História, propriedades, estrutura, estrutura de cádmio (CD)

Ele cádmio (CD) é uma transição ou pós -transição metal de número atômico 48 e cor prata. É maleável e dúctil, com pontos de fusão e de ebulição relativamente baixos. O cádmio é um elemento raro e tem apenas uma concentração de 0,2 g / tonelada de crosta da Terra.

La Greenockita (CDS) é o único MENA importante do cádmio que apresenta uma intensa coloração amarela. O cádmio está associado ao zinco no esfalerita (ZnS), que contém entre 0,1 e 03 % de cádmio como um cátion de CD²⁺.

Cristais de cádmio. Fonte: imagens de alta resolução de elementos químicos [CC por 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/por/3.0)]

Ao processar o sphannel para obter, fundição e refino de zinco, o cádmio é obtido secundamente, sendo essa sua principal fonte de produção.

Este metal foi descoberto em 1817, independentemente por Friedrich Stromayer e Karl Hermann. Stromayer batizou o novo elemento com o nome de cádmio, originou -se da palavra latina "Cadmia", um termo como calamina (carbonato de zinco) era conhecido (carbonato de zinco).

O cádmio é um elemento químico com o símbolo do CD e seu número atômico é 48. Fonte: Albedo-Ukr CC BY-SA 2.5 (http: // criativecommons.Org/licenças/BY-SA/2.5/)

O cádmio é um elemento de grande utilidade e numerosas aplicações, como ferro anticorrosivo, aço e metais não ferrosos; usar como pigmento; Estabilização de PVC; elemento em ligas usadas em soldas; Baterias de níquel-cádmio recarregáveis, etc.

No entanto, é um elemento muito tóxico que causa danos graves aos pulmões, rins e ossos, e até uma ação cancerígena foi indicada, e é por isso que seu uso foi limitado. Mas, apesar disso, continuou sendo cuidadosamente usado em algumas aplicações.

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História

- Descoberta dupla

O cádmio foi descoberto por Friedrich Stromayer, um químico alemão, em 1817 em uma amostra de carbonato de zinco (Calamina). Nesse mesmo ano, k. S. eu. Hermann e J. C. H. Roloff fez a mesma descoberta, independentemente, em um experimento realizado com sulfeto de zinco.

Foi apontado que a Stromayer fez sua descoberta durante o cumprimento de um pedido do governo para inspecionar as farmácias da cidade de Hildesheim, Alemanha. O óxido de zinco, como agora, foi usado no tratamento de certas condições de pele.

Parece que as farmácias não emitiram óxido de zinco, mas venderam carbonato de zinco: matéria -prima para produção de óxido de zinco. Fabricantes de óxido de zinco argumentaram que o carbonato de zinco era aquecido um "óxido de zinco" amarelo.

Óxido de cádmio

Eles não podiam vender esse "óxido de zinco", uma vez que a cor do complexo era normalmente branca; E, em vez disso, eles venderam carbonato de zinco, também branco. Dada essa situação, Stromayer decidiu estudar o suposto óxido de zinco amarelo.

Para fazer isso, ele aqueceu amostras de carbonato de zinco (calamina) e houve um óxido de zinco amarelo, conforme informado. Depois de analisá -lo, ele concluiu que a cor amarela era um produto devido à presença de um óxido metálico de um novo elemento.

Depois de extrair esse novo óxido metálico, produziu sua redução, alcançando isolamento de cádmio. Stromayer determinou sua densidade e obteve um valor de 8,75 g/cm³, Perto do valor conhecido atualmente por este parâmetro (8,65 g/cm³).

Da mesma forma, Stromayer apontou que o novo elemento tinha uma aparência semelhante à platina e que também estava presente em muitos compostos de zinco e inclusivo no zinco purificado.

Stromayer sugeriu o nome de "Cadmium" da voz latina "Cadmia", nome chamado de Calamina, Znnco₃.

