కాడ్మియం (Cd) - సమగ్ర పరీక్షా స్టడీ గైడ్

పరిచయం: కాడ్మియం ఎందుకు ముఖ్యమైనది

కాడ్మియం (Cd) సాపేక్షంగా అరుదైన, మృదువైన, వెండి-తెలుపు మరియు సాగే లోహం. ఇది ఒక d-బ్లాక్ మూలకం, ఇది తరచుగా జింక్ ధాతువులలో కనిపిస్తుంది. దీని ప్రత్యేక రసాయన లక్షణాల కారణంగా వివిధ పరిశ్రమలలో దీనికి అనువర్తనాలు ఉన్నాయి, అయితే ఇది అధిక విషపూరితం కావడం వల్ల గణనీయమైన పర్యావరణ మరియు ఆరోగ్య సమస్యలను కూడా కలిగిస్తుంది. d-బ్లాక్ రసాయన శాస్త్రం మరియు పర్యావరణ శాస్త్ర అంశాలను అర్థం చేసుకోవడానికి కాడ్మియం గురించి తెలుసుకోవడం చాలా ముఖ్యం.

CBSE/JEE త్వరిత పునర్విమర్శ గమనికలు

• చిహ్నం: Cd
• పరమాణు సంఖ్య: 48
• పరమాణు ద్రవ్యరాశి: 112.41 u
• గ్రూప్: 12 (IIB)
• పీరియడ్: 5
• బ్లాక్: d-బ్లాక్
• వాలెన్సీ/సాధారణ ఆక్సీకరణ స్థితి: +2
• స్వభావం: మృదువైన, వెండి-తెలుపు లోహ మూలకం
• సాంద్రత: 8.65 g/cm³ (20 °C వద్ద)
• ద్రవీభవన స్థానం: 321.07 °C
• మరుగు స్థానం: 767 °C
• లభ్యత: ప్రధానంగా స్ఫాలరైట్ (ZnS) వంటి జింక్ ధాతువులలో ఒక చిన్న భాగం వలె కనుగొనబడుతుంది.

ఎలక్ట్రాన్ కాన్ఫిగరేషన్ & బంధ ప్రవర్తన

కాడ్మియం యొక్క ఎలక్ట్రానిక్ నిర్మాణం దాని రసాయన లక్షణాలను నిర్ణయిస్తుంది.

• భూస్థితి ఎలక్ట్రాన్ కాన్ఫిగరేషన్: [Kr] 4d^\{10\} 5s^\{2\}
• బంధ ప్రవర్తన:
  • కాడ్మియం సాధారణంగా దాని రెండు 5s ఎలక్ట్రాన్‌లను కోల్పోవడం వల్ల +2 ఆక్సీకరణ స్థితిని ప్రదర్శిస్తుంది. పూర్తిగా నిండిన 4d^\{10\} సబ్‌షెల్ స్థిరమైన కాన్ఫిగరేషన్‌ను అందిస్తుంది, d-ఆర్బిటాల్‌ల నుండి ఎలక్ట్రాన్‌లను తొలగించడం కష్టతరం చేస్తుంది.
  • సాధారణ పరివర్తన లోహాల మాదిరిగా కాకుండా, కాడ్మియం యొక్క 4d^\{10\} కాన్ఫిగరేషన్ దాని సమ్మేళనాలను సాధారణంగా డైమాగ్నెటిక్ మరియు రంగులేనివిగా చేస్తుంది (అనయాన్ రంగు కలిగి ఉంటే తప్ప).
  • కాడ్మియం ప్రధానంగా కోవలెంట్ సమ్మేళనాలను ఏర్పరుస్తుంది, ముఖ్యంగా హాలైడ్‌లు మరియు చాల్కోజెన్‌లతో, అయితే అధిక రుణవిద్యుదాత్మక మూలకాలతో దాని లవణాలు గణనీయమైన అయానిక్ లక్షణాలను కలిగి ఉంటాయి.
  • అమ్మోనియా ([Cd(NH₃)₄]²⁺) మరియు సైనైడ్ ([Cd(CN)₄]²⁻) వంటి లైగాండ్‌లతో సంక్లిష్ట సమ్మేళనాలను ఏర్పరుస్తుంది, సమన్వయం కోసం దాని ఖాళీ 5p ఆర్బిటాల్‌లను ఉపయోగిస్తుంది.

కీలక రసాయన ప్రతిచర్యలు

కాడ్మియం ఒక చురుకైన లోహం యొక్క లక్షణ ప్రతిచర్యలను ప్రదర్శిస్తుంది.

1. గాలి/ఆక్సిజన్‌తో ప్రతిచర్య: గాలిలో వేడి చేసినప్పుడు, కాడ్మియం కాలిపోయి కాడ్మియం ఆక్సైడ్‌ను ఏర్పరుస్తుంది. 2Cd(s) + O₂(g) → 2CdO(s) (గోధుమ రంగు ఘనపదార్థం)

2. ఆమ్లాలతో ప్రతిచర్య:

