Estrutura cristalina de cádmio. Cádmio: fatos e fatos

O cádmio é um elemento do subgrupo secundário do segundo grupo, quinto período da tabela periódica dos elementos químicos de DI Mendeleev, com número atômico 48. É designado pelo símbolo Cd (lat. Cádmio). Um metal de transição macio, maleável e maleável com uma cor branco prateado.

História da descoberta do cádmio

O médico distrital Rolov tinha um temperamento duro. Assim, em 1817, ele ordenou a retirada da venda de todas as preparações contendo óxido de zinco produzidas na fábrica de Herman em Schenebec. Com base na aparência das preparações, ele suspeitou que o óxido de zinco continha arsênico! (O óxido de zinco ainda é usado para doenças de pele; a partir dele são feitas pomadas, pós e emulsões.)

Para provar que estava certo, um auditor rigoroso dissolveu o óxido suspeito em ácido e passou sulfeto de hidrogênio por essa solução: formou-se um precipitado amarelo. Os sulfetos de arsênico são simplesmente amarelos!

O dono da fábrica começou a contestar a decisão de Rolov. Ele próprio era químico e, tendo analisado pessoalmente amostras de produtos, não encontrou nenhum arsênico nelas. Ele relatou os resultados da análise a Rolov e, ao mesmo tempo, às autoridades do estado de Hanover. As autoridades, naturalmente, solicitaram que as amostras fossem enviadas para análise a um dos químicos de renome. Foi decidido que o juiz na disputa entre Rolov e Hermann seria o professor Friedrich Strohmeyer, que desde 1802 ocupava o departamento de química da Universidade de Göttingen e o cargo de inspetor geral de todas as farmácias de Hanover.

Strohmeier recebeu não apenas óxido de zinco, mas também outras preparações de zinco da fábrica de Herman, incluindo ZnCO 3, do qual esse óxido foi obtido. Tendo calcinado o carbonato de zinco, Strohmeyer obteve um óxido, mas não branco, como deveria ser, mas amarelado. O proprietário da fábrica explicou a coloração como uma impureza de ferro, mas Strohmeyer não ficou satisfeito com esta explicação. Tendo adquirido mais preparações de zinco, fez uma análise completa delas e, sem muita dificuldade, isolou o elemento causador do amarelecimento. A análise disse que não era arsénico (como alegou Rolov), mas também não era ferro (como alegou Herman).

Era um metal novo, até então desconhecido, muito semelhante em propriedades químicas ao zinco. Apenas o seu hidróxido, ao contrário do Zn(OH) 2, não era anfotérico, mas tinha propriedades básicas pronunciadas.

Na sua forma livre, o novo elemento era um metal branco, macio e pouco resistente, coberto na parte superior por uma película de óxido acastanhada. Strohmeier chamou esse metal de cádmio, sugerindo claramente sua origem “zinco”: a palavra grega καδμεια tem sido usada há muito tempo para designar minérios de zinco e óxido de zinco.

Em 1818, Strohmeyer publicou informações detalhadas sobre o novo elemento químico e quase imediatamente sua prioridade começou a ser invadida. O primeiro a falar foi o mesmo Rolov, que anteriormente acreditava que os medicamentos da fábrica de Herman continham arsênico. Logo depois de Strohmeyer, outro químico alemão, Kersten, encontrou um novo elemento no minério de zinco da Silésia e chamou-o de mellin (do latim mellinus - “amarelo como um marmelo”) por causa da cor do precipitado formado pela ação do sulfeto de hidrogênio. Mas este era o cádmio já descoberto por Strohmeier. Mais tarde, mais dois nomes foram propostos para este elemento: klaprotium - em homenagem ao famoso químico Martin Klaproth e junonium - em homenagem ao asteróide Juno descoberto em 1804. Mas o nome dado ao elemento pelo seu descobridor tornou-se, no entanto, estabelecido. É verdade que na literatura química russa da primeira metade do século XIX. o cádmio era frequentemente chamado de cádmio.

O teor médio de cádmio na crosta terrestre é de 130 mg/t. O cádmio é um oligoelemento raro: é encontrado como uma impureza isomórfica em muitos minerais e sempre nos minerais de zinco. Apenas 6 minerais de cádmio são conhecidos. Minerais de cádmio muito raros são greenockita CdS (77,8% Cd), howliita (o mesmo), otavita CdCO 3, montemponita CdO (87,5% Cd), cadmoselita CdSe (47% Cd), xantocroíta CdS (H 2 O) x (77,2% Cd). A maior parte do cádmio está dispersa em um grande número de minerais (mais de 50), principalmente em sulfetos de zinco, chumbo, cobre, ferro, manganês e mercúrio.

Embora sejam conhecidos minerais independentes de cádmio - greenockita(CdS), Vai responder(CdCO3), monteponita(CdO) e seleneto(CdSe), não formam depósitos próprios, mas estão presentes como impurezas em minérios de zinco, chumbo, cobre e polimetálicos, que são a principal fonte de produção industrial de cádmio. A concentração máxima é observada nos minerais de zinco e principalmente na esfalerita (até 5%). Na maioria dos casos, o teor de cádmio na esfalerita não excede 0,4 – 0,6%. Em outros sulfetos, por exemplo, na estanina, o teor de cádmio é de 0,003 - 0,2%, na galena 0,005 - 0,02%, na calcopirita 0,006 - 0,12%; O cádmio geralmente não é extraído desses sulfetos.
A propósito, o cádmio está presente em certas quantidades no ar. De acordo com dados estrangeiros, o teor de cádmio no ar é de 0,1-5,0 ng/m3 nas áreas rurais (1 ng ou 1 nanograma = 10 -9 gramas), 2 - 15 ng/m3 - nas cidades e de 15 a 150 ng/m3. m3 - em áreas industriais. Isso se deve, principalmente, ao fato de muitos carvões conterem cádmio como impureza e, quando queimados em usinas termelétricas, entrar na atmosfera. Nesse caso, uma parte significativa deposita-se no solo. Além disso, o uso de fertilizantes minerais contribui para o aumento do teor de cádmio no solo, pois Quase todos eles contêm pequenas impurezas de cádmio.
O cádmio pode acumular-se nas plantas (principalmente nos cogumelos) e nos organismos vivos (especialmente nos organismos aquáticos) e pode ser “fornecido” aos seres humanos ao longo da cadeia alimentar. Há muito cádmio na fumaça do cigarro.

Em condições naturais, o cádmio entra nas águas subterrâneas como resultado da lixiviação de minérios de metais não ferrosos, bem como como resultado da decomposição de plantas aquáticas e organismos capazes de acumulá-lo. Nas últimas décadas, o fator antropogênico da poluição das águas naturais por cádmio tornou-se predominante. O cádmio está presente na água na forma dissolvida (sulfato de cádmio, cloreto, nitrato de cádmio) e na forma suspensa como parte de complexos organominerais. O teor de cádmio na água é significativamente influenciado pelo pH do ambiente (em ambiente alcalino, o cádmio precipita na forma de hidróxido), bem como pelos processos de sorção.

O único mineral de interesse na obtenção de cádmio é a greenockita, a chamada “blenda de cádmio”. É extraído junto com fireite durante o desenvolvimento de minérios de zinco. Durante o refino, o cádmio concentra-se nos subprodutos do processo, dos quais é recuperado. Atualmente, são produzidas mais de 10³ toneladas de cádmio por ano.

No processamento de minérios polimetálicos, ele, análogo do zinco, invariavelmente acaba principalmente em concentrado de zinco. E o cádmio é reduzido ainda mais facilmente que o zinco e tem um ponto de ebulição mais baixo (767 e 906°C, respectivamente). Portanto, em temperaturas em torno de 800°C não é difícil separar o zinco do cádmio.

Metal macio branco prateado com treliça hexagonal. Se você dobrar uma barra de cádmio, poderá ouvir um leve estalo - são microcristais de metal esfregando uns contra os outros (uma barra de estanho também racha).

O cádmio é macio, maleável e fácil de usinar. Isto também facilitou e acelerou o seu caminho para a tecnologia nuclear. A alta seletividade do cádmio e sua sensibilidade especificamente aos nêutrons térmicos também foram benéficas para os físicos. E em termos da principal característica operacional - a seção transversal de captura de nêutrons térmicos - o cádmio ocupa um dos primeiros lugares entre todos os elementos da tabela periódica - 2.400 celeiros. (Lembre-se de que a seção transversal de captura é a capacidade de “absorver” nêutrons, medida em unidades convencionais de celeiros.)

O cádmio natural consiste em oito isótopos (com números de massa 106, 108, 110, 111, 112, 113, 114 e 116), e a seção transversal de captura é uma característica na qual os isótopos de um elemento podem diferir bastante. Na mistura natural de isótopos de cádmio, o principal “absorvedor de nêutrons” é um isótopo com número de massa 113. Sua seção transversal de captura individual é enorme - 25 mil celeiros!

Ao adicionar um nêutron, o cádmio-113 se transforma no isótopo mais comum (28,86% da mistura natural) do elemento nº 48 - o cádmio-114. A participação do próprio cádmio-113 é de apenas 12,26%. Infelizmente, separar oito isótopos de cádmio é muito mais difícil do que separar dois isótopos de boro.

A estrutura cristalina do cádmio é hexagonal, a = 2,97311 Å, c = 5,60694 Å (a 25 °C); raio atômico 1,56 Å, raio iônico de Cd 2+ 1,03 Å. Densidade 8,65 g/cm3 (20 °C), ponto de fusão 320,9 °C, ponto de ebulição 767 °C, coeficiente de expansão térmica 29,8·10 -6 (a 25 °C); condutividade térmica (a 0°C) 97,55 W/(m K) ou 0,233 cal/(cm seg °C); capacidade calorífica específica (a 25 °C) 225,02 J/(kg K) ou 0,055 cal/(g °C); resistividade elétrica (a 20 °C) 7,4·10 -8 ohm·m (7,4·10 -6 ohm·cm); coeficiente de temperatura da resistência elétrica 4,3·10 -3 (0-100° C). Resistência à tração 64 MN/m2 (6,4 kgf/mm2), alongamento relativo 20%, dureza Brinell 160 MN/m2 (16 kgf/mm2).

O cádmio está localizado no mesmo grupo da tabela periódica do zinco e do mercúrio, ocupando um lugar intermediário entre eles, portanto algumas das propriedades químicas desses elementos são semelhantes. Assim, sulfetos e óxidos desses elementos são praticamente insolúveis em água. O cádmio não interage com o carbono, o que significa que o cádmio não forma carbonetos.

De acordo com a configuração eletrônica externa do átomo 4d 10 5s 2, a valência do cádmio nos compostos é 2. No ar, o cádmio desaparece, ficando coberto por uma fina película de óxido de CdO, que protege o metal de futuras oxidações. Quando fortemente aquecido ao ar, o cádmio queima em óxido de CdO - um pó cristalino de cor marrom claro a marrom escuro, densidade 8,15 g/cm 3 ; a 700°C o CdO sublima sem derreter. O cádmio combina-se diretamente com halogênios; estes compostos são incolores; CdCl 2 , CdBr 2 e CdI 2 são muito facilmente solúveis em água (cerca de 1 parte de sal anidro em 1 parte de água a 20°C), CdF 2 é menos solúvel (1 parte em 25 partes de água). Com o enxofre, o cádmio forma sulfeto CdS amarelo-limão a vermelho-alaranjado, insolúvel em água e ácidos diluídos. O cádmio se dissolve facilmente em ácido nítrico com liberação de óxidos de nitrogênio e formação de nitrato, que dá o hidrato Cd(NOa) 2 · 4H 2 O. A partir dos ácidos clorídrico e sulfúrico diluído, o cádmio libera lentamente hidrogênio, e quando as soluções são evaporadas, a partir deles cristalizam hidratos de cloreto 2CdCl 2. 5H 2 O e sulfato 3CdSO 4 ·8H 2 O. Soluções de sais de cádmio têm uma reação ácida devido à hidrólise; álcalis cáusticos precipitam deles hidróxido branco Cd(OH) 2, insolúvel em excesso do reagente; entretanto, pela ação de soluções alcalinas concentradas sobre o Cd(OH) 2, foram obtidos hidroxocadmiatos, por exemplo Na 2. O cátion Cd 2+ forma facilmente íons complexos com amônia 2+ e com cianeto 2- e 4-. São conhecidos numerosos sais básicos, duplos e complexos de cádmio. Os compostos de cádmio são venenosos; A inalação de seus vapores de óxido é especialmente perigosa.

