دانشچی پورتال جامع تحقیق و مقاله، مطالب علمی و هنری ، وبگردی و…
همه چیز درباره عنصر کادمیوم (Cd)
کادمیوم، (به انگلیسی : Cadmium) با علامت اختصاری Cd و عدد اتمی ۴۸، عنصری از جدول تناوبی در دسته فلزات واسطه است که در ادامه بیشتر با آن آشنا می شوید. با دانشچی همراه باشید.
کادمیوم عنصری نسبتاً” کمیاب، نرم، با رنگ سفید مایل به آبی و فلز انتقالی سمی است که در سنگ معدن روی وجود داشته و در باتری ها به مقدار زیادی مورد استفاده قرار می‌گیرد. معمولی ترین حالت اکسیداسیون کادمیوم ۲+ می باشد ، گرچه نمونه های کمیابی از ۱+ نیز می توان پیدا کرد.
شناسنامه کادمیوم
عدد اتمی: ۴۸
جرم اتمی: ۱۱۲.۴۰
نقطه ذوب : C° ۳۲۱.۰۷
نقطه جوش : C° ۷۶۷
شعاع اتمی: pm 148.9
ظرفیت: ۲
رنگ: خاکستری نقره ای متالیک
حالت استاندارد: جامد
نام گروه: ۱۲
انرژی یونیزاسیون Kj/mol 867.8
شکل الکترونی: ۵s24d10
شعاع یونی: Å ۰۹۷
الکترونگاتیوی: ۱.۶۹
حالت اکسیداسیون: ۲
دانسیته: ۸.۶۵۰
گرمای فروپاشی : Kj/mol 6.192
گرمای تبخیر : Kj/mol 100
مقاومت الکتریکی : Ohm m 0.0000000724
گرمای ویژه: J/g Ko 0.231
دوره تناوبی:۵
تاریخچه کادمیوم
کادمیوم (لاتین cadmia، یونانی kadmeia به معنی کالامین) در سال ۱۸۱۷ در آلمان توسط Friedrich Stromeyer کشف شد. او این عنصر جدید را درون یک ناخالصی در کربنات روی پیدا کرد(کالامین) و برای مدت صد سال تنها تولیدکننده مهم این فلز باقی ماند.
این فلز به همان واژه لاتین کالامین نامگذاری شد چون آن را در ترکیب روی یافته بودند. Stromeyer متوجه شد بعضی از نمونه‌های ناخالص کالامین هنگام حرارت تغییر رنگ می‌دهند اما کالامین خالص این‌گونه نیست. گرچه کادمیم و ترکیبات آن به شدت سمی هستند، از سال ۱۹۰۷ British Pharmaceutical Codex اعلام می‌دارد که یدید کادمیم به عنوان دارویی برای معالجه ورم مفاصل، سل، غدد لنفاوی و سرمازدگی مورد استفاده قرار می‌گرفته‌است.
در سال ۱۹۲۷ کنفرانس بین‌المللی اوزان و مقادیر، متر را با توجه به یک خط طیف کادمیم قرمز دوباره تعریف نمود.(یعنی: طول موج های ۱۶۴.۱۳،۵۵۳،۱=m1)این تعریف اکنون تغییر یافته(به krypton نگاه کنید)
پیدایش کادمیوم
سنگ های معدن که حاوی کادمیوم می‌باشند کمیاب بوده و در صورت یافت شدن به مقادیر خیلی کم وجود دارند. CdS) Greenockite)، تنها کانی مهم کادمیم، تقریباً همیشه به ZnS) sphalerite) متصل است. در نتیجه کادمیوم عمدتاً” به عنوان یک محصول جانبی از استخراج، خالص‌سازی و تصفیه سولفید اوره حاصل از سنگ معدن روی، و به میزان کمتر از سرب و مس تولید می‌شود.
