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Cadmium

Chemie und Physik des chemischen Elements Cadmium.



Cadmium Chemie

Cadmium - chemisches Symbol Cd, Ordnungszahl 48 - ist ein giftiges, silberweißes, realtiv weiches, an der Luft matt werdendes, in hexagonal dichtester Kugelpackung kristallisierendes, dehnbares, walzbares und ziehbares chemisches Element aus der Gruppe der Übergangselemente (Zinkgruppe, Schwermetalle).

 

Übersicht: Allgemeine Daten zum Cadmium

Bezeichnung:Cadmium Andere Namen:Kadmium Symbol:Cd Ordnungszahl:48 Atommasse:112,414(4) u Periodensystem-Stellung:12. Gruppe, 5. Periode, d-Block Gruppen-Zugehörigkeit:Übergangsmetall Entdeckung:1817 durch Friedrich Stromeyer und Carl Samuel Hermann (unabhängig voneinander). Bedeutung des Namens: Historische Bezeichnungen:Klaprothium, Vestalium. Englischer Name:Cadmium CAS-Nummer:7440-43-9 InChI-Key:BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N

 

Das Cadmium-Atom

Identifikations-Merkmal für das Cd-Atom - und somit für das Element Cadmium - ist das Vorhandensein von 48 Protonen im Atomkern; man nennt diese Zahl Kernladungszahl oder Protonenzahl und sie entspricht der Ordnungszahl, die wiederum die Stellung des Cadmiums im Periodensystem bestimmt. Im ungeladenen und damit elektrisch neutralen Cd-Atom befinden sich zudem 48 Elektronen in der Elektronhülle.

Für Unterschiede bei den Cadmium-Atomkernen bei gleichbleibender Kernladungszahl sorgen die Kernbausteine der Neutronen. Diese Atomsorten werden unter dem Begriff Cadmium-Isotope zusammengefasst (Isotopen-Daten: siehe dort).

Die irdischen Cadmium-Vorkommen bestehen aus einem Gemisch aus mehreren Nukliden unterschiedlicher Masse; die relative Atommasse wird daher mit 112,414(4) u angegeben.

 

Elektronenkonfiguration

SymbolOZKurzform1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5p5d5f
Cd48[Kr] 4d10 5s2 226261026102

 

Ionisierungsenergien

Die folgende Tabelle listet die Bindungsenergien bzw. die Ionisierungsenergien IE, also die erforderliche Energie in Elektronenvolt (eV), um ein bestimmtes Elektron von einem Cadmium-Atom zu trennen.

1. IE: 8,99382 eV2. IE: 16,90831 eV3. IE: 37,48 eV4. IE: eV5. IE: eV6. IE: eV

 

Elektronenbindungsenergie

Die nachfolgende Tabelle listet die Elektronenbindungsenergien der einzelnen Cadmium-Elektronen in den jeweiligen Orbitalen auf. Die Werte sind in Elektronenvolt (eV) angegeben.

KLILIILIII
1s2s2p1/22p3/2
26711401837273538

 

MIMIIMIIIMIVMV
3s3p1/23p3/23d3/23d5/2
772652,6618,4411,9405,2

 

NINIINIIINIVNVNVINVII
4s4p1/24p3/24d3/24d5/24f5/24f7/2
109,863,963,911,710,7

 

Weitere Daten

Atomradius:161 pm (berechnet)
155 pm (empirisch, nach Slater)
Kovalente Radien:144(9) pm (nach Cordero et al.)
136 pm (in Einfach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
144 pm (in Zweifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
Van-der-Waals-Radius:158 pm Molvolumen:13,00 cm3 mol-1 Fluoreszenz-Ausbeute:ωK: 0,842; ωL1: 0,018; ωL2: 0,056; ωL3: 0,056 Coster-Kronig-Übergänge:F12: 0,10; F13: 0,45; F23: 0,143 Austrittsarbeit:4,2 eV

 

Spektrallinien des Cadmiums

Die nachfolgende Abbildung zeigt ein Emissionsspektrum des Cadmiums mit den charakteristischen Spektrallinien im sichtbaren Wellenlängenbereich zwischen 400 und 700 nm:

Cadmium-Spektrallinien

 

 

Chemie des Cadmiums

Cadmium liegt in seinen Verbindungen für gewöhnlich in der Oxidationsstufe von +2 vor, sehr viel seltener auch als Cadmium(I). Das Element und seine Kongenere werden nicht immer als Übergangsmetalle angesehen, da sie keine teilweise gefüllten d- oder f-Elektronenschalen in den elementaren oder allgemeinen Oxidationsstufen aufweisen.