O cádmio ganhou popularidade na década de 40 do século XX. Foi nessa época que o cádmio se tornou um material estratégico - a partir dele começaram a ser feitas hastes de controle e emergência de reatores nucleares.

No início, o cádmio acabou sendo o principal material do “bastão”, principalmente porque absorve bem os nêutrons térmicos. Todos os reatores do início da “era atômica” (e o primeiro deles foi construído por Enrico Fermi em 1942) funcionavam com nêutrons térmicos. Só muitos anos depois ficou claro que os reatores rápidos de nêutrons são mais promissores tanto para a energia quanto para a produção de combustível nuclear - o plutônio-239. Mas o cádmio é impotente contra neutrões rápidos; não os detém.

Contudo, o papel do cádmio na construção de reactores não deve ser exagerado, porque as propriedades físicas e químicas deste metal (resistência, dureza, resistência ao calor - seu ponto de fusão é de apenas 321°C) deixam muito a desejar. O cádmio foi o primeiro material do núcleo. Então o boro e seus compostos começaram a ocupar o centro das atenções. Mas o cádmio é mais fácil de obter em grandes quantidades.

A produção de ligas consome aproximadamente um décimo da produção mundial de cádmio. As ligas de cádmio são usadas principalmente como materiais antifricção e soldas. A conhecida liga de composição 99% Cd e 1% Ni é utilizada para a fabricação de rolamentos que operam em motores automotivos, aeronáuticos e marítimos em altas temperaturas. Como o cádmio não é suficientemente resistente aos ácidos, incluindo os ácidos orgânicos contidos nos lubrificantes, as ligas de rolamentos à base de cádmio são por vezes revestidas com índio.

A liga de cobre com pequenas adições de cádmio possibilita a fabricação de fios mais resistentes ao desgaste em linhas de transporte elétrico. O cobre com adição de cádmio quase não difere em condutividade elétrica do cobre puro, mas é visivelmente superior em resistência e dureza.

Uma liga de cádmio com ouro tem uma cor esverdeada. Uma liga de cádmio com tungstênio, rênio e 0,15% de urânio 235 – de cor azul celeste – foi obtida por cientistas espanhóis em 1998.

Todo mundo conhece a chapa galvanizada, mas nem todo mundo sabe que para proteger o ferro da corrosão, não se utiliza apenas a galvanização, mas também o revestimento de cádmio. O revestimento de cádmio agora é aplicado apenas eletroliticamente; os banhos de cianeto são mais frequentemente usados ​​em condições industriais. Anteriormente, o cádmio era usado para imergir ferro e outros metais em cádmio fundido.

Apesar das propriedades semelhantes do cádmio e do zinco, o revestimento de cádmio tem várias vantagens: é mais resistente à corrosão e é mais fácil de tornar uniforme e liso. Além disso, o cádmio, ao contrário do zinco, é estável em ambiente alcalino. As chapas revestidas de cádmio são amplamente utilizadas; seu acesso é restrito apenas à produção de recipientes para alimentos, porque o cádmio é tóxico. Os revestimentos de cádmio apresentam outra característica interessante: na atmosfera das áreas rurais apresentam resistência à corrosão significativamente maior do que na atmosfera das áreas industriais. Tal revestimento falha especialmente rapidamente se o teor de dióxido de enxofre ou anidridos sulfúricos no ar for alto.

A área de aplicação mais importante do cádmio é a produção de fontes de energia química. Eletrodos de cádmio são usados ​​em baterias e acumuladores. As placas negativas das baterias de níquel-cádmio são feitas de malhas de ferro com esponja de cádmio como agente ativo. As placas positivas são revestidas com hidróxido de níquel. O eletrólito é uma solução de hidróxido de potássio. Baterias compactas para mísseis guiados também são feitas à base de cádmio e níquel, só que neste caso não são instaladas malhas de ferro, mas de níquel como base.

As baterias alcalinas de níquel-cádmio são mais confiáveis ​​do que as baterias de chumbo-ácido. Essas fontes de corrente se distinguem por altas características elétricas, operação estável e longa vida útil. Eles podem ser carregados em apenas uma hora. No entanto, as baterias de níquel-cádmio não podem ser recarregadas sem serem completamente descarregadas primeiro (nesse aspecto, são inferiores às baterias de hidreto metálico).

Cerca de 20% do cádmio é usado para a fabricação de eletrodos de cádmio usados ​​em baterias (níquel-cádmio e prata-cádmio), células Weston normais e baterias de reserva (célula de chumbo-cádmio, célula de mercúrio-cádmio, etc.

Cerca de 20% do cádmio é utilizado para a produção de corantes inorgânicos (sulfetos e selenetos, sais mistos, por exemplo, sulfeto de cádmio - cádmio cítrico).

• O cádmio às vezes é usado na medicina experimental.

O cádmio é usado na medicina homeopática.

• Nos últimos anos, o cádmio começou a ser utilizado na criação de novos nanomedicamentos antitumorais. Na Rússia, no início da década de 1950, foram realizados os primeiros experimentos bem-sucedidos relacionados ao desenvolvimento de medicamentos antitumorais à base de compostos de cádmio.

• O sulfeto de cádmio é usado para a produção de células solares de filme com uma eficiência de cerca de 10-16% e também como um material termoelétrico muito bom.

• Usado como componente de materiais semicondutores e fósforos.

• A condutividade térmica de um metal próximo do zero absoluto é a mais alta entre todos os metais, razão pela qual o cádmio às vezes é usado para tecnologia criogênica.

O efeito do cádmio no corpo humano

O cádmio é um dos metais pesados ​​mais tóxicos e por isso a SanPiN russa classifica-o como classe de perigo 2.

Os compostos de cádmio são venenosos. Um caso particularmente perigoso é a inalação de vapores do seu óxido (CdO). O cádmio é um veneno cumulativo (pode acumular-se no corpo). Na água potável, a concentração máxima permitida de cádmio é de 0,001 mg/dm³

Os compostos solúveis de cádmio, após absorção no sangue, afetam o sistema nervoso central, o fígado e os rins e perturbam o metabolismo fósforo-cálcio. O envenenamento crônico leva à anemia e destruição óssea.

O cádmio está normalmente presente em pequenas quantidades no corpo de uma pessoa saudável. O cádmio acumula-se facilmente em células que se multiplicam rapidamente (por exemplo, em células tumorais ou reprodutivas). Liga-se ao material citoplasmático e nuclear das células e danifica-as. Altera a atividade de muitos hormônios e enzimas. Isto se deve à sua capacidade de ligar grupos sulfidrila (-SH).

Em 1968, apareceu um artigo numa conhecida revista chamada “Cadmium and the Heart”. Dizia que o Dr. Carroll, um funcionário de saúde dos EUA, havia descoberto uma relação entre os níveis de cádmio na atmosfera e a incidência de mortes por doenças cardiovasculares. Se, digamos, na cidade A o teor de cádmio no ar for mais elevado do que na cidade B, então os pacientes cardíacos da cidade A morrem mais cedo do que se vivessem na cidade B. Carroll chegou a esta conclusão depois de analisar dados de 28 cidades.

De acordo com a USEPA, a OMS e a Health Canada, a ingestão diária total de cádmio no corpo humano proveniente de todas as fontes é de 10-50 mcg. A principal e mais “estável” fonte são os alimentos - em média, de 10 a 30-40 mcg de cádmio por dia. Legumes, frutas, carne animal e peixe geralmente contêm 10-20 mcg de cádmio por quilograma de peso. No entanto, não existem regras sem exceções. As culturas de cereais cultivadas em solo contaminado com cádmio ou irrigadas com água contendo cádmio podem conter quantidades aumentadas de cádmio (mais de 25 μg/kg).

Os fumantes recebem um “aumento” significativo de cádmio. Um cigarro contém 1 mcg (e às vezes mais - até 2 mcg) de cádmio. Então considere o seguinte: uma pessoa que fuma um maço de cigarros por dia expõe seu corpo a uma exposição adicional a pelo menos 20 mcg de cádmio, que, para referência, não é retido nem mesmo por um filtro de carbono.
Deve-se notar também que o cádmio é mais facilmente absorvido pelo organismo através dos pulmões - até 10-20%. Aqueles. de um maço de cigarros serão absorvidos 2 a 4 mcg de cádmio. Quando administrado pelo trato gastrointestinal, a porcentagem de digestibilidade é de apenas 4-7% (0,2 - 5 mcg de cádmio por dia em números absolutos). Assim, um fumante aumenta a “carga” de cádmio em seu corpo em pelo menos 1,5-2 vezes, o que traz consigo consequências adversas para a saúde.

Mercado mundial de cádmio

Cerca de 20 mil toneladas de cádmio são produzidas anualmente. O volume de sua produção está em grande parte relacionado à escala de produção de zinco.

Cerca de 82% do fornecimento mundial de cádmio refinado provém de fontes de alimentação de níquel-cádmio, mas após restrições à sua produção na Europa, um terço do consumo de cádmio será afectado. Como resultado do aumento da produção de zinco na Europa e da diminuição da utilização de cádmio, pode haver cádmio "gratuito" disponível, na maioria das vezes sob a forma de resíduos sólidos, mas a produção de baterias de níquel-cádmio está a crescer na Ásia, a produção está a deslocar-se para a Ásia e consequentemente, a procura de cádmio está a crescer na região asiática. Por enquanto, isto manterá o consumo global de cádmio no nível atual. Em 2007, os preços do cádmio, começando em 4,18 dólares/kg, subiram para 13 dólares/kg, mas no final do ano atingiram 7 dólares/kg.

Em 2010, a sul-coreana Young Poong Corp. aumentou a produção de cádmio em 75%, para 1.400 toneladas por ano, e planeja lançar novas capacidades em breve, disse um funcionário da empresa.

A maior parte do cádmio produzido no mundo é utilizada em revestimentos elétricos e na preparação de ligas. O cádmio como revestimento protetor apresenta vantagens significativas sobre o zinco e o níquel, pois é mais resistente à corrosão em camada fina; o cádmio está firmemente ligado à superfície de um produto metálico e não sai dele quando é danificado.

Até recentemente, os revestimentos de cádmio apresentavam uma “doença” que se fazia sentir de vez em quando. O fato é que quando o cádmio é aplicado eletroliticamente a uma peça de aço, o hidrogênio contido no eletrólito pode penetrar no metal. Este hóspede indesejável causa uma “doença” perigosa nos aços de alta resistência - a fragilização por hidrogênio, que leva à destruição inesperada do metal sob carga. Descobriu-se que, por um lado, o revestimento de cádmio protegia de forma confiável a peça contra a corrosão e, por outro, criava a ameaça de falha prematura da peça. É por isso que os designers foram frequentemente forçados a recusar os “serviços” do cádmio.

