KADMIUM (CD): SEJARAH, SIFAT, STRUKTUR, KEGUNAAN - KIMIA - 2025

The kadmium (Cd) merupakan logam transisi atau pasca - transisi nomor atom 48 dan perak. Ini lunak dan ulet, dengan titik leleh dan titik didih yang relatif rendah. Kadmium merupakan unsur langka dan hanya memiliki konsentrasi 0,2 g / ton kerak bumi.

Greenockite (CdS) adalah satu-satunya bijih kadmium penting dengan warna kuning yang intens. Kadmium ditemukan terkait dengan seng dalam sfalerit (ZnS), yang mengandung antara 0,1 dan 03% kadmium sebagai kation Cd ²⁺ .

Kristal kadmium. Sumber: Gambar Elemen Kimia Resolusi Tinggi

Saat memproses sfalerit untuk mendapatkan, melebur, dan memurnikan seng, kadmium diperoleh dalam bentuk sekunder, ini menjadi sumber utama produksi.

Logam ini ditemukan pada tahun 1817, secara independen oleh Friedrich Stromayer dan Karl Hermann. Stromayer membaptis unsur baru tersebut dengan nama cadmium, berasal dari kata latin “cadmia”, istilah tersebut dikenal sebagai calamine (seng karbonat).

Kadmium adalah unsur kimia dengan lambang Cd dan nomor atomnya 48. Sumber: Albedo-ukr CC BY-SA 2.5 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5/)

Kadmium adalah elemen yang sangat berguna dan banyak aplikasi, seperti anti korosi pada besi, baja dan logam non-ferrous; gunakan sebagai pigmen; stabilisasi PVC; elemen dalam paduan yang digunakan dalam pengelasan; baterai nikel kadmium isi ulang, dll.

Namun, itu adalah elemen yang sangat toksik yang menyebabkan kerusakan parah pada paru-paru, ginjal dan tulang, dan bahkan telah dilaporkan memiliki aksi karsinogenik, oleh karena itu penggunaannya dibatasi. Namun meskipun demikian, ini terus digunakan dengan hati-hati di beberapa aplikasi.

Sejarah

- Penemuan ganda

Kadmium ditemukan oleh Friedrich Stromayer, seorang ahli kimia Jerman, pada tahun 1817 dalam sampel seng karbonat (calamine). Pada tahun yang sama, KSL Hermann dan JCH Roloff membuat penemuan yang sama, secara independen, dalam percobaan dengan seng sulfida.

Stromayer dilaporkan menemukan dirinya saat memenuhi permintaan pemerintah untuk memeriksa apotek di kota Hildesheim, Jerman. Seng oksida, seperti sekarang, digunakan untuk merawat kondisi kulit tertentu.

Tampaknya apotek tidak mengirimkan seng oksida, melainkan menjual seng karbonat: bahan mentah untuk produksi seng oksida. Produsen seng oksida berpendapat bahwa pemanasan seng karbonat menghasilkan "seng oksida" kuning.

Kadmium oksida

Mereka tidak bisa menjual “zinc oxide” ini, karena warna senyawanya biasanya putih; Sebagai gantinya, mereka menjual seng karbonat, juga putih. Menghadapi situasi ini, Stromayer memutuskan untuk mempelajari oksida seng kuning yang seharusnya.

Untuk melakukan ini, dia memanaskan sampel seng karbonat (calamine) dan menghasilkan seng oksida kuning, seperti yang dilaporkan. Setelah menganalisanya, ia menyimpulkan bahwa warna kuning disebabkan oleh adanya oksida logam dari suatu unsur baru.

Setelah mengekstraksi oksida logam baru ini, ia menghasilkan reduksi, mencapai isolasi kadmium. Stromayer menentukan kerapatannya dan memperoleh nilai 8,75 g / cm ³ , mendekati nilai yang sekarang diketahui untuk parameter ini (8,65 g / cm ³ ).

