Historique du cadmium (CD), propriétés, structure, utilisations

Il cadmium (CD) est une transition ou un métal post-transitionnel du numéro atomique 48 et une couleur argentée. Il est malléable et ductile, avec des points de fusion et d'ébullition relativement bas. Le cadmium est un élément rare et a à peine une concentration de 0,2 g / tonne de croûte terrestre.

La Greenockita (CDS) est la seule mena importante du cadmium qui présente une coloration jaune intense. Le cadmium est associé au zinc dans la sphalérite (ZN), qui contient entre 0,1 et 03% de cadmium comme un cation CD²⁺.

Cristaux de cadmium. Source: Images haute résolution d'éléments chimiques [CC par 3.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / par / 3.0)]

Lors du traitement du sphanal pour l'obtention, la fonderie et le raffinage du zinc, le cadmium est obtenu secondaire, ce qui est sa principale source de production.

Ce métal a été découvert en 1817, indépendamment par Friedrich Stromayer et Karl Hermann. Stromayer a baptisé le nouvel élément avec le nom du cadmium, originaire du mot latin "cadmia", un terme comme calamine (carbonate de zinc) était connu (carbonate de zinc).

Le cadmium est un élément chimique avec le symbole CD et son nombre atomique est de 48. Source: Albedo-Ukr CC BY-SA 2.5 (http: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 2.5 /)

Le cadmium est un élément d'une grande utilité et de nombreuses applications, telles que le fer anticorrosif, l'acier et les métaux non ferreux; utiliser comme pigment; Stabilisation en PVC; élément dans les alliages utilisés dans les soudures; Batteries de nickel-cadmium rechargeables, etc.

Cependant, c'est un élément très toxique qui cause de graves dommages aux poumons, aux reins et aux os, et même une action cancérigène a été indiquée, c'est pourquoi son utilisation a été limitée. Mais malgré cela, il a continué à être soigneusement utilisé dans certaines applications.

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Histoire

- Double découverte

Le cadmium a été découvert par Friedrich Stromayer, un chimiste allemand, en 1817 dans un échantillon de carbonate de zinc (calamine). Cette même année, k. S. L. Hermann et J. C. H. Roloff a fait la même découverte, indépendamment, dans une expérience menée avec du sulfure de zinc.

Il a été souligné que Stromayer a fait sa découverte lors de la réalisation d'une demande gouvernementale pour inspecter les pharmacies de la ville de Hildesheim, en Allemagne. L'oxyde de zinc, comme maintenant, a été utilisé dans le traitement de certaines conditions cutanées.

Il semble que les pharmacies n'émettent pas d'oxyde de zinc, mais ont plutôt vendu du carbonate de zinc: matière première pour la production d'oxyde de zinc. Les fabricants d'oxyde de zinc ont fait valoir que le carbonate de zinc était chauffé en "oxyde de zinc" jaune ".

Oxyde de cadmium

Ils ne pouvaient pas vendre cet "oxyde de zinc", car la couleur du composé était normalement blanche; Et au lieu de cela, ils ont vendu du carbonate de zinc, également blanc. Compte tenu de cette situation, Stromayer a décidé d'étudier l'oxyde de zinc jaune présumé.

Pour ce faire, il réchauffait des échantillons de carbonate de zinc (calamine) et il y avait un oxyde de zinc jaune, comme informé. Après l'avoir analysé, il a conclu que la couleur jaune était un produit en raison de la présence d'un oxyde métallique d'un nouvel élément.

Après avoir extrait ce nouvel oxyde métallique, il a produit sa réduction, atteignant l'isolation du cadmium. Stromayer a déterminé sa densité et a obtenu une valeur de 8,75 g / cm³, Proche de la valeur connue actuellement pour ce paramètre (8,65 g / cm³).

De même, Stromayer a souligné que le nouvel élément avait une apparence similaire à Platinum, et qu'il était également présent dans de nombreux composés de zinc, et inclus dans le zinc purifié.

Stromayer a suggéré le nom de "Cadmium" de la voix latine "cadmia", nom qui s'appelait la calamine, Znco₃.

Cadmium dans le sulfure de zinc

Karl Hermann (1817) a trouvé une couleur jaune non détendue lorsqu'il a traité du sulfure de zinc et a pensé que cela pourrait être une contamination par l'arsenic. Mais une fois que cette possibilité a été rejetée, Hermann s'est rendu compte qu'il était en présence d'un nouvel élément.