Cientistas do Instituto de Físico-Química da Academia de Ciências da URSS conseguiram eliminar esta “doença” dos revestimentos de cádmio. O titânio agia como remédio. Descobriu-se que se houver apenas um átomo de titânio por mil de seus átomos na camada de cádmio, a peça de aço fica protegida da ocorrência de fragilização por hidrogênio, uma vez que o titânio retira todo o hidrogênio do aço durante o processo de revestimento.

O cádmio também é usado por criminologistas ingleses: com a ajuda de uma fina camada desse metal pulverizada sobre a superfície examinada, é possível identificar rapidamente impressões digitais nítidas.

O cádmio também é utilizado na fabricação de baterias de cádmio-níquel. O papel do eletrodo negativo neles é desempenhado por grades de ferro com cádmio esponjoso, e as placas positivas são revestidas com óxido de níquel; O eletrólito é uma solução de hidróxido de potássio. Essas fontes de corrente se distinguem por altas características elétricas, alta confiabilidade, longa vida útil e sua recarga leva apenas 15 minutos.

A propriedade do cádmio de absorver nêutrons levou a outra área de aplicação do cádmio - na energia nuclear.

Assim como um carro não pode funcionar sem freios, um reator não pode funcionar sem hastes de controle que aumentem ou diminuam o fluxo de nêutrons.

Cada reator também é equipado com uma enorme haste de emergência, que entra em ação se as hastes de controle, por algum motivo, não cumprirem suas funções.

Um caso instrutivo surgiu em uma usina nuclear na Califórnia. Devido a alguns problemas de projeto, a haste de emergência não pôde ser imersa na caldeira em tempo hábil - a reação em cadeia tornou-se incontrolável e ocorreu um acidente grave. Um reator com nêutrons furiosos representava um enorme perigo para a população circundante. Tivemos que evacuar urgentemente as pessoas da zona de perigo antes que o “incêndio” nuclear se apagasse. Felizmente não houve vítimas, mas as perdas foram muito grandes e o reator ficou fora de serviço por algum tempo.

O principal requisito para o material das hastes de controle e emergência é a capacidade de absorver nêutrons, e o cádmio é um dos “maiores especialistas” nesta área. Com apenas uma ressalva: se estamos falando de nêutrons térmicos, cuja energia é muito baixa (é medida em centésimos de elétron-volt). Nos primeiros anos da era atômica, os reatores nucleares operavam precisamente com nêutrons térmicos, e o cádmio foi por muito tempo considerado o “primeiro violino” entre os materiais dos bastonetes. Mais tarde, porém, ele teve que abrir mão do papel de liderança para o boro e seus compostos. Mas para o cádmio, os físicos nucleares estão encontrando cada vez mais novas áreas de atividade: por exemplo, usando uma placa de cádmio instalada no caminho de um feixe de nêutrons, eles estudam seu espectro de energia, determinam quão homogêneo ele é, qual é a proporção de energia térmica nêutrons nele.

De particular interesse para os cientistas foi o aumento da ausência de peso de um cristal MRT, que é uma solução sólida de teluretos de cádmio e mercúrio. Este material semicondutor é indispensável para a fabricação de termovisores - dispositivos infravermelhos de alta precisão usados ​​​​em medicina, geologia, astronomia, eletrônica, engenharia de rádio e muitos outros campos importantes da ciência e tecnologia. É extremamente difícil obter este composto em condições terrestres: seus componentes, devido à grande diferença de densidade, comportam-se como os heróis da famosa fábula de I. A. Krylov - um cisne, um lagostim e um lúcio, e como resultado, em vez disso de uma liga homogênea, obtém-se uma “torta” em camadas. Para criar um pequeno cristal MCT, é preciso fazer crescer um cristal grande e cortar dele a placa mais fina da camada limite, e todo o resto vai para o lixo. Não pode ser de outra forma: afinal, a pureza e a homogeneidade de um cristal MCT são estimadas em cem milionésimos de um por cento. Não é à toa que no mercado mundial um grama desses cristais custa “apenas” oito mil dólares.

A melhor tinta amarela é uma combinação de cádmio e enxofre. Grandes quantidades de cádmio são usadas para fazer esta tinta.

CONCLUSÃO

As atividades multifacetadas do cádmio também têm lados negativos. Há vários anos, uma das autoridades de saúde dos EUA descobriu que existe uma ligação direta entre a mortalidade por doenças cardiovasculares e. teor de cádmio na atmosfera. Esta conclusão foi tirada após uma pesquisa minuciosa com residentes de 28 cidades americanas. Em quatro delas - Chicago, Nova York, Filadélfia e Indianápolis - o teor de cádmio no ar era significativamente maior do que em outras cidades; A proporção de mortes por doenças cardíacas também foi maior aqui.

Enquanto médicos e biólogos determinam se o cádmio é prejudicial e procuram formas de reduzir o seu conteúdo no ambiente, os representantes da tecnologia tomam todas as medidas para aumentar a sua produção. Se durante toda a segunda metade do século passado foram extraídas apenas 160 toneladas de cádmio, então no final da década de 20 do nosso século a sua produção anual nos países capitalistas já era de cerca de 700 toneladas, e na década de 50 atingiu 7.000 toneladas (após afinal, foi nesse período que, desde então, o cádmio adquiriu o status de material estratégico destinado à fabricação de varetas de reatores nucleares). E no século 21, o uso do cádmio só aumentará, devido às suas propriedades insubstituíveis.

REFERÊNCIAS

1) Dzliev I.I. Metalurgia do cádmio. M.: Metallurgizdat, 1962.

2) Krestovnikov A.N. Cádmio. M.: Tsvetmetizdat, 1956.

3) Krestovnikov A.N. Karetnikova V. P. Metais raros. M.: Tsvetmetizdat, 1966.

4) Lebedev B.N. Kuznetsova V.A. Metais não ferrosos. M.: Nauka, 1976.

5) Lyubchenko V.A. Metais não ferrosos. M.: Nauka, 1963.

6) Maksimova G.V. Cádmio // Journal of inorganic chemistry, No. 3, 1959, S-98.

7) Plaksina I.N. Yukhtanov D.M. Hidrometalurgia. M.: Metallurgizdat, 1949.

8) Peysakhov I.L. Metais não ferrosos. M.: Nauka, 1950.

9) Planador V.I. Cádmio como preventivo de corrosão. M.: Tsvetmetizdat, 1952.

O conteúdo do artigo

CÁDMIO(Cádmio) O Cd é um elemento químico do Grupo II da Tabela Periódica. Número atômico 48, massa atômica relativa 112,41. O cádmio natural consiste em oito isótopos estáveis: 106 Cd (1,22%), 108 Cd (0,88%), 110 Cd (12,39%), 111 Cd (12,75%), 112 Cd (24,07%), 113 Cd (12,26%), 114 Cd (28,85%) e 116 Cd (7,58%). Estado de oxidação +2, raramente +1.

O cádmio foi descoberto em 1817 pelo químico alemão Friedrich Stromeyer Friedrich (1776-1835).

Ao verificar o óxido de zinco produzido por uma das fábricas de Schenebec, surgiu a suspeita de que continha uma mistura de arsênico. Quando a droga foi dissolvida em ácido e o sulfeto de hidrogênio passou pela solução, formou-se um precipitado amarelo semelhante aos sulfetos de arsênico, mas uma verificação mais completa mostrou que esse elemento não estava presente. Para a conclusão final, uma amostra de óxido de zinco suspeito e outras preparações de zinco (incluindo carbonato de zinco) da mesma fábrica foi enviada a Friedrich Strohmeyer, que a partir de 1802 ocupou a cátedra de química na Universidade de Göttingen e o cargo de inspetor geral de Farmácias hanoverianas.

Tendo calcinado o carbonato de zinco, Strohmeyer obteve um óxido, mas não branco, como deveria ser, mas amarelado. Ele presumiu que a cor era causada por uma mistura de ferro, mas descobriu-se que não havia ferro. Strohmeyer analisou completamente as preparações de zinco e descobriu que a cor amarela apareceu devido a um novo elemento. Recebeu o nome do minério de zinco em que foi encontrado: a palavra grega kadmeia, "terra de cádmio" é o nome antigo da smithsonita ZnCO 3 . Esta palavra, segundo a lenda, vem do nome do fenício Cadmo, que supostamente foi o primeiro a encontrar a pedra de zinco e perceber sua capacidade de dar ao cobre (quando fundido a partir do minério) uma cor dourada. O mesmo nome foi dado ao herói da mitologia grega antiga: segundo uma lenda, Cadmo derrotou o Dragão em um duelo difícil e em suas terras construiu a fortaleza de Cadmea, em torno da qual cresceu então a cidade de sete portões de Tebas.

Prevalência do cádmio na natureza e sua extração industrial.

O teor de cádmio na crosta terrestre é de 1,6·10–5%. É próximo em abundância do antimônio (2,10–5%) e duas vezes mais comum que o mercúrio (8,10–6%). O cádmio é caracterizado pela migração em águas subterrâneas quentes junto com o zinco e outros elementos químicos propensos à formação de sulfetos naturais. Concentra-se em sedimentos hidrotermais. As rochas vulcânicas contêm até 0,2 mg de cádmio por kg, entre as rochas sedimentares as argilas são as mais ricas em cádmio - até 0,3 mg/kg, e em menor quantidade - calcários e arenitos (cerca de 0,03 mg/kg). O teor médio de cádmio no solo é de 0,06 mg/kg.

O cádmio possui seus próprios minerais - greenockita CdS, otavite CdCO 3, monteponita CdO. No entanto, eles não formam depósitos próprios. A única fonte industrialmente significativa de cádmio são os minérios de zinco, onde é encontrado em concentrações de 0,01–5%. O cádmio também se acumula na galena (até 0,02%), calcopirita (até 0,12%), pirita (até 0,02%), estanita (até 0,2%). Os recursos mundiais totais de cádmio são estimados em 20 milhões de toneladas, os industriais - em 600 mil toneladas.

Características de uma substância simples e produção industrial de cádmio metálico.

O cádmio é um sólido prateado com brilho azulado em uma superfície fresca, um metal macio, maleável e maleável, facilmente enrolado em folhas e fácil de polir. Assim como o estanho, os bastões de cádmio emitem um estalo quando dobrados. Funde a 321,1° C, ferve a 766,5° C, a densidade é de 8,65 g/cm 3, o que permite que seja classificado como metal pesado.

O cádmio é estável no ar seco. No ar úmido, desaparece rapidamente e, quando aquecido, interage facilmente com oxigênio, enxofre, fósforo e halogênios. O cádmio não reage com hidrogênio, nitrogênio, carbono, silício e boro.

O vapor de cádmio interage com o vapor de água para liberar hidrogênio. Os ácidos dissolvem o cádmio para formar sais deste metal. O cádmio reduz o nitrato de amônio em soluções concentradas em nitrito de amônio. É oxidado em solução aquosa por cátions de certos metais, como cobre (II) e ferro (III). Ao contrário do zinco, o cádmio não interage com soluções alcalinas.

As principais fontes de cádmio são produtos intermediários da produção de zinco. Os precipitados metálicos obtidos após a purificação de soluções de sulfato de zinco pela ação do pó de zinco contêm 2–12% de cádmio. As frações formadas durante a produção por destilação do zinco contêm 0,7–1,1% de cádmio, e as frações obtidas durante a purificação por retificação do zinco contêm até 40% de cádmio. O cádmio também é extraído do pó das fundições de chumbo e cobre (pode conter até 5% e 0,5% de cádmio, respectivamente). A poeira é geralmente tratada com ácido sulfúrico concentrado e depois o sulfato de cádmio é lixiviado com água.

