Kadmijum
 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Opšta svojstva | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ime, simbol | kadmijum, Cd | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Izgled | srebrnasto plavo-siv, metalan | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| U periodnome sistemu | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Atomski broj (Z) | 48 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Grupa, perioda | grupa 12, perioda 5 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Blok | d-blok | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Kategorija | postprelazni metal, alternativno se smatra prelaznim metalom | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Rel. at. masa (Ar) | 112,414(4)[1] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| El. konfiguracija | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
po ljuskama | 2, 8, 18, 18, 2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Fizička svojstva | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Tačka topljenja | 594,22 K (321,07 °C, 609,93 °F) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Tačka ključanja | 1040 K (767 °C, 1413 °F) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Gustina pri s.t. | 8,65 g/cm3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| tečno st., na t.t. | 7,996 g/cm3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Toplota fuzije | 6,21 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Toplota isparavanja | 99,87 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Mol. topl. kapacitet | 26,020 J/(mol·K) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Napon pare
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Atomska svojstva | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Elektronegativnost | 1,69 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Energije jonizacije | 1: 867,8 kJ/mol 2: 1631,4 kJ/mol 3: 3616 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Atomski radijus | 151 pm | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Kovalentni radijus | 144±9 pm | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Valsov radijus | 158 pm | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ostalo | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Kristalna struktura | zbijena heksagonalna (HCP) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Brzina zvuka tanak štap | 2310 m/s (na 20 °C) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Topl. širenje | 30,8 µm/(m·K) (na 25 °C) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Topl. vodljivost | 96,6 W/(m·K) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Elektrootpornost | 72,7 nΩ·m (na 22 °C) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Magnetni raspored | dijamagnetičan[2] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Magnetna susceptibilnost (χmol) | −19,8·10−6 cm3/mol[3] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Jangov modul | 50 GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Modul smicanja | 19 GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Modul stišljivosti | 42 GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Poasonov koeficijent | 0,30 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Mosova tvrdoća | 2,0 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Brinelova tvrdoća | 203–220 MPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| CAS broj | 7440-43-9 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Istorija | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Otkriće i prva izolacija | Karl Herman i Fridrih Štromajer (1817) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Imenovanje i eponim | Fridrih Štromajer (1817) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Glavni izotopi | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kadmijum je hemijski element sa simbolom Cd i atomskim brojem 48. To je meki, plavkasto-beli metal koji je hemijski sličan sa druga dva stabilna metala 12. grupe, cinkom i živom. Kao i cink, kadmijum preferira oksidaciono stanje +2 u većini svojih jedinjenja, a kao živa ima vrlo nisku tačku topljenja u poređenju sa prelaznim metalima. Kadmijum i njegovi kongeneri nisu se oduvek smatrali prelaznim metalima, između ostalog jer nemaju delimično popunjenu d ili f elektronsku ljusku u elementarnom ili uobičajenim oksidacionim stanjima. Prosečna koncentracija kadmijuma u Zemljinoj kori kreće se između 0,1 i 0,5 ppm (delova na milion). Kadmijum su otkrila dvojica nemačkih hemičara Štromajer i Herman, kao nečistoću u cink karbonatu.
Kadmijum se javlja i kao sporedna komponenta u većini cinkovih ruda te je kao takav nusproizvod u proizvodnji cinka. Dugo vremena se koristio kao pigment i za zaštitno prekrivanje čelika od korozije, a spojevi kadmijuma su se koristili za stabilizaciju plastike. Korištenje kadmijuma je generalno smanjeno zbog njegove otrovnosti (on je decidno naveden u Evropskoj listi ograničenja opasnih supstanci (ROHS)[4] te se iz tih razloga masovno nikl-kadmijumske baterije zamjenjuju s baterijama na bazi nikl-metal hidrida i litijum-jonskim baterijama. Jedna od njegovih malobrojnih aplikacija je u vidu kadmijum telurida u solarnim pločama. Iako kadmijum nema poznatnih bioloških uloga u višim organizmima, neke karbonične anhidraze zavisne od kadmijuma pronađene su kod morskih silikatnih algi.
