首頁»科學»化學»鎘：歷史、性質、結構、用途

鎘是一種化學元素，原子序為48，符號為Cd，屬於過渡金屬族。鎘於1817年由弗里德里希·斯特羅邁爾發現，其物理和化學特性使其成為一種用途廣泛的金屬，廣泛應用於各種工業領域。鎘的晶體結構和銀色使其具有極強的延展性和耐腐蝕性。其主要用途包括製造可充電電池、油漆和塑膠的顏料以及生產高強度金屬合金。然而，需要強調的是，鎘被認為是一種有毒金屬，高濃度接觸會對人類健康和環境造成嚴重危害。

鎘的用途是什麼？它在工業上有哪些應用？

鎘是一種過渡金屬，原子序數為48，符號為Cd。它於1817年由德國化學家弗里德里希·施特羅邁耶發現，以其低毒性和耐腐蝕性而聞名。鎘的特性包括熔點低、延展性和導電性。

鎘因其用途廣泛而在工業領域廣泛應用。鎘的主要用途之一是製造可充電電池，在電池中，鎘被用作電極塗層。此外，鎘也用於生產高品質顏料，例如鎘黃，鎘黃廣泛應用於油漆和塑膠產業。

鎘的另一個重要用途是生產金屬合金，它用於改善銅、鋅等金屬合金的機械性能。鎘也用於製造高強度塑膠和鍍鋅工藝，在鍍鋅工藝中，鎘用作金屬的保護塗層。

鎘的低毒性和耐腐蝕性使其成為各種工業應用的理想材料。

鉛在工業和社會中的用途：它有什麼用？

鉛是一種重金屬，因其獨特的性質而被廣泛應用於工業和社會領域。在工業領域，鉛常用於製造電池、電纜、輻射屏蔽零件、油漆和顏料等。在社會領域，鉛的應用十分廣泛，例如用於製造水管、漁具、彈藥和稱重等。

鉛也用於生產金屬合金，並常用於汽車、航空航太和建築業。鉛具有吸收振動和抗腐蝕的特性，使其成為各種應用中不可或缺的材料。

鎘： 歷史、特性、結構、用途

鎘是一種質地柔軟、延展性良好的藍白色金屬，其性質與鋅相似。鎘於1817年被發現，廣泛用於生產可充電電池、顏料、防腐塗料和金屬合金。其六方晶體結構賦予了它高抗拉強度和耐腐蝕性。

鎘在工業領域用途廣泛，常見於可充電電池、油漆、塑膠、焊料和保護塗層等產品。此外，鎘也用於珠寶製作和電鍍工藝，為金屬提供保護層。

簡單了解鎘的化學符號。

鎘是一種化學元素，符號為Cd。 1817年，弗里德里希·斯特羅邁爾發現了鎘，它是一種銀白色、可鍛造且延展性極佳的金屬。鎘具有毒性，存在於綠鋅礦和閃鋅礦等礦石中。鎘的原子結構與鋅和汞相似。

由於其特性，鎘被廣泛用於製造可充電電池、顏料、塗料和塑膠。它也用於生產金屬合金，例如鎘青銅。儘管鎘用途廣泛，但必須強調的是，鎘對人類健康和環境構成風險。

鎘對人體的影響：了解這種有毒金屬的影響。

鎘是一種劇毒重金屬，可嚴重危害人體健康。攝入鎘的途徑包括食用受污染的食物、吸入香菸煙霧或工業粉塵，以及接觸受污染的水或土壤。

鎘對人體的影響多種多樣，包括損害腎臟、肺臟、骨骼和神經系統。長期接觸鎘會導致腎臟疾病，例如鎘腎病，最終可能導致腎衰竭。此外，鎘也會損害肺部，引發肺纖維化等呼吸道疾病。

鎘對人體的其他影響包括骨骼損傷，導致骨質疏鬆症，以及神經系統損害，引起疲勞、頭痛和記憶力下降等症狀。此外，鎘被國際癌症研究機構列為致癌物，會增加肺癌、攝護腺癌和腎癌等器官罹患癌症的風險。

因此，了解這種有毒金屬對人體的影響並採取措施減少鎘的暴露至關重要，例如避免食用受污染的食物和產品，在存在鎘的工作環境中使用適當的防護設備，並在受這種有害金屬影響的地區進行淨化行動。

