காட்மியம் (Cd) - விரிவான தேர்வுப் படிப்பு வழிகாட்டி

அறிமுகம்: காட்மியம் ஏன் முக்கியம்

காட்மியம் (Cd) என்பது ஒப்பீட்டளவில் அரிதான, மென்மையான, வெள்ளி போன்ற வெண்மையான மற்றும் தகடாக்கக்கூடிய உலோகம் ஆகும். இது ஒரு d-தொகுதி தனிமம், பெரும்பாலும் துத்தநாகத் தாதுக்களில் காணப்படுகிறது. இதன் தனித்துவமான வேதியியல் பண்புகள் பல்வேறு தொழில்களில் பயன்பாட்டிற்கு வழிவகுக்கின்றன, ஆனால் அதன் அதிக நச்சுத்தன்மை குறிப்பிடத்தக்க சுற்றுச்சூழல் மற்றும் சுகாதார அக்கறைகளை எழுப்புகிறது. காட்மியத்தைப் புரிந்துகொள்வது d-தொகுதி வேதியியல் மற்றும் சுற்றுச்சூழல் அறிவியல் அம்சங்களை அறிந்துகொள்ள மிக முக்கியமானது.

CBSE/JEE விரைவுத் திருப்புதல் குறிப்புகள்

• சின்னம்: Cd
• அணு எண்: 48
• அணு நிறை: 112.41 u
• தொகுதி: 12 (IIB)
• வரிசை: 5
• தொகுதி: d-block
• இணைதிறன்/பொது ஆக்சிஜனேற்ற நிலை: +2
• தன்மை: மென்மையான, வெள்ளி போன்ற வெண்மையான உலோகத் தனிமம்
• அடர்த்தி: 8.65 g/cm³ (20 °C இல்)
• உருகுநிலை: 321.07 °C
• கொதிநிலை: 767 °C
• காணப்படுதல்: முக்கியமாக ஸ்பேலரைட் (ZnS) போன்ற துத்தநாகத் தாதுக்களில் ஒரு சிறிய கூறாகக் காணப்படுகிறது.

எலக்ட்ரான் அமைப்பு மற்றும் பிணைப்புப் பண்பு

காட்மியத்தின் எலக்ட்ரான் அமைப்பு அதன் வேதியியல் பண்புகளை நிர்ணயிக்கிறது.

• அடிநிலை எலக்ட்ரான் அமைப்பு: [Kr] 4d¹⁰ 5s²
• பிணைப்புப் பண்பு:
  • காட்மியம் பொதுவாக அதன் இரண்டு 5s எலக்ட்ரான்களை இழப்பதன் மூலம் +2 ஆக்சிஜனேற்ற நிலையை வெளிப்படுத்துகிறது. முழுமையாக நிரப்பப்பட்ட 4d¹⁰ துணைக்கூடு ஒரு நிலையான அமைப்பை வழங்குகிறது, இது d-ஆர்பிட்டால்களில் இருந்து எலக்ட்ரான்களை அகற்றுவதை கடினமாக்குகிறது.
  • வழக்கமான இடைநிலை உலோகங்களைப் போலல்லாமல், காட்மியத்தின் 4d¹⁰ அமைப்பு அதன் சேர்மங்கள் பொதுவாக டயகாந்தத் தன்மை கொண்டதாகவும் நிறமற்றதாகவும் இருக்கும் (அயனி நிறமுடையதாக இல்லாவிட்டால்).
  • காட்மியம் பெரும்பாலும் சகப்பிணைப்புச் சேர்மங்களை உருவாக்குகிறது, குறிப்பாக ஹாலைடுகள் மற்றும் சால்கோஜன்களுடன், இருப்பினும் அதிக எலக்ட்ரான் கவர்ச்சி தனிமங்களுடனான அதன் உப்புகள் குறிப்பிடத்தக்க அயனித் தன்மையைக் கொண்டிருக்கலாம்.
  • இது அமோனியா ([Cd(NH₃)₄]²⁺) மற்றும் சயனைடு ([Cd(CN)₄]²⁻) போன்ற லிகாண்டுகளுடன் அணைவுச் சேர்மங்களை உருவாக்குகிறது, ஒருங்கிணைப்பிற்காக அதன் காலியான 5p ஆர்பிட்டால்களைப் பயன்படுத்துகிறது.

முக்கியமான வேதி வினைகள்

காட்மியம் ஒரு தீவிர உலோகத்தின் சிறப்பியல்பு வினைகளை வெளிப்படுத்துகிறது.

1. காற்று/ஆக்சிஜனுடன் வினை: காற்றில் சூடுபடுத்தும்போது, காட்மியம் எரிந்து காட்மியம் ஆக்சைடை உருவாக்குகிறது. 2Cd(s) + O₂(g) → 2CdO(s) (பழுப்பு நிற திடப்பொருள்)

2. அமிலங்களுடன் வினை:

   • ஆக்சிஜனேற்றத்தன்மையற்ற அமிலங்களுடன் (எ.கா., HCl, நீர்த்த H₂SO₄): காட்மியம் ஹைட்ரஜன் வாயு மற்றும் காட்மியம் உப்புகளை உருவாக்க வினைபுரிகிறது. Cd(s) + 2HCl(aq) → CdCl₂(aq) + H₂(g) Cd(s) + H₂SO₄(aq, dilute) → CdSO₄(aq) + H₂(g)
   • ஆக்சிஜனேற்ற அமிலங்களுடன் (எ.கா., HNO₃): வினை மிகவும் தீவிரமானது, நைட்ரஜனின் ஆக்சைடுகளை உருவாக்குகிறது. 3Cd(s) + 8HNO₃(aq, dilute) → 3Cd(NO₃)₂(aq) + 2NO(g) + 4H₂O(l) Cd(s) + 4HNO₃(aq, conc.) → Cd(NO₃)₂(aq) + 2NO₂(g) + 2H₂O(l)