Selain itu, Stromayer menunjukkan bahwa elemen baru memiliki penampilan yang mirip dengan platina, dan juga terdapat dalam banyak senyawa seng, dan bahkan dalam seng yang dimurnikan.

Stromayer menyarankan nama "cadmium" dari kata Latin "cadmia", nama yang diberikan untuk calamine, ZnCO ₃ .

Kadmium dalam seng sulfida

Karl Hermann (1817) menemukan warna kuning yang tidak terduga saat memproses seng sulfida dan mengira itu bisa jadi kontaminasi arsen. Namun begitu kemungkinan ini dikesampingkan, Hermann menyadari bahwa dirinya sedang berada di hadapan elemen baru.

- Aplikasi

1840-1940

Pada tahun 1840-an penggunaan kadmium sebagai pigmen mulai dieksploitasi secara komersial. British Pharmaceutical Codex menunjukkan pada tahun 1907 penggunaan kadmium iodida sebagai obat untuk mengobati "persendian yang membesar", kelenjar scrofulous dan chilblains.

Pada tahun 1930-an dan 1940-an, produksi kadmium ditujukan untuk pelapisan baja dan besi agar terlindung dari korosi. Pada 1950-an, senyawa kadmium seperti kadmium sulfida dan kadmium selenida digunakan sebagai sumber pigmen merah, oranye, dan kuning.

1970-1990

Pada 1970-an dan 1980-an, senyawa kadmium laurat dan kadmium stearat ditemukan sebagai penstabil untuk PVC, yang menyebabkan peningkatan permintaan kadmium. Namun, peraturan lingkungan karena toksisitas kadmium, menyebabkan penurunan konsumsinya.

Pada 1980-an dan 1990-an, kadmium tidak lagi digunakan dalam banyak aplikasinya, tetapi kemudian produksinya meningkat dengan penciptaan baterai nikel-kadmium yang dapat diisi ulang, yang mewakili 80% konsumsi kadmium di Amerika Serikat. .

Sifat fisik dan kimia kadmium

Penampilan

Putih keperakan keabu-abuan dengan kilau metalik yang lembut. Bahan ini menjadi rapuh jika terkena suhu 80ºC, dan dapat dipotong dengan pisau. Ini lunak dan dapat digulung menjadi gulungan.

Berat atom standar

112,414 u

Nomor atom (Z)

48

Kategori Barang

Logam pasca transisi, dianggap sebagai logam transisi. Definisi IUPAC untuk logam transisi adalah logam yang atomnya memiliki subkulit d tidak lengkap atau dapat menimbulkan kation dengan subkulit d tidak lengkap.

Menurut definisi ini, kadmium bukanlah logam transisi karena kation Cd ²⁺ -nya memiliki orbital 4d yang terisi penuh dengan elektron (4d ¹⁰ ).

Bau

Toilet

Titik lebur

321,07 ºC

Titik didih

767 ºC

Massa jenis

Suhu lingkungan: 8,65 g / cm ³

Pada titik leleh (cair): 7,996 g / cm ³

Panas fusi

6,21 kJ / mol

Panas penguapan

99,87 kJ / mol

Kapasitas kalori molar

26,020 J / (mol K)

Elektronegativitas

1.6 pada skala Pauling

Energi ionisasi

Pertama: 867,8 kJ / mol (Cd ⁺ gas)

Kedua: 1631,4 kJ / mol (Cd ²⁺ gas)

Ketiga: 3616 kJ / mol (Cd ³⁺ gas)

Konduktivitas termal

96,6 W / (mK)

Resistivitas

72,7 nΩ · m pada suhu 22 ºC

Kekerasan

2.0 pada skala Mohs. Ini adalah logam, meskipun padat, sangat lembut.

Stabilitas

Ia perlahan teroksidasi oleh udara lembab untuk membentuk oksida kadmium, yang menodai kilau logamnya. Tidak mudah terbakar, tetapi dalam bentuk bubuk dapat terbakar dan terbakar sendiri.

