Prezzo, storia, occorrenza, estrazione e uso del cadmio

Il cadmio (anche raramente cadmio, greco καδμία kadmía, latino cadmea, "terra di zinco ossidante o contenente carbonato") è un elemento chimico con l'elemento simbolo Cd e il numero atomico 48. Di solito viene conteggiato tra i metalli di transizione, sebbene abbia una conchiglia chiusa e quindi più simile ai principali elementi del gruppo, in particolare i metalli alcalini della terra. Nella tavola periodica è in 5. Periodo e 2. Sottogruppo (gruppo 12) o gruppo zinco.

Storia

1817 ha scoperto indipendentemente il cadmio nel carbonato di zinco contaminato da Friedrich Stromeyer e Carl Samuel Hermann. Stromeyer notò che il carbonato di zinco contaminato scoloriva per riscaldamento, un comportamento che non mostrava carbonato di zinco puro. Per quasi 100 anni, il metallo è stato vinto solo in Germania.

Plinio il Vecchio riferì nel suo intorno all'anno 77 storia naturale Naturalis historia di Galmeifunden in Germania: "cadmea [...] ferunt nuper etiam in Germania provincia repertum" (tedesco: "recentemente è stato trovato nella provincia di Germania Galmei"). Il termine cadmio era già usato nel Medioevo, probabilmente per zinco o suo minerale carbonato. Come evidenziato da un documento rilasciato dall'imperatore Federico II nell'aprile 1226 a Ravenna, ciò conferisce il diritto al monastero benedettino di San Paolo in Lavanttal "ut Cadmiae tam argentj quam plumbi et ferri, que in territorio ipsius monasteri de cetero inveniri contigerint "ad opus suum" (tedesco: "che lo zinco, così come l'argento, così come il piombo e il ferro, che si trova nella zona del monastero, viene utilizzato per il suo scopo").

Nonostante la tossicità del cadmio e dei suoi composti, è stato dimostrato che il British Pharmaceutical Codex di 1907 utilizza lo ioduro di cadmio come trattamento per scrub (ghiandole scrofolose) e geloni (ghiandole scrofolose).

1907 ha definito Ångström come 1 / 6438,4696 volte la lunghezza d'onda di una linea spettrale rossa di cadmio nell'aria secca con un contenuto di anidride carbonica di 0,03% a una temperatura di 15 ° C e una pressione di 1 atm. La Conferenza generale 1960 su pesi e misure ha accettato la lunghezza d'onda della piega 1.553.164,13 di una linea spettrale rossa di cadmio come definizione secondaria di un metro.

1942 ha utilizzato fogli di cadmio Enrico Fermi nel primo reattore nucleare al mondo. I fogli potrebbero essere spinti dentro e fuori dal reattore per controllare la reazione a catena. Il cadmio può catturare neutroni a gap moderato e quindi influenzare la criticità del reattore.

Presenza

Il cadmio è un elemento molto raro. La sua quota nella crosta terrestre è solo di circa 3 · 10^-5 . Il cadmio si trova estremamente raramente in forma solida, cioè in forma elementare. Finora sono noti solo cinque siti in tre paesi: il fiume Khann'ya nel bacino di Vilyui, il bacino del fiume Jana vicino a Verkhoyansk e l'intrusione di Billeekh nella Repubblica russa di Sakha (Yakutia, Siberia orientale); i pozzi Goldstrike vicino a Lynn nella contea di Eureka nello stato americano del Nevada e il massiccio del Burabaiskii nell'area di Aqumola in Kazakistan.

Poiché i minerali contenenti cadmio sono principalmente lo schermo di cadmio Greenockit (CdS) con fino a 77,81% Cd e il Cadmiumspat Otavit (CdCO3) con fino a 65,20% Cd noti, ma che sono troppo rari per il degrado commerciale. Entrambi sono quasi sempre associati a vari minerali di zinco come la sfalerite (ZnS) e la smithsonite (ZnCO3).

