Cadmiul

Cadmiul

Cadmiul a fost descoperit de chimistul german Strohmeyr în anul 1917 în timp ce prelucra unele minereuri de zinc ca să obţină carbonat de zinc farmaceutic. El a observat că în loc să rezulte soluţii incolore, ca de obicei, soluţiile respective aveau culoarea galbenă. La început a crezut că acestea conţin impurităţi de fier sau arsen, dar după verificările de rigoare a constatat că se afla în fata unui element nou. Separând oxidul elementului necunoscut, de oxidul de zinc, l-a supus reducerii cu cărbune şi a reuşit sa obţină noul metal pe care l-a numit cadmiu, de la cuvantul grecesc Kadmeia, atribuit, în vechime, oxidului de zinc folosit în vopsitori.

De obicei el se găseşte în minereurile de zinc, însoţind în mod frecvent blenda şi smithsonitul. Conţinutul de cadmiu din minereurile de zinc variază în limite largi de la 0,02 la 2,5%. Principalele minerale de cadmiu sunt: greenochitul (sulfura de cadmiu – CdS) având un conţinut de 77% cadmiu; otawitul (carbonat de cadmiu – CdCO3) si monteponitul (oxidul de cadmiu

La prelucrarea minereurilor de zinc, cadmiul distilă la o temperatură mai joasă (768 oC) decât zincul. Purificarea se face prin electroliza CdSO4 şi, la o anumită tensiune si intensitate de curent, se separa de Zn.

Chimism

Cadmiul este un metal de tranziţie bivalent, care are numãrul atomic 48 şi masa de 112.4 g/mol. Este lucios, are culoarea argintiu albãstrui, gri. Are duritatea micã (poate fi tãiat cu ajutorul unui cuţit), este ductil, foarte maleabil, se oxideaza in aer liber şi este toxic..

Cadmiu

Este solubil în acizi, dar nu în alcalii.

Cea mai des întalnitã stare de oxidare a Cadmiului este +2, dar poate avea şi +1. În urma arderii, în prezenţa aerului, formeazã oxid de cadmiu amorf (CdO), de culoare brunã. Partea cristalizatã are culoarea roşu – închis şi îşi schimbã culoarea dacã este încãlzitã, în mod asemãnãtor cu oxidul de zinc.

Structura electronică a cadmiului

K L M N O P

48Cd 1s2 2s2p6 3s2p6d10 4s2p6d10 5s2

Atomul de cadmiu

Numărul de protoni din nucleul unui atom este egal cu numarul de electroni care orbiteaza în jurul nucleului. Atomul de cadmiu are 48 de protoni si 48 de electroni.

Cei 48 de electroni sunt localizaţi pe 5 nivele: 2 electroni pe cel interior, pe următorul 8, pe al treilea nivel 18, 18 pe al patrulea si 2 pe stratul extern.

Cadmiu +2 este dizolvat de:

HCl + Cd → CdCl + H2

H2SO4 + Cd → CdSO4 + H2

HNO3 + Cd → Cd(NO3)2 + H2

Cadmiu cu starea de oxidare +1 se formeazã prin dizolvarea Cd într-un amestec de clorurã de Cd si clorurã de Al, formând Cd22+

Cd + CdCl2 + 2AlCl3 → 2Cd[AlCl4]

Izotopi

Cadmiu natural are 8 izotopi. Pentru doi dintre ei s-a observat radioactivitate ridicatã, iar alţi 3 se presupun a fi radioactivi, dar datoritã ratei foarte ridicate de înjumãtaţire, nu s-a putut documenta procesul de descompunere.

Cei doi izotopi radioactivi sunt 113Cd (Dezintegrare β, timpul de înjumãtãţire de 7.7 × 1015 ani) şi 116Cd (Dezintegrare β dubla, timp de înjumãtãţire de 2.9 × 1019 ani). Ceilalţi trei sunt 106Cd, 108Cd şi 114Cd (doar limita inferioarã a timpului de înjumãtãţire a fost fixatã). Izotopii 110Cd, 111Cd, and 112Cd, sunt stabili.

Dintre izotopii absenţi din cadmiul natural, timpul de înjumãtãţire pentru 109Cd este de de 462.6 zile, iar pentru 115Cd de doar 53.46 ore. Majoritatea celorlaţi izotopi radioactivi au timpul de înjumãtãţire mai mic de 2.5 ore.

Masele atomice ale izotopilor cadmiului variazã între valorile de 94.950 u (pentru 95Cd) şi 131.946 u (pentru 132Cd).

Izotopul 113Cd are proprietatea de absorbi neutronii care au energia sub limita cadmiului, şi-i respinge (transmite) în caz contrar. Limita cadmiului este de 0.5 eV. Neutronii cu energie inferioara acestei limite sunt consideraţi lenţi, spre deosebire de neutronii rapizi si medii.

Proprietaţi fizice

Cadmiul este un metal alb-argintiu, strălucitor care cristalizează în sistem hexagonal compact fară a mai prezenta si alte forme alotropice.

În comparatie cu zincul, cadmiul este maleabil si ductil chiar si la temperatura obişnuită. Ca urmare, se poate prelucra bine prin deformare plastică (forjare, laminare şi trefilare).

Principalele proprietăţi

Caracteristici Cd

Raza atomică, nm

Raza ionică, M2+, nm

Potential de ionizare, eV, M-e-àM+;

M+-eàM2+

Potential standard de electrod, V, M2+/M

Masa atomică

Stare de oxidare

Electronegativitate

Volum atomic

Retea cristalina

Densitate, kg/dm3, 18°C

Duritate, scara Mohs

Temperatura de topire, °C

Temperatura de fierbere, °C

Conductibilitate electrică (Hg=1)

Conductibilitate termică (Ag=1) 0.152

0.103

8.99

16.90

-0.402

112.4

1+, 2+

1.7

13

h.

8.64

2

321

767

14.9

0.23

Atomul de cadmiu emite lumină atunci când este încălzit. Spectrul de culori emis este unic pentru fiecare substanţă. Culoarea luminii este data de lungimea de unda si de distanţa de la o unda la alta. Lumina roşie dată de atomul de cadmiu este emisă la exact lungimea de 1 metru. Acest lucru a fost folosit in 1927 pentru defini exact lugimea de 1 metru, in Conferinţa Internaţională a Mărimilor.

Obţinere

La prelucrarea minereurilor de zinc, cadmiu distilă la o temperatură mai joasă (768oC) decât zincul. Purificarea se face tot prin electroliza CdSO4 şi, la o anumită tensiune si intensitate de curent, se poate separa de Zn.