Κάδμιο

Το κάδμιο (αγγλ. cadmium) είναι ένα χημικό στοιχείο με το σύμβολο Cd και με ατομικό αριθμό 48. Είναι μέταλλο, χρώματος ασημί-λευκού, που είναι χημικώς παρόμοιο με τα δύο άλλα σταθερά μέταλλα στην Ομάδα 12 του πίνακα των χημικών στοιχείων, τον ψευδάργυρο και τον υδράργυρο.

Κάδμιο
Ασήμι ← Κάδμιο → Ίνδιο Zn ↑ Cd ↓ Hg Περιοδικός Πίνακας
Κάδμιο
Ιστορία
Ανακαλύφθηκε	από τους Κάρλ Χέρμαν και Φρίντριx Στρομέγερ το 1817
Ταυτότητα του στοιχείου
Όνομα, σύμβολο	Κάδμιο (Cd)
Ατομικός αριθμός (Ζ)	48
Κατηγορία	Στοιχεία
ομάδα, περίοδος, τομέας	12 ,5, d
Σχετική ατομική μάζα (Ar)	112.411
Ηλεκτρονική διαμόρφωση	[Kr] 5s2 4d10 2, 8, 18, 18, 2
Ατομικές ιδιότητες
Φυσικά χαρακτηριστικά
Η κατάσταση αναφοράς είναι η πρότυπη κατάσταση (25°C, 1 Atm) εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά

Έχει ατομικό βάρος 112,41 και σημείο τήξης 320°C περίπου. Είναι ένα σχετικά σπάνιο στοιχείο που είναι μαλακό (έχει σκληρότητα 2) και ανήκει στα τοξικά μέταλλα.

Γενικά

Όπως ο ψευδάργυρος, έτσι και το κάδμιο έχει συνήθως τον αριθμό οξείδωσης +2 στις περισσότερες από τις ενώσεις του, και όπως ο υδράργυρος, έχει χαμηλότερο σημείο τήξης από τα μεταλλικά στοιχεία μετάπτωσης στις Ομάδες 3 έως και 11.

Το κάδμιο και οι συγγενείς ενώσεις του στην ομάδα 12 δεν θεωρούνται μέταλλα μετάβασης, καθώς δεν έχουν καλυμμένα τα κελύφη ηλεκτρονίων d ή f στις στοιχειακές ή κοινές καταστάσεις οξείδωσης.

Η μέση συγκέντρωση καδμίου στο φλοιό της Γηςκυμαίνεται μεταξύ 0,1 και 0,5 μέρη ανά εκατομμύριο (ppm). Ανακαλύφθηκε το 1817 ταυτόχρονα από τους Γερμανούς χημικούς Φρίντριχ Στρομέγερ και Κάρλ Σάμουελ Χέρμαν, ως μία ελαφρά πρόσμειξη στον ανθρακικό ψευδάργυρο.

Το κάδμιο εμφανίζεται ως δευτερεύον συστατικό στα περισσότερα μεταλλεύματα ψευδαργύρου, ενώ είναι ένα υποπροϊόν της παραγωγής ψευδαργύρου. Το κάδμιο χρησιμοποιήθηκε για μεγάλο χρονικό διάστημα ως ένα αντιδιαβρωτικό πρόσθετο στο χάλυβα, ενώ ενώσεις καδμίου μπορεί να χρησιμοποιούνται ως κόκκινες, πορτοκαλί ή κίτρινες χρωστικές ουσίες για να χρωματίσουν υάλους (χρωματιστά γυαλιά) και επίσης για να σταθεροποιήσουν διάφορα πλαστικά. Η χρήση καδμίου -σήμερα- υφίσταται δραματική μείωση και περιορισμό σε εφαρμογές διότι είναι τοξικό στοιχείο ) και οι μπαταρίες νικελίου - καδμίου έχουν πλέον αντικατασταθεί από μπαταρίες υβριδίων η/και ιόντων λιθίου και νικελίου. Μία από τις ελάχιστες νέες χρήσεις του καδμίου είναι στα φωτοβολταϊκά πάνελ καδμίου.

Παρόλο που το κάδμιο δεν φαίνεται να παίζει ρόλο σε κάποια γνωστή βιολογική διεργασία στους ανώτερους οργανισμούς, μια σχετιζόμενη με το στοιχειακό κάδμιο ένωση, η καρβονική ανυδράση, έχει ανευρεθεί σε θαλάσσια διάτομα.

Φυσικά και χημικά χαρακτηριστικά

Φυσικές ιδιότητες

Το κάδμιο είναι ένα μαλακό, εύπλαστο, όλκιμο, έχει ένα χρωματισμό ασημί έως λευκωπό, και είναι δισθενές μέταλλο.

Είναι παρεμφερές, από πολλές απόψεις, με τον ψευδάργυρο, ωστόσο, σχηματίζει πολύ πιο πολύπλοκες ενώσεις. Σε αντίθεση με τα περισσότερα από τα λοιπά μέταλλα, το κάδμιο είναι εξόχως ανθεκτικό στη διάβρωση και σπάνια χρησιμοποιείται ως προστατευτική επιφανειακή κάλυψη σε άλλα μέταλλα (βλ. επιμετάλλωση). Ως μέταλλο βέβαια, το κάδμιο είναι αδιάλυτο στο νερό και δεν είναι εύφλεκτο. Ωστόσο, όταν είναι σε μορφή λεπτής σκόνης μπορεί να καεί εύκολα και να απελευθερώσει θανατηφόρους τοξικούς καπνούς.

