Hinweis: Dieser Artikel, der ursprünglich 1998 veröffentlicht wurde, wurde 2006 für die eBook-Ausgabe aktualisiert.
Übersicht
Cadmium ist ein Übergangsmetall. Die Übergangsmetalle sind die Elemente in den Zeilen 4 bis 7 zwischen den Gruppen 2 und 13 im Periodensystem, ein Diagramm, das zeigt, wie Elemente zusammenhängen. Cadmium wurde 1817 vom deutschen Chemiker Friedrich Stromeyer (1776-1835) entdeckt. Es wird am häufigsten in Erzen von Zink gefunden.
Cadmium ist ein weiches Metall, das leicht mit einem Messer geschnitten., Es ähnelt Zink in vielen seiner physikalischen und chemischen Eigenschaften. Es ist jedoch viel weniger reichlich in der Erdkruste als Zink.
Die bei weitem wichtigste Verwendung von Cadmium in den Vereinigten Staaten ist die Herstellung von nicad (Nickel-Cadmium) oder wiederaufladbaren Batterien. Es wird auch in Pigmenten, Beschichtungen und Beschichtungen, Herstellung von Kunststoffprodukten und Legierungen verwendet. Eine Legierung wird durch Schmelzen und Mischen von zwei oder mehr Metallen hergestellt. Die Mischung hat Eigenschaften, die sich von denen der einzelnen Metalle unterscheiden.
SYMBOL
Cd
ORDNUNGSZAHL
48
ATOMMASSE
112.,41
FAMILIE
Gruppe 12 (IIB)
Übergangsmetall
CAD-mee-um
Beim Umgang mit Cadmium und seinen Verbindungen ist Vorsicht geboten, da sie für Mensch und Tier toxisch sind. Sie stellen aufgrund ihrer vielen Anwendungen eine Bedrohung für die Umwelt dar.
Entdeckung und Benennung
Stromeyer war nicht nur Professor an der Universität Göttingen, sondern auch Regierungsbeamter für die Inspektion von Apotheken im Land Hannover., Bei einer Inspektionsreise stellte er fest, dass viele Apotheken anstelle des üblichen Zinkoxids (ZnO) eine Zinkverbindung namens Zinkcarbonat (ZnCO3) auf Lager hatten. Zinkoxid ist heute noch in Apotheken erhältlich.
Stromeyer wurde mitgeteilt, dass der Lieferant Probleme bei der Herstellung von Zinkoxid aus Zinkcarbonat habe und die Substitution angeboten habe. Der normale Prozess bestand darin, Zinkcarbonat zur Herstellung von Zinkoxid zu erhitzen:
Der Lieferant erklärte, dass Zinkcarbonat beim Erhitzen gelb wurde. Normalerweise bedeutete eine gelbe Farbe, dass Eisen als Verunreinigung vorhanden war., Der Lieferant fand kein Eisen in seinem Zinkcarbonat, aber es war immer noch gelb. Apotheken würden kein gelbes Zinkoxid kaufen, daher verkaufte der Lieferant stattdessen weißes Zinkcarbonat.
Stromeyer analysierte das ungerade gelbe Zinkcarbonat. Was er entdeckte, war ein neues Element—Cadmium. Das Cadmium führte dazu, dass das Zinkcarbonat beim Erhitzen gelb wurde. Der Name kommt von dem alten Begriff für Zinkoxid, Cadmia. Zinkoxid ist heute noch in Apotheken erhältlich. Es wird unter dem Namen Calamine Lotion verkauft. Calamin Lotion ist ein beliebtes Mittel, um den Juckreiz von Sonnenbrand oder Insektenstichen zu stoppen.,
Physikalische Eigenschaften
Cadmium ist ein glänzendes Metall mit einem bläulichen Guss (Farbton). Es ist sehr weich und kann fast mit einem Fingernagel zerkratzt werden. Sein Schmelzpunkt ist 321°C(610°F) und sein Siedepunkt ist 765°C (1,410°F). Die Dichte von Cadmium beträgt 8,65 Gramm pro Kubikzentimeter.
