Kadmium

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání
Kadmium
  [Kr] 4d10 5s2
66 Cd
48
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
↓ Periodická tabulka ↓
Kovové kadmium
Kovové kadmium
Obecné
Název, značka, číslo Kadmium, Cd, 48
Cizojazyčné názvy lat. Cadmium
Skupina, perioda, blok 12. skupina, 5. perioda, blok d
Chemická skupina Přechodné kovy
Vzhled Stříbřitě lesklý kov
Identifikace
Registrační číslo CAS
Atomové vlastnosti
Relativní atomová hmotnost 112,411
Atomový poloměr 151 pm
Kovalentní poloměr 144±9 pm
Van der Waalsův poloměr 158 pm
Elektronová konfigurace [Kr] 4d10 5s2
Oxidační čísla +II,+I
Elektronegativita (Paulingova stupnice) 1,69
Ionizační energie
První 867,8 kJ·mol−1
Druhá 1631,4 kJ·mol−1
Třetí 3616 kJ·mol−1
Látkové vlastnosti
Krystalografická soustava Šesterečná
Mechanické vlastnosti
Hustota 8650 kg/m3
Skupenství Pevné
Tvrdost 2
Rychlost zvuku (při 20 °C) 2310 m/s
Termické vlastnosti
Tepelná vodivost 96,6 W⋅m−1⋅K−1
Termodynamické vlastnosti
Teplota tání 321,07 (594,22 K)
Teplota varu 767 (1040,15 K)
Skupenské teplo tání 6,21 kJ·mol−1
Skupenské teplo varu 99,87 kJ·mol−1
Měrná tepelná kapacita 26,020 J·mol−1·K−1
Elektromagnetické vlastnosti
Měrný elektrický odpor 72,7 nΩ·m (při 22 °C)
Magnetické chování Diamagnetický
Izotopy
I V (%) S T1/2 Z E (MeV) P
106Cd 1,25% >4,1*1020 roku β+β+ 2,770 106Pd
107Cd umělý 6,5 hodin ε 1,417 107Ag
108Cd 0,89% >4,1*1017 roku β+β+ 0,272 108Pd
109Cd umělý 462,6 dnů ε 0,214 109Ag
110Cd 12,49% je stabilní s 62 neutrony
111Cd 12,8% je stabilní s 63 neutrony
112Cd 24,13% je stabilní s 64 neutrony
113Cd 12,22% >7,7*1015 roku β- 0,316 113In
113 mCd umělý 14,1 roku β- 0,580 113In

IT 0,264 113Cd
114Cd 28,73% >6,4*1018 roku β-β- 0,540 114Sn
115Cd umělý 53,46 hodin β- 1,446 115In
116Cd 7,49% 3,1*1019 roku β-β- 2,809 116Sn
Není-li uvedeno jinak, jsou použity jednotky
SI a STP (25 °C, 100 kPa).
Zn
Stříbro Cd Indium

Hg

Kadmium (chemická značka Cd, latinsky Cadmium) je měkký, lehce tavitelný, toxický kovový prvek. Slouží jako součást různých slitin a k povrchové ochraně jiných kovů před korozí. Vzhledem k jeho toxicitě je jeho praktické využití omezováno na nejnutnější minimum.

Základní fyzikálně-chemické vlastnosti[editovat | editovat zdroj]

Je to typický kovový prvek bíle stříbrné barvy. Za teplot pod 0,517 K je supravodičem I typu. Byl objeven roku 1817 německým chemikem Friedrichem Stromeyerem. Patří mezi přechodné prvky, které mají valenční elektrony v d-sféře. Ve sloučeninách se vyskytuje téměř pouze v mocenství Cd2+, sloučeniny Cd+ jsou silně nestálé.

V silných minerálních kyselinách je kadmium dobře rozpustné za vývoje plynného vodíku. Na vzduchu je kovové kadmium stálé, ale v atmosféře kyslíku je možné jej zapálit za vzniku oxidu kademnatého CdO.

Kadmium přechází do ovzduší ve formě těkavých sloučenin již při teplotě 480 °C.

Výskyt a výroba[editovat | editovat zdroj]

Těžba v roce 2005

V zemské kůře je kadmium vzácným prvkem. Průměrný obsah činí kolem 0,1–0,5 mg/kg. I v mořské vodě je jeho koncentrace značně nízká – 0,11 mikrogramu v jednom litru. Předpokládá se, že ve vesmíru připadá na jeden atom kadmia přibližně 36 miliard atomů vodíku.