鎘：歷史、特性、結構、用途

鎘是一種過渡金屬或後過渡金屬，原子序為48，與銀類似。它具有良好的延展性和韌性，熔點和沸點相對較低。鎘是一種稀有元素，在地殼中的含量僅0,2克/噸。

綠鎘礦（CdS）是唯一具有鮮豔黃色的重要鎘礦石。鎘與鋅共生於閃鋅礦（ZnS）中，閃鋅礦中含有0,1%至03%的鎘，以Cd2 +陽離子的形式存在。

鎘晶體來源：化學元素高解析度影像 [CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)]在加工閃鋅礦以獲得、冶煉和精煉鋅的過程中，會獲得次要形式的鎘，這是其主要生產來源。

這種金屬是由弗里德里希·斯特羅邁爾和卡爾·赫爾曼於1817年獨立發現的。斯特羅邁爾將這種新元素命名為鎘，其詞源為拉丁語“cadmia”，也被稱為爐甘石（碳酸鋅）。

相關： 鍶：歷史、結構、特性、反應與用途鎘是一種非常有用的元素，具有多種用途，例如鐵、鋼和有色金屬的防腐劑；用作顏料；PVC穩定劑；焊接合金中的元素；鎳鎘充電電池等。

然而，它是一種劇毒元素，會對肺、腎和骨骼造成嚴重損害，甚至已被證明具有致癌性，因此其使用受到限制。儘管如此，在某些應用中，人們仍然謹慎地使用它。

故事

– 雙重發現

1817年，德國化學家弗里德里希·斯特羅邁爾（Friedrich Stromayer）在碳酸鋅（爐甘石）樣本中發現了鎘。同年，KSL·赫爾曼（KSL Hermann）和JCH·羅洛夫（JCH Roloff）分別在硫化鋅實驗中也發現了鎘。

據稱，斯特羅邁爾是在回應德國政府檢查希爾德斯海姆市藥局的請求時發現了這一現象的。現今的氧化鋅曾被用於治療某些皮膚病。

藥局似乎沒有出售氧化鋅，而是出售碳酸鋅——氧化鋅生產的原料。氧化鋅製造商辯稱，加熱碳酸鋅會產生黃色的「氧化鋅」。

氧化鎘

他們無法出售這種“氧化鋅”，因為這種化合物通常是白色的；相反，他們出售的是碳酸鋅，也是白色的。面對這種情況，斯特羅邁爾決定研究所謂的黃色氧化鋅。

為此，他加熱了碳酸鋅（爐甘石）樣品，並據報導生成了黃色的氧化鋅。經過分析，他得出結論，這種黃色是由一種新元素的金屬氧化物產生的。

提取出這種新的金屬氧化物後，他對其進行還原，並成功分離出鎘。 Stromayer 測定了其密度，得到 8,75 g/cm³ 的值，接近目前已知的該參數值 (8,65 g/cm³ )。

