Cadmium

Cadmium (selten auch Kadmium; von altgriechisch καδμία kadmía, lateinisch cadmia und cadmea „Galmei“) ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Cd und der Ordnungszahl 48. Es wird meist zu den Übergangsmetallen gezählt, obwohl es eine abgeschlossene d-Schale besitzt und damit eher den Hauptgruppenelementen, vor allem den Erdalkalimetallen ähnelt. Im Periodensystem steht es in der 5. Periode sowie der 2. Nebengruppe (Gruppe 12) oder Zinkgruppe.

Eigenschaften
[Kr] 4d^10 5s^2 48Cd Periodensystem
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl	Cadmium, Cd, 48
Elementkategorie	Übergangsmetalle
Gruppe, Periode, Block	12, 5, d
Aussehen	silbrig grau metallisch
CAS-Nummer	7440-43-9
EG-Nummer	231-152-8
ECHA-InfoCard	100.028.320
ATC-Code	D11AC02
Massenanteil an der Erdhülle	0,3 ppm
Atomar
Atommasse	112,414(4) u
Atomradius (berechnet)	155 (161) pm
Kovalenter Radius	144 pm
Van-der-Waals-Radius	158 pm
Elektronenkonfiguration	[Kr] 4d^10 5s^2
1. Ionisierungsenergie	8.993820(16) eV ≈ 867.77 kJ/mol
2. Ionisierungsenergie	16.908313(12) eV ≈ 1631.4 kJ/mol
3. Ionisierungsenergie	37.468(6) eV ≈ 3615.1 kJ/mol
4. Ionisierungsenergie	51.0(1,7) eV ≈ 4921 kJ/mol
5. Ionisierungsenergie	67.9(1,9) eV ≈ 6551 kJ/mol
Physikalisch
Aggregatzustand	fest
Kristallstruktur	hexagonal
Dichte	8,65 g/cm³ (25 °C)
Mohshärte	2,0
Magnetismus	diamagnetisch (χm = −1,9 · 10^−5)
Schmelzpunkt	594,22 K (321,07 °C)
Siedepunkt	1038 K (765 °C)
Molares Volumen	13,00 · 10^−6 m^3·mol^−1
Verdampfungsenthalpie	100 kJ/mol
Schmelzenthalpie	6,2 kJ·mol^−1
Schallgeschwindigkeit	2310 m·s^−1 bei 293,15 K
Austrittsarbeit	4,2 eV
Elektrische Leitfähigkeit	14,3 · 10^6 S·m^−1
Wärmeleitfähigkeit	97 W·m^−1·K^−1
Chemisch
Oxidationszustände	2
Normalpotential	−0,403 V (Cd^2+ + 2 e^− → Cd)
Elektronegativität	1,69 (Pauling-Skala)
Isotope
Isotop NH t1/2 ZA ZE (MeV) ZP ^106Cd 1,25 % Stabil ^107Cd {syn.} 6,50 h ε 1,417 ^107Ag ^108Cd 0,89 % Stabil ^109Cd {syn.} 462,6 d ε 0,214 ^109Ag ^110Cd 12,49 % Stabil ^111Cd 12,8 % Stabil ^112Cd 24,13 % Stabil ^113Cd 12,22 % 7,7 · 10^15 a β^− 0,316 ^113In ^113mCd {syn.} 14,1 a β^− 0,580 ^113In ^114Cd 28,73 % Stabil ^115Cd {syn.} 53,46 h β^− 1,446 ^115In ^116Cd 7,49 % (3,0±0,3) · 10^19 a β^−β^− ^116Sn
Weitere Isotope siehe Liste der Isotope
NMR-Eigenschaften
Spin- Quanten- zahl I γ in rad·T^−1·s^−1 Er (^1H) fL bei B = 4,7 T in MHz ^111Cd 1/2 5,698 · 10^7 0,00124 21,2 ^113Cd 1/2 5,961 · 10^7 0,00135 22,2
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 (CLP), ggf. erweitert (Flamme gilt nur für die nicht stabilisierte Form) Gefahr H- und P-Sätze H: 250​‐​350​‐​330​‐​361fd​‐​341​‐​372​‐​410 P: 210​‐​260​‐​273​‐​280​‐​308+313​‐​391​‐​405​‐​501
Zulassungs­verfahren unter REACH	besonders besorgnis­erregend: krebs­erzeugend (CMR), ernst­hafte Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit gelten als wahrscheinlich
Toxikologische Daten	2.330 mg·kg^−1 (LD50, Ratte, oral) 0,001–45 mg·l^−1 (LC50, Fisch, 96 Stunden) 0,000072–4 mg·l^−1 (LC50, Krustentiere, 48 Stunden) 0,58 mg·l^−1 (EC50, Krustentiere, 48 Stunden) 0,097–0,452 mg·l^−1 (EC50, Algen, 72 Stunden)
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Geschichte

1817 entdeckten Friedrich Stromeyer und Carl Samuel Hermann unabhängig voneinander Cadmium in verunreinigtem Zinkcarbonat. Stromeyer bemerkte, dass sich verunreinigtes Zinkcarbonat beim Erhitzen verfärbte – ein Verhalten, das reines Zinkcarbonat nicht zeigte.

