كادميوم

الكَدْمُيوم Cadmium، عنصر كيميائي وفلز ناعم يتراوح لونه بين الفضي والأبيض، يُستعمل في الطلاء وصنع السبائك، والرمز الكيميائي للكدميوم هو Cd. والطبقة الإلكترونية ما قبل الخارجية في ذرته شبه مشبعة (18 إلكتروناً) في حين تحوي الطبقة الخارجية إلكترونين s مع إشباع المدارات الداخلية d، ويوجد في الفصيلةII Bّّ (أو 2 ا) تحت الزنك في الجدول الدوري. ويوجد في كل عشرة ملايين جزء من القشرة الأرضية حوالي خمسة أجزاء من الكدميوم فقط. والكَدْمُيوم شبيه بعنصر الزنك. وهو يوجد مع معادن الزنك، ويمكن الحصول عليه بوصفه منتجاً جانبياً عند تكرير الزنك. واليابان هي المنتج الأول للكدميوم في العالم.

يشبه الكَدْمُيوم في سلوكه الكيمياوي عناصر المعادن القلوية الترابية: القلويات الترابية (العناصر ومركباتها) وخاصة المغنـزيوم Mg [ر]، فدرجة أكسدته +2، ولا يأخذ درجة أكسدة أعلى من ذلك بسبب ارتفاع كمون التأين الثالث اللازم لإبعاد إلكترون d، كما أن أكسيده صعب الانحلال في الماء، ويشكل الكدميوم أملاحاً كثيرة تشبه أملاح المغنـزيوم من حيث البنية البلورية والتركيب، كما يشكل مركبات ألكيلية مماثلة للمركبات التي يشكلها المغنـزيوم. وفعاليته أضعف، كما هو متوقع، من المعادن القلوية الترابية إذ إن نصف قطره أصغر وشحنة نواته أكبر.

الاستخدامات

البطاريات

تستخدم بطاريات النيكل ـ الكدميوم وبطاريات الفضة ـ الكدميوم، التي يمكن إعادة شحنها في الساعات والآلات الحاسبة، والعديد من المعدات الصغيرة.

استخدامات أخرى

تَستعمل الصناعاتُ الكدميوم في صنع السبائك ذات العائد السريع، ويستعمل كذلك غطاءً واقيا للفلزات الأخرى. وكثيراً مايستعمل الكدميوم بدلاً من الزنك في جلفنة الحديد والفولاذ (طليها بغطاء رقيق للحماية). ويوفر حماية طويلة المدى، ولكنها أقل نجاعة مما يوفره الزنك، إلا أنه يحتفظ بألوان أكثر إشراقاً لمدة أطول. وتستعمل قضبان الكدميوم في المفاعلات النووية للتحكم في التفاعلات النووية. لميله الكبير إلى التفاعل مع النترونات، إذ تستخدم قضبانه لتنظيم سير التفاعل النووي المتسلسل. كما يدخل في تركيب العديد من السبائك. وتزيد إضافة الكدميوم إلى النحاس من متانة النحاس مع المحافظة على ناقليته الكهربائية العالية، فيستخدم في صناعة الأسلاك الكهربائية التي تتعرض للاحتكاك المستمر، كما أن إضافته إلى سبيكة القصدير والرصاص المستعملة في صنع أحرف الطباعة تزيد من أمد استعمال هذه الأحرف. وتستعمل بعض مركبات الكدميوم، خاصة منها الكبريتيد، لصنع أصبغة معدنية.

الخصائص

والعدد الذري للكدميوم 48، ووزنه الذري 112,41 وكثافته 8,65 جم/سم§ عند 20°م وينصهر الكدميوم عند 320,9°م، ويغلي عند 765°م. كتلته الحجمية 8.64غ/سم3، نصف قطره 1.56 (أنغستروم)، طاقة التبخر عند الدرجة 25 س تساوي 26.97 كيلو حريرة/مول. كمون التأين الأول (إلكترون فلط) 8.99، الثاني 16.905، الكمون النظامي (التحول إلى Cd2+) يساوي -0.403 فلط.

التاريخ

وقد اكتشف الكادميوم الألماني فريدريش ستروماير Friedrich Stromeyer عام 1817م. إذ حصل على ثلاثة غرامات منه بإجراء عمليات كيمياوية معقدة على فلز كبريتيد الزنك المشوب بكبريتيد الكدميوم.

يختلف الكَدْمُيوم عن المعادن القلوية الترابية بصعوبة انحلال كبريتيده CdS، وبكون أكسيده ذا خواص أساسية أضعف، وبميله إلى تشكيل معقدات complexes خاصة معقدات نشادرية وسيانيدية. درجة انصهاره 320.9 ْ س ودرجة غليانه 767 ْ س منخفضتان ويعزى ذلك إلى بنيته الإلكترونية ((18+2) إلكتروناً) التي لا تساعد على تكوين رابطة معدن ـ معدن في الحالة الحرة.

