Кадмијум
Кадмијум је хемијски елемент са симболом Cd и атомским бројем 48. То је меки, плавкасто-бели метал који је хемијски сличан са друга два стабилна метала 12. групе, цинком и живом. Као и цинк, кадмијум преферира оксидационо стање +2 у већини својих једињења, а као жива има врло ниску тачку топљења у поређењу са прелазним металима. Кадмијум и његови конгенери нису се одувек сматрали прелазним металима, између осталог јер немају делимично попуњену d или f електронску љуску у елементарном или уобичајеним оксидационим стањима. Просечна концентрација кадмијума у Земљиној кори креће се између 0,1 и 0,5 ppm (делова на милион). Кадмијум су открила двојица немачких хемичара Штромајер и Херман, као нечистоћу у цинк карбонату.
 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Општа својства | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Име, симбол | кадмијум, Cd | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Изглед | сребрнасто плаво-сив, металан | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| У периодноме систему | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Атомски број (Z) | 48 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Група, периода | група 12, периода 5 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Блок | d-блок | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Категорија | постпрелазни метал, алтернативно се сматра прелазним металом | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Рел. ат. маса (Ar) | 112,414(4)[1] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ел. конфигурација | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
по љускама | 2, 8, 18, 18, 2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Физичка својства | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Тачка топљења | 594,22 K (321,07 °C, 609,93 °F) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Тачка кључања | 1040 K (767 °C, 1413 °F) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Густина при с.т. | 8,65 g/cm3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| течно ст., на т.т. | 7,996 g/cm3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Топлота фузије | 6,21 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Топлота испаравања | 99,87 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Мол. топл. капацитет | 26,020 J/(mol·K) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Напон паре
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Атомска својства | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Електронегативност | 1,69 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Енергије јонизације | 1: 867,8 kJ/mol 2: 1631,4 kJ/mol 3: 3616 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Атомски радијус | 151 pm | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ковалентни радијус | 144±9 pm | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Валсов радијус | 158 pm | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Остало | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Кристална структура | збијена хексагонална (HCP) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Брзина звука танак штап | 2310 m/s (на 20 °C) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Топл. ширење | 30,8 µm/(m·K) (на 25 °C) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Топл. водљивост | 96,6 W/(m·K) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Електроотпорност | 72,7 nΩ·m (на 22 °C) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Магнетни распоред | дијамагнетичан[2] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Магнетна сусцептибилност (χmol) | −19,8·10−6 cm3/mol[3] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Јангов модул | 50 GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Модул смицања | 19 GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Модул стишљивости | 42 GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Поасонов коефицијент | 0,30 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Мосова тврдоћа | 2,0 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Бринелова тврдоћа | 203–220 MPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| CAS број | 7440-43-9 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Историја | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Откриће и прва изолација | Карл Херман и Фридрих Штромајер (1817) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Именовање и епоним | Фридрих Штромајер (1817) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Главни изотопи | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Кадмијум се јавља и као споредна компонента у већини цинкових руда те је као такав нуспроизвод у производњи цинка. Дуго времена се користио као пигмент и за заштитно прекривање челика од корозије, а спојеви кадмијума су се користили за стабилизацију пластике. Кориштење кадмијума је генерално смањено због његове отровности (он је децидно наведен у Европској листи ограничења опасних супстанци (ROHS)[4] те се из тих разлога масовно никл-кадмијумске батерије замјењују с батеријама на бази никл-метал хидрида и литијум-јонским батеријама. Једна од његових малобројних апликација је у виду кадмијум телурида у соларним плочама. Иако кадмијум нема познатних биолошких улога у вишим организмима, неке карбоничне анхидразе зависне од кадмијума пронађене су код морских силикатних алги.