Plinius der Ältere berichtet in seiner um das Jahr 77 entstandenen Naturkunde Naturalis historia von Galmeifunden in Germanien: “cadmea […] ferunt nuper etiam in Germania provincia repertum” (deutsch: „kürzlich wurde in der Provinz Germanien Galmei gefunden“). Die Bezeichnung Cadmium wurde schon im Mittelalter verwendet, vermutlich für Zink oder sein Carbonaterz. Wie aus einer von Kaiser Friedrich II. im April 1226 in Ravenna ausgestellten Urkunde hervorgeht, räumt dieser dem Benediktiner-Kloster St. Paul im Lavanttal das Recht ein “ut Cadmiae tam argentj quam plumbi et ferri, que in territorio ipsius monasteri de cetero inveniri contigerint, ad opus suum” (deutsch: „dass das Zink, sowie Silber, als auch Blei und Eisen, welches auf dem Gebiet des Klosters gefunden wird, für dessen Zwecke verwendet wird“).

Trotz der Giftigkeit von Cadmium und seinen Verbindungen verzeichnete der British Pharmaceutical Codex von 1907 Cadmiumiodid als Mittel zur Behandlung von geschwollenen Gelenken (enlarged joints), skrofulösen Drüsen (scrofulous glands) und Frostbeulen (chilblains).

1907 definierte die Internationale Astronomische Union ein Ångström als das 1/6438,4696-fache der Wellenlänge einer roten Spektrallinie des Cadmiums in trockener Luft mit einem Kohlendioxidgehalt von 0,03 % bei einer Temperatur von 15 °C und einem Druck von 1 atm. Die General Conference on Weights and Measures akzeptierte im Jahr 1960 die 1.553.164,13-fache Wellenlänge einer roten Spektrallinie des Cadmiums als Sekundärdefinition eines Meters.

1942 benutzte Enrico Fermi Cadmiumbleche im weltweit ersten Kernreaktor. Die Bleche konnten in den Reaktor hinein- und hinausgeschoben werden, um die Kettenreaktion steuern zu können. Cadmium kann moderierte Spaltneutronen einfangen und so die Kritikalität des Reaktors beeinflussen.

Vorkommen

Cadmium ist ein sehr seltenes Element. Sein Anteil an der Erdkruste beträgt nur etwa 3 · 10⁻⁵ %.Gediegen, das heißt in elementarer Form, kommt Cadmium äußerst selten vor. Bisher sind nur fünf Fundorte in drei Ländern bekannt: Der Fluss Khann'ya im Wiljui-Becken, das Jana-Flussbecken nahe Werchojansk und die Billeekh Intrusion in der russischen Republik Sacha (Jakutien, Ostsibirien); die Goldstrike-Gruben bei Lynn im Eureka County des US-Bundesstaates Nevada sowie das Burabaiskii-Massiv im Gebiet Aqmola von Kasachstan.

Als cadmiumhaltige Erze sind vor allem die Cadmiumblende Greenockit (CdS) mit bis zu 77,81 % Cd und der Cadmiumspat Otavit (CdCO₃) mit bis zu 65,20 % Cd bekannt, die allerdings zu selten für den kommerziellen Abbau sind. Beide sind fast immer mit verschiedenen Zinkerzen wie Sphalerit (ZnS) und Smithsonit (ZnCO₃) vergesellschaftet.

Insgesamt sind bisher (Stand 2018) etwas mehr als 20 Cadmiumminerale bekannt. Das sehr seltene Cadmiumoxid Monteponit hat den höchsten Cd-Gehalt mit bis zu 87,54 %. Weitere Minerale sind unter anderem Hawleyit (77,81 % Cd), Cadmoselit (58,74 % Cd) und Drobecit (IMA 2002-034, 40,07 % Cd).

Cadmium als Mineral

Natürlich vorkommendes Cadmium in seiner elementaren Form wurde erstmals 1979 durch B. V. Oleinikov, A. V. Okrugin und N. V. Leskova beschrieben und von der International Mineralogical Association (IMA) als eigenständige Mineralart anerkannt (Interne Eingangs-Nr. der IMA: 1980-086a).

Gemäß der Systematik der Minerale nach Strunz (9. Auflage) wird Cadmium unter der System-Nr. 1.AB.05 (Elemente – Metalle und intermetallische Verbindungen – Zink-Messing-Familie – Zink-Gruppe) eingeordnet. In der veralteten 8. Auflage der Strunz’schen Mineralsystematik ist Cadmium dagegen noch nicht aufgeführt. Nur im zuletzt 2018 aktualisierten „Lapis-Mineralienverzeichnis“, das sich aus Rücksicht auf private Sammler und institutionelle Sammlungen noch an dieser Form der System-Nummerierung orientiert, erhielt das Mineral die System- und Mineral-Nr. I/A.04-40. Die vorwiegend im englischsprachigen Raum verwendete Systematik der Minerale nach Dana führt das Element-Mineral unter der System-Nr. 01.01.05.02.