Cádmio em sulfeto de zinco

Karl Hermann (1817) encontrou uma cor amarela não projetada quando processou o sulfeto de zinco e pensou que poderia ser uma contaminação com o arsênico. Mas uma vez que essa possibilidade foi descartada, Hermann percebeu que estava na presença de um novo elemento.

- Formulários

1840-1940

Na década de 1840, o uso de cádmio começou a ser explorado como um pigmento. O Código Farmacêutico Britânico indica em 1907 o uso de iodeto de cádmio como um remédio para tratar “articulações ampliadas”, glândulas escrofulosas e Sabañones.

Nas décadas de 1930 e 1940, a produção de cádmio foi destinada ao platina de aço e ferro para protegê -los da corrosão. Na década de 1950, foram utilizados compostos de cádmio, como sulfeto de cádmio e seleneto de cádmio como fontes de pigmentos vermelhos, laranja e amarelo.

1970-1990

Nas décadas de 1970 e 1980, descobriu -se que os compostos de cádmio e estearato de cádmio eram estabilizadores de PVC, que produziram um aumento na demanda de cádmio. No entanto, regulamentos ambientais devido à toxicidade do cádmio.

Nas décadas de 1980 e 1990, o cádmio parou de usar muitas de suas aplicações, mas sua produção aumentou com a criação das baterias recarregáveis ​​de níquel-cádmio, que chegaram a representar 80 % do consumo de cádmio nos Estados Unidos.

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Propriedades físicas e químicas de cádmio

Aparência

Cinza cinza -ferido e macio -gray branco. Torna -se quebradiço por exposição a 80 ºC, sendo capaz de cortar com uma faca. É maleável e rolos podem ser formados com ele.

Peso atômico padrão

112.414 u

Número atômico (Z)

48

Categoria de elemento

Pós -transição metal, considerado alternadamente um metal de transição. A definição do IUPAC de um metal de transição é aquele cujos átomos têm um subcap incompleto ou que pode levar a cátions com um subcap incompleto.

De acordo com essa definição, o cádmio não é um metal de transição desde o seu cátion de CD²⁺ Possui seus orbitais 4D completamente cheios de elétrons (4D¹⁰).

Cheiro

Lavatório

Ponto de fusão

321.07 ºC

Ponto de ebulição

767 ºC

Densidade

Temperatura ambiente: 8,65 g/cm³

No ponto de fusão (líquido): 7.996 g/cm³

Calor de fusão

6,21 KJ/mol

Calor de vaporização

99,87 KJ/mol

Capacidade calórica molar

26.020 J/(mol · k)

Eletro-negatividade

1.6 na escala Pauling

Energias de ionização

Primeiro: 867,8 kJ/mol (CD⁺ gasoso)

Segundo: 1631,4 KJ/mol (CD²⁺ gasoso)

Terceiro: 3616 KJ/mol (CD³⁺ gasoso)

Condutividade térmica

96,6 W/(M · K)

Resistividade Elétrico

72,7 nω · m a 22 ° C

Dureza

2.0 na escala MOHS. É um metal, embora denso, consideravelmente macio.

Estabilidade

É lentamente oxidado pelo ar úmido para formar óxido de cádmio, que mancha seu brilho metálico. Não é inflamável, mas na forma de poeira pode queimar e experimentar a auto -ignição.

Auto-direção

250 ºC para cádmio é uma forma de poeira.

Índice de refração

1,8 a 20 ºC

Reatividade

O cádmio pode queimar no ar para formar óxido de cádmio (CAO), uma poeira amorfa marrom, enquanto a forma cristalina é vermelha escura.

O cádmio reage rapidamente com ácido nítrico diluído e lentamente com ácido clorídrico quente. Ele também é capaz de reagir com ácido sulfúrico, mas não reage com álcalis. Em todas essas reações, os sais de cádmio de seus ânions correspondentes são formados (Cl^-) ou oxoanions (não₃^- Eu sou₄^2-).

