williams Wood ( Gleichaltrige kämpften bei VAK).

Vor nicht allzu langer Zeit hielt Cadmium des Periodensystems Einzug in die „Bewaffnung“ von Polizei und Spurensicherung: Mit Hilfe der dünnsten Cadmiumschicht, die sich auf der zu untersuchenden Oberfläche ablagert, ist es möglich, menschliche Fingerabdrücke zu identifizieren.

Wissenschaftler haben eine so interessante Tatsache festgestellt: Cadmium-Zinn in der Atmosphäre ländlicher Gebiete hat eine viel größere Korrosionsbeständigkeit als in der Atmosphäre von Industriegebieten. Eine solche Beschichtung versagt besonders schnell, wenn der Gehalt an Schwefel- oder Schwefelsäureanhydriden in der Luft erhöht wird.

1968 entdeckte einer der US-Gesundheitsbeamten (Dr. Carroll) einen direkten Zusammenhang zwischen der Sterblichkeit durch Herz-Kreislauf-Erkrankungen und dem Gehalt an Cadmium in der Atmosphäre. Er kam zu solchen Schlussfolgerungen, indem er die Daten von 28 Städten analysierte. In vier von ihnen – New York, Chicago, Philadelphia und Indianapolis – war der Cadmiumgehalt in der Luft höher als in anderen Städten; der Anteil der Todesfälle aufgrund von Herzerkrankungen war ebenfalls höher.

Neben "Standard"-Maßnahmen zur Begrenzung der Cadmiumemissionen in die Atmosphäre, das Wasser und den Boden (Filter und Reiniger in Unternehmen, Entfernung von Wohnungen und Ackerflächen aus solchen Unternehmen) entwickeln Wissenschaftler auch neue - vielversprechende. Also pflanzten Wissenschaftler in der Bucht des Mississippi Wasserhyazinthen, weil sie glaubten, mit ihrer Hilfe das Wasser von Elementen wie Cadmium und Quecksilber reinigen zu können.

Geschichte

Die Geschichte kennt viele „Entdeckungen“, die bei fiktiven Überprüfungen, Überprüfungen und Überarbeitungen gemacht wurden. Solche Funde sind jedoch eher krimineller als wissenschaftlicher Natur. Und doch gab es einen solchen Fall, als die begonnene Überarbeitung schließlich zur Entdeckung eines neuen chemischen Elements führte. Es geschah in Deutschland zu Beginn des 19. Jahrhunderts. Der Kreisarzt R. Rolov kontrollierte die Apotheken seines Kreises, bei der Revision entdeckte er in mehreren Apotheken in der Nähe von Magdeburg Zinkoxid, dessen Auftreten Verdacht erregte und auf Arsen (Pharmakolyt) schließen ließ. Um die Annahmen zu bestätigen, löste Rolov das beschlagnahmte Medikament in Säure auf und leitete es durch eine Schwefelwasserstofflösung, was zur Ausfällung eines gelben Niederschlags führte, ähnlich wie Arsensulfid. Alle verdächtigen Medikamente – Salben, Puder, Emulsionen, Puder – wurden sofort aus dem Verkauf genommen.

Ein solcher Schritt empörte den Besitzer der Fabrik in Schenebek, die alle von Rolov abgelehnten Medikamente herstellte. Dieser Geschäftsmann - Herman, der von Beruf Chemiker ist, führte seine eigene Untersuchung der Waren durch. Nachdem er das gesamte damals bekannte Arsenal an Experimenten zum Nachweis von Arsen ausprobiert hatte, war er überzeugt, dass seine Produkte in dieser Hinsicht rein waren und Eisen, was den Prüfer verwirrte, die gelbe Farbe von Zinkoxid ergab.

Nachdem er Rolov und den Behörden des Landes Hannover die Ergebnisse seiner Experimente gemeldet hatte, forderte Herman eine unabhängige Untersuchung und vollständige "Rehabilitation" seines Produkts. Daher wurde beschlossen, die Meinung von Professor Stromeyer einzuholen, der den Fachbereich Chemie an der Universität Göttingen leitete und gleichzeitig das Amt des Generalinspektors aller hannoverschen Apotheken innehatte. Natürlich wurde Stromeyer nicht nur Zinkoxid, sondern auch andere Zinkpräparate aus der Fabrik von Shenebek, einschließlich Zinkcarbonat, aus dem dieses Oxid gewonnen wurde, zur Überprüfung geschickt.

Durch Kalzinieren von Zinkkarbonat ZnCO3 erhielt Friedrich Stromeyer Oxid, aber nicht weiß, wie es hätte sein sollen, sondern gelblich. Als Ergebnis weiterer Recherchen stellte sich heraus, dass die Medikamente weder Arsen, wie Rolov vermutete, noch Eisen, wie die Deutschen dachten, enthielten. Grund für die ungewöhnliche Farbe war ein völlig anderes Metall – bisher unbekannt und in seinen Eigenschaften dem Zink sehr ähnlich. Der einzige Unterschied bestand darin, dass sein Hydroxid im Gegensatz zu Zn (OH) 2 nicht amphoter war, sondern ausgeprägte basische Eigenschaften hatte.

Stromeyer nannte das neue Metall Cadmium, was auf die starke Ähnlichkeit des neuen Elements mit Zink anspielt – das griechische Wort καδμεια (Kadmeia) bezeichnet seit langem Zinkerze (zum Beispiel Smithsonit ZnCO3) und Zinkoxid. Dieses Wort wiederum leitet sich vom Namen des phönizischen Cadmus ab, der der Legende nach als erster einen Zinkstein fand und dessen Fähigkeit entdeckte, Kupfer (aus Erz geschmolzen) eine goldene Farbe zu verleihen. Nach antiken griechischen Mythen gab es einen anderen Cadmus - einen Helden, der den Drachen besiegte und die Festung von Cadmeus auf dem von ihm besiegten Land des Feindes errichtete, um die später die große Stadt Theben mit sieben Toren wuchs. In den semitischen Sprachen bedeutet "Kadmos" "östlich" oder "Schlange" (Fergana, Kirgisistan, Zentralasien - es gibt Orte, an denen sich Schlangen ansammeln), was möglicherweise den Namen des Minerals aus den Orten seiner Gewinnung oder seines Exports aufbaut aus jedem östlichen Land oder Provinz .

1818 veröffentlichte Friedrich Stromeyer eine ausführliche Beschreibung des Metalls, dessen Eigenschaften er bereits gut studiert hatte. In seiner freien Form war das neue Element ein weißes Metall, weich und nicht sehr stark, das oben mit einem bräunlichen Oxidfilm bedeckt war. Ziemlich bald wurde, wie so oft, Strohmeyers Priorität bei der Entdeckung von Cadmium in Frage gestellt, aber alle Behauptungen wurden zurückgewiesen. Etwas später fand ein anderer Chemiker, Kersten, ein neues Element im schlesischen Zinkerz und nannte es Mellin (von lat. mellinus, „gelb wie Quitte“). Der Grund für diesen Namen war die Farbe des unter Einwirkung von Schwefelwasserstoff gebildeten Niederschlags.