Χημικές ιδιότητες

Αν και το κάδμιο έχει συνήθως κατάσταση οξείδωσης +2, υπάρχει επίσης και στην κατάσταση +1. Το κάδμιο και οι συγγενικές ενώσεις δεν θεωρούνται πάντοτε μέταλλα μετάβασης, καθώς δεν έχουν καλυμμένα τα κελύφη ηλεκτρονίων d ή f, στις στοιχειακές ή κοινές καταστάσεις οξείδωσης. Το κάδμιο καίγεται στον αέρα για να σχηματίσει το καφετί άμορφο οξείδιο του καδμίου (CdO). Η κρυσταλλική μορφή αυτής της ένωσης έχει σκούρο κόκκινο χρωματισμό που αλλάζει χρώμα όταν θερμαίνεται, παρόμοιο με το οξείδιο του ψευδαργύρου. Υδροχλωρικό οξύ, θειικό οξύ, και νιτρικό οξύ διαλύουν το κάδμιο σχηματίζοντας -αντίστοιχα- χλωριούχο κάδμιο (CdCl₂)_), θειικό κάδμιο CdSO₄ ή νιτρικό κάδμιο (Cd(NO₃)₂). Η κατάσταση οξείδωσης +1 μπορεί να παραχθεί με διάλυση του καδμίου σε μείγμα χλωριούχου καδμίου και χλωριούχου αργιλίου, που σχηματίζει το κατιόν Cd₂^2+, το οποίο είναι παρόμοιο με το Hg₂²⁺ κατιόν σε χλωριούχο υδράργυρο (Ι).

Cd + CdCl₂ + 2 AlCl₃ → Cd₂(AlCl₄)₂

Έχουν επίσης προσδιοριστεί οι δομές πολλών συμπλοκών που δημιουργεί το κάδμιο με νουκλεοβάσεις, αμινοξέα και βιταμίνες.

Ισότοπα

Η ολική διατομή του καδμίου-113, στο εικονιζόμενο διάγραμμα (Incident Neutron Energy), που δεικνύει τη διακοπή του.

Το φυσικό κάδμιο αποτελείται από 8 ισότοπα. Δύο από αυτά είναι ραδιενεργά.Τα δύο φυσικά ραδιενεργά ισότοπα είναι τα ¹¹³Cd και ¹¹⁶Cd. Τα άλλα τρία είναι τα ¹⁰⁶Cd, ¹⁰⁸Cd και ¹¹⁴Cd. Τουλάχιστον τρία ισότοπα - ¹¹⁰Cd, ¹¹¹Cd και ¹¹²Cd - είναι χημικώς πολύ σταθερά.

Όλα τα υπόλοιπα ραδιενεργά ισότοπα έχουν χρόνο ημίσειας ζωής μικρότερο από 2,5 ώρες και η πλειονότητα αυτών έχει χρόνο ημίσειας ζωής μικρότερο από τα 5 λεπτά.

Τα γνωστά ισότοπα του καδμίου κυμαίνονται σε ατομική μάζα από 94.950 u (⁹⁵Cd) έως 131.946 u (¹³²Cd).

Ιστορία

Ο χημικός Φρίντριχ Στρομέγερ.

Το κάδμιο (λατιν. cadmia, ελλην. καδμεία, «καλαμίνα», ένα μείγμα καδμίου και προσμείξεων ορυκτών που ονομάστηκε έτσι από την ελληνική μυθολογική οντότητα, τον Κάδμο, ιδρυτή της αρχαίας Θήβας) πρώτη φορά ανακαλύφθηκε μέσα σε ενώσεις ψευδαργύρου, που πωλούνταν στα φαρμακεία της Γερμανίας το 1817.

Ο χημικός Φρίντριχ Στρομέγερ ήταν αυτός που πρώτος το παρατήρησε αυτό. Διερεύνησε τον αποχρωματισμό του στο οξείδιο του ψευδαργύρου και βρήκε μία άγνωστη πρόσμειξη, που νόμιζε αρχικά ότι ήταν αρσενικό (As), λόγω του κίτρινου ιζήματος που έδινε με το υδρόθειο (H₂S). Εν τέλει αναγνώρισε το νέο αυτό στοιχείο ως ξένη πρόσμειξη σε ανθρακικό ψευδάργυρο (καλαμίνη) και έτσι για 100 χρόνια, η Γερμανία παρέμεινε η μοναδική παραγωγός - χώρα του μετάλλου. Το μέταλλο πήρε την ονομασία του ουσιαστικά από τη λατινική λέξη για την καλαμίνη, επειδή ακριβώς βρέθηκε σε αυτό το μετάλλευμα ψευδαργύρου.

Παρόλο που το κάδμιο ήταν -και είναι- τοξικό σε ορισμένες μορφές και συγκεντρώσεις, από το 1907, η Βρετανική Φαρμακευτική Ένωση δήλωνε ότι το ιωδιούχο κάδμιο χρησιμοποιούνταν ως φάρμακο για τη θεραπεία «διευρυμένων αρθρώσεων, πρησμένων αδένων και χηλών».

Το 1907, η Διεθνής Αστρονομική Ένωση όρισε το διεθνές ångström με όρους φασματικής γραμμής του κόκκινου καδμίου (1 μήκος κύματος = 6438.46963 Å). Αυτό εγκρίθηκε από την 7η Γενική Διάσκεψη για τα βάρη και τα μέτρα το 1927.

Μετά την έναρξη της βιομηχανικής παραγωγής του καδμίου -τις δεκαετίες του '30 και '40- η κύρια εφαρμογή του καδμίου ήταν η επικάλυψη επιφανειών σιδήρου και χάλυβα για την αποφυγή διάβρωσης. Το 1944, το 62% του καδμίου στις Ηνωμένες Πολιτείες χρησιμοποιήθηκε για επιμετάλλωση. Το 1956, το 24% του καδμίου στις Ηνωμένες Πολιτείες χρησιμοποιήθηκε σε κόκκινες, πορτοκαλιές και κίτρινες χρωστικές από τα λεγόμενα σουλφίδια και σεληνίδια του καδμίου.