Complessivamente finora (stand 2018) si sa qualcosa di più dei minerali al cadmio 20. Il rarissimo ossido di cadmio Monteponite ha il più alto contenuto di Cd fino a 87,54%. Altri minerali includono Hawleyit (77,81% Cd), Cadmoselite (58,74% Cd) e Drobecit (IMA 2002-034, 40,07% Cd).

Cadmio come minerale

Il cadmio naturale nella sua forma elementare è stato descritto per la prima volta da 1979 BV Oleinikov, AV Okrugin e NV Leskova. e riconosciuto dall'International Mineralogical Association (IMA) come specie minerale indipendente (numero interno di adesione IMA: 1980-086a).

Secondo la classificazione dei minerali secondo Strunz (edizione 9) il cadmio è sotto il sistema n. 1.AB.05 (Elementi - Metalli e intermetallici - Famiglia zinco-ottone - Gruppo zinco). In 8 obsoleto. Tuttavia, il cadmio non è ancora elencato nell'edizione di Mineral Systematics di Strunz. Solo nell'ultimo 2018 aggiornato "Lapis directory minerale", che si basa su questa forma di numerazione del sistema fuori considerazione per collezionisti privati ​​e collezioni istituzionali, il minerale ha ricevuto il sistema e minerale n. I / A.4-40. La classificazione dei minerali secondo Dana, che viene utilizzata principalmente nei paesi di lingua inglese, porta l'elemento minerale nel sistema n. 01.01.05.02.

Estrazione e presentazione

Il cadmio è ottenuto esclusivamente come sottoprodotto della fusione dello zinco e, in misura minore, della fusione del piombo e del rame. Quantità minori si applicano anche al riciclaggio di ferro e acciaio.

La produzione di cadmio dipende da come viene estratto lo zinco. Nell'estrazione di zinco secco, il cadmio viene prima ridotto con lo zinco. Poiché il cadmio ha un punto di ebollizione inferiore rispetto allo zinco, evapora più facilmente. Di conseguenza, una miscela di cadmio-zinco evapora dal recipiente di riduzione e reagisce altrove con ossigeno a cadmio e ossido di zinco. Successivamente, questa miscela viene miscelata in un recipiente di distillazione con coke e distillata dal cadmio dallo zinco. La distillazione frazionata consente di raggiungere livelli più elevati di cadmio.

Durante l'estrazione di zinco umido, gli ioni di cadmio disciolti vengono ridotti e fatti precipitare con polvere di zinco. Il cadmio risultante viene ossidato con ossigeno a ossido di cadmio e sciolto in acido solforico. Dalla risultante soluzione di solfato di cadmio si ottiene elettrolisi con anodi di alluminio e catodi di piombo cadmio elettrolitico particolarmente puro.

Proprietà fisiche

Il cadmio è un metallo argenteo lucido con una densità di 8,65 g / cm3. È morbido (durezza Mohs 2), deformabile plasticamente e può anche essere tagliato con un coltello per attirare fili e martello in volantini.

Il cadmio si solidifica esclusivamente nel sistema di cristalli esagonali nel gruppo spaziale P63 / mmc (gruppo spaziale numero 194). I parametri reticolari del cadmio puro sono a = 0,2979 nm (corrisponde a 2,98 Å) e c = 0,5617 nm (corrisponde a 5,62 Å) per unità di formula 2 per unità di cella.

Simile alla stagno, si verificano rumori tipici quando si piega il cadmio di media purezza (chiamato stagno di peltro in stagno). Il cadmio lucido perde la sua lucentezza nell'aria dopo alcuni giorni, anche se è più resistente alla corrosione dello zinco. Nell'aria gassata, forma un rivestimento bianco grigiastro contenente anidride carbonica. Fortemente riscaldato, brucia con una fiamma da rossastra a giallastra a ossido di cadmio brunastro cadmio diossido.

CdO è stato testato per la sua elevata tossicità durante la seconda guerra mondiale dagli Stati Uniti per la sua idoneità come agente di guerra chimica.

