Cadmi

nguyên tố hóa học của nguyên tử số 48

Cadmi[6]nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn các nguyên tố có ký hiệu Cdsố nguyên tử bằng 48. Là một kim loại chuyển tiếp tương đối hiếm, mềm, màu trắng ánh xanh và có độc tính, cadmi tồn tại trong các quặng kẽm và được sử dụng chủ yếu trong các loại pin.

Cadmi,  48Cd
Tính chất chung
Tên, ký hiệuCadmi, Cd
Phiên âm/ˈkædmiəm/ KAD-mee-əm
Hình dạngÁnh kim bạc hơi xanh xám
Cadmi trong bảng tuần hoàn
Hydro (diatomic nonmetal)
Heli (noble gas)
Lithi (alkali metal)
Beryli (alkaline earth metal)
Bor (metalloid)
Carbon (polyatomic nonmetal)
Nitơ (diatomic nonmetal)
Oxy (diatomic nonmetal)
Fluor (diatomic nonmetal)
Neon (noble gas)
Natri (alkali metal)
Magnesi (alkaline earth metal)
Nhôm (post-transition metal)
Silic (metalloid)
Phosphor (polyatomic nonmetal)
Lưu huỳnh (polyatomic nonmetal)
Chlor (diatomic nonmetal)
Argon (noble gas)
Kali (alkali metal)
Calci (alkaline earth metal)
Scandi (transition metal)
Titani (transition metal)
Vanadi (transition metal)
Chrom (transition metal)
Mangan (transition metal)
Sắt (transition metal)
Cobalt (transition metal)
Nickel (transition metal)
Đồng (transition metal)
Kẽm (transition metal)
Gali (post-transition metal)
Germani (metalloid)
Arsenic (metalloid)
Seleni (polyatomic nonmetal)
Brom (diatomic nonmetal)
Krypton (noble gas)
Rubidi (alkali metal)
Stronti (alkaline earth metal)
Yttri (transition metal)
Zirconi (transition metal)
Niobi (transition metal)
Molypden (transition metal)
Techneti (transition metal)
Rutheni (transition metal)
Rhodi (transition metal)
Paladi (transition metal)
Bạc (transition metal)
Cadmi (transition metal)
Indi (post-transition metal)
Thiếc (post-transition metal)
Antimon (metalloid)
Teluri (metalloid)
Iod (diatomic nonmetal)
Xenon (noble gas)
Caesi (alkali metal)
Bari (alkaline earth metal)
Lantan (lanthanide)
Ceri (lanthanide)
Praseodymi (lanthanide)
Neodymi (lanthanide)
Promethi (lanthanide)
Samari (lanthanide)
Europi (lanthanide)
Gadolini (lanthanide)
Terbi (lanthanide)
Dysprosi (lanthanide)
Holmi (lanthanide)
Erbi (lanthanide)
Thulium (lanthanide)
Ytterbi (lanthanide)
Luteti (lanthanide)
Hafni (transition metal)
Tantal (transition metal)
Wolfram (transition metal)
Rheni (transition metal)
Osmi (transition metal)
Iridi (transition metal)
Platin (transition metal)
Vàng (transition metal)
Thuỷ ngân (transition metal)
Thali (post-transition metal)
Chì (post-transition metal)
Bismuth (post-transition metal)
Poloni (metalloid)
Astatin (diatomic nonmetal)
Radon (noble gas)
Franci (alkali metal)
Radi (alkaline earth metal)
Actini (actinide)
Thori (actinide)
Protactini (actinide)
Urani (actinide)
Neptuni (actinide)
Plutoni (actinide)
Americi (actinide)
Curium (actinide)
Berkeli (actinide)
Californi (actinide)
Einsteini (actinide)
Fermi (actinide)
Mendelevi (actinide)
Nobeli (actinide)
Lawrenci (actinide)
Rutherfordi (transition metal)
Dubni (transition metal)
Seaborgi (transition metal)
Bohri (transition metal)
Hassi (transition metal)
Meitneri (unknown chemical properties)
Darmstadti (unknown chemical properties)
Roentgeni (unknown chemical properties)
Copernici (transition metal)
Nihoni (unknown chemical properties)
Flerovi (post-transition metal)
Moscovi (unknown chemical properties)
Livermori (unknown chemical properties)
Tennessine (unknown chemical properties)
Oganesson (unknown chemical properties)
Zn