Χρησιμοποιήθηκε και στα πλαστικά PVC στη δεκαετία του 1970 και του 1980.

Η ζήτηση για κάδμιο σε χρωστικές ουσίες, επιστρώσεις, σταθεροποιητές και κράματα μειώθηκε ως αποτέλεσμα αυστηρών περιβαλλοντικών και υγειονομικών κανονισμών στις δεκαετίες του 1980 και του 1990.

Το 2006, μόνο το 7% της συνολικής κατανάλωσης καδμίου χρησιμοποιήθηκε για επιμετάλλωση και μόνο το 10% για χρωστικές ουσίες.

Ταυτόχρονα όμως, οι μειώσεις αυτές στην κατανάλωση αντισταθμίστηκαν από τη μεγάλη αυξανόμενη ζήτηση καδμίου για τις καινοτομικές τότε, μπαταρίες νικελίου-καδμίου, οι οποίες "απορροφούσαν" το 81% της κατανάλωσης καδμίου στις Ηνωμένες Πολιτείες το 2006.

Φυσική εξάπλωση

Φωτογραφία από το μεταλλικό κάδμιο.

Το κάδμιο αποτελεί περίπου 0,1 ppm του φλοιού της Γης. Είναι πολύ πιο σπάνιο από τον ψευδάργυρο, που αποτελεί περίπου 65 ppm. Δεν είναι γνωστές σημαντικές εναποθέσεις μεταλλευμάτων που περιέχουν κάδμιο. Το μόνο σημαντικό μετάλευμα καδμίου, ο γρηνοκίτης (CdS), συνδέεται σχεδόν πάντα με το σφαλερίτη (ZnS).

Έτσι, το κάδμιο παράγεται κυρίως ως παραπροϊόν της εξόρυξης, τήξης και εξευγενισμού θειικών μεταλλευμάτων ψευδαργύρου και, σε μικρότερο βαθμό, μολύβδου και χαλκού. Μικρές ποσότητες καδμίου, περίπου το 10% της κατανάλωσης, παράγονται από δευτερεύουσες πηγές, κυρίως από σκόνη που παράγεται από την ανακύκλωση απορριμμάτων σιδήρου και χάλυβα. Η παραγωγή στις Ηνωμένες Πολιτείες ξεκίνησε το 1907, αλλά η ευρεία χρήση ξεκίνησε μετά τον Α' Παγκόσμιο Πόλεμο.

Μεταλλικό κάδμιο βρίσκεται στη λεκάνη του ποταμού Βιλιούι στη Σιβηρία.

Τα πετρώματα που εξορύσσονται για φωσφορικά λιπάσματα περιέχουν ποικίλες ποσότητες καδμίου, συνήθως πολύ μικρές, με αποτέλεσμα συγκέντρωση καδμίου έως 300 mg/kg στα λιπάσματα να καταγράφεται, και έτσι να παρουσιάζεται υψηλή περιεκτικότητα σε κάδμιο στα γεωργικά εδάφη. Ο μη καθαρός, ορυκτός άνθρακας μπορεί να περιέχει σημαντικές ποσότητες καδμίου, η οποία καταλήγει κυρίως σε καυσαέρια. Το κάδμιο στο έδαφος μπορεί να απορροφηθεί από καλλιέργειες, πρωτίστως το ρύζι.

Για παράδειγμα, το Υπουργείο Γεωργίας της Κίναςδιαπίστωσε -το 2002- ότι το 28% του ρυζιού που ελέγχθηκε σε δειγματοληψία είχε υπερβολικό μόλυβδο, και το 10% είχε περίσσεια καδμίου πάνω από τα επιτρεπτά όρια. Μερικά δασοπονικά είδη, όπως ιτιά και λεύκες βρέθηκαν να απορροφούν τόσο τον μόλυβδο όσο και το κάδμιο από τα εδάφη που φύονται.

Οι τυπικές συγκεντρώσεις καδμίου δεν υπερβαίνουν το 5 ng/m ³ στην ατμόσφαιρα, 2 mg/kg στο έδαφος, 1 μg/L σε γλυκό νερό και 50 ng/L σε θαλασσινό νερό. Συγκεντρώσεις καδμίου άνω των 10 μg/L μπορεί να είναι σταθερές σε νερό με χαμηλές συνολικές συγκεντρώσεις διαλυμένης ουσίας και ρΗ και μπορεί να είναι δύσκολο να απομακρυνθούν με συμβατικές διαδικασίες επεξεργασίας πόσιμου νερού.

Παραγωγή

Το κάδμιο είναι συνήθης πρόσμειξη στα μεταλλεύματα ψευδαργύρου και συνήθως απομονώνεται κατά την τήξη του ψευδαργύρου. Ορισμένα συμπυκνώματα από μεταλλεύματα θειικού ψευδαργύρου περιέχουν έως και 1,4% κάδμιο. Τη δεκαετία του 1970, η παραγωγή καδμίου ήταν περίπου 3 kg ανά τόνο ψευδαργύρου. Τα σουλφίδια από μεταλλεύματα θειούχου ψευδαργύρου "ψήνονται" παρουσία οξυγόνου, μετατρέποντας το θειούχο ψευδάργυρο σε οξείδιο. Το μέταλλο ψευδαργύρου παράγεται είτε με τήξη του οξειδίου με άνθρακα είτε με ηλεκτρόλυση σε θειικό οξύ. Το κάδμιο απομονώνεται από το μέταλλο ψευδαργύρου με απόσταξη υπό κενό.