A esponja de cádmio é precipitada a partir de soluções de sulfato de cádmio pela ação do pó de zinco, depois é dissolvida em ácido sulfúrico e a solução é purificada das impurezas pela ação do óxido de zinco ou carbonato de sódio, bem como por métodos de troca iônica. O cádmio metálico é isolado por eletrólise em cátodos de alumínio ou por redução com zinco.

Para remover o zinco e o chumbo, o cádmio metálico é derretido sob uma camada de álcali. O fundido é tratado com alumínio para remover o níquel e cloreto de amônio para remover o tálio. Usando métodos de purificação adicionais, é possível obter cádmio com um teor de impurezas de 10–5% em peso.

Cerca de 20 mil toneladas de cádmio são produzidas anualmente. O volume de sua produção está em grande parte relacionado à escala de produção de zinco.

A área de aplicação mais importante do cádmio é a produção de fontes de energia química. Eletrodos de cádmio são usados ​​em baterias e acumuladores. As placas negativas das baterias de níquel-cádmio são feitas de malhas de ferro com esponja de cádmio como agente ativo. As placas positivas são revestidas com hidróxido de níquel. O eletrólito é uma solução de hidróxido de potássio. Baterias compactas para mísseis guiados também são feitas à base de cádmio e níquel, só que neste caso não são instaladas malhas de ferro, mas de níquel como base.

Os processos que ocorrem em uma bateria alcalina de níquel-cádmio podem ser descritos pela equação geral:

Cd + 2NiO(OH) + 2H 2 O Cd(OH) 2 + 2Ni(OH) 2

As baterias alcalinas de níquel-cádmio são mais confiáveis ​​do que as baterias de chumbo-ácido. Essas fontes de corrente se distinguem por altas características elétricas, operação estável e longa vida útil. Eles podem ser carregados em apenas uma hora. No entanto, as baterias de níquel-cádmio não podem ser recarregadas sem serem completamente descarregadas primeiro (nesse aspecto, são inferiores às baterias de hidreto metálico).

O cádmio é amplamente utilizado para aplicar revestimentos anticorrosivos em metais, especialmente quando entram em contato com água do mar. As partes mais importantes de navios, aeronaves, bem como diversos produtos destinados à operação em climas tropicais são banhados a cádmio. Anteriormente, o ferro e outros metais eram revestidos com cádmio por imersão de produtos em cádmio fundido; agora o revestimento de cádmio é aplicado eletroliticamente.

Os revestimentos de cádmio têm algumas vantagens sobre os revestimentos de zinco: são mais resistentes à corrosão e são mais fáceis de uniformizar e alisar. A alta ductilidade de tais revestimentos garante a estanqueidade das conexões roscadas. Além disso, o cádmio, ao contrário do zinco, é estável em ambiente alcalino.

No entanto, o revestimento de cádmio tem os seus próprios problemas. Quando o cádmio é aplicado eletroliticamente a uma peça de aço, o hidrogênio contido no eletrólito pode penetrar no metal. Causa a chamada fragilização por hidrogênio em aços de alta resistência, levando à falha inesperada do metal sob carga. Para evitar este fenômeno, um aditivo de titânio é introduzido nos revestimentos de cádmio.

Além disso, o cádmio é tóxico. Portanto, embora o estanho de cádmio seja amplamente utilizado, é proibido utilizá-lo na fabricação de utensílios de cozinha e recipientes para alimentos.

Cerca de um décimo da produção mundial de cádmio é gasto na produção de ligas. As ligas de cádmio são usadas principalmente como materiais antifricção e soldas. A liga, contendo 99% de cádmio e 1% de níquel, é utilizada na fabricação de rolamentos que operam em motores automotivos, aeronáuticos e marítimos em altas temperaturas. Como o cádmio não é suficientemente resistente aos ácidos, incluindo os ácidos orgânicos contidos nos lubrificantes, as ligas de rolamentos à base de cádmio são por vezes revestidas com índio.

A liga de cobre com pequenas adições de cádmio torna possível tornar os fios das linhas de transporte elétrico mais resistentes ao desgaste. O cobre com adição de cádmio quase não difere em condutividade elétrica do cobre puro, mas é visivelmente superior em resistência e dureza.

O cádmio está incluído no metal da madeira, uma liga de baixo ponto de fusão contendo 50% de bismuto, 25% de chumbo, 12,5% de estanho, 12,5% de cádmio. A liga de madeira pode ser derretida em água fervente. É curioso que as primeiras letras de os componentes da liga de Wood formam a abreviatura VOSK. Foi inventado em 1860 pelo não muito famoso engenheiro inglês B. Wood. Esta invenção é muitas vezes atribuída erroneamente ao seu homônimo - o famoso físico americano Robert Williams Wood, que nasceu com apenas oito anos de idade. mais tarde.As ligas de cádmio de baixo ponto de fusão são usadas como material para a produção de peças fundidas finas e complexas, em sistemas automáticos de proteção contra incêndio, para soldar vidro a metal.As soldas contendo cádmio são bastante resistentes às flutuações de temperatura.

Um forte salto na demanda por cádmio começou na década de 1940 e foi associado ao uso de cádmio na indústria nuclear - descobriu-se que ele absorve nêutrons e a partir dele começaram a ser feitas hastes de controle e emergência de reatores nucleares. A capacidade do cádmio de absorver nêutrons de energias estritamente definidas é usada no estudo dos espectros de energia dos feixes de nêutrons.

Compostos de cádmio.

O cádmio forma compostos binários, sais e numerosos compostos complexos, incluindo compostos organometálicos. Nas soluções, as moléculas de muitos sais, em particular haletos, estão associadas. As soluções apresentam um ambiente levemente ácido devido à hidrólise. Quando expostos a soluções alcalinas, a partir de pH 7–8, os sais básicos precipitam.

Óxido de cádmio O CdO é obtido pela reação de substâncias simples ou pela calcinação de hidróxido ou carbonato de cádmio. Dependendo da “história térmica” pode ser amarelo-esverdeado, marrom, vermelho ou quase preto. Isto se deve em parte ao tamanho das partículas, mas é em grande parte resultado de defeitos na rede. Acima de 900° C, o óxido de cádmio é volátil e, a 1570° C, sublima completamente. Possui propriedades semicondutoras.

O óxido de cádmio é facilmente solúvel em ácidos e pouco solúvel em álcalis, facilmente reduzido por hidrogênio (a 900° C), monóxido de carbono (acima de 350° C) e carbono (acima de 500° C).

O óxido de cádmio é usado como material de eletrodo. Está incluído em óleos lubrificantes e lotes para produção de vidros especiais. O óxido de cádmio catalisa uma série de reações de hidrogenação e desidrogenação.

Hidróxido de cádmio O Cd(OH)2 precipita como um precipitado branco a partir de soluções aquosas de sais de cádmio(II) quando o álcali é adicionado. Quando exposto a soluções alcalinas muito concentradas, transforma-se em hidroxocadmatos, como o Na 2. O hidróxido de cádmio reage com a amônia para formar complexos solúveis:

Cd(OH)2 + 6NH3H2O ​​= (OH)2 + 6H2O

Além disso, o hidróxido de cádmio entra em solução sob a influência de cianetos de elementos alcalinos. Acima de 170°C decompõe-se em óxido de cádmio. A interação do hidróxido de cádmio com o peróxido de hidrogênio em solução aquosa leva à formação de peróxidos de diversas composições.

O hidróxido de cádmio é utilizado para obter outros compostos de cádmio e também como reagente analítico. Faz parte dos eletrodos de cádmio em fontes de corrente. Além disso, o hidróxido de cádmio é utilizado em vidros decorativos e esmaltes.

Fluoreto de cádmio O CdF 2 é ligeiramente solúvel em água (4,06% em peso a 20° C), insolúvel em etanol. Pode ser obtido pela ação do flúor sobre um metal ou do fluoreto de hidrogênio sobre o carbonato de cádmio.

O fluoreto de cádmio é usado como material óptico. É um componente de alguns vidros e fósforos, bem como de eletrólitos sólidos em fontes de corrente química.

Cloreto de cádmio O CdCl2 é altamente solúvel em água (53,2% em peso a 20°C). Sua natureza covalente determina seu ponto de fusão relativamente baixo (568,5° C), bem como sua solubilidade em etanol (1,5% a 25° C).

O cloreto de cádmio é obtido pela reação do cádmio com ácido clorídrico concentrado ou pela cloração do metal a 500° C.

O cloreto de cádmio é um componente de eletrólitos em células galvânicas de cádmio e sorventes em cromatografia gasosa. Faz parte de algumas soluções em fotografia, catalisadores em síntese orgânica e fluxos para cultivo de cristais semicondutores. É utilizado como mordente em tingimento e estamparia de tecidos. Os compostos organocádmio são obtidos a partir do cloreto de cádmio.

Brometo de cádmio O CdBr 2 forma cristais escamosos com brilho perolado. É muito higroscópico, altamente solúvel em água (52,9% em peso a 25°C), metanol (13,9% em peso a 20°C), etanol (23,3% em peso a 20°C).

O brometo de cádmio é obtido pela bromação do metal ou pela ação do brometo de hidrogênio sobre o carbonato de cádmio.

O brometo de cádmio serve como catalisador na síntese orgânica, é um estabilizador de emulsões fotográficas e um componente de composições vibratórias em fotografia.

Iodeto de cádmio CdI 2 forma cristais brilhantes em forma de folha, eles têm uma estrutura cristalina em camadas (bidimensional). São conhecidos até 200 politipos de iodeto de cádmio, diferindo na sequência de camadas com empacotamento hexagonal e cúbico.

Ao contrário de outros halogênios, o iodeto de cádmio não é higroscópico. É altamente solúvel em água (46,4% em peso a 25°C). O iodeto de cádmio é obtido pela iodização do metal por aquecimento ou na presença de água, bem como pela ação do iodeto de hidrogênio sobre o carbonato ou óxido de cádmio.

O iodeto de cádmio serve como catalisador na síntese orgânica. É um componente de composições pirotécnicas e lubrificantes.

Sulfeto de cádmio O CdS foi provavelmente o primeiro composto deste elemento pelo qual a indústria se interessou. Forma cristais amarelo-limão a vermelho-alaranjado. O sulfeto de cádmio possui propriedades semicondutoras.

Este composto é praticamente insolúvel em água. Também é resistente a soluções alcalinas e à maioria dos ácidos.

O sulfeto de cádmio é obtido pela interação de vapores de cádmio e enxofre, precipitação de soluções sob a influência de sulfeto de hidrogênio ou sulfeto de sódio e reações entre compostos de cádmio e organossulfurados.

O sulfeto de cádmio é um importante corante mineral, anteriormente chamado de amarelo de cádmio.

No ramo de pintura, o amarelo cádmio posteriormente passou a ser utilizado de forma mais ampla. Em particular, os automóveis de passageiros eram pintados com ela porque, entre outras vantagens, esta tinta resistia bem à fumaça das locomotivas. O sulfeto de cádmio também foi usado como corante na produção de têxteis e sabões. Dispersões coloidais correspondentes foram usadas para obter vidros transparentes coloridos.

