કેડમિયમ (Cd) - પરીક્ષા માટેનો વ્યાપક અભ્યાસ માર્ગદર્શિકા

પ્રસ્તાવના: કેડમિયમ શા માટે મહત્વનું છે

કેડમિયમ (Cd) એક પ્રમાણમાં દુર્લભ, નરમ, ચાંદી-સફેદ અને નમનીય ધાતુ છે. તે એક d-બ્લોક તત્વ છે, જે ઘણીવાર ઝિંક અયસ્કમાં જોવા મળે છે. તેનું મહત્વ તેના અનન્ય રાસાયણિક ગુણધર્મોને કારણે વિવિધ ઉદ્યોગોમાં ઉપયોગમાં લેવાય છે, પરંતુ તેની ઉચ્ચ ઝેરીતાને કારણે પર્યાવરણીય અને આરોગ્ય સંબંધિત ગંભીર ચિંતાઓ પણ ઊભી થાય છે. d-બ્લોક રસાયણશાસ્ત્ર અને પર્યાવરણીય વિજ્ઞાનના પાસાઓને સમજવા માટે કેડમિયમને સમજવું ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે.

CBSE/JEE ઝડપી પુનરાવર્તન નોંધો

• પ્રતીક: Cd
• પરમાણુ ક્રમાંક: 48
• પરમાણુ દળ: 112.41 u
• સમૂહ: 12 (IIB)
• આવર્ત: 5
• બ્લોક: d-બ્લોક
• સંયોજકતા/સામાન્ય ઓક્સિડેશન અવસ્થા: +2
• પ્રકૃતિ: નરમ, ચાંદી-સફેદ ધાતુ તત્વ
• ઘનતા: 8.65 g/cm³ (20 °C પર)
• ગલનબિંદુ: 321.07 °C
• ઉત્કલનબિંદુ: 767 °C
• પ્રાપ્તિ: મુખ્યત્વે સ્ફાલેરાઇટ (ZnS) જેવા ઝિંક અયસ્કમાં લઘુ ઘટક તરીકે જોવા મળે છે.

ઇલેક્ટ્રોન રચના અને બંધન વર્તન

કેડમિયમની ઇલેક્ટ્રોનિક રચના તેના રાસાયણિક ગુણધર્મો નક્કી કરે છે.

• ભૂમિ અવસ્થા ઇલેક્ટ્રોન રચના: [Kr] 4d¹⁰ 5s²
• બંધન વર્તન:
  • કેડમિયમ સામાન્ય રીતે તેના બે 5s ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવવાને કારણે +2 ઓક્સિડેશન અવસ્થા દર્શાવે છે. સંપૂર્ણ ભરાયેલ 4d¹⁰ પેટાકોષ સ્થિર રચના પૂરી પાડે છે, જેના કારણે d-કક્ષકોમાંથી ઇલેક્ટ્રોન દૂર કરવા મુશ્કેલ બને છે.
  • સામાન્ય સંક્રમણ ધાતુઓથી વિપરીત, કેડમિયમની 4d¹⁰ રચનાનો અર્થ એ છે કે તેના સંયોજનો સામાન્ય રીતે ડાયમેગ્નેટિક અને રંગહીન હોય છે (જ્યાં સુધી ઋણ આયન રંગીન ન હોય).
  • કેડમિયમ મુખ્યત્વે સહસંયોજક સંયોજનો બનાવે છે, ખાસ કરીને હેલાઈડ્સ અને ચાલ્કોજેન્સ સાથે, જોકે ઉચ્ચ ઇલેક્ટ્રોનગેટિવ તત્વો સાથેના તેના ક્ષારોમાં નોંધપાત્ર આયોનિક લક્ષણ હોઈ શકે છે.
  • તે એમોનિયા ([Cd(NH₃)₄]²⁺) અને સાયનાઈડ ([Cd(CN)₄]²⁻) જેવા લિગાન્ડ્સ સાથે સંકુલ સંયોજનો બનાવે છે, જે સંકલન માટે તેની ખાલી 5p કક્ષકોનો ઉપયોગ કરે છે.

નિર્ણાયક રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ

કેડમિયમ એક સક્રિય ધાતુની લાક્ષણિક પ્રતિક્રિયાઓ દર્શાવે છે.

1. હવા/ઓક્સિજન સાથેની પ્રતિક્રિયા: હવામાં ગરમ ​​કરવાથી, કેડમિયમ સળગીને કેડમિયમ ઓક્સાઇડ બનાવે છે. 2Cd(s) + O₂(g) \rightarrow 2CdO(s) (બ્રાઉન ઘન)

2. એસિડ સાથેની પ્રતિક્રિયાઓ:

   • બિન-ઓક્સિડાઇઝિંગ એસિડ્સ (દા.ત., HCl, મંદ H₂SO₄) સાથે : કેડમિયમ હાઇડ્રોજન ગેસ અને કેડમિયમ ક્ષાર ઉત્પન્ન કરવા માટે પ્રતિક્રિયા આપે છે. Cd(s) + 2HCl(aq) \rightarrow CdCl₂(aq) + H₂(g) Cd(s) + H₂SO₄(aq, dilute) \rightarrow CdSO₄(aq) + H₂(g)
   • ઓક્સિડાઇઝિંગ એસિડ્સ (દા.ત., HNO₃) સાથે : પ્રતિક્રિયા વધુ જોરદાર હોય છે, નાઇટ્રોજનના ઓક્સાઇડ્સ બનાવે છે. 3Cd(s) + 8HNO₃(aq, dilute) \rightarrow 3Cd(NO₃)₂(aq) + 2NO(g) + 4H₂O(l) Cd(s) + 4HNO₃(aq, conc.) \rightarrow Cd(NO₃)₂(aq) + 2NO₂(g) + 2H₂O(l)