مقدار کمی از کادمیوم (تقریباً” ۱۰% مصرف)از منابع ثانویه- که عمدتاً” از خاکه حاصل ازبازیافت تکه‌های آهن و فولاد است- بدست می‌آید. تولید در آمریکا از سال ۱۹۰۷ آغاز گردید اما بعد از جنگ جهانی اول بود که این عنصر کاربرد فراوانی پیدا کرد.
ویژگی های کادمیوم
کادمیوم فلزی دو ظرفیتی است نرم ، چکش خوار ، انعطاف پذیر و به رنگ سفید مایل به آبی که با چاقو به راحتی بریده می شود. این عنصر از بسیاری جهات شبیه روی است.
در گروه ۱۲ جدول تناوبی بین روی و جیوه قرار دارد و همانند جیوه درجه ذوب پایینی دارد، این عنصر در سال ۱۸۱۷ توسط دو دانشمند آلمانی به نامهای استرومیر(Stromeyer) و هرمان (Herman) در ناخالصی کربنات روی یافت شد. بر خلاف دیگر فلزات، کادمیوم در برابر زنگزدگی مقاوم بوده و در نتیجه به عنوان یک لایه محافظ زنگزدگی بر روی دیگر فلزات استفاده می شود، قابل حل در آب نبوده و قابل اشتعال نیست.
ایزوتوپ های کادمیوم
کادمیوم بطورطبیعی شامل ۶ ایزوتوپ پایداراست. ۲۷ ایزوتوپ پرتوزا(radioisotopes )شناخته شده که پایدارترین آنها Cd-113 با نیمه عمر ۷/۷ کوادریلیون سال،۱۰۹ Cd- با نیمه عمر۶/۴۲۶ روز و Cd-115 با نیمه عمر ۴۶/۵۳ ساعت می باشد.
مابقی ایزوتوپ های رادیو اکتیو دارای نیمه عمری کمتر از ۵/۲ ساعت بوده که اکثر آنها نیمه عمرشان کمتر از ۵ دقیقه است.این عنصر دارای ۸ ایزومر هسته ای «meta state) است که پایدار ترینشان Cdm-113 ( با نیم عمر ۱۴.۱ سال) ، Cdm-115 (با نیم عمر ۴۴.۶ روز) و Cdm-117 ( با نیمه عمر ۳.۳۶ ساعت) می باشد.
ایزوتوپ های کادمیوم از نظر وزن اتمی در بازه از واحد Cd-97» amu ) ، تا Cd-138) amu129.934 ) قراردارند. حالت فروپاشی اتمی بلافاصله ، پیش از دومین ایزوتوپ پایدار فراوان ، Cd-12 ، الکترون گیری و حالت بلافاصله بعدی ، کاهش بتا می باشد .محصول فروپاشی اصلی قبل از Cd-112 ، عنصر ۴۷ «نقره) و محصول بعد از آن عنصر ۴۹ ( ایندیم) است.
کاربردهای کادمیوم
تقریبا” سه چهارم کادمیوم در باطریها استفاده می گردد( بخصوص باطریهای Ni-Cd) و بیشتر یک سوم باقی مانده عمدتا” جهت رنگ ها، پوشش ها ، آبکاری و بعنوان مواد ثبات بخش در پلاستیک ها بکار می رود.
کاربردهای دیگر :
? در بعضی از آلیاژهای زود ذوب به کار می رود.
? به علت ضریب اصطکاک پائین و مقاومت بسیار خوب در برابر خستگی ، در آلیاژهای بلبرینگ از آن استفاده می شود.
? ۶۰% از کادمیوم یافت شده در آبکاری الکتریکی به کار می رود.
? انواع بسیاری از لحیم ها حاوی این فلز هستند.
? بعنوان مانعی برای کنترل کافش اتمی( nuclear fission) به کار می رود .
? ترکیبات حاوی کادمیوم در مواد درخشان تلویزیون های سیاه و سفید ونیز در مواد درخشان آبی و سبز در لامپ تصویر تلویزیون های رنگی بکار می روند.