Nos últimos anos, o sulfeto de cádmio puro foi substituído por pigmentos mais baratos - cadmopon e litopone de zinco-cádmio. Cadmopon é uma mistura de sulfeto de cádmio e sulfato de bário. É obtido pela mistura de dois sais solúveis - sulfato de cádmio e sulfeto de bário. Como resultado, forma-se um precipitado contendo dois sais insolúveis:

CdSO 4 + BaS = CdSI + BaSO 4 Ї

O litopone de zinco-cádmio também contém sulfeto de zinco. Ao fazer este corante, três sais precipitam simultaneamente. Litopone é de cor creme ou marfim.

Com a adição de seleneto de cádmio, sulfeto de zinco, sulfeto de mercúrio e outros compostos, o sulfeto de cádmio produz pigmentos termicamente estáveis ​​com cores brilhantes que variam do amarelo pálido ao vermelho escuro.

O sulfeto de cádmio dá à chama uma cor azul. Esta propriedade é usada em pirotecnia.

Além disso, o sulfeto de cádmio é usado como meio ativo em lasers semicondutores. Pode ser utilizado como material para a fabricação de fotocélulas, células solares, fotodiodos, LEDs e fósforos.

Seleneto de cádmio CdSe forma cristais vermelho-escuros. É insolúvel em água e se decompõe com os ácidos clorídrico, nítrico e sulfúrico. O seleneto de cádmio é obtido pela fusão de substâncias simples ou a partir de cádmio e selênio gasosos, bem como pela precipitação de uma solução de sulfato de cádmio sob a ação do seleneto de hidrogênio, pela reação do sulfeto de cádmio com ácido selenoso e pela interação entre compostos de cádmio e organoselênio .

O seleneto de cádmio é um fósforo. Serve como meio ativo em lasers semicondutores e é um material para a fabricação de fotorresistores, fotodiodos e células solares.

O seleneto de cádmio é um pigmento para esmaltes, esmaltes e tintas artísticas. O vidro rubi é colorido com seleneto de cádmio. Foi isso, e não o óxido de cromo, como no próprio rubi, que tornou as estrelas do Kremlin de Moscou vermelhas.

Telureto de cádmio O CdTe pode variar em cor do cinza escuro ao marrom escuro. Não é solúvel em água, mas é decomposto por ácidos concentrados. É produzido pela interação de cádmio líquido ou gasoso e telúrio.

O telureto de cádmio, que possui propriedades semicondutoras, é usado como detector de raios X e radiação gama, e o telureto de mercúrio-cádmio encontrou ampla aplicação (especialmente para fins militares) em detectores IR para imagens térmicas.

Quando a estequiometria é violada ou são introduzidas impurezas (por exemplo, átomos de cobre e cloro), o telureto de cádmio adquire propriedades fotossensíveis. É usado em eletrofotografia.

Compostos organocádmio CdR 2 e CdRX (R = CH 3, C 2 H 5, C 6 H 5 e outros radicais hidrocarbonetos, X - halogênios, OR, SR, etc.) são geralmente obtidos a partir dos reagentes de Grignard correspondentes. Eles são menos estáveis ​​termicamente do que seus equivalentes de zinco, mas geralmente são menos reativos (geralmente não inflamáveis ​​no ar). A sua aplicação mais importante é a produção de cetonas a partir de cloretos ácidos.

Papel biológico do cádmio.

O cádmio é encontrado nos organismos de quase todos os animais (nos animais terrestres é cerca de 0,5 mg por 1 kg de massa e nos animais marinhos é de 0,15 a 3 mg/kg). Ao mesmo tempo, é considerado um dos metais pesados ​​mais tóxicos.

O cádmio está concentrado no corpo principalmente nos rins e no fígado, enquanto o teor de cádmio no corpo aumenta com a idade. Acumula-se na forma de complexos com proteínas que participam de processos enzimáticos. Entrando no corpo vindo de fora, o cádmio tem um efeito inibitório sobre várias enzimas, destruindo-as. Sua ação baseia-se na ligação do grupo –SH dos resíduos de cisteína nas proteínas e na inibição das enzimas SH. Também pode inibir a ação de enzimas contendo zinco, deslocando o zinco. Devido à proximidade dos raios iônicos do cálcio e do cádmio, pode substituir o cálcio no tecido ósseo.

As pessoas são envenenadas por cádmio ao beber água contaminada com resíduos contendo cádmio, bem como por vegetais e grãos cultivados em terras localizadas perto de refinarias de petróleo e usinas metalúrgicas. Os cogumelos têm uma capacidade especial de acumular cádmio. Segundo alguns relatos, o teor de cádmio nos cogumelos pode atingir unidades, dezenas e até 100 ou mais miligramas por kg de peso próprio. Os compostos de cádmio estão entre as substâncias nocivas encontradas na fumaça do tabaco (um cigarro contém 1–2 mcg de cádmio).

Um exemplo clássico de envenenamento crônico por cádmio é uma doença descrita pela primeira vez no Japão na década de 1950 e chamada “itai-itai”. A doença foi acompanhada de fortes dores na região lombar e dores musculares. Também apareceram sinais característicos de danos renais irreversíveis. Centenas de mortes de itai-itai foram registradas. A doença se generalizou devido à alta poluição ambiental do Japão naquela época e à dieta específica dos japoneses - principalmente arroz e frutos do mar (são capazes de acumular cádmio em altas concentrações). Estudos demonstraram que aqueles com “Itai-Itai” consumiam até 600 mcg de cádmio por dia. Posteriormente, como resultado das medidas de proteção ambiental, a frequência e a gravidade de síndromes como “Itai-Itai” diminuíram acentuadamente.

Nos EUA, foi encontrada uma relação entre os níveis de cádmio na atmosfera e a incidência de mortes por doenças cardiovasculares.

Acredita-se que cerca de 1 mcg de cádmio por 1 kg de peso corporal pode entrar no corpo humano por dia sem prejudicar a saúde. A água potável não deve conter mais de 0,01 mg/l de cádmio. O antídoto para o envenenamento por cádmio é o selênio, mas o consumo de alimentos ricos nesse elemento leva à diminuição do teor de enxofre no organismo, caso em que o cádmio volta a ser perigoso.

Elena Savinkina

De onde você tira o cádmio? O cádmio está sempre contido nos minérios dos quais o zinco e o chumbo são extraídos e, às vezes, no minério de cobre. Portanto, inevitavelmente acaba nos resíduos da produção desses metais. Mas eles não são jogados fora, mas tentam ser reciclados, pois há muitos outros elementos que as pessoas precisam. A proporção de cádmio é muito grande - 0,3–0,5% do peso do concentrado de zinco, e 95% dele é retirado daí. Na verdade, o cádmio foi descoberto enquanto estudava compostos de zinco. Eles contam a seguinte história (ver “Química e Vida”, 1970, nº 9). Em 1817, surgiu um conflito em Magdeburg: o médico distrital Rolov ordenou que todos os preparados com óxido de zinco fossem retirados da venda, suspeitando que continham arsênico. Os farmacêuticos juravam que não havia arsênico nas preparações, exceto talvez óxido de ferro, que dá à pomada uma cor amarelada. O árbitro foi o professor Friedrich Strohmeyer, da Universidade de Göttingen, que na época era o inspetor-chefe farmacêutico. Na verdade, ele conseguiu isolar um composto amarelado da droga. No entanto, não tinha nada a ver com arsénico ou ferro, mas acabou por ser o óxido de um novo elemento. No outono de 1817, em conversas com colegas, Strohmeyer chamou-o de cádmio, para o qual é dada a seguinte explicação. O lendário príncipe fenício Cadmo, tendo vindo à Beócia em busca de sua irmã Europa, roubada por Zeus, construiu ali a fortaleza de Cadme. Mais tarde, a antiga Tebas grega cresceu em torno dela. Nos tempos antigos, uma mistura específica de compostos de zinco foi encontrada perto desta cidade, chamada “Terra Cadmeana” ou cádmio. Strohmeyer usou esse nome.

Rolov também logo se convenceu de que a impureza suspeita não era arsênico, mas um composto de um novo metal. Mas seu artigo foi enviado para “ Journal fur der praktischen Heilkunde”, foi adiado e publicado em abril de 1818, quando os químicos já sabiam da descoberta de Strohmeyer.

Como a cor amarela do composto afetou o interesse pelo cádmio? Da maneira mais direta: logo após a descoberta de Strohmeyer, um certo Karsten, consultor sênior de metalurgia da fábrica de Breslau (hoje Wroclaw), encontrou no minério de zinco da Silésia um elemento que produzia um precipitado amarelo quando o sulfeto de hidrogênio passava por sua solução, e chamou de "melínio" da palavra latina " mellis", que significa querido. Ainda era o mesmo cádmio, e seu sulfeto tornou-se um excelente pigmento amarelo, primeiro para artistas e depois, quando o preço caiu, para pintura. Ao obter sulfeto de cádmio de diferentes maneiras, você pode fazer lindas tintas em diferentes tons - do limão ao laranja. Por ser resistente a ácidos, álcalis e calor forte, o amarelo cádmio também é adequado para pintura de cerâmica. Além disso, quando o sulfeto de cádmio é misturado ao ultramarino, forma-se uma excelente tinta verde - o verde cádmio. Quando queimado, o cádmio produz uma cor azul, por isso também era utilizado em pirotecnia. Assim, na década de 90 do século XX, 17% do cádmio era utilizado no preparo de tintas para diversos fins.

Qual é a principal aplicação do cádmio? Baterias de níquel-cádmio: um dos eletrodos nelas contidos é feito de cádmio ou seu hidróxido, sua produção consome mais de 60% de todo o cádmio extraído. Essas baterias são muito duráveis: podem fornecer várias vezes mais ciclos de descarga-carga do que seus concorrentes mais próximos - baterias de chumbo, mas custam dez vezes mais. E em termos da relação entre eletricidade armazenada e peso, o Ni-Cd é duas vezes maior que o Pb, o que os torna promissores para veículos elétricos. A vida útil das baterias modernas de níquel-cádmio é de mais de 30 anos. Eles carregam rapidamente e liberam energia rapidamente e, devido à sua baixa resistência interna, podem fornecer alta densidade de corrente sem aquecer. Portanto, eles são usados ​​​​onde quer que sejam necessárias altas densidades de corrente - em carros elétricos, trólebus, bondes, trens elétricos, chaves de fenda, bem como em equipamentos de rádio e eletrodomésticos. Até recentemente, eles também forneciam energia para computadores e telefones celulares, mas agora seu lugar é ocupado pelo íon-lítio. As baterias de níquel-cádmio também devem ser usadas em sistemas de energia alternativos, onde de vez em quando é necessário bombear o excesso de energia para algum lugar, o que compensa a falta de produção devido ao mau tempo: essas baterias podem fornecer armazenamento confiável de até 6,5 MWh de eletricidade, o que os coloca no mesmo nível do chumbo e do sulfeto de sódio.

Entre as desvantagens das baterias de níquel-cádmio estão a alta autodescarga e o efeito memória: se você carregar uma bateria que não está completamente descarregada, ela acumulará cada vez menos energia. Há uma opinião de que este efeito pode ser combatido se essa bateria for descarregada com muita força de vez em quando. Mas a sua principal desvantagem é a toxicidade do cádmio; por isso, o uso de baterias de níquel-cádmio, bem como de pigmentos de cádmio para tintas, estabilizadores para polímeros (10% da produção de metais) e revestimentos para metais (5%) está diminuindo constantemente.