Cd

Hg
BạcCadmiIndi
Số nguyên tử (Z)48
Khối lượng nguyên tử chuẩn (Ar)112,411
Phân loại  kim loại chuyển tiếp
Nhóm, phân lớp12d
Chu kỳChu kỳ 5
Cấu hình electron[Kr] 5s2 4d10
mỗi lớp
2, 8, 18, 18, 2
Tính chất vật lý
Màu sắcÁnh kim bạc hơi xanh xám
Trạng thái vật chấtChất rắn
Nhiệt độ nóng chảy594,22 K ​(321,07 °C, ​609,93 °F)
Nhiệt độ sôi1040 K ​(767 °C, ​1413 °F)
Mật độ8,65 g·cm−3 (ở 0 °C, 101.325 kPa)
Mật độ ở thể lỏngở nhiệt độ nóng chảy: 7,996 g·cm−3
Nhiệt lượng nóng chảy6,21 kJ·mol−1
Nhiệt bay hơi99,87 kJ·mol−1
Nhiệt dung26,020 J·mol−1·K−1
Áp suất hơi
P (Pa)1101001 k10 k100 k
ở T (K)5305836547458671040
Tính chất nguyên tử
Trạng thái oxy hóa2, 1Base nhẹ
Độ âm điện1,69 (Thang Pauling)
Năng lượng ion hóaThứ nhất: 867,8 kJ·mol−1
Thứ hai: 1631,4 kJ·mol−1
Thứ ba: 3616 kJ·mol−1
Bán kính cộng hoá trịthực nghiệm: 151 pm
Bán kính liên kết cộng hóa trị144±9 pm
Bán kính van der Waals158 pm
Thông tin khác
Cấu trúc tinh thểLục phương
Cấu trúc tinh thể Lục phương của Cadmi
Vận tốc âm thanhque mỏng: 2310 m·s−1 (ở 20 °C)
Độ giãn nở nhiệt30,8 µm·m−1·K−1 (ở 25 °C)
Độ dẫn nhiệt96,6 W·m−1·K−1
Điện trở suất(22 °C) 72,7 n Ω·m
Tính chất từNghịch từ[1]
Mô đun Young50 GPa
Mô đun cắt19 GPa
Mô đun khối42 GPa
Hệ số Poisson0,30
Độ cứng theo thang Mohs2,0
Độ cứng theo thang Brinell203 MPa
Số đăng ký CAS7440-43-9
Đồng vị ổn định nhất
Bài chính: Đồng vị của Cadmi
IsoNAChu kỳ bán rãDMDE (MeV)DP
106Cd1,25%106Cd ổn định với 58 neutron[2]
107CdTổng hợp6,5 giờε1.417107Ag
108Cd0,89%108Cd ổn định với 60 neutron[3]
109CdTổng hợp462,6 ngàyε0.214109Ag
110Cd12.49%110Cd ổn định với 62 neutron[4]
111Cd12.8%111Cd ổn định với 63 neutron[4]
112Cd24.13%112Cd ổn định với 64 neutron[4]
113Cd12,22%7,7×1015 nămβ-0.316113In
113mCdTổng hợp14,1 nămβ-0.580113In
IT0.264113Cd
114Cd28,73%114Cd ổn định với 66 neutron[5]
115CdTổng hợp53,46 giờβ-1.446115In
116Cd7,49%2,9×1019 nămββ-116Sn

Các đặc tính nổi bật

Cadmi là kim loại mềm, dẻo, dễ uốn, màu trắng ánh xanh, có hóa trị 2, rất dễ cắt bằng dao. Nó tương tự về nhiều phương diện như kẽm nhưng có xu hướng tạo ra các hợp chất phức tạp hơn.

