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Cadmium

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Vorlage:Infobox Chemisches Element

Cadmium (auch Kadmium; von Vorlage:GrcS, Vorlage:LaS und Vorlage:Lang „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.

Cadmium ist ein silbergraues, weiches, duktiles und sehr giftiges Metall, welches als eher selten auf der Erde gilt, besonders in reiner Form. Es kommt meistens in Mineralien vor, darunter Monteponit, Greenockit oder aber auch Cadmoselit. Cadmium wird hauptsächlich in China abgebaut. Es findet Verwendung in Lampen, Lasern, Batterien sowie als Pigment. Aufgrund seiner enormen Toxizität wird es allerdings in bestimmten Anwendungen von weniger giftigen Alternativen verdrängt, für einige Applikationen wurde es sogar in bestimmten Ländern verboten.

Geschichte

Datei:Friedrich Stromeyer.jpg
Friedrich Stromeyer

1817 entdeckte Friedrich Stromeyer in Apotheken im Fürstentum Hildesheim Zinkcarbonat einer Fabrik aus Salzgitter, das sich ungewöhnlich verhielt. Dieses verfärbte sich beim Glühen zum Zinkoxid gelblich anstatt wie reines Zinkoxid weiß zu bleiben. Eine Verunreinigung mit Eisen oder Blei konnte ausgeschlossen werden. Bei Untersuchungen entdeckte Stromeyer, dass die Farbe von einem bislang unbekannten Element stammen musste.<ref name="Stromeyer1917">Friedrich Stromeyer: Ein neu entdecktes Metall und Analyse eines neuen Minerals. In: Journal für Chemie und Physik. Band 21, 1817, S. 297–306 (online).</ref> Gleichzeitig fand der Medizinalrat Johann Christoff Heinrich Roloff verunreinigtes Zinkoxid in verschiedenen Apotheken im Umland von Magdeburg. Dieses stammten aus der von Carl Samuel Hermann gegründeten chemischen Fabrik in Schönebeck, das Ursprungsmaterial aus schlesischen Vorkommen. Roloff vermutete zunächst eine Arsen-Verunreinigung, erkannte aber bald seinen Irrtum und ging nun von einem bislang unbekannten Element aus.<ref>Johann Christoff Heinrich Roloff: Zur Geschichte des Kadmium. In: Annalen der Physik. 1819, Band 61, Nummer 2, S. 205–210, Vorlage:DOI.</ref>

Neben Stromeyer untersuchten auch Hermann<ref>Carl Samuel Hermann: Entdeckung zweier neuen Metalle in Deutschland. In: Annalen der Physik. 1818, Band 59, Nummer 5, S. 95–108, Vorlage:DOI.</ref> und weitere Chemiker das Zinkoxid und versuchten, das unbekannte Element zu isolieren. Stromeyer löste die Ausgangssubstanz zunächst in Schwefelsäure und leitete Schwefelwasserstoff durch die Lösung. Das entstandene Cadmiumsulfid wurde in Salzsäure gelöst und mit Ammoniumcarbonat wurde Cadmiumcarbonat ausgefällt. Dieses wurde zum Cadmiumoxid geglüht und schließlich mit Holzkohle zum Metall reduziert. Für dieses konnte Stromeyer einige Eigenschaften bestimmen, etwa ein spezifisches Gewicht von 8,6944.<ref>Friedrich Stromeyer: Ueber das Kadmium. In: Annalen der Physik. 1818, Band 60, Nummer 10, S. 193–210, Vorlage:DOI.</ref> Er wählte den Namen Kadmium für das neue Element, da er es in Zinkoxid gefunden hatte.<ref name="Stromeyer1917"/> Weitere vorgeschlagene Namen waren Klaprothium (nach Martin Heinrich Klaproth), Melinum (nach lateinisch melinus für Quitten auf Grund der Farbe) und Junionium (nach Juno). Zwischen Stromeyer, Hermann und Roloff entwickelte sich eine Diskussion, wer von ihnen als Entdecker des Cadmiums gelten kann, jedoch blieb der von Stromeyer vergebene Name für das Element.<ref>Marco Fontani, Mariagrazia Costa, Mary Virginia Orna: The Lost Elements. Oxford University Press, 2015, ISBN 978-0-19-938334-4, S. 59–61.</ref><ref>R. J. Meyer: Cadmium. In: Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie. Springer, 1974, ISBN 978-3-662-11295-3, S. 32.</ref>