Proprietà chimiche

Nei composti chimici di solito è bivalente. È chimicamente simile allo zinco, ma tende a formare composti complessi con il numero di coordinazione 4. Nell'aria il cadmio forma un oscuramento della superficie dovuto all'ossidazione. Nel mezzo alcalino, la superficie è insolubile, pesante in acido solforico e acido cloridrico e facilmente solubile in acido nitrico.
Utilizzare

A causa dell'elevata tossicità del cadmio, la sua importanza diminuisce. Da dicembre 2011 è vietato in gioielleria, leghe per saldatura e in PVC nell'Unione Europea. Il cadmio è o è stato usato:

• come protezione anticorrosiva per materiali ferrosi (cadmio)
• come rivestimento superficiale per materiali in alluminio nell'ingegneria militare (ad es. lanciarazzi)
• per batterie al nichel-cadmio
• per pigmenti da giallo a rosso intenso di solfuro di cadmio e selenide di cadmio per vernici e materie plastiche (nel frattempo bassa importanza pratica a causa di possibili rischi per la salute, in particolare quando si bruciano articoli corrispondenti)
• come metallo legato in leghe a bassa fusione, ad esempio materiali per cuscinetti o metallo di Wood
• prima del lubrificante nei freni a disco
• come componente di materiali di saldatura (saldatura), anche per leghe di brasatura
• per la produzione di semiconduttori
• Ossido di cadmio come fosforo in tubi televisivi in ​​bianco e nero e aggiunta in fosforo blu e verde di tubi colorati
• Ossido di cadmio come miscela all'argento nei contatti di commutazione
• come materiale di schermatura contro i neutroni termici e per le barre di controllo nella tecnologia nucleare grazie alla sezione trasversale particolarmente elevata dell'isotopo 113 per la cattura dei neutroni
• come fonte di radiazione gamma ad alta energia (attorno a 7 MeV) da neutroni termici per la successiva generazione di positroni per generazione di coppie
• Solfuro di cadmio in esposimetri la cui sensibilità spettrale è simile a quella dell'occhio umano
• Tellururo di cadmio come sensore sensibile all'infrarosso per telecamere (array sul piano focale)
• nelle celle solari a film sottile come tellururo di cadmio o solfuro di cadmio per la generazione di energia
• Cd stearato come stabilizzante in plastica, ad esempio in PVC (insensibile alla luce, ma nel frattempo di scarsa importanza pratica a causa di possibili rischi per la salute)
• prima nei Weston Normal Elements per determinare l'unità di misura della tensione, 1 volt
• Leghe di bismuto di cadmio per micce
• Leghe d'argento-cadmio come disossidanti nella produzione di argento sterling
• per gioielleria: leghe oro-oro-cadmio verde oro
• lampada Cadmio
• laser elio-cadmio
• Ioni di cadmio per bloccare i canali del calcio attivati ​​dalla tensione in elettrofisiologia
  per colorare il vetro in giallo, arancione e rosso aggiungendo solfuro di cadmio, selenide e tellururo o loro miscele.

Il cadmio calcogenuro di cadmio solfuro (giallo), cadmio selenide (rosso) e cadmio tellururo (nero) sono importanti semiconduttori II-VI. Sono prodotti, ad esempio, nanoparticolati come punti quantici (punti quantici) e utilizzati, tra l'altro, nella biochimica in vitro.

prova

Come campione preliminare per il cadmio, il cosiddetto Glühröhrchenprobe può servire. A tal fine, una certa sostanza madre viene riscaldata in un Glühröhrchen ad alta fusione e ridotto ai metalli la risultante miscela di ossido solfuro con ossalato di sodio. Come componente volatile, il cadmio evapora e si deposita come uno specchio di metallo nella parte superiore del tubo.

Con la successiva aggiunta di zolfo e rinnovata ricottura, il solfuro di cadmio si forma dallo specchio metallico e dal vapore di zolfo, che è rosso nel calore e giallo a temperatura ambiente. Questo cambio di colore può essere ripetuto più volte.

La reazione di rilevazione per cationi di cadmio è la precipitazione con soluzione di solfuro o acqua di idrogeno solforato come solfuro di cadmio giallo. Altri ioni di metalli pesanti interferiscono con questo rilevamento, in modo che prima di effettuare una separazione cationica.