Pengapian otomatis

250 ºC untuk kadmium adalah bentuk bubuk.

Indeks bias

1,8 pada 20 ºC

Reaktivitas

Kadmium dapat terbakar di udara membentuk kadmium oksida (CaO), bubuk amorf berwarna coklat, sedangkan bentuk kristalnya berwarna merah tua.

Kadmium bereaksi cepat dengan asam nitrat encer, dan perlahan dengan asam klorida panas. Ia juga mampu bereaksi dengan asam sulfat, tetapi tidak bereaksi dengan basa. Dalam semua reaksi ini, garam kadmium dari anionnya yang sesuai (Cl ^- ) atau oksoanion (NO ₃ ^- dan SO ₄ ^2- ) terbentuk.

Struktur dan konfigurasi elektronik

Diagram kulit elektron Kadmium, elemen 48 dalam tabel periodik. Sumber: Pumbaa (karya asli oleh Greg Robson) CC BY-SA 2.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/)

Atom kadmium kristalnya membentuk ikatan logam dari elektron valensinya, yang terletak di orbital 4d dan 5s sesuai dengan konfigurasi elektroniknya:

4d ¹⁰ 5s ²

Namun, meskipun orbital 4d penuh dengan elektron, dan mungkin juga dianggap bahwa "lautan elektron" cukup melimpah untuk mengikat atom Cd dengan kuat, pada kenyataannya interaksinya lemah. Hal ini dapat dibuktikan secara eksperimental dengan titik lelehnya yang rendah (321 ° C), dibandingkan dengan logam transisi lainnya.

Karena alasan ini dan alasan kimia lainnya, kadmium terkadang tidak dianggap sebagai logam transisi. Ada begitu banyak elektron (dua belas) yang terlibat dalam ikatan metalik sehingga mereka mulai sangat mengganggu tolakan negatifnya; yang, bersama dengan perbedaan energik antara orbital 4d dan 5s yang terisi, melemahkan interaksi Cd-Cd.

Atom Cd akhirnya membentuk struktur kristal heksagonal kompak (hcp), yang tidak mengalami transisi fase sebelum titik lelehnya. Ketika kristal kadmium hcp mengalami tekanan yang setara dengan 10 GPa, struktur hanya berubah bentuk; tetapi tanpa perubahan fase apa pun yang dilaporkan.

Bilangan oksidasi

Kadmium tidak dapat kehilangan dua belas elektron valensi; pada kenyataannya, ia tidak dapat kehilangan satu pun orbital 4d-nya, yang energinya lebih stabil dibandingkan dengan orbital 5s. Oleh karena itu ia hanya dapat kehilangan dua elektron dari orbital 5s ² , sebagai akibatnya merupakan logam divalen; seperti halnya logam seng, merkuri, dan alkali tanah (Pak Becambara).

Jika diasumsikan keberadaan kation Cd ²⁺ dalam senyawanya , maka kadmium dikatakan memiliki bilangan oksidasi atau bilangan oksidasi +2. Ini adalah bilangan oksidasi utama Anda. Misalnya, senyawa berikut mengandung kadmium sebagai +2: CdO (Cd ²⁺ O ^2- ), CdCl ₂ (Cd ²⁺ Cl ₂ ^- ), CdSO ₄ (Cd ²⁺ SO ₄ ^2- ) dan Cd (NO ₃ ) ₂ .

Selain bilangan oksidasi ini, ada juga +1 (Cd ⁺ ) dan -2 (Cd ^2- ). Bilangan oksidasi +1 diamati pada dikation Cd ₂ ²⁺ , di mana setiap atom kadmium memiliki muatan positif. Sementara itu, -2 cukup aneh, dan akan diterapkan pada anion "cadmide".

