A zárójelben megadott bomlási módok elméleti előrejelzések, azokat kísérletileg még nem figyelték meg
Hivatkozások
A kadmium (nyelvújításkori magyar nevén: kadany) az átmenetifémek közé tartozó kémiai elem. A rendszáma 48, a vegyjeleCd. Friedrich Stromeyer német kémikus fedezte fel 1817-ben, miután felfigyelt arra, hogy a hevítés hatására egyes cink-karbonát (ZnCO3) kristályok színe megváltozik. A színváltó kristályokból kinyert új fémnek a kalamin jelentésű latin cadmia szóból képzett 'cadmium' nevet adta.[3] A szó közvetve Kadmosz, Théba alapítójának nevéből származik.[4]
Története
A kadmiumot Friedrich Stromeyer és Carl Samuel Herm egymástól függetlenül fedezte fel 1817-ben. Stromeyer megfigyelte, hogy az általa vizsgált cink-karbonát hevítés hatására elszíneződött. A tiszta cink-karbonát nem viselkedik így. Csaknem 100 éven át egyedül Németországban termeltek kadmiumot.
A kadmium elnevezést már a középkorban használták, feltehetően a cinkre. Például II. Frigyes 1226-ban feljogosította a lavanttali Szent Pál Benedek-rendi kolostort arra, hogy „ut Cadmiae tam argentj quam plumbi et ferri, que in territorio ipsius monasteri de cetero inveniri contigerint, ad opus suum”, magyarul: „hogy annak a kolostornak a területén a továbbiakban fellelt cinket, ezüstöt, ólmot és vasat a kolostor saját céljaira használják”.[5]
Mérgező volta miatt a British Pharmaceutical Codex 1907-ben a kadmium-jodidot ajánlotta a megdagadt ízületekre (enlarged joints), skrufulusos mirigyekre (scrofulous glands) és fagyásra (chilblains).
1907-ben a Nemzetközi Csillagászati Unió az ångströmöt az 1 atmoszféra nyomású, 15 °C-os és 0,03%-os szén-dioxid tartalmú száraz levegőben a kadmium egy vörös színképvonalának hullámhosszának 1/6438,4696-odrészeként határozta meg. 1960-ban a General Conference on Weights and Measures ugyanezt a színképvonalat használta a méter alternatív definíciójának megadásához; a méter hossza ennek 1 553 164,13-szerese.
1942-ben Enrico Fermi ki-be húzogatható kadmiumrudakat használt atomreaktorához. Ezekkel a rudakkal lehetett az első (ember által alkotott) atomreaktort szabályozni, mivel a kadmium elnyelte a lassított neutronokat, ezzel csökkentette a reaktor aktivitását.
Előfordulása
Igen ritka elem, átlagos gyakorisága a földkéregben 0,15 g/t (0,000015%).[6] Leggyakrabban a cinket, ritkábban az ólmot helyettesíti azok ásványaiban – a Zn/Cd arány csaknem mindig a 80 és 800 közötti tartományban marad. Önálló ásványai rendkívül ritkák: ezekben a földkéreg összes kadmiumtartalmának kevesebb mint 1%-a fordul elő. Közülük messze a legismertebb és leggyakoribb az így is ritkaságnak számító greenockit (CdS). A terméskadmium nagyon ritka, eddig csak két darabot találtak belőle a jakutföldi Wiljui-medencében és Nevada államban.[7] Iparilag hasznosítható kadmium gyakorlatilag csak a cink-, ritkábban az ólom- és még ritkábban az ónércekben található, néhány relatív %-nyi mennyiségben. Szinte kizárólag a cinkkohászat melléktermékeként nyerik ki – a szfalerit átlagos Zn/Cd aránya körülbelül 400, de az egyes metallogéniai övekben ettől elég jelentősen eltérhet.
A legfontosabb kadmiumtermelő országok (2009-ben):
kisebb mennyiségeket termelnek további 15 országban.
Előállítása
A kadmium főként a cinktermelés melléktermékeként adódik, de keletkezik az ólom és a réz termelése során is. Kisebb mennyiséget a vas és az acél újrahasznosításából nyernek.
