print logo
Cd

Kadmium

atomnummer: 48
gruppe: 12
periode: 5
atomvekt: 112,411

I mennesket
50 mg

I jordskorpen
0,18 ppm

I havet
0,11 µg/liter

På solen
65,05 ppt

Et giftig grunnstoff som vi ønsker å redusere bruken av

Kadmium er et blankt, sølvhvitt metall med svakt blålig skjær. Det er duktilt og så bløtt at det kan skjæres med kniv. Det har mange felles egenskaper med sink og finnes ofte som kadmiumsulfid sammen med sinkmineraler. Den største mengden av kadmium produseres i forbindelse med utvinning av sink. Kadmium og dens forbindelse er meget giftige og representerer et miljøproblem. Pga den store sinkproduksjonen i verden er kadmium spredt ut over hele kloden.

Navn

Navnet kadmium har sin opprinnelse fra cadmia (latin) og kadmeie (gresk), som er gamle betegnelser for sinkkarbonat (galmei). Navnet har å gjøre med oppdagelsen av grunnstoffet (se historie nedenfor).

Historie

[Illustrasjon]

Friedrich Strohmeyer.

Kadmium ble oppdaget i 1817 av den tyske kjemikeren Friedrich Strohmeyer som var professor ved Göttingen universitet. I apotek i Hanover, ble det på begynnelsen av 1800-tallet laget sinkoksid ved å varme opp naturlig forekommende sinkkarbonat. Noen ganger ble produktet gult og ikke hvitt som det skulle være. Nærmere undersøkelser foretatt av professor Strohmayer som var en inspektør ved apoteket førte til oppdagelsen av et nytt grunnstoff. Dette grunnstoffet som forelå i små konsentrasjoner i sinkkarbonaten, fikk navnet kadmium etter oldtidens navn på sinkkarbonat (se navn ovenfor).

Det vanligste kadmiummineralet, greenockitt (CdS), ble oppdaget i 1841 i Bishopton i Skottland ved tunnellarbeid i forbindelse med jernbanebygging. Mineralet fikk navn etter Lord Greenock, som ledet prosjektet. Dette mineralet har imidlertid blitt benyttet i mer enn 2000 år, fra det først ble utvinnet i Hellas og Bøhmen, som et gult fargepigment.

Forekomst

Kadmium er et relativt sjeldent grunnstoff. Den gjennomsnittlige konsentrasjonen i jordskorpa er ca. 0,18 ppm (μg/g). I naturen finnes det hovedsaklig i lave konsentrasjoner (normalt mindre enn 0,5 %) sammen med sink og sinkmineraler, som for eksempel sinkblende (ZnS) og sinkkarbonat (ZnCO3). Bare noen få relativt rene kadmiummineraler er kjent. Av disse er greenockitt (CdS) det viktigste, men selv dette mineralet forekommer ikke i tilstrekkelige mengder for lønnsom utvinning. Størstedelen av kadmium framstilles som et biprodukt ved utvinning og raffinering av sink-, kobber- og blymalmer. For hvert tonn sink som produseres fås ca. 2-3 kg kadmium. Kadmium kan også forekomme i fosfatmineraler. Noen naturlige fosfatmineraler inneholder flere 100 ppm kadmium og egner seg derfor dårlig til bruk som gjødsel.

I kroppen

De fleste kadmiumforbindelser er akutt og kronisk giftige for mennesker og dyr. En av hovedgrunnene til giftigheten er den kjemiske likheten med det essensielle grunnstoffet sink. Pga den nevnte likheten blir kadmium lett tatt opp i cellene, men vil ikke fungere som sink og erstatte sinks viktige biologiske funksjoner i kroppen (se sink). Kadmium kan opptas via lungene eller tarmen. Den største kilden til inntak for mennesker er vanligvis fra mat, men vanerøykere kan få i seg mer gjennom røyken enn totalt fra andre kilder. Verdens helseorganisasjon anbefaler at det daglig inntaket av kadmium ikke skal overstige 70 μg. Vanligvis er inntaket av kadmium mye mindre enn dette, men hvor mye man får i seg er selvsagt avhengig av hva og hvor mye man spiser samt matens opphav. Det er det totale inntaket av kadmium over tid som har betydning for helsen. Kadmium kommer inn i næringskjeden da det er et mobilt metall som lett tas opp i vegetasjonen fra jorda. Kadmiumkonsentrasjonen i jord kommer fra naturlig innhold, nedfall via luft og tilførsel ved gjødsel og jordforbedring. Kunstgjødsel (fosfater) inneholder ofte en del kadmium. Noen planter har en større tendens til absorbere kadmium enn andre planter. Vekstene som gror i svært kontaminert jord, for eksempel nær sinkgruver, kan inneholde så store mengder kadmium at de ikke må spises. Kadmium bioakkumuleres i fisk og pattedyr. Kilder til kadmium fra matinntak er spesielt skalldyr, mel, rotfrukter og innmat fra dyr. Norge har innført EUs grenseverdier for kadmium i ulike matvarer.

