【试剂课堂】【元素周期表】-镉

基本信息　　


元素名称：镉

原子体积:13.1(立方厘米/摩尔)


　　元素在太阳中的含量:0.006(ppm)

　　元素在海水中的含量:太平洋表面 0.0000011(ppm)

　　地壳中含量：0.11（ppm）

　　元素符号：Cd

　　元素类型：金属元素

　　相对原子质量：112.4

　　原子序数：48

　　质子数：48

　　中子数：

　　同位素：

　　摩尔质量：112

　　氧化态：Main Cd+2 ，Other Cd+1

　　所属周期：5

　　所属族数：IIB

　　电子层排布： 2-8-18-18-2

　　晶体结构：晶胞为六方晶胞。

　　晶胞参数：

　　a = 297.94 pm

　　b = 297.94 pm

　　c = 297.94 pm

　　α = 90°

　　β = 90°

　　γ = 120°

　　莫氏硬度：2

　　声音在其中的传播速率：2310（m/S）

　　电离能 (kJ /mol)

　　M - M+ 867.6

　　M+ - M2+ 1631

　　M2+ - M3+ 3616

　　M3+ - M4+ 5300

　　M4+ - M5+ 7000

　　M5+ - M6+ 9100

　　M6+ - M7+ 11100

　　M7+ - M8+ 14100

　　M8+ - M9+ 16400

　　M9+ - M10+ 18800

物理性质　　

镉是银白色有光泽的金属，熔点320.9℃，沸点765℃，密度8650 kg/m。有韧性和延展性。镉在潮湿空气中缓慢氧化并失去金属光泽，加热时表面形成棕色的氧化物层。高温下镉与卤素反应激烈，形成卤化镉^[1]。也可与硫直接化合，生成硫化镉。镉可溶于酸，但不溶于碱。镉的氧化态为＋1、＋2。氧化镉和氢氧化镉的溶解度都很小，它们溶于酸，但不溶于碱。镉可形成多种配离子，如Cd(NH3）、Cd(CN)、CdCl等。镉的毒性较大，被镉污染的空气和食物对人体危害严重，日本因镉中毒曾出现“痛痛病”。


　　可用多种方法从含镉的烟尘或镉渣（如煤或炭还原或硫酸浸出法和锌粉置换）中获得金属镉。进一步提纯可用电解精炼和真空蒸馏。镉主要用于钢、铁、铜、黄铜和其他金属的电镀，对碱性物质的防腐蚀能力强。镉可用于制造体积小和电容量大的电池。镉的化合物还大量用于生产颜料和荧光粉。硫化镉、硒化镉、碲化镉用于制造光电池。

化学性质　　

燃烧 加热


　　2Cd+O2==2CdO Cd+S==CdS

　　加热

　　Cd+X2==CdX2 (X=F、Cl、Br、I)

　　加热 加热

　　3Cd+2P==Cd3P2 Cd+Se==CdSe

　　Cd+2ClH(dil)==CdCl2+H2

　　加热

　　2Cd+2SO2==CdSO4+CdS

　　加热 加热

　　2Cd+Na==NaCd2 6Cd+Na==NaCd6

　　2、氢氧化镉和氧化镉

Cd2++2NaOH=Cd(OH)2+2Na+

　　Cd(OH)2+H+=Cd2++2H2O

　　加热

　　Cd(OH)2==CdO+H2O

　　加热

　　[Cd(NH3)4]2++2OH-==Cd(OH)2+4NH3

　　2Cd2++3CO32-+2H2O=Cd2(OH)2CO3+2HCO3-

　　3、硫化镉和镉的配合物

　　(1)硫化镉

　　Cd2++H2S=CdS+2H+

　　3CdS+8HNO3==3Cd(NO3)2+2NO+3S+4H2O

　　(2)镉的配合物

　　[Cd(NH3)6]2+

　　[Cd(CN)4]2-

　　4、含镉废水的处理

　　(1)中和沉淀法

　　Cd2++2NaOH=Cd(OH)2+2Na+

　　(2)离子交换法

　　(3)其它:气浮法、碱性氯化法

发现　

　1817年，德国的斯特罗迈厄，从不纯的氧化锌中分离出褐色粉，使它与木炭共热，制得镉。


　　首先发现镉的是德国哥廷根大学化学和医药学教授斯特罗迈尔。他兼任政府委托的药商视察专员。正是他在视察药商的过程中，观察到含锌药物中出现的问题，促使他在1817年发现了镉。由于发现的新金属存在于锌中，就以含锌的矿石菱锌矿的名称Calamine命名它为Cadmium，元素符号定为Cd。



来源

　　在自然界中主要成硫镉矿而存在；也有小量存在于锌矿中，所以也是锌矿冶炼时的副产品。镉的主要矿物有硫镉矿(CdS)，赋存于锌矿、铅锌矿和铜铅锌矿石中。镉的世界储量估计为 900万吨。