Der Name Cadmium oder Kadmium leitet sich vom lateinischen bzw. griechischen Namen cadmia bzw. kadmeia des Zinkerzes Galmei ab. Dieses ist schon seit der Antike bekannt und wird unter anderem von Plinius dem Älteren in der Naturalis historia und Pedanios Dioskurides erwähnt.<ref>Vorlage:RE</ref> Woher die Bezeichnung ursprünglich stammt, ist unklar. Eine Möglichkeit ist, dass sie ursprünglich auf den mythologischen Kadmos zurückgeht, der angeblich als erster Zinkerze in Griechenland verhüttet hat. Georgius Agricola schrieb, dass der Name von der Pflanzenart Kalmus (lateinisch calamus) stamme, da Galmei im Brennofen ähnlich aussehende dünne Stalaktiten bildet.<ref>F. M. Endlich: On Some Interesting Derivations of Mineral Names. In: The American Naturalist. Band 22, Nr. 253, 1888, S. 21–32 (Vorlage:JSTOR).</ref><ref>Helen L. Creech, C.O. Lee: The history of calamine. In: The Journal of the American Pharmaceutical Association. 1939, Band 28, Nummer 2, S. 116–118, Vorlage:DOI.</ref>

Cadmium wurde ab etwa 1829 in Oberschlesien produziert und für Legierungen mit niedrigem Schmelzpunkt, Letternmetall und die blaue Flammenfarbe von Feuerwerk genutzt. Schon Stromeyer schlug die Verwendung von Cadmiumsulfid als gelbes Pigment in der Malerei vor. 1829 führte Melandri Cadmiumgelb in die Ölmalerei ein, aber erst ab den 1840er Jahren standen größere Mengen Cadmiumverbindungen zur Verfügung und es wurde von verschiedenen Malern wie Claude Monet verwendet.<ref>Inge Fiedler, Michael A. Bayard: Cadmium Yellows, Oranges and Reds. In: Robert L. Feller (Hrsg.): Artists´ Pigments. A Handbook of Their History and Characteristics. Archetype Publications London, 1986, ISBN 978-1-904982-74-6, S. 65–69.</ref>

Die Giftigkeit von Cadmiumverbindungen wurde erstmals 1858 beobachtet.<ref>Gunnar F. Nordberg: Historical perspectives on cadmium toxicology. In: Toxicology and Applied Pharmacology. 2009, Band 238, Nummer 3, S. 192–200, Vorlage:DOI.</ref> Trotzdem wurden im 19. Jahrhundert Cadmiumiodid und Cadmiumsulfat gelegentlich medizinisch verwendet. Letzteres wurde als Brechmittel eingesetzt.<ref>John Uri Lloyd: The Chemistry of Medicines, Practical. 2. Auflage, Robert Clarke Cincinnati, 1881, S. 237–238 (Vorlage:Google Buch).</ref>

1907 definierte die Internationale Astronomische Union ein Ångström über eine Wellenlänge des Cadmiums. Eine rote Cadmium-Spektrallinie wurde auf Anregung von Albert Michelson auf 6438,4696 Å festgelegt. Diese Definition galt bis 1960, als das Ångström zusammen mit dem Meter nach einer bestimmten Wellenlänge des Kryptons definiert wurde.<ref>Nadezda V. Tarakina, Bart Verberck: A portrait of cadmium. In: Nature Chemistry. 2016, Band 9, Nummer 1, S. 96, Vorlage:DOI.</ref>