- Applications

1840-1940

Dans les années 1840, l'utilisation du cadmium a commencé à être exploitée comme un pigment. Le Codex pharmaceutique britannique indique en 1907 l'utilisation de l'iodure de cadmium comme médicament pour traiter les «articulations élargies», les glandes scrofuleuses et les sabañones.

Dans les années 30 et 1940, la production de cadmium était destinée au platine de l'acier et du fer pour les protéger de la corrosion. Dans les années 1950, des composés de cadmium ont été utilisés, comme le sulfure de cadmium et le séléniure de cadmium comme sources rouges, orange et jaune.

1970-1990

Dans les années 1970 et 1980, il a été découvert que les composés de cadmium cadmium et de stéarate étaient des stabilisateurs en PVC, ce qui a produit une augmentation de la demande de cadmium. Cependant, les réglementations environnementales dues à la toxicité du cadmium.

Dans les années 80 et 1990, le cadmium a cessé d'utiliser plusieurs de ses applications, mais sa production a ensuite augmenté avec la création des batteries rechargeables de nickel-cadmium, qui représentent 80% de la consommation de cadmium aux États-Unis.

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Propriétés physiques et chimiques du cadmium

Apparence

Gris souillé et doux-gray blanc. Il devient cassant par une exposition à 80 ºC, pouvoir couper avec un couteau. Est malléable et les rouleaux peuvent être formés avec lui.

Poids atomique standard

112 414 u

Numéro atomique (z)

48

Catégorie d'élément

Métal post-transition, considéré comme un métal de transition. La définition de l'IUPAC d'un métal de transition est celle dont les atomes ont une sous-rampe incomplète ou qui peut conduire à des cations avec une sous-rampe incomplète.

Selon cette définition, le cadmium n'est pas un métal de transition depuis son CD Cation²⁺ Il a ses orbitales 4D complètement pleines d'électrons (4d^dix).

Odeur

Toilettes

Point de fusion

321.07 ºC

Point d'ébullition

767 ºC

Densité

Température ambiante: 8,65 g / cm³

Au point de fusion (liquide): 7 996 g / cm³

Chaleur de fusion

6,21 kJ / mol

Chaleur de vaporisation

99,87 kJ / mol

Capacité calorique molaire

26 020 J / (mol · k)

Électronégativité

1.6 sur l'échelle Pauling

Énergies d'ionisation

Premièrement: 867,8 kJ / mol (CD⁺ gazeux)

Deuxième: 1631,4 kJ / mol (CD²⁺ gazeux)

Troisième: 3616 kJ / mol (CD³⁺ gazeux)

Conductivité thermique

96,6 w / (m · k)

Résistivité Électrique

72,7 nΩ · m à 22 ° C

Dureté

2.0 sur l'échelle Mohs. C'est un métal, bien que dense, considérablement doux.

La stabilité

Il est lentement oxydé par l'air humide pour former de l'oxyde de cadmium, ce qui ternit sa luminosité métallique. Ce n'est pas inflammable, mais sous forme de poussière, il peut brûler et expérimenter l'auto-signification.

Auto-direction

250 ºC pour le cadmium est une forme de poussière.

Indice de réfraction

1,8 à 20 ºC

Réactivité

Le cadmium peut brûler dans l'air pour former l'oxyde de cadmium (CaO), une poussière amorphe brune, tandis que la forme cristalline est rouge foncé.

Le cadmium réagit rapidement avec l'acide nitrique dilué et lentement avec de l'acide chlorhydrique chaud. Il est également capable de réagir avec l'acide sulfurique, mais ne réagit pas avec les alcalis. Dans toutes ces réactions, les sels de cadmium de leurs anions correspondants sont formés (Cl^-) ou oxoanions (non₃^- Et ainsi₄^2-).

Structure et configuration électroniques

Diagramme de couche électronique du cadmium, élément 48 dans le tableau périodique. Source: Pumbaa (travail original de Greg Robson) CC BY-SA 2.0 (http: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 2.0 /)

Les atomes de cadmium de leur verre établissent une liaison métallique à partir de leurs électrons de valence, qui sont situés dans les orbitales 4D et 5S selon leur configuration électronique:

[Kr] 4d^dix 5s²

Cependant, bien que les orbitales 4D soient pleines d'électrons, et qu'il peut également être considéré. Cela peut être démontré expérimentalement de son faible point de fusion (321 ºC), par rapport à celui d'autres métaux de transition.