Βρετανικές πηγές αναφέρουν ότι -το 2001- η Κίνα ήταν ο μεγαλύτερος παραγωγός καδμίου στον πλανήτη, με σχεδόν το 1/6 της παγκόσμιας παραγωγής, ακολουθούμενη από τη Νότια Κορέα και την Ιαπωνία.

• 

  Εξέλιξη της παγκόσμιας παραγωγής καδμίου (1900-2020).

• 

  Η παραγωγή καδμίου -ανά χώρα/ήπειρο- το έτος 2005.

Εφαρμογές και χρήσεις

Το κάδμιο είναι τυπικό συστατικό στοιχείο των ηλεκτρικών μπαταριών, των χρωστικών ενώσεων, ορισμένων επιφανειακών επιστρώσεων και απαραίτητο στοιχείο στην ηλεκτρολυτική επικάλυψη.

Κοινές μπαταρίες νικελίου-καδμίου (Ni-Cd).

Το 2009, το 86% του καδμίου χρησιμοποιήθηκε σε μπαταρίες, κυρίως σε επαναφορτιζόμενες μπαταρίες νικελίου-καδμίου. Τα κύτταρα νικελίου-καδμίου έχουν ονομαστικό δυναμικό 1,2 V.

Η Ευρωπαϊκή Ένωση έθεσε -το 2004- ανώτατο επιτρεπτό όριο καδμίου στα ηλεκτρονικά, το 0,01%, με ορισμένες εξαιρέσεις, και το 2006, δραστικά μείωσε το όριο περιεκτικότητας σε κάδμιο σε 0,002%.

Ένας άλλος τύπος μπαταρίας που βασίζεται στο κάδμιο είναι η μπαταρία αργύρου-καδμίου.

Ηλεκτρολυτική επικαδμίωση

Χαρακτηριστικοί χρωματισμοί από φάσμα φωτοφωταύγειας, στο οποίο έχουν φωτομετρικά αξιολογηθεί νανοσωματίδια κολλοειδών κόκκων Καδμίου - Σελενίου (CdSe). Οι κόκκοι αυτοί έχουν χρήση σε συστήματα ημιαγωγών.

Η ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση με κάδμιο, γνωστή ως επικαδμίωση, που καταναλώνει το 6% της παγκόσμιας παραγωγής, χρησιμοποιείται στη βιομηχανία αεροσκαφών για τη μείωση της διάβρωσης των μεταλλικών στοιχείων. Αυτή η εξωτερική επικάλυψη παθητικοποιείται από άλατα του χρωμίου (λ.χ. χρωμικό και διχρωμικό άλας).

Πυρηνικοί αντιδραστήρες

Το κάδμιο χρησιμοποιείται στις ράβδους ελέγχου των πυρηνικών αντιδραστήρων, ενεργώντας ως ένα πολύ δραστικό δηλητήριο νετρονίων για τον έλεγχο της ροής νετρονίων στην πυρηνική σχάση.

Όταν εισάγονται ράβδοι καδμίου στον πυρήνα ενός πυρηνικού αντιδραστήρα, το κάδμιο απορροφά νετρόνια, εμποδίζοντας τα να δημιουργήσουν πρόσθετα προϊόντα σχάσης, ελέγχοντας έτσι την ταχύτητα αντίδρασης και το ρυθμό αντιδρώντων. Ο αντιδραστήρας υπό πίεση που σχεδιάστηκε (αντιδραστήρας πεπιεσμένου ύδατος) από την εταιρεία Westinghouse Electric Company χρησιμοποιεί κράμα που αποτελείται από 80% άργυρο, 15% ίνδιο και 5% κάδμιο.

Τηλεοράσεις

Οι τηλεοράσεις του τύπου QLED έχουν αρχίσει να περιέχουν στοιχεία από μικροποσότητες καδμίου, κατά την κατασκευή. Ορισμένες εταιρείες προσπαθούν να μειώσουν τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις της έκθεσης των χρηστών στις τηλεοράσεις , όπως και της επικείμενης ρύπανσης του εν λόγω υλικού.

Αντικαρκινικά φάρμακα

Τα σύμπλοκα που βασίζονται σε βαρέα μέταλλα έχουν μεγάλες δυνατότητες για τη θεραπεία μιας ευρείας ποικιλίας καρκίνων, αλλά η χρήση τους συχνά περιορίζεται λόγω των τοξικών παρενεργειών. Ωστόσο, οι επιστήμονες προχωρούν στον τομέα και ανακαλύφθηκαν νέες υποσχόμενες σύνθετες ενώσεις με κάδμιο με μειωμένη τοξικότητα.

Ενώσεις

Τρένο στο Λονδίνο, το οποίο έχει βαφεί με χαρακτηριστικό επίχρισμα κίτρινου καδμίου (yellow cadmium).

Το οξείδιο του καδμίου χρησιμοποιήθηκε σε ασπρόμαυρους φωσφόρους τηλεόρασης και στους μπλε και πράσινους φωσφόρους των έγχρωμων σωλήνων καθοδικών ακτίνων. Το θειούχο κάδμιο (CdS) χρησιμοποιείται ως φωτοαγώγιμη επιφανειακή επικάλυψη για τύμπανα φωτοτυπικού.

Ένωση του θείου με το κάδμιο - θειούχο κάδμιο.