Vorkommen

Datei:Greenockite-259580.jpg
Greenockit

Cadmium ist mit einem Gehalt von 0,15 ppm in der kontinentalen Erdkruste ein seltenes Element.<ref>Vorlage:CRC Handbook</ref> Auch wenn man die gesamte Erde betrachtet, ist der Cadmiumgehalt mit 0,18 ppm vergleichbar. Dabei ist der Anteil im Erdkern mit 0,32 ppm relativ hoch, während im Erdmantel nur geringe Mengen des Elements vorhanden sind.<ref name="CoreComposition" details="S. 27.">Rebecca A. Fischer, William F. McDonough: Earth's core composition and core formation. In: Ariel Anbar, Dominique Weis (Hrsg.): Treatise on Geochemistry. 3. Auflage, Elsevier, 2025, ISBN 978-0-323-99763-8.</ref> Dies liegt darin, dass Cadmium ein moderat volatiles Element ist und unter den Bedingungen der Erdentstehung sowohl siderophile (eisenliebende) als auch chalkophile (schwefelliebende) Eigenschaften aufweist.<ref>Gabriel Devos, Frédéric Moynier, John Creech, Deze Liu, Igor S. Puchtel, Martin Bizzarro: Cadmium isotope composition of the Earth’s mantle inferred from analysis of oceanic basalts and komatiites. In: Chemical Geology. Band 650, 2024, Artikel 121996, Vorlage:DOI.</ref> Dadurch sind bei der Entstehung der Erde große Mengen Cadmium in den Kern abgesunken, es wird geschätzt, dass über 80 % des auf der Erde vorhandenen Cadmium sich im Kern befindet.<ref name="CoreComposition" details="S. 31."/>

Die meisten Gesteine, insbesondere magmatische Gesteine, aber auch Karbonatgestein enthalten nur geringe Mengen Cadmium. In manchen Sedimentgesteinen wie Schwarzschiefer und Phosphorit kann das Element angereichert sein. Dies kann durch biologische Vorgänge oder die Ausfällung von Cadmiumsulfid unter anoxischen Bedingungen am Ozeanboden geschehen.<ref>Yizhang Liu, Tangfu Xiao, Robert B. Perkins, Jianming Zhu, Zhengjie Zhu, Yan Xiong, Zengping Ning: Geogenic cadmium pollution and potential health risks, with emphasis on black shale. In: Journal of Geochemical Exploration. Band 176, 2017, S. 42–49, Vorlage:DOI.</ref>

Auf Grund der ähnlichen Ionenradien ist Cadmium stets mit Zink vergesellschaftet. Insbesondere die Zinkminerale, Sphalerit, Wurtzit und Smithsonit können bis zu 5 % Cadmium enthalten. Wichtigstes cadmiumreiches Mineral ist dabei Sphalerit. Wie hoch der Cadmiumgehalt eines Sphalerits ist, hängt dabei von verschiedenen Faktoren bei der Entstehung ab. Neben dem Zink-Cadmium-Verhältnis der hydrothermalen Ausgangslösung spielen auch Faktoren wie die Temperatur, der pH-Wert oder die Konzentration an reduzierenden Schwefelverbindungen wie Schwefelwasserstoff eine Rolle. Cadmiumminerale wie Greenockit (CdS) bilden sich nicht hydrothermal, da hierfür das Verhältnis zum Zink in der Ausganglösung zu gering ist. Greenockit bildet sich erst als Sekundärmineral unter Einfluss von Wasser.<ref>Michael O. Schwartz: Cadmium in Zinc Deposits: Economic Geology of a Polluting Element. In: International Geology Review. Band 42, Nr. 5, 2000, S. 445–469, Vorlage:DOI.</ref>

Datei:Otavite-89481.jpg
Otavit

Neben dem relativ häufigen Greenockit gibt es noch eine Reihe seltener Cadmiumminerale. Dazu gehören etwa Hawleyit CdS, Otavit CdCO3, Niedermayrit CdCu4(SO4)2(OH)6 · 4 H2O, Cadmoselit CdSe und Monteponit CdO. Auch gediegen wurde Cadmium in der Natur gefunden. Insgesamt sind 2025 33 verschiedene Cadmiumminerale anerkannt. Zu den wichtigsten Fundorten zählen Lavreotiki in Griechenland, die Tsumeb Mine in Namibia und Broken Hill in Australien.<ref>The mineralogy of Cadmium. mindat.org, Hudson Institute of Mineralogy, abgerufen am 16. November 2025.</ref>