此外，斯特羅邁爾也指出，這種新元素的外觀與鉑相似，也存在於許多鋅化合物中，甚至存在於純化的鋅中。

史特羅邁爾建議用拉丁文單字「cadmia」來命名鎘，而「cadmia」正是爐甘石（ZnCO3）的名稱。

硫化鋅中的鎘

卡爾·赫爾曼（1817年）在處理硫化鋅時意外發現了一種黃色，並認為這可能是砷污染。但在排除這種可能性後，赫爾曼意識到自己正在處理一種新元素。

- 應用程式

1840-1940

1840世紀1907年代，鎘作為顏料的商業用途開始被探索。 XNUMX年的《英國藥典》強調了碘化鎘作為治療「關節腫大」、淋巴結腫大和凍瘡的藥物的用途。

在1930年代和1940年代，鎘的生產被用來塗覆鋼鐵以防止腐蝕。在1950年代，硫化鎘和硒化鎘等鎘化合物被用作紅色、橙色和黃色顏料的來源。

1970-1990

在1970年代和1980年代，月桂酸鎘和硬脂酸鎘被發現可用作PVC穩定劑，這導致鎘的需求增加。然而，由於鎘的毒性，環保法規的推出導致其消費量下降。

在 1980 年代和 1990 年代，鎘在許多應用中被逐步淘汰，但後來隨著充電鎳鎘電池的發明，鎘的產量有所增加，占美國鎘消費量的 80%。

物理和化學特性

外貌

銀灰白色，柔和金屬光澤。 80°C 時變脆，可用刀切割。延展性好，可製成捲材。

標準原子量

112.414你

原子序數（Z）

48

項目類別

後過渡金屬，也稱為過渡金屬。 IUPAC對過渡金屬的定義是：原子d亞層不完整，或能形成d亞層不完整陽離子的金屬。

根據這個定義，鎘不是過渡金屬，因為它的 Cd 2+陽離子的 4d 軌道完全被電子填滿 (4d 10 )。

切羅

WC

熔點

321.07°C

沸點

767°C

密度

室溫：8.65 克/立方厘米

熔點（液態）：7,996 g/ cm³

熔化熱

6,21千焦/摩爾

汽化熱

99,87千焦/摩爾

摩爾熱容

26.020 焦耳/（摩爾開爾文）

電負性

鮑林量表 1.6

電離能

首先：867,8 kJ/mol (Cd +氣體)

第二：1631,4 kJ/mol（Cd²⁺氣體）

第三：3616 kJ/mol（Cd³⁺氣體）

熱導率

96,6瓦/（毫開爾文）

電阻率 電的

72,7°C 時為 22 nΩ

硬度

莫氏硬度為2.0。它是一種金屬，雖然密度高，但相當柔軟。

穩定

鎘在潮濕空氣中緩慢氧化，形成氧化鎘，使其金屬光澤喪失。鎘不易燃，但其粉塵狀態可自燃。

自動點火

250°C時鎘呈粉末狀。

折射率

1,8°C 時為 20

反應性

鎘在空氣中燃燒會形成氧化鎘（CaO），一種棕色無定形粉末，而結晶形式則呈現深紅色。

鎘與稀硝酸反應迅速，與熱鹽酸反應緩慢。它也能與硫酸反應，但不與鹼反應。在所有這些反應中，都會產生其相應陰離子（Cl⁻ ）或含氧陰離子（NO₃⁻和SO₄²⁻）的鎘鹽。

相關： 凝固：凝固點和範例電子結構和配置

晶體中的鎘原子利用其價電子建立金屬鍵，根據其電子排布，價電子位於 4d 和 5s 軌道：

[Kr] 4d 10 5s 2

然而，儘管4d軌道充滿電子，且「電子海」足夠豐富，足以使Cd原子強烈結合，但實際上相互作用較弱。這可以透過實驗證明，其熔點低於其他過渡金屬（321°C）。

由於這個原因以及其他化學原因，鎘有時不被認為是過渡金屬。鎘的金屬鍵中包含大量的電子（4個），這些電子開始顯著幹擾鎘的負斥力；再加上5d軌道和XNUMXs軌道之間的能量差異，削弱了鎘-鎘相互作用。

鎘原子最終形成了一種六方密排（hcp）晶體結構，在熔點之前不會發生相變。當hcp鎘晶體承受相當於10 GPa的壓力時，其結構僅會變形，但未報告任何相變。

氧化數

鎘不能失去全部十二個價電子；事實上，它甚至不能失去一個4d軌道上的電子，因為2d軌道比5s軌道能量更穩定。因此，它只能失去5s²軌道上的兩個電子，從而成為二價金屬；鋅、汞和鹼土金屬的情況也是如此（貝坎巴拉先生）。

當假設鎘化合物中存在 Cd2 +陽離子時，鎘的氧化數或狀態稱為 +2。這是它的主要氧化數。例如，下列化合物中鎘的氧化數為 +2：CdO (Cd2 + O2- )、CdCl2 ( Cd2 + Cl2- )、CdSO4 ( Cd2 + SO42- )和 Cd ( NO3 ) 2 。

除了上述氧化數外，鎘還存在+1 (Cd⁺ )和-2 (Cd²⁻ )兩種氧化數。 +1氧化數出現在Cd²²⁺的表示法中，其中每個鎘原子都帶正電荷。而-2氧化數則較為罕見，指的是鎘陰離子。