Hos mennesker er det akkumulerte kadmiuminnholdet i 50 års alderen ca. 30-50 mg, hvorav det meste finnes i leveren. Høyere konsentrasjoner av kadmium kan gi nyreskade som blant annet medfører økt utskillelse av kalsium og fosfat i urinen som etter hvert kan føre til avkalking av skjellettet og beinskjørhet. En større forgiftningskatastrofe som skyldtes at ris var forurenset med kadmium fant sted i Japan. Hovedsymptomet for de berørte personene her var beinskjørhet med knokkelbrudd flere steder i kroppen (se nedenfor, i miljøet). Svært høye konsentrasjoner kan gi nedsatt reproduksjonsevne og fosterskader. Kadmium mistenkes også for å være kreftfremkallende.

Visse arbeidsmiljø representerer en risiko for kadmiumpåvirkning, for eksempel ved framstilling av batterier og ved sveising av kadmiumholdige metaller er det fare for eksponering. Inhalering av kadmiumoksid gasser er spesielt farlig, og det er kjente tilfeller hvor sveising av kadmiumholdige metaller har fått fatale konsekvenser. Eksponering av kadmium og andre toksiske metaller er nå mer sjeldent da det er satt begrensninger på bruk av kadmiumholdige bruksartikler og gitt normer for kadmium i arbeidsmiljøet: I Norge er normen for kadmium i arbeidsatmosfæren satt til 0,05 mg/m3 Cd i form av CdO.

Anvendelser

Visste du at...

kun en tynn film (0,05 mm) av kadmiumbelegg på stål gir en fullgod beskyttelse mot selv de mest korrosive miljøer, som for eksempel sjøvann?

[Foto: Grethe Wibetoe, KI, UiO.]

Kadmiumgult, kadmiumoransje og kadmiumrødt.
Foto: Grethe Wibetoe, KI, UiO.

Den tidligste kjente bruken av kadmium etter oppdagelsen av grunnstoffet var som fargepigment. Allerede fra ca 1840-årene ble kadmiumforbindelser, hovedsakelig gult kadmiumsulfid produsert som fargepigment. Ved litt ulike blandinger av kadmiumsulfid, svovel og selen fås også fargene oransje, rød og brun. For kunstmaling finnes tuber med navnene kadmiumgul, kadmiumoransje og kadmiumrød, men til tross for disse navnene er det ikke sikkert at malingen du kjøper i dag virkelig inneholder kadmium. Står det ”hue”, ”sub” eller ”imit” etter fargenavnet er kadmiumpigmentene erstattet med mer miljøvennlige forbindelser. Kadmiumpigmenter har tidligere vært mye benyttet for maling, keramikk, plast, gummi og lær.

Bortsett fra som fargepigment var anvendelsen av kadmium ganske begrenset fram til midten av 1900-tallet, men fra ca 1950-årene fikk metallet og dens forbindelser flere nye anvendelser. Metaller ble etter hvert mye benyttet som korrosjonsbeskyttende belegg på jern og stål. Sink benyttes mye til dette formålet (se sink), men kadmium er mer holdbart. For eksempel gir en tynn film (0,05 mm) av kadmiumbelegg på stål en fullgod beskyttelse mot selv de mest korrosive miljøer, som for eksempel sjøvann. Kadmium kan legges i et tynt lag på plastgjenstander slik at de ligner metaller. Kadmiumforbindelser kan også benyttes til å stabilisere plast. Legert med sølv danner kadmium et loddemetall som pga sitt lave smeltepunkt er godt egnet til å sammenføye rør og elektriske komponenter. Kadmiumbaserte loddinger må behandles med forsiktighet for å hindre forgiftning. For eksempel må man unngå å drikke vann fra rør hvor kadmiumholdig loddemetall har vært benyttet, da noe av det giftige metallet vil lekke ut i vannet. Små mengder kadmium kan tilsettes andre metaller for å øke den mekaniske styrken til metallet. For eksempel vil kobber tilsatt 1 % kadmium øke den mekaniske styrken til kobber uten at den elektriske ledningsevnen reduseres. Slike legeringer benyttes blant annet til telekabler.