Διάφορα άλατα καδμίου χρησιμοποιούνται σε χρωστικές βαφές, με το CdS ως κίτρινο πιγμέντο να είναι το πιο κοινό. Το σεληνίδιο του καδμίου είναι μια κόκκινη χρωστική ουσία, που συνήθως αποκαλείται ερυθρό του καδμίου . Σε ζωγράφους που εργάζονται με τη χρωστική ουσία, το κάδμιο παρέχει τα πιο λαμπερά και ανθεκτικά κίτρινα, πορτοκάλια και κόκκινα - τόσο πολύ κατά τη διάρκεια της παραγωγής, αυτά τα χρώματα τονίζονται σημαντικά πριν αλεσθούν με λάδια και συνδετικά ή αναμειχθούν σε υδατοχρώματα, γκουάς, ακρυλικά και άλλα σκευάσματα χρωμάτων και χρωστικών. Επειδή αυτές οι χρωστικές ουσίες είναι δυνητικά τοξικές, οι χρήστες θα πρέπει να χρησιμοποιούν μια κρέμα φραγμού στα χέρια για να αποτρέψουν την απορρόφηση μέσω του δέρματος παρόλο που η ποσότητα καδμίου που απορροφάται στο σώμα μέσω του δέρματος αναφέρεται ότι είναι μικρότερη από 1%.

Στο PVC, το κάδμιο χρησιμοποιήθηκε ως σταθεροποιητής θερμότητας, φωτός και καιρικών συνθηκών. Επί του παρόντος, οι σταθεροποιητές καδμίου έχουν αντικατασταθεί πλήρως με σταθεροποιητές βαρίου-ψευδαργύρου, ασβεστίου-ψευδαργύρου και οργανοκασσιτέρου. Το κάδμιο χρησιμοποιείται σε πολλά είδη κραμάτων συγκόλλησης και ρουλεμάν, επειδή έχει χαμηλό συντελεστή αντίστασης τριβής και κόπωσης. Βρίσκεται επίσης σε μερικά από τα κράματα με τη χαμηλότερη τήξη, όπως το μέταλλο του Wood .

Ημιαγωγοί

Το κάδμιο είναι ένα συστατικό στοιχείο σε ορισμένα υλικά ημιαγωγών. Το σουλφίδιο του καδμίου, το σελήνιο του καδμίου και το τελλουριούχο κάδμιο χρησιμοποιούνται σε ορισμένους φωτοανιχνευτές και σε ηλιακά κύτταρα. Οι ανιχνευτές τύπου HgCdTe (τελλουριούχο κάδμιο υδραργύρου) είναι ευαίσθητοι στο μεσαίο συχνότητας, υπέρυθρο φως και χρησιμοποιούνται σε ορισμένους ανιχνευτές κίνησης.

Εργαστηριακές χρήσεις

Ιώδες φως από πηγή λέιζερ ατμών ηλίου - καδμίου (He-Cd). Το μονοχρωματικό γαλάζιο χρώμα προκύπτει από γραμμή μετάπτωσης (στο μήκος κύματος: 441.563 nm), το οποίο οφείλεται στο στοιχειακό κάδμιο.

Τα λέιζερ ηλίου - καδμίου είναι κοινή πηγή γαλάζιας ή υπεριώδους ακτινοβολίας. Λέιζερ σε μήκη κύματος 325 nm, 354 nm και 442 nm κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας αυτό το μέσο μήκος κύματος (μήκη κυμάτων λέιζερ, αγγλ. active laser medium).

Ορισμένα μοντέλα μπορούν να εναλλάσσονται μεταξύ αυτών των μηκών κύματος. Χρησιμοποιούνται κυρίως στη μικροσκοπία φθορισμού καθώς και σε διάφορες εργαστηριακές χρήσεις που απαιτούν φως λέιζερ σε αυτά τα μήκη κύματος.

Τα κολλοειδή διαλύματα αυτών των σωματιδίων χρησιμοποιούνται για την απεικόνιση βιολογικών ιστών και διαλυμάτων με μικροσκόπιο φθορισμού.

Στη μοριακή βιολογία, το κάδμιο χρησιμοποιείται για τον αποκλεισμό των εξαρτημένων από την τάση διαύλων ασβεστίου από την ροή ιόντων ασβεστίου, καθώς και στην έρευνα για την υποξία για τη διέγερση της εξαρτώμενης από πρωτεάσωμα αποικοδόμησης του Hif-1α.

Οι αισθητήρες εκλεκτικού καδμίου που βασίζονται στην τεχνολογία BODIPY έχουν αναπτυχθεί για απεικόνιση και ανίχνευση καδμίου στα κύτταρα. Μια ισχυρή μέθοδος παρακολούθησης του καδμίου σε υδατικά περιβάλλοντα περιλαμβάνει την ηλεκτροχημεία. Χρησιμοποιώντας μια μονοστιβάδα, μπορεί κανείς να αποκτήσει ένα επιλεκτικό ηλεκτρόδιο καδμίου με ευαισθησία σε επίπεδο ppt.

Βιολογικός ρόλος

Το κάδμιο δεν έχει κάποια καθοριστική βιολογική ή βιοχημική λειτουργία στους ανώτερους οργανισμούς, και θεωρείται τοξικό με την παρουσία του και μόνο. Το κάδμιο θεωρείται ως ρύπος (hazardous substance), που επιφέρει αρνητικές επιπτώσεις στην υγεία των ζωντανών οργανισμών.

Η χορήγηση καδμίου στα κύτταρα προκαλεί οξειδωτικό στρες και αυξάνει τα επίπεδα των αντιοξειδωτικών που παράγονται από τα κύτταρα για την προστασία από μακρομοριακή βλάβη.