用途　　

镉作为合金组土元能配成很多合金，如含镉0.5％～1.0％的硬铜合金，有较高的抗拉强度和耐磨性。镉（98.65％）镍（1.35％）合金是飞机发动机的轴承材料。很多低熔点合金中含有镉，著名的伍德易熔合金中含有镉达12.5％。镍—镉和银—镉电池具有体积小、容量大等优点。镉具有较大的热中子俘获截面,因此含银（80％）铟（15％）镉（5％）的合金可作原子反应堆的控制棒。镉的化合物曾广泛用于制造颜料、塑料稳定剂、荧光粉等。镉还用于钢件镀层防腐，但因其毒性大，这项用途有减缩趋势。

　　用于电底、制造合金等；并可做成原子反应堆中的中子吸收棒。镉氧化电位高，故可用作铁、钢、铜之保护膜，广用于电镀上，并用于充电电池、电视映像管、黄色颜料及作为塑料之安定剂。镉化合物可用于杀虫剂、杀菌剂、颜料、油漆等之制造业。

辅助资料　　

镉与它的同族元素汞和锌相比，被发现的晚的多。它在地壳中含量比汞还多一些，但是汞一经出现就以强烈的金属光泽、较大的比重、特殊的流动性和能够溶解多种金属的姿态吸引了人们的注意。镉在地壳中的含量比锌少得多，常常以少量包含于锌矿中，很少单独成矿。金属镉比锌更易挥发，因此在用高温炼锌时，它比锌更早逸出，逃避了人们的觉察。这就注定了镉不可能先于锌而被人们发现。



生物毒性

　　镉会对呼吸道产生刺激，长期暴露会造成嗅觉丧失症、牙龈黄斑或渐成黄圈，镉化合物不易被肠道吸收，但可经呼吸被体内吸收，积存于肝或肾脏造成危害，尤以对肾脏损害最为明显。还可导致骨质疏松和软化。

测定　　

环境工程领域中的镉绝大多数淡水的含镉量低于1微克/升，海水中镉的平均溶度为0.15微克/升。镉的主要污染源是电镀、采矿、冶炼、染料、电池和化学工业等排放的废水。


　　环境监测中测定镉的方法有：原子吸收分光光度法、双流腙分光光度法、阳极溶出伏安法和示波极谱法等。

镉中毒　　

有急性﹑慢性中毒之分。吸入含镉气体可致呼吸道症状﹐经口摄入镉可致肝﹑肾症状。


　　镉不是人体的必需元素。人体内的镉是出生后从外界环境中吸取的﹐主要通过食物﹑水和空气而进入体内蓄积下来。

镉的吸收和代谢 镉的烟雾和灰尘可经呼吸道吸入。肺内镉的吸收量约占总进入量的25～40%。每日吸20支香烟﹐可吸入镉2～4ug。镉经消化道的吸收率﹐与镉化合物的种类﹑摄入量及是否共同摄入其它金属有关。例如钙﹑铁摄入量低时﹐镉吸收可明显增加﹐而摄入锌时﹐镉的吸收可被抑制。吸收入血液的镉﹐主要与红细胞结合。肝脏和肾脏是体内贮存镉的两大器官﹐两者所含的镉约占体内镉总量的60%。据估计﹐40～60岁的正常人﹐体内含镉总量约30mg﹐其中10mg存于肾﹐4mg存于肝﹐其余分布于肺﹑胰﹑甲状腺﹑睾丸﹑毛发等处。器官组织中镉的含量﹐可因地区﹑环境污染情况的不同而有很大差异﹐并随年龄的增加而增加。

　　进入体内的镉主要通过肾脏经尿排出﹐但也有相当数量由肝脏经胆汁随粪便排出。镉的排出速度很慢﹐人肾皮质镉的生物学半衰期是10～30年。

临床

　　镉及其化合物均有一定的毒性。吸入氧化镉的烟雾可产生急性中毒。中毒早期表现咽痛﹑咳嗽﹑胸闷﹑气短﹑头晕﹑恶心﹑全身酸痛﹑无力﹑发热等症状﹐严重者可出现中毒性肺水肿或化学性肺炎﹐有明显的呼吸困难﹑胸痛﹑咯大量泡沫血色痰﹐可因急性呼吸衰竭而死亡。用镀镉的器皿调制或存放酸性食物或饮料﹐饮食中可以含镉﹐误食后也可引起急性镉中毒。潜伏期短﹐通常经10～20分钟后﹐即可发生恶心﹑呕吐﹑腹痛﹑腹泻等症状。严重者伴有眩晕﹑大汗﹑虚脱﹑上肢感觉迟钝﹑甚至出现抽搐﹑休克。一般需经3～5天才可恢复。

　　长期吸入镉可产生慢性中毒﹐引起肾脏损害﹐主要表现为尿中含大量低分子量蛋白质﹐肾小球的滤过功能虽多属正常﹐但肾小管的回收功能却减退﹐并且尿镉的排出增加。

　　镉作业工人的肺气肿﹑贫血及骨骼改变也有报导﹐但这些改变与镉接触的确切关系尚不能肯定。国外也有报导接触氧化镉的工人前列腺癌发病率较高。