Estrutura e configuração eletrônica

Diagrama de camada de elétrons de cádmio, elemento 48 na tabela periódica. Fonte: Pumbaa (trabalho original de Greg Robson) CC BY-SA 2.0 (http: // criativecommons.Org/licenças/BY-SA/2.0/)

Os átomos de cádmio de seu vidro estabelecem uma ligação metálica de seus elétrons de valência, localizados nos orbitais 4D e 5S de acordo com sua configuração eletrônica:

[KR] 4D¹⁰ 5s²

No entanto, embora os orbitais 4D estejam cheios de elétrons e que também se possa pensar que o “mar de elétrons” é abundante para coes. Isso pode ser demonstrado experimentalmente com seu baixo ponto de fusão (321 ºC), em comparação com o de outros metais de transição.

Portanto, e outras razões químicas, o cádmio às vezes não é considerado um metal de transição. Existem tantos elétrons (doze) envolvidos em sua ligação metálica, que começam a perturbar suas repulsões negativas; que, juntamente com a diferença de energia entre os orbitais 4D cheios e os 5s, enfraquece a interação CD-CD.

Os átomos de CD acabam definindo uma estrutura cristalina hexagonal compacta (HCP), que não sofre transições de fase antes de seu ponto de fusão. Quando os cristais de HCP de cadmio passam por uma pressão equivalente a 10 GPa, a estrutura é apenas deforma; Mas sem relatar nenhuma mudança de fase.

Números de oxidação

O cádmio não pode perder os doze elétrons de Valência; De fato, você não pode nem perder um de seus orbitais 4D, mais estável em energia em comparação com o Orbital 5s. Portanto, você só pode perder os dois elétrons orbitais 5s², Ser consequentemente um metal divalente; Como em zinco, Mercúrio e metais alcalinos (Sr. Scholambara).

Quando a existência do cátion cd é assumida em seus compostos²⁺, Dizem então que o cádmio tem um número ou estado de oxidação +2. Este é o seu principal número de oxidação. Por exemplo, os seguintes compostos contêm cádmio como +2: cdo (cd²⁺QUALQUER^2-), CDCL₂ (CD²⁺Cl₂^-), CDSO₄ (CD²⁺SW₄^2-) e CD (não₃)₂.

Além desse número de oxidação, também existem +1 (CD⁺) e -2 (CD^2-). O número de oxidação +1 é observado na dicação do CD₂²⁺, em que cada átomo de cádmio tem uma carga positiva. Enquanto isso, -2 é bastante estranho e se aplicaria ao ânion "Cadmuro".

Onde está e obtenha

Cristais de Greenockita. Fonte: Rob Lavinsky, Irocks.COM-CC-BY-SA-3.0 [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/3.0)]

O cádmio é um elemento raro que tem uma concentração de 0,2 g / tonelada da crosta terrestre. O único mineral importante de cádmio é Greenockita (CDS), que não é explorável do ponto de vista da mineração e da mineração.

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O cádmio está associado ao zinco no mineral de esfreno (ZNS), que geralmente contém uma concentração que varia entre 0,1 % e 0,3 %; Mas, em alguns casos.

Rochas processadas para obter fertilizantes de fósforo podem ter uma concentração de cádmio de 300 mg / kg de fertilizante. O carvão também pode conter quantidades pequenas, mas significativas de cádmio.

Uma fonte importante de cádmio são as emissões vulcânicas que podem levar o cádmio para as águas da superfície. O uso de fertilizantes de fósforo em solos de uso agrícola levou à contaminação por cádmio.

O cádmio presente em solos ácidos é absorvível por vegetais. Alguns dos vegetais são usados ​​pelo homem como alimento, o que explica como a ingestão de água e alimentos é a principal fonte de renda de cádmio em pessoas não professionalmente expostas ou fumantes.

Tratamento de esfalerita

Durante a mineração, fundição e refino do zinco presente no esfalerita, o cádmio é geralmente obtido como um produto secundário. Um evento semelhante também ocorre, embora em menor grau, durante o processamento de cobre e chumbo.