V přírodě se kadmium vyskytuje jako příměs rud zinku a někdy i olova, z nichž se také společně získává. K oddělení kovů se vzhledem k poměrně nízkému bodu varu požívá destilace.

Pouze v západoevropských zemích se ho dostává do ovzduší přibližně 350 t ročně[zdroj?]. Oblasti zvláště ohrožené tímto kovem jsou Japonsko a Střední Evropa[zdroj?].

Využití, sloučeniny[editovat | editovat zdroj]

Ni-Cd baterie

Díky prokázané toxicitě kadmia převládá v současné době tendence k jeho nahrazování jinými kovy všude tam, kde je to technicky a ekonomicky možné.

Pokrytí povrchu jiného kovu kadmiem bylo dříve velmi často používáno jako antikorozní ochrana především pro železo a jeho slitiny. Galvanické kadmiování různých pracovních nástrojů a železných součástek sloužilo jako vysoce účinná ochrana před atmosférickou korozí.

Velmi významné využití nachází kadmium doposud při výrobě pájek. Jedná se přitom o slitiny kadmia se stříbrem, cínem a zinkem, které mají velmi dobré mechanické vlastnosti – pevnost a houževnatost sváru, ale i velmi dobře vedou elektrický proud. Díky tomu jsou i přes nepříznivé zdravotní účinky kadmia stále hojně využívány v elektronickém průmyslu. Je však zřejmé, že legislativa Evropské unie velmi brzy zakáže kompletně používání pájek s obsahem kadmia v elektrotechnické výrobě. Direktiva unie RoHS (Restriction of Hazardous Substances) použití kadmia v elektroprůmyslu zakazuje.

Kadmium je nezbytné pro výrobu nikl-kadmiových akumulátorů, kde slouží jako materiál pro zápornou elektrodu.

Ze sloučenin kadmia má největší praktický význam sulfid kademnatý CdS, intenzivně žlutá sloučenina slouží při výrobě malířských pigmentů jako kadmiová žluť. Uplatnění má i při výrobě CRT televizních obrazovek, kde je součástí luminoforů v množstvích do 5 %.

Zdravotní rizika[editovat | editovat zdroj]

žlutý malířský pigment, CdS

Kadmium patří mezi několik málo prvků, jejichž vliv na zdravotní stav lidského organismu je jednoznačně negativní.[1] Tento fakt se zdá být kuriózní například i proto, že je chemicky velmi podobné zinku, jež je naopak nezbytnou součástí potravy a má důležitou roli pro správný vývoj a zdravotní stav lidského organismu. Právě vzájemná chemická podobnost těchto prvků však působí problémy, protože kadmium může snadno vstupovat do různých enzymatických reakcí místo zinku a následné biochemické pochody neproběhnou nebo probíhají jiným způsobem. Příkladem je zablokování inzulínového cyklu, které může působit vážné zdravotní komplikace. Typická kumulace kadmia je v prostatě u mužů, kde je běžně vysoký obsah zinku, a toto kumulované kadmium zde může způsobovat velice rozšířenou rakovinu prostaty s následnými metastázami po celém těle.

Dalším rizikovým faktorem u kadmia je skutečnost, že se jedná o mimořádně kumulativní jed. Přijaté kadmium se z organizmu vylučuje jen velmi pozvolna a obtížně, jeho většina se přitom koncentruje především v ledvinách a v menší míře i v játrech. Bylo prokázáno, že kadmium může v ledvinách setrvat až desítky let. Právě ty jsou při chronické otravě kadmiem nejvíce ohroženy.

Hlavními zdravotními projevy dlouhodobé (chronické) otravy kadmiem jsou kromě poškození ledvin a jater také osteoporóza – lidově řídnutí kostí a anémie neboli chudokrevnost, zvyšuje se i riziko srdečních a cévních onemocnění.[1] Vyšší obsah kadmia totiž působí na metabolismus vápníku a způsobuje jeho zvýšené vylučování z organizmu s následkem zeslabení kostní hmoty. Kadmium je také prokazatelně karcinogenní a jeho vysoký obsah v organizmu zvyšuje riziko vzniku rakovinného bujení. Při jednorázové vysoké dávce kadmia se dostavují bolesti břicha, průjmy a zvracení.