Gewinnung und Darstellung

Zeitliche Entwicklung der Cadmiumförderung

Cadmium wird ausschließlich als Nebenprodukt bei der Zinkverhüttung, in kleinem Umfang auch bei der Blei- und Kupferverhüttung gewonnen. Kleinere Mengen fallen auch beim Recycling von Eisen und Stahl an.

Die Gewinnung von Cadmium hängt vom Verfahren ab, wie das Zink gewonnen wird. Bei der trockenen Zinkgewinnung wird zunächst das Cadmium mit dem Zink reduziert. Da Cadmium einen niedrigeren Siedepunkt als Zink besitzt, verdampft es leichter. Dadurch verdampft ein Cadmium-Zink-Gemisch aus dem Reduktionsgefäß und reagiert an anderer Stelle mit Sauerstoff zu Cadmium- und Zinkoxid. Anschließend wird dieses Gemisch in einem Destillationsgefäß mit Koks vermischt und das Cadmium vom Zink abdestilliert. Durch fraktionierende Destillation lassen sich höhere Reinheiten an Cadmium erreichen.

Bei der nassen Zinkgewinnung werden die gelösten Cadmiumionen mit Zinkstaub reduziert und ausgefällt. Das dabei entstehende Cadmium wird mit Sauerstoff zu Cadmiumoxid oxidiert und in Schwefelsäure gelöst. Aus der so entstandenen Cadmiumsulfat-Lösung wird durch Elektrolyse mit Aluminiumanoden und Bleikathoden besonders reines Elektrolyt-Cadmium gewonnen.

Die weltweite Gewinnung von Cadmium betrug im Jahr 2020 ca. 24.000 Tonnen. Der größte Produzent ist China, gefolgt von Südkorea. Eine zunehmende Rolle bei der Cadmiumgewinnung spielt auch das Recycling von NiCd Batterien

Land	2006	2019	2020
Raffinerieerzeugung (in Tonnen)
Vereinigte Staaten Vereinigte Staaten	700	nicht veröffentlicht	nicht veröffentlicht
Australien Australien	400	348
Kanada Kanada	1.710	1.803	1.800
China Volksrepublik Volksrepublik China	3.000	8.200	10.000
Deutschland Deutschland	640	450
Indien Indien	450
Japan Japan	2.290	2.000	1.880
Kasachstan Kasachstan	2.000	1.500	1.500
Korea Sud Südkorea	3.250	4.400	3.000
Mexiko Mexiko	1.400	1.395	978
Niederlande Niederlande	570	1.100	880
Norwegen Norwegen	400
Peru Peru	420	772	700
Russland Russland	1.100	900	1.000
Usbekistan Usbekistan	400
Andere Länder	1.370	2.320	520
Gesamt (gerundet)	19.300	24.400	24.000

Eigenschaften

Ein Barren mit kristallinem Cadmium

Spektrum einer Cadmium-Gasentladung

Physikalische Eigenschaften

Cadmium ist ein silbrig glänzendes Metall mit einer Dichte von 8,65 g/cm³. Es ist weich (Mohshärte 2), plastisch verformbar und lässt sich ebenso mit dem Messer anschneiden wie zu Drähten ziehen und zu Blättchen aushämmern.

Cadmium erstarrt ausschließlich im hexagonalen Kristallsystem in der Raumgruppe P6₃/mmc (Raumgruppen-Nr. 194)Vorlage:Raumgruppe/194 in einer hexagonal dichtesten Kugelpackung (hcp, Magnesium-Typ). Die Gitterparameter von reinem Cadmium betragen a = 0,2979 nm (entspricht 2,98 Å) und c = 0,5617 nm (entspricht 5,62 Å) bei 2 Formeleinheiten pro Elementarzelle. Ähnlich wie bei Zinn treten beim Verbiegen von Cadmium mittlerer Reinheit typische Geräusche auf (bei Zinn Zinngeschrei genannt). Poliertes Cadmium verliert an Luft nach einigen Tagen seinen Glanz, auch wenn es korrosionsbeständiger ist als Zink. In kohlensäurehaltiger Luft bildet es einen grauweißen, kohlendioxidhaltigen Überzug. Stark erhitzt verbrennt es mit rötlicher bis gelber Flamme zu bräunlich dampfendem Cadmiumoxid CdO.

CdO wurde wegen seiner hohen Toxizität im Zweiten Weltkrieg von den USA auf seine Verwendbarkeit als chemischer Kampfstoff untersucht.

Chemische Eigenschaften

In chemischen Verbindungen liegt es meist zweiwertig vor. Chemisch gleicht es dem Zink, es neigt aber eher zur Bildung von Komplex-Verbindungen mit der Koordinationszahl 4. An der Luft bildet Cadmium durch die Oxidation eine Verdunklung der Oberfläche. In alkalischem Milieu ist die Oberfläche unlöslich, in Schwefelsäure und Salzsäure schwer und in Salpetersäure gut löslich.