Cadmium ist ein mobiles Element und kann aus solches aus Gesteinen gelöst werden und in Böden und Grundwasser gelangen. Der Gehalt an Cadmium ist dabei stark vom umgebenden Gestein abhängig und beträgt normalerweise bis zu 5 μg/l in Bodenwasser und 1 μg/l in Grundwasser. In besonders belastetem Grundwasser in Pakistan wurden Konzentrationen von 10 μg/l gemessen. In nicht kontaminierten Böden beträgt der weltweite durchschnittliche Gehalt an Cadmium 0,36 mg/kg. Ist der Cadmiumgehalt eines Bodens über 3 mg/kg, ist dieser entweder durch einen speziellen geologischen Hintergrund oder menschlichen Einfluss kontaminiert. Auch in die Atmosphäre kann Cadmium gelangen, wichtige natürliche Quellen sind cadmiumhaltige Stäube, etwa aus Wüsten, Waldbrände, Meerwasser-Gischt und Vulkanausbrüche.<ref name="Kubier">Andreas Kubier, Richard T. Wilkin, Thomas Pichler: Cadmium in soils and groundwater: A review. In: Applied Geochemistry. Band 108, 2019, Artikel 104388, Vorlage:DOI.</ref>

Aus kontaminierten Böden können Pflanzen Cadmium aufnehmen. Diese werden davon negativ beeinflusst, es werden etwa das Wachstum und die Keimung unterdrückt, die Nährstoffaufnahme und Photosynthese gestört.<ref>Fasih Ullah Haider, Cai Liqun, Jeffrey A. Coulter, Sardar Alam Cheema, Jun Wu, Renzhi Zhang, Ma Wenjun, Muhammad Farooq: Cadmium toxicity in plants: Impacts and remediation strategies. In: Ecotoxicology and Environmental Safety. Band 211, 2021, Artikel 111887, Vorlage:DOI.</ref> Es sind aber auch einige Pflanzen wie Arabis gemmifera, Chromolaena odorata oder Nitella opaca bekannt, die höhere Dosen Cadmium tolerieren und das Metall akkumulieren.<ref>Marwa A. Ismael, Ali Mohamed Elyamine, Mohamed G. Moussa, Miaomiao Cai, Xiaohu Zhaoab, Chengxiao Hu: Cadmium in plants: uptake, toxicity, and its interactions with selenium fertilizers. In: Metallomics. Band 11, 2019, S. 255–277, Vorlage:DOI.</ref> Besonders problematisch ist, wenn Nutzpflanzen Cadmium aufnehmen und das Schwermetall so in die Nahrungskette gelangt und auch die menschliche Gesundheit schädigen kann. Dies betrifft besonders Reis, der eine der Feldfrüchte mit der höchsten Cadmiumanreicherung ist.<ref>Jing Wang, Bian Wu, Lei Zhou, Kai Liu, Aiqing You, Wenjun Zha: Cadmium Contamination in Asian Rice (Oryza sativa L.): Mechanistic Insights from Soil Sources to Grain Accumulation and Mitigation Strategies. In: Plants. Band 14, Nr. 18, 2025, Artikel 2844, Vorlage:DOI.</ref>

Durch menschliches Handeln gelangen größere Mengen Cadmium in die Umwelt. Zu den wichtigsten anthropogenen Quellen von Cadmium gehören Bergwerke, die Metallindustrie, Abfälle in Mülldeponien oder Klärschlamm, die Landwirtschaft sowie die Herstellung von Pigmenten und Beschichtungen. In der Landwirtschaft kommt Cadmium vor allem über die Herstellung und Verwendung von Phosphatdünger in Böden, da diese häufig mit Cadmium verunreinigt sind. Wichtigster Abfallstoff, über den das Element in die Umwelt gelangt, sind weggeworfene Nickel-Cadmium-Batterien.<ref name="Kubier"/>

Cadmium als Mineral

Entdeckung und Mineralanerkennung

Datei:Native cadmium.jpg
Gediegen Cadmium (grau, gelb: Sphalerit)