Zu Kerstens Leidwesen entpuppte sich das „mellin“ als Stromeyers „Cadmium“. Noch später wurden andere Namen für das achtundvierzigste Element vorgeschlagen: 1821 schlug John vor, das neue Element "Klaprotium" zu nennen - zu Ehren des berühmten Chemikers Martin Klaproth - dem Entdecker von Uran, Zirkonium und Titan, und Gilbert "Junonium". - nach dem 1804 entdeckten Asteroiden Juno. Doch so groß Klaproths Verdienste um die Wissenschaft auch sein mögen, sein Name war nicht dazu bestimmt, in der Liste der chemischen Elemente Fuß zu fassen: Cadmium blieb Cadmium. In der russischen chemischen Literatur der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts wurde Cadmium zwar oft als Cadmium bezeichnet.

In der Natur sein

Cadmium ist ein typischerweise seltenes und eher verstreutes Element, der durchschnittliche Gehalt dieses Metalls in der Erdkruste (Clark) wird auf etwa 1,3 * 10–5 % oder 1,6 * 10–5 % nach Gewicht geschätzt, es stellt sich heraus, dass Cadmium in der Lithosphäre beträgt etwa 130 mg / t. Es gibt so wenig Cadmium in den Eingeweiden unseres Planeten, dass selbst das als selten geltende Germanium 25-mal mehr ist! Ungefähr die gleichen Verhältnisse für Cadmium und andere seltene Metalle: Beryllium, Cäsium, Scandium und Indium. Cadmium ist ähnlich häufig wie Antimon (2 * 10–5 %) und doppelt so häufig wie Quecksilber (8 * 10–6 %).

Cadmium ist durch Migration in heißes Grundwasser zusammen mit Zink (Cadmium kommt als isomorphe Verunreinigung in vielen Mineralien und immer in Zinkmineralien vor) und anderen chalkophilen Elementen, d. h. chemischen Elementen, die zur Bildung natürlicher Sulfide, Selenide, Telluride neigen, gekennzeichnet. Sulfosalze und manchmal im nativen Zustand gefunden. Außerdem ist Cadmium in hydrothermalen Lagerstätten angereichert. Vulkangesteine ​​sind ziemlich reich an Cadmium und enthalten bis zu 0,2 mg Cadmium pro kg; Unter den Sedimentgesteinen ist Ton das achtundvierzigste Element - bis zu 0,3 mg / kg (zum Vergleich: Kalksteine ​​enthalten Cadmium 0,035 mg / kg, Sandsteine ​​- 0,03 mg / kg). Der durchschnittliche Gehalt an Cadmium im Boden beträgt 0,06 mg/kg.

Dieses seltene Metall ist auch in Wasser vorhanden - in gelöster Form (Sulfat, Chlorid, Cadmiumnitrat) und in Suspension als Teil von organo-mineralischen Komplexen. Unter natürlichen Bedingungen gelangt Cadmium durch Auswaschung von Buntmetallerzen sowie durch die Zersetzung von Wasserpflanzen und speicherfähigen Organismen ins Grundwasser. Seit Beginn des 20. Jahrhunderts ist die anthropogene Belastung natürlicher Gewässer mit Cadmium zum dominierenden Faktor für den Eintrag von Cadmium in Gewässer und Böden geworden. Der Gehalt an Cadmium im Wasser wird maßgeblich durch den pH-Wert des Mediums (in alkalischem Medium fällt Cadmium in Form von Hydroxid aus) sowie durch Sorptionsvorgänge beeinflusst. Aus dem gleichen anthropogenen Grund ist Cadmium auch in der Luft vorhanden.

In ländlichen Gebieten beträgt der Cadmiumgehalt in der Luft 0,1-5,0 ng / m3 (1 ng oder 1 Nanogramm = 10-9 Gramm), in Städten - 2-15 ng / m3, in Industriegebieten - 15 bis 150 ng /m3. Cadmium wird hauptsächlich dadurch in die atmosphärische Luft freigesetzt, dass viele in Wärmekraftwerken verbrannte Kohlen dieses Element enthalten. Aus der Luft abgeschieden, gelangt Cadmium in Wasser und Boden. Die Erhöhung des Cadmiumgehalts im Boden wird durch die Verwendung von Mineraldünger erleichtert, da fast alle geringfügige Verunreinigungen dieses Metalls enthalten. Aus Wasser und Boden gelangt Cadmium in Pflanzen und Lebewesen und kann über die Nahrungskette dem Menschen „versorgt“ werden.

Cadmium hat seine eigenen Mineralien: Howliit, Otavit CdCO3, Montemponit CdO (enthält 87,5 % Cd), Greenockit CdS (77,8 % Cd), Xanthochroit CdS(H2O)x (77,2 % Cd) Cadmoselit CdSe (47 % Cd). Sie bilden jedoch keine eigenen Lagerstätten, sondern sind als Verunreinigungen in Zink-, Kupfer-, Blei- und polymetallischen Erzen (mehr als 50) vorhanden, die die Hauptquelle der industriellen Cadmiumproduktion darstellen. Darüber hinaus spielen Zinkerze die Hauptrolle, in denen die Konzentration von Cadmium zwischen 0,01 und 5% (in Sphalerit ZnS) liegt. In den meisten Fällen überschreitet der Cadmiumgehalt im Sphalerit nicht 0,4 - 0,6 %. Cadmium reichert sich an in Galenit (0,005 - 0,02 %), Stannit (0,003 - 0,2 %), Pyrit (bis 0,02 %), Chalkopyrit (0,006 - 0,12 %), Cadmium wird aus diesen Sulfiden extrahiert.

Cadmium kann sich in Pflanzen (vor allem in Pilzen) und lebenden Organismen (insbesondere im Wasser) anreichern, aus diesem Grund findet sich Cadmium in marinen Sedimentgesteinen - Schiefer (Mansfeld, Deutschland).

Anwendung

Der Hauptverbraucher von Cadmium ist die Herstellung von chemischen Stromquellen: Nickel-Cadmium- und Silber-Cadmium-Batterien, Blei-Cadmium- und Quecksilber-Cadmium-Zellen in Backup-Batterien, normale Weston-Zellen. Cadmium-Nickel-Batterien (AKN), die in der Industrie verwendet werden, sind eine der beliebtesten unter anderen chemischen Stromquellen.

Die negativen Platten solcher Akkumulatoren bestehen aus Eisengittern mit Cadmiumschwamm als Wirkstoff, die positiven Platten sind mit Nickeloxid beschichtet. Der Elektrolyt ist eine Lösung aus Ätzkali (Kaliumhydroxid). Nickel-Cadmium-Alkalibatterien sind zuverlässiger als Bleibatterien. Chemische Stromquellen mit Cadmium zeichnen sich durch eine lange Lebensdauer, einen stabilen Betrieb und hohe elektrische Eigenschaften aus. Außerdem dauert das Aufladen dieser Batterien weniger als eine Stunde! AKN können jedoch nicht ohne vollständige Vorentladung wieder aufgeladen werden und sind darin Metallhydrid-Batterien natürlich unterlegen.