Историја
уреди
Кадмијум (лат. cadmia, грч. καδμεία са значењем „каламин”, односно мешавина минерала који између осталог садрже кадмијум, а која је добила име по лику из грчке митологије Κάδμος, Кадмосу, оснивачу града Тебе) су истовремено открили 1817. немачки хемичари Фридрих Штромајер[5] и Карл Херман, као нечистоћу у цинк-карбонату.[4]
Штромајер је нови елемент пронашао у виду нечистоћа у каламину (цинк-карбонат), а наредних 100 година, Немачка је остала једини важнији произвођач овог метала. Метал је добио име по латинској речи за каламин, јер је пронађен у овом цинковом једињењу. Штромејер је запазио да неки непотпуно чисти узорци каламина мењају боју при загрејавању док чисти каламин задржава првобитну боју. Наставио је да проучава ове резултате те је најзад жарењем и редукцијом кадмијум-сулфида успео да издвоји метални кадмијум. Могућност кориштења кадмијума као жутог пигмента пронађена је 1840-их, али је тадашњи недостатак кадмијума ограничио његову употребу у ове сврхе.[6][7][8]
Иако кадмијум и његова једињења могу бити отровни у одређеним облицима и концентрацијама, Британски фармацијски кодекс из 1907. године наводи да се кадмијум јодид користио као средство за лечење „натечених зглобова, отеклина вратних жлезда (шкорфуле) и промрзлина”.[9] Исте године, 1907, Међународна астрономска унија дефинисала је међународну јединицу åнгстром у аспекту црвених спектралних линија кадмијума (јединична таласна дужина = 6438,46963 Å).[10][11] Такву дефиницију усвојила је и Седма генерална конференција о теговима и мерама 1927. године. Дефиниције åнгстрома и метра промењене су 1960. када су дефинисане према племенитом гасу криптону.[12]
Након што је почела производња кадмијума у индустријском обиму 1930-их и 1940-их, једна од најзначајнијих апликација кадмијума било је прекривање челика и жељеза ради превенције од корозије. Године 1944. 62% кадмијума потрошено у Сједињеним Америчким Државама било је управо у ове сврхе, док је 1956. године тај удео опао на 59%.[4][13] Исте године, 24% кадмијума потрошеног унутар САД било је за производњу црвеног, наранџастог и жутог пигмента заснованог на сулфидима и селенидима кадмијума.[13] Стабилизирајући ефект хемикалија које садрже кадмијум попут карбоксилата кадмијум лаурата и кадмијум стеарата на ПВЦ довео је до повећања употребе тих једињења 1970-их и 1980-их. Употреба кадмијума у апликацијама попут пигмената, стабилизатора, легура и прекривања других метала смањена је због строжих еколошких и здравствених регулатива 1980-их и 1990-их. Године 2006. само 7% укупне потрошње кадмијума искориштено је за покривање метала а 10% као пигменти.[4] Смањење потрошње у другим апликацијама апсорбовано је растућом потражњом за кадмијем у производњи никл-кадмијумских батерија, на које је 2006. отпадало 81% укупне потрошње кадмијума у САД.[14]
Особине
уредиФизичке
уреди
Кадмијум је меки, ковни, дуктилни, плавкасто-бели двовалентни метал. У многим аспектима је сличан цинку али формира комплексна једињења.[15] За разлику од многих других метала, кадмијум је отпоран на корозију, па се због тога користи као заштитни слој којим се покривају други метали. У већим комадима, кадмијум није растворљив у води и није запаљив; међутим у облику праха може се запалити те испуштати врло отровне димове.[16]
Хемијске
уредиИако кадмијум обично има оксидационо стање +2, он такође постоји и у стању +1. Кадмијум и његови конгенери нису одувек сматрани за прелазне метале, у смислу да немају делимично попуњене d и f електронске љуске у свом елементарном или уобичајеним оксидационим стањима.[17] Када сагорева у присуству ваздуха, гради смеђи аморфни кадмијум оксид (CdO); кристални облик овог једињења је тамноцрвен јер загревањем мења боју, слично цинк оксиду. Хлороводична, сумпорна и азотна киселина растварају кадмијум дајући одговарајући хлорид (CdCl2), сулфат (CdSO4) или нитрат (Cd(NO3)2). Оксидационо стање +1 се може постићи растварањем кадмијума у мешавини кадмијум хлорида и алуминијум хлорида, када настају катјони Cd22+, који су слични катјону Hg22+ у жива(I) хлориду.[15]
- Cd + CdCl2 + 2 AlCl3 → Cd2(AlCl4)2
Одређена је и структура многих комплекса кадмијума са нуклеобазама, аминокиселинама и витаминима.[18]
Изотопи
уредиКадмијум који се налази у природи састоји се из осам изотопа. Два од њих су природно радиоактивни, а за три се сумња да се распадају али та претпоставка није експериментално потврђена. Два природно радиоактивна изотопа су 113Cd (распада се бета распадом, време полураспада 7,7 × 1015 година) и 116Cd (двоструки бета распад с два неутрина, време полураспада 2,9 × 1019 година). Друга три су 106Cd, 108Cd (оба се распадају двоструким електронским захватом) и 114Cd (двоструки бета распад); али су за њихова времена полураспада постављене само доње границе. Најмање три изотопа, 110Cd, 111Cd и 112Cd су стабилна. Међу изотопима који се не налазе у природи, најдуже живући су 109Cd с временом полураспада од 462,2 дана, те 115Cd са временом полураспада од 53,46 сати. Сви остали радиоактивни изотопи имају времена полураспада краћа од 2,5 сата, а већина од њих и краћа од 5 минута. За кадмијум је познато осам нуклеарних изомера, међу којима су најстабилнији 113mCd (t1/2 = 14,1 година), 115mCd (t1/2 = 44,6 дана) и 117mCd (t1/2 = 3,36 сати).[19]
Познати изотопи кадмијума имају распон атомских маса од 94,95 u (95Cd) до 131,946 u (132Cd). За изотопе лакше од 112 u, основни начин распада је електронски захват а доминантни производ распада је елемент 47 (сребро). Тежи изотопи распадају се углавном емисијом бета-зрака дајући елемент 49 (индијум).[19]
Један изотоп кадмијума, 113Cd, апсорбује неутроне с веома великом вероватноћом ако они имају енергију испод кадмијумског прага а у супротном их емитује. Кадмијумски праг налази се на око 0,5 eV. Неутрони са енергијом испод границе сматрају се спорим неутронима, што их раздваја од средњих и брзих неутрона.[20] Кадмијумум настаје дугим s-процесом у звездама средњих маса, чије се масе крећу од 0,6 до 10 маса Сунца. Тај процес може трајати и неколико хиљада година. Да би се одвијао, њему је потребан атом сребра који хвата неутрон те се затим распада бета-распадом.[21]
Заступљеност
уредиБитну количину кадмијума у себи садрже руде цинка и фосилних горива (нпр. камени угаљ). Услед њиховог експлоатисања знатне количине кадмијума се ослобађају у атмосферу и хидросферу.