Natürlich vorkommendes Cadmium in seiner elementaren Form wurde erstmals 1979 durch B. W. Oleinikow, A. W. Okrugin, N. W. Leskowa (Vorlage:RuS) beschrieben<ref>Vorlage:Literatur</ref> und von der International Mineralogical Association (IMA) als eigenständige Mineralart anerkannt (Interne Eingangsnummer der IMA: 1980-086a).<ref>Vorlage:Literatur</ref><ref name="IMA-Liste">Vorlage:Internetquelle</ref>

Die seit 2021 ebenfalls von der IMA/CNMNC anerkannte Kurzbezeichnung (auch Mineral-Symbol) von Cadmium entspricht mit „Cd“ dem Elementsymbol.<ref>Vorlage:Literatur</ref>

Als Typlokalität (erster Fundort) für gediegen Cadmium gilt der Fluss Khann'ya (Ust'-Khann'ya Intrusion) im Wiljui-Becken in der Republik Sacha des Russischen Föderationsgebiet Ferner Osten.<ref>Typlokalität Unterer Khann'ya (Ust'-Khann'ya) beim Mineralienatlas (deutsch) und bei Mindat (englisch), abgerufen am 19. Oktober 2024.</ref> Typmaterial des Minerals ist allerdings nicht definiert beziehungsweise dessen Aufbewahrungsort nicht dokumentiert.<ref>Vorlage:Literatur</ref><ref>Vorlage:Internetquelle</ref>

Elementares Cadmium kommt äußerst selten vor. Außer von seiner Typlokalität am Unteren Khann'ya kennt man gediegen Cadmium bisher (Stand 2024) nur noch vom Jana-Flussbecken nahe Werchojansk und der Billeekh Intrusion (ebenfalls Republik Sacha) sowie aus dem Burabaiskii-Massiv im Gebiet Aqmola in Kasachstan und den Goldstrike-Minen im Eureka County des US-Bundesstaates Nevada.<ref>Fundortliste für gediegen Cadmium beim Mineralienatlas (deutsch) und bei Mindat (englisch), abgerufen am 19. Oktober 2024.</ref>

Klassifikation

Da gediegen Cadmium erst 1980 als eigenständiges Mineral anerkannt wurde, ist er in der zuletzt 1977 überarbeiteten 8. Auflage der Mineralsystematik nach Strunz noch nicht verzeichnet.

In der zuletzt 2018 überarbeiteten Lapis-Systematik nach Stefan Weiß, die formal auf der alten Systematik von Karl Hugo Strunz in der 8. Auflage basiert, erhielt das Mineral die System- und Mineralnummer I/A.04-040. Dies entspricht der Klasse der „Elemente“ und dort der Abteilung „Metalle und intermetallische Verbindungen“, wo Cadmium zusammen mit Danbait, Messing, Tongxinit, Zhanghengit und Zink eine unbenannte Gruppe mit der Systemnummer I/A.04 bildet.<ref name="Lapis">Vorlage:Literatur</ref>

Die von der International Mineralogical Association (IMA) zuletzt 2009 aktualisierte 9. Auflage der Strunz’schen Mineralsystematik ordnet den Cadmium ebenfalls in die Abteilung der „Metalle und intermetallische Verbindungen“ ein. Diese ist weiter unterteilt nach den in der Verbindung vorherrschenden Metallen, die entsprechend ihrer verwandten Eigenschaften in Metallfamilien eingeteilt wurden. Cadmium ist hier entsprechend seiner Zusammensetzung in der Unterabteilung „Zink-Messing-Familie“ zu finden, wo es zusammen mit Hexamolybdän, Titan, Zink die „Zink-Gruppe“ mit der Systemnummer 1.AB.05 bildet.<ref>Vorlage:Internetquelle</ref>

In der vorwiegend im englischen Sprachraum gebräuchlichen Systematik der Minerale nach Dana hat Cadmium die System- und Mineralnummer 01.01.05.02. Dies entspricht der Klasse und gleichnamigen Abteilung „Elemente“, wo das Mineral zusammen mit Zink in einer unbenannte Gruppe mit der Systemnummer 01.01.05 innerhalb der Unterabteilung „Elemente: Metallische Elemente außer der Platingruppe“ zu finden ist.<ref>Vorlage:Internetquelle</ref>