Trạng thái oxy hóa phổ biến nhất của cadmi là +2, nhưng có thể tìm thấy các hợp chất mà nó có hóa trị +1.

Ứng dụng

Khoảng 3/4 cadmi sản xuất ra được sử dụng trong các loại pin (đặc biệt là pin Ni-Cd) và phần lớn trong 1/4 còn lại sử dụng chủ yếu trong các chất màu, lớp sơn phủ, các tấm mạ kim và làm chất ổn định cho plastic. Các sử dụng khác bao gồm:

  • Trong một số hợp kim có điểm nóng chảy thấp.
  • Trong các hợp kim làm vòng bi hay gối đỡ do có hệ số ma sát thấp và khả năng chịu mỏi cao.
  • 6% cadmi sử dụng trong mạ điện.
  • Nhiều loại que hàn chứa kim loại này.
  • Lưới kiểm soát trong các lò phản ứng hạt nhân.
  • Các hợp chất chứa cadmi được sử dụng trong các ống hình của ti vi đen trắng hay ti vi màu (phospho đen, trắng, lam và lục).
  • Cadmi tạo ra nhiều loại muối, trong đó cadmi sulfide là phổ biến nhất. Sulfide này được sử dụng trong thuốc màu vàng.
  • Một số vật liệu bán dẫn như cadmi sulfide, cadmi selenide và cadmi teluride thì nó dùng trong các thiết bị phát hiện ánh sáng hay pin mặt trời. HgCdTe nhạy cảm với tia hồng ngoại.
  • Một số hợp chất của cadmi sử dụng trong PVC làm chất ổn định.
  • Sử dụng trong thiết bị phát hiện neutrino đầu tiên.

Lịch sử

Cadmi kẽm carbonat (Cadmi smithsonite)

Cadmi (tiếng Latinh: cadmia, tiếng Hy Lạp: kadmeia có nghĩa là "calamin") được phát hiện bởi Friedrich Strohmeyer tại Đức năm 1817. Strohmeyer đã tìm thấy nguyên tố mới trong tạp chất của kẽm carbonat (calamin) và trong khoảng 100 năm sau đó thì Đức là nước sản xuất lớn duy nhất của kim loại này. Kim loại này được đặt tên theo từ Latinh để chỉ calamin do nó được tìm thấy trong quặng chứa hợp chất này của kẽm. Strohmeyer thông báo rằng một số mẫu quặng chứa tạp chất của calamin bị đổi màu khi nung nóng nhưng calamin tinh chất thì không.

Mặc dù cadmi và các hợp chất của nó có độc tính cao, nhưng British Pharmaceutical Codex (BPC) từ năm 1907 đã thông báo rằng cadmi iodide được sử dụng làm thuốc trong y tế để điều trị các bệnh "khớp, tràng nhạc và cước".

Năm 1927, SI đã định nghĩa lại mét theo vạch quang phổ đỏ của cadmi (1m = 1.553.164,13 bước sóng). Định nghĩa này sau đó đã được thay thế (xem krypton).

Phổ biến

Cadmi kim loại

Các quặng chứa cadmi rất hiếm và khi phát hiện thấy thì chúng chỉ có một lượng rất nhỏ. Greenockit (CdS), là khoáng chất duy nhất của cadmi có tầm quan trọng, gần như thường xuyên liên kết với sphalerit (ZnS). Do vậy, cadmi được sản xuất chủ yếu như là phụ phẩm từ việc khai thác, nấu chảy và tinh luyện các quặng kẽm sulfide, và ở mức độ thấp hơn là từ quặng chìđồng. Một lượng nhỏ cadmi, khoảng 10% mức tiêu thụ, được sản xuất từ các nguồn thứ cấp, chủ yếu từ bụi sinh ra khi tái chế phế thải sắtthép. Việc sản xuất tại Mỹ bắt đầu từ năm 1907 nhưng cadmi đã không được sử dụng rộng rãi cho đến tận sau khi Đại chiến thế giới 1 kết thúc.