Kadmium, spesielt isotopen 113Cd, absorberer lett nøytroner og brukes derfor til skjerming og til å lage kontrollstaver som benyttes til å styre energiproduksjonen i kjernereaktorer.

Kadmiumforbindelser benyttes også i fosforer i fjernsynsapparaters bilderør. I fargefjernsyn benyttes det for å gi blå og grønn farge. Kadmium inngår i halvledermaterieler som kadmiumsulfid, -selenid og -tellurid som brukes for lysdeteksjon og i solarceller.

[Foto: Grethe Wibetoe, KI, UiO.]

Oppladbare nikkel-kadmium batterier.
Foto: Grethe Wibetoe, KI, UiO.

En god del av det kadmiumet som produseres i dag benyttes i oppladbare nikkel-kadmium batterier (akkumulatorer). Disse batteriene brukes blant annet i lommekalkulatorer, kameraer, bærbare PCer og annet bærbart elektronisk utstyr.

Pga at kadmium utgjør et miljøproblem (se i miljøet nedenfor) benyttes kadmium i mindre grad enn tidligere, og en del av den ovenfornevnte bruken er allerede faset ut. For eksempel er det økende bruk av alternative oppladbare batterier uten kadmium, som litium-ion og nikkel-metalhydrid (NiMH) batterier. Moderne bærbare PCer drives bare av disse mer miljøvennlige batteritypene. Ceriumsulfid kan benyttes som fargepigment som erstatning for kadmiumsulfid.

I miljøet

Den store sinkproduksjonen og forbrenning av fossilt brensel som inneholder kadmium er hovedårsakene til at det giftige metallet er spredt over hele kloden og dermed utgjør et stort miljøproblem. Forhøyede konsentrasjoner i miljøet skyldes både langtransportert og lokalt spredt kadmium. Lokale utslipp i Norge har ført til forhøyede konsentrasjoner av kadmium i flere norske fjorder og vassdrag. Spredningen skjer også med kunstgjødsel, da fosfatgjødsel inneholder en del kadmium.

Kadmium er med på listen til FNs miljøprogram over de ti mest skadelige miljøgiftene. Metallet er også oppført på prioriteringslisten hvor norske miljømyndigheter har vedtatt en målsetning om at utslippene skal reduseres vesentlig, senest innen 2010. Bruk av kadmium er regulert gjennom mange forskrifter, og ulike tiltak har ført til at utslippene av kadmium i Norge er betydelig redusert de siste årene.

Flere forgiftningsepisoder med kadmium har funnet sted. Det mest kjente tilfellet skjedde i Japan på midten av 1950 tallet. Det var i byen Fuchu, med 45 000 innbyggere, at en mystisk sykdom oppsto blant befolkningen. Sykdommen viste seg ved at flere fikk skader i ledd og beinstruktur. Tilstanden var meget smertefull og ble i Japan kalt Itai-Itai, som kan oversettes med au-au. Årsaken til forgiftningen viste seg å være risen de spiste som var kontaminert pga vanning med kadmiumholdig avrenningsvann fra en nærliggende sinkgruve. Det daglige inntaket via den kontaminerte risen var ca. 600 µg per person og man regner at ca. 5000 mennesker ble berørt.

Kjemien

Visste du at...

i perioden fra 1927 til 1960 var definisjonen av én meter 153 316 413 bølgelenger av den røde kadmiumlinjen ved 643,84696 nm (i luft).

Kadmium er bestandig i tørr luft, men korroderer langsomt i fuktig luft. Kadmium løses i de fleste syrer, men ikke i basiske løsninger. I sine kjemiske forbindelser har kadmium oksidasjonstall +II med unntak av noen få forbindelser hvor oksidasjonstallet er +I. Saltene er med noen få unntak fargeløse og løselig i vann. Et unntak fra å være fargeløst salt er kadmiumsulfid som med sin klare gule farge har vært mye benyttet som fargepigment. Kadmium danner komplekser med blant annet ammoniakk og cyanid.

Forfatter:  Grethe Wibetoe

Les om periodesystemet (bakom-stoff, utdypende artikler)   Søk

Periodesystemet.no fra Kjemisk institutt, Universitetet i Oslo.   Idé: Dmitrij Ivanovitsj Mendelejev.
Prosjektledelse: Svein Stølen. Design: John Vedde.   Redaksjon     Rettigheter