? کادمیوم نمک های مختلفی را بوجود می آورد که معمول ترین آنها سولفات کادیم است. از این سولفید بعنوان رنگدانه زرد استفاده می شود.
? در برخی نیمه هادی ها کاربرد دارد.
? بعضی از ترکیبات کادمیوم بعنوان تثبیت کننده در Polyvinyl Coloride بکار می رود.
کاربردهای کادمیوم در صنعت
کادمیوم کاربردهای زیادی در صنعت دارد که یکی از مهمترین آنها در صنعت باتری سازی است. در سال ۲۰۰۹، ۸۶% استفاده کادمیوم در تولید باتریهای شارژی نیکل- کادمیوم بوده.
دیگر موارد کاربرد این فلز می توان به موارد زیر اشاره کرد:
* آبکاری الکتریکی کادمیوم که در صنایع هوایی برای جلوگیری از زنگزدگی به کار گرفته می شود.
* در بعضی از نیمه رساناها همانند سولفید کادمیوم، سلنید کادمیوم و تلورید کادمیوم بعنوان حسگر نوری یا سلول های خورشیدی استفاده می شود.
* در تولید PVC بعنوان یک تثبیت کننده عمل می کند.
* در انواع لحیم کاری مورد استفاده قرار می گیرد.
* در تولید رنگدانه ها: سولفید کادمیوم در رنگدانه زرد ،سلنید کادمیوم در رنگدانه قرمز استفاده می شود. این رنگدانه ها سمی بوده و در هنگام استفاده باید مراقب دست و پوست بوده تا جذب بدن نشود.
* در بیولوژی بعنوان کانال های وابسته به ولتاژ کلسیم از شار یونی کلسیم استفاده می شود.
اثرات کادمیوم بر روی سلامتی
کادمیوم در پوسته زمین یافت می شود و معمولا در ترکیب با روی یافت می شود. به علاوه کادمیوم در صنعت به عنوان محصول فرعی و اجتناب ناپذیر دراستخراج روی، سرب و مس می باشد. بعد از کاربرد، کادمیوم وارد محیط زیست و عمدتا زمین می شود. زیرا در کودها و آفت کش ها به کار می رود.
کادمیوم عمدتا از راه غذا وارد بدن انسان می شود. غذاهایی که میزان کادمیوم موجود در آنها بالاست، باعث می شوند که غلظت کادمیوم در بدن انسان به شدت افزایش یابد. از جمله این غذاها، جگر، قارچ، صدف، صدف های رودخانه ای، پودر کاکائو و جلبک دریایی خشک شده هستند.
سیگار کشیدن هم باعث می شود که میزان کادمیوم در بدن انسان افزایش یابد. دود توتون، کادمیوم را وارد ریه می کند. خون این کادمیوم را در بقیه بدن به گردش در می آورد و اثرات آن را در بدن افزایش می دهد. در سایر موارد افزایش میزان کادمیوم در افرادی رخ می دهد که در نزدیکی محل دفع زباله های خطرناک و یا در نزدیکی کارخانه هایی زندگی می کنند که کادمیوم را وارد هوا می کنند و در افرادی رخ می دهد که در صنعت تصفیه فلز کار می کنند. تنفس کادمیوم به ریه آسیب شدیدی وارد می کند و حتی ممکن است باعث مرگ شود.
کادمیوم در ابتدا توسط خون به کبد می رود. در کبد کادمیوم به پروتئین ها متصل می شود و کمپلکسی را تشکیل می دهد که به کلیه می رود. کادمیوم در کلیه تجمع می یابد و باعث اختلال فرآیند تصفیه می شود. این امر باعث دفع پروتئینهای ضروری و قند از بدن می شود و به کلیه آسیب می رساند. دفع کادمیوم تجمع یافته در کلیه مدتی طولانی طول می کشد.