Eine interessante Eigenschaft von Cadmium ist seine Wirkung in Legierungen. In Kombination mit bestimmten Metallen senkt es den Schmelzpunkt. Einige gemeinsame Niedrigschmelzpunktlegierungen sind Lichtenberg Metall, Abel Metall, Lipowitz Metall, Newton Metall und Holz Metall.,
Chemische Eigenschaften
Cadmium reagiert langsam mit Sauerstoff in feuchter Luft bei Raumtemperatur und bildet Cadmiumoxid:
Cadmium reagiert nicht mit Wasser, obwohl es mit den meisten Säuren reagiert.
Vorkommen in der Natur
Der Cadmiumgehalt in der Erdkruste wird auf etwa 0,1 bis 0,2 Teile pro Million geschätzt. Es zählt zu den unteren 25 Prozent der Elemente in Bezug auf die Fülle in der Erde.
Das einzige wichtige Erz von Cadmium ist Greenockit oder Cadmiumsulfid (CDs). Das meiste Cadmium wird als Nebenprodukt der Zinkveredelung erhalten.,
Die größten Cadmiumproduzenten waren 1996 Kanada, Japan, Belgien, die Vereinigten Staaten, China, Kasachstan und Deutschland.
Isotope
Acht natürlich vorkommende Cadmiumisotope existieren. Sie sind cadmium-106, cadmium-108, cadmium-110, cadmium-111,cadmium-112, cadmium-113, cadmium-114, und cadmium-116. Isotope sind zwei oder mehr Formen eines Elements. Isotope unterscheiden sich nach ihrer Massenzahl voneinander. Die Zahl rechts neben dem Elementnamen ist die Massennummer., Die Massenzahl stellt die Anzahl der Protonen plus Neutronen im Kern eines Atoms des Elements dar. Die Anzahl der Protonen bestimmt das Element, aber die Anzahl der Neutronen im Atom eines Elements kann variieren. Jede variation ist ein Isotop.
Etwa 20 radioaktive Cadmiumisotope sind ebenfalls bekannt. Ein radioaktives Isotop ist eines, das auseinanderbricht und irgendeine Form von Strahlung abgibt. Radioaktive Isotope entstehen, wenn sehr kleine Partikel auf Atome abgefeuert werden. Diese Partikel haften in den Atomen und machen sie radioaktiv.,
Manchmal wird ein Cadmiumisotop, Cadmium-109, zur Analyse von Metalllegierungen verwendet. Es bietet eine Möglichkeit, die vorrätigen Legierungen zu verfolgen und verschiedene Formen von Schrott voneinander zu sortieren.
Extraktion
Das meiste Cadmium wird als Nebenprodukt aus der Zinkveredelung gewonnen. Cadmium und Zink schmelzen bei unterschiedlichen Temperaturen und bieten eine Möglichkeit, die beiden Metalle zu trennen. Wenn eine flüssige Mischung aus Zink und Cadmium abgekühlt wird, wird Zink zuerst fest. Es kann aus der Mischung entfernt werden, wobei flüssiges Cadmium zurückbleibt.,
Cadmium und feuer sprinkler
EINE gemeinsame low-schmelzpunkt cadmium legierung ist Holz metall. Diese Legierung schmilzt bei 70°C und wird in Sprinkleranlagen als Stopfen verwendet. Wenn die Temperatur über 70°C steigt, schmilzt der Stopfen und fällt aus. Dies öffnet die Wasserleitung und aktiviert den Sprinkler. Out sprüht das Wasser!
Heute werden rund 70 Prozent des weltweit produzierten Cadmiums in Nickel-Cadmium (nicad) Batterien eingesetzt. NiCd-Batterien sind aufladbar.
Verwendungen
Die wichtigste Verwendung von Cadmium war einst die Galvanik von Stahl., Galvanik ist ein Prozess, bei dem eine dünne Schicht eines Metalls auf der Oberfläche eines zweiten Metalls abgelagert wird. Ein elektrischer Strom wird durch eine Lösung geleitet, die enthältdas Beschichtungsmetall. Das Metall wird elektrisch auf dem zweiten Metall abgeschieden. Eine dünne Schicht Cadmium schützt Stahl vor Korrosion (Rost).