Di mana menemukan dan memperoleh

Kristal Greenockite. Sumber: Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

Kadmium merupakan unsur langka yang memiliki konsentrasi 0,2 g / ton di kerak bumi. Satu-satunya mineral kadmium yang penting adalah greenockite (CdS), yang tidak dapat ditambang dari sudut pandang pertambangan dan komersial.

Kadmium ditemukan terkait dengan seng dalam mineral sphalerite (ZnS), yang biasanya mengandungnya pada konsentrasi berkisar antara 0,1% dan 0,3%; tetapi dalam beberapa kasus konsentrasi kadmium dalam sfalerit bisa mencapai 1,4%.

Batuan yang diolah untuk mendapatkan pupuk fosfor dapat memiliki konsentrasi kadmium 300 mg / kg pupuk. Batubara juga dapat mengandung kadmium dalam jumlah kecil tetapi signifikan.

Sumber utama kadmium adalah emisi vulkanik yang dapat dibawa kadmium ke permukaan air. Penggunaan pupuk fosfor di tanah pertanian telah menyebabkan kontaminasi dengan kadmium.

Kadmium yang ada di tanah asam dapat diserap oleh tanaman. Beberapa sayuran digunakan oleh manusia sebagai makanan, yang menjelaskan bagaimana asupan air dan makanan merupakan sumber utama masuknya kadmium pada orang yang tidak terpapar sinar matahari atau perokok.

Pengobatan sfalerit

Selama penambangan, peleburan dan pemurnian seng yang ada dalam sfalerit, kadmium biasanya diperoleh sebagai produk sampingan. Peristiwa serupa juga terjadi, meskipun pada tingkat yang jauh lebih rendah, selama pemrosesan tembaga dan timah.

Demikian pula, sejumlah kecil kadmium dapat diperoleh dari daur ulang besi dan skrap baja.

Sfalerit dipanggang sehingga seng sulfida berubah menjadi oksida, ZnO. Reaksi yang sama dialami oleh kadmium sulfida:

2 ZnS + 3 O ₂ → 2 ZnO + 2 SO ₂

Jika campuran oksida ini dipanaskan dengan arang, maka akan tereduksi menjadi logamnya masing-masing:

ZnO + CO → Zn + CO ₂

Seng dan kadmium juga dapat diproduksi dengan elektrolisis karena oksida larut dalam asam sulfat.

Salah satu metode menghasilkan seng yang terkontaminasi kadmium. Setelah meleleh, kadmium dapat didistilasi di bawah vakum karena titik lelehnya lebih rendah (321 ° C) dibandingkan dengan seng (420 ° C).

Isotop

Di antara isotop kadmium alami dan stabil yang kita miliki, dengan kelimpahannya masing-masing di Bumi:

- ¹⁰⁶ Cd (1,25%)

- ¹⁰⁸ Cd (0,89%)

- ¹¹⁰ Cd (12,47%)

- ¹¹¹ Cd (12,8%)

- ¹¹² Cd (24,11%)

- ¹¹⁴ Cd (28,75%)

- ¹¹³ Cd (12,23%)

The ¹¹³ Cd adalah radioaktif, tetapi karena nilai yang besar seperti setengah - hidup (t _1/2 = 7,7 × 10 ¹⁵ tahun), dapat dianggap stabil. Dan kemudian ada ¹¹⁶ Cd, juga radioaktif, dengan waktu paruh 3,1 · 10 ¹⁹ tahun, sehingga dapat dianggap sebagai isotop stabil, mewakili 7,51% kadmium.

Perhatikan bahwa massa atom rata-rata adalah 112,414 u, lebih dekat ke 112 dari 114. Keberadaan isotop dominan di atas isotop lainnya tidak diamati pada kadmium.

Resiko

Umum

Penyerapan kadmium terjadi terutama dari makanan, terutama hati, jamur, kerang, bubuk kakao, dan rumput laut kering.

Kasus simbolik terjadi di Cina pada abad terakhir, di mana terdapat kontaminasi kadmium yang signifikan dalam populasi. Pencemaran kadmium disebabkan tingginya konsentrasi pada padi, yang disebabkan oleh adanya kadmium pada tanah tanaman serealia.

