معلومات وحقائق عن عنصر الكادميوم (Cadmium) والذي يُعتبر فلزًّا طيّعًا ولدنًا بلونٍ أبيضٍ مُزرق، ويمكن قطعه بسهولة بواسطة سكين، وبفضل خواصه الممتازة كناقلٍ كهربائي، يُستخدم عادةً في الطلي الكهربائي والبطاريات، كما يُعد هذا الفلز، بحدّ ذاته أو كمحاليلٍ لمركباته، سامًّا ويجب التعامل معه بحذر.
خواص الكادميوم
- العدد الذري (أي عدد البروتونات في النواة): 48
- الرمز الذري (على الجدول الدوري للعناصر): Cd
- الوزن الذري الوسطي: 112.411 غ / مول
- الكثافة: 8.69 غ / سم۳
- الطور عند درجة حرارة الغرفة: صلب
- درجة الانصهار: 609.92فهرنهايت (321.07 °م)
- درجة الغليان: 1,412.6 فهرنهايت (767 °م)
- عدد النظائر (وهي عناصر تتشابه بالذرات وتختلف بعدد النيترونات): 48.
- النظائر الأكثر شيوعًا: Cd-114 (نسبة توافره في الطبيعة 28.73%)، Cd-112 (نسبة توافره في الطبيعة 24.13%)، Cd-111 (نسبة توافره في الطبيعة 12.80%)، Cd-110 (نسبة توافره في الطبيعة 12.49%)، Cd-113 (نسبة توافره في الطبيعة 12.22%).
التوزع الإلكتروني والخواص العنصرية للكادميوم.
تاريخه
يُنسب اكتشاف الكادميوم للكيميائي الألماني فريدريش شتروماير (Friedrich Strohmeyer) عام 1817، وذلك حسب جامعة دراتماوث، بيد أن كلًا من العالمين الألمانيين كارل صموئيل ليبرشت هيرمان (K.S.L. Hermann) ويوهان كريستوف هاينريش رولوف (J.C.H. Roloff) قد اكتشفا هذا العنصر بشكل مستقل في العام ذاته، وفي كلتا الحالتين عُثر على الكادميوم في أوكسيد الزنك، الذي كان يُستخدم عادةً كدواءٍ موضعيّ في ذاك الوقت.
فحسب موقع Chemicool سخّنها ويحولها للأوكسيد، ولاحظ توهّج عدةٍ من تلك العينات باللون الأصفر. فاختُبرت العينات لتحري تلوثها بالحديد أو الرصاص عوضًا عن ذلك، إذ كانا المُتهّمين النموذجيين وفقًا لتغير اللون ذاك، لكن لم يُعثر على أي أثرٍ منهما، وعقب المزيد من التحرّي، وجد شتروماير آثارًا لعنصرٍ مجهولٍ، فعزله واقترح تسميته «كادميا» (Cadmia)، تيمّنًا بالاسم اللاتيني للكالامين (كربونيت الزنك).
كما عثر شتروماير على الكادميوم في العديد من مركبات الزنك الأخرى، بما يتضمن عدة عينات يُفترض أنها تألّفت من زنكٍ خالص، حسب موقع كيميكول، فقدّر أن الكادميوم قد شكّل بين 0.1 – 1% من الزنك الخالص في مركبات الزنك.
لم تُعرف سميّة الكادميوم على نطاقٍ واسعٍ حتى الثورة الصناعية في منتصف القرن التاسع عشر، حسب جامعة دارتماوث، عندما تزايد التنقيب عن الكادميوم والفلزّات الأخرى وإنتاجها بشكلٍ كبير، وبالتزامن مع ذلك استُخدم هذا العنصر في بعض الأدوية، وانتهى المطاف بالعديد من متناوليها بالتسمم، وهو جزءٌ من الأسباب التي أدت لإرسال شتروماير، إلى جانب آخرين، لتفتيش الصيدليات.
نشأت في عام 1945 دراسات وضوابط أشد على الكادميوم بعدما أدّت حوادثٌ في اليابان إلى مرض سكّان مقاطعة توياما ومقاساتهم الألم في العظام والمفاصل، إذ اكتُشف تلوّث المياه المُستخدمة لري المحاصيل بمستوياتٍ مرتفعةٍ من الكادميوم تعود لمناجم الزنك المجاورة، وعندما أوصلت المحاصيل، وخصوصًا الأرُزّ، مستويات الكادميوم هذه للسكان، سبّب الفلزَ تناقصًا في كمية الكالسيوم في العظام وكثافتها بشكلٍ جسيم أدّى في بعض الحالات لتسبب حركاتٍ بسيطةٍ بكسرها.
