אלמנט כימי קדמיום

קדמיום (Cd), אלמנט כימי, מתכת מקבוצה 12 (IIb או קבוצת אבץ) של הטבלה המחזורית.

אלמנט קבוצת אבץ

אבץ (Zn), קדמיום (Cd), כספית (Hg), וקופרניציום (Cn). יש להם תכונות משותפות, אך הם נבדלים זה מזה גם מבחינות משמעותיות.

מאפייני אלמנט

מספר אטומי	48
משקל אטומי	112.40
נקודת המסה	321 מעלות צלזיוס
נקודת רתיחה	765 מעלות צלזיוס
כוח משיכה ספציפי	8.65 ב 20 מעלות צלזיוס
מצב חמצון	+2
תצורת האלקטרון	[Kr] 4d 10 5s 2

מאפיינים, התרחשות ושימושים

קדמיום כסוף-לבן, המסוגל לקחת לק גבוה, רך כמעט כמו פח, וכמו פח, הוא פולט צליל מתפצח כשהוא כפוף; אפשר לגלגל אותו לסדינים. קדמיום נמס ונרתח בטמפרטורות נמוכות יחסית; אדו צהוב עמוק ומונומי. המתכת קבועה באוויר יבש, הופכת להיות מצופה בתחמוצת באוויר לח, שורפת בחימום עד אדמומיות, וממיסת בקלות בחומצות מינרליות. הרעלה נובעת משאיפת אדים או אבק של קדמיום. פרידריך סטרומייר, כימאי גרמני, גילה את היסוד (1817) בדגימה של אבץ פחמתי, ובאותה שנה, KSL הרמן וג'יי.צ. רולוף מצאו קדמיום בדגימה של תחמוצת אבץ. שתי תרכובות האבץ נבדקו מכיוון שהטוהר שלהן כתרופות היה חשוד.

אלמנט נדיר (כ- 0.2 גרם לטון בקרום כדור הארץ), קדמיום מופיע בכמה מינרלים ובכמויות קטנות בעפרות אחרות, בעיקר עפרות אבץ, ממנו הוא מיוצר כתוצר לוואי. עפרות האבץ העיקריות, אבץ הבלנד או הסלטרייט, מורכבות בעיקר מאבץ גופרתי, המכיל 0.1 עד 0.3 אחוז קדמיום. כל שיטות ייצור האבץ מתחילות בהמרת הגולפיד לתחמוצת אבץ על ידי צלייה: הקדמיום מתרכז בריכות, המטופלות בשלבים שונים עד לקבלת מוצר המכיל יותר מ- 99.9 אחוז קדמיום. עפרות עופרת מסוימות מכילות גם כמויות קטנות של קדמיום, ואם היא קיימת בכמות מספקת, היא מתאוששת על ידי מעגל פעולות הדומה לזה שמשמש את התכה באבץ. יצרני אבץ המשתמשים בתהליך האלקטרוליטי משחזרים קדמיום בצורה שונה במקצת, אך שוב העיקרון זהה, החל בצליית אבץ גופרתי, ואחריו הטיפול באבקות הפליטה. רוב הקדמיום מתאושש באחד משלושת התהליכים הללו. סין, דרום קוריאה, קנדה, יפן וקזחסטן הובילו את העולם בשכלול קדמיום בראשית המאה ה -21.

מרבית הקדמיום המיוצר הוא אלקטרופלט על פלדה, ברזל, נחושת, פליז וסגסוגות אחרות כדי להגן עליהם מפני קורוזיה. ציפוי קדמיום עמיד במיוחד להתקפה על ידי אלקלי. קדמיום דומה פיזית לאבץ אך צפוף ורך יותר. לקדמיום המצופה גודל גרגר קטן יותר מציפויי אלקטרו-אבץ, והפיקדונות נוטים להיות אחידים וחלקים יותר. כתוצאה מכך, ניתן לקבל הגנה טובה על ידי ציפויים דקים של קדמיום, ולמרות מחירו הגבוה, היא משמשת לעתים קרובות להגנה על חלקים מדויקים. ההתנגדות שלו לאטמוספרות ימיות עדיפה גם על זו של האבץ.

יישום חשוב של קדמיום הוא השימוש בו כאנודה עם תחמוצת ניקל או כסף כקתודה ואלקטרוליט אשלג קאוסטי בסוללות אחסון חשמליות נטענות לשימושים בהם משקל נמוך יותר, אורך חיים ארוך יותר ויציבות בעת האחסון במצב פרוק רצוי שכן במטוסים.

קדמיום משלב עם מתכות כבדות רבות כדי לספק סגסוגות; החשובים ביותר הם נושאים סגסוגות וסגסוגות נמסות להמיס המשמשות להלחמה. הכמויות הקטנות של קדמיום שנוספות למתכות הכבדות מחזקות אותן. אחוז אחד הנוסף לנחושת מגביר את חוזקו ואת קשיותו רק עם הפחתה קטנה במוליכות החשמלית. סגסוגות באבץ, מוכרים קדמיום עם חוזק גזירה טוב. מכיוון שהוא סופג ביעילות נויטרונים תרמיים, הוא משמש במוטות בקרה עבור כמה כורים גרעיניים.

קדמיום טבעי הוא תערובת של שמונה איזוטופים: ¹⁰⁶ Cd (1.2 אחוז), ¹⁰⁸ Cd (0.9 אחוז), ¹¹⁰ Cd (12.4 אחוז), ¹¹¹ Cd (12.8 אחוז), ¹¹² Cd (24.0 אחוז), ¹¹³ Cd (12.3 אחוזים), ¹¹⁴ Cd (28.8 אחוז), ו- ¹¹⁶ Cd (7.6 אחוזים).

תרכובות

בתרכובותיו קדמיום מציג כמעט אך ורק את מצב החמצון +2, כמו ביון Cd ²⁺ חסר צבע, המהווה מספר יוני מורכבים יציבים, בעיקר מתחמי הליד. מעט תרכובות של מצב חמצון +1 הוכנו על ידי המסת מתכת קדמיום במלידים קדומים (Cd ²⁺) מותכים כפול. יון קדמיום דיאטומי שהתקבל, Cd ₂ ²⁺ (כאשר קדמיום נמצא במצב חמצון +1), אינו יציב במים ולא מידתי פרופורציות למתכת קדמיום ו- Cd ²⁺.

תרכובת הקדמיום החשובה ביותר היא תחמוצת קדמיום, CdO. זוהי אבקה חומה המיוצרת על ידי שריפת אדי קדמיום באוויר והיא מספקת חומר התחלה נוח לייצור מרבית מלחי הקדמיום האחרים. תרכובת נוספת בעלת ערך כלכלי כלשהו היא קדמיום סולפיד, CdS. בדרך כלל מיוצר על ידי טיפול בתמיסת קדמיום עם סולפיד מסיס, זהו פיגמנט צהוב בוהק המכונה צהוב קדמיום, המשמש בצבעים בדרגה גבוהה ובפיגמנטים של אומן בגלל יציבות הצבע שלו ועמידותו בפני גופרית וחמצון. תרכובת אחת נוספת של הערה, קדמיום סלניד (CdSe), נפוצה בדרך כלל על ידי מימן סלניום או סלניום אלקליין מתמיסות של מלחי קדמיום. על ידי שינוי תנאי המשקעים, ניתן לייצר צבעים יציבים הנעים בין צהוב לאדום בוהק. בפני עצמו או מעורבב עם קדמיום גופרתי, הוא משמש באופן נרחב כפיגמנט בדרגה גבוהה.