Gewinnung und Darstellung

Datei:Cadmium - Trend Förderung.svg
Zeitliche Entwicklung der Cadmiumproduktion

Cadmiumminerale spielen keine Rolle bei der Herstellung des Elementes und seiner Verbindungen. Stattdessen wird es überwiegend als Nebenprodukt bei der Zinkherstellung, in kleinerem Maß auch bei der Kupfer- und Bleiherstellung gewonnen.<ref>Matthias Achternbosch, Christel Kupsch, Gerhard Sardemann, Klaus-Rainer Bräutigam: Cadmium Flows Caused by the Worldwide Production of Primary Zinc Metal. In: Journal of Industrial Ecology. Band 13, Nr. 3, 2009, S. 438–454, Vorlage:DOI.</ref> Daneben spielt das Recycling von cadmiumhaltigen Produkten, insbesondere Nickel-Cadmium-Akkumulatoren eine wichtige Rolle.<ref name="Blumbergs">Ervins Blumbergs, Vera Serga, Ernests Platacis, Michail Maiorov, Andrei Shishkin: Cadmium Recovery from Spent Ni-Cd Batteries: A Brief Review. In: Metals. Band 11, 2021, Artikel 1714, Vorlage:DOI.</ref> Je nach Zink-Produktionsverfahren gibt es verschiedene Ausgangsmaterialien für die Cadmiumherstellung. Bei pyrometallurgischen Verfahren entsteht Flugstaub, der stark cadmiumhaltig ist und aufgefangen wird. Bei der elektrochemischen Zinkherstellung wird das cadmium- und zinkhaltige Konzentrat in Schwefelsäure gelöst. Aus dieser wird das Cadmium mit metallischem Zink gefällt und eine stark cadmiumhaltige Schlacke entsteht.<ref name="ullmann" details="S. 2-3">Karl-Heinz Schulte-Schrepping, Magnus Piscator: Cadmium and Cadmium Compounds. In: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH, 2005, Vorlage:DOI.</ref> Für die Gewinnung aus Nickel-Cadmium-Battterien sind verschiedene pyrometallurgische und hydrometallurgische Verfahren bekannt, bei denen ein stark cadmiumhaltiger Rohstoff entsteht.<ref name="Blumbergs"/>

Diese Ausgangsstoffe werden in Schwefelsäure gelöst, das Cadmium mit Sauerstoff oder Mangan(IV)-oxid oxidiert und die Lösung neutralisiert. Dabei bleiben Cadmium, Zink und Thallium in Lösung, während Kupfer, Cobalt, Nickel und Arsen als Niederschlag zurückbleiben und abgetrennt werden können. Anschließend wird metallisches Zink zugegeben, wodurch Cadmium in Form einer schwammartigen Masse ausfällt. Dieses Verfahren wird mehrfach wiederholt, um weiteres Zink zu entfernen. Reineres Cadmium kann durch einen elektrolytischen Schritt gewonnen werden, hierfür müssen jedoch störende Elemente wie Kupfer, Thallium, Arsen oder Blei entfernt werden.<ref name="ullmann" details="S. 3-4"/><ref>Yang Bin, Deng Yong: Cadmium Metallurgy. In: Xu Kuangdi: The ECPH Encyclopedia of Mining and Metallurgy. Springer, 2024, ISBN 978-981-99-2086-0, S. 199–200.</ref>

Eine weitere Reinigung des Metalls bis hin zu ultrahochreinem Cadmium (mindestens 99,9999 % rein), das beispielsweise in der Halbleiterindustrie benötigt wird, erfolgt durch Rektifikation, Destillation im Vakuum und Kristallisation.<ref>Vladimir N. Abryutin, Elena V. Davydova, Mikhail A. Egorov, Igor I. Maronchuk, Daria D. Sanikovich: Profound purification of tellurium, zinc and cadmium for electronic applications. In: Modern Electronic Materials. Band 8, Nr. 1, 2022, S. 7–14, Vorlage:DOI.</ref>