Az előállítás módja attól függ, miképp nyerik a cinket. A száraz eljárásban a két fém elválasztásához a forráspont különbségét használják ki. Mivel a kadmium forráspontja alacsonyabb, ezért könnyebben gőzöl el, és máshol reagál az oxigénnel, mint a cink. Végül ezt a keveréket koksszal elegyítik, és a kadmiumot ledesztillálják a cinkről. Frakcionált desztillációval a fémek tovább tisztíthatók.
A nedves eljárásban az oldatban levő kadmiumionokat cinkporral redukálják és választják ki. A keletkező kadmiumot oxigénnel oxidálják, és kénsavban oldják. Ebből a kadmium-szulfát oldatból alumíniumanóddal és ólomkatóddal végzett elektrolízissel választják ki a kadmiumot.
Tulajdonságai
Fizikai tulajdonságai
Puha, kovácsolható, ezüstfényű fém. Közepes tisztaságú lemezei hajtogatva az ónhoz hasonló zörejeket adnak.
A természetben 8 izotópja fordul elő. Ezek relatív gyakoriságai (tömeg%):
Levegőn fennmarad, de melegebb környezetben sötétebb oxidréteg keletkezik rajta. Lúgokban az oxidréteg oldhatatlan, kénsavban és sósavban nehezen, salétromsavban könnyen oldódik.
Vegyületeiben többnyire két vegyértékkel fordul elő. Reakcióiban a cinkhez hasonló, de könnyebben képez komplexeket, amiknek koordinációs száma négy. Pirosas-sárgás lánggal ég kadmium-oxid létrejöttével, ami szintén erősen mérgező – ezt a vegyületet a második világháborúban az Amerikai Egyesült Államokban mint lehetséges vegyi fegyvert tanulmányozták.[9]
A kadmium kimutatására szolgáló eljárás első lépésében a mintát egy nehezen olvadó üvegcsőben hevítik.[10] A keletkező szulfid-oxid keveréket nátrium-oxaláttal fémmé redukálják. A könnyen gőzölgő kadmium a cső felső végében csapódik le.
További kén hozzáadására és további hevítésre a fémtükörből és a kénből kadmium-szulfid keletkezik, ami felhevítve vörös, szobahőmérsékleten sárga. Ez a színváltozás többször is megismétlődik.
A kadmiumionok szulfidoldattal vagy kén-hidrogénes vízzel képzett sárga csapadékukkal mutathatók ki. Más nehézfémek ionjai zavarhatják ezt a próbát, ezért előzőleg szét kell választani őket.
A kadmiumnyomok mennyiségének jelzésére a polarográfia ad lehetőséget.[11] Az ultranyomtartományban higanyelektródos inverzvoltammetria használható.[12] Eredményes lehet a grafitcsöves atomspektrometria is; ezzel a technikával a kadmium már 0,003 µg/l koncentrációban is kimutatható.[13]
A kadmium melléktermékként keletkezik a cink, a réz és az ólom kinyerése közben. Trágyákban és rovarirtókban is fellelhető. Legfőbb veszélye, hogy képes helyettesíteni az esszenciális cinket, annak jótékony élettani hatása nélkül. Mivel erősen toxikus, a Zn helyébe beépülve súlyos károsodásokat okoz.