Da mesma forma, pequenas quantidades de cádmio podem ser obtidas com a reciclagem de resíduos de ferro e aço.

O Sprail é submetido a torradas para que o sulfeto de zinco se torne seu óxido, ZnO. A mesma reação é sofrida pelo sulfeto de cádmio:

2 Zns + 3 O₂ → 2 ZnO + 2 Então₂

Se essa mistura de óxido for aquecida com carvão, eles serão reduzidos aos seus respectivos metais:

ZnO + Co → Zn + Co₂

Da mesma forma, o zinco e o cádmio podem ser produzidos por eletrólise ao dissolver óxidos no ácido sulfúrico.

Qualquer um dos dois métodos gera um cinquenta contaminado com cádmio. Ao derreter, o cádmio pode ser destilado no vácuo devido ao seu ponto de fusão mais baixo (321 ° C) em comparação com o com CINC (420 ° C).

Isótopos

Entre os isótopos naturais e estáveis ​​do cádmio, temos, com suas respectivas abundâncias aqui na Terra:

-¹⁰⁶CD (1,25%)

-¹⁰⁸CD (0.89%)

-¹¹⁰CD (12,47%)

-¹¹¹CD (12,8%)

-¹¹²CD (24,11%)

-¹¹⁴CD (28,75%)

-¹¹³CD (12,23%)

Ele ¹¹³O CD é radioativo, mas devido ao grande valor de sua meia -vida (t_1/2= 7,7 · 10^quinze anos), pode ser considerado estável. E depois há o ¹¹⁶CD, também radioativo, com meia -vida de 3,1,10¹⁹ anos, para que possa ser considerado um isótopo estável, representando 7,51 % do cádmio.

Observe que a massa atômica média é de 112.414 u, mais próxima de 112 do que 114. A existência de um isótopo predominante acima dos outros não é observado no cádmio.

Riscos

Em geral

A absorção de cádmio ocorre principalmente por comida, especialmente fígado, cogumelos, mariscos, cacau em pó e algas secas.

Um caso emblemático ocorreu na China no século passado, onde houve uma importante poluição com cádmio na população. A poluição de cádmio ocorreu devido à sua alta concentração no arroz, causada pela presença de cádmio em solos de cultivo de cereais.

Um fumante tem uma ingestão média de 60 µg / dia. A concentração máxima do cádmio permitida no sangue é de 15 µg / dia. Não fumantes têm uma concentração de cádmio no sangue em torno de 0,5 µg / L.

Os pulmões absorvem entre 40 e 60 % do cádmio presente na fumaça do tabaco. O cádmio absorvido nos pulmões é transportado no sangue, formando complexos com proteínas, cisteína e glupações, que terminam no fígado, rins, etc.

Uma inalação aguda de cádmio pode causar sintomas semelhantes aos observados em um processo de gripe; como frio, febre e dores muscular, sendo capaz de causar danos pulmonares. Enquanto isso, a exposição crônica ao cádmio pode causar doenças pulmonares, rins e ossos.

Efeito nos rins

Nos rins, o cádmio geralmente causa uma alteração no fósforo e no metabolismo de cálcio, evidenciado por um aumento na produção de cálculos renais. Além disso, causa danos renais manifestados na aparência na urina da proteína transportadora de retinol e da β-2-microglobulina.

Efeito de reprodução

A exposição materna ao cádmio está associada a um baixo peso da criança no nascimento e um aumento na taxa de abortos espontâneos.

Dano de osso

O cádmio está relacionado no Japão à presença da doença de Itai -Itai no século passado. Esta doença é caracterizada por baixa mineralização óssea, fragilidade óssea com alta taxa de fratura, aumento da osteoporose e dor óssea.

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Carcinogênese

Embora os experimentos de ratos tenham estabelecido uma relação entre cádmio e câncer de próstata, ele não foi demonstrado em humanos. Uma associação entre cádmio e câncer renal foi evidenciada e também foi associada ao câncer de pulmão.