Par conséquent, et d'autres raisons chimiques, le cadmium n'est parfois pas considéré comme un métal de transition. Il y a tellement d'électrons (douze) impliqués dans leur liaison métallique, qui commencent à perturber leurs répulsions négatives; qui, ainsi que la différence d'énergie entre les orbitales 4D Full et les 5S, affaiblit l'interaction CD-CD.

Les atomes de CD finissent par définir une structure cristalline hexagonale compacte (HCP), qui ne souffre pas de transitions de phase avant son point de fusion. Lorsque les cristaux HCP de cadmium subissent une pression équivalente à 10 GPa, la structure ne se déforme que; Mais sans signaler aucun changement de phase.

Nombres d'oxydation

Le cadmium ne peut pas perdre les douze électrons de Valence; En fait, vous ne pouvez même pas perdre l'une de ses orbitales 4D, plus stable en énergie par rapport à l'orbitale 5S. Par conséquent, vous ne pouvez perdre que les deux électrons orbitaux 5s², étant par conséquent un métal divalent; Comme pour le zinc, le mercure et les métaux alcalins (M. Scholambara).

Lorsque l'existence du CD cation est supposée dans ses composés²⁺, On dit ensuite que le cadmium a un numéro d'oxydation de +2 ou un état. C'est son principal numéro d'oxydation. Par exemple, les composés suivants contiennent le cadmium comme +2: CDO (CD²⁺SOIT^2-), Cdcl₂ (CD²⁺CL₂^-), CDSO₄ (CD²⁺Swin₄^2-) et cd (non₃)₂.

En plus de ce numéro d'oxydation, il y a aussi +1 (CD⁺) et -2 (CD^2-). Le numéro d'oxydation +1 est observé dans la dication CD₂²⁺, dans lequel chaque atome de cadmium a une charge positive. Pendant ce temps, -2 est assez étrange et s'appliquerait à l'anion "cadmuro".

Où est-il et obtenez

Cristaux de Greenockita. Source: Rob Lavinsky, Irocks.com-cc-by-sa-3.0 [cc by-sa 3.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 3.0)]

Le cadmium est un élément rare qui a une concentration de 0,2 g / tonne de la croûte terrestre. Le seul minéral important du cadmium est Greenockita (CDS), qui n'est pas exploitable du point de vue minière et commercial.

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Le cadmium est associé au zinc dans le minéral Spheny (ZN), qui contient généralement une concentration qui varie entre 0,1% et 0,3%; Mais dans certains cas, la concentration de cadmium dans la sphalérite peut atteindre 1,4%.

Des roches transformées pour obtenir des engrais au phosphore peuvent avoir une concentration de cadmium de 300 mg / kg d'engrais. Le charbon peut également contenir de petites mais importantes quantités de cadmium.

Une source importante de cadmium est les émissions volcaniques qui peuvent amener le cadmium dans les eaux de surface. L'utilisation d'engrais au phosphore dans les sols à usage agricole a conduit à la contamination par le cadmium.

Le cadmium présent dans les sols acides est absorbable par les légumes. Certains légumes sont utilisés par l'homme comme nourriture, ce qui explique comment l'apport en eau et en aliments est la principale source de revenu de cadmium chez les personnes non exposées non professionnelles ou fumeurs.

Traitement de la sphalérite

Pendant l'exploitation minière, la fusion et le raffinage du zinc présent dans la sphalérite, le cadmium est généralement obtenu comme produit secondaire. Un événement similaire se produit également, bien que dans une bien moindre mesure, pendant le traitement du cuivre et du plomb.

De même, de petites quantités de cadmium peuvent être obtenues à partir du recyclage des déchets de fer et d'acier.

Le plis est soumis à un toast pour que le sulfure de zinc devienne son oxyde, ZnO. La même réaction est subie par le sulfure de cadmium:

2 Zns + 3 O₂ → 2 ZnO + 2 SO₂

Si ce mélange d'oxyde est chauffé avec du charbon, ils seront réduits à leurs métaux respectifs:

ZnO + Co → Zn + Co₂

De même, le zinc et le cadmium peuvent être produits par électrolyse lors de la dissolution des oxydes dans l'acide sulfurique.

L'une ou l'autre des deux méthodes génère une cinquante contaminée par le cadmium. Lors de la fusion, le cadmium peut être distillé dans le vide en raison de son point de fusion inférieur (321 ° C) par rapport à celui avec CINC (420 ° C).