Đồng vị

Cadmi nguồn gốc tự nhiên là hỗn hợp của 6 đồng vị ổn định. 27 đồng vị phóng xạ đã được phát hiện với ổn định nhất là Cd113chu kỳ bán rã là 7,7 triệu tỷ năm, Cd109 có chu kỳ bán rã 462,6 ngày, và Cd115 có chu kỳ bán rã 53,46 giờ. Tất cả các đồng vị phóng xạ còn lại có chu kỳ bán rã nhỏ hơn 2,5 giờ và phần lớn trong chúng có chu kỳ bán rã nhỏ hơn 5 phút. Nguyên tố này có 8 trạng thái đồng phân với ổn định nhất là Cd113m (t½ 14,1 năm), Cd115m (t½ 44,6 ngày) và Cd117m (t½ 3,36 giờ).

Các đồng vị cadmi có nguyên tử lượng từ 96,935 amu (Cd97) tới 129,934 amu (Cd130). Phương thức phóng xạ chủ yếu trước khi có đồng vị ổn định phổ biến thứ hai (Cd112) là bắt điện tử và phương thức chủ yếu sau khi có nó là bức xạ beta. Sản phẩm phân rã chủ yếu trước Cd112 là nguyên tố số 47 (Ag) và sản phẩm chủ yếu sau khi có Cd112 là nguyên tố 49 (indi).

Phòng ngừa

Cadmi là một trong rất ít nguyên tố không có ích lợi gì cho cơ thể con người. Nguyên tố này và các dung dịch các hợp chất của nó là những chất cực độc thậm chí chỉ với nồng độ thấp, và chúng sẽ tích lũy sinh học trong cơ thể cũng như trong các hệ sinh thái. Một trong những lý do có khả năng nhất cho độc tính của chúng là chúng can thiệp vào các phản ứng của các enzym chứa kẽm. Kẽm là một nguyên tố quan trọng trong các hệ sinh học, nhưng cadmi, mặc dù rất giống với kẽm về phương diện hóa học, nói chung dường như không thể thay thể cho kẽm trong các vai trò sinh học đó. Cadmi cũng có thể can thiệp vào các quá trình sinh học có chứa magnesicalci theo cách thức tương tự.

Hít thở phải bụi có chứa cadmi nhanh chóng dẫn đến các vấn đề đối với hệ hô hấpthận, có thể dẫn đến tử vong (thông thường là do hỏng thận). Nuốt phải một lượng nhỏ cadmi có thể phát sinh ngộ độc tức thì và tổn thương gan và thận. Các hợp chất chứa cadmi cũng là các chất gây ung thư. Ngộ độc cadmi là nguyên nhân của bệnh itai-itai, tức "đau đau" trong tiếng Nhật. Ngoài tổn thương thận, người bệnh còn chịu các chứng loãng xươngnhuyễn xương.

Khi làm việc với cadmi một điều quan trọng là phải sử dụng tủ chống khói trong các phòng thí nghiệm để bảo vệ chống lại các khói nguy hiểm. Khi sử dụng các que hàn bạc (có chứa cadmi) cần phải rất cẩn thận. Các vấn đề ngộ độc nghiêm trọng có thể sinh ra từ phơi nhiễm lâu dài cadmi từ các bể mạ điện bằng cadmi.

Xem thêm: Ngộ độc cadmi

Chú thích

Tham khảo

tiếng Anh

Liên kết ngoài

Tư liệu liên quan tới Cadmium tại Wikimedia Commons