Weltweit wichtigstes Produktionsland von Cadmium ist die Volksrepublik China, auch in Südkorea werden große Mengen des Metalls hergestellt. Weitere Länder mit einer bedeutenden Cadmiumherstellung sind Japan, Kanada, Kasachstan, Mexiko und Russland. Innerhalb der Europäischen Union wird (Stand 2020) der Großteil des benötigten Cadmiums in den Niederlanden, Deutschland, Polen und Bulgarien hergestellt, nur geringe Mengen werden aus China und Russland importiert. Etwa 30 % des in der Europäischen Union hergestellten Cadmiums wird durch Recycling gewonnen, wobei zwischen 2013 und 2018 jährlich 7000 bis 8000 Tonnen Nickel-Cadmium-Akkumulatoren recycelt wurden.<ref name="Blumbergs"/> Es werden weltweit jährlich 20.000 bis 25.000 Tonnen Cadmium hergestellt.

Land 2025<ref>Robert M. Callaghan: Cadmium. In: U.S. Geological Survey: Mineral Commodity Summaries, Februar 2026, abgerufen am 14. April 2026.</ref> 2020<ref>Robert M. Callaghan: Cadmium. In: U.S. Geological Survey: Mineral Commodity Summaries, Januar 2022, abgerufen am 14. April 2026.</ref> 2015<ref>Robert M. Callaghan: Cadmium. In: U.S. Geological Survey: 2019 Minerals Yearbook. August 2024, abgerufen am 14. April 2026.</ref> 2010<ref>Amy C. Tolcin: Cadmium. In: U.S. Geological Survey: 2014 Minerals Yearbook. Juni 2016, abgerufen am 14. April 2026.</ref> 2005<ref>Amy C. Tolcin: Cadmium. In: U.S. Geological Survey: 2009 Minerals Yearbook. August 2011, abgerufen am 14. April 2026.</ref> 2000<ref>Edward P. Klimasauskas, Peter H. Kuck, Patricia A. Plunkert: Cadmium. In: U.S. Geological Survey: 2004 Minerals Yearbook. abgerufen am 14. April 2026.</ref> 1995<ref>Jozef Plachy: Cadmium. In: U.S. Geological Survey: 1999 Minerals Yearbook. abgerufen am 14. April 2026.</ref> 1990<ref>Peter H. Kuck: Cadmium. In: U.S. Geological Survey: 1994 Minerals Yearbook. abgerufen am 14. April 2026.</ref> 1985<ref>Thomas O. Llewellyn: Cadmium. In: U.S. Geological Survey: 1989 Minerals Yearbook. S. 210, abgerufen am 14. April 2026.</ref> 1980<ref>Thomas O. Llewellyn: Cadmium. In: U.S. Geological Survey: 1984 Minerals Yearbook. S. 185, abgerufen am 14. April 2026.</ref>
Vorlage:CHN 9500 10.000 8162 7360 4080 2370 1450 1100 540 250
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weitere Staaten 1660 2020 2373 3187 2217 3498 4126 4715 5445 4952
gesamt (gerundet) 23.000 24.000 25.100 23.700 20.100 20.300 20.100 20.200 18.900 18.200
Menge in Tonnen, n. a. = nicht angegeben, Kasachstan bis 1990 Teil der Sowjetunion, Werte von 2025 geschätzt

Eigenschaften

Datei:Cadmium-crystal bar.jpg
Ein Barren mit kristallinem Cadmium
Datei:Atomspektrum von Cadmium.jpg
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.<ref name="Römpp">Vorlage:RömppOnline</ref>

Cadmium erstarrt ausschließlich im hexagonalen Kristallsystem in der Vorlage:Raumgruppe 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.<ref>Vorlage:Literatur</ref><ref>Vorlage:Literatur</ref> 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.<ref name="Römpp" />

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.<ref name="Press release Reach">Vorlage:Internetquelle</ref><ref>Vorlage:EU-Verordnung hinsichtlich Anhang XVII (Cadmium)</ref> Cadmium wird bzw. wurde eingesetzt:

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

Nachweis

Als Vorprobe für Cadmium kann die sogenannte Glühröhrchenprobe dienen.<ref>Eberhard Gerdes: Qualitative Anorganische Analyse. 2. Auflage. Springer, Berlin / Heidelberg 2001, S. 64–65.</ref> 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.

