引发 » 科学 » 化学 » 镉（Cd）：历史、特性、结构、用途
镉（Cd）是一种属于过渡金属族的化学元素，原子序数为48，原子质量为112,41 u。镉于1817年由弗里德里希·斯特罗迈尔发现，是一种银白色、可延展且耐腐蚀的金属。其主要来源是锌和铅生产的副产品。
镉以其高毒性而闻名，因此其使用在各行各业都受到严格管制。然而，镉的物理和化学特性，例如低熔点和高强度的中子吸收能力，使其广泛用于可充电电池、颜料、防腐涂料、焊料和金属合金。尽管镉有诸多益处，但由于其对健康和环境的有害影响，在处理和处置镉时务必谨慎。
镉的用途是什么？它在不同的工业应用中的重要性是什么？
O 镉 是一种过渡金属，符号为Cd，原子序数为48。镉于1817年被发现，由于其独特的性质，被广泛应用于各种工业领域。
主要用途之一 镉 用于制造可充电锂离子电池。这种金属可用作电池电极的涂层，提高电池的耐用性和效率。镉还用于生产黄色和红色颜料，并广泛应用于涂料和塑料工业。
另一个重要的应用 镉 电子工业中，镉用于制造半导体和感光器件。镉还用于生产金属合金，例如黄铜，用于制造机器和设备零件。
尽管它在多种工业应用中都具有重要意义， 镉 它被认为是一种有毒金属，对人体健康有害。因此，必须对其使用进行控制和监管，以防止其对环境和人类健康造成损害。
它在工业中的重要性是无可争议的，但由于其潜在的毒性作用，使用时必须小心。
通过元素周期表中的名称识别化学元素 Cd。
镉（Cd）是元素周期表中的一种化学元素，符号为Cd。镉是由德国化学家弗里德里希·斯特罗迈尔于1817年发现的，是一种原子序数为48的过渡金属。
镉具有多种特性，包括银白色、可延展且易碎的金属。此外，镉具有剧毒，如果吸入或大量摄入，会对人体健康造成危害。
镉的结构在室温下呈密排六方晶体结构，密度约为8,65 g/cm³，熔点为321,07°C。
镉的用途广泛，常用于制造充电电池、油漆和塑料的颜料、镀锌工艺以及半导体化合物的生产。尽管镉具有工业效益，但由于其毒性，处理镉时务必谨慎。
铅的用途：了解这种金属在工业中的不同应用。
铅是一种因其独特性能而在工业领域广泛应用的金属。铅的主要用途包括电池制造、电缆护套、辐射屏蔽、焊接和弹药制造等。
此外，铅还用于生产金属合金，例如焊料金属，也用于制造颜料，例如用于油漆工业的碳酸铅。
尽管铅用途广泛，但它也对人类健康和环境构成风险，需要负责任地使用并采取适当的安全措施。
镉（Cd）：历史、特性、结构、用途
镉是一种过渡金属，因其独特的性质而具有广泛的工业用途。镉于1817年由弗里德里希·斯特罗迈尔发现，它是一种具有延展性、韧性和耐腐蚀性的金属。
镉的主要应用之一是制造可充电电池，因为它具有高储能容量。镉还用于生产颜料、制造金属合金以及电镀工艺。
尽管镉具有工业用途，但它仍被认为是一种有毒金属，如果处理不当，可能会对人类健康和环境造成危害。因此，在处理和处置这种金属时，采取安全措施至关重要。
镉对人体有哪些影响？
镉 (Cd) 是一种重金属，高浓度接触会导致严重的健康问题。这种化学元素于 1817 年由德国化学家弗里德里希·斯特罗迈尔 (Friedrich Stromeyer) 发现，广泛应用于电池、颜料、塑料和涂料等各行各业。
镉具有毒性，可通过摄入受污染的食物、吸入含有镉的粉尘或烟雾，或接触受污染的水或土壤而被人体吸收。镉进入人体后，主要会在肾脏、肝脏和肺部积聚，对这些器官造成不可逆转的损害。
镉对人体的主要影响包括肾脏、肝脏、肺和骨骼损伤。长期接触这种重金属还会增加患癌风险，尤其是肺癌和前列腺癌。此外，镉还会损害中枢神经系统，导致头痛、头晕和疲劳等症状。
因此，采取措施避免在工作场所和日常活动中接触镉至关重要。使用个人防护设备、在处理含镉材料时采取安全措施以及了解这种重金属的相关风险，对于保护人们的健康和福祉至关重要。
镉（Cd）：历史、特性、结构、用途
O 镉 镉（Cd）是一种过渡金属或后过渡金属，原子序数为48，与银同属一族。镉具有延展性，熔点和沸点相对较低。镉是一种稀有元素，在地壳中的含量仅为0,2克/吨。
相关： 平底气球：它是什么以及它有什么用处硫化镉（CdS）是唯一一种呈深黄色的主要镉矿石。镉与锌伴生于闪锌矿（ZnS）中，闪锌矿中镉的含量为0,1%至03%，以Cd2阳离子的形式存在。 + .
