Cd · Element 48 · Übergangsmetall
Ein weiches, giftiges Metall, das der Welt wiederaufladbare NiCd-Zellen und das leuchtende Gelb alter Farben bescherte.
Struktur
Kein Diagramm aus Punkten auf Ringen — eine Monte-Carlo-Stichprobe der tatsächlichen Wahrscheinlichkeitsdichte |ψ|² für jede besetzte Unterschale. Ziehen Sie, um die Ansicht zu drehen. Blau und Violett kennzeichnen entgegengesetzte Vorzeichen der Wellenfunktion, wodurch Bindungen möglich werden.
Gemessene Werte
Jeder Balken zeigt, wo Cadmium bei dieser Eigenschaft unter allen 118 Elementen steht.
Quellen: IUPAC 2021 Standard-Atomgewichte · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Werte mit ~ sind vorhergesagt und nicht gemessen.
Gleiches Element, andere Neutronenzahl
Alle Cadmium-Atome haben dieselbe Zahl von Protonen, 48, und unterscheiden sich nur in der Zahl der Neutronen: Diese Varianten sind die Isotope des Elements. Das häufigste, Cd-114, hat 66 Neutronen und macht 28,754 % des natürlichen Elements aus.
| ISOTOP | Neutronen | Natürliche Häufigkeit | Halbwertszeit | Zerfallsart |
|---|---|---|---|---|
| Cd-106 | 58 | 1,245 % | Stabil | — |
| Cd-108 | 60 | 0,888 % | Stabil | — |
| Cd-110 | 62 | 12,470 % | Stabil | — |
| Cd-111 | 63 | 12,795 % | Stabil | — |
| Cd-112 | 64 | 24,109 % | Stabil | — |
| Cd-113 | 65 | 12,227 % | 8,04 × 10¹⁵ J | β⁻ |
| Cd-114 häufigstes | 66 | 28,754 % | Stabil | — |
| Cd-116 | 68 | 7,512 % | 3,3 × 10¹⁹ J | 2β⁻ |
Die Schul-Faustregel, gerundete Atommasse minus Ordnungszahl, ergibt für Cadmium 64, doch das häufigste Cadmium-Atom hat 66 Neutronen: Die Atommasse, 112,414, ist ein Mittelwert über alle natürlichen Isotope.
Zerfallsarten
Daten: IAEA Nuclear Data Section, LiveChart of Nuclides, Bewertungen der Grundzustände, abgerufen am 10. Oktober 2026. Die Häufigkeit ist der Anteil der Atome im natürlichen Element; ein Strich bedeutet, dass das Isotop keine natürliche Standardhäufigkeit hat.
Größe, maßstabsgetreu
Radius 151 pm — das entspricht 0,151 nm; etwa 3,31 Millionen davon nebeneinander würden einen Millimeter überspannen.
Temperaturbereich
Cadmium ist über einen Bereich von 446 K flüssig, von 594 K bis 1040 K.
Wo es steht
Die Geschichte
Cadmium (Cd) ist das Element 48, ein weiches, bläulich-weißes Metall der Gruppe 12, unter Zink und über Quecksilber. Es schmilzt bei 321 °C (594,22 K), siedet bei 767 °C (1.040 K) und hat eine Dichte von 8,65 g/cm³. Cadmium und seine Verbindungen sind giftig und als krebserzeugend für den Menschen eingestuft, weshalb seine Verwendung streng begrenzt wurde.
Cadmium hat 48 Elektronen in fünf Schalen, angeordnet als 2, 8, 18, 18, 2, mit der Konfiguration [Kr] 4d¹⁰ 5s². Wie Zink bildet es fast immer das Cd²⁺-Ion.
Natürliches Cadmium enthält acht Isotope; das häufigste ist Cadmium-114 mit etwa 29 %. Cadmium-113 absorbiert langsame Neutronen sehr stark, weshalb Cadmium zur Steuerung von Kernreaktionen verwendet wird. Zwei der natürlichen Isotope, Cadmium-113 und Cadmium-116, sind radioaktiv, mit Halbwertszeiten, die weit über dem Alter des Universums liegen.
1817 untersuchte Friedrich Stromeyer, Professor in Göttingen und zugleich Apothekeninspektor, Proben von Zinkcarbonat, die sich beim Erhitzen gelb färbten, obwohl sie kein Eisen enthielten. Er führte die Farbe auf ein neues Metall zurück und nannte es Cadmium, nach dem lateinischen cadmia, dem alten Namen für Zinkcarbonaterz (Galmei).
Im selben Jahr fand Karl Samuel Leberecht Hermann das Element unabhängig davon in Zinkoxid aus Schlesien, und beide gelten als seine Entdecker.
Cadmium fand bis zum späten 19. Jahrhundert kaum Verwendung, bis Cadmiumsulfid ein beliebtes gelbes Pigment wurde. Im 20. Jahrhundert nahm seine Nutzung für Beschichtungen, Batterien und Kunststoffe zu, bis seine Giftigkeit, die durch die Itai-Itai-Krankheit in Japan deutlich wurde, ab den 1970er-Jahren zu Beschränkungen führte.