Felvétele
A kadmium főként a táplálékkal jut az emberi szervezetbe. Kadmiummal leginkább szennyezett élelmiszerek a máj, a gombák, a kagylók és más puhatestűek, a tengeri moszat és a lenmag. Ezért korlátozzák 20 grammban a lenmag napi adagját. A műtrágya bevezetése óta azonban a kadmium feldúsult a mezőgazdasági területeken, így minden élelmiszerbe bejuthat. A foszfátforrások szegényesek, és a legtöbb előfordulás nehézfémekkel vagy sugárzó anyagokkal szennyezett. A növények sokáig elviselik a magas Cd-tartalmat, ezért a kadmium könnyen bekerülhet az állati és emberi táplálékláncba jóval azelőtt, hogy maguk a növények láthatóan károsodnának. Sok ipari ország ezért határértéket vezetett be a trágya kadmiumtartalmára.[14]
Az emberi és állati szervekben a Cd felhalmozódik, így krónikusan toxikussá válik. Az emberek számára külön Cd-forrás a dohányzás, ami az akkumulációt is erősíti (folyamatos Cd-felvétel). A krónikus Cd-toxicitás tünetei közül megemlítendő a szív- és veseelégtelenség, a magas vérnyomás. Fokozott veszélynek vannak kitéve a sok kadmiumot kibocsátó gyárakban dolgozók, de az illegális hulladéklerakók is növelik a veszélyt. Belélegzése súlyosan károsítja a tüdőt, így akár halált is okozhat. Az ipari katasztrófák és az évtizedekig tartó szennyezés hatásai valós veszélyekre mutatnak rá (Guangdong, itai-itai-kór, Gressenich-betegség).
Az emberi szervezetben okozott károk
A kadmium 5%-ban szívódik fel a belekben. Vas- és kalciumhiány esetén ez az arány megnő, mivel a három fém ugyanazzal a transzporttal szívódik fel. A kadmium a májban fokozza a metallothioneinek szintézisét, amikkel komplexet képez. A vérkeringéssel a vesébe jutó kadmiumot a vese visszajuttatja a vérbe, ami újra fokozza a metallothioneinek szintézisét, ezzel több kadmiumot köt meg. A vesében felhalmozódó kadmium a szerv károsodásához és fehérjevizeléshez vezet.
A kadmium a csontokat is károsítja, mivel azokból kihajtja a kalciumot. A belekben is verseng a kalciummal. Emellett a kadmium a kalcitriol szintézisét is blokkolja. Ez ahhoz kell, hogy aktiválja a kalciumhoz kötődő fehérjéket. Összesítve mind a felszívódást, mind a csontokban maradást, mind a visszaszívódást akadályozza.
Tünetei
hasmenés, gyomorfájás és heves hányás
vesekárosodás
csontritkulás, csonttörés
a központi idegrendszer károsodása
az immunrendszer károsodása
a szaporítószervek károsodása, terméketlenség
pszichés zavarok
gyaníthatóan a DNS sérülése, rák
a szaglás elvesztése
Biztonsági intézkedések
A kadmiumot „nagyon mérgezőként”, vegyületeit „mérgezőként” vagy „nagyon mérgezőként” tartják számon. Gyaníthatóan rákkeltőek. A kadmiumtartalmú por belélegezve károsítja a tüdőt, a májat és a vesét.
Jól szellőzőnek kell lenniük, vagy légelszívásról kell gondoskodni azokban a helyiségekben, ahol felhevített kadmiumvegyületekkel dolgoznak. Az Európai Unió rendelkezései szerint a műanyagokban a kadmiumra vonatkozó határérték 0,01 tömegszázalék. A következőkben még szigorúbb rendelkezések bevezetését tervezik.[15][16]
Felhasználása
A kadmiumot korrózióvédelemre, akkumulátorcellák elektródjának, atommaghasadás szabályozására, könnyen olvadó ötvözetek előállítására, a napelemgyártásban (tellúrral ötvözve), festékek készítésére alkalmazzák.
2011 decemberétől az Európai Unió betiltotta a kadmium használatát ékszerekben, ötvözetekben és PVC-ben.[17]
További felhasználási területek:
kadmium-szulfid és kadmium-szelenid festékanyag lakkokhoz és műanyagokhoz. Ennek kisebb a gyakorlati jelentősége, mivel egészségkárosodást okozhat, különösen a megfelelő cikkek égetésekor.
fékekben súrlódó anyag
kadmium-oxid világító festék fekete-fehér katódsugárcsőben, kék és zöld katódsugárcsőben
↑Isotopic compositions of the elements 2009. Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights – Commission II.I of the International Union of Pure and Applied Chemistry. (Hozzáférés: 2014. április 11.)