اقرأ ايضًا:
مصادر الكادميوم
لا يوجد الكادميوم بوفرةٍ بشكلٍ طبيعي، ويُعتبر الغرينوكيت (Greenockite) المعدن الوحيد الذي يُنتِج الكادميوم على الإطلاق، ويُعثر عليه غالبًا بكمياتٍ صغيرة في خامات الزنك، مثل السافاليريت (ZnS).
وتتواجد رواسب معدن الكادميوم في كولورادو، وأيلينوي، وميسوري، وواشنطن ويوتا، بالإضافة إلى بوليفيا، وغواتيمالا، وهنغاريا وكزخستان، ولكن معظم الكادميوم المُستخدم عبارة عن مُنتَجٍ ثانوي لمعالجة خامات الزنك، والنحاس والرصاص.
ويشير تحالف تدريس المعادن إلى أن الكادميوم يُنتج حاليًا في مناطقٍ يُصقل فيها الزنك عوضاً عن أماكن التنقيب عنه، وتتضمن الدول الأعلى إنتاجًا لهذا العنصر الصين، واليابان، وكوريا، والمكسيك، والولايات المتحدة الأمريكية، وهولندا، والهند، والمملكة المتحدة، وبيرو وألمانيا.
استخدامات الكادميوم
في عام 1927 أعاد المؤتمر الدولي للأوزان والمقاييس تعريف المتر فيما يتعلق بطول موجة طيف الكادميوم الأحمر، وقد تغير هذا التعريف منذ ذلك الحين.
يُستخدم الكادميوم في بطاريات النيكل-الكادميوم القابلة للشحن، ويمكن العثور عليه في العديد من الأجهزة، مثل الهواتف الخليوية، والأدوات الكهربائية اللاسلكية، والكاميرات، والحواسيب، وفي مزودات الكهرباء في حالات الطوارئ والأضواء، وذلك حسب تحالف تدريس المعادن، كما يُستخدم في قضبان المفاعلات النووية للمحافظة على التحكم بتفاعلات الانشطار النووي، نظرًا لقدرته على امتصاص النيوترونات.
تشير وكالة تسجيل المواد السامّة والأمراض (ATSDR) إلى أن ما يقارب 83% من الكادميوم المنقّب يُستخدم في البطاريات، ويُستعمل 8% منه كصباغ، و7% في التلبيس والطلاء، و1% كمثبّتٍ للبلاستيك، و1% في السبائك غير الحاوية على الحديد، والأجهزة الكهرضوئية، واستخدامات أخرى.
اقرأ ايضًا:
هل تعلم؟
- يشكّل الكادميوم 150 جزءًا بالبليون وزنًا من قشرة الأرض، ويوجد عادةً مع الزنك، والذي يشابهه كثيرًا بالخواص الكيميائية، حسب موقع كيميكول.
- يشير مختبر Jefferson Lab إلى أن تسمية الكادميوم تعود للكلمتين اللاتينية «cadmia» واليونانية «kadmeia»، وهي تسمياتٌ قديمةٌ للكالامين.
- تشير الجمعية الدولية للكادميوم إلى أن هذا العنصر كان يُستخدم كصباغٍ في الطلاءات الحمراء، والبرتقالية والصفراء، نظرًا لزهوّ هذه الألوان في سلفيد الكادميوم الطبيعي.
- كان فينسينت فان غوخ من أبرز مستخدمي الطلاء المصبوغ بالكادميوم، وذلك حسب الجمعية الدولية للكادميوم.
- كانت ألمانيا المزوّد الوحيد للكادميوم حتى الحرب العالمية الأولى، وذلك أيضًا حسب الجمعية الدولية للكادميوم.
- تشير الوكالة الأمريكية للمسح الجيولوجي (USGS) إلى تواجد الكادميوم في خامات الزنك، وتُقدّر نسب الزنك إلى الكادميوم فيها بين 1:200 و1:400.
- يُعد الكادميوم سامًّا.