Verwendung

Wegen der hohen Toxizität von Cadmium nimmt dessen Bedeutung ab. Seit Dezember 2011 ist es in Schmuck, Legierungen zum Löten und in PVC in der Europäischen Union verboten. Cadmium wird bzw. wurde eingesetzt:

• als Korrosionsschutz für Eisenwerkstoffe (Kadmierung und massive Verlustanoden im Schiffbau)
• als Oberflächenüberzug für Aluminiumwerkstoffe in der Wehrtechnik (z. B. bei Raketenwerfern)
• für Nickel-Cadmium-Akkumulatoren
• für gelbe bis tiefrote Farbpigmente aus Cadmiumsulfid und Cadmiumselenid für Lacke und Kunststoffe (mittlerweile geringe Praxisbedeutung wegen möglicher Gesundheitsgefährdung, vor allem bei der Verbrennung entsprechender Artikel)
• als Legierungsmetall in niedrigschmelzenden Legierungen, zum Beispiel Lagerwerkstoffe oder Woodsches Metall
• Cadmium-Kupfer-Legierungen (um 1 % Cd) mit guter Festigkeit bei noch guter Leitfähigkeit; Einsatzgebiete u. a. in Freileitungen, Oberleitungen und Schweißelektroden
• früher als Schmiermittel in Scheibenbremsen
• als Bestandteil von Lötwerkstoffen (Lötzinn), auch für Hartlote
• zur Herstellung von Halbleitern
• Cadmiumoxid als Leuchtstoff in Schwarz-Weiß-Fernsehröhren sowie Zusatz in Blau- und Grünphosphor von Farbröhren
• Cadmiumoxid als Beimischung zu Silber in Schaltkontakten
• als Abschirmmaterial gegen thermische Neutronen und für Regelstäbe in der Nukleartechnik aufgrund des besonders hohen Wirkungsquerschnitts des Isotops 113 für den Neutroneneinfang
• als Quelle von energiereicher Gammastrahlung (rund 7 MeV) aus thermischen Neutronen zur späteren Erzeugung von Positronen durch Paarerzeugung
• Cadmiumsulfid in Belichtungsmessern, deren spektrale Empfindlichkeit der des menschlichen Auges gleicht
• Cadmiumtellurid als infrarotempfindlicher Sensor für Kameras (focal plane arrays)
• in Dünnschicht-Solarzellen als Cadmiumtellurid oder Cadmiumsulfid zur Stromerzeugung
• Cd-Stearat als Stabilisator in Kunststoffen beispielsweise in PVC (unempfindlich gegen Licht, allerdings mittlerweile von geringer Praxisbedeutung wegen möglicher Gesundheitsgefährdungen)
• früher in den Weston-Normalelementen zur Festlegung der Maßeinheit der elektrischen Spannung, 1 Volt
• Cadmium-Bismut-Legierungen für Schmelzsicherungen
• Silber-Cadmium-Legierungen als Desoxidationsmittel in der Herstellung von Sterling-Silber
• bei Schmuckwaren: goldgrüne Gold-Cadmium-Legierungen
• Cadmium-Lampe
• Helium-Cadmium-Laser
• Cadmium-Ionen zur Blockade spannungsaktivierter Calciumkanäle in der Elektrophysiologie
• zum Färben von Glas in Gelb, Orange und Rot durch Zusatz von Cadmiumsulfid, -selenid und -tellurid oder Mischungen davon.

Die Cadmium-Chalkogenide Cadmiumsulfid (gelb), Cadmiumselenid (rot) und Cadmiumtellurid (schwarz) sind wichtige II-VI-Halbleiter. Sie werden beispielsweise nanopartikulär als Quantenpunkte (engl. Quantum Dots) hergestellt und u. a. in der Biochemie in-vitro eingesetzt.

Nachweis

Als Vorprobe für Cadmium kann die sogenannte Glühröhrchenprobe dienen. Hierzu wird etwas Ursubstanz in einem hochschmelzenden Glühröhrchen erhitzt und das entstehende Sulfid-Oxid-Gemisch mit Natriumoxalat zu den Metallen reduziert. Als leichtflüchtiger Bestandteil verdampft Cadmium und scheidet sich als Metallspiegel am oberen Teil des Röhrchens ab.

Durch anschließende Zugabe von Schwefel und erneutem Glühen bildet sich aus dem Metallspiegel und Schwefeldampf Cadmiumsulfid, welches in der Hitze rot und bei Raumtemperatur gelb ist. Dieser Farbwechsel lässt sich einige Male wiederholen.

Als Nachweisreaktion für Cadmium-Kationen gilt die Ausfällung mit Sulfid-Lösung oder Schwefelwasserstoff-Wasser als gelbes Cadmiumsulfid. Andere Schwermetallionen stören diesen Nachweis, so dass zuvor ein Kationentrenngang durchzuführen ist.