你現在在哪裡以及到達那裡

格林諾克石晶體。資料來源：Rob Lavinsky，iRocks.com – CC-BY-SA-3.0 [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]鎘是一種稀有元素，地殼中鎘的含量為0,2克/噸。唯一重要的鎘礦物是綠鎘礦（CdS），但目前尚無商業或採礦開採價值。

鎘與鋅一起伴生於閃鋅礦（ZnS）中，一般閃鋅礦中的鎘含量為0,1%至0,3%；但在某些情況下，閃鋅礦中的鎘濃度可達1,4%。

經過加工處理用於生產磷肥的岩石中，鎘的含量可達每公斤300毫克。煤炭中也可能含有少量但相當可觀的鎘。

鎘的主要來源之一是火山爆發，它會將鎘帶入地表水。農業土壤中使用磷肥也導致了鎘污染。

酸性土壤中的鎘可被植物吸收。一些植物被人類作為食物，這解釋了為什麼水和食物攝取是吸煙者或非職業接觸者鎘的主要來源。

閃鋅礦處理

在閃鋅礦中開採、冶煉和精煉鋅的過程中，通常會產生鎘作為副產品。在銅和鉛的加工過程中也會出現類似的現象，儘管程度較輕。

同樣，透過回收鋼鐵廢料也可以獲得少量的鎘。

閃鋅礦經過焙燒，硫化鋅轉化為氧化鋅。硫化鎘也會產生同樣的反應：

2 ZnS + 3 O₂ → 2 ZnO + 2 SO₂

如果將這種氧化物混合物與木炭一起加熱，它們就會還原成各自的金屬：

ZnO + CO → Zn + CO₂

此外，還可以透過電解將氧化物溶解在硫酸中來生產鋅和鎘。

這兩種方法都會產生受鎘污染的鋅。鎘熔化後，可以在真空下蒸餾，因為鎘的熔點（321°C）低於鋅（420°C）。

同位素

我們擁有的鎘的天然和穩定同位素及其在地球上的豐度如下：

– 106鎘 (1,25%)

– 108鎘 (0,89%)

– 110鎘 (12,47%)

– 111鎘 (12,8%)

– 112鎘 (24,11%)

– 114鎘 (28,75%)

– 113鎘 (12,23%)

鎘113具有放射性，但由於其半衰期較長（t _1/2 = 7,7 × 10¹⁵年），因此可以認為它是穩定的。鎘116也具有放射性，其半衰期為3,1 × 10¹⁹年；因此，它可以被認為是穩定的同位素，佔鎘總量的7,51%。

請注意，平均原子質量為 112.414 u，112 比 114 更接近。與其他同位素相比，鎘中沒有觀察到主要同位素的存在。

風險

將軍

鎘的吸收主要透過食物進行，尤其是肝臟、蘑菇、貝類、可可粉和乾海藻。

上個世紀中國曾發生一個典型案例，當時人群中鎘污染嚴重。當時的鎘污染是由於穀物作物土壤中鎘的存在導致大米中鎘含量過高而引起的。

吸菸者平均每日攝取60微克鎘，血液中鎘的最高容許濃度為15微克/天，非吸菸者血液中鎘的濃度約為0,5微克/公升。

相關： 原子軌道：它們的組成和類型菸草煙霧中40%到60%的鎘會被肺部吸收。肺部吸收的鎘會進入血液，與蛋白質、半胱胺酸和穀胱甘肽形成複合物，最後進入肝臟、腎臟等器官。

急性吸入鎘會引起類似流感的症狀，例如發冷、發燒和肌肉疼痛，並可能導致肺部損傷。同時，慢性鎘暴露會導致肺部、腎臟和骨骼疾病。

對腎臟的影響

在腎臟中，鎘通常會導致磷和鈣代謝的變化，表現為腎結石生成增加。它也會造成腎臟損害，表現為尿液中視黃醇轉運蛋白和β-2微球蛋白的分泌。

再現效果

母親接觸鎘會導致低出生體重兒和自然流產率增加。

骨損傷

鎘與上世紀日本痛痛病的發生有關。這種疾病的特徵是骨礦化程度低、骨質脆弱（骨折率高）、骨質疏鬆症加重、骨痛。

致癌作用

儘管大鼠實驗已證實鎘與前列腺癌之間存在聯繫，但尚未在人類身上得到證實。鎘與腎癌之間的關聯已被揭示，也與肺癌有關聯。

用途

充電式鎳鎘電池

不同的電池或鎳鎘電池。資料來源：Boffy b，取自維基百科。氫氧化鎘曾被用作鎳鎘電池的陰極。這類電池不僅用於鐵路和航空工業，也用於手機、攝影機、筆記型電腦等消費性設備。