تأثيراته على الصحة والبيئة
قد يسبب الكادميوم عدة تأثيراتٍ صحية، حسب موقع لينتيك (Lenntech)، بما في ذلك من آلامٍ مِعَديّة، وإقياءٍ شديد، وإسهالٍ، وكسورٍ في العظام، واضطراباتٍ نفسية، وسرطانٍ، وأذيّاتٍ في الجهاز التكاثري، والجهاز العصبي المركزي، والجهاز المناعي، وربما الـ(DNA).
وتشير الـ(ATSDR) إلى تعرّض البشر والحيوانات للكادميوم بشكلٍ رئيسي من خلال الطعام، والشراب والتدخين، كما يتعرض له أولئك الذين يعملون بتماسٍ مباشرٍ معه عن طريق التنفس.
وتُعرف أطعمةٌ معينة مثل الخضار الورقية، والبطاطا، والحبوب، والفول السوداني، وفول الصويا، وبذور دوار الشمس، وأوراق التبغ، باحتوائها على مستوياتٍ عالية من الكادميوم، عادةً بين 0.05 و0.12 ملغ منه لكل كيلوغرام من المنتج، وذلك حسب الـ(ATSDR).
ويمتلك غير المدخنين عادةً متوسط 0.38 ميكروغرام من الكادميوم في كل لتر دم، بينما وُجدت مستويات بلغت 1.58 ميكروغرامًا من هذا العنصر في كل لتر دم لدى بعض مجموعات المدخنين، علمًا أن الكادميوم يتركّز في الكلى والكبد، وقد يبقى فيهما لسنواتٍ عديدة وينسحب من الجسم ببطء عن طريق البول والبراز.
وتتركز مخلفات الصناعات من الكادميوم بشكلٍ رئيسيّ في التربة، مع وصول كميّاتٍ صغيرة للهواء من خلال حرق الوقود الأحفوري والماء المار في المخلفات الصناعية، وذلك حسب موقع لينتيك.
كما يمكن أن يدخل الكادميوم إلى الموارد الغذائية عندما تمتصه النباتات من التربة، وتكون الكائنات التي تعيش في التربة، مثل دودة الأرض، شديدة العرضة للتسمم بالكادميوم، ما قد يؤثر بشكلٍ وخيمٍ على النظام البيئي في التربة بأكمله.
كما تميل أشكال الحياة البحرية، وكذلك الكائنات التي تعيش في المياه العذبة، كبلح البحر، والمحار، والقريدس والكركند والسمك، لأن تكون عرضةً للتسمم بالكادميوم.
الأبحاث الحالية
نظرًا لمعرفة التأثير المسرطن للكادميوم، تجري الكثير من الأبحاث لمعرفة آلية تأثيره الدقيقة على الصحة، وتوجد بعض الأدلة على احتمالية تعلّق التعرّض للكادميوم بالبدانة، ما قد يؤدي بدوره للعديد من الأمراض الأخرى كالسكري من النمط الثاني والأمراض القلبية الوعائية، وذلك حسب دراسةٍ مُجراة عام 2016 ومنشورة في دورية (Epigenomics)، وتشير الدراسة إلى أن وكالات الصحة البيئية قد صنّفت الكادميوم، إلى جانب معادن ثقيلة أخرى مثل الرصاص، ضمن الملوثات البيئية العشرة الأولى التي يزداد القلق حيالها، وأن التعرض لها قد يزيد من احتمالية خطر البدانة.
تنتج البدانة عن عوامل عديدة، حسب الدراسة، وقد درس الباحثون نماذج عن العلاقة بينها وبين التعرض للمعادن الثقيلة، وقد وجدوا أن تغيّرات الـ(DNA) قد تساهم فعلًا بالبدء المبكر للبدانة، وأن هذه التغيرات قد تطرأ نتيجةً للتعرض للكادميوم ومعادن ثقيلة أخرى، وخصوصًا خلال الفترة السابقة للولادة، علمًا أن البدانة قد أظهرت ارتباطًا وثيقًا مع وظائف الدماغ، كما يمكن للكادميوم أن يؤثر على التطوّر العصبيّ، مُخلًّا ربما بآلية عمل الإشارات المتعلقة بالشهية في الدماغ، ومؤديًا لتزايد استهلاك السعرات الحرارية.
- ترجمة: سارة وقاف
- تدقيق: سلام طالب
- المصدر