Zur quantitativen Bestimmung von Cadmiumspuren bietet sich die Polarographie an. Cadmium(II)-Ionen geben in 1 M KCl eine Stufe bei −0,64 V (gegen SCE). Im Ultraspurenbereich kann die Inversvoltammetrie an Quecksilberelektroden eingesetzt werden. Sehr empfindlich ist auch die Graphitrohr-AAS von Cadmium. Hierbei können noch 0,003 µg/l nachgewiesen werden. Das relativ leicht flüchtige Element verträgt dabei keine hohe Pyrolysetemperatur. Ein Matrixmodifizierer wie Palladium-Magnesiumnitrat kann Abhilfe schaffen.

Sicherheitshinweise

Cadmium ist als sehr giftig und seine Verbindungen von gesundheitsschädlich (wie Cadmiumtellurid) über giftig (z. B. Cadmiumsulfid) bis sehr giftig (so bei Cadmiumoxid) eingestuft; außerdem besteht begründeter Verdacht auf krebsauslösende Wirkung beim Menschen. Eingeatmeter cadmiumhaltiger Staub führt zu Schäden an Lunge, Leber und Niere.

In Arbeitsbereichen, in denen mit erhitzten Cadmiumverbindungen gearbeitet wird (Lötplätze und Cadmierbäder), ist für eine gute Durchlüftung oder Absaugung zu sorgen.

In der Europäischen Union gilt seit 10. Dezember 2011 für Cadmium ein Verbot der Verwendung und des Inverkehrbringens in vielen Kunststoffen, Farben, Stabilisierungsmitteln, Loten sowie bestimmten Metallerzeugnissen, insbesondere Bedarfsgegenständen wie etwa Schmuck Vorher war in Silberhartlot typischerweise 10 % bis 25 %, in Schmuck für Kinder bis zu 30 %, in PVC 0,2 % Cadmium enthalten. Oft wird für das Inverkehrbringen ein Grenzwert von 0,01 Gewichtsprozent (100 mg/kg) gesetzt, da man davon ausgeht, dass es sich bei einem Gehalt darunter um eine unbeabsichtigte, also unvermeidbare Verunreinigung handelt. Mit der Verordnung (EU) 2016/217 vom 16. Februar 2016 wurde das Verbot auf das Inverkehrbringen von Cadmium in bestimmten Anstrichfarben und Lacken – auch mit höherem Zinkgehalt – und in mit solchen Mitteln gestrichenen Erzeugnissen erweitert. Es gibt noch Ausnahmen etwa für bestimmte Baustoffe wie Zäune aus hartem PVC-Recyclat, sofern der Cadmiumgehalt im Kunststoff 0,1 Masseprozent nicht übersteigt und das Erzeugnis als Recycling-PVC gekennzeichnet ist, für besondere Anwendungen wie Luftfahrt oder Militär oder wegen der hohen Leistungsdichte für Ni-Cd-Akkus in Schnurloselektrogeräten.

Lebensmittelrechtliche Regelungen

In der EU werden die Höchstmengen an Cadmium in Lebensmitteln durch die Verordnung (EU) Nr. 2023/915 geregelt. Die jeweiligen Höchstgrenzen hängen dabei vom Erzeugnis ab und orientieren sich auch daran, was durch gute Herstellungspraxis oder gute landwirtschaftliche Praxis erreichbar ist. Der niedrigste Wert wird für flüssige Säuglingsnahrung, die aus Kuhmilchproteinen oder aus Kuhmilchproteinhydrolysaten hergestellt ist, mit 0,005 mg/kg vorgeschrieben. 0,050 mg/kg ist der Grenzwert etwa für Fleisch, tropische Wurzeln und Knollen, Knoblauch, Roggen, Gerste und verschiedene Früchte und Kulturpilze. Für Krebstiere gilt ein Grenzwert von 0,50 mg/kg, für Muscheln ein Grenzwert von 1,0 mg/kg. In Mohnsamen sind maximal 1,2 mg/kg und in Nahrungsergänzungsmitteln sogar bis zu 3,0 mg/kg erlaubt.

Die Höchstmenge an Cadmium im Trinkwasser in der EU wird durch die Richtlinie (EU) 2020/2184 auf 5 μg/l festgelegt.

Toxikologie

Cadmium ist in der chemischen Industrie ein unvermeidbares Nebenprodukt der Zink-, Blei- und Kupfergewinnung. Auch in Düngern und Pestiziden ist Cadmium zu finden.

Aufnahme und Gefahren

Die Weltgesundheitsorganisation hat ihre Aussage zur tolerierbaren Aufnahmemenge für Cadmium in den letzten Jahren mehrfach nach unten angepasst, zuletzt 2013 auf eine tolerierbare monatliche Aufnahmemenge (TMI) von 25 µg je Kilogramm Körpergewicht. Die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit hat 2009 einen wiederum deutlich niedrigeren Wert von 2,5 µg je Kilogramm Körpergewicht tolerierbare wöchentlich Aufnahmemenge (TWI) ausgegeben.