Εντούτοις, μια εξαρτώμενη από κάδμιο καρβονική ανυδράση έχει βρεθεί σε ορισμένα θαλάσσια διάτομα. Τα διάτομα ζουν σε περιβάλλοντα με πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις ψευδαργύρου και το κάδμιο εκτελεί τη λειτουργία που συνήθως εκτελείται από τον ψευδάργυρο σε άλλες ανυδράσεις. Αυτό ανακαλύφθηκε με φασματοσκοπία απορρόφησης ακτίνων Χ κοντά στη δομή ακμής (XANES).

Το κάδμιο απορροφάται κατά προτίμηση στα νεφρά των ανθρώπων. Έως περίπου 30 mg καδμίου εισπνέεται συνήθως καθ 'όλη τη διάρκεια της ανθρώπινης παιδικής ηλικίας και εφηβείας.

Το κάδμιο βρίσκεται υπό έρευνα σχετικά με την τοξικότητά του στους ανθρώπους, ενδεχομένως να αυξάνει τους κινδύνους καρκίνου, καρδιαγγειακών παθήσεων και οστεοπόρωσης .

Περιβαλλοντικές επιπτώσεις

Η βιογεωχημεία του καδμίου και η απελευθέρωσή του στο περιβάλλον αποτέλεσε αντικείμενο ευρείας αναθεώρησης τα τελευταία δέκα χρόνια. Επίσης, επικαιροποιήθηκαν και οι γνώσεις που υπήρχαν για την επίδραση του καδμίου στο φυσικό περιβάλλον. Όλα αυτά αναθεωρήθηκαν δραστικά επί το χείρον.

Επικινδυνότητα

Κάδμιο

Κίνδυνοι
Εικονογράμματα GHS	</img></img></img>
Λέξη σήματος GHS	Κίνδυνος
Δηλώσεις κινδύνου GHS	Η330, Η341
Δηλώσεις προφυλάξεων GHS	P201, P202, P260, P264, P270, P271, P273, P280, P284, P304, P340, P310, P308, P313, P403, P233, P405, P501
NFPA 704 (φωτιά διαμάντι)	</img><map name="ImageMap_dccaf69b4d10a3e5"></map> 4 0 0

Διεθνείς οργανισμοί καθώς και ερευνητές έχουν αναθεωρήσει τις βιολογικές οργανικές δράσεις του καδμίου όσον αφορά την τοξικότητά του.

Η πιο επικίνδυνη μορφή επαγγελματικής έκθεσης στο κάδμιο είναι η εισπνοή πάρα πολύ λεπτής σκόνης όπως και των αναθυμιάσεων του, καθώς και η κατάποση πυκνών διαλυμάτων ορισμένων ενώσεων του καδμίου. Η εισπνοή αναθυμιάσεων μπορεί αρχικά να οδηγήσει σε έναν σπάνιο πυρετό (metal fume fever) αλλά μπορεί να εξελιχθεί σε χημική πνευμονίτιδα, πνευμονικό οίδημα και θάνατο.

Το κάδμιο είναι επίσης περιβαλλοντικός κίνδυνος. Η έκθεση του ανθρώπου στο κάδμιο προέρχεται κυρίως από την καύση ορυκτών καυσίμων, τα φωσφορικά λιπάσματα, τις φυσικές πηγές, την παραγωγή σιδήρου και χάλυβα, την παραγωγή τσιμέντου και από συναφείς δραστηριότητες, την παραγωγή μη σιδηρούχων μετάλλων και την αποτέφρωση στερεών αποβλήτων κυρίως αστικών. Επίσης σήμερα, τροφές όπως λ.χ. ψωμί, βρώσιμες ρίζες φυτών (πατάτες, παντζάρια, κ.α.) και λαχανικά μπορούν να "εισάγουν" το κάδμιο στην τροφική αλυσίδα και κατά συνέπεια στους σύγχρονους πληθυσμούς.

Εικόνα του ποταμού Τσινζού (Jinzū), στην Ιαπωνία, που βρέθηκε να είναι μολυσμένος με ενώσεις του καδμίου.

Έχουν καταγραφεί περιπτώσεις δηλητηρίασης του γενικού πληθυσμού ως αποτέλεσμα της μακροχρόνιας έκθεσής του στο κάδμιο, π.χ. από μολυσμένα τρόφιμα και νερό.

Έρευνα διεξάγεται για πιθανή ενεργοποίηση οιστρογόνων (εξαιτίας της έκθεσης σε κάδμιο) που δύναται να προκαλέσει καρκίνο του μαστού. Τις δεκαετίες πριν από το Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο, Ιαπωνικές εξορυκτικές επιχειρήσεις απεδείχθη ότι είχαν μολύνει τον ποταμό Τσινζού με κάδμιο και ίχνη άλλων τοξικών μετάλλων. Ως συνέπεια αυτού, το κάδμιο συσσωρεύτηκε στις καλλιέργειες ρυζιού κατά μήκος των ποταμών που υπήρχαν, στα κατάντη των ορυχείων. Ορισμένα μέλη των τοπικών αγροτικών κοινοτήτων κατανάλωναν το μολυσμένο ρύζι και ανέπτυξαν μία σπάνια ασθένεια, την "Itai-itai" ("δηλητηρίαση από κάδμιο"), όπως και νεφρικές ανωμαλίες, συμπεριλαμβανομένης της πρωτεϊνουρίας και της γλυκοζουρίας. Τα θύματα αυτής της δηλητηρίασης ήταν -σχεδόν- αποκλειστικά γυναίκες, μετά την εμμηνόπαυση, με εξόχως χαμηλή περιεκτικότητα σε σίδηρο και σε άλλα ωφέλιμα ιχνοστοιχεία (π.χ. νάτριο, κάλιο). Παρόμοια γενική έκθεση σε κάδμιο σε άλλα μέρη του κόσμου, δεν έχει προκαλέσει τα ίδια προβλήματα υγείας.