在加工闪锌矿获取、熔化和精炼锌的过程中，会同时获得镉，这是其主要生产来源。
这种金属是由弗里德里希·斯特罗迈尔和卡尔·赫尔曼于1817年独立发现的。斯特罗迈尔将这种新元素命名为镉，其名称源自拉丁语“cadmia”，即炉甘石（碳酸锌）。
镉是一种非常有用的元素，具有多种用途，例如铁、钢和有色金属的防腐剂；用作颜料；聚氯乙烯的稳定剂；焊料中使用的合金元素；可充电镍镉电池等。
然而，它是一种剧毒元素，会对肺、肾和骨骼造成严重损害，甚至被认定为致癌物，因此其使用受到限制。尽管如此，在某些应用中，人们仍然谨慎地使用它。
故事
– 双重发现
1817年，德国化学家弗里德里希·斯特罗迈尔（Friedrich Stromayer）在碳酸锌（炉甘石）样品中发现了镉。同年，KSL·赫尔曼（KSL Hermann）和JCH·罗洛夫（JCH Roloff）在硫化锌实验中也各自发现了镉。
据报道，斯特罗迈尔是在执行政府要求检查德国希尔德斯海姆药店时发现这一物质的。现在的氧化锌曾被用于治疗某些皮肤病。
药店似乎没有出售氧化锌，而是出售碳酸锌——氧化锌生产的原料。氧化锌制造商辩称，加热碳酸锌会产生黄色的“氧化锌”。
氧化镉
他们无法出售这种“氧化锌”，因为这种化合物通常是白色的；他们出售的碳酸锌也是白色的。面对这种情况，斯特罗迈尔决定研究所谓的黄色氧化锌。
为此，他加热了碳酸锌（炉甘石）样品，并生成了黄色的氧化锌（据报道）。经过分析，他得出结论，这种黄色是由一种新元素的金属氧化物产生的。
提取出这种新的金属氧化物后，他将其还原，分离出镉。斯特罗迈尔测定了它的密度，得出的数值为8,75克/立方厘米。 3 ，接近目前已知的该参数值（8,65 g/cm 3 ).
此外，斯特罗迈尔指出，这种新元素的外观与铂相似，也存在于许多锌化合物中，甚至存在于纯化的锌中。
Stromayer 建议使用拉丁语“cadmia”作为“cadmium”的名称，而炉甘石的名称是 ZnCO 3 .
硫化锌中的镉
卡尔·赫尔曼（1817年）在处理硫化锌时意外发现了一种黄色，并认为这可能是砷污染。但在排除这种可能性后，赫尔曼意识到自己正在处理一种新元素。
– 表格
1840-1940
1840世纪1907年代，镉作为颜料的商业用途开始被探索。XNUMX年，英国药典强调碘化镉可作为治疗“关节肿大”、瘰疬和冻疮的药物。
1930世纪1940年代和1950年代，镉的生产被用于电镀钢铁以防止腐蚀。XNUMX世纪XNUMX年代，硫化镉和硒化镉等镉化合物被用作红色、橙色和黄色颜料的来源。
1970-1990
1970世纪1980年代和XNUMX年代，月桂酸镉和硬脂酸镉等化合物被认为是PVC稳定剂，导致镉的需求量增加。然而，由于镉的毒性，环保法规的出台导致其消费量下降。
到了 1980 世纪 1990 年代和 80 年代，镉在许多应用中已不再使用，但后来随着可充电镍镉电池的发明，其产量有所增加，占美国镉消费量的 XNUMX%。
镉的物理和化学性质
出现
银灰白色，柔和金属光泽。80°C时变脆，可用刀切割。延展性好，可制成卷材。
标准原子量
112.414 u
原子序数 (Z)
48.
项目类别
后过渡金属，也称为过渡金属。IUPAC对过渡金属的定义是：原子d亚层不完整，或能生成d亚层不完整阳离子的金属。
根据这个定义，镉不是过渡金属，因为它的镉阳离子 2+ 其 4d 轨道完全被电子填充（4d 10 ).