Seorang perokok memiliki asupan rata-rata 60 µg / hari. Konsentrasi kadmium maksimum yang diperbolehkan di dalam darah adalah 15 µg / hari. Bukan perokok memiliki konsentrasi kadmium dalam darahnya sekitar 0,5 µg / L.

Paru-paru menyerap antara 40 dan 60% kadmium dalam asap tembakau. Kadmium yang diserap di paru-paru diangkut dalam darah, membentuk kompleks dengan protein, sistein, dan glutathione, yang kemudian berakhir di hati, ginjal, dll.

Menghirup kadmium secara akut dapat menghasilkan gejala yang mirip dengan gejala yang diamati pada proses mirip flu; seperti masuk angin, demam, dan nyeri otot, yang dapat menyebabkan kerusakan paru-paru. Sedangkan paparan kadmium secara kronis dapat menyebabkan penyakit paru, ginjal, dan tulang.

Efeknya pada ginjal

Pada ginjal, kadmium biasanya menyebabkan perubahan metabolisme fosfor dan kalsium yang dibuktikan dengan peningkatan produksi batu ginjal. Selain itu, menyebabkan kerusakan ginjal yang diwujudkan dengan munculnya protein transporter retinol dan β-2-mikroglobulin dalam urin.

Efek pada reproduksi

Paparan kadmium pada ibu dikaitkan dengan berat badan lahir rendah pada anak dan peningkatan angka aborsi spontan.

Kerusakan tulang

Kadmium di Jepang terkait dengan keberadaan penyakit Itai-Itai pada abad terakhir. Penyakit ini ditandai dengan mineralisasi tulang yang rendah, kerapuhan tulang dengan frekuensi patah yang tinggi, peningkatan osteoporosis, dan nyeri tulang.

Karsinogenesis

Meskipun percobaan pada tikus menetapkan hubungan antara kadmium dan kanker prostat, hal ini belum dibuktikan pada manusia. Hubungan antara kadmium dan kanker ginjal telah ditunjukkan, dan itu juga dikaitkan dengan kanker paru-paru.

Aplikasi

Bakteri isi ulang nikel kadmium

Sel berbeda atau baterai Ni-Cd. Sumber: Boffy b melalui Wikipedia.

Kadmium hidroksida digunakan sebagai katoda dalam baterai Ni-Cd. Ini digunakan dalam industri kereta api dan penerbangan, serta instrumen untuk penggunaan kolektif termasuk telepon seluler, kamera video, laptop, dll.

Konsumsi kadmium untuk pembuatan baterai Ni-Cd mewakili 80% produksi kadmium. Namun, karena toksisitas elemen ini, baterai Ni-Cd secara bertahap diganti dengan baterai nikel-metal hidrida.

Pigmen

Kadmium merah. Sumber: Marco Almbauer

Kadmium sulfida digunakan sebagai pigmen kuning dan kadmium selenide sebagai pigmen merah, yang dikenal sebagai kadmium merah. Pigmen ini dicirikan oleh kecemerlangan dan intensitasnya, itulah sebabnya pigmen ini digunakan dalam plastik, keramik, kaca, enamel, dan warna artistik.

Tercatat bahwa pelukis Vincent Van Gogh menggunakan pigmen kadmium dalam lukisannya, yang memungkinkannya mendapatkan beragam warna merah cerah, oranye, dan kuning.

Pewarnaan pigmen kadmium harus dilemahkan sebelum digiling dengan minyak atau dicampur dengan cat air dan akrilik.

televisi

Komponen yang mengandung kadmium digunakan dalam fosfor televisi hitam dan putih, serta fosfor biru dan hijau untuk tabung gambar televisi berwarna.