3. હેલોજન સાથેની પ્રતિક્રિયા: કેડમિયમ સીધા હેલોજન સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને કેડમિયમ હેલાઈડ્સ બનાવે છે. Cd(s) + Cl₂(g) \rightarrow CdCl₂(s) (કેડમિયમ ક્લોરાઇડ) Cd(s) + Br₂(g) \rightarrow CdBr₂(s) (કેડમિયમ બ્રોમાઇડ)

4. સલ્ફર સાથેની પ્રતિક્રિયા: સલ્ફર સાથે ગરમ કરવાથી, કેડમિયમ સલ્ફાઇડ બને છે. Cd(s) + S(s) \rightarrow CdS(s) (પીળો ઘન, રંગદ્રવ્ય તરીકે વપરાય છે)

5. હાઇડ્રોક્સાઇડનું નિર્માણ: કેડમિયમ ક્ષાર પ્રબળ બેઇઝ સાથે કેડમિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડનું અવક્ષેપણ કરે છે. Cd²⁺(aq) + 2OH⁻(aq) \rightarrow Cd(OH)₂(s) (સફેદ અવક્ષેપ, વધારાના આલ્કલીમાં થોડું દ્રાવ્ય)

ઔદ્યોગિક અને જૈવિક મહત્વ

ઔદ્યોગિક મહત્વ

1. બેટરી: કેડમિયમ નિકલ-કેડમિયમ (Ni-Cd) રિચાર્જેબલ બેટરીમાં મુખ્ય ઘટક છે. આ બેટરીઓ નીચા તાપમાને અને ઉચ્ચ ડિસ્ચાર્જ દરો પર સારું પ્રદર્શન આપે છે.
2. રંગદ્રવ્યો: કેડમિયમ સંયોજનો, ખાસ કરીને કેડમિયમ સલ્ફાઇડ (CdS) અને કેડમિયમ સલ્ફોસેલેનાઇડ (CdSSe), તેમની ગરમી સ્થિરતા અને ગતિશીલ રંગોને કારણે પેઇન્ટ, પ્લાસ્ટિક અને સિરામિક્સમાં તેજસ્વી પીળા, નારંગી અને લાલ રંગદ્રવ્યો તરીકે ઉપયોગમાં લેવાય છે.
3. કાટ-પ્રતિરોધક કોટિંગ્સ: કેડમિયમ પ્લેટિંગ સ્ટીલને ઉત્તમ કાટ પ્રતિકાર પૂરો પાડે છે, ખાસ કરીને દરિયાઈ વાતાવરણમાં, બલિદાનયુક્ત કોટિંગ તરીકે કાર્ય કરીને.
4. ન્યુક્લિયર રિએક્ટર્સમાં કંટ્રોલ રોડ્સ: તેની ઉચ્ચ ન્યુટ્રોન શોષણ ક્રોસ-સેક્શનને કારણે, કેડમિયમનો ઉપયોગ પરમાણુ વિભાજન રિએક્ટર્સમાં વિભાજન દરને નિયંત્રિત કરવા માટે કંટ્રોલ રોડ્સમાં થાય છે.
5. PVC માટે સ્ટેબિલાઇઝર્સ: કેડમિયમ સંયોજનોનો ઉપયોગ પોલીવિનાઇલ ક્લોરાઇડ (PVC) પ્લાસ્ટિકમાં ગરમી અને પ્રકાશ સ્ટેબિલાઇઝર્સ તરીકે થાય છે.

જૈવિક મહત્વ અને ઝેરીતા

1. આવશ્યકતા: કેડમિયમનું મનુષ્ય અથવા અન્ય જીવો માટે આવશ્યક તત્વ તરીકે કોઈ જૈવિક ભૂમિકા જાણીતી નથી.
2. ઝેરીતા: કેડમિયમ અને તેના સંયોજનો અત્યંત ઝેરી છે.
   • સંચય: તે શરીરમાં, મુખ્યત્વે કિડની અને યકૃતમાં, લાંબા જૈવિક અર્ધ-આયુષ્ય સાથે જમા થાય છે.
   • આરોગ્ય અસરો: લાંબા સમય સુધી સંપર્કમાં રહેવાથી કિડનીને નુકસાન, હાડકાનું ડિમિનરલાઇઝેશન (ઓસ્ટીયોમલેશિયા, ઓસ્ટીયોપોરોસિસ, “ઈતાઈ-ઈતાઈ રોગ”), ફેફસાને નુકસાન થઈ શકે છે, અને તેને માનવ કાર્સિનોજેન (ફેફસાં, પ્રોસ્ટેટ અને કિડનીનું કેન્સર) તરીકે વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે.
   • પર્યાવરણીય પ્રદૂષક: કેડમિયમ એક નોંધપાત્ર પર્યાવરણીય પ્રદૂષક છે, જે ઘણીવાર ખાણકામ, ગલન અને ઉત્પાદન પ્રક્રિયાઓમાંથી મુક્ત થાય છે, અને દૂષિત જમીન અને પાણી દ્વારા ખાદ્ય શૃંખલામાં પ્રવેશે છે.