鎳鎘電池生產中消耗的鎘佔鎘產量的80%，但由於鎘元素的毒性，鎳鎘電池逐漸被鎳氫電池所取代。

顏料

鎘紅 來源：Marco Almbauer [公共領域]硫化鎘用作黃色顏料，硒化鎘用作紅色顏料，也稱為鎘紅。這些顏料的特點是亮度和強度，並已用於塑膠、陶瓷、玻璃、搪瓷和藝術顏料。

據悉，畫家文森梵谷在他的畫作中使用了鎘顏料，這使他能夠呈現出各種鮮豔的紅色、橙色和黃色。

在與油研磨或混入水彩和壓克力顏料之前，必須先將鎘顏料的顏色調低。

TV

黑白電視機的螢光粉中以及彩色電視顯像管的藍色和綠色螢光粉中都使用了含鎘成分。

磷是陰極射線照射螢幕的一部分，負責成像。鎘雖然有毒，但已開始用於新開發的QLED電視。

PVC穩定劑

與羧酸鹽、月桂酸鹽和硬脂酸鹽形成的鎘化合物被用作聚氯乙烯的穩定劑，因為它們可以延緩聚氯乙烯在製造過程中暴露於熱和紫外線而導致的降解。

由於鎘的毒性，鎘鍵結 PVC 穩定劑再次被鋇鋅、鈣鋅和有機錫等其他穩定劑所取代。

Ligas

鎘因其高疲勞強度和低摩擦係數而被用於軸承合金。鎘的熔點相對較低，因此常用於低熔點合金，並且是多種焊接材料的成分。

鎘也可以用於合金中，以實現電導性、熱導性和電接觸性。

覆蓋

鎘用於保護鋼、鋁和其他有色金屬緊固件以及活動部件。鍍鎘可在鹽鹼環境中提供防腐保護。它也可用作潤滑劑。

鎘也用於許多需要耐腐蝕和低電阻率的電氣和電子應用。

核反應器

鎘用於核反應器是因為其具有捕獲中子的能力，從而可以控制核分裂中多餘的中子，防止額外的核分裂。

半導體

硒化鎘和碲化鎘是用作光探測和太陽能電池的半導體的化合物。碲鎘汞對紅外線光敏感，可用作運動偵測器和遙控設備的開關。

生物學

氦鎘雷射。資料來源：Quite anonymous (https://www.flickr.com/photos/79262083@N00/35766549)氦鎘參與形成波長範圍為 325 至 422 nm 的藍紫色雷射光束，可用於螢光顯微鏡。

鎘在分子生物學中用於阻斷依賴膜電位的鈣通道。

Referências

維基百科（2019）。鎘，取自：en.wikipedia.org

Selva VR 等人（2014）。液態和固態鎘的高壓高溫結構：對鎘熔化曲線的影響。取自：researchgate.net

Dough Stewart 博士。 (2019)。鎘元素資訊。取自：chemicool.com

美國國家生物技術資訊中心。 (2019)。鎘的PubChem資料庫。 CID = 23973。取自：pubchem.ncbi.nlm.nih.gov

Godt, J., Scheidig, F., Grosse-Siestrup, C., Esche, V., Brandenburg, P., Reich, A., & Groneberg, D.A. (2006).鎘的毒性及其對人類健康造成的風險。《職業醫學與毒理學雜誌》（英國倫敦） , 1 , 22. doi: 10.1186 / 1745-6673-1-22

Ros Rachel（30年2018月XNUMX日）。關於Camium的事實。 摘自：livescience.com

大英百科全書編輯。 （6年2018月XNUMX日）。鎘，大英百科全書。取自：britannica.com

國際鎘協會。 （無日期）。鎘的應用。取自：cadmium.org

Lenntech BV (2019). 鎘 取自：lenntech.com