Isotopes

Parmi les isotopes naturels et stables du cadmium, nous avons, avec leurs abondances respectives ici sur Terre:

-¹⁰⁶CD (1,25%)

-¹⁰⁸CD (0.89%)

-¹¹⁰CD (12,47%)

-¹¹¹CD (12,8%)

-¹¹²CD (24,11%)

-¹¹⁴CD (28,75%)

-¹¹³CD (12,23%)

Il ¹¹³Le CD est radioactif, mais en raison de la grande valeur de sa demi-vie (t_1/2= 7,7 · 10^quinze des années), peut être considéré comme stable. Et puis il y a le ¹¹⁶CD, également radioactif, avec une demi-vie de 3,1 · 10¹⁹ années, il peut donc être considéré comme un isotope stable, représentant 7,51% du cadmium.

Notez que la masse atomique moyenne est de 112 414 U, plus proche de 112 que 114. L'existence d'un isotope prédominant au-dessus des autres n'est pas observée dans le cadmium.

Des risques

Général

L'absorption du cadmium se produit principalement par les aliments, en particulier le foie, les champignons, les crustacés, le cacao en poudre et les algues sèches.

Un cas emblématique s'est produit en Chine au cours du siècle dernier, où il y avait une pollution importante avec le cadmium dans la population. La pollution du cadmium était due à sa concentration élevée dans le riz, causée par la présence de cadmium dans les sols de culture céréaliers.

Un fumeur a une consommation moyenne de 60 µg / jour. La concentration maximale du cadmium autorisé dans le sang est de 15 µg / jour. Les non-fumeurs ont une concentration de cadmium dans le sang autour de 0,5 µg / L.

Les poumons absorbent entre 40 et 60% du cadmium présent dans la fumée de tabac. Le cadmium absorbé dans les poumons est transporté dans le sang, formant des complexes avec des protéines, de la cystéine et de la glutea, qui se terminent ensuite dans le foie, les reins, etc.

Une inhalation aiguë du cadmium peut provoquer des symptômes similaires à ceux observés dans un processus de grippe; comme le froid, la fièvre et les maux musculaires, être capable de causer des dommages pulmonaires. Pendant ce temps, l'exposition chronique au cadmium peut provoquer une maladie pulmonaire, des reins et des os.

Effet sur les reins

Dans les reins, le cadmium provoque généralement une altération du métabolisme du phosphore et du calcium, mis en évidence par une augmentation de la production de calculs rénaux. De plus, il provoque des dommages rénaux manifestés dans l'apparition dans l'urine de la protéine de convoyeur du rétinol et de la β-2-microglobuline.

Effet de reproduction

L'exposition maternelle au cadmium est associée à un faible poids de l'enfant à la naissance et à une augmentation du taux d'avortements spontanés.

Dommages aux os

Le cadmium est lié au Japon à la présence de la maladie d'Itai -itai au siècle dernier. Cette maladie est caractérisée par une minéralisation osseuse faible, une fragilité osseuse avec un taux de fracture élevé, une augmentation de l'ostéoporose et des douleurs osseuses.

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Cancérogenèse

Bien que les expériences de rats aient établi une relation entre le cancer du cadmium et la prostate, il n'a pas été démontré chez l'homme. Une association entre le cadmium et le cancer rénal a été mise en évidence et a également été liée au cancer du poumon.

Applications

Bactéries rechargeables au nickel-cadmium

Différentes batteries ou batteries Ni-CD. Source: Boffy B via Wikipedia.

L'hydroxyde de cadmium a été utilisé comme cathode dans les batteries Ni-CD. Ceux-ci ont été utilisés dans l'industrie ferroviaire et aéronautique, ainsi que dans les instruments à usage collectif qui incluent les téléphones portables, le caméscope, les ordinateurs portables, etc.

La consommation de cadmium pour l'élaboration des batteries Ni-CD représentait 80% de la production de cadmium. Cependant, en raison de la toxicité de cet élément, les batteries Ni-CD ont été progressivement remplacées par des batteries d'hydrure de nickel-metal.

Pigments

Cadmium rouge. Source: Marco Almbauer [domaine public]

Le sulfure de cadmium est utilisé comme pigment jaune et cadmium séléniuro comme pigment rouge, connu sous le nom de cadmio rouge. Ces pigments sont caractérisés par leur éclat et leur intensité, ils ont donc été utilisés dans les plastiques, la céramique, le verre, les émaux et les couleurs artistiques.

Il a été souligné que le peintre Vincent van Gogh a utilisé des pigments de cadmium dans ses peintures, ce qui lui a permis d'obtenir une variété de rouge, d'orange et de jaune vif.