Fosfor adalah bagian dari layar yang diiradiasi oleh sinar katoda, yang bertanggung jawab untuk pembentukan gambar. Kadmium, meskipun toksisitasnya, telah mulai digunakan di televisi QLED yang baru dibuat.

Stabilisasi PVC

Senyawa kadmium yang dibentuk dengan karboksilat, laurat dan stearat digunakan sebagai penstabil polivinil klorida, karena mereka menunda degradasi yang dihasilkan oleh paparan panas dan sinar ultraviolet yang menguraikan PVC selama proses pembuatannya.

Karena toksisitas kadmium, sekali lagi, penstabil PVC yang terikat kadmium telah digantikan oleh penstabil lain, seperti barium-seng, kalsium-seng, dan organotin.

Paduan

Kadmium telah digunakan dalam paduan bantalan karena ketahanan lelahnya yang tinggi dan koefisien gesekan yang rendah. Kadmium memiliki titik leleh yang relatif rendah, itulah sebabnya ia digunakan dalam paduan titik leleh rendah, dan merupakan komponen selain banyak jenis las.

Kadmium juga dapat digunakan dalam paduan kontak elektrik konduktif, konduktif termal dan listrik.

Penutup

Kadmium digunakan untuk melindungi baja, aluminium, dan pengencang logam non-besi lainnya, serta bagian yang bergerak. Lapisan kadmium memberikan perlindungan korosi pada media garam dan alkali. Selain itu, berfungsi sebagai pelumas.

Kadmium juga digunakan dalam banyak aplikasi listrik dan elektronik yang membutuhkan ketahanan korosi dan resistivitas listrik yang rendah.

Reaktor nuklir

Kadmium digunakan dalam reaktor nuklir karena kemampuannya menangkap neutron, yang memungkinkannya untuk mengontrol kelebihan neutron dari fisi nuklir, menghindari fisi nuklir tambahan.

Semikonduktor

Kadmium selenide dan telurida adalah senyawa yang bertindak sebagai semikonduktor dalam deteksi cahaya dan sel surya. HgCdTe sensitif terhadap cahaya infra merah dan digunakan sebagai detektor gerakan serta sakelar untuk perangkat kendali jarak jauh.

biologi

Sinar laser He-Cd. Sumber: Agak Anonim (https://www.flickr.com/photos//35766549)

Helium-Cd terlibat dalam pembentukan sinar laser biru-violet dengan panjang gelombang antara 325 hingga 422 nm, dapat digunakan dalam mikroskop fluoresensi.

Kadmium digunakan dalam biologi molekuler untuk memblokir saluran kalsium, bergantung pada potensi membran.

Referensi

1. Wikipedia. (2019). Kadmium. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
2. Selva VR & dkk. (2014). Tekanan tinggi dan struktur suhu cairan dan padat Cd: Implikasi untuk kurva leleh Cd. Diperoleh dari: researchgate.net
3. Dr Dough Stewart. (2019). Fakta Elemen Kadmium. Diperoleh dari: chemicool.com
4. Pusat Nasional untuk Informasi Bioteknologi. (2019). Kadmium. Database PubChem. CID = 23973. Diperoleh dari: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Godt, J., Scheidig, F., Grosse-Siestrup, C., Esche, V., Brandenburg, P., Reich, A., & Groneberg, DA (2006). Toksisitas kadmium dan mengakibatkan bahaya bagi kesehatan manusia. Jurnal kedokteran kerja dan toksikologi (London, Inggris), 1, 22. doi: 10.1186 / 1745-6673-1-22
6. Ros Rachel. (30 Juli 2018). Fakta tentang camium. Diperoleh dari: LiveScience.com
7. Editor Encyclopaedia Britannica. (6 September 2018). Kadmium. Encyclopædia Britannica. Diperoleh dari: britannica.com
8. Asosiasi Kadmium Internasional. (sf). Aplikasi kadmium. Diperoleh dari: cadmium.org
9. Lenntech BV (2019). Kadmium. Diperoleh dari: lenntech.com