Ein weiteres breites Anwendungsgebiet von Cadmium ist die Abscheidung von Korrosionsschutzschichten auf Metallen (Cadmiumplattierung). Die Cadmiumbeschichtung schützt Eisen- und Stahlprodukte zuverlässig vor atmosphärischer Korrosion. Früher erfolgte die Kadmierung durch Eintauchen des Metalls in geschmolzenes Kadmium, das moderne Verfahren erfolgt ausschließlich durch Elektrolyse. Die Cadmiumbeschichtung wird auf die kritischsten Teile von Flugzeugen, Schiffen sowie auf Teile und Mechanismen aufgebracht, die für den Betrieb in tropischen Klimazonen ausgelegt sind.

Es ist bekannt, dass einige Eigenschaften von Zink und Cadmium ähnlich sind, aber eine Cadmiumbeschichtung hat gegenüber einer galvanischen Beschichtung bestimmte Vorteile: Erstens ist sie korrosionsbeständiger und zweitens lässt sie sich leichter gleichmäßig und glatt machen. Außerdem ist Cadmium im Gegensatz zu Zink in einer alkalischen Umgebung stabil. Cadmiumzinn ist weit verbreitet, es gibt jedoch einen Bereich, in dem die Verwendung von Cadmiumbeschichtung strengstens verboten ist - dies ist die Lebensmittelindustrie. Dies liegt an der hohen Toxizität von Cadmium.

Bis zu einem gewissen Zeitpunkt war die Verbreitung von Cadmiumbeschichtungen auch aus einem anderen Grund begrenzt – wird Cadmium elektrolytisch auf ein Stahlteil aufgebracht, kann im Elektrolyten enthaltener Wasserstoff in das Metall eindringen, und dieses Element verursacht bekanntlich eine Wasserstoffversprödung hochfeste Stähle, die unter Belastung zu einer unerwarteten Zerstörung des Metalls führen . Das Problem wurde von sowjetischen Wissenschaftlern des Instituts für Physikalische Chemie der Akademie der Wissenschaften der UdSSR gelöst. Es stellte sich heraus, dass eine vernachlässigbare Zugabe von Titan (ein Atom Titan pro tausend Atome Cadmium) das cadmierte Stahlteil vor dem Auftreten von Wasserstoffversprödung schützt, da das Titan während des Beschichtungsprozesses den gesamten Wasserstoff aus dem Stahl aufnimmt.

Etwa ein Zehntel der Weltproduktion von Cadmium wird für die Herstellung von Legierungen aufgewendet. Der niedrige Schmelzpunkt ist einer der Gründe für die weit verbreitete Verwendung von Cadmium in niedrigschmelzenden Legierungen. Das ist zum Beispiel Woods Legierung mit 12,5 % Cadmium. Solche Legierungen werden als Lötmittel, als Material zum Erhalten dünner und komplexer Gussteile, in automatischen Feuerlöschsystemen, zum Löten von Glas mit Metall verwendet. Cadmiumhaltige Lote sind recht widerstandsfähig gegenüber Temperaturschwankungen.

Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal von Cadmiumlegierungen sind ihre hohen Gleiteigenschaften. So wird eine Legierung, die 99 % Cadmium und 1 % Nickel enthält, zur Herstellung von Lagern verwendet, die in Automobil-, Flugzeug- und Schiffsmotoren eingesetzt werden. Da Cadmium gegenüber Säuren, einschließlich in Schmiermitteln enthaltenen organischen Säuren, nicht ausreichend beständig ist, werden Lagerlegierungen auf Cadmiumbasis mit Indium beschichtet. Das Legieren von Kupfer mit geringen Cadmiumzusätzen (weniger als 1 %) ermöglicht es, verschleißfestere Drähte für elektrische Transportleitungen herzustellen. Solche vernachlässigbaren Zusätze von Cadmium können die Festigkeit und Härte von Kupfer deutlich erhöhen, praktisch ohne seine elektrischen Eigenschaften zu verschlechtern. Cadmiumamalgam (eine Lösung von Cadmium in Quecksilber) wird in der Zahntechnik zur Herstellung von Zahnfüllungen verwendet.

In den vierziger Jahren des 20. Jahrhunderts erhielt Cadmium eine neue Rolle - sie begannen daraus Steuer- und Notstäbe von Kernreaktoren herzustellen. Der Grund, warum Cadmium schnell zu einem strategischen Material wurde, war, dass es thermische Neutronen sehr gut absorbiert. Doch die ersten Reaktoren zu Beginn des „Atomzeitalters“ arbeiteten ausschließlich mit thermischen Neutronen. Später stellte sich heraus, dass schnelle Neutronenreaktoren sowohl für die Energie als auch für die Gewinnung von Kernbrennstoff - 239 Pu - vielversprechender sind, und Cadmium ist gegen schnelle Neutronen machtlos, es verzögert sie nicht. In den Tagen der thermischen Neutronenreaktoren verlor Cadmium seine dominierende Rolle und machte Platz für Bor und seine Verbindungen (eigentlich Kohle und Graphit).

Etwa 20 % Cadmium (in Form von Verbindungen) wird für die Herstellung von anorganischen Farbmitteln verwendet. Cadmiumsulfid CdS ist ein wichtiger Mineralfarbstoff, der früher als Cadmiumgelb bezeichnet wurde. Bereits zu Beginn des 20. Jahrhunderts war bekannt, dass Cadmiumgelb in sechs Farbtönen von Zitronengelb bis Orange erhältlich ist. Die resultierenden Lacke sind beständig gegen schwache Laugen und Säuren und völlig unempfindlich gegen Schwefelwasserstoff.

Farben auf Basis von CdS wurden in vielen Bereichen verwendet - Malerei, Druck, Porzellanmalerei, sie bedeckten Personenwagen und schützten sie vor Lokomotivrauch. Cadmiumsulfidhaltige Farbstoffe wurden in der Textil- und Seifenindustrie verwendet. Gegenwärtig wird jedoch ziemlich teures Cadmiumsulfid oft durch billigere Farbstoffe ersetzt - Cadmopon (eine Mischung aus Cadmiumsulfid und Bariumsulfat) und Zink-Cadmium-Litopon (die Zusammensetzung, wie die von Cadmopon, plus Zinksulfid).

Als roter Farbstoff wird eine weitere Cadmiumverbindung, Cadmiumselenid CdSe, verwendet. Doch nicht nur in der Farbstoffherstellung haben Cadmiumverbindungen ihre Anwendung gefunden – Cadmiumsulfid beispielsweise wird auch zur Herstellung von Foliensolarzellen verwendet, deren Wirkungsgrad bei etwa 10–16 % liegt. Außerdem ist CdS ein ziemlich gutes thermoelektrisches Material, das als Bestandteil von Halbleitermaterialien und Leuchtstoffen verwendet wird. Manchmal wird Cadmium in der Tieftemperaturtechnologie verwendet, was mit seiner maximalen Wärmeleitfähigkeit (im Vergleich zu anderen Metallen) nahe dem absoluten Nullpunkt (Vakuum) verbunden ist.