Formulários

Bactérias recarregáveis ​​de níquel-cádmio

Baterias diferentes ou baterias Ni-CD. Fonte: Boffy B via Wikipedia.

O hidróxido de cádmio foi usado como cátodo em baterias NI-CD. Estes foram usados ​​na indústria ferroviária e aeronáutica, bem como em instrumentos para uso coletivo que incluem telefones celulares, câmera de vídeo, laptops etc.

O consumo de cádmio para a elaboração de baterias de NI-CD representou 80 % da produção de cádmio. No entanto, devido à toxicidade desse elemento, as baterias Ni-CD foram gradualmente substituídas por baterias de hidreto de níquel-metal.

Pigmentos

Cádmio vermelho. Fonte: Marco Almbauer [Domínio Público]

O sulfeto de cádmio é usado como pigmento amarelo e seleniuro de cádmio como um pigmento vermelho, conhecido como Cadmio Red. Esses pigmentos são caracterizados por seu brilho e intensidade, por isso foram usados ​​em plásticos, cerâmica, vidro, esmaltes e cores artísticas.

Foi apontado que o pintor Vincent van Gogh usou pigmentos de cádmio em suas pinturas, o que lhe permitiu alcançar uma variedade de vermelho, laranja e amarelo brilhante.

A coloração dos pigmentos de cádmio deve ser atenuada antes de ser moída com óleos ou misturados em aquarelas e acrílicos.

Televisão

Componentes que contêm cádmio foram usados ​​no fósforo de televisões em preto e branco, bem como em partidas azuis e verdes para tubos de imagem para televisão em cores.

O fósforo fazia parte da tela que foi irradiada por raios de cátodo, sendo responsável pela formação de imagem. O cádmio, apesar de sua toxicidade, começou a ser usado nas televisões QLED da criação recente.

Estabilização de PVC

Os compostos de cádmio formados com carboxilato, laurerado e révia foram usados ​​como estabilizadores de cloreto de polivinil, pois atrasam a degradação produzida pela exposição ao calor e à luz ultravioleta que quebra o PVC durante seu processo de fabricação.

Devido à toxicidade do cádmio, novamente, os estabilizadores de PVC unidos ao cádmio foram substituídos por outros estabilizadores, como bário, cálcio-zinco e organostaño.

Ligas

Cádmio tem sido usado em ligas de rolamento devido à sua alta resistência à fadiga e ao baixo coeficiente de atrito. O cádmio tem um ponto de fusão relativamente baixo, por isso é usado em ligas de baixa manutenção e é componente, além de muitos tipos de soldagem.

O cádmio também pode ser usado em ligas de condutividade elétrica, condutividade térmica e contato elétrico.

Cobertura

O cádmio é usado para proteção de aço, alumínio e outros elementos de fixação de metal não ferrosos, bem como peças móveis. O revestimento de cádmio fornece proteção contra corrosão naqueles meios salinos e alcalinos. Além disso, serve como um lubrificante.

O cádmio também é usado em muitas aplicações elétricas e eletrônicas que precisam de resistência à corrosão e baixa resistividade elétrica.

Reatores nucleares

O cádmio é usado em reatores nucleares por sua capacidade de capturar nêutrons, o que permite controlar o excesso de nêutrons do produto da fissão nuclear, evitando fissuras nucleares adicionais.

Semicondutores

O Seleniuro e o Cadmium Telluriuro são compostos que cumprem a função dos semicondutores na detecção de luz e em células solares. O HGCDTE é sensível à luz infravermelha e é usado como detector de movimento, bem como um interruptor para dispositivos de controle remoto.

biologia

Luz a laser He-CD. Fonte: Anonymous (https: // www.Flickr.com/fotos/[Email Protects]/35766549)

O helium-CD intervém na formação de um feixe de laser azul-violeta de um comprimento de onda que varia entre 325 e 422 nm, utilizável em microscopos de fluorescência.

O cádmio é usado na biologia molecular para bloquear os canais de cálcio, dependentes do potencial da membrana.

Referências

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