镉:金屬元素-中文百科頻道

簡介

镉（gé），CADMIUM，源自kadmia，“泥土”的意思，1817年發現。和鋅一同存在于自然界中。它是一種吸收中子的優良金屬。

镉是是藍白色性質柔軟的有毒過渡金屬，化學符号為Cd，原子序數為是48。

世界上主要生産镉的國家有獨聯體國家、美國、加拿大、日本、澳大利亞等國。美國是世界主要産镉的國家，1940年就已接近3000噸。1977年世界镉的總産量已近兩萬噸。美國也是最大的镉進口國，其次是英國、法國和比利時。

镉對健康有不良的影響，被列為可緻癌物。

元素類型：金屬元素

原子序數：48

質子數：48

中子數：64

元素在太陽中的含量：0.006(ppm)

元素在海水中的含量：太平洋表面 0.0000011(ppm)

地殼中含量：0.11（ppm）

摩爾質量：112g/mol

氧化态：Main Cd+2 ，Other Cd+1

元素周期表位置：第五周期IIB族

電子層排布： 2-8-18-18-2

晶體結構：晶胞為六方晶胞。

晶胞參數：

a = 297.94 pm

b = 297.94 pm

c = 297.94 pm

α = 90°

β = 90°

γ = 120°

莫氏硬度：2

聲音在其中的傳播速率：2310（m/S）

電離能(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

發現

1817年，德國的斯特羅邁厄，從不純的氧化鋅中分離出褐色粉，使它與木炭共熱，制得镉。

首先發現镉的是德國哥廷根大學化學和醫藥學教授斯特羅邁爾。他兼任政府委托的藥商視察專員。正是他在視察藥商的過程中，觀察到含鋅藥物中出現的問題，促使他在1817年發現了镉。由于發現的新金屬存在于鋅中，就以含鋅的礦石菱鋅礦的名稱Calamine命名它為Cadmium，元素符号定為Cd。

镉與它的同族元素汞和鋅相比，被發現得晚的多。它在地殼中含量比汞還多一些，但是汞一經出現就以強烈的金屬光澤、較大的比重、特殊的流動性和能夠溶解多種金屬的姿态吸引了人們的注意。镉在地殼中的含量比鋅少得多，常常以少量包含于鋅礦中，很少單獨成礦。金屬镉比鋅更易揮發，因此在用高溫煉鋅時，它比鋅更早逸出，逃避了人們的覺察。這就注定了镉不可能先于鋅而被人們發現。

理化性質

物理性質

镉是銀白色有光澤的金屬，熔點320.9℃，沸點765℃，密度8650 kg/m3;。有韌性和延展性。镉在潮濕空氣中

緩慢氧化并失去金屬光澤，加熱時表面形成棕色的氧化物層。高溫下镉與鹵素反應激烈，形成鹵化镉。也可與硫直接化合，生成硫化镉。镉可溶于酸，但不溶于堿。镉的氧化态為+1、+2。氧化镉和氫氧化镉的溶解度都很小，它們溶于酸，但不溶于堿。镉可形成多種配離子，如Cd(NH3)、Cd(CN)、CdCl等。

镉的毒性較大，被镉污染的空氣和食物對人體危害嚴重，日本因镉中毒曾出現“痛痛病”。

可用多種方法從含镉的煙塵或镉渣（如煤或炭還原或硫酸浸出法和鋅粉置換）中獲得金屬镉。進一步提純可用電解精煉和真空蒸餾。镉主要用于鋼、鐵、銅、黃銅和其他金屬的電鍍，對堿性物質的防腐蝕能力強。镉可用于制造體積小和電容量大的電池。镉的化合物還大量用于生産顔料和熒光粉。硫化镉、硒化镉、碲化镉用于制造光電池。

化學性質

1.燃燒加熱

2Cd+O2==2CdO Cd+S==CdS

加熱

Cd+X2==CdX2 (X=F、Cl、Br、I)

