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Physikalisch-chemische Eigenschaften |
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| Cadmium
ist ein silberweiß glänzendes und relativ weiches Schwermetall,
das mit dem Messer angeschnitten und zu dünnen Blechen und Drähten
gewalzt werden kann. Es hat relativ niedrige Schmelz-
und Siedetemperaturen und ist ein guter Leiter für Wärme
und elektrischer Strom. Unterhalb von -272,633°C
ist das Metall supraleitend. Unter
normalen Umständen ist Cadmium an der Luft beständig, es verliert
aber nach einigen Tagen seinen Glanz, da es mit Kohlenstoffdioxid
eine dünne, grauweiße Schicht bildet. Beim Verbrennen von Cadmiumpulver
bildet sich bei roter Flamme ein brauner Rauch aus giftigem Cadmium(II)-oxid.
Diese Reaktion findet auch statt, wenn das kompakte Metall erhitzt wird
und die entstehenden Dämpfe mit dem Luftsauerstoff reagieren.
2 Cd + O2 
2 CdO DHR
= -517 kJ/mol
In Salzsäure und Schwefelsäure löst es sich nur ganz langsam, in Salpetersäure dagegen schnell unter Bildung von Cadmiumnitrat auf. Im Gegensatz zum Zink wird es von Laugen nicht angegriffen. Mit Halogenen reagiert es unter Hitze zu den entsprechenden Halogeniden: Cd + Cl2
CdCl2 DHR
= -391 kJ/mol |
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Toxikologie |
| Cadmium
gehört zu den problematischsten Schwermetallen. Aber auch fast alle
Cadmiumverbindungen sind stark toxisch und umweltgefährlich. Eine
Ausnahme bildet das wasserunlösliche Cadmiumsulfoselenid, das als
gelbes Pigment verwendet wird und erst beim Erhitzen giftige Reaktionsprodukte
freisetzt. Kompaktes Cadmium ist an der Luft beständig, solange es
nicht erhitzt wird. Daher gehen vom kompakten Metall nicht so große
Gefahren aus, wie bei der akuten Exposition von Stäuben oder bei der
chronischen Aufnahme über die Nahrung. Belastet sind oft Leber, Pilze,
Muscheln, Meeresfrüchte, Wurzelgemüse, Weizen oder bestimmte
Fischsorten. Das Schwermetall gelangt bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe
in Kraftwerken und über Müllverbrennungsanlagen in die Atmosphäre
oder es fällt als Abfallprodukt bei der metallverarbeitenden Industrie
an. Es findet sich auch im Klärschlamm der Kläranlagen.
Eine akute Vergiftung äußert sich in erhöhtem Speichelfluss, Übelkeit, Erbrechen und Krämpfen. Das Einatmen cadmiumhaltiger Stäube führt zu Kopfschmerzen und zu Degenerationen an den Schleimhäuten. Bei höheren Konzentrationen besteht akute Lebensgefahr. Bei regelmäßiger Aufnahme kleinerer Mengen durch die Nahrung reichern sich die Cadmiumionen in den inneren Organen wie Leber oder Niere an und schädigen diese. Bei den 1946 bei der Bevölkerung in Japan diagnostizierten Cadmiumvergiftungen traten schwere Skelettdeformationen und Eisenmangelerscheinungen auf. Cadmium konkurriert in der Knochensubstanz mit den Calciumionen und wirkt dadurch knochenschädigend. Cadmium und die meisten Verbindungen gelten auch als erbgutschädigend und krebserzeugend. Sie beeinträchtigen die Fruchtbarkeit und schädigen das Kind im Mutterleib. |
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Vorkommen |
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Cadmium
steht mit einem Anteil von 3 x 10-5% an 63. Stelle der Elementhäufigkeit
in der Erdkruste und gehört damit zu den eher seltenen Elementen.
Es ist aber noch häufiger als Silber. In
elementarer Form kommt es in der Natur nie vor. Der Greenockit
oder die Cadmiumblende (Cadmiumsulfid, CdS) ist ein Cadmiummineral, das
für die technische Gewinnung von Cadmium keine Bedeutung besitzt,
da es sehr selten ist.