Istorija
[uredi | uredi izvor]
Kadmijum (lat. cadmia, grč. καδμεία sa značenjem „kalamin”, odnosno mešavina minerala koji između ostalog sadrže kadmijum, a koja je dobila ime po liku iz grčke mitologije Κάδμος, Kadmosu, osnivaču grada Tebe) su istovremeno otkrili 1817. nemački hemičari Fridrih Štromajer[5] i Karl Herman, kao nečistoću u cink-karbonatu.[4]
Štromajer je novi element pronašao u vidu nečistoća u kalaminu (cink-karbonat), a narednih 100 godina, Nemačka je ostala jedini važniji proizvođač ovog metala. Metal je dobio ime po latinskoj reči za kalamin, jer je pronađen u ovom cinkovom jedinjenju. Štromejer je zapazio da neki nepotpuno čisti uzorci kalamina menjaju boju pri zagrejavanju dok čisti kalamin zadržava prvobitnu boju. Nastavio je da proučava ove rezultate te je najzad žarenjem i redukcijom kadmijum-sulfida uspeo da izdvoji metalni kadmijum. Mogućnost korištenja kadmijuma kao žutog pigmenta pronađena je 1840-ih, ali je tadašnji nedostatak kadmijuma ograničio njegovu upotrebu u ove svrhe.[6][7][8]
Iako kadmijum i njegova jedinjenja mogu biti otrovni u određenim oblicima i koncentracijama, Britanski farmacijski kodeks iz 1907. godine navodi da se kadmijum jodid koristio kao sredstvo za lečenje „natečenih zglobova, oteklina vratnih žlezda (škorfule) i promrzlina”.[9] Iste godine, 1907, Međunarodna astronomska unija definisala je međunarodnu jedinicu ångstrom u aspektu crvenih spektralnih linija kadmijuma (jedinična talasna dužina = 6438,46963 Å).[10][11] Takvu definiciju usvojila je i Sedma generalna konferencija o tegovima i merama 1927. godine. Definicije ångstroma i metra promenjene su 1960. kada su definisane prema plemenitom gasu kriptonu.[12]
Nakon što je počela proizvodnja kadmijuma u industrijskom obimu 1930-ih i 1940-ih, jedna od najznačajnijih aplikacija kadmijuma bilo je prekrivanje čelika i željeza radi prevencije od korozije. Godine 1944. 62% kadmijuma potrošeno u Sjedinjenim Američkim Državama bilo je upravo u ove svrhe, dok je 1956. godine taj udeo opao na 59%.[4][13] Iste godine, 24% kadmijuma potrošenog unutar SAD bilo je za proizvodnju crvenog, narandžastog i žutog pigmenta zasnovanog na sulfidima i selenidima kadmijuma.[13] Stabilizirajući efekt hemikalija koje sadrže kadmijum poput karboksilata kadmijum laurata i kadmijum stearata na PVC doveo je do povećanja upotrebe tih jedinjenja 1970-ih i 1980-ih. Upotreba kadmijuma u aplikacijama poput pigmenata, stabilizatora, legura i prekrivanja drugih metala smanjena je zbog strožih ekoloških i zdravstvenih regulativa 1980-ih i 1990-ih. Godine 2006. samo 7% ukupne potrošnje kadmijuma iskorišteno je za pokrivanje metala a 10% kao pigmenti.[4] Smanjenje potrošnje u drugim aplikacijama apsorbovano je rastućom potražnjom za kadmijem u proizvodnji nikl-kadmijumskih baterija, na koje je 2006. otpadalo 81% ukupne potrošnje kadmijuma u SAD.[14]
Osobine
[uredi | uredi izvor]Fizičke
[uredi | uredi izvor]
Kadmijum je meki, kovni, duktilni, plavkasto-beli dvovalentni metal. U mnogim aspektima je sličan cinku ali formira kompleksna jedinjenja.[15] Za razliku od mnogih drugih metala, kadmijum je otporan na koroziju, pa se zbog toga koristi kao zaštitni sloj kojim se pokrivaju drugi metali. U većim komadima, kadmijum nije rastvorljiv u vodi i nije zapaljiv; međutim u obliku praha može se zapaliti te ispuštati vrlo otrovne dimove.[16]
Hemijske
