Kadmiyum

Özellikler

Kadmiyum, sembolü "Cd" ve atom numarası 48 olan kimyasal bir elementtir. Bu yumuşak, gümüşi beyaz metal, grup 12'deki diğer iki kararlı metal olan çinko ve cıva ile kimyasal olarak benzerdir. Çinko gibi bileşiklerinin çoğunda +2 oksidasyon durumu gösterir ve cıva gibi, 3'ten 11'e kadar olan gruplardaki geçiş metallerinden daha düşük bir erime noktasına sahiptir. Dünya'nın kabuğundaki ortalama kadmiyum konsantrasyonu milyonda 0,1 ile 0,5 parça (ppm) arasındadır.

Kadmiyum, çoğu çinko cevherinde küçük bir bileşen olarak bulunur ve çinko üretiminin bir yan ürünüdür. Kadmiyum, uzun süre çelik üzerine korozyona dayanıklı kaplama olarak kullanılmış ve kadmiyum bileşikleri kırmızı, turuncu ve sarı pigmentlere sahip olarak camı renklendirmek ve plastiği stabilize etmek için kullanılmaktadır.

Fiziksel Özellikler

Kadmiyum yumuşak, dövülebilir, sünek, gümüşi-beyaz iki değerlikli bir metaldir. Pek çok açıdan çinkoya benzer, ancak karmaşık bileşikler oluşturur. Diğer metallerin çoğunun aksine kadmiyum korozyona dayanıklıdır ve diğer metaller üzerinde koruyucu bir plaka olarak kullanılır. Dökme metal olarak yani sıvı haldeyken kadmiyum suda çözünmez ve yanıcı değildir; ancak toz halindeyken yanabilir ve zehirli dumanlar salabilir.

Kimyasal Özellikler

Kadmiyum genellikle +2 oksidasyon durumuna sahip olmasına rağmen, +1 durumunda da bileşikleri mevcuttur. Kadmiyum ve benzer elementler, elemental veya genel oksidasyon durumlarında kısmen dolu d veya f elektron kabuklarına sahip olmadıklarından her zaman geçiş metalleri olarak kabul edilmezler.^[1]

Kadmiyum havada yanarak kahverengi amorf kadmiyum oksit (CdO) oluşturur. Bu bileşiğin kristal formu, çinko okside benzer şekilde ısıtıldığında renk değiştiren koyu kırmızıdır. Oksidasyon durumu +1, kadmiyumun kadmiyum klorür ve alüminyum klorür karışımı içinde çözülerek Cd₂²⁺ katyonunu oluşturarak, cıva (I) klorürdeki Hg₂²⁺ katyonuna benzer şekilde üretilebilir.^[2]

Cd + CdCl₂ + 2 AlCl₃ → Cd₂ (AlCl₄)₂

Bulunma Sıklığı ve Üretimi

Nadir bir element (yer kabuğunda ton başına yaklaşık 0.2 gram) olan kadmiyum, birkaç mineralde ve bazı cevherlerde, özellikle yan ürün olarak üretildiği çinko cevherlerinde küçük miktarlarda bulunur. Baş çinko cevheri, çinko blend veya sfalerit, esas olarak yüzde 0,1 ila 0,3 kadmiyum içeren çinko sülfitten oluşur. Tüm çinko üretim yöntemleri, sülfitin kavurma yoluyla çinko okside dönüştürülmesiyle başlar.

Kadmiyum, %99,9'un üzerinde saf hale gelene kadar çeşitli aşamalarda işlenerek konsantre hale getirilir. Bazı kurşun cevherleri ayrıca küçük miktarlarda kadmiyum içerir ve yeterli miktarda mevcutsa, çinko izabe tesislerinde kullanılana benzer bir işlem döngüsü ile geri kazanılır. Çin, Güney Kore, Kanada, Japonya ve Kazakistan 21. yüzyılın başlarında kadmiyum arıtmada dünyaya liderlik etti. Üretilen kadmiyumun çoğu, korozyondan korumak için çelik, demir, bakır, pirinç ve diğer alaşımlara elektrolizle kaplanır. Kadmiyum kaplama, özellikle alkali saldırılarına karşı dayanıklıdır.