3. ஹாலோஜன்களுடன் வினை: காட்மியம் நேரடியாக ஹாலோஜன்களுடன் வினைபுரிந்து காட்மியம் ஹாலைடுகளை உருவாக்குகிறது. Cd(s) + Cl₂(g) → CdCl₂(s) (காட்மியம் குளோரைடு) Cd(s) + Br₂(g) → CdBr₂(s) (காட்மியம் புரோமைடு)

4. சல்பருடன் வினை: சல்பருடன் சூடுபடுத்தும்போது, காட்மியம் சல்பைடு உருவாகிறது. Cd(s) + S(s) → CdS(s) (மஞ்சள் நிற திடப்பொருள், நிறமியாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது)

5. ஹைட்ராக்சைடு உருவாக்கம்: காட்மியம் உப்புகள் வலிமையான காரங்கள் மூலம் காட்மியம் ஹைட்ராக்சைடை வீழ்படிவாக்குகின்றன. Cd²⁺(aq) + 2OH⁻(aq) → Cd(OH)₂(s) (வெள்ளை வீழ்படிவு, அதிக காரத்தில் குறைவாகக் கரையக்கூடியது)

தொழில்துறை மற்றும் உயிரியல் முக்கியத்துவம்

தொழில்துறை முக்கியத்துவம்

1. மின்கலன்கள்: நிக்கல்-காட்மியம் (Ni-Cd) ரீசார்ஜ் செய்யக்கூடிய மின்கலன்களில் காட்மியம் ஒரு முக்கிய அங்கமாகும். இந்த மின்கலன்கள் குறைந்த வெப்பநிலையிலும் அதிக டிஸ்சார்ஜ் விகிதங்களிலும் நல்ல செயல்திறனை வழங்குகின்றன.
2. நிறமிகள்: காட்மியம் சேர்மங்கள், குறிப்பாக காட்மியம் சல்பைடு (CdS) மற்றும் காட்மியம் சல்பொசெலனைடு (CdSSe), அவற்றின் வெப்ப நிலைத்தன்மை மற்றும் துடிப்பான வண்ணங்கள் காரணமாக வண்ணப்பூச்சுகள், பிளாஸ்டிக்குகள் மற்றும் மட்பாண்டங்களில் பிரகாசமான மஞ்சள், ஆரஞ்சு மற்றும் சிவப்பு நிறமியாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.
3. அரிப்பு எதிர்ப்புப் பூச்சுகள்: காட்மியம் பூச்சு எஃகுக்கு சிறந்த அரிப்பு எதிர்ப்பை வழங்குகிறது, குறிப்பாக கடல்சார் சூழல்களில், ஒரு தியாகப் பூச்சாக செயல்படுவதன் மூலம்.
4. அணு உலைகளில் கட்டுப்பாட்டு தண்டுகள்: அதிக நியூட்ரான் உறிஞ்சும் குறுக்குவெட்டு காரணமாக, அணுக்கருப் பிளவு உலைகளில் பிளவு விகிதத்தைக் கட்டுப்படுத்த காட்மியம் கட்டுப்பாட்டு தண்டுகளில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
5. PVC க்கான நிலைப்படுத்திகள்: பாலிவினைல் குளோரைடு (PVC) பிளாஸ்டிக்குகளில் வெப்பம் மற்றும் ஒளி நிலைப்படுத்திகளாக காட்மியம் சேர்மங்கள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

உயிரியல் முக்கியத்துவம் மற்றும் நச்சுத்தன்மை

1. அவசியம்: மனிதர்களுக்கோ அல்லது பிற உயிரினங்களுக்கோ அத்தியாவசியமான தனிமமாக காட்மியத்திற்கு எந்த உயிரியல் பங்கும் அறியப்படவில்லை.
2. நச்சுத்தன்மை: காட்மியம் மற்றும் அதன் சேர்மங்கள் அதிக நச்சுத்தன்மை கொண்டவை.
   • குவிப்பு: இது உடலில், முதன்மையாக சிறுநீரகங்கள் மற்றும் கல்லீரலில் நீண்ட உயிரியல் அரை ஆயுளுடன் குவிகிறது.
   • சுகாதார விளைவுகள்: நீண்டகால வெளிப்பாடு சிறுநீரக பாதிப்பு, எலும்பு தாதுக்களை இழத்தல் (ஆஸ்டியோமலாசியா, ஆஸ்டியோபோரோசிஸ், “இடை-இடை நோய்”), நுரையீரல் பாதிப்பு ஆகியவற்றை ஏற்படுத்தும், மேலும் இது மனிதர்களுக்கு புற்றுநோயை உருவாக்கும் காரணியாக (நுரையீரல், புரோஸ்டேட் மற்றும் சிறுநீரகப் புற்றுநோய்) வகைப்படுத்தப்பட்டுள்ளது.
   • சுற்றுச்சூழல் மாசுபடுத்தி: காட்மியம் ஒரு குறிப்பிடத்தக்க சுற்றுச்சூழல் மாசுபடுத்தியாகும், இது பெரும்பாலும் சுரங்கம், உருகுதல் மற்றும் உற்பத்தி செயல்முறைகளிலிருந்து வெளியிடப்பட்டு, அசுத்தமான மண் மற்றும் நீர் மூலம் உணவுச் சங்கிலியில் நுழைகிறது.