Cadmium wird vom Menschen hauptsächlich durch die Nahrung aufgenommen. Zu den cadmiumreichen Nahrungsmitteln zählen: Leber, Pilze, Muscheln und andere Schalentiere, Kakaopulver und getrockneter Seetang. Darüber hinaus enthalten Leinsamen viel Cadmium, weshalb empfohlen wird, täglich nicht mehr als 20 g Leinsamen zu sich zu nehmen. Zudem kommt es seit der Einführung von Kunstdüngern zu einer Anreicherung von Cadmium auf landwirtschaftlichen Flächen und somit in nahezu allen Lebensmitteln. Die Ressourcen von Phosphaten sind begrenzt, und die meisten Vorkommen sind belastet mit Cadmium oder radioaktiven Schwermetallen. Der Cadmiumgehalt der Phosphatlagerstätten ist sehr unterschiedlich. Viele Industrieländer haben bereits einen Grenzwert für Cadmium in Düngemitteln eingeführt. So gilt für das Inverkehrbringen von Düngemittel in Deutschland ein Grenzwert von 1,5 mg/kg und bei Düngemittel mit mehr als 5 % Phosphat bei 50 mg/kg, während diese Grenzwerte in Österreich bei 3 mg/kg und 75 mg/kg P₂O₅ liegen. In der Schweiz werden die Grenzwerte seit Jahren regelmäßig überschritten. Auch Tabakrauch transportiert relativ große Cadmiummengen in die Lungen, von wo aus es sich mit dem Blut im Körper verteilt.

Besonders Personen, die in Fabriken mit hohem Cadmiumausstoß arbeiten, sind erhöhten Gefahren ausgesetzt. Auch von wilden Müllplätzen, Metallwerken oder Bränden gehen Gefahren aus. Das Einatmen von Cadmium kann die Lungen ernsthaft schädigen und sogar zum Tod führen. Dokumentierte Folgen nach Unfällen in der Industrie – wie in der chinesischen Provinz Guangdong – oder nach jahrzehntelanger Emissionen – wie im Falle der Itai-Itai-Krankheit (bei Menschen) und der Gressenicher Krankheit (bei Weidevieh) – machen die realen Gefahren deutlich.

Schädigungen im Menschen

Cadmium kann sich industrie- oder umweltbedingt allmählich im Körper anreichern und eine schwer erkennbare chronische Vergiftung hervorrufen.

Cadmium wird aus der Nahrung zu ungefähr 5 % im Darm resorbiert. Bei Eisen- und Calciummangel steigt die Resorptionsrate, was annehmen lässt, dass alle drei Metalle denselben Transportweg nutzen. Cadmium stimuliert zunächst in der Leber die Synthese von Metallothioneinen, mit denen es einen Komplex bildet und über den Blutkreislauf zu den Nierenglomeruli transportiert, dort filtriert und aus den Nierentubuli wieder aufgenommen wird. In den Tubuluszellen wird der Metallothionein-Cadmium-Komplex metabolisiert und Cd freigesetzt. Cd aktiviert hier wiederum eine vermehrte Metallothioneinsynthese, wodurch noch mehr Cadmium gebunden wird. Durch die Akkumulation in den Nieren kommt es zu Schädigungen dieses Organs mit der Folge einer Proteinurie. Durch diese Proteinbindung wird Cadmium nur extrem langsam ausgeschieden, die Halbwertszeit für den Verbleib im Körper beträgt bis zu 30 Jahren. Daher steigt der Cadmiumgehalt von Geburt an und fällt erst wieder bei einem Alter von 50–60 Jahren.

Cadmium schädigt auch die Knochen, da es letztendlich zur Mobilisierung des Calciums führt. Cd konkurriert im Darm mit dem Calcium um die Bindungsstellen am Ca-bindenden Protein in der Darmmukosa. Zusätzlich blockiert Cd die Neusynthese des 1,25-Dihydroxycholecalciferol (Calcitriol) in den Nierentubuluszellen. 1,25-Dihydroxycholecalciferol ist notwendig, um die Synthese des Calciumbindenden Proteins in der Darmmukosazelle zu aktivieren. In summa bewirkt Cadmium eine verminderte Rückresorption des Calciums in Darm und Niere sowie die erhöhte Ausscheidung mit dem Harn mit der Folge einer Calciumfreisetzung aus den Knochen und damit dem Abbau derselbigen.

Bei einer akuten Cadmiumvergiftung kann die biliäre Ausscheidung durch Gabe von Penicillamin oder Dimercaprol unterstützt werden. Eine effektive, darüber hinausgehende Therapie einer akuten Cadmiumvergiftung ist nicht bekannt.

Symptome

• Durchfall, Magenschmerzen und heftiges Erbrechen
• Nierenschädigung
• Knochenbrüche
• Schäden am Zentralnervensystem
• Schäden am Immunsystem
• Störungen in der Fortpflanzung und eventuell sogar Unfruchtbarkeit
• Psychische Störungen
• Mögliche DNA-Schäden und Krebsentstehung
• Verlust des Geruchssinns

Verbindungen

→ Kategorie:Cadmiumverbindung

Oxide und Hydroxide

• Cadmiumoxid CdO
• Cadmiumhydroxid Cd(OH)₂

Halogenide

• Cadmiumfluorid CdF₂
• Cadmiumchlorid CdCl₂
• Cadmiumbromid CdBr₂
• Cadmiumiodid CdI₂

Chalkogenide

• Cadmiumsulfid CdS
• Cadmiumselenid CdSe
• Cadmiumtellurid CdTe

Sonstige Verbindungen

• Cadmiumsulfat CdSO₄
• Cadmiumnitrat Cd(NO₃)₂
• Cadmiumcyanid Cd(CN)₂
• Cadmiumstearat Cd(C₁₇H₃₅COO)₂

Literatur

• A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 102. Auflage. Walter de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1.
• Hans Breuer: dtv-Atlas Chemie 1. Allgemeine und anorganische Chemie. 10. Auflage. Dtv, München 2006, ISBN 3-423-03217-0.