Qual aplicação de cádmio está aumentando? Produção de painéis solares. O telureto de cádmio converte muito bem a luz solar em eletricidade, embora seja inferior às baterias de silício: a eficiência dos módulos disponíveis no mercado é de 8–9% e 13–16%, respectivamente. No entanto, o telureto de cádmio é depositado na forma de filmes finos em vidro condutor, o que requer muito menos energia e materiais do que a produção de baterias de silício. Como resultado (" ”, 2012, 16, 5245–5259; doi:10.1016/j.rser.2012.04.034) os custos de energia para a produção de baterias são recuperados pela produção de energia dentro de um ano, o que é duas a três vezes (bem como as emissões de dióxido de carbono por quilowatt de eletricidade produzida por ela na Europa) menos do que as baterias de silício Por outras palavras, as baterias que utilizam compostos de cádmio são muito amigas do ambiente. Com o aumento da eficiência, essa diferença aumentará ainda mais, e há perspectivas aqui, já que os valores recordes de eficiência do telureto de cádmio foram de 15,6 e 13,8% em 2011 ao aplicar seu filme fino em vidro e poliimida flexível, respectivamente. As baterias à base de polímero pesam centenas de vezes menos que as de vidro e são facilmente montadas em superfícies curvas, o que atrai a atenção dos pesquisadores.

Filmes finos não são tudo. Elementos baseados em pontos quânticos feitos de calcogenetos - sulfeto de cádmio, telureto e seleneto - são representantes promissores de células solares de terceira geração, que, segundo especialistas, são capazes de finalmente garantir a autossuficiência dessa fonte de energia. Os pontos chamam a atenção dos pesquisadores porque, pela dependência de suas propriedades em relação ao seu tamanho, é possível conseguir absorção e conversão de todo o espectro solar em eletricidade. Além disso, em alguns experimentos, os pontos quânticos de calcogeneto mostraram a capacidade de obter vários elétrons de um fóton - o efeito da geração múltipla de excitons. Obviamente, se usado corretamente, aumentará muito a eficiência da conversão de luz, e isso nos permite esperar uma convergência no custo da eletricidade do Sol e da queima do carvão.

Até agora, porém, o potencial dos pontos quânticos não foi totalmente revelado - uma eficiência recorde de 5,42% no início de 2013 foi demonstrada por um elemento baseado em pontos quânticos feitos de sulfeto e seleneto de cádmio com aditivos de manganês (“ Avaliações de energia renovável e sustentável”, 2013, 22, 148–167; doi:10.1016/j.rser.2013.01.030). Acredita-se que os próprios pontos não sejam os culpados por isso - o material ideal do eletrodo ainda não foi selecionado para garantir a remoção completa dos portadores de carga resultantes da fotorreação deles. É possível que o cádmio também seja útil na fabricação de eletrodos; experimentos com um eletrodo feito de estanato de cádmio CdSnO 3 para células solares mostram bons resultados (“ Materiais de energia solar e células solares”, 2013, 117, 300–305; doi:10.1016/j.solmat.2013.06.009).

Que outras nanopartículas são feitas de compostos de cádmio? As mais diversas: nanobastões, nanotubos e até estruturas como ouriços-do-mar. É possível que alguns deles encontrem aplicação em tecnologias futuras.

Existe cádmio nos soldadinhos de chumbo? Pode muito bem acabar aí, porque uma pequena adição de cádmio reduz muito o ponto de fusão de outros metais e, consequentemente, garante um melhor preenchimento do molde com a liga fundida. Não é de surpreender que faça parte da famosa liga de madeira e suas variedades. Essas ligas são amplamente utilizadas em metalografia (são vazadas em seções finas, amostras para exame microscópico), na fundição de precisão, servem como varetas de fusão perdida na fabricação de figuras ocas, bem como fusíveis. Aparentemente, foi o engenheiro inglês Barnaba Wood o primeiro a descobrir a capacidade do cádmio de reduzir o ponto de fusão de outros metais, pois os elementos que compõem a liga que leva seu nome - sete a oito partes de bismuto, quatro de chumbo e dois de estanho e cádmio - têm ponto de fusão de 271, respectivamente, 327, 231 e 742°C. E todos juntos derretem a 69°C! Este resultado foi tão inesperado em 1860 que o conselho editorial da revista “ O Jornal Americano de Ciência e Artes” acrescentou a seguinte nota ao artigo de Wood: “Tivemos tempo para repetir apenas alguns dos experimentos interessantes do Dr. Wood relacionados ao efeito surpreendente que o cádmio tem na redução dos pontos de fusão de várias ligas.” Hoje em dia, a capacidade do cádmio de reduzir o ponto de fusão dos metais é utilizada adicionando-o às soldas - isto representa 2% da produção global de metais. Além disso, as soldas não são apenas industriais, mas também caseiras. Por exemplo, no fórum de joalheiros, os artesãos dão as seguintes recomendações: “Adicione um pouco de cádmio ao ouro, seu ponto de fusão será inferior ao do metal do produto e será possível soldar a peça necessária. Como é provável que o cádmio evapore durante a soldagem, a amostra do produto não pode mudar. Basta soldar sob pressão para não ser envenenado.”

Qual é a rota do cádmio no corpo?“O cádmio nos brinquedos infantis é impossível, é venenoso”, dirá o leitor. E ele estará certo, mas apenas parcialmente, já que é improvável que o cádmio de um soldadinho de chumbo (qualquer figura feita de metal pesado prateado fundido em uma pequena oficina) ou de um padrão amarelo em uma saladeira possa de alguma forma entrar no corpo humano. Ele tem maneiras completamente diferentes. Há três deles. Em primeiro lugar, com a fumaça do cigarro: o cádmio acumula-se bem nas folhas do tabaco. Em segundo lugar, do ar, principalmente do ar urbano: contém muito pó da estrada resultante da abrasão de pneus e pastilhas de freio (e o cádmio faz parte de sua composição); Quanto mais você respira essa poeira, maior será o teor de cádmio no corpo. Assim, entre os controladores de trânsito é uma vez e meia mais do que entre os rodoviários das áreas rurais (“ Quimosfera”, 2013, 90, 7, 2077–2084). O cádmio também está presente na fumaça das usinas termelétricas, se funcionarem a carvão, e na fumaça da queima de madeira, já que as árvores o extraem do solo. A terceira fonte são os alimentos, principalmente raízes, folhas e grãos das plantas: é aqui que o cádmio se acumula. Pesquisas realizadas por cientistas de Seattle mostraram que entre as jovens que vivem em áreas não contaminadas com cádmio, o fumo é a principal fonte de cádmio, pois aumenta em uma vez e meia o teor desse metal. Mas entre os produtos alimentícios, a coalhada de tofu revelou-se uma fonte significativa de cádmio - uma porção por semana aumenta o teor de cádmio no corpo em 22% (“ Ciência do Meio Ambiente Total”, 2011, 409, 9, 1632–1637). Muito cádmio é encontrado em moluscos e crustáceos que se alimentam de plâncton. Biólogos da Nova Zelândia descobriram que o cádmio na água do mar (sua concentração é de 0,11 μg/l) provavelmente acabou ali devido a falha humana. O cádmio está contido em fertilizantes fosfatados, de onde, aliás, vai principalmente para plantas comestíveis. As chuvas levam os fertilizantes para os rios e depois para o mar. O cádmio viaja na superfície das micropartículas. Uma vez na água salgada, é liberado e vai parar no fitoplâncton e com ele nas ostras. Como resultado, os moluscos que crescem nas partes mais altas da foz dos rios, onde o cádmio ainda não foi removido das micropartículas, são relativamente puros, e aqueles que estão mais abaixo contêm especialmente muito deste metal (“ Ciência do Meio Ambiente Total”, 1996, 181, 1, 31–44). O teor de cádmio nas ostras é de 13 a 26 microgramas por grama de peso seco. Para efeito de comparação: nas sementes de girassol, que também são consideradas uma importante fonte de cádmio, há 0,2–2,5 mcg por grama de grãos, nas folhas de tabaco - 0,5–1 mcg por grama de peso seco. Como não só as ostras se alimentam de plâncton, o cádmio também acaba nos peixes capturados em mares sujos. E o mais sujo é o Mar Báltico, para onde correm muitos rios provenientes de zonas industriais e de zonas com agricultura intensiva.

Como o cádmio antropogênico entra no meio ambiente? Além dos fertilizantes fosfatados, da poeira das estradas e da combustão de combustíveis, existem outras duas formas. A primeira é a metalurgia de não ferrosos: com todos os esforços voltados para a limpeza das emissões, parte delas passa inevitavelmente por todos os filtros. O segundo são os aterros sanitários e locais de reciclagem de resíduos, por exemplo, quando o plástico é queimado ali. Porém, em um aterro, mesmo sem aquecimento, o cádmio é lixiviado e entra no solo junto com a água. Em geral, a metalurgia de não ferrosos produz 5 mil toneladas de emissões de cádmio por ano, a queima de resíduos - 1,5, e a produção de fertilizantes fosfatados e queima de madeira - 0,2 mil toneladas cada uma das mais de sete mil toneladas que o homem dissemina no meio ambiente aproximadamente desde a década de 30 do século XX. As capacidades da própria natureza são mais modestas: 0,52 mil toneladas são fornecidas pelos vulcões e 0,2 mil toneladas pelas excreções vegetais, num total de 0,83 mil toneladas (ver “Química e Vida”, 1979, nº 12). Por outras palavras, não mais do que dois terços do cádmio extraído das entranhas da Terra podem ser convertidos em metal (e a produção global tem oscilado entre 17 e 20 mil toneladas por ano durante décadas), pelo que as perspectivas de utilização aqui são muito amplas. . No entanto, não há incentivo, o que será discutido mais adiante.

Como se comportarão os novos materiais que contêm cádmio num aterro? Diferentemente. Uma análise detalhada foi realizada por Vasily Fthenakos do Laboratório Nacional de Brookhaven (EUA), que descreveu detalhadamente o ciclo de vida de uma bateria de telureto de cádmio (“ Avaliações de energia renovável e sustentável”, 2004, 8, 303–334; doi:10.1016/j.rser.2003.12.001). Ele raciocina assim. Numa célula solar, o composto de cádmio está localizado entre camadas de vidro ou plástico. Portanto, partículas contendo cádmio podem aparecer no meio ambiente somente quando o elemento é destruído, o que acontece em uma área muito empoeirada ou durante uma quebra. Mas mesmo assim, como o experimento mostrou, nenhuma chuva é capaz de eliminar qualquer quantidade perceptível de cádmio do elemento. A temperatura de evaporação do CdTe ultrapassa 1000°C, e do CdS, também presente nesses elementos, é de 1700°C, portanto não haverá evaporação durante a operação.

E se o elemento estiver no telhado de uma casa particular onde ocorreu um incêndio? No ar, o telureto de cádmio permanece estável até temperaturas de 1050°C, que é inferior ao aquecimento durante um incêndio normal. Experimentos diretos provaram que se a bateria for feita sobre substrato de vidro, quase todo o cádmio permanecerá no vidro fundido - apenas 0,6% de sua já pequena quantidade (afinal, é uma película fina) pode ser liberada. Alguns elementos, quando decompostos em aterro, de fato se decompõem, liberando cádmio, enquanto outros, mais modernos, não. A regulamentação legislativa pode garantir que apenas os elementos inofensivos sejam deitados fora. E seria melhor não jogá-los fora, porque contêm telúrio valioso.

Infelizmente, Fthenakos não diz nada sobre elementos à base de polímeros, que provavelmente irão queimar e nenhum cádmio se fundirá no vidro. Mas ele observa que a proibição do uso de cádmio pode levar a consequências muito piores: tendo perdido o mercado de vendas, os fabricantes de zinco, chumbo e cobre deixarão de extrair cádmio dos resíduos e começarão a poluir tudo ao redor muito mais do que os aterros sanitários (lembre-se um terço do cádmio que voa para a chaminé). Portanto, o uso do cádmio deve ser ampliado enquanto as medidas de descarte dos produtos são reforçadas.