Do organismu se kadmium dostává dvěma cestami – v potravě a dýcháním. Z potravin jsou rizikovým faktorem především vnitřnosti (játra, ledviny) nebo ryby, které byly kontaminovány kadmiem při svém růstu. Rizikové mohou být i zemědělské plodiny, pěstované na kadmiem kontaminované půdě.

Vzhledem k nízkému bodu varu kadmia se tento prvek poměrně snadno dostává do atmosféry. Je proto nezbytné, aby hutní provozy, které s kadmiem pracují, velmi důsledně dbaly o dokonalé čištění plynných exhalací, které z nich odcházejí. Ohroženi totiž nejsou pouze přímo pracovníci v uvedených provozech, ale i obyvatelstvo v okolí, protože kadmium nasorbované na prachové částice a atmosférický aerosol může být větrem transportováno na značně velké vzdálenosti.

Patrně nejohroženější skupinu osob však tvoří kuřáci. Je jednoznačně prokázáno, že v náhodně vybraném vzorku populace obsahují ledviny silného kuřáka minimálně 10× více kadmia než u nekuřáka.[2] Z výše uvedených faktů pak jasně vyplývá, že kuřák je kromě běžně uváděné rakoviny plic ohrožen i rakovinou nebo chronickým selháním činnosti ledvin.

Kadmium přijímané potravou se vstřebává asi 1–5%, ze vzduchu kolem 50%. Ukládá se v ledvinách a játrech, kde se váže na protein metalothionein. Poločas jeho vylučování z organismu je až 30 let. Kadmium ohrožuje funkci ledvin. Při pravidelném dlouhotrvajícím příjmu malých množství kadmia dochází ve věku kolem 50 let k poškození ledvin. V moči se objevují malé peptidy a cukr. Nejvážnějším účinkem kadmia je ohrožení reprodukčních orgánů člověka. Kadmium ohrožuje funkčnost a kvalitu spermií. Poškozuje zárodečný epitel varlat. Nachází se také v poševních hlenech. Negativně působí i na nervovou soustavu a má také karcinogenní účinky. Porušuje metabolismus vápníku – způsobuje měknutí kostí a vypadávání zubů.

Restrikce[editovat | editovat zdroj]

Užívání kadmia je v Evropské unii omezeno směrnice 2002/95/ES Restriction of the use of certain Hazardous Substances in electrical and electronic equipment, česky "Omezení užívání některých nebezpečných látek v elektronických a elektrických zařízeních", která byla vydána 27. ledna 2003 a do praxe vstoupila 1. července 2006.[3] Omezení se proto netýká průmyslových, telekomunikačních, zdravotnických, vědeckých zařízení s dlouhou životností, která se vyrábějí v malých množstvích a u nichž lze předpokládat, že neskončí na skládce.[4]

Reference[editovat | editovat zdroj]

  1. a b HAYES, Andrew Wallace. Principles and Methods of Toxicology. [s.l.] : CRC Press, 2007. Dostupné online. S. 858–861.  
  2. FRIBERG, L.. Cadmium. Annual Review of Public Health. 1983, roč. 4, s. 367–367. DOI:10.1146/annurev.pu.04.050183.002055.  
  3. Miroslav Šuta: Zákaz některých chemikálií v nových spotřebičích, ihned.cz, 11. 9. 2006
  4. ÚVOD DO POŽADAVKŮ SMĚRNIC RoHS 2002/95/EC

Literatura[editovat | editovat zdroj]

  • Cotton F.A., Wilkinson J.: Anorganická chemie, souborné zpracování pro pokročilé, ACADEMIA, Praha 1973
  • Holzbecher Z.:Analytická chemie, SNTL, Praha 1974
  • Heinrich Remy, Anorganická chemie 1. díl, 1. vydání 1961
  • N. N. Greenwood – A. Earnshaw, Chemie prvků 1. díl, 1. vydání 1993 ISBN 80-85427-38-9
  • Vladimír Bencko, Miroslav Cikrt, Jaroslav Lener: Toxické kovy v životním a pracovním prostředí člověka, Grada 1995, ISBN 80-7169-150-X
  • Handbook on the Toxicology of Metals, vol. II., 1986
  • Beneš, J. a kol.: Životní prostředí České republiky. Ročenka 1992, MŽP ČR a ČEÚ, Praha 1993
  • J. Píša: Narušení reprodukčních procesů působením kadmia, olova a rtuti. in: J. Cibulka a kol. Pohyb olova, kadmia a rtuti v biosféře. Akademia Praha, 1991