Weblinks

Wiktionary: Cadmium – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Commons: Cadmium – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Wikibooks: Praktikum Anorganische Chemie/ Cadmium – Lern- und Lehrmaterialien

• Reinstcadmium 99,999 % als Bild in der Sammlung von Heinrich Pniok
• Cadmium in Lebensmitteln Bundesinstitut für Risikobewertung, 2009

Einzelnachweise

1. Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
2. Die Werte der atomaren und physikalischen Eigenschaften (Infobox) sind (soweit nicht anders angegeben) aus www.webelements.com (Cadmium) entnommen.
3. CIAAW, Standard Atomic Weights Revised 2013.
4. (Memento vom 3. März 2016 im Internet Archive).
5. Eintrag zu cadmium in Kramida, A., Ralchenko, Yu., Reader, J. und NIST ASD Team (2019): NIST Atomic Spectra Database (ver. 5.7.1). Hrsg.: NIST, Gaithersburg, MD. doi:10.18434/T4W30F (physics.nist.gov/asd).  Abgerufen am 11. Juni 2020.
6. Eintrag zu cadmium bei WebElements, www.webelements.com, abgerufen am 11. Juni 2020.
7. N. N. Greenwood, A. Earnshaw: Chemie der Elemente. 1. Auflage. 1988, ISBN 3-527-26169-9, S. 1545.
8. David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90. Auflage. (Internet-Version: 2010), CRC Press / Taylor and Francis, Boca Raton FL, Properties of the Elements and Inorganic Compounds, S. 4-142 – 4-147. Die Werte dort sind auf g/mol bezogen und in cgs-Einheiten angegeben. Der hier angegebene Wert ist der daraus berechnete maßeinheitslose SI-Wert.
9. Yiming Zhang, Julian R. G. Evans, Shoufeng Yang: Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks. In: Journal of Chemical & Engineering Data. 56, 2011, S. 328–337, doi:10.1021/je1011086.
10. K.-H. Schulte-Schrepping, M. Piscator: Cadmium and Cadmium Compounds. In: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH Verlag, Weinheim 2005, doi:10.1002/14356007.a04_499.
11. Ludwig Bergmann, Clemens Schaefer, Rainer Kassing: Lehrbuch der Experimentalphysik, Band 6: Festkörper. 2. Auflage. Walter de Gruyter, 2005, ISBN 3-11-017485-5, S. 361.
12. Eintrag zu Cadmium (pyrophor) in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 1. April 2022. (JavaScript erforderlich)
13. Eintrag zu Cadmium im Classification and Labelling Inventory der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA), abgerufen am 1. August 2016. Hersteller bzw. Inverkehrbringer können die harmonisierte Einstufung und Kennzeichnung erweitern.
14. Eintrag in der SVHC-Liste der Europäischen Chemikalienagentur, abgerufen am 25. September 2014.
15. Zitiert nach: Ludwig H. Hildebrandt: Schwermetallbelastungen durch den historischen Bergbau im Raum Wiesloch. (PDF 9,1 MB), Landesanstalt für Umweltschutz Baden-Württemberg, Stuttgart 1996.
16. Beda Schroll, in: Fontes Rerum Austriacarum. Band XXXIX, Wien 1876, Urkunde Nr. 50, S. 117–118.
17. dtv-Atlas Chemie. Band 1, dtv-Verlag, 2000.
18. Fundortliste für gediegenes Cadmium beim Mineralienatlas und bei Mindat (englisch).
19. Webmineral – Mineral Species sorted by the element Cd (Cadmium)
20. Michael Fleischer, Louis J. Cabri, George Y. Chao, Adolf Pabst: New Mineral Names. In: American Mineralogist, Volume, pages. Band 65, Nr. 9–10, 1980, S. 1065–1070 (minsocam.org [PDF; 703 kB; abgerufen am 14. Januar 2019]). 
21. IMA/CNMNC List of Mineral Names; July 2019 (PDF 1,7 MB; Cadmium siehe S. 30).
22. IMA/CNMNC List of Mineral Names 2009 (englisch, PDF 1,8 MB, Cadmium S. 42)
23. Stefan Weiß: Das große Lapis Mineralienverzeichnis. Alle Mineralien von A – Z und ihre Eigenschaften. Stand 03/2018. 7., vollkommen neu bearbeitete und ergänzte Auflage. Weise, München 2018, ISBN 978-3-921656-83-9. 
24. David Barthelmy: Minerals Arranged by the New Dana Classification. 01.01.05. In: webmineral.com. Abgerufen am 14. Januar 2019 (englisch). 