Há uma questão separada sobre dispositivos baseados em nanopontos: quando destruídos, esses materiais irão inevitavelmente dispersar nanopartículas que podem se mover através da cadeia alimentar. Existem dados (“ Diário de Materiais Perigosos”, 2011, 192, 15, 192–199; doi:10.1016/j.jhazmat.2011.05.003), que ao mesmo tempo não permanecerão inalterados: no fígado e nos rins de ratos aos quais nanopontos de seleneto de cádmio foram injetados na cavidade abdominal, foi observado um aumento no cádmio livre . O efeito foi mais pronunciado se as nanopartículas fossem iluminadas com luz ultravioleta antes do uso (aparentemente, este será o caso da nanopoeira em condições naturais). Obviamente, os requisitos para o descarte de células solares e outros dispositivos baseados em tais nanopartículas devem ser mais rigorosos do que quando se utilizam produtos monolíticos.

Por que o cádmio é perigoso? A questão é muito mais complicada do que parece, pois o cádmio entra no corpo em quantidades microscópicas e não atua instantaneamente. Pesquisadores da Universidade de Dakota do Norte, liderados por Soysunwan Satarug, escrevem sobre isso em detalhes (“ ”, 2010, 118, 182–190; doi:10.1289/ehp.0901234). Vamos recontar esta revisão.

Pode-se considerar comprovado que pessoas que vivem em áreas onde o solo contém uma quantidade significativa de cádmio e os alimentos estão constantemente contaminados com ele apresentam fragilidade óssea aumentada. Os japoneses chamavam esta doença de itai-itai: surgiu na década de 40 na província de Toyama, onde os agricultores utilizavam a água de uma mina de zinco para irrigar os seus campos. O teor de cádmio no arroz era tão alto que a ingestão diária era de 600 mcg por dia, ou 4.200 mcg por semana, ou até 2 gramas por pessoa ao longo da vida. Não é difícil identificar aqui uma relação de causa e efeito, o que não se pode dizer do consumo crônico de cádmio em pequenas doses. Tudo se resume à porcentagem de risco de contrair uma doença específica. Ainda não se sabe quais doses de cádmio podem ser consideradas inofensivas. A Organização Mundial da Saúde, em 1989, deu uma ingestão máxima tolerável de cádmio por semana: 400–500 mcg, com base no fato de que 2 g ao longo da vida é muito, levando ao itai-itai. Em 1992, a norma foi recalculada, era de 7 mcg por dia por quilograma de peso. É fácil perceber que a dose semanal para uma pessoa de 70 kg é a mesma - 490 mcg. No cálculo, presumiu-se que o corpo absorve 5% do cádmio que entra e 0,005% da quantidade de metal que já contém sai com a urina. Porém, alguns médicos questionam esse modelo, ressaltando que já encontraram casos em que o corpo absorveu 40% do cádmio que entrou nele. Além disso, as medições mostraram que o consumo de apenas 1 mcg por kg por dia resulta em 2 mcg de cádmio por grama de creatinina na urina, e efeitos desagradáveis ​​aparecem mesmo em níveis muito mais baixos. (O teor de cádmio e outros metais nocivos na urina, cuja concentração é baixa, é geralmente expresso em microgramas por grama de creatinina - esta substância é formada durante a atividade muscular e é constantemente excretada na urina. O resultado apresentado em tais unidades não depende da diluição da amostra. A seguir está a palavra “ creatinina" que omitiremos. Obviamente, medir o cádmio na urina é muito mais fácil do que ingeri-lo no corpo de diferentes fontes)

Quais são esses efeitos? Ao ler a resenha, fica-se com a impressão de que o cádmio causa sintomas de velhice. Em primeiro lugar, acumulando-se nos rins, acelera a degradação dos túbulos renais. De acordo com alguns dados, se 2–4 mcg de cádmio forem excretados na urina por dia, a probabilidade de degradação renal é de 10%; segundo outros, quando medem não a excreção diária, mas a concentração na amostra de teste, um teor de cádmio na urina de 0,67 mcg/g já é perigoso. (Se assumirmos que 1–2 gramas de creatinina são excretados na urina por dia, verifica-se que a dose diária perigosa de excreção de cádmio é de cerca de 1 mcg.) Como resultado da degradação tubular, a capacidade dos rins de o retorno de vitaminas, minerais e outras substâncias úteis ao corpo está enfraquecido, por exemplo, zinco e cobre associados a metalotioneínas, cálcio, fosfatos, glicose, aminoácidos. Um aumento duplo no nível de cádmio na urina aumenta o conteúdo de cálcio em 2 mg por dia. Não é difícil adivinhar que a perda de cálcio aumenta o risco de osteoporose. Na verdade, no grupo de mulheres com mais de 50 anos de idade com mais de 1 mcg/g de cádmio na urina, o risco de osteoporose foi 43% maior do que naquelas que tinham menos de 0,5 mcg/g. Com níveis de cádmio entre 1 e 2 μg/g, o risco de níveis elevados de glicose e de desenvolvimento de diabetes tipo 2 é de 1,48 e 1,24, respectivamente, em comparação com aqueles com menos de 1 μg/g. Uma pesquisa com coreanos, um quarto dos quais sofria de pressão alta, mostrou que o risco desta doença em pessoas com níveis elevados de cádmio é uma vez e meia maior do que naquelas com níveis baixos. O risco de ataque cardíaco em mulheres com mais de 0,88 mcg/g de cádmio na urina é 1,8 vezes maior em comparação com aquelas com menos de 0,43 mcg/g. A probabilidade de morrer de câncer em homens com menos de 0,22 e mais de 0,48 μg/g de cádmio na urina difere em 4,3 vezes. Há suspeitas de que o cádmio reduza a fertilidade nos homens.

Em geral, do trabalho do Dr. Sataruga e seus colegas, conclui-se que é a poluição ambiental com cádmio a culpada pelo fato de as doenças relacionadas à idade terem se tornado muito “mais jovens” ao longo do século XX.

Também existem dados estranhos. Assim, houve uma forte ligação entre o teor de cádmio na urina e o risco de hipertensão arterial em americanos que não fumam, enquanto tal ligação não foi observada em fumantes. Entretanto, entre os amantes do cigarro, o consumo de cádmio é obviamente mais elevado e, além disso, o teor de cádmio na urina dos americanos é geralmente mais de três vezes inferior ao dos coreanos acima mencionados. Em fumadores com degradação da retina relacionada com a idade, o nível de cádmio na urina foi de 1,18 μg/g - quase duas vezes mais elevado do que em fumadores sem esta doença e em não fumadores saudáveis. No entanto, os não fumadores que desenvolveram a doença tinham tão pouco cádmio como as pessoas saudáveis ​​– o que significa que não é só isso. Esses dados contraditórios levantam a questão: talvez o aumento do teor de cádmio na urina não reflita a causa, mas a consequência de alguns processos sistêmicos do corpo? No final, a maioria dos estudos mencionados na revisão não mediu o consumo de cádmio, apenas a sua produção.

Como lidar com o cádmio no corpo? Há poucas pesquisas científicas sobre o tema, e o princípio é indicado no mesmo trabalho de pesquisadores de Dakota do Norte. O cádmio não é um dos elementos vitais, portanto o organismo não possui mecanismos especiais para sua absorção - o cádmio utiliza os fornecidos para metais pesados ​​​​similares que formam íons divalentes: zinco, ferro, manganês e cálcio. A deficiência de qualquer um desses elementos leva imediatamente ao aumento da absorção de cádmio. Assim, a deficiência de ferro aumenta o teor de cádmio nas mulheres tailandesas de três a quatro vezes. Um estudo com mulheres de Bangladesh descobriu a mesma coisa, mas o zinco também estava em jogo. Disto se conclui o quão importante é manter o equilíbrio correto de microelementos no corpo.

Existem outras ideias. Por exemplo, os brasileiros mostram que a cafeína reduz significativamente, mais de duas vezes, o teor de cádmio no sangue e nos tecidos, incluindo tecidos reprodutivos, em ratos experimentais (“ Toxicologia Reprodutiva”, 2013, 35, 137–143; doi:10.1016/j.reprotox.2012.10.009). Segundo os pesquisadores, a cafeína forma complexos com o cádmio, impedindo sua absorção. A conclusão sugere-se: o costume de acompanhar a refeição com café ou chá, que também contém cafeína, é correto.

Às vezes surge um paradoxo: alimentos ricos em cádmio não têm efeito no corpo. Assim, um estudo realizado em 1986 com comedores de ostras levou a uma surpresa: com um consumo máximo de 72 ostras por semana, eles comeram monstruosos 1.750 microgramas de cádmio, mas isso não apareceu nem na urina nem no cabelo. Para onde foi todo esse cádmio permanece um mistério. Supõe-se que o selênio, cujo teor era alto nessas ostras, interferiu de alguma forma na absorção do cádmio e aparentemente saiu com outras substâncias não comestíveis pelo intestino. No entanto, em 2008, o cumprimento da linha geral foi restaurado: entre os trabalhadores das fazendas de ostras que comeram 18 ostras por semana durante mais de 12 anos, o teor de cádmio na urina aumentou 2,5 vezes em comparação com a média nos Estados Unidos - para 0 76 µg/g.

Ou talvez seja melhor lidar com o cádmio antes de entrar no corpo, por exemplo, para garantir que não entre no solo e no ar? Dificilmente é possível libertar fertilizantes fosfatados do cádmio; o cultivo de plantas com reduzida digestibilidade do cádmio é demorado e dispendioso, embora estejam a ser feitas tentativas no que diz respeito ao tabaco, mas é possível limpar o solo com plantas hiperacumuladoras - no caso do cádmio, isso é beladona preta Solanum negro, também conhecida como amora comestível, uma variedade francesa semelhante à bolsa de pastor ou à mostarda, a baga glauca ou a baga alpina ( Thlaspi caerulescens) e sedum chinês Sedum Alfredii. É verdade que não está claro onde colocar as partes dessas plantas enriquecidas com cádmio - elas claramente não são adequadas para composto e cinzas obtidas na horta. Durante a combustão industrial dos chamados biocombustíveis sólidos - palha, mato, etc. - há oportunidades para se livrar dos metais nocivos: é necessário separar as frações de alta temperatura da fumaça que o contém das de baixa temperatura - então a cinza resultante pode ser trazida de volta ao campo com segurança, restaurando sua fertilidade.

Mas o principal a limpar é o ar. O método mais radical foi escolhido pelas autoridades americanas e agora pelas autoridades da União Europeia - uma luta irreconciliável contra o tabagismo (“ Perspectivas de Saúde Ambiental”, 2012, 120, 2, 204–209; doi:10.1289/ehp.1104020). Os resultados são claros: o teor médio de cádmio na urina dos americanos diminuiu de 0,36 µg/g em 1988 para 0,26 µg/g em 2008. Como mesmo entre os fumantes inveterados (e pelos padrões americanos são 20 ou mais maços por ano) caiu de 0,71 para 0,49, e entre os não fumantes - de 0,26 para 0,19, deve-se presumir que a proibição de fumar em locais públicos reduziu significativamente o efeitos do consumo passivo de tabaco. Tendo em conta os dados acima referidos sobre a nocividade das microdoses de cádmio, essas proibições parecem ser a contribuição mais facilmente implementada e muito significativa para a saúde pública. Também valeria a pena reforçar os requisitos relativos às emissões das fábricas de metalurgia não ferrosa, das caldeiras e dos automóveis e, ao mesmo tempo, garantir que poeiras menos nocivas voem por baixo das rodas calçadas.