In den letzten 30 Jahren ist die Verwendung von Cadmium für die Galvanik aufgrund von Umweltbedenken um etwa 70 Prozent gesunken. Weggeworfener galvanisierter Stahl bringt Cadmium in die Umwelt. Alternative Beschichtungsmethoden werden normalerweise jetzt verwendet.,
Heute werden rund 70 Prozent des weltweit produzierten Cadmiums in Nickel-Cadmium (nicad) Batterien eingesetzt. Nicad-Batterien können immer wieder verwendet werden. Wenn eine NICD-Batterie einen Teil oder die gesamte Leistung verloren hat, wird sie in ein Gerät eingesetzt, das an eine Steckdose angeschlossen wird. Strom aus der Steckdose lädt die Batterie auf.
Nicad-Batterien werden in einer Vielzahl von Geräten verwendet, darunter CD-Player, Mobiltelefone, Taschenrekorder, Handheld-Elektrowerkzeuge, schnurlose Telefone, Laptop-Computer, Camcorder und Scanner-Radios., Zwei französische Automobilhersteller untersuchen die Möglichkeit der Verwendung von Nicad-Batterien in Elektroautos.
Verbindungen
Eine beliebte Verwendung von Cadmiumverbindungen ist als Farbstoff. Die beiden am häufigsten verwendeten Verbindungen sind Cadmiumsulfid (CDs) und Cadmiumselenid (CdSe). Das Sulfid ist gelb, orange oder braun, während das Selenid rot ist. Diese Verbindungen werden zum Färben von Farben und Kunststoffen verwendet. Es besteht Besorgnis über mögliche Umweltauswirkungen der Verwendung von Cadmium für diesen Zweck. Es wurden jedoch keine zufriedenstellenden Ersatzstoffe gefunden.,
Gesundheitliche Auswirkungen
Die Hauptquellen für Cadmium beim Menschen sind Zigarettenrauchen, bestimmte Lebensmittel (wie Schalentiere, Leber-und Nierenfleisch), Kohleverbrennung und kontaminiertes Wasser. Am stärksten gefährdet für eine hohe Aufnahme von Cadmium sind Menschen, die direkt mit dem Metall arbeiten. Herstellungsanlagen, in denen Batterien hergestellt werden, verwenden Cadmium als feines Pulver, in dem es leicht eingeatmet werden kann. Arbeiter müssen beim Umgang mit Cadmium vorsichtig sein.
Die Besorgnis über die Gefahren von Cadmium in der Umwelt wächst. Wiederaufladbare Batterien werden mit Cadmium und Nickel hergestellt., Cadmium kann aus Deponien (wo Müll vergraben ist) entweichen und in den Boden und ins Grundwasser gelangen. Von dort aus kann es Teil der Nahrung und des Wassers werden, die Menschen und Tiere aufnehmen.
Niedrige Cadmiumspiegel verursachen Übelkeit, Erbrechen und Durchfall. Inhalierter Cadmiumstaub verursacht Trockenheit des Rachens, Ersticken, Kopfschmerzen und Lungenentzündungssymptome.
Herstellungsanlagen, in denen Batterien hergestellt werden, verwenden Cadmium als feines Pulver, in dem es leicht eingeatmet werden kann. Arbeiter müssen beim Umgang mit Cadmium vorsichtig sein.,
Die Auswirkungen einer ausgedehnten Cadmiumexposition sind nicht bekannt, es wird jedoch angenommen, dass sie Herz-und Nierenerkrankungen, Bluthochdruck und Krebs umfassen. Eine Cadmiumvergiftungskrankheit namens Itai-Itai, japanisch für „Autsch-Autsch“, verursacht Schmerzen in Knochen und Gelenken. In den 1970er Jahren wurde in Japan eine Reihe von Fällen von Itai-Itai gemeldet, als Abfälle aus einer Zinkraffinerie in die öffentliche Wasserversorgung gelangten. Diese Abfälle enthielten Cadmiumverbindungen.