Produktion

Die wichtigsten "Lieferanten" von Cadmium sind Nebenprodukte der Verarbeitung von Zink-, Kupfer-Zink- und Blei-Zink-Erzen. Was die einheimischen Mineralien von Cadmium betrifft, so ist das einzige für die Gewinnung von Cadmium interessante Greenockit-CdS, die sogenannte "Cadmiumblende". Greenockit wird zusammen mit Faerit bei der Entwicklung von Zinkerzen abgebaut. Während des Recyclingprozesses reichert sich Cadmium in den Nebenprodukten des Prozesses an, aus denen es dann zurückgewonnen wird.

Bei der Verarbeitung polymetallischer Erze fällt, wie bereits erwähnt, Cadmium häufig als Nebenprodukt der Zinkherstellung an. Dies sind entweder Kupfer-Cadmium-Kuchen (Metallniederschläge, die als Ergebnis von Reinigungslösungen von Zinksulfat ZnSO4 durch Einwirkung von Zinkstaub erhalten werden), die 2 bis 12% Cd enthalten, oder Pussiere (flüchtige Fraktionen, die bei der Destillation von Zink entstehen). , mit 0,7 bis 1,1 % Cadmium.

Am reichsten an dem achtundvierzigsten Element sind Konzentrate, die bei der Rektifikationsreinigung von Zink gewonnen werden, sie können bis zu 40 % Cadmium enthalten. Aus Kupfer-Cadmium-Kuchen und anderen Produkten mit hohem Cadmiumgehalt wird üblicherweise mit Schwefelsäure H2SO4 unter gleichzeitiger Luftbelüftung ausgelaugt. Das Verfahren wird in Gegenwart eines Oxidationsmittels – Manganerz oder recycelter Manganschlamm aus Elektrolysebädern – durchgeführt.

Außerdem wird Cadmium aus Staub von Blei- und Kupferhütten gewonnen (es kann 0,5 bis 5 % bzw. 0,2 bis 0,5 % Cadmium enthalten). In solchen Fällen wird der Staub üblicherweise mit konzentrierter H2SO4-Schwefelsäure behandelt und das dabei entstehende Cadmiumsulfat anschließend mit Wasser ausgelaugt. Cadmiumschwamm wird aus der resultierenden Cadmiumsulfatlösung durch Einwirkung von Zinkstaub ausgefällt, danach in Schwefelsäure gelöst und die Lösung durch Einwirkung von Natriumcarbonat Na2CO3 oder Zinkoxid ZnO von Verunreinigungen gereinigt, es ist auch möglich, es zu verwenden Ionenaustauschverfahren.

Cadmiummetall wird durch Elektrolyse an Aluminiumkathoden oder durch Zinkreduktion (Verdrängung von Cadmiumoxid CdO durch Zink aus CdSO4-Lösungen) unter Verwendung von Zentrifugalabscheiderreaktoren isoliert. Die Raffination von Cadmiummetall besteht normalerweise darin, das Metall unter einer Alkalischicht zu schmelzen (um Zink und Blei zu entfernen), während die Verwendung von Na2CO3 möglich ist; Behandlung der Schmelze mit Aluminium (zur Entfernung von Nickel) und Ammoniumchlorid NH4Cl (zur Entfernung von Thallium).

Höherreines Cadmium erhält man durch elektrolytische Raffination mit zwischengeschalteter Reinigung des Elektrolyten, die durch Ionenaustausch oder Extraktion erfolgt; Rektifikation des Metalls (normalerweise unter reduziertem Druck), Zonenschmelzen oder andere Kristallisationsverfahren. Durch die Kombination der obigen Reinigungsverfahren ist es möglich, metallisches Cadmium mit einem Gehalt an Hauptverunreinigungen (Zink, Kupfer und andere) von nur 10–5 Gew.-% zu erhalten. Darüber hinaus können die Methoden des Elektrotransfers in flüssigem Cadmium, der Elektroraffinierung in einer Schmelze von Natriumhydroxid NaOH und der Amalgamelektrolyse zur Reinigung von Cadmium verwendet werden. Wenn das Zonenschmelzen mit dem Elektrotransfer kombiniert wird, kann die Trennung von Cadmiumisotopen zusammen mit der Reinigung erfolgen.

Die Weltproduktion von Cadmium hängt weitgehend mit dem Umfang der Zinkproduktion zusammen und hat in den letzten Jahrzehnten erheblich zugenommen - laut Daten von 2006 wurden weltweit etwa 21.000 Tonnen Cadmium produziert, während diese Zahl 1980 nur 15.000 Tonnen betrug . Das Wachstum des Cadmiumverbrauchs hält auch jetzt noch an. Die Hauptproduzenten dieses Metalls sind asiatische Länder: China, Japan, Korea, Kasachstan. Sie machen 12.000 Tonnen der Gesamtproduktion aus.

Auch Russland, Kanada und Mexiko können als große Cadmiumproduzenten angesehen werden. Die Verlagerung der Massenproduktion von Cadmium nach Asien ist darauf zurückzuführen, dass in Europa die Verwendung von Cadmium zurückgegangen ist und im asiatischen Raum im Gegenteil die Nachfrage nach Nickel-Cadmium-Elementen wächst, was dazu führt viele, um die Produktion in asiatische Länder zu verlagern.

Physikalische Eigenschaften

Cadmium ist ein silbrig-weißes Metall, das im frisch geschnittenen Zustand blau schimmert, an der Luft jedoch durch die Bildung eines schützenden Oxidfilms anläuft. Cadmium ist ein ziemlich weiches Metall - es ist härter als Zinn, aber weicher als Zink, es ist durchaus möglich, es mit einem Messer zu schneiden. In Kombination mit Weichheit hat Cadmium für die Industrie so wichtige Eigenschaften wie Duktilität und Duktilität – es lässt sich perfekt zu Blechen walzen und zu Draht ziehen, und lässt sich problemlos polieren.

Beim Erhitzen über 80 o C verliert Cadmium seine Elastizität, und zwar so sehr, dass es leicht zu Pulver zerkleinert werden kann. Die Härte von Cadmium nach Mohs beträgt zwei, nach Brinell (für eine geglühte Probe) 200-275 MPa. Zugfestigkeit 64 MN/m2 oder 6,4 kgf/mm2, relative Dehnung 50 % (bei 20 o C), Streckgrenze 9,8 MPa.

Cadmium hat ein hexagonal dicht gepacktes Kristallgitter mit Perioden: a = 0,296 nm, c = 0,563 nm, c/a-Verhältnis = 1,882, z = 2, Kristallgitterenergie 116 μJ/kmol. Raumgruppe С6/mmm, Atomradius 0,156 nm, Ionenradius Cd2+ 0,099 nm, Atomvolumen 13,01∙10-6 m3/mol.