[uredi | uredi izvor]Iako kadmijum obično ima oksidaciono stanje +2, on takođe postoji i u stanju +1. Kadmijum i njegovi kongeneri nisu oduvek smatrani za prelazne metale, u smislu da nemaju delimično popunjene d i f elektronske ljuske u svom elementarnom ili uobičajenim oksidacionim stanjima.[17] Kada sagoreva u prisustvu vazduha, gradi smeđi amorfni kadmijum oksid (CdO); kristalni oblik ovog jedinjenja je tamnocrven jer zagrevanjem menja boju, slično cink oksidu. Hlorovodična, sumporna i azotna kiselina rastvaraju kadmijum dajući odgovarajući hlorid (CdCl2), sulfat (CdSO4) ili nitrat (Cd(NO3)2). Oksidaciono stanje +1 se može postići rastvaranjem kadmijuma u mešavini kadmijum hlorida i aluminijum hlorida, kada nastaju katjoni Cd22+, koji su slični katjonu Hg22+ u živa(I) hloridu.[15]
- Cd + CdCl2 + 2 AlCl3 → Cd2(AlCl4)2
Određena je i struktura mnogih kompleksa kadmijuma sa nukleobazama, aminokiselinama i vitaminima.[18]
Izotopi
[uredi | uredi izvor]Kadmijum koji se nalazi u prirodi sastoji se iz osam izotopa. Dva od njih su prirodno radioaktivni, a za tri se sumnja da se raspadaju ali ta pretpostavka nije eksperimentalno potvrđena. Dva prirodno radioaktivna izotopa su 113Cd (raspada se beta raspadom, vreme poluraspada 7,7 × 1015 godina) i 116Cd (dvostruki beta raspad s dva neutrina, vreme poluraspada 2,9 × 1019 godina). Druga tri su 106Cd, 108Cd (oba se raspadaju dvostrukim elektronskim zahvatom) i 114Cd (dvostruki beta raspad); ali su za njihova vremena poluraspada postavljene samo donje granice. Najmanje tri izotopa, 110Cd, 111Cd i 112Cd su stabilna. Među izotopima koji se ne nalaze u prirodi, najduže živući su 109Cd s vremenom poluraspada od 462,2 dana, te 115Cd sa vremenom poluraspada od 53,46 sati. Svi ostali radioaktivni izotopi imaju vremena poluraspada kraća od 2,5 sata, a većina od njih i kraća od 5 minuta. Za kadmijum je poznato osam nuklearnih izomera, među kojima su najstabilniji 113mCd (t1/2 = 14,1 godina), 115mCd (t1/2 = 44,6 dana) i 117mCd (t1/2 = 3,36 sati).[19]
Poznati izotopi kadmijuma imaju raspon atomskih masa od 94,95 u (95Cd) do 131,946 u (132Cd). Za izotope lakše od 112 u, osnovni način raspada je elektronski zahvat a dominantni proizvod raspada je element 47 (srebro). Teži izotopi raspadaju se uglavnom emisijom beta-zraka dajući element 49 (indijum).[19]
Jedan izotop kadmijuma, 113Cd, apsorbuje neutrone s veoma velikom verovatnoćom ako oni imaju energiju ispod kadmijumskog praga a u suprotnom ih emituje. Kadmijumski prag nalazi se na oko 0,5 eV. Neutroni sa energijom ispod granice smatraju se sporim neutronima, što ih razdvaja od srednjih i brzih neutrona.[20] Kadmijumum nastaje dugim s-procesom u zvezdama srednjih masa, čije se mase kreću od 0,6 do 10 masa Sunca. Taj proces može trajati i nekoliko hiljada godina. Da bi se odvijao, njemu je potreban atom srebra koji hvata neutron te se zatim raspada beta-raspadom.[21]
Zastupljenost
[uredi | uredi izvor]Bitnu količinu kadmijuma u sebi sadrže rude cinka i fosilnih goriva (npr. kameni ugalj). Usled njihovog eksploatisanja znatne količine kadmijuma se oslobađaju u atmosferu i hidrosferu.
Biološki značaj
[uredi | uredi izvor]Kadmijum je element velike toksičnosti (nekoliko puta veće od arsena). Ima kancerogeno dejstvo, oštećuje bubrege, izaziva anemiju i bolesti kostiju. Štetno deluje i na sistem za kruženje materija.
Reference
[uredi | uredi izvor]- ^ 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. str. 145—189. doi:10.1007/978-94-007-5179-8_7.
- ^ a b 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. str. 505. ISBN 978-0-471-07338-3.
- ^ Padmanabhan T. (2001). „Stellar Nucleosynthesis”. Theoretical Astrophysics, Volume II: Stars and Stellar Systems. Cambridge University Press. str. 230—236. ISBN 978-0-521-56631-5.