Per la determinazione quantitativa delle tracce di cadmio si consiglia la polarografia. Gli ioni cadmio (II) entrano in un livello in 1 M KCl a -0,64 V (vs. SCE). Nell'intervallo ultra-traccia, la voltammetria inversa può essere utilizzata su elettrodi al mercurio. Molto sensibile è anche il tubo di grafite AAS di cadmio. Qui è ancora possibile rilevare 0,003 μg / l. L'elemento relativamente volatile non tollera un'alta temperatura di pirolisi. Un modificatore di matrice come il nitrato di magnesio e palladio può aiutare.

sicurezza

Il cadmio è molto tossico e i suoi composti sono classificati come nocivi (come il tellururo di cadmio), tossici (ad es. Solfuro di cadmio) o molto tossici (ossido di cadmio); c'è anche un ragionevole sospetto di un effetto cancerogeno nell'uomo. La polvere contenente cadmio ingerita provoca danni a polmoni, fegato e reni.

Nelle aree di lavoro in cui vengono utilizzati composti di cadmio riscaldati (stazioni di saldatura e bagni di cadmio), garantire una buona ventilazione o estrazione. Secondo l'ordinanza sull'interdizione chimica, il contenuto di cadmio nelle materie plastiche non deve superare 0,01 percento in peso (100 mg / kg). Questo limite si applica in tutta l'Unione Europea.

Dal dicembre 2011 applica un divieto più severo sul cadmio nelle materie plastiche, vernici, stabilizzanti e alcuni tipi di lavorazione dei metalli ai sensi del regolamento REACH, voce 23 nell'allegato XVII. In precedenza, la brasatura all'argento conteneva in genere da 10% a 25% cadmio, gioielli per bambini fino a 30%, PVC 0,2%. Con 10. A dicembre 2011 è stato esteso il divieto di saldature contenenti cadmio nelle saldature e nella produzione e commercializzazione di gioielli placcati in cadmio. Inoltre, sono stati inclusi tutti i prodotti contenenti PVC, ad eccezione del riciclaggio del PVC. Con il regolamento (UE) 2016 / 217 di 16. Nel febbraio 2016, il cadmio in alcune pitture e vernici è stato aggiunto alla voce 23 nell'allegato XVII del regolamento REACH. Inoltre, il contenuto di cadmio in alcune pitture e vernici contenenti zinco o prodotti che lo contengono è stato limitato. Ci sono eccezioni, ad esempio a causa dell'alta densità di potenza delle batterie Ni-Cd negli apparecchi elettrici senza fili.

tossicologia

Il cadmio è un sottoprodotto inevitabile dell'estrazione di zinco, piombo e rame nell'industria chimica. Il cadmio si trova anche in fertilizzanti e pesticidi.

Registrazione e pericoli

L'Organizzazione mondiale della sanità ha ripetutamente declassato la sua dichiarazione sull'assunzione tollerabile di cadmio negli ultimi anni, più recentemente 2013 a un'assunzione mensile tollerabile (TMI) di 25 μg per chilogrammo di peso corporeo. L'Autorità europea per la sicurezza alimentare ha emesso 2009 con un livello significativamente inferiore di 2,5 μg per chilogrammo di assunzione settimanale tollerabile di peso corporeo (TWI).

Il cadmio viene assorbito dall'uomo principalmente attraverso il cibo. Gli alimenti ricchi di cadmio includono: fegato, funghi, molluschi e altri molluschi, cacao in polvere e alghe secche. Inoltre, i semi di lino contengono molto cadmio, motivo per cui si consiglia di non assumere più di 20 g di semi di lino ogni giorno. Inoltre, dall'introduzione dei fertilizzanti artificiali, si è verificato un accumulo di cadmio sui terreni agricoli e quindi in quasi tutti gli alimenti. Le risorse di fosfati sono limitate e la maggior parte delle risorse sono contaminate da cadmio o metalli pesanti radioattivi. Il contenuto di cadmio nei depositi di fosfato è molto diverso. Molti paesi industrializzati hanno già introdotto un limite al cadmio nei fertilizzanti. In Austria la concentrazione di cadmio è limitata a 75 mg / kg P2O5. Inoltre, il fumo di tabacco trasporta quantità relativamente grandi di cadmio nei polmoni, da dove si diffonde con il sangue nel corpo.