Ein Stab aus reinem Cadmium erzeugt beim Biegen einen schwachen Knall wie Zinn ("Zinnschrei") - dies sind Metallmikrokristalle, die aneinander reiben, jedoch zerstören alle Verunreinigungen im Metall diesen Effekt. Generell gehört Cadmium hinsichtlich seiner physikalischen, chemischen und pharmakologischen Eigenschaften zur Gruppe der Schwermetalle, die die größten Ähnlichkeiten mit Zink und Quecksilber aufweisen.

Der Schmelzpunkt von Cadmium (321,1 o C) ist ziemlich niedrig und kann mit den Schmelzpunkten von Blei (327,4 o C) oder Thallium (303,6 o C) verglichen werden. Er unterscheidet sich jedoch von den Schmelzpunkten ähnlicher Metalle in einer Reihe von Eigenschaften - niedriger als der von Zink (419,5 o C), aber höher als der von Zinn (231,9 o C). Der Siedepunkt von Cadmium ist ebenfalls niedrig – nur 770 °C, was ziemlich interessant ist – Blei hat, wie die meisten anderen Metalle, einen großen Unterschied zwischen Schmelz- und Siedepunkt.

Blei hat also einen Siedepunkt (1745 o C), der 5-mal höher ist als der Schmelzpunkt, und Zinn, dessen Siedepunkt 2620 o C beträgt, ist 11-mal höher als der Schmelzpunkt! Gleichzeitig hat Zink, ähnlich wie Cadmium, einen Siedepunkt von nur 960 o C bei einem Schmelzpunkt von 419,5 o C. Der Wärmeausdehnungskoeffizient für Cadmium beträgt 29,8 * 10-6 (bei einer Temperatur von 25 o C) . Unter 0,519 K wird Cadmium zum Supraleiter. Die Wärmeleitfähigkeit von Cadmium bei 0 o C beträgt 97,55 W / (m * K) oder 0,233 cal / (cm * sec * o C).

Die spezifische Wärmekapazität von Cadmium (bei einer Temperatur von 25 o C) beträgt 225,02 j/(kg * K) oder 0,055 cal/(g * o C). Der Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstands von Cadmium im Temperaturbereich von 0 o C bis 100 o C beträgt 4,3 * 10-3, der elektrische Widerstand von Cadmium (bei einer Temperatur von 20 o C) beträgt 7,4 * 10-8 Ohm * m (7,4 * 10-6 Ohm*cm). Cadmium ist diamagnetisch, seine magnetische Suszeptibilität beträgt -0,176.10-9 (bei einer Temperatur von 20 o C). Das Standardelektrodenpotential beträgt -0,403 V. Die Elektronegativität von Cadmium beträgt 1,7. Der effektive Einfangquerschnitt thermischer Neutronen beträgt 2450-2900-10 ~ 28 m2. Austrittsarbeit der Elektronen = 4,1 eV.

Die Dichte (bei Raumtemperatur) von Cadmium beträgt 8,65 g/cm3, wodurch Cadmium als Schwermetall eingestuft werden kann. Nach der Klassifikation von N. Reimers sind Metalle mit einer Dichte von mehr als 8 g/cm3 als schwer anzusehen. Somit umfassen Schwermetalle Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg. Und obwohl Cadmium leichter als Blei (Dichte 11,34 g/cm3) oder Quecksilber (13,546 g/cm3) ist, ist es schwerer als Zinn (7,31 g/cm3).

Chemische Eigenschaften

In chemischen Verbindungen weist Cadmium immer die Wertigkeit 2 (Konfiguration der äußeren Elektronenschicht 5s2) auf - Tatsache ist, dass die Atome der Elemente der sekundären Nebengruppe der zweiten Gruppe (Zink, Cadmium, Quecksilber) wie die Atome der Elemente sind der Kupfernebengruppe, eine d-Unterebene aufweisen, die von der zweiten äußeren elektronischen Schicht vollständig ausgefüllt ist. Für Elemente der Zink-Untergruppe ist dieses Unterniveau jedoch bereits ziemlich stabil, und die Entfernung von Elektronen daraus erfordert einen sehr großen Energieaufwand. Ein weiteres charakteristisches Merkmal der Elemente der Zink-Nebengruppe, das sie den Elementen der Kupfer-Nebengruppe näher bringt, ist ihre Neigung zur Komplexbildung.

Wie bereits erwähnt, befindet sich Cadmium in der gleichen Gruppe des Periodensystems wie Zink und Quecksilber und nimmt zwischen ihnen eine Zwischenstellung ein, weshalb eine Reihe chemischer Eigenschaften all dieser Elemente ähnlich sind. Beispielsweise sind Oxide und Sulfide dieser Metalle in Wasser praktisch unlöslich.

In trockener Luft ist Cadmium stabil, aber in feuchter Luft bildet sich langsam ein dünner Film aus CdO-Oxid auf der Metalloberfläche, der das Metall vor weiterer Oxidation schützt. Bei starkem Glühen brennt Cadmium aus und verwandelt sich auch in Cadmiumoxid - ein kristallines Pulver von hellbrauner bis dunkelbrauner Farbe (der Unterschied im Farbumfang ist teilweise auf die Partikelgröße zurückzuführen, ist jedoch in größerem Maße das Ergebnis von Kristallgitterfehlern ), CdO-Dichte 8,15 g /cm3; über 900 o C ist Cadmiumoxid flüchtig und bei 1570 o C sublimiert es vollständig. Cadmiumdämpfe reagieren mit Wasserdampf unter Freisetzung von Wasserstoff.

Säuren reagieren mit Cadmium zu Salzen dieses Metalls. Salpetersäure HNO3 löst leicht Cadmium, während Stickoxid freigesetzt und Nitrat gebildet wird, das das Hydrat Cd (NO3) 2 * 4H2O ergibt. Von anderen Säuren - Salzsäure und verdünnter Schwefelsäure - verdrängt Cadmium langsam Wasserstoff. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass Cadmium in der Spannungsreihe weiter ist als Zink, aber vor Wasserstoff. Im Gegensatz zu Zink reagiert Cadmium nicht mit Alkalilösungen. Cadmium reduziert Ammoniumnitrat NH4NO3 in konzentrierten Lösungen zu Ammoniumnitrit NH4NO2.

Oberhalb des Schmelzpunktes verbindet sich Cadmium direkt mit Halogenen und bildet farblose Verbindungen - Cadmiumhalogenide. CdCl2, CdBr2 und CdI2 sind sehr gut wasserlöslich (53,2 Massen-% bei 20 o C), viel schwerer löslich ist Cadmiumfluorid CdF2 (4,06 Massen-% bei 20 o C), das in Ethanol völlig unlöslich ist. Es kann durch Einwirkung von Fluor auf ein Metall oder Fluorwasserstoff auf Cadmiumcarbonat erhalten werden. Cadmiumchlorid wird durch Umsetzung von Cadmium mit konzentrierter Salzsäure oder Metallchlorierung bei 500 o C erhalten.

