الخصائص الفيزيائية والكيميائية
أكسيد الكادميوم مادة صلبة بلورية ذات لون بني محمر أو أخضر مصفر، حسب طريقة التحضير ودرجة الحرارة. يتميز بالخصائص التالية:
- الوزن الجزيئي: 128.41 جم/مول
- الكثافة: 8.15 جم/سم³
- نقطة الانصهار: 900 درجة مئوية (1652 درجة فهرنهايت)
- الذوبانية: غير قابل للذوبان في الماء، ولكنه يذوب في الأحماض.
- البنية البلورية: مكعبة، مشابهة لبنية كلوريد الصوديوم (ملح الطعام).
أكسيد الكادميوم هو مادة قاعدية تتفاعل مع الأحماض لتكوين أملاح الكادميوم والماء. كما أنه يتفاعل مع الهالوجينات لتكوين هاليدات الكادميوم.
التحضير
يمكن تحضير أكسيد الكادميوم بعدة طرق، منها:
- التسخين المباشر للكادميوم في الهواء أو الأكسجين: هذه هي الطريقة الأكثر شيوعًا، حيث يتفاعل الكادميوم مع الأكسجين لتكوين أكسيد الكادميوم.
- التسخين الحراري لكربونات الكادميوم أو نترات الكادميوم: يؤدي تسخين هذه المركبات إلى تحللها وتكوين أكسيد الكادميوم وثاني أكسيد الكربون أو أكاسيد النيتروجين، على التوالي.
- ترسيب هيدروكسيد الكادميوم ثم تجفيفه وتسخينه: يتم ترسيب هيدروكسيد الكادميوم من محلول ملح الكادميوم بإضافة قاعدة قوية، ثم يتم تجفيف الراسب وتسخينه لتحويله إلى أكسيد الكادميوم.
الاستخدامات
يستخدم أكسيد الكادميوم في مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك:
- إنتاج بطاريات النيكل والكادميوم: يستخدم أكسيد الكادميوم كمادة فعالة في القطب الموجب لبطاريات النيكل والكادميوم القابلة لإعادة الشحن.
- طلاء المعادن: يستخدم أكسيد الكادميوم في طلاء المعادن لحمايتها من التآكل.
- صناعة الأصباغ والدهانات: يستخدم أكسيد الكادميوم كصبغة في الدهانات والبلاستيك، مما يوفر لونًا أصفر أو برتقالي أو أحمر.
- إنتاج أشباه الموصلات: يستخدم أكسيد الكادميوم في إنتاج أشباه الموصلات المستخدمة في الخلايا الشمسية وأجهزة الاستشعار.
- عامل حفاز: يستخدم أكسيد الكادميوم كعامل حفاز في بعض التفاعلات الكيميائية.
- الزجاج والسيراميك: يستخدم أكسيد الكادميوم لإضفاء لون ولمعان على الزجاج والسيراميك.
- مبيدات الفطريات: تم استخدام أكسيد الكادميوم سابقًا كمبيد للفطريات، ولكن استخدامه في هذا المجال محدود بسبب سميته.
السلامة والآثار الصحية
أكسيد الكادميوم مادة سامة ويجب التعامل معها بحذر. يمكن أن يؤدي استنشاق غبار أو أبخرة أكسيد الكادميوم إلى تهيج الجهاز التنفسي، والسعال، وضيق التنفس، والتهاب الرئة. التعرض المطول لأكسيد الكادميوم يمكن أن يؤدي إلى تلف الكلى والعظام والجهاز العصبي.
تشمل المخاطر الصحية المحتملة لأكسيد الكادميوم ما يلي:
- التسمم الحاد: يمكن أن يحدث التسمم الحاد عن طريق استنشاق كميات كبيرة من غبار أو أبخرة أكسيد الكادميوم. تشمل الأعراض الغثيان والقيء وآلام البطن والإسهال وضيق التنفس. في الحالات الشديدة، يمكن أن يؤدي التسمم الحاد إلى فشل الجهاز التنفسي والموت.