气味
浴室
熔点
321,07°C间
沸点
767°C间
密度
室温：8.65 g/cm 3
熔点（液态）：7,996 g/cm 3
熔化热
6,21千焦/摩尔
汽化热
99,87千焦/摩尔
摩尔热容
26.020焦耳/(摩尔·开尔文)
电负性
鲍林量表 1.6
电离能
第一：867,8 kJ/mol (Cd + 气态
第二：1631,4 kJ/mol (Cd 2+ 气态
第三：3616 kJ/mol (Cd 3+ 气态
热导率
96,6 瓦/(米·开尔文)
抵抗主义 电的
72,7 ºC 时 22 n ma
硬度
莫氏硬度为2.0。它是一种金属，虽然密度高，但相当柔软。
稳定度
镉在潮湿空气中缓慢氧化，形成氧化镉，使金属光泽丧失。镉不易燃，但粉末状时会燃烧并自燃。
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250 ºC 时镉呈粉末状。
折射率
1,8 到 20 ºC
反应性
镉在空气中燃烧会形成氧化镉（CaO），一种无定形的棕色粉末，而结晶形式则呈深红色。
镉与稀硝酸反应迅速，与热盐酸反应缓慢。它也能与硫酸反应，但不与碱金属反应。在所有这些反应中，镉的盐与其对应的阴离子（Cl – )或含氧阴离子(NO 3 – 所以 4 2- ).
电子结构和配置
晶体中的镉原子由其价电子建立金属键，根据其电子排布，价电子位于 4d 和 5s 轨道：
[氪] 4d 10 5s 2
然而，尽管4d轨道充满了电子，并且“电子海”也足够丰富以将Cd原子结合在一起，但相互作用实际上很弱。这可以通过实验证明，其熔点低于其他过渡金属（321°C）。
由于这个原因以及其他化学原因，镉有时不被认为是过渡金属。镉的金属键中包含大量的电子（4个），这些电子会更大程度地干扰镉的负斥力；再加上5d轨道和XNUMXs轨道之间的能量差异，削弱了镉-镉相互作用。
镉原子最终形成了一种六方密排（hcp）晶体结构，该结构在熔点之前不会发生相变。当hcp镉晶体承受相当于10 GPa的压力时，其结构仅会发生变形，而没有报告相变。
氧化数
镉无法失去其全部4个价电子；事实上，它甚至无法失去5d轨道中的任何一个，而5d轨道的能量比XNUMXs轨道更稳定。因此，它只能失去XNUMXs轨道上的两个电子。 2 ，因此是一种二价金属；如锌、汞和碱土金属（贝坎巴拉先生）。
当 Cd2 阳离子存在时 + 假设镉在其化合物中为+2，则称其氧化数或氧化态为+2。这是其主氧化数。例如，以下化合物中镉的氧化数为+XNUMX：CdO（Cd 2+ O 2- )、氯化镉 2 （光盘 2+ Cl 2 – ), 硫酸镉 4 （光盘 2+ SO 4 2- )和Cd(NO 3 ) 2 .
除了这个氧化数外，还有+1（Cd + )和-2(Cd 2- ). Cd的指示中观察到氧化数+1 2 2+ 其中每个镉原子都带正电荷。而-2则相当奇怪，适用于“镉离子”阴离子。
它在哪里以及如何获取它
镉是一种稀有元素，地壳中镉的含量为0,2克/吨。唯一重要的含镉矿物是硫化镉（CdS），但目前尚未开采，也未进行商业开发。
镉与锌一起伴生于闪锌矿（ZnS）中，一般闪锌矿中的镉含量为0,1%至0,3%；但在某些情况下，闪锌矿中的镉浓度可达1,4%。
经过加工处理用于生产磷肥的岩石中，镉的含量可达每千克300毫克。碳中也可能含有少量但相当可观的镉。
镉的主要来源之一是火山喷发，这会导致地表水中含有镉。农业土壤中使用磷肥也导致了镉污染。
酸性土壤中的镉可被植物吸收。一些蔬菜也被人类食用，这解释了为什么水和食物摄入是非职业接触人群或吸烟者镉摄入的主要来源。
闪锌矿处理
在闪锌矿中开采、冶炼和精炼锌的过程中，通常会产生镉作为副产品。在铜和铅的加工过程中也会出现类似的现象，尽管程度较轻。
同样，从钢铁废料的回收中也可以获得少量的镉。
闪锌矿经过焙烧，硫化锌转化为氧化锌。硫化镉也会发生同样的反应：
2 硫化锌 + 3 氧 2 → 2 ZnO + 2 SO 2
如果将这种氧化物混合物与碳一起加热，它们将被还原为各自的金属：
ZnO + CO → Zn + CO 2
此外，还可以通过电解将氧化物溶解在硫酸中来生产锌和镉。