Биолошки значај
уредиКадмијум је елемент велике токсичности (неколико пута веће од арсена). Има канцерогено дејство, оштећује бубреге, изазива анемију и болести костију. Штетно делује и на систем за кружење материја.
Референце
уреди- ^ Meija, J.; et al. (2016). „Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265—291. doi:10.1515/pac-2015-0305.
- ^ Lide, D. R., ур. (2005). „Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds”. CRC Handbook of Chemistry and Physics (PDF) (86th изд.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5. Архивирано из оригинала 03. 03. 2011. г. Приступљено 15. 10. 2019.
- ^ Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. стр. E110. ISBN 0-8493-0464-4.
- ^ а б в г Morrow H. (2010). „Cadmium and Cadmium Alloys”. Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. John Wiley & Sons. стр. 1—36. ISBN 978-0-471-23896-6. doi:10.1002/0471238961.0301041303011818.a01.pub3.
- ^ Hermann C. S. (1818). „Noch ein schreiben über das neue Metall”. Annalen der Physik. 59 (5): 113. Bibcode:1818AnP....59..113H. doi:10.1002/andp.18180590511.
- ^ Waterston W.; Burton J. H (1844). Cyclopædia of commerce, mercantile law, finance, commercial geography and navigation. H. G. Bohn. стр. 122.
- ^ Rowbotham T.; Rowbotham T. L. (1850). The Art of Landscape Painting in Water Colours. "Windsor and Newton". стр. 10.
- ^ Ayres R. U.; Ayres L.; Råde I. (2003). The Life Cycle of Copper, Its Co-Products and Byproducts. Springer. стр. 135—141. ISBN 978-1-4020-1552-6.
- ^ Dunglison R. (1866). Medical Lexicon: A Dictionary of Medical Science. Henry C. Lea. стр. 159.
- ^ „International Angstrom”. Science Dictionary. 14. 9. 2013. Архивирано из оригинала 18. 11. 2018. г. Приступљено 24. 9. 2014.
- ^ „angstrom or ångström”. Sizes.com. 28. 10. 2010. Архивирано из оригинала 09. 07. 2023. г. Приступљено 24. 9. 2014.
- ^ Burdun G. D. (1958). „On the new determination of the meter” (PDF). Measurement Techniques. 1 (3): 259—264. doi:10.1007/BF00974680.[мртва веза]
- ^ а б Lansche A. M. (1956). „Cadmium”. Minerals Yearbook, Volume I: Metals and Minerals (Except Fuels). Američki geološki zavod. Приступљено 21. 4. 2008.
- ^ „USGS Mineral Information: Cadmium”. Američki geološki zavod. Приступљено 8. 8. 2009.
- ^ а б Holleman A. F.; Wiberg E; Wiberg Nils (1985). „Cadmium”. Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 91–100 (на језику: немачки). Walter de Gruyter. стр. 1056—1057. ISBN 978-3-11-007511-3.
- ^ „Case Studies in Environmental Medicine (CSEM) Cadmium”. Agency for Toxic Substances and Disease Registry. Архивирано из оригинала 6. 6. 2011. г. Приступљено 30. 5. 2011.
- ^ Cotton F. A. (1999). „Survey of Transition-Metal Chemistry”. Advanced Inorganic Chemistry (6. изд.). John Wiley and Sons. стр. 633. ISBN 0-471-19957-5.
- ^ Carballo Rosa; Castiñeras Alfonso; Domínguez-Martin Alicia; et al. (2013). „pogl. 7. Solid state structures of cadmium complexes with relevance to biological systems”. Cadmium: From Toxicology to Essentiality. Metal Ions in Life Sciences. 11. Springer. стр. 145—189. doi:10.1007/978-94-007-5179-8_7.
- ^ а б Audi G.; Bersillon O.; Blachot J.; Wapstra A.H. (2003). „The NUBASE Evaluation of Nuclear and Decay Properties”. Nuclear Physics A. 729 (1): 3—128. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.
- ^ Knoll G. F. (2000). Radiation Detection and Measurement. John Wiley & Sons. стр. 505. ISBN 978-0-471-07338-3.
- ^ Padmanabhan T. (2001). „Stellar Nucleosynthesis”. Theoretical Astrophysics, Volume II: Stars and Stellar Systems. Cambridge University Press. стр. 230—236. ISBN 978-0-521-56631-5.