Das Cadmium ähnelt chemisch in vielerlei Hinsicht dem Zink, bildet jedoch komplexe Verbindungen. Im Gegensatz zu den meisten anderen Metallen ist das Schwermetall beständig gegen Korrosion. Als massives Metall ist es unlöslich in Wasser und nicht brennbar; in Pulverform kann es jedoch verbrennen und braunes amorphes Cadmiumoxid (CdO) bilden. Die Dämpfe sind giftig.

Die Oxidationsstufe +1 kann durch Auflösen von Cadmium in einem Gemisch aus Cadmiumchlorid und Aluminiumchlorid unter Bildung des Cd22+-Kations erzeugt werden, das dem Hg22+-Kation in Quecksilber(I)-chlorid ähnlich ist .

 

Chemische Daten

Elektronegativität:1,69 nach Pauling
1,46 nach Allred-Rochow
1,52 nach Allen
1,73 nach Sanderson
3,7958 eV nach Gosh-Gupta
4,33 eV nach Pearson
Elektronaffinität:-0,7(2) eV bzw. -68(20) kJ mol-1Oxidationsstufen:+2 (-2, +1)

 

Standardpotentiale

Normalpotential des Cadmiums:

E0 (V)NoxName Ox.Ox.e-Red.Name Red.Nox
-0,4+ IICadmium(II)-KationCd2++ 2 e-Cd (s)Cadmium0

 

Material- und physikalische Eigenschaften des Cadmiums

Die nachfolgende Tabelle führt einige physikalische Daten sowie Materialeigenschaften des elementaren Cadmiums auf.

Schmelzpunkt:321,069 °C Schmelzenthalpie (molar):6,21 kJ mol-1 Siedepunkt:767 °C Verdampfungsenthalpie:99,87 kJ mol-1 Wärmekapazität:26,02 J mol-1 K-1 (molar)
0,232 J g-1 K-1 (spezifisch)
Debye-Temperatur:210 K Thermische Leitfähigkeit:96,6 W m-1 K-1 Wärmeausdehnung:30,8 μm m-1 K-1, 25 °C Elektrische Leitfähigkeit:14,3 × 106 A V-1 m-1 A V-1 m-1 Elektrischer Widerstand:72,7 nΩ m bei 22 °C Dichte:8,65 g cm-3
7,996 g cm-3 (flüssig, am Schmelzpunkt)
Elastizitätsmodul:62,6 GPa (Young Modulus) Kompressionsmodul (isotherm):46,7 GPa 300 K Kompressibilität (isotherm):0,0214 GPa-1 300 K Poisson-Zahl:0,30 (Querdehnzahl, dimensionslos) Kristallstruktur:hexagonal dichteste Packung - hcp Gitterkonstanten:a = 0,2979 nm, c = 0,5617 nm; Z = 2 Raumgruppe:P63/mmc, Nr. 194 Härte:nach Mohs: 2,0
nach Brinell: 0,203 GPa
nach Brinell (neu): 0,196 GPa
Magnetismus:diamagnetisch Magnetische Suszeptibilität:-19,8 × 10-6 cm3 mol-1 Schallgeschwindigkeit:2310 m s-1 bei 20 °C Standard-Bildungsenthalpie:0,0 kJ mol-1 (Feststoff, Kristall)
111,8 kJ mol-1 (gasförmig)
Molare Standard-Entropie:51,8 J mol-1 K-1 (Feststoff, Kristall)
167,7 J mol-1 K-1 (gasförmig)

 

 

Geochemie, Vorkommen, Verteilung

Cadmium macht etwa 0,15 ppm der Erdkruste aus. Es ist damit viel seltener als Zink (65 ppm). Es sind keine signifikanten Ablagerungen von Cadmium-haltigen Erzen bekannt. Das einzige Cadmium Mineral von Bedeutung, Greenockit (CdS), tritt fast immer mit zugehörigem Sphalerit (ZnS) auf. Dieses gemeinsame Auftreten liegt in der geochemischen Ähnlichkeit zwischen Zink und Cadmium begründet.