Anwendungen
Wiederaufladbare Nickel-Cadmium-Akkus (NiCd) waren lange die größte Anwendung von Cadmium. Sie sind robust und funktionieren auch bei Kälte gut, und sie werden noch in Flugzeugen, bei der Bahn und in Notstromsystemen eingesetzt. Die Europäische Union hat sie aus den meisten tragbaren Geräten verbannt, wo Lithium-Ionen- und Nickel-Metallhydrid-Akkus sie ersetzt haben.
Cadmiumtellurid (CdTe) ist das führende Material für Dünnschichtsolarzellen und wird in großen Solarparks eingesetzt.
Wegen seiner Giftigkeit begrenzt die EU-RoHS-Richtlinie Cadmium in Elektro- und Elektronikgeräten auf 0,01 Gewichtsprozent, und viele Länder beschränken es in Kunststoffen, Schmuck und Spielzeug.
Cadmium ist im Haushalt seltener als früher. Man findet es noch in älteren NiCd-Akkus und Akkuwerkzeugen, in Künstlerfarben auf Cadmiumbasis, in manchen farbigen Keramiken und Gläsern sowie in Cadmiumtellurid-Solarmodulen. Es gelangt auch über Nahrung und Tabak in den Körper: Zigarettenrauch ist für Raucher eine der Hauptquellen der Cadmiumbelastung.
Woher es stammt
0,15 mg/kg der Erdkruste · häufiger als 43 % der Elemente
Cadmium ist selten, mit etwa 0,15 ppm (Teilen pro Million) in der Erdkruste. Sein einziges nennenswertes Mineral, Greenockit (Cadmiumsulfid), ist ungewöhnlich und wird nicht eigens abgebaut.
Cadmium ist Zink chemisch ähnlich und ersetzt es in Zinkerzen, vor allem in Sphalerit (Zinksulfid). Fast das gesamte Cadmium wird als Nebenprodukt der Zinkraffination gewonnen, daher folgt sein Angebot der Zinkproduktion. China, Südkorea, Japan und Kanada gehören zu den führenden Raffinationsländern (USGS).
Cadmium gelangt durch Zinkbergbau und Zinkverhüttung, Phosphatdünger und Abfälle in Böden und Gewässer. Pflanzen wie Reis, Blattgemüse und Tabak nehmen es aus dem Boden auf, und so gelangt es in die Nahrungskette.
Handhabung
Cadmium und seine Verbindungen sind giftig. Die Internationale Agentur für Krebsforschung stuft sie als krebserregend für den Menschen ein (Gruppe 1); sie verursachen vor allem Lungenkrebs. Das Einatmen von Cadmiumoxiddämpfen, die beim Erhitzen, Schweißen oder Schneiden von cadmierten oder cadmiumhaltigen Metallen entstehen, kann schwere und manchmal tödliche Lungenschäden verursachen, die erst Stunden nach der Exposition einsetzen können.
Cadmium reichert sich in den Nieren an und bleibt jahrzehntelang im Körper. Langfristige Exposition schädigt die Nieren und schwächt die Knochen. Im Einzugsgebiet des Flusses Jinzū in Japan verseuchte Cadmium aus einer Zinkmine Reisfelder und verursachte die Itai-Itai-Krankheit, eine schmerzhafte Knochenerkrankung, die 1968 offiziell als umweltbedingt anerkannt wurde.
Schnelle Antworten
Cadmium (Symbol Cd) ist Element 48 im Periodensystem, ein Übergangsmetall in Periode 5, Gruppe 12. Ein weiches, giftiges Metall, das der Welt wiederaufladbare NiCd-Zellen und das leuchtende Gelb alter Farben bescherte. Bei Raumtemperatur ist es fest.
[Kr] 4d¹⁰ 5s²; sie ergibt 5 besetzte Elektronenschalen mit der Verteilung 2, 8, 18, 18, 2.Cadmium schmilzt bei 594,2 K (321,1 °C) und siedet bei 1040 K (766,9 °C).
Die Standardatommasse von Cadmium beträgt 112,414 u. Dabei handelt es sich um einen gewichteten Mittelwert seiner natürlich vorkommenden Isotope, weshalb sie nur selten eine ganze Zahl ist.
Das häufigste Cadmium-Atom, Cd-114, hat 66 Neutronen: seine Massenzahl 114 minus seine Ordnungszahl 48. Es macht 28,754 % des natürlichen Elements aus. Die Schul-Faustregel, gerundete Atommasse (112,414) minus Ordnungszahl, ergibt dagegen 64, weil die Atommasse ein Mittelwert über alle natürlichen Isotope von Cadmium ist.
Cadmium hat eine Dichte von 8,65 g/cm³. Wasser hat eine Dichte von 1,0 g/cm³, daher ist ein Block aus Cadmium ungefähr 8,7× schwerer.
Cadmium hat eine Elektronegativität von 1,69 nach Pauling. Die Skala reicht von 0,70 (Francium, das Elektronen am wenigsten stark anzieht) bis 3,98 (Fluor, das stärkste). Werte in diesem mittleren Bereich führen eher zur Bildung kovalenter als stark ionischer Bindungen.
Cadmium wurde 1817 von Stromeyer & Hermann entdeckt. Herkunft des Namens: Lateinisch cadmia, „Galmei“.
Cadmium macht etwa 0,15 mg/kg der Erdkruste aus — es ist tatsächlich selten, weshalb es teuer ist.