Cadmiumbromid wird durch Metallbromierung oder durch Einwirkung von Bromwasserstoff auf Cadmiumcarbonat gewonnen. Beim Erhitzen reagiert Cadmium mit Schwefel zu CdS-Sulfid (zitronengelb bis orangerot), das in Wasser und verdünnten Säuren unlöslich ist. Wenn Cadmium mit Phosphor und Arsen verschmolzen wird, werden mit Antimon-Cadmiumantimonid Phosphide und Arsenide der Zusammensetzungen Cd3P2 bzw. CdAs2 gebildet. Cadmium reagiert nicht mit Wasserstoff, Stickstoff, Kohlenstoff, Silizium und Bor. Indirekt wurden CdH2-Hydrid und Cd3N2-Nitrid erhalten, die sich beim Erhitzen leicht zersetzen.

Lösungen von Cadmiumsalzen sind aufgrund von Hydrolyse sauer, Ätzalkalien fällen weißes Hydroxid Cd (OH) 2 aus ihnen aus. Unter Einwirkung sehr konzentrierter Alkalilösungen wird es in Hydroxocadmate wie Na2 umgewandelt. Cadmiumhydroxid reagiert mit Ammoniak unter Bildung löslicher Komplexe:

Cd(OH)2 + 6NH3 * H2O → (OH)2 + 6H2O

Außerdem geht Cd(OH)2 unter Einwirkung von Alkalicyaniden in Lösung. Oberhalb von 170 o Mit zerfällt es zu CdO. Die Wechselwirkung von Cadmiumhydroxid mit Wasserstoffperoxid (Peroxid) in einer wässrigen Lösung führt zur Bildung von Peroxiden (Peroxiden) verschiedener Zusammensetzungen.

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ADR 6.1
Giftstoffe (Gift)
Vergiftungsgefahr durch Einatmen, Hautkontakt oder Verschlucken. Gewässergefährdend oder Kanalisationsgefährdend (ähnlich ADR-Gefahrgut für den Transport von Quecksilber, weniger gefährlich)
Verwenden Sie eine Notausgangsmaske
Weiße Raute, ADR-Nummer, schwarzer Totenkopf und gekreuzte Knochen

ADR-Fisch
Umweltgefährdende Stoffe (Ökologie, einschließlich schmelzender, löslicher, pulverförmiger und fließender Stoffe)
Gewässergefährdend oder Kanalisationsgefährdend (ähnlich ADR-Gefahrgut für den Transport von Quecksilber, weniger gefährlich)

Name, Bezeichnung, Nummer	Cadmium, CD, 48
Chemische Gruppe	Übergangsmetalle
Gruppe, Periode, Block	12, 5, d
Dichte, Härte	8650 kg/m³, 2
Zeigen	Silberweiß metallic
Atomare Eigenschaften
Atommasse	112.411 amu (g/mol)
Atomradius	155 (161) Uhr
kovalenter Radius	148 Uhr
Van-der-Waals-Radius	158 Uhr
Elektronische Konfiguration	4d 10 5s 2
e - auf das Energieniveau	2, 8, 18, 18, 2
Oxidationszustände (Oxid)	2 (Haupt)
Gitterstruktur	Sechseckig
Physikalische Eigenschaften
Aggregatzustand	Fest
Schmelztemperatur	594.22K
Siedetemperatur	1040K
Molares Volumen	1,00 × 10 –6 m³/mol
Verdampfungswärme	100 kJ/mol
Spezifische Schmelzwärme	6,192 kJ/mol
Sattdampfdruck	14,8 Pa bei 597 K
Schallgeschwindigkeit	2310 m/s bei 293,15 K
Sonstig
Elektronegativität	1,69 (nach Pauling)
Spezifische Wärme	233 J/(kg·K)
Elektrische Leitfähigkeit	13,8 Jun 10 / (m Ohm)
Wärmeleitfähigkeit	96,8 W/(m·K)
I [Ionisierungsenergie]]	867,8 kJ/mol
II IONISATIONSPOTENZIAL	1631,4 kJ/mol
III IONISATIONSPOTENZIAL	3.616 kJ/mol
Die beständigsten Isotope
Isotop ETC Halbwertzeit VR EP MeV ETC 108CD 0,89% Cd - stabil mit 60 Neutronen 109CD (Sohn.) 462,6 d ε 0,214 109 Ag 110-CD 12,49% Cd - stabil von 62 Neutronen 111-CD 12,8% Cd - stabile 63 Neutronen 112-CD 24,13% Cd - stabile 64 Neutronen 113CD (Sohn.) 7.7 E15 β — 0,316 113 In 113 Zdm (Sohn.) 14,1 J. β-IP 0,580 0,264 113 In 114-CD 28,73% Cd - stabil von 66 Neutronen 116CD 7,49% Cd - stabil mit 68 Neutronen

Chemisches Element im Periodensystem, das wirkt CD und hat eine Ordnungszahl von 48 und eine Atommasse von 112,41. Silberweißes Weichmetall mit bläulichem Farbton, flexibles, duktiles, schmelzbares, giftiges Übergangsmetall, gefunden in Zinkrot, weit verbreitet in Batterien.

Natürliches Cadmium besteht aus einer Mischung von 8 stabilen Isotopen mit den Massenzahlen 106, 108, 110, 111, 112, 113, 114, 116. Cadmium fängt stark thermische Neutronen ein, wobei das 113 Cd-Isotop den größten Absorptionsquerschnitt hat. Salze werden leicht hydrolysiert, reagieren sauer, unter Einwirkung von Alkalien wird Hydroxid Cd (OH) 2 freigesetzt Der einzige stabile Oxidationszustand ist 2. Die Koordinationszahl 6 ist charakteristisch für Cd, obwohl 4 und 5 gefunden werden Cadmium organisch Verbindungen R 2 Cd sind nicht stabil gegenüber Wasser und Sauerstoff, hochreaktiv.

allgemeine Informationen

Eine einfache Substanz ist Cadmium. Weiches, formbares Metall, allotrope Modifikationen NICHT ma. Reagiert mit Säuren. Lösliche Verbindungen sind giftig. Es bildet seltene Mineralien: Greenockit CdS (77,7 % Cd), Otavit CdCO 3, Cadmoselit CdSe, Monteponit CdO (87,5 % Cd). Tritt in Form einer isomorphen Verunreinigung in Zinkmineralien, insbesondere in Sphalerit, ein. Eine Beimischung von Cd (Tausendstel %) wird in hydrothermalen Erzen gefunden, wo es in Sphalerit, Bleiglanz und anderen, hauptsächlich Sulfidmineralien, vorhanden ist. Charakteristisch für den eisenarmen Sphalerit ist ein erhöhter Gehalt an K. bis zu 1,5 %.

An feuchter Luft wird es mit CdO von einem schützenden Oxidationsfilm überzogen und verbrennt bei starker Erwärmung zu CdO. Halogene werden leicht zu Halogenid oxidiert. Löslich in Mineralsäuren, unlöslich in Wiesen. Reagiert beim Erhitzen mit Sauerstoff sowie mit Säuren.

Geschichte

Cadmium (lat. Cadmium, griechisch Kadmeia meint Zinkerz) wurde 1817 von Friedrich Strogmeer in Deutschland entdeckt. Strongmeer fand ein neues Element in der Zinkoxid-Kontamination, und Deutschland war etwa 100 Jahre lang das einzige Land, das das Metall importierte. Der Wissenschaftler nannte das Metall Cadmium und betonte damit seine „Verwandtschaft“ mit Zink: Das griechische Wort „cadmium“ bedeutete „Zinkerz“.