La coloration des pigments de cadmium doit être atténuée avant d'être broyée avec des huiles ou mélangées en aquarelle et acrylique.

Télévision

Des composants contenant du cadmium ont été utilisés dans le phosphore des téléviseurs en noir et blanc, ainsi que dans les matchs bleus et verts pour les tubes d'image de télévision couleur.

Le phosphore faisait partie de l'écran rayonné par les rayons de cathode, étant responsable de la formation d'image. Le cadmium, malgré sa toxicité, a commencé à être utilisé sur les téléviseurs QLED de la création récente.

Stabilisation du PVC

Les composés de cadmium formés avec de la carboxylate, des laurérates et de la direction ont été utilisés comme stabilisateurs de chlorure de polyvinyle, car ils retardent la dégradation produite par l'exposition à la chaleur et la lumière ultraviolette qui décompose le PVC pendant son processus de fabrication.

En raison de la toxicité du cadmium, encore une fois, les stabilisants en PVC unis au cadmium ont été remplacés par d'autres stabilisateurs, tels que le baryum, le calcium-zinc et l'organostaño.

Alliages

Le cadmium a été utilisé pour porter des alliages en raison de sa forte résistance à la fatigue et à un coefficient de frottement faible. Le cadmium a un point de fusion relativement faible, il est donc utilisé dans les alliages à faible tentative et est composant en plus de nombreux types de soudage.

Le cadmium peut également être utilisé dans les alliages de conductivité électrique, de conductivité thermique et de contact électrique.

Couvrant

Le cadmium est utilisé pour la protection de l'acier, l'aluminium et d'autres éléments de fixation des métaux non ferreux, ainsi que des pièces mobiles. Le revêtement de cadmium fournit une protection contre la corrosion dans ces milieux salins et alcalins. De plus, il sert de lubrifiant.

Le cadmium est également utilisé dans de nombreuses applications électriques et électroniques qui nécessitent une résistance à la corrosion et une faible résistivité électrique.

Réacteurs nucléaires

Le cadmium est utilisé dans les réacteurs nucléaires pour leur capacité à capturer les neutrons, ce qui permet de contrôler le produit excédentaire de neutrons de la fission nucléaire, évitant les fissures nucléaires supplémentaires.

Semi-conducteurs

Le séléniuro et le cadmium telluriuro sont des composés qui remplissent la fonction des semi-conducteurs dans la détection de la lumière et des cellules solaires. HGCDTE est sensible à la lumière infrarouge et est utilisé comme détecteur de mouvement, ainsi qu'un interrupteur pour les dispositifs de télécommande.

la biologie

Lumière laser HE-CD. Source: Plutôt anonyme (https: // www.Flickr.com / photos / [e-mail protège] / 35766549)

L'hélium-CD intervient dans la formation d'un faisceau laser bleu-violet d'une longueur d'onde qui varie entre 325 et 422 nm, utilisable en microscopes à fluorescence.

Le cadmium est utilisé en biologie moléculaire pour bloquer les canaux calciques, en fonction du potentiel membranaire.

Les références

1. Wikipédia. (2019). Cadmium. Récupéré de: dans.Wikipédia.org
2. Jungle V. R. & et al. (2014). Structure à haute pression et à température du liquide et du solide CD: implications pour la courbe de fusion du CD. Récupéré de: Researchgate.filet
3. Docteur. Pâte Stewart. (2019). Faits d'élément de cadmium. Récupéré de: Chemicool.com
4. Centre national d'information sur la biotechnologie. (2019). Cadmium. Base de données PubChem. CID = 23973. Récupéré de: pubchem.NCBI.NLM.NIH.Gouvernement
5. Godt, J., Scheidig, F., Grosse-siestup, c., Esche, V., Brandenburg, P., Reich, un., & Groneberg, D. POUR. (2006). La toxicité du cadmium et les risques qui en résultent pour la santé humaine. Journal of Occupational Medicine and Toxicology (Londres, Angleterre), 1, 22. Doi: 10.1186 / 1745-6673-1-22
6. Ros Rachel. (30 juillet 2018). Faits sur le camium. Récupéré de: LiveScience.com
7. Les éditeurs d'Enyclopaedia Britannica. (6 septembre 2018). Cadmium. Encyclopædia Britannica. Récupéré de: Britannica.com
8. Association internationale du cadmium. (s.F.). Applications de cadmium. Récupéré de: cadmium.org
9. Lentech b. V. (2019). Cadmium. Récupéré de: lentech.com