加熱

3Cd+2P==Cd3P2 Cd+Se==CdSe

Cd+2ClH(dil)==CdCl2+H2

加熱

2Cd+2SO2==CdSO4+CdS

加熱

2Cd+Na==NaCd2 6Cd+Na==NaCd6

2．氫氧化镉和氧化镉

Cd2++2NaOH=Cd(OH)2+2Na+ Cd(OH)2+H+=Cd2++2H2O

加熱

Cd(OH)2==CdO+H2O

加熱

[Cd(NH3)4]2+ +2OH-==Cd(OH)2+4NH3

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

3．硫化镉和镉的配合物

(1)硫化镉

Cd 2+ +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．含镉廢水的處理

(1)中和沉澱法

Cd2+ +2OHˉ=Cd(OH)2

(2)離子交換法

(3)其它：氣浮法、堿性氯化法

用途

1.用于制造合金：镉作為合金組土元能配成很多合金，如含镉0.5%～1.0%的硬銅合金，有較高的抗拉強度和耐磨性。

镉（98.65%）鎳（1.35%）合金是飛機發動機的軸承材料。很多低熔點合金中含有镉，著名的伍德易熔合金中含有镉達12.5%。

2.镉具有較大的熱中子俘獲截面因此含銀（80%）铟（15%）镉（5%）的合金可作原子反應堆的(中子吸收)控制棒。

3.镉的化合物曾廣泛用于制造(黃色)顔料、塑料穩定劑、(電視映像管)熒光粉、殺蟲劑、殺菌劑、油漆等。

4.用于電鍍等。镉氧化電位高，故可用作鐵、鋼、銅之保護膜，廣用于電鍍防腐上，但因其毒性大，這項用途有減縮趨勢。

5.用于充電電池：鎳—镉和銀—镉、锂-镉電池具有體積小、容量大等優點

6.镉還用于制造電工合金，如電器開關中的電觸頭大多采用銀氧化镉材料，具有導電性能好，燃弧小，抗熔焊性能好等優點，廣泛的用于家用電器開關，汽車繼電器等，但是由于镉有毒并且受歐盟《報廢電子電器設備指令》（WEEE）和《關于在電子電器設備中限制使用某些有害物質的指令》（RoHS）兩項指令的影響，電器開關中的銀氧化镉材料逐漸被環保材料如銀氧化錫，銀鎳材料所取代。

測定方法

環境工程領域中的镉絕大多數淡水的含镉量低于1微克/升，海水中镉的平均溶度為0.15微克/升。镉的主要污染源是電鍍、采礦、冶煉、染料、電池和化學工業等排放的廢水。

環境監測中測定镉的方法有：原子吸收分光光度法、雙硫腙分光光度法、陽極溶出伏安法和示波極譜法等。

儲量分布

在自然界中主要成硫镉礦而存在；也有小量存在于鋅礦中，所以也是鋅礦冶煉時的副産品。镉的主要礦物有硫镉礦(CdS)，貯存于鋅礦、鉛鋅礦和銅鉛鋅礦石中。镉的世界儲量估計為900萬噸。

亞洲是全球最大的初級镉金屬産區，以中國、韓國、日本為主。

2011年受日本東北部地震的影響，日本境内幾個主要的镉生産基地暫時關閉，2012年日本相關企業的逐步複工促進了全球镉産量的增長，據統計2012年全球镉産量為2.3萬噸。

根據美國國家地質局2013年1月發布的全球礦産統計數據：2012年中國镉産量為7000噸，占全球總産量的30.43%；2012年朝鮮镉産量為4100噸，占全球總産量的17.83%。

用途特點

1.用于制造合金：镉作為合金組土元能配成很多合金，如含镉0.5%～1.0%的硬銅合金，有較高的抗拉強度和耐磨性。镉（98.65%）鎳（1.35%）合金是飛機發動機的軸承材料。很多低熔點合金中含有镉，著名的伍德易熔合金中含有镉達12.5%。

2.镉具有較大的熱中子俘獲截面因此含銀（80%）铟（15%）镉（5%）的合金可作原子反應堆的(中子吸收)控制棒。

3.镉的化合物曾廣泛用于制造(黃色)顔料、塑料穩定劑、(電視映像管)熒光粉、殺蟲劑、殺菌劑、油漆等。

4.用于電鍍等。镉氧化電位高，故可用作鐵、鋼、銅之保護膜，廣用于電鍍防腐上，但因其毒性大，這項用途有減縮趨勢。

5.用于充電電池：鎳—镉和銀—镉、锂-镉電池具有體積小、容量大等優點。

6.用于制镉鹽、镉蒸氣燈、煙幕彈、镉汞劑、顔料、合金、電鍍镉、焊藥、标準電池、冶金去氧劑等。為半導體用高純材料,用于制備高純镉鹽,用作高純試劑。

生物毒性

镉會對呼吸道産生刺激，長期暴露會造成嗅覺喪失症、牙龈黃斑或漸成黃圈，镉化合物不易被腸道吸收，但可經呼吸被體内吸收，積存于肝或腎髒造成危害，尤以對腎髒損害最為明顯。還可導緻骨質疏松和軟化。