   • ఆక్సీకరణ రహిత ఆమ్లాలతో (ఉదా., HCl, విలీన H₂SO₄): కాడ్మియం హైడ్రోజన్ వాయువు మరియు కాడ్మియం లవణాలను ఉత్పత్తి చేయడానికి ప్రతిస్పందిస్తుంది. Cd(s) + 2HCl(aq) → CdCl₂(aq) + H₂(g) Cd(s) + H₂SO₄(aq, dilute) → CdSO₄(aq) + H₂(g)
   • ఆక్సీకరణ ఆమ్లాలతో (ఉదా., HNO₃): ప్రతిచర్య మరింత తీవ్రంగా ఉంటుంది, నైట్రోజన్ ఆక్సైడ్‌లను ఏర్పరుస్తుంది. 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. హాలైడ్‌లతో ప్రతిచర్య: కాడ్మియం హాలైడ్‌లను ఏర్పరచడానికి కాడ్మియం నేరుగా హాలైడ్‌లతో ప్రతిస్పందిస్తుంది. Cd(s) + Cl₂(g) → CdCl₂(s) (కాడ్మియం క్లోరైడ్) Cd(s) + Br₂(g) → CdBr₂(s) (కాడ్మియం బ్రోమైడ్)

4. సల్ఫర్‌తో ప్రతిచర్య: సల్ఫర్‌తో వేడి చేసినప్పుడు, కాడ్మియం సల్ఫైడ్ ఏర్పడుతుంది. Cd(s) + S(s) → CdS(s) (పసుపు రంగు ఘనపదార్థం, వర్ణద్రవ్యంగా ఉపయోగించబడుతుంది)

5. హైడ్రాక్సైడ్ ఏర్పడటం: బలమైన క్షారాలతో కాడ్మియం లవణాలు కాడ్మియం హైడ్రాక్సైడ్‌ను అవక్షేపిస్తాయి. Cd²⁺(aq) + 2OH⁻(aq) → Cd(OH)₂(s) (తెలుపు అవక్షేపం, అధిక క్షారంలో కొద్దిగా కరుగుతుంది)

పారిశ్రామిక మరియు జీవసంబంధ ప్రాముఖ్యత

పారిశ్రామిక ప్రాముఖ్యత

1. బ్యాటరీలు: నికెల్-కాడ్మియం (Ni-Cd) రీఛార్జ్ చేయగల బ్యాటరీలలో కాడ్మియం ఒక కీలక భాగం. ఈ బ్యాటరీలు తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద మరియు అధిక డిశ్చార్జ్ రేట్ల వద్ద మంచి పనితీరును అందిస్తాయి.
2. వర్ణద్రవ్యాలు: కాడ్మియం సమ్మేళనాలు, ముఖ్యంగా కాడ్మియం సల్ఫైడ్ (CdS) మరియు కాడ్మియం సల్ఫోసెలనైడ్ (CdSSe), వాటి ఉష్ణ స్థిరత్వం మరియు స్పష్టమైన రంగుల కారణంగా పెయింట్లు, ప్లాస్టిక్స్ మరియు సిరామిక్స్‌లో ప్రకాశవంతమైన పసుపు, నారింజ మరియు ఎరుపు వర్ణద్రవ్యాలుగా ఉపయోగించబడతాయి.
3. క్షయ-నిరోధక పూతలు: కాడ్మియం ప్లేటింగ్ ఉక్కుకు అద్భుతమైన క్షయ నిరోధకతను అందిస్తుంది, ముఖ్యంగా సముద్ర వాతావరణంలో, త్యాగపూరిత పూతగా పనిచేయడం ద్వారా.
4. అణు రియాక్టర్లలో నియంత్రణ రాడ్‌లు: అధిక న్యూట్రాన్ శోషణ క్రాస్-సెక్షన్ కారణంగా, కాడ్మియం అణు విచ్ఛిత్తి రియాక్టర్లలో విచ్ఛిత్తి రేటును నియంత్రించడానికి నియంత్రణ రాడ్‌లలో ఉపయోగించబడుతుంది.
5. PVC కోసం స్టెబిలైజర్‌లు: కాడ్మియం సమ్మేళనాలు పాలివినైల్ క్లోరైడ్ (PVC) ప్లాస్టిక్స్‌లో ఉష్ణ మరియు కాంతి స్టెబిలైజర్‌లుగా ఉపయోగించబడతాయి.

జీవసంబంధ ప్రాముఖ్యత మరియు విషపూరితం

1. ఆవశ్యకత: మానవులకు లేదా ఇతర జీవులకు కాడ్మియం ఒక ముఖ్యమైన మూలకం వలె తెలిసిన జీవసంబంధ పాత్ర లేదు.
2. విషపూరితం: కాడ్మియం మరియు దాని సమ్మేళనాలు అత్యంత విషపూరితమైనవి.
   • సంచయం: ఇది శరీరంలో, ప్రధానంగా మూత్రపిండాలు మరియు కాలేయంలో, సుదీర్ఘ జీవసంబంధ అర్ధ-జీవితంతో పేరుకుపోతుంది.
   • ఆరోగ్య ప్రభావాలు: దీర్ఘకాలిక బహిర్గతం మూత్రపిండాల నష్టం, ఎముకల ఖనిజక్షయం (ఆస్టియోమలాసియా, ఆస్టియోపొరోసిస్, “ఇటాయ్-ఇటాయ్ వ్యాధి”), ఊపిరితిత్తుల నష్టం వంటి వాటికి దారితీస్తుంది మరియు మానవ కార్సినోజెన్ (ఊపిరితిత్తులు, ప్రోస్టేట్ మరియు మూత్రపిండాల క్యాన్సర్) గా వర్గీకరించబడింది.
   • పర్యావరణ కాలుష్య కారకం: కాడ్మియం ఒక ముఖ్యమైన పర్యావరణ కాలుష్య కారకం, ఇది తరచుగా మైనింగ్, స్మెల్టింగ్ మరియు తయారీ ప్రక్రియల నుండి విడుదల అవుతుంది, కలుషితమైన నేల మరియు నీటి ద్వారా ఆహార గొలుసులోకి ప్రవేశిస్తుంది.