Verbreitung in der Natur

Cadmium ist eines der seltenen Streuelemente, sein Clark (Massenanteil) in der Erdkruste beträgt 1,3 * 10 -5 %. Cadmium ist gekennzeichnet durch Migration in heißes Grundwasser zusammen mit Zink und anderen chalkophilen Elementen (d. h. chemischen Elementen, die zur Bildung natürlicher Sulfide, Selenide, Fernsehsender, Sulfosalze neigen, die manchmal in nativem Zustand vorkommen) und Konzentration in hydrothermalen Lagerstätten. Vulkangesteine ​​enthalten bis zu 0,2 mg Cadmium pro kg, unter den Sedimentgesteinen die cadmiumreichsten Tone - bis zu 0,3 mg / kg, Kalksteine ​​enthalten 0,035 mg / kg, Sandsteine ​​- 0,03 mg / kg. Der durchschnittliche Gehalt an Cadmium im Boden beträgt 0,06 mg/kg.

Obwohl eigenständige Cadmiumminerale bekannt sind - Greenockit (CdS), Otavit (CdCO 3), Monteponit (CdO) und Selenid (CdSe), bilden sie nicht ihre Lagerstätten, sondern sind als Verunreinigungen in Zink-, Blei-, Kupfer- und polymetallischen Erzen vorhanden. und sind die Hauptquelle der industriellen Produktion von Cadmium.

Bis zu einem gewissen Grad ist Cadmium auch in der Luft vorhanden. Der Cadmiumgehalt in der Luft beträgt 0,1 -5 ng / m in ländlichen Gebieten (1 ng oder 10 -9 g), 2-15 ng / m - in Städten und 15 bis 150 ng / m - in Industriegebieten. Denn viele Kohlesorten enthalten Cadmium in Form von Verunreinigungen und gelangen bei der Verbrennung in Wärmekraftwerken in die Atmosphäre. Gleichzeitig setzt sich das meiste auf dem Boden ab. Auch die Erhöhung des Cadmiumgehalts im Boden trägt zur Verwendung von Mineraldünger bei, da sie alle geringfügige Cadmiumverunreinigungen enthalten.

Cadmium kann sich in Pflanzen (vor allem in Pilzen) und Lebewesen (insbesondere in Wasserorganismen) anreichern und über die Nahrungskette dem Menschen „versorgt“ werden. Viel Cadmium im Zigarettenrauch.

Isotope

Natürliches Cadmium besteht aus 6 stabilen Isotopen. Siebenundzwanzig stabile Radioisotope wurden identifiziert: Cd-113 mit einer Halbwertszeit von 7,7 Billiarden Jahren, Cd-109 mit einer Halbwertszeit von 462,6 Tagen und Cd-115 mit einer Halbwertszeit von 53,46 Stunden. Alle anderen radioaktiven Isotope haben eine Halbwertszeit von weniger als 2,5 Stunden und die meisten von ihnen haben eine Halbwertszeit von weniger als 5 Minuten. Dieses Element hat 8 metastabile Zustände, die stabilsten davon sind: Cd-113 (t ½ 14,1 Jahre), Cd-115 (t ½ 44,6 Tage) und Cd-117 (t ½ 3,36 Stunden).

Cadmiumisotope haben Atommassen im Bereich von 96,935 Tagen (Cd-97) bis 129,934 Tagen (Cd-138). Die Hauptzerfallsart des häufigsten stabilen Isotops Cd-112 ist der Einfang eines Elektrons und seiner Betastrahlung. Das Zerfallsprodukt vor der Operation ist Element 47 (Silber) und danach - Element 49 (Indium).

Erhalt

Weltproduktion von Cadmium zu Beginn des 21. Jahrhunderts. ist ca. 20 Millionen Tonnen, davon liefern asiatische Länder 45 %, Amerika 25 % und Europa 27 %.

Die Hauptquellen für Cadmium sind Zwischenprodukte der Zinkherstellung, Stäube aus Blei- und Kupferhütten. Das Rohmaterial wird mit konzentrierter Schwefelsäure behandelt und CdSO 4 wird in Lösung erhalten. Cd wird mit Zinkstaub aus einer Lösung isoliert:

Das resultierende Metall wird durch Umschmelzen unter einer Alkalischicht gereinigt, um Zink- und Bleiverunreinigungen zu entfernen. Hochreines Cadmium wird durch elektrochemische Raffination mit Zwischenreinigung des Elektrolyten gewonnen.

Physikalische Eigenschaften

Cadmium ist ein weiches, formbares, biegsames, silbrig-weißes zweiwertiges Metall, das leicht geschnitten werden kann. In vielerlei Hinsicht ähnelt es Zink, ist jedoch in der Lage, komplexe Verbindungen zu bilden.

Chemische Eigenschaften

Cadmium ist chemisch ähnlich wie Zink, aber weniger aktiv. Bei normaler Lufttemperatur ist die Oberfläche von metallischem Cadmium mit einem Oxidfilm bedeckt, der die Durchführung von Reaktionen erschwert - die meisten Wechselwirkungen finden bei Erwärmung statt. Wenn Cadmium in einem Sauerstoffstrahl verbrannt wird, entsteht sein Oxid:

Bei Kontakt mit Wasser wird Cadmium durch das Auftreten von Cd (OH) 2 -Hydroxidfilmen passiviert, zersetzt jedoch aktiv überhitzten Wasserdampf:

Metallisches Cadmium interagiert neben Sauerstoff auch mit Halogenen, Schwefel, Selen, Phosphor (unter Bildung von Verunreinigungen):

Die reduzierenden Eigenschaften in Cadmium sind schwächer als in Zink, aber es stellt auch einige Nichtmetalle aus Oxiden und Metallen in ihren Salzen (in Lösungen) wieder her:

Cadmium kann als Komplexbildner wirken und 3, 4 oder 6 Liganden koordinieren:

Anwendung

Aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften hat Cadmium (insbesondere seit den 1950er Jahren) eine breite Anwendung in Technik und Industrie gefunden. Die Hauptanwendungsgebiete seiner Verwendung: für die Korrosionsschutzbeschichtung (sog. Cadmiumplattierung) von Eisenmetallen, insbesondere bei Kontakt mit Meerwasser, sowie für die Herstellung von Nickel-Cadmium-Elektroakkumulatoren und Batterien. Cadmium ist Bestandteil vieler Legierungen, sowohl niedrigschmelzender Legierungen, die als Lote verwendet werden (z. B. Wood's Metal Alloy - 50% Bi, 25% Pb, 12,5% Sn, 12,5% Cd), als auch feuerfeste verschleißfeste ( B. mit Nickel).Cadmium wird in Moderatorstäben von Kernreaktoren verwendet, einige Verbindungen von Cadmium haben Halbleitereigenschaften usw. Cadmium wird seit langem zur Herstellung von Farbstoffen (Pigmenten) und als Stabilisator in der Herstellung von Kunststoffen (z. B. Polyvinylchlorid), wird jedoch derzeit aufgrund der Toxizität für diese Zwecke praktisch nicht verwendet.