危害

有急性、慢性中毒之分。吸入含镉氣體可緻呼吸道症狀，經口攝入镉可緻肝、腎症狀。

镉不是人體的必需元素。人體内的镉是出生後從外界環境中吸取的，主要通過食物、水和空氣而進入體内蓄積下來。

镉的吸收和代謝镉的煙霧和灰塵可經呼吸道吸入。肺内镉的吸收量約占總進入量的25～40%。每日吸20支香煙，可吸入镉2～4ug。镉經消化道的吸收率，與镉化合物的種類，攝入量及是否共同攝入其它金屬有關。例如鈣、鐵攝入量低時，镉吸收可明顯增加，而攝入鋅時，镉的吸收可被抑制。吸收入血液的镉，主要與紅細胞結合。

肝髒和腎髒是體内貯存镉的兩大器官，兩者所含的镉約占體内镉總量的60%。據估計，40～60歲的正常人，體内含镉總量約30mg，其中10mg存于腎，4mg存于肝，其餘分布于肺、胰、甲狀腺、睾丸、毛發等處。器官組織中镉的含量，可因地區、環境污染情況的不同而有很大差異，并随年齡的增加而增加。

進入體内的镉主要通過腎髒經尿排出，但也有相當數量由肝髒經膽汁随糞便排出。镉的排出速度很慢，人腎皮質镉的生物學半衰期是10～30年。

臨床表現

镉及其化合物均有一定的毒性。吸入氧化镉的煙霧可産生急性中毒。中毒早期表現咽痛、咳嗽、胸悶、氣短、

頭暈、惡心、全身酸痛、無力、發熱等症狀，嚴重者可出現中毒性肺水腫或化學性肺炎，有明顯的呼吸困難、胸痛、咯大量泡沫血色痰，可因急性呼吸衰竭而死亡。用鍍镉的器皿調制或存放酸性食物或飲料，飲食中可能含镉，誤食後也可引起急性镉中毒。潛伏期短，通常經10～20分鐘後，即可發生惡心、嘔吐、腹痛、腹瀉等症狀。嚴重者伴有眩暈、大汗、虛脫、上肢感覺遲鈍、甚至出現抽搐、休克。一般需經3～5天才可恢複。

長期吸入镉可産生慢性中毒，引起腎髒損害，主要表現為尿中含大量低分子量蛋白質，腎小球的濾過功能雖多屬正常，但腎小管的回收功能卻減退，并且尿镉的排出增加。

镉作業工人的肺氣腫、貧血及骨骼改變也有報道，但這些改變與镉接觸的确切關系尚不能肯定。國外也有報道接觸氧化镉的工人前列腺癌發病率較高。

急性

急性镉中毒，根據接觸史和呼吸道症狀，診斷不難。慢性镉中毒除職業史和臨床症狀外，結合胸片、肺功能、腎小管功能和尿镉等作出診斷。

急性镉中毒系吸入所緻，先有上呼吸道粘膜刺激症狀，脫離接觸後上述症狀減輕。經4～10小時的潛伏期，出現咳嗽、胸悶、呼吸困難，伴寒戰、背部和四肢肌肉和關節酸痛，胸部X線檢查有片狀陰影和肺紋理增粗。嚴重患者出現肺水腫和心力衰竭。口服镉化合物引起中毒的臨床表現酷似急性胃腸炎，有惡心、嘔吐、腹痛、腹瀉、全身無力、肌肉酸痛，重者有虛脫。

慢性

慢性镉中毒的早期腎髒損害表現為尿中出現低分子蛋白（β2微球蛋白、維生素A結合蛋白、溶菌酶和核糖核酸酶等），

還可出現葡萄糖尿、高氨基酸尿和高磷酸尿。晚期患者出現慢性腎功能衰竭。肺部表現為慢性進行性阻塞性肺氣腫，最終導緻肺功能減退。慢性中毒患者常伴有牙齒頸部黃斑、嗅覺減退或喪失、鼻粘膜潰瘍和萎縮，其他尚有食欲減退、惡心、體重減輕和高血壓。長期接觸镉者見有肺癌發病率增高。

日本報告因攝食被镉污染的水源引起的一種慢性镉中毒稱"痛痛病"。臨床表現為背和腿疼痛、腹脹和消化不良，嚴重患者發生多發性病理性骨折。實驗室檢查有腎小管再吸收功能障礙，尿鈣和尿磷酸鹽排洩增加，血鈣降低等。痛痛病經流行病學調查認為與镉有關。痛痛病以育齡婦女多見，故考慮除镉外，尚有營養缺乏、鈣丢失和内分泌等因素。