<math>\mathrm{CdO + Na_2C_2O_4 \rightarrow Cd + Na_2CO_3 + CO_2}</math>

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.

<math>\mathrm{Cd + \frac{1}{8}S_8 \rightarrow CdS}</math>

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).<ref>J. Heyrovský, P. Zuman: Einführung in die praktische Polarographie. VEB Verlag Technik, Berlin 1959, S. 179.</ref> Im Ultraspurenbereich kann die Inversvoltammetrie an Quecksilberelektroden eingesetzt werden.<ref>R. Neeb: Inverse Polarographie und Voltammetrie. Akademie-Verlag, Berlin 1969, S. 192.</ref> Sehr empfindlich ist auch die Graphitrohr-AAS von Cadmium. Hierbei können noch 0,003 µg/l nachgewiesen werden.<ref>G. Schwedt: Analytische Chemie. Thieme Verlag, Stuttgart 1995, S. 197.</ref> 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<ref>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</ref><ref>Europäische Rechtsänderungen. In: Umwelt Magazin. Heft 7/8 2011, S. 52.</ref> Vorher war in Silberhartlot typischerweise 10 % bis 25 %, in Schmuck für Kinder bis zu 30 %, in PVC 0,2 % Cadmium enthalten.<ref>European Commission: Vorlage:Webarchiv (PDF; 2,7 MB), April 2010.</ref> 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.<ref>so Erwägung Nr. 5 zur Vorlage:EU-Verordnung</ref> 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.<ref>Vorlage:EU-Verordnung</ref> 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 NiCd-Akkus in Schnurloselektrogeräten.

Cadmium ist als „prioritärer gefährlicher Stoff“ in Anhang X der europäischen Richtlinie 2000/60/EG (Wasserrahmenrichtlinie) aufgeführt.<ref>Vorlage:EU-Richtlinie. Anhang X.</ref>

Es wurde am 20. Juni 2013 in der Liste der besonders besorgniserregenden Stoffe aufgenommen.<ref name="SVHC_100.028.320" />

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.<ref>Vorlage:Internetquelle</ref> Die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit hat 2009 einen wiederum deutlich niedrigeren Wert von 2,5 µg je Kilogramm Körpergewicht tolerierbare wöchentlich Aufnahmemenge (TWI) ausgegeben.<ref>Vorlage:Internetquelle</ref>

Cadmium wird vom Menschen hauptsächlich durch die Nahrung aufgenommen. Zu den cadmiumreichen Nahrungsmitteln zählen:

Es wird empfohlen, täglich nicht mehr als 20 g Leinsamen zu sich zu nehmen.<ref>Vorlage:Internetquelle</ref>

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.<ref>Vorlage:Internetquelle</ref> 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,<ref>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</ref> während diese Grenzwerte in Österreich bei 3 mg/kg und 75 mg/kg P2O5 liegen.<ref>Düngemittelverordnung 2004; Vorlage:BGBl Anlage 2 zu § 2, Ziff. II.1; für Kultursubstrat gilt ein Grenzwert von 1 mg/kg.</ref> In der Schweiz werden die Grenzwerte seit Jahren regelmäßig überschritten.<ref>Vorlage:Internetquelle</ref> 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<ref>Der Spiegel: Erneut chinesischer Fluss verseucht, 8. Januar 2006.</ref><ref>RP Online: Behörden finden mit Cadmium verseuchten Reis, 21. Mai 2013.</ref><ref>Vorlage:Literatur</ref> – 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.<ref>G. Eisenbrand, M. Metzler: Toxikologie für Chemiker. Georg Thieme Verlag, Stuttgart 1994, ISBN 3-13-127001-2, S. 66.</ref>

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.<ref>Hans Konrad Biesalski u. a.: Ernährungsmedizin. 4. Auflage. Thieme Verlag, 2010, ISBN 978-3-13-100294-5, S. 203.</ref>

Symptome

Verbindungen

→ Kategorie:Cadmiumverbindung

Oxide und Hydroxide

Halogenide

Chalkogenide

Sonstige Verbindungen

Literatur

Weblinks

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Einzelnachweise

<references> </references>

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