Uygulama ve Kullanım Alanları

Kadmiyumun önemli bir uygulaması, katot olarak nikel veya gümüş oksit ile anot olarak ve şarj edilebilir olmasıdır. Elektrikli depolama pillerinde bir kostik potas elektrolit olarak, daha düşük ağırlık, daha uzun ömür ve deşarj edilmiş durumda saklama üzerine stabilitenin istendiği kullanımlar için de kullanılmaktadır. Kadmiyum, alaşımlar elde etmek için birçok ağır metalle birleşir; en önemlileri, lehimleme için kullanılan alaşımlar ve düşük erime noktalı alaşımlardır. Ağır metallere eklenen küçük miktarlarda kadmiyum onları güçlendirir. Bakıra eklenen %1 kadmiyum elektrik iletkenliğinde yalnızca küçük bir azalma ile mukavemetini ve sertliğini artırır. Termal nötronları verimli bir şekilde emdiği için bazı nükleer reaktörler için kontrol çubuklarında kullanılır.

Tarihi

1800'lerin başlarında, Almanya, Hannover'in eczacıları, "kadmia" adı verilen doğal olarak oluşan bir çinko karbonat formunu ısıtarak çinko oksit yaptılar. Bazen ürün saf beyaz olmak yerine renksizdi ve Göttingen Üniversitesinden Friedrich Stromeyer soruna baktığında renk değişikliğini tanımlayamadığı bir bileşene kadar izledi ve bunun bilinmeyen bir unsur olması gerektiğini belirttir. Bunu kahverengi oksidi olarak ayırdı ve lâmba isi (karbon) ile ısıtarak, mineralin adından sonra kadmiyum adını verdiği mavi-gri bir metal örneği üretti. Bu arada, diğer iki Alman bilim adamı Halle'deki Karl Meissner ve Berlin'deki Karl Karsten aynı sorun üzerinde çalışıyorlardı ve ertesi yıl kadmiyum keşfettiklerini açıkladılar.

Etimolojisi

İsim, mineral kalaminin adı olan Latince "kadmiya" sözcüğünden türetilmiştir.

Önlem ve Güven

Kadmiyumun Sağlığa Etkileri

İnsanların kadmiyum alımı esas olarak gıda yoluyla gerçekleşir. Kadmiyum açısından zengin gıda maddeleri, insan vücudundaki kadmiyum konsantrasyonunu büyük ölçüde artırabilir. İnsanlar sigara içtiklerinde önemli ölçüde kadmiyum seviyelerine maruz kalırlar. Tütün dumanı kadmiyumu akciğerlere taşır. Kan, kadmiyum açısından zengin gıdalardan zaten mevcut olan kadmiyumun güçlendirilmesi yoluyla etkilerini artırarak vücudun geri kalanına taşır.

Havaya kadmiyum salan tehlikeli atık sahalarının veya fabrikaların yakınında yaşayan kişilerde ve metal rafineri endüstrisinde çalışan insanlarda yüksek maruziyetler meydana gelebilir. İnsanlar kadmiyumda nefes aldığında akciğerlere ciddi şekilde zarar verebilir. Bu ölüme bile neden olabilir.

Kadmiyumun Çevresel Etkileri

Endüstrilerden gelen kadmiyum atıkları çoğunlukla toprağa karışır. Bu atıkların oluşma nedenleri ise çinko üretimi, fosfat cevheri içeriği ve biyo-endüstriyel gübre vb. Kadmiyum atıkları evsel atık yakma ve fosil yakıtların yakılması yoluyla havaya girebilir.

Bir diğer önemli kadmiyum emisyon kaynağı ise suni fosfatlı gübrelerin üretimidir. Tarım arazilerine gübre uygulandıktan sonra kadmiyumun bir kısmı toprağa, kadmiyumun geri kalanı ise gübre üretiminden kaynaklanan atıkların üretim şirketleri tarafından boşaltılmasıyla yüzey sularına karışmaktadır.