Cadmi

Cadmi là nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn các nguyên tố có ký hiệu Cd và số 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 hiệu	Cadmi, Cd
Phiên âm	/ˈkædmiəm/ KAD-mee-əm
Hình dạng	Ánh kim bạc hơi xanh xám
Cadmi trong bảng tuần hoàn
Zn ↑ Cd ↓ Hg Bạc ← Cadmi → Indi
Số nguyên tử (Z)	48
Khối lượng nguyên tử chuẩn (Ar)	112,411
Phân loại	kim loại chuyển tiếp
Nhóm, phân lớp	12, d
Chu kỳ	Chu kỳ 5
Cấu hình electron	[Kr] 5s2 4d10
mỗi lớp	2, 8, 18, 18, 2
Tính chất vật lý
Màu sắc	Ánh kim bạc hơi xanh xám
Trạng thái vật chất	Chất rắn
Nhiệt độ nóng chảy	594,22 K ​(321,07 °C, ​609,93 °F)
Nhiệt độ sôi	1040 K ​(767 °C, ​1413 °F)
Mật độ	8,65 g·cm−3 (ở 0 °C, 101.325 kPa)
Mật độ ở thể lỏng	ở nhiệt độ nóng chảy: 7,996 g·cm−3
Nhiệt lượng nóng chảy	6,21 kJ·mol−1
Nhiệt bay hơi	99,87 kJ·mol−1
Nhiệt dung	26,020 J·mol−1·K−1
Áp suất hơi P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k ở T (K) 530 583 654 745 867 1040
Tính chất nguyên tử
Trạng thái oxy hóa	2, 1 ​Base nhẹ
Độ âm điện	1,69 (Thang Pauling)
Năng lượng ion hóa	Thứ nhất: 867,8 kJ·mol−1 Thứ hai: 1631,4 kJ·mol−1 Thứ ba: 3616 kJ·mol−1
Bán kính cộng hoá trị	thực nghiệm: 151 pm
Bán kính liên kết cộng hóa trị	144±9 pm
Bán kính van der Waals	158 pm
Thông tin khác
Cấu trúc tinh thể	​Lục phương
Vận tốc âm thanh	que mỏng: 2310 m·s−1 (ở 20 °C)
Độ giãn nở nhiệt	30,8 µm·m−1·K−1 (ở 25 °C)
Độ dẫn nhiệt	96,6 W·m−1·K−1
Điện trở suất	(22 °C) 72,7 n Ω·m
Tính chất từ	Nghịch từ
Mô đun Young	50 GPa
Mô đun cắt	19 GPa
Mô đun khối	42 GPa
Hệ số Poisson	0,30
Độ cứng theo thang Mohs	2,0
Độ cứng theo thang Brinell	203 MPa
Số đăng ký CAS	7440-43-9
Đồng vị ổn định nhất
Bài chính: Đồng vị của Cadmi
Iso NA Chu kỳ bán rã DM DE (MeV) DP 106Cd 1,25% 106Cd ổn định với 58 neutron 107Cd Tổng hợp 6,5 giờ ε 1.417 107Ag 108Cd 0,89% 108Cd ổn định với 60 neutron 109Cd Tổng hợp 462,6 ngày ε 0.214 109Ag 110Cd 12.49% 110Cd ổn định với 62 neutron 111Cd 12.8% 111Cd ổn định với 63 neutron 112Cd 24.13% 112Cd ổn định với 64 neutron 113Cd 12,22% 7,7×1015 năm β- 0.316 113In 113mCd Tổng hợp 14,1 năm β- 0.580 113In IT 0.264 113Cd 114Cd 28,73% 114Cd ổn định với 66 neutron 115Cd Tổng hợp 53,46 giờ β- 1.446 115In 116Cd 7,49% 2,9×1019 năm β−β− - 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 chì và đồng. 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 sắt và thép. 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 Cd¹¹³ có chu 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 Cd^113m (t_½ 14,1 năm), Cd^115m (t_½ 44,6 ngày) và Cd^117m (t_½ 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 magnesi và calci theo cách thức tương tự.

Hít thở phải bụi có chứa cadmi nhanh chóng dẫn đến các vấn đề đối với hệ hô hấp và thận, 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 xương và nhuyễn 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

Tham khảo

tiếng Anh

• Phòng thí nghiệm quốc gia Mỹ Los Alamos – Cadmi Lưu trữ 2009-02-28 tại Wayback Machine

Liên kết ngoài

Tư liệu liên quan tới Cadmium tại Wikimedia Commons

• WebElements.com – Cadmi