Erdkruste:0,15 mg kg-1 (ppmw, bezogen auf die Masse) Erdmantel:64 ppb Meerwasser:0,00011 mg L-1 (ppmw, bezogen auf die Masse) Sonnensystem:0,0000016 (bezogen auf Silicium, Si=1)

 

Gefahren und Sicherheit


Gefahr

(Allgemeine Hinweise ohne Gewähr auf Richtigkeit und Vollständigkeit)

H250 - Entzündet sich in Berührung mit Luft von selbst.

H330 - Lebensgefahr bei Einatmen.

H341 - Kann vermutlich genetische Defekte verursachen (...).

H350 - Kann Krebs erzeugen (...).

H361fd - Kann vermutlich die Fruchtbarkeit beeinträchtigen. Kann vermutlich das Kind im Mutterleib schädigen.

H372 - Schädigt die Organe (...) bei längerer oder wiederholter Exposition (...).

H400 - Sehr giftig für Wasserorganismen.

H410 - Sehr giftig für Wasserorganismen mit langfristiger Wirkung.

Sicherheitshinweise: P201, P202, P210, P222, P260, P264, P270, P271, P273, P280, P281, P284, P302+P334, P304+P340, P308+P313, P310, P314, P320, P370+P378, P391, P403+P233, P405, P422, P501.

 

Externe Informationsangebote



Verbindungsklassen

Cadmiumpigmente
Eine Übersicht



Einzelne Verbindungen

Cadmium und Cadmiumverbindungen
Chemikalien-Datenbank: physikalische und chemische Eigenschaften, Sicherheitsdatenblätter, kommerziell verfügbaren Stoffen und Verbindungen; verschiedene Suchkriterien einschließlich Struktursuche



Analyse und Bestimmung

Cadmium Nachweis
Qualitative Analyse. Universität Münster - Format: PDF

Cadmium Nachweis
Trennungsgang. FH Münster - Format: PDF

Cadmium Nachweis
... In Text und Bild



Mineralogie

Cadmium Mineralien
Mineralogie des Cadmiums. Mineralienatlas



Sicherheitsinformationen

Arbeiten unter Einwirkung von Cadmium
Diese Leitlinie wird empfohlen, wenn ärztliches Handeln im Zusammenhang mit der Einwirkung von Cadmium oder seinen Verbindungen in diagnostischer, therapeutischer oder präventiver Hinsicht erforderlich ist. DGAUM

Arbeitsbedingte Gesundheitsgefahren
... durch Cadmium- und Arsenexposition. Epidemiologische Erkenntnisse zur Karzinogenität. BIA-Report

Blei und Cadmium aus Keramik
BfR-Stellungnahme, 2004 - Format: PDF

Cadmium in Lebensmitteln
Eine Broschüre des Bundesinstituts für Risikobewertung zeigt am Beispiel des Schwermetalls Cadmium, wie ein Risiko bewertet wird

Cadmium in Schokolade
Toxische Elemente in Lebensmitteln am Beispiel von Cadmium in Schokolade. Aktuelle Wochenschau der GDCh



Toxikologie, Medizin, Physiologie

Cadmium - Stoffmonographie
Referenz- und Human-Biomonitoring-Werte; HBM-Werte. Umweltbundesamt

Cadmium und seine Verbindungen
Arbeitsbedingte Expositionen gegenüber krebserzeugenden, erbgutverändernden oder fortpflanzungsgefährdenden Substanzen in Deutschland - Format: PDF

Erkrankungen durch Cadmium
... oder durch seine Verbindungen. DGAUM



Dissertationen

Bioverfügbarkeit und Bioakkumulation
Die Bedeutung partikel-assoziierten Cadmiums für die Bioverfügbarkeit und Bioakkumulation im Nematoden Caenorhabditis elegans. Dissertation, 2010. TUUH

Cadmiumkomplexe
Untersuchungen zur Zusammensetzung, Stabilität und Struktur von Cadmiumkomplexen mit biologisch und medizinisch relevanten Liganden. Dissertation, 1999. Universität Oldenburg

Cadmiumkomplexe
Komplexe von Zink, Cadmium, Lanthan, Cer und Samarium. Dissertation, 2005. Universität Kaiserslautern

 


Kategorie: Chemische Elemente

Aktualisiert am 31.01.2020.



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