عوارض دیگری که توسط کادمیوم ایجاد می شود عبارتند از:
– اسهال، شکم درد و استفراغ شدید
– شکستگی استخوان
– عقیم شدن و نازایی
– آسیب سیستم عصبی مرکزی
– آسیب سیستم ایمنی
– ناهنجاری های روانی
– آسیب احتمالی DNA یا سرطان
اثرات زیست محیطی کادمیوم
به طور طبیعی سالانه مقدار بسیار زیادی کادمیوم، حدود ۲۵۰۰۰ تن در سال، وارد محیط زیست می شود. حدود نیمی از این کادمیوم از طریق هوازدگی سنگ ها وارد رودخانه ها می شود و بخشی از کادمیوم از طریق آتش سوزیهای جنگل و آتشفشان ها وارد هوا می شود. بقیه کادمیوم از طریق فعالیتهای بشری مانند کارهای صنعتی وارد بشر می شود.
کادمیوم موجود در شیرابه زباله های صنعتی وارد خاک می شود. عامل ایجاد این شیرابه ها، تولید روی، کانسار فسفات و کود بیوشیمیایی است. شیرابه های حاوی کادمیوم از طریق سوزاندن زباله و سوخت های فسیلی وارد هوا هم می شود. به خاطر قوانین جدید، در حال حاضر تنها مقدار اندکی کادمیوم از طریق زباله های خانگی یا صنعتی وارد آب می شود.
یکی دیگر از منابع اصلی منتشر کننده کادمیوم تولید کودهای فسفاته مصنوعی است. بعد از این که این کود در مزارع مورد استفاده قرار گرفت، بخشی از کادمیوم وارد خاک می شود و بقیه آن، در حین انهدام زباله های حاصل از تولید کود توسط شرکت های تولید کننده، وارد آبهای سطحی می شود. وقتی کادمیوم توسط گل و لای جذب شود، می تواند مسافت زیادی را طی کند. این گل و لای حاوی کادمیوم آبهای سطحی را هم مانند خاک آلوده می کنند.
کادمیوم جذب مواد آلی موجود در خاک می شود. وقتی در خاک کادمیوم وجود داشته باشد، بسیار خطرناک است و جذب آن از طریق غذا افزایش می یابد. در خاکهای اسیدی، گیاهان کادمیوم بیشتری را جذب می کنند. در نتیجه زندگی و بقای جانورانی که از این گیاهان تغذیه می کنند به خطر می افتد. به همین علت میزان کادمیوم در کلیه گاوها افزایش می یابد.
کرمهای خاکی و دیگر ارکانیسمهای خاک به سم کادمیوم بسیار حساسند. غلظت بسیار کم این ماده هم آنها را از بین می برد و در نتیجه ساختار خاک تغییر می کند. هنگامی که غلظت کادمیوم در خاک بالا باشد، فرآیندهایی که میکروارگانیسم ها در خاک انجام می هند، مختل می شود و کل اکوسیستم خاک در معرض خطر قرار می گیرد.
در اکوسیستم های آبی، کادمیوم در صدف های رودخانه ای، صدف ها، میگوها، خرچنگ ها و ماهی ها تجمع می یابد. حساسیت جانداران مختلف آبزی نسبت به کادمیوم متفاوت است. جانداران آب شور نسبت به سم کادمیوم مقاومتر از جانداران آب شیرین هستند. جانورانی که کادمیوم را می خورند یا می نوشند، دچار فشار خون بالا، بیماری های کبد و صدمات مغزی و نخاعی می شوند.
هشدارها درباره کادمیوم
کادمیوم از معدود عناصری است که هیچگونه نقش ساختاری در بدن انسان ندارد.این عنصر و محلول ترکیبات آن حتی به میزان بسیار کم ، سمی هستند و در اندامها و محیط زیست ، ذخیره می شوند.
استنشاق گرده های کادمیوم به سرعت در دستگاه تنفسی و کلیه ها ایجاد مشکلاتی می کند که می توانند کشنده باشند ( اغلب از نارسائی کلیوی). خوردن هر مقدار قابل ملاحظه ای ازکادمیوم موجب مسمومیت سریع کبد وکلیه ها می گردد.
عنصر کادمیوم _دانشچی