Soprattutto le persone che lavorano in fabbriche ad alto cadmio sono ad aumentato rischio. Ma ci sono anche pericoli derivanti da discariche selvagge e lavori in metallo. L'inalazione di cadmio può danneggiare gravemente i polmoni e persino portare alla morte. Incidenti nell'industria - come nella provincia cinese del Guangdong - e decenni di emissioni - come nel caso della malattia di Itai Itai (nell'uomo) e della malattia di Gressenicher (nel pascolo del bestiame) - chiariscono i pericoli reali.

Danni agli esseri umani

Il cadmio può accumularsi gradualmente nel corpo a causa di motivi industriali o ambientali e causare un avvelenamento cronico che è difficile da riconoscere.

Il cadmio viene assorbito dalla dieta a circa l'5% nell'intestino. Con carenza di ferro e calcio, il tasso di assorbimento aumenta, suggerendo che tutti e tre i metalli usano la stessa via di trasporto. Il cadmio stimola dapprima nel fegato la sintesi delle metallotioneine, con le quali forma un complesso e viene trasportato attraverso il flusso sanguigno ai glomeruli renali dove viene filtrato e ripreso dai tubuli renali. Nelle cellule tubulari, il complesso metallotioneina-cadmio viene metabolizzato e il Cd viene rilasciato. Anche in questo caso, cd attiva una sintesi aumentata di metalthione, che lega ancora più cadmio. L'accumulo nei reni provoca danni a questo organo, con conseguente proteinuria. A causa di questo legame alle proteine ​​il cadmio viene escreto solo molto lentamente, l'emivita per il corpo rimane fino a 30 anni. Pertanto, il contenuto di cadmio aumenta dalla nascita e diminuisce nuovamente all'età di 50-60 anni.

Il cadmio inoltre danneggia le ossa, poiché alla fine porta alla mobilizzazione del calcio. Il Cd compete nell'intestino con il calcio per i siti di legame sulla proteina legante il Ca nella mucosa intestinale. Inoltre, il Cd blocca la ri-sintesi di 1,25-diidrossicolecalciferolo (calcitriolo) nelle cellule del tubulo renale. 1,25-Dihydroxycholecalciferol è necessario per attivare la sintesi della proteina legante il calcio nella cellula della mucosa intestinale. In sintesi, il cadmio provoca un ridotto riassorbimento del calcio nell'intestino e nei reni, nonché una maggiore escrezione con l'urina con la conseguenza di un rilascio di calcio dalle ossa e quindi il degrado dello stesso.

In caso di avvelenamento da cadmio acuto, l'escrezione biliare può essere assistita dalla somministrazione di penicillamina o dimercaprolo. Non è noto un efficace trattamento oltre l'avvelenamento da cadmio acuto.

sintomi

• Diarrea, mal di stomaco e vomito violento
• danni renali
• fratture ossee
• Danni al sistema nervoso centrale
• Danni al sistema immunitario
• Disturbi della riproduzione e forse anche infertilità
• psychische Störungen
• Possibile danno al DNA e carcinogenesi
• Perdita dell'olfatto

Connessioni

→ Categoria: Composto di cadmio
Ossidi e idrossidi

• Ossido di cadmio CdO
• Cadmio idrossido Cd (OH) 2

alogenuri

• Fluoruro di cadmio CdF2
• Cloruro di cadmio CdCl2
• Bromuro di cadmio CdBr2
• Ioduro di cadmio CdI2

calcogenuri

• Solfuro di cadmio CdS
• Selenuro di cadmio CdSe
• Tellururo di cadmio CdTe

Altri composti

• Solfato di cadmio CdSO4
• Nitrato di cadmio Cd (NO3) 2
• Cadmio cianuro Cd (CN) 2
• Cadmio stearato Cd (C17H35COO) 2

Prezzi del cadmio

Prezzo del cadmio -> Prezzi dei metalli strategici

Grafico Cadmio 2005-2012