- التسمم المزمن: يمكن أن يحدث التسمم المزمن عن طريق التعرض طويل الأمد لمستويات منخفضة من أكسيد الكادميوم. تشمل الأعراض تلف الكلى والعظام والجهاز العصبي. يمكن أن يؤدي التسمم المزمن أيضًا إلى زيادة خطر الإصابة بالسرطان.
- السرطان: تم تصنيف أكسيد الكادميوم على أنه مادة مسرطنة محتملة من قبل العديد من المنظمات الصحية. تشير الدراسات إلى أن التعرض لأكسيد الكادميوم قد يزيد من خطر الإصابة بسرطان الرئة والبروستاتا والكلى.
- تأثيرات على الإنجاب: يمكن أن يؤثر أكسيد الكادميوم على الجهاز التناسلي الذكري والأنثوي. يمكن أن يقلل من الخصوبة ويزيد من خطر الإجهاض وتشوهات الجنين.
احتياطات السلامة:
- ارتداء معدات الحماية الشخصية المناسبة، مثل القفازات والنظارات الواقية وجهاز التنفس، عند التعامل مع أكسيد الكادميوم.
- العمل في منطقة جيدة التهوية لتجنب استنشاق الغبار أو الأبخرة.
- تجنب ملامسة الجلد والعينين.
- غسل اليدين جيدًا بعد التعامل مع أكسيد الكادميوم.
- التخلص من أكسيد الكادميوم وفقًا للوائح المحلية والوطنية.
أكسيد الكادميوم كمادة شبه موصلة
أكسيد الكادميوم مادة شبه موصلة من النوع n مع فجوة نطاق تبلغ حوالي 2.3 eV إلى 2.5 eV. نظرًا لفجوة النطاق هذه، يكون أكسيد الكادميوم شفافًا للضوء المرئي ويمتص الضوء فوق البنفسجي. تُستخدم الأفلام الرقيقة من CdO كموصلات شفافة. لإنتاج أفلام CdO عالية الجودة، يمكن استخدام ترسيب الليزر النبضي.
يمكن زيادة التوصيل الكهربائي لأفلام CdO عن طريق إدخال كمية صغيرة من عناصر أخرى. يمكن أن تكون الإضافات مثل الإنديوم فعالة جدًا. وقد أدى استخدام تقنية الترسيب بالرش الانحلالي إلى تطوير أفلام In:CdO ذات توصيل ممتاز وشفافية تزيد عن 90% في النطاق المرئي.
لقد تم التحقيق في CdO كمكون محتمل في الخلايا الشمسية. يعتبر CdO مادة واعدة لإنتاج أجهزة إلكترونية شفافة.
تأثيرات بيئية
الكادميوم مادة سامة تتراكم في البيئة. يمكن أن يدخل الكادميوم إلى البيئة من خلال الأنشطة الصناعية، مثل تعدين وتكرير المعادن، وإنتاج البطاريات، وحرق النفايات. يمكن أن يتراكم الكادميوم في التربة والمياه والنباتات والحيوانات، مما يشكل خطرًا على صحة الإنسان والحياة البرية.
يمكن أن يؤثر الكادميوم على النباتات عن طريق تثبيط النمو وتقليل امتصاص العناصر الغذائية. يمكن أن يؤثر على الحيوانات عن طريق التسبب في تلف الكلى والعظام والجهاز العصبي. يمكن أن يؤثر على البشر عن طريق التسبب في تلف الكلى والعظام والجهاز العصبي وزيادة خطر الإصابة بالسرطان.
من المهم اتخاذ تدابير للحد من انبعاثات الكادميوم في البيئة. تشمل هذه التدابير استخدام تقنيات إنتاج أنظف، وإعادة تدوير النفايات المحتوية على الكادميوم، ومعالجة المياه الملوثة بالكادميوم.
خاتمة
أكسيد الكادميوم مركب مهم له استخدامات عديدة في الصناعة والتكنولوجيا. ومع ذلك، فهو مادة سامة ويجب التعامل معها بحذر. يجب اتخاذ تدابير للحد من التعرض لأكسيد الكادميوم وحماية البيئة من التلوث بالكادميوم.