25. U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries 2022: Cadmium.
26. U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries 2008: Cadmium.
27. U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries 2021: Cadmium.
28. Eintrag zu Cadmium. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 12. März 2018.
29. Ralph W. G. Wyckoff: Crystal Structures. 2. Auflage. Band 1. John Wiley & Sons, New York, London, Sydney 1963, S. 5 (Anhang [PDF]). 
30. Hugo Strunz, Ernest H. Nickel: Strunz Mineralogical Tables. Chemical-structural Mineral Classification System. 9. Auflage. E. Schweizerbart’sche Verlagsbuchhandlung (Nägele u. Obermiller), Stuttgart 2001, ISBN 3-510-65188-X, S. 37. 
31. REACH: EU verbietet Cadmium in Schmuck, in Legierungen zum Löten und in PVC. Abgerufen am 17. November 2011. 
32. Verordnung (EU) Nr. 494/2011 der Kommission vom 20. Mai 2011 zur Änderung der Verordnung (EG) Nr. 1907/2006 des Europäischen Parlaments und des Rates zur Registrierung, Bewertung, Zulassung und Beschränkung chemischer Stoffe (REACH) in der konsolidierten Fassung vom 10. Juni 2011 hinsichtlich Anhang XVII (Cadmium)
33. Georg Holtfester: Cadmierte Bauteile in Waffensystemen der Bundeswehr. In: Gefahrstoffe – Reinhalt. Luft. 77, Nr. 10, 2017, S. 429–432.
34. Eberhard Gerdes: Qualitative Anorganische Analyse. 2. Auflage. Springer, Berlin/ Heidelberg 2001, S. 64–65.
35. J. Heyrovský, P. Zuman: Einführung in die praktische Polarographie. VEB Verlag Technik, Berlin 1959, S. 179.
36. R. Neeb: Inverse Polarographie und Voltammetrie. Akademie-Verlag, Berlin 1969, S. 192.
37. G. Schwedt: Analytische Chemie. Thieme Verlag, Stuttgart 1995, S. 197.
38. Artikel 67 der REACH-Verordnung, Anhang XVII, Eintrag 23. In Deutschland ist ein Verstoß eine Straftat nach § 3 Abs. 1 Chemikalien-Verbotsverordnung und § 27 Chemikaliengesetz
39. Europäische Rechtsänderungen. In: Umwelt Magazin. Heft 7/8 2011, S. 52
40. European Commission: (Memento vom 27. Mai 2012 im Internet Archive) (PDF; 2,7 MB), April 2010.
41. so Erwägung Nr. 5 zur Verordnung (EU) 2016/217 der Kommission vom 16. Februar 2016
42. Verordnung (EU) 2016/217 der Kommission vom 16. Februar 2016, abgerufen am 18. Februar 2016
43. Evaluations of the Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives (JECFA). Cadmium. JECFA, 2013, abgerufen am 4. Mai 2016 (englisch). 
44. Pressemitteilung – EFSA legt niedrigeren Wert für die tolerierbare Aufnahmemenge von in Lebensmitteln enthaltenem Cadmium fest. EFSA, 20. März 2009, abgerufen am 4. Mai 2016. 
45. (Memento des Originals vom 18. November 2014 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/ec.europa.eu.
46. Anlage 2 Ziff. 1.4.3 zur Düngemittelverordnung. Für Düngemittel zur Verwendung auf Böden, die nicht der Lebensmittelerzeugung dienen, gilt ein Grenzwert von 2,5 mg/kg TM
47. Düngemittelverordnung 2004; BGBl. II Nr. 100/2004 Anlage 2 zu § 2, Ziff. II.1; für Kultursubstrat gilt ein Grenzwert von 1 mg/kg.
48. Roger Müller: Illegaler Dünger: Industrie verletzt seit Jahren Grenzwerte. In: srf.ch. 24. November 2015, abgerufen am 28. Dezember 2022. 
49. Der Spiegel: Erneut chinesischer Fluss verseucht, 8. Januar 2006.
50. RP Online: Behörden finden mit Cadmium verseuchten Reis, 21. Mai 2013.
51. H. H. Zhang, J. J. Chen, L. Zhu, F. B. Li, Z. F. Wu: Spatial patterns and variation of soil cadmium in Guangdong Province, China. In: Journal of Geochemical Exploration (= Pedogeochemical mapping of potentially toxic elements). Band 109, Nr. 1, 1. April 2011, S. 86–91, doi:10.1016/j.gexplo.2010.10.014. 
52. G. Eisenbrand, M. Metzler: Toxikologie für Chemiker. Georg Thieme Verlag, Stuttgart 1994, ISBN 3-13-127001-2, S. 66.
53. Hans Konrad Biesalski u. a.: Ernährungsmedizin. 4. Auflage. Thieme Verlag, 2010, ISBN 978-3-13-100294-5, S. 203.

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