Die Gewinnung von Cadmium erfolgt aus Nebenprodukten bei der Zinkverhüttung. Die Zinkblende enthält bis zu 0,5% Cadmium, der Zinkspat sogar bis zu 5% Anteil. Die wichtigsten Vorkommen der Zinkerze liegen in den USA, in Kanada, in Australien und in den GUS-Staaten.
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Geschichte |
| Das Element wurde im Jahre 1817 fast gleichzeitig von dem deutschen Apotheker Carl Samuel Hermann (1765-1846) in Schönebeck bei einer Analyse des Zinkoxids und von dem deutschen Chemiker Friedrich Strohmeyer (1776-1835) im Zinkcarbonat entdeckt. Nachdem das Element zunächst verschiedene Namen wie Melinum, Klaprothium oder Junonium erhielt, setzte sich der von Strohmeyer vorgeschlagene Name Cadmium nach dem griechischen Wort kadmia (Galmei, Zinkspat) mit dem Symbol Cd durch. |
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Herstellung |
| Cadmium
fällt als Nebenprodukt bei der Zinkverhüttung
beim Rösten der Zinkblende in den cadmiumreichen Flugstäuben
an. Die Stäube werden angereichert und mit Schwefelsäure
versetzt. Nach einer Ausfällung der anderen Metalle rührt man
Zinkstaub ein, wobei durch eine Zementation Cadmiumzement
ausfällt. Aus diesem kann das Cadmium durch Destillation bei ca. 400°C
abgetrennt werden. Aufgrund des niedrigen Schmelzpunktes von Cadmium kann
man diese Eigenschaft direkt beim Rösten ausnutzen: Das Cadmium verflüchtigt
sich zuerst und wird zu Cadmiumoxid verbrannt. Durch eine nachfolgende
Reduktion mit Koks erhält man ein Gemisch aus Zink
und Cadmium, aus dem das reine Cadmium durch eine erneute Destillation
abgetrennt werden kann.
Beim nassen Verfahren zur Zinkherstellung gibt man in die wässrige Zinksulfat-Lösung Zinkstaub, wobei das edlere Cadmium ausfällt. Der so erhaltene Cadmiumschwamm wird zu Cadmiumoxid oxidiert und danach mit Schwefelsäure versetzt: 2 Cd + O2
2 CdO
CdO + H2SO4
CdSO4 + H2O
Durch eine Elektrolyse der Cadmiumsulfat-Lösung scheidet sich reines, 99,97%iges Cadmium an den Aluminiumkathoden ab. Durch ein Zonenschmelzverfahren lässt sich sogar 99,9999%iges Cadmium herstellen. Zunehmend wird Cadmium heute auch durch Recycling aus Industrieabfällen gewonnen. |
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Verwendung |
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Ein
großer Anteil des Cadmiums dient zum Galvanisieren oder Bedampfen
von Eisen als wirksamer Rostschutz. Ein weiterer
Anteil wird für Elektroden in Akkumulator-Batterien eingesetzt, zum
Beispiel in Ni-Cd- oder Ag-Cd-Akkumulatoren. Cadmiumhaltige Akkus sind
heute in Europa - mit Ausnahme von bestimmten Spezialanwendungen - verboten.
So setzte Deutschland im Jahr 2009 ein Batteriegesetz um, das Beschränkungen
für den Einsatz von Cadmium und Quecksilber in Batterien festsetzt.
Cadmium-Legierungen mit Kupfer, Nickel und Silber sind wichtige Lagermetalle, Legierungen mit Zinn, Blei und Bismut werden für niedrig schmelzende Lote eingesetzt ("Woodsches Metall"). Cadmiumsulfoselenid Cd(S,Se) oder Cadmium-Zinksulfid (Cd,Zn)S sind aufgrund ihrer guten chemischen Beständigkeit und ihrer Lichtechtheit gelbe oder rote Pigmente. Vermischt man Cadmiumgelb mit Chromoxidhydratgrün, entsteht eine grüne Farbe, die sich für Tarnanstriche eignet, da sie auf Luftaufnahmen nicht vom grünen Gras unterscheidbar ist. Cadmiumseifen, die Cadmiumsalze von Fettsäuren, dienen als Stabilisatoren für Kunststoffe, zum Beispiel für PVC. |
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