这两种方法都会产生受镉污染的锌。镉熔化后，可以在真空下蒸馏，因为镉的熔点（321°C）低于锌（420°C）。
同位素
我们拥有的镉的天然和稳定同位素及其在地球上的丰度如下：
– 106 镉（1,25%）
– 108 镉（0,89%）
– 110 镉（12,47%）
– 111 镉（12,8%）
– 112 镉（24,11%）
– 114 镉（28,75%）
– 113 镉（12,23%）
A 113 CD 具有放射性，但由于半衰期很长（ t 1/2 = 7,7 × 10 15 年）可以被认为是稳定的。并且有 116 镉，也具有放射性，半衰期为 3,1·10 19 年；因此，它可以被认为是一种稳定的同位素，占镉的 7,51%。
请注意，平均原子质量为 112.414 u，更接近 114。镉没有显示一种同位素比其他同位素占主导地位。
风险
将军
镉的吸收主要通过食物进行，尤其是肝脏、蘑菇、贝类、可可粉和干海藻。
上个世纪中国发生了一起典型的镉污染事件，当时的人口受到了严重的镉污染。此次污染是由于种植谷物的土壤中含有镉，导致大米中镉含量过高。
相关： 氘：结构、性质和用途吸烟者平均每日摄入60微克镉，血液中镉的最大允许浓度为15微克/天，非吸烟者血液中镉的浓度约为0,5微克/升。
烟草烟雾中40%到60%的镉会被肺部吸收。被肺部吸收的镉会进入血液，与蛋白质、半胱氨酸和谷胱甘肽形成复合物，最终进入肝脏、肾脏等器官。
急性吸入镉可产生类似流感的症状，例如发冷、发烧和肌肉疼痛，并可能导致肺部损伤。同时，慢性镉暴露会导致肺、肾和骨骼疾病。
对肾脏的影响
在肾脏中，镉通常会导致磷和钙代谢的变化，表现为肾结石生成增加。它还会造成肾脏损害，表现为尿液中视黄醇转运蛋白和β-2微球蛋白的分泌。
对繁殖的影响
母亲接触镉会导致低出生体重儿和流产率增加。
骨损伤
镉与上世纪日本痛痛病的发生有关。这种疾病的特征是骨矿化程度低、骨质脆弱（骨折率高）、骨质疏松症加重以及骨痛。
致癌作用
尽管大鼠实验已证实镉与前列腺癌之间存在联系，但尚未在人类身上得到证实。镉与肾癌之间的联系已被揭示，并且还与肺癌存在关联。
形式
可充电镍镉电池
氢氧化镉曾被用作镍镉电池的阴极。这类电池广泛用于铁路、航空工业，以及手机、摄像机、笔记本电脑等消费电子产品。
生产镍镉电池所消耗的镉占镉产量的80%，但由于镉元素的毒性，镍镉电池逐渐被镍氢电池所取代。
颜料
硫化镉用作黄色颜料，硒化镉用作红色颜料，也称为镉红。这些颜料的特点是亮度和强度，因此被用于塑料、陶瓷、玻璃、搪瓷和艺术颜料。
据悉，画家文森特·梵高在他的画作中使用了镉颜料，这使他能够呈现出各种鲜艳的红色、橙色和黄色。
在与油研磨或混入水彩和丙烯酸颜料之前，必须先将镉颜料的颜色调低。
电视台
黑白电视机的荧光粉中以及彩色电视显像管的蓝色和绿色荧光粉中都使用了含镉成分。
磷是阴极射线照射屏幕的一部分，负责图像的形成。镉虽然有毒，但已开始用于新开发的QLED电视。
PVC稳定剂
羧酸盐、月桂酸盐和硬脂酸盐形成的镉化合物被用作聚氯乙烯的稳定剂，因为它们可以延缓聚氯乙烯在制造过程中因暴露于热和紫外线而产生的降解。
由于镉的毒性，镉键合 PVC 稳定剂再次被钡锌、钙锌和有机锡等其他稳定剂所取代。
吊带
镉因其高疲劳强度和低摩擦系数而被用于轴承合金。镉的熔点相对较低，因此常用于低熔点合金，并且是多种焊料的成分。
镉还可以用于具有导电性、热导性和电接触性的合金中。
覆盖
镉用于保护钢、铝和其他有色金属紧固件以及活动部件。镀镉可在盐碱环境中提供防腐保护。它也可用作润滑剂。
镉还用于许多需要耐腐蚀和低电阻率的电气和电子应用。
核反应堆
镉用于核反应堆是因为它具有捕获中子的能力，可以控制核裂变产生的过量中子，防止发生额外的核裂变。
半导体公司
硒化镉和碲化镉是用于光探测和太阳能电池的半导体化合物。碲镉汞对红外光敏感，可用作运动探测器，也可用作遥控设备的开关。
生物学
氦-镉参与形成波长范围为 325 至 422 nm 的蓝紫色激光束，可用于荧光显微镜。
镉在分子生物学中用于阻断依赖于膜电位的钙通道。
参考文献
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