التواجد

فلز الكادميوم

يشكل الكدميوم 5 ×10-4 من القشرة الأرضية وزناً. وهو يرافق الزنك في البلند ZnS [ر. الزنك] بشكل كبريتيد الكدميوم لتشابههما الكبير. ويحصل عليه من هذا الفلز ناتجاً ثانوياً إذ يتقطّر قبل الزنك (درجة غليان الزنك 906 ْ س). يكون الكدميوم الحاصل على شكل بخار، يكثف فيما بعد وينقى بالتقطير. وبتنقية محلول كبريتات الزنك (الذي سيحلّل كهربائياً فيما بعد) يكون الكدميوم على شكل كبريتات ويرسَّب من المحلول بإضافة مسحوق الزنك إليه:

CdSO4 + Zn ZnSO4 +Cd

يذاب الكدميوم المرسب في حمض الكبريت H2SO4 ويحلّل كهربائياً بالطريقة السابقة نفسها، وتبلغ نقاوته 99.99%. وهو معدن لين يمكن قطعه وطرقه وسحبه بسهولة، بنيته الإلكترونية [Kr] 4d10 5s2 حيث [Kr] تدل على البنية الإلكترونية للغاز الخامل الكربتون.

اتجاهات انتاج الكادميوم العالمية

الدور الحيوي

صورة ضوء بنفسجي من ليزر بخار هليوم كادميوم. The highly monochromatic color arises from the 441.563 nm transition line of cadmium.

والكدميوم سام، وقد أصيب العديد من الناس بالمرض إصابة حادة، أو تُوفوا مباشرة بعد أن استنشقوا غبار الكدميوم أو أبخرة أكسيد الكدميوم. وإذا دخلت كميات صغيرة من الكدميوم جسم الإنسان على فترات طويلة، فقد تسبب الأذى للكلى أيضًا وتشوه العظام. ويخشى بعض الناس أن تكون كميات سامة من الكدميوم قد لوثت البيئة نتيجة الاستعمال الصناعي للكدميوم على نطاق واسع.

خواصه الكيمياوية

يشبه الكدميوم الزنكَ في خواصه الكيمياوية، فهو لا يتأثر بالأكسجين أو الهواء الجاف في الدرجة العادية من الحرارة. إلا أنه بالتسخين يحترق الكدميوم مكوِّناً CdO البني اللون. وهو يتفاعل مع الكبريت بشدة إلا أنه يلزم التسخين لبدء التفاعل. أما مع الماء فهو لا يفكِّك الماء مع أنه أشد كهرجابية من الهدروجين، والمرجح أنه يحدث بدء تفاعل يؤدي إلى تكوّن طبقة عازلة من الأكسيد تمنع استمرار التفاعل:

Cd + H2O CdO + H2

إلا أنه يتفاعل مع الحموض مطلقا ًالهدروجين، خاصة مع حمض الكبريت وحمض كلور الماء، وينحل في حمض الآزوت الذي يتفاعل معه كمؤكسِد. أكسيد الكدميوم البني اللون ذو خواص أساسية واضحة فهو لا ينحل إلا في الحموض مكوناً أملاح الشاردة Cd2+. يحصل على الهدروكسيد Cd(OH)2 بإضافة هدروكسيد قلوي إلى محلول أحد أملاح الكدميوم، فيترسب بشكل كتلة هلامية بيضاء. وهو يتميز، كالأكسيد الموافق، بصفات أساسية فقط. ويشكِّل مع النشادر مركباً معقداً ذواباً في الماء:

Cd(OH)2 + 4NH4 OH [Cd(NH3)4] (OH)2 + 4H2O

محاليل أملاح الكدميوم لا لون لها. الكبريتات والنترات جيدة الانحلال في الماء. أما أملاح الحموض اللاعضوية الضعيفة فصعبة الانحلال. إن أملاح هاليدات الشاردة Cd2+ ذات درجة تأين ضعيفة، بخلاف نترات وكبريتات الكدميوم التي تكاد تكون كاملة التأين في المحاليل. للكدميوم العديد من المعقدات[ر: المعقَّد] مثل K2[CdCl4] وK2[(Cd(CN)4]. تستحضر ألكيلات الكدميوم CdR2 بتفاعل CdBr2 بروميد الكدميوم مع كواشف غرينيار مثل CH3MgBr في الإيتر، ومركبات الأريل بتفاعل CdBr2 مع أريلات الليثيوم في المحل نفسه. وثنائي ألكيلات الكدميوم أقل تطايراً وأقل فعالية من مركبات الزنك المماثلة.

المراجع

موسوعة المعرفة

التصانيف

العلوم البحتة   عناصر كيميائية   فلزات انتقالية