Το κάδμιο είναι ένα από τις έξι απαγορευμένα χημικά στοιχεία σε αρκετές χρήσεις. Απαγορεύεται με βάση την "Οδηγία περί περιορισμού των επικίνδυνων ουσιών" (γνωστή ως ''RoHS'') της Ευρωπαϊκής Ένωσης, η οποία ρυθμίζει τις εξαιρετικά επιβλαβείς ουσίες τόσο σε ηλεκτρικό όσο και ηλεκτρονικό εξοπλισμό. Η εν λόγω Οδηγία επιτρέπει ορισμένες εξαιρέσεις από το πεδίο εφαρμογής της Ευρωπαϊκής νομοθεσίας.

Ο Διεθνής Οργανισμός Ερευνών για τον Καρκίνο(IARC) έχει κατατάξει το κάδμιο και τις ενώσεις του καδμίου ως καρκινογόνες για τον άνθρωπο. Αν και η επαγγελματική έκθεση στο κάδμιο συνδέεται με τον καρκίνο του πνεύμονα και τον καρκίνο του προστάτη, εξακολουθεί να υπάρχει αβεβαιότητα σχετικά με την καρκινογένεση του καδμίου σε χαμηλή έκθεση στο περιβάλλον. Νέα δεδομένα, από επιδημιολογικές μελέτες, δείχνουν ότι η πρόσληψη καδμίου μέσω της διατροφής σχετίζεται με πολύ υψηλότερο κίνδυνο καρκίνο του ενδομητρίου, του μαστού και προστάτη, καθώς και με την οστεοπόρωση. Έρευνα των τελευταίων ετών κατέδειξε ότι ο ιστός του ενδομητρίου περιέχει υψηλότερα επίπεδα καδμίου στις γυναίκες - καπνίστριες αλλά και σε εκείνες που συστηματικά κάπνιζαν στο παρελθόν.

Η έκθεση σε κάδμιο συνδέεται με ένα μεγάλο αριθμό ασθενειών, όπως για παράδειγμα, της νεφρικής νόσου , της πρώιμης αθηροσκλήρωσης, της υπέρτασης, καθώς και καρδιαγγειακών παθήσεων. Παρόλο που οι μελέτες δείχνουν σημαντική συσχέτιση μεταξύ της έκθεσης στο κάδμιο και της εμφάνισης ασθένειας, ένας σαφής μοριακός μηχανισμός δεν έχει ακόμη εξακριβωθεί. Μια θεωρία υποστηρίζει ότι το κάδμιο είναι ένας ενδοκρινικός "διαταράκτης" και ορισμένες πειραματικές μελέτες έχουν δείξει ότι μπορεί να αλληλεπιδράσει με διαφορετικές ορμονικές οδούς. Για παράδειγμα, το κάδμιο μπορεί να συνδεθεί στον λεγόμενο, α-υποδοχέα οιστρογόνου (ER) και να επηρεάσει τη μεταγωγή σήματος κατά μήκος των οδών σηματοδότησης οιστρογόνου και πρωτεϊνικών κινασών (τύπου MAPK) ακόμη και σε πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις.

Ο καπνός, ως φυτό, απορροφά και συσσωρεύει βαρέα μέταλλα, όπως το κάδμιο, από το έδαφος στα φύλλα του. Μετά την εισπνοή του καπνού, κατά το κάπνισμα, απορροφώνται εύκολα -μοριακά στοιχεία του καδμίου- μέσα στον οργανισμό των χρηστών. Το συστηματικό κάπνισμα αποτελεί σήμερα την πιο σημαντική πηγή έκθεσης του γενικού ανθρώπινου πληθυσμού στο κάδμιο. Εκτιμάται ότι το 10% της περιεκτικότητας σε κάδμιο ενός τσιγάρου εισπνέεται μέσω του καπνίσματος. Η απορρόφηση του καδμίου, μέσω των πνευμόνων, είναι πιο αποτελεσματική από ότι μέσω του εντέρου. Μπορεί να απορροφηθεί έως και το 50% του καδμίου που εισπνέεται από τον καπνό του τσιγάρου. Κατά μέσο όρο, οι συγκεντρώσεις καδμίου στο αίμα των καπνιστών είναι -τυπικά- 4 έως 5 φορές μεγαλύτερες από τους μη καπνιστές. Στους νεφρούς, είναι 2 με 3 φορές μεγαλύτερη από ότι στους μη καπνιστές. Παρά την υψηλή περιεκτικότητα σε κάδμιο στον καπνό των τσιγάρων, φαίνεται να υπάρχει μικρή έκθεση στο κάδμιο από το παθητικό κάπνισμα.

Σε έναν πληθυσμό μη καπνιστών, τα τρόφιμα είναι η μεγαλύτερη πηγή έκθεσης. Υψηλές ποσότητες καδμίου μπορούν να βρεθούν σε μαλακόστρακα, μαλάκια, εντόσθια, βατράχια, στερεά κακάου, πικρή και ημι-πικρή σοκολάτα, φύκια, μύκητες και φύκια . Ωστόσο, τα δημητριακά, τα λαχανικά και οι αμυλώδεις ρίζες και οι κόνδυλοι καταναλώνονται σε πολύ μεγαλύτερη ποσότητα στις ΗΠΑ και αποτελούν την πηγή της μεγαλύτερης διατροφικής έκθεσης εκεί. Τα περισσότερα φυτά βιοσυσσωρεύονται μεταλλικές τοξίνες όπως το Cd και όταν λιπασματοποιούνται για να σχηματίσουν οργανικά λιπάσματα, αποδίδουν ένα προϊόν που συχνά μπορεί να περιέχει μεγάλες ποσότητες (π.χ. πάνω από 0,5 mg) μεταλλικών τοξινών για κάθε κιλό λιπάσματος. Τα λιπάσματα που κατασκευάζονται από κοπριά ζώων (π.χ. κοπριά αγελάδας) ή αστικά απόβλητα μπορεί να περιέχουν παρόμοιες ποσότητες Cd. Το Cd που προστίθεται στο έδαφος από λιπάσματα (φωσφορικά άλατα ή οργανικά λιπάσματα) καθίστανται βιοδιαθέσιμα και τοξικά μόνο εάν το pH του εδάφους είναι χαμηλό (δηλαδή όξινα εδάφη).