Cádmio

CÁDMIO-EU; m.[lat. cádmio do grego. kadmeia - minério de zinco]

1. Elemento químico (Cd), um metal macio, maleável, branco prateado, encontrado em minérios de zinco (parte de muitas ligas de baixo ponto de fusão, usadas na indústria nuclear).

2. Tinta amarela artificial em diferentes tonalidades.

◁ Cádmio, oh, oh. Ligas K-ésimas. K-amarelo(tingir).

(lat. Cádmio), elemento químico do grupo II da tabela periódica. O nome vem do grego kadméia – minério de zinco. Metal prateado com tonalidade azulada, macio e fusível; densidade 8,65 g/cm3, t pl 321,1ºC. É extraído através do processamento de minérios de chumbo-zinco e cobre. Utilizado para revestimento de cádmio, em baterias de alta potência, energia nuclear (hastes de controle para reatores) e para produção de pigmentos. Faz parte de ligas de baixo ponto de fusão e outras. Sulfetos, selenetos e teluretos de cádmio são materiais semicondutores. Muitos compostos de cádmio são venenosos.

CÁDMIO (lat. Cádmio), Cd (leia-se “cádmio”), elemento químico com número atômico 48, massa atômica 112,41.
O cádmio natural consiste em oito isótopos estáveis: 106 Cd (1,22%), 108 Cd (0,88%), 110 Cd (12,39%), 111 Cd (12,75%), 112 Cd (24,07%), 113 Cd (12,26%), 114 Cd (28,85%) e 116 Cd (12,75%). Localizado no período 5 do grupo IIB da tabela periódica dos elementos. Configuração de duas camadas eletrônicas externas 4 é 2 p 6 d 10 5é 2 . Estado de oxidação +2 (valência II).
O raio do átomo é 0,154 nm, o raio do íon Cd 2+ é 0,099 nm. Energias de ionização sequencial - 8,99, 16,90, 37,48 eV. Eletronegatividade de acordo com Pauling (cm. PAULING Linus) 1,69.
História da descoberta
Descoberto pelo professor alemão F. Strohmeier (cm. STROHMEYER Friedrich) em 1817. Farmacêuticos de Magdeburg enquanto estudavam óxido de zinco (cm. ZINCO (elemento químico)) ZnO era suspeito de conter arsênico (cm. ARSÊNICO). F. Strohmeier isolou um óxido marrom-marrom do ZnO e reduziu-o com hidrogênio (cm. HIDROGÊNIO) e obteve um metal branco prateado, chamado cádmio (do grego kadmeia - minério de zinco).
Estar na natureza
O conteúdo na crosta terrestre é de 1,35·10–5% em massa, na água dos mares e oceanos 0,00011 mg/l. Vários minerais muito raros são conhecidos, por exemplo, greenockite GdS, otavite CdCO 3, monteponite CdO. O cádmio se acumula em minérios polimetálicos: esfalerita (cm. ESFALERITA)(0,01-5%), galena (cm. GALENA)(0,02%), calcopirita (cm. CHALCOpyRITE)(0,12%), pirita (cm. PIRITA)(0,02%), minérios desbotados (cm. MINÉRIOS NEGROS) e estanina (cm. ESTANIN)(até 0,2%).
Recibo
As principais fontes de cádmio são produtos intermediários da produção de zinco, poeira de fundição de chumbo e cobre. A matéria-prima é tratada com ácido sulfúrico concentrado e o CdSO 4 é obtido em solução. O Cd é isolado da solução usando pó de zinco:
CdSO4 + Zn = ZnSO4 + Cd
O metal resultante é limpo por fusão sob uma camada de álcali para remover impurezas de zinco e chumbo. O cádmio de alta pureza é obtido por refino eletroquímico com purificação intermediária do eletrólito ou pelo método de fusão por zona (cm. FUSÃO DE ZONA).
Propriedades físicas e químicas
O cádmio é um metal macio branco prateado com uma estrutura hexagonal ( A = 0,2979, Com= 0,5618nm). Ponto de fusão 321,1 °C, ponto de ebulição 766,5 °C, densidade 8,65 kg/dm3. Se você dobrar uma haste de cádmio, poderá ouvir um leve estalo - são microcristais de metal esfregando uns contra os outros. O potencial padrão do eletrodo de cádmio é -0,403 V, na faixa de potenciais padrão (cm. POTENCIAL PADRÃO) está localizado antes do hidrogênio (cm. HIDROGÊNIO).
Numa atmosfera seca, o cádmio é estável, mas numa atmosfera húmida é gradualmente coberto por uma película de óxido de CdO. Acima do ponto de fusão, o cádmio queima no ar para formar óxido marrom CdO:
2Сd + O 2 = 2CdO
O vapor de cádmio reage com o vapor de água para formar hidrogênio:
Cd + H 2 O = CdO + H 2
Comparado ao seu vizinho do grupo IIB - Zn, o cádmio reage mais lentamente com ácidos:
Cd + 2HCl = CdCl2 + H2
A reação ocorre mais facilmente com ácido nítrico:
3Cd + 8HNO 3 = 3Cd(NO 3) 2 + 2NO – + 4H 2 O
O cádmio não reage com álcalis.
Em reações pode atuar como um agente redutor suave; por exemplo, em soluções concentradas é capaz de reduzir o nitrato de amônio a nitrito NH 4 NO 2:
NH 4 NO 3 + Cd = NH 4 NO 2 + CdO
O cádmio é oxidado por soluções de sais de Cu(II) ou Fe(III):
Cd + CuCl 2 = Cu + CdCl 2;
2FeCl3 + Cd = 2FeCl2 + CdCl2
Acima do ponto de fusão, o cádmio reage com halogênios (cm. HALOGÊNIO) com a formação de haletos:
Cd + Cl 2 = CdCl 2
Com enxofre (cm. ENXOFRE) e outros calcogênios formam calcogenetos:
Cd + S = CdS
O cádmio não reage com hidrogênio, nitrogênio, carbono, silício e boro. O nitreto de Cd 3 N 2 e o hidreto de CdH 2 são obtidos indiretamente.
Em soluções aquosas, os íons cádmio Cd 2+ formam complexos aquáticos 2+ e 2+.
O hidróxido de cádmio Cd(OH) 2 é obtido pela adição de álcali a uma solução de sal de cádmio:
СdSO 4 + 2NaOH = Na 2 SO 4 + Cd(OH) 2 Ї
O hidróxido de cádmio é praticamente insolúvel em álcalis, embora a formação de complexos de hidróxido 2– tenha sido observada durante fervura prolongada em soluções muito concentradas de álcalis. Assim, anfotérico (cm. ANFOTÉRICO) as propriedades do óxido de CdO e do hidróxido de cádmio Cd(OH) 2 são muito menos pronunciadas do que as dos compostos de zinco correspondentes.
Devido à formação de complexos, o hidróxido de cádmio Cd(OH) 2 se dissolve facilmente em soluções aquosas de amônia NH 3:
Cd(OH)2 + 6NH3 = (OH)2
Aplicativo
40% do cádmio produzido é usado para aplicar revestimentos anticorrosivos em metais. 20% do cádmio é usado na fabricação de eletrodos de cádmio usados ​​em baterias e células normais Weston. Cerca de 20% do cádmio é utilizado na produção de corantes inorgânicos, soldas especiais, materiais semicondutores e fósforos. 10% de cádmio é um componente de joias e ligas de baixo ponto de fusão e plásticos.
Ação fisiológica
O vapor de cádmio e seus compostos são tóxicos e o cádmio pode acumular-se no corpo. Na água potável, a concentração máxima permitida de cádmio é de 10 mg/m3. Os sintomas de envenenamento agudo com sais de cádmio são vômitos e convulsões. Os compostos solúveis de cádmio, após absorção no sangue, afetam o sistema nervoso central, o fígado e os rins e perturbam o metabolismo fósforo-cálcio. O envenenamento crônico leva à anemia e destruição óssea.

dicionário enciclopédico. 2009 .

Veja o que é "cádmio" em outros dicionários:

- (lat. cádmio). Metal maleável de cor semelhante ao estanho. Dicionário de palavras estrangeiras incluídas na língua russa. Chudinov A.N., 1910. CÁDMIO lat. cádmio, de kadmeia gea, terra de cádmio. Metal semelhante ao estanho. Explicação de 25.000 estrangeiros... ... Dicionário de palavras estrangeiras da língua russa

CÁDMIO- CÁDMIO, Cádmio, químico. elemento, símbolo Cd, peso atômico 112,41, número atômico 48. Contido em pequenas quantidades na maioria dos minérios de zinco e obtido como subproduto durante a mineração de zinco; também pode ser obtido... Grande Enciclopédia Médica

CÁDMIO- veja CÁDMIO (Cd). Contém nas águas residuais de muitas empresas industriais, especialmente fábricas de chumbo-zinco e metalúrgicas que utilizam revestimento galvânico. Está presente em fertilizantes fosfatados. O ácido sulfúrico se dissolve em água,... ... Doenças dos peixes: um guia

Cádmio- (Cd) metal branco prateado. É utilizado em energia nuclear e galvanoplastia, faz parte de ligas e é utilizado na preparação de blocos de impressão, soldas, eletrodos de soldagem e na produção de semicondutores; é um componente... ... Enciclopédia Russa de Proteção Trabalhista

- (Cádmio), Cd, elemento químico do grupo II do sistema periódico, número atômico 48, massa atômica 112,41; metal, ponto de fusão 321,1°C. O cádmio é usado para aplicar revestimentos anticorrosivos em metais, fabricar eletrodos, produzir pigmentos,... ... Enciclopédia moderna

- (símbolo Cd), um metal branco prateado do segundo grupo da tabela periódica. Isolado pela primeira vez em 1817. Encontrado na greenockita (na forma de sulfeto), é obtido principalmente como subproduto da extração de zinco e chumbo. Fácil de forjar... Dicionário enciclopédico científico e técnico

Cd (do grego kadmeia minério de zinco * a. cádmio; n. cádmio; f. cádmio; i. cádmio), químico. elemento do grupo II periódico. Sistema Mendeleev, at.sci. 48, em. metro 112,41. Existem 8 isótopos estáveis ​​encontrados na natureza: 106Cd (1,225%) 108Cd (0,875%),... ... Enciclopédia geológica

Marido. metal (um dos princípios químicos ou elementos não decomponíveis) encontrado no minério de zinco. Cádmio, relacionado ao cádmio. Admist, contendo cádmio. Dicionário Explicativo de Dahl. DENTRO E. Dal. 1863 1866… Dicionário Explicativo de Dahl

Cádmio- (Cádmio), Cd, elemento químico do grupo II do sistema periódico, número atômico 48, massa atômica 112,41; metal, ponto de fusão 321,1°C. O cádmio é usado para aplicar revestimentos anticorrosivos em metais, fabricar eletrodos, produzir pigmentos,... ... Dicionário Enciclopédico Ilustrado

CÁDMIO- química. elemento, símbolo Cd (lat. Cádmio), em. n. 48, em. m.112,41; metal macio brilhante branco prateado, densidade 8650 kg/m3, tfundido = 320,9°C. O cádmio é um elemento raro e traço, venenoso, geralmente encontrado em minérios junto com o zinco, que... ... Grande Enciclopédia Politécnica

- (lat. Cádmio) Cd, elemento químico do grupo II da tabela periódica, número atômico 48, massa atômica 112,41. Nome do grego kadmeia minério de zinco. Metal prateado com tonalidade azulada, macio e fusível; densidade 8,65 g/cm3,… … Grande Dicionário Enciclopédico