Gefahr für die Gesundheit

Cadmium ist eines der wenigen Elemente, das keine strukturellen Funktionen im menschlichen Körper erfüllt. Dieses Element und seine Verbindungen sind bereits in geringen Konzentrationen extrem giftig. Es neigt dazu, sich in Organismen und Ökosystemen anzureichern.

Das Einatmen von Cadmiumstaub führt schnell zu oft tödlichen Erkrankungen der Atemwege und der Nieren (meistens Nierenversagen). Die Aufnahme einer größeren Menge Cadmium führt zu sofortigen Schäden an Leber und Nieren. Auch cadmiumhaltige Verbindungen sind krebserregend. Daten zur Karzinogenität von Cadmium sind begrenzt. In Tierversuchen wurde keine Zunahme der Tumorzahlen durch die Anwendung von Cadmium festgestellt. Dieser Trend wurde nur bei der Inhalation von Staubpartikeln beobachtet, die anorganische Cadmiumverbindungen enthielten.

Cadmiumvergiftung ist die Ursache einer Krankheit, die erstmals in den 1950er Jahren in Japan beschrieben wurde und „Itai-itai“ (was wörtlich „es tut weh“) genannt wurde.

Cadmium- ein Element einer Nebenuntergruppe der zweiten Gruppe, der fünften Periode des Periodensystems der chemischen Elemente von D. I. Mendeleev, mit der Ordnungszahl 48. Es wird mit dem Symbol Cd (lat. Cadmium) bezeichnet. Weiches, formbares, duktiles, silberweißes Übergangsmetall.

Der Bezirksarzt Rolov zeichnete sich durch ein scharfes Temperament aus. So ordnete er 1817 an, dass alle Präparate mit Zinkoxid, die in Hermans Shenebek-Fabrik hergestellt wurden, vom Verkauf genommen werden. Durch das Auftauchen der Präparate vermutete er Arsen in Zinkoxid! (Zinkoxid wird immer noch bei Hautkrankheiten verwendet; Salben, Puder, Emulsionen werden daraus hergestellt.)
Um seinen Fall zu beweisen, löste der strenge Prüfer das vermutete Oxid in Säure auf und leitete Schwefelwasserstoff durch diese Lösung: ein gelber Niederschlag fiel aus. Arsensulfide sind nur gelb!
Der Besitzer der Fabrik fing an, Rolovs Entscheidung anzufechten. Er selbst war Chemiker und konnte nach persönlicher Analyse von Produktproben kein Arsen darin finden. Er meldete die Ergebnisse der Analyse an Rolov und gleichzeitig an die Behörden des Landes Hannover. Die Behörden forderten natürlich Proben an, um sie zur Analyse an einen der angesehenen Chemiker zu schicken. Als Richter im Streit zwischen Rolov und Herman wurde Professor Friedrich Stromeyer beschlossen, der seit 1802 den Lehrstuhl für Chemie an der Universität Göttingen und das Amt des Generalinspektors aller hannoverschen Apotheken innehatte.
Stromeyer wurde nicht nur Oxid zugeschickt, sondern auch andere Zinkpräparate aus der Herman-Fabrik, darunter ZnCO3, aus dem dieses Oxid gewonnen wurde. Nachdem er Zinkcarbonat kalziniert hatte, erhielt Strohmeyer Oxid, aber nicht weiß, wie es hätte sein sollen, sondern gelblich. Der Besitzer der Fabrik erklärte die Färbung mit einer Beimischung von Eisen, aber Stromeyer war mit dieser Erklärung nicht zufrieden. Nachdem er weitere Zinkpräparate gekauft hatte, führte er eine vollständige Analyse durch und isolierte ohne große Schwierigkeiten das Element, das die Vergilbung verursachte. Die Analyse besagte, dass es kein Arsen war (wie Rolov behauptete), aber kein Eisen (wie Herman behauptete).

Es war ein neues, bisher unbekanntes Metall, das Zink chemisch sehr ähnlich ist. Nur sein Hydroxid war im Gegensatz zu Zn(OH)2 nicht amphoter, sondern hatte ausgeprägt basische Eigenschaften.

48 Element des Periodensystems In seiner freien Form war das neue Element ein weißes Metall, weich und nicht sehr fest, das oben mit einem bräunlichen Oxidfilm bedeckt war. Stromeyer nannte dieses Metall Cadmium, was eindeutig auf seinen Ursprung „Zink“ anspielt: Das griechische Wort καδμεια bezeichnet seit langem Zinkerze und Zinkoxid.

1818 veröffentlichte Stromeyer detaillierte Informationen über das neue chemische Element, und fast sofort begann man in seine Priorität einzudringen. Der erste, der zu Wort kam, war derselbe Rolov, der zuvor glaubte, dass Arsen in den Präparaten aus der deutschen Fabrik enthalten war. Kurz nach Stromeyer entdeckte ein anderer deutscher Chemiker, Kersten, ein neues Element im schlesischen Zinkerz und nannte es Mellin (vom lateinischen mellinus, „gelb wie Quitte“) wegen der Farbe des Niederschlags, der durch die Einwirkung von Schwefelwasserstoff entsteht. Aber es war Cadmium, das bereits von Strohmeyer entdeckt wurde. Später wurden zwei weitere Namen für dieses Element vorgeschlagen: Klaprotium – zu Ehren des berühmten Chemikers Martin Klaproth und Junonium – nach dem 1804 entdeckten Asteroiden Juno. Aber der Name, den der Entdecker dem Element gab, stand trotzdem fest. Richtig, in der russischen Chemieliteratur der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts. Cadmium wurde oft als Cadmium bezeichnet.

48 ← Cadmium→ Indium
Atomeigenschaften
Name, Symbol, Nummer	Cadmium / Cadmium (Cd), 48
Atommasse (Molmasse)	112,411(8)a. EM (g/mol)
Elektronische Konfiguration
Atomradius
Chemische Eigenschaften
kovalenter Radius
Ionenradius
Elektronegativität	1,69 (Pauling-Skala)
Elektrodenpotential
Oxidationszustände
Ionisationsenergie (erstes Elektron)	867,2 (8,99) kJ/mol (eV)
Thermodynamische Eigenschaften eines einfachen Stoffes
Dichte (bei n.a.)
Schmelztemperatur
Siedetemperatur
Oud. Schmelzwärme	6,11 kJ/mol
Oud. Verdampfungswärme	59,1 kJ/mol
Molare Wärmekapazität	26,0 J/(Kmol)
Molares Volumen	13,1 cm³/Mol
Das Kristallgitter einer einfachen Substanz
Gitterstruktur	sechseckig
Gitterparameter	a = 2,979 c = 5,618 Å
c/a-Verhältnis
Debye-Temperatur
Andere Eigenschaften
Wärmeleitfähigkeit	(300 K) 96,9 W/(mK)