Τα ιόντα Zn, Cu, Ca και Fe και το σελήνιο με βιταμίνη C χρησιμοποιούνται για τη θεραπεία της δηλητηρίασης από το Cd, αν και δεν αντιστρέφεται εύκολα.

Κανονισμοί

Λόγω των δυσμενών επιπτώσεων του καδμίου στο περιβάλλον και την ανθρώπινη υγεία, η χρήση του καδμίου έχει περιοριστεί πολύ σημαντικά στην Ευρώπη, βάσει και του Κανονισμού REACH.

Η επιτροπή EFSA για τα μολυσματικά συστατικά στην τροφική αλυσίδα καθορίζει ότι 2,5 μg / kg σωματικού βάρους είναι μια ανεκτή εβδομαδιαία πρόσληψη για τον άνθρωπο. Η κοινή επιτροπή εμπειρογνωμόνων FAO / ΠΟΥ για τα πρόσθετα τροφίμων δήλωσε ότι τα 7 μg / kg bw είναι το προσωρινό ανεκτό επίπεδο εβδομαδιαίας πρόσληψης. Η πολιτεία της Καλιφόρνια απαιτεί μια ετικέτα τροφίμων για να φέρει μια προειδοποίηση σχετικά με την πιθανή έκθεση στο κάδμιο σε προϊόντα όπως η σκόνη κακάου.

Η Αμερικανική Διοίκηση Ασφάλειας και Υγείας στην Εργασία (OSHA) έχει ορίσει το επιτρεπόμενο όριο έκθεσης (PEL) για το κάδμιο σε ένα χρονικό σταθμισμένο μέσο όρο (TWA) 0,005 ppm. Το Εθνικό Ινστιτούτο για την Ασφάλεια και την Υγεία της Εργασίας (NIOSH) δεν έχει θέσει ένα συνιστώμενο όριο έκθεσης (REL) και έχει ορίσει το κάδμιο ως γνωστό καρκινογόνο στον άνθρωπο. Το επίπεδο IDLH (άμεσα επικίνδυνο για τη ζωή και την υγεία) για το κάδμιο είναι 9 mg / m ³ .

Θανατηφόρα δόση	Οργανισμός	Δόση	Χρόνος
LD 50 : 225 mg / kg	αρουραίος	από το στόμα	α / α
LD 50 : 890 mg / kg	ποντίκι	από το στόμα	α / α
LC 50 : 25 mg / m 3	αρουραίος	α / α	30 λεπτά

Εκτός από τον υδράργυρο, η παρουσία καδμίου σε ορισμένες μπαταρίες έχει οδηγήσει στην απαίτηση για σωστή απόρριψη (ή ανακύκλωση) μπαταριών.

Ανακλήσεις προϊόντων με κάδμιο

Τον Μάιο 2006, η πώληση των καθισμάτων από το παλιό γήπεδο της Άρσεναλ στο Λονδίνο, ακυρώθηκε όταν ανακαλύφθηκε ότι τα εν λόγω συνθετικά καθίσματα περιείχαν ίχνη καδμίου.

Οι αναφορές για υψηλά επίπεδα περιεκτικότητας καδμίου σε παιδικά κοσμήματα -το 2010- οδήγησαν σε έρευνα της Επιτροπής για την Ασφάλεια των Καταναλωτικών Προϊόντων, στις Ηνωμένες Πολιτείες Αμερικής. Η αμερικανική επιτροπή τότε εξέδωσε συγκεκριμένες εντολές ανάκλησης σε προϊόντα - κοσμήματα που πωλούνταν από τα καταστήματα των εταιρειών Clair και Wal-Mart.

Τον Ιούνιο 2010, η εταιρεία McDonald's απέσυρε περισσότερα από 12 εκατομμύρια διαφημιστικά από συλλεκτικά γυαλιά, με την επωνυμία Shrek Forever After 3D, λόγω των υψηλών επιπέδων καδμίου που μετρήθηκαν σε χρωστικές βαφές στα γυάλινα σκεύη. Τα γυαλιά είχαν κατασκευαστεί από την εταιρεία Arc International στις ΗΠΑ.

Δείτε επίσης

• Οικοδομικά υλικά (Red List)
• Τοξικά βαρέα μέταλλα

Περαιτέρω μελέτη

• Hartwig, Andrea (2013). «Chapter 15. Cadmium and cancer». Στο: Astrid Sigel. Cadmium: From Toxicology to Essentiality. Metal Ions in Life Sciences. 11. Springer. σελίδες 491–507. ISBN 978-94-007-5178-1. 

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

• Κάδμιο στον Περιοδικό πίνακα
• Μελέτες περιπτώσεων (ATSDR) στην περιβαλλοντική ιατρική: Τοξικότητα καδμίου
• Εθνικό Ινστιτούτο για την Ασφάλεια και την Υγεία στην Εργασία - Κάδμιο
• Βάση δεδομένων επικίνδυνων ουσιών (NLM) - Κάδμιο