カドミウム

カドミウム、  48 Cd
カドミウム
発音/ ˈ k æ d m i ə m / ⓘ ​( KAD -mee-əm )
外観銀色がかった青みがかった灰色のメタリック
標準原子量 A r °(Cd)
  • 112.414 ± 0.004 [1]
  • 112.41 ± 0.01  （要約）[2]
周期表におけるカドミウム
水素ヘリウム
リチウムベリリウムボロン炭素窒素酸素フッ素ネオン
ナトリウムマグネシウムアルミニウムシリコンリン硫黄塩素アルゴン
カリウムカルシウムスカンジウムチタンバナジウムクロムマンガン鉄コバルトニッケル銅亜鉛ガリウムゲルマニウム砒素セレン臭素クリプトン
ルビジウムストロンチウムイットリウムジルコニウムニオブモリブデンテクネチウムルテニウムロジウムパラジウム銀カドミウムインジウム錫アンチモンテルルヨウ素キセノン
セシウムバリウムランタンセリウムプラセオジムネオジムプロメチウムサマリウムユーロピウムガドリニウムテルビウムジスプロシウムホルミウムエルビウムツリウムイッテルビウムルテチウムハフニウムタンタルタングステンレニウムオスミウムイリジウム白金金水銀（元素）タリウム鉛ビスマスポロニウムアスタチンラドン
フランシウムラジウムアクチニウムトリウムプロトアクチニウムウランネプツニウムプルトニウムアメリシウムキュリウムバークリウムカリホルニウムアインシュタイニウムフェルミウムメンデレビウムノーベリウムローレンシウムラザホージウムドブニウムシーボーギウムボーリウムハッシウムマイトネリウムダルムシュタットレントゲンコペルニシウムニホニウムフレロビウムモスコビウムリバモリウムテネシンオガネソン
亜鉛
↑
カドミウム
↓
水銀
銀←カドミウム→インジウム
原子番号 （Z）48
グループグループ12
期間期間5
ブロック  dブロック
電子配置[ Kr ] 4d 10 5s 2
殻あたりの電子数2、8、18、18、2
物理的特性
STPでの 位相固体
融点594.22  K (321.07 °C、609.93 °F)
沸点1040 K (767 °C、1413 °F)
密度（20℃）8.649 g/cm 3 [3]
液体の場合（  mp）7.996 g/cm 3
融解熱6.21  kJ/モル
蒸発熱99.87 kJ/モル
モル熱容量26.020 J/(モル·K)
蒸気圧
P （パ）1101001キロ1万10万
T （K）で 5305836547458671040
原子の性質
酸化状態共通: +2
−2、[4] 0、[5] +1 [6]
電気陰性度ポーリングスケール：1.69
イオン化エネルギー
  • 1位: 867.8 kJ/mol
  • 2位: 1631.4 kJ/mol
  • 3位: 3616 kJ/mol
原子半径経験的： 午後151時
共有結合半径144±9時
ファンデルワールス半径午後158時
スペクトル範囲における色の線
カドミウムのスペクトル線
その他の特性
自然発生原始的な
結晶構造六方最密充填（hcp）（hP2）
格子定数
カドミウムの六方最密充填結晶構造
a  = 297.89 pm
c  = 561.66 pm （20℃）[3]
熱膨張30.95 × 10 −6 /K（20℃）[3] [a]
熱伝導率96.6 W/(m⋅K)
電気抵抗率72.7 nΩ⋅m（22℃）
磁気秩序反磁性[7]
モル磁化率−19.8 × 10 −6  cm 3 /モル[8]
ヤング率50GPa
せん断弾性率19GPa
体積弾性率42GPa
音速の 細い棒2310 m/s（20℃）
ポアソン比0.30
モース硬度2.0
ブリネル硬度203～220MPa
CAS番号7440-43-9
歴史
ネーミングカラミンにちなんで名付けられ、カラミンはカドメアにちなんで名付けられた。
発見と最初の分離カール・サミュエル・レーベレヒト・ヘルマンとフリードリヒ・シュトロマイヤー(1817)
命名者フリードリヒ・ストロマイヤー（1817）
カドミウムの同位体
主な同位体[9]減衰
アイソトープ豊富半減期 （t 1/2）モード製品
106カドミウム1.25%安定した
107カドミウムシンセ6時50分ε107 Ag
108カドミウム0.89%安定した
109カドミウムシンセ461.3日ε109 Ag
110カドミウム12.5%安定した
111カドミウム12.8%安定した
112カドミウム24.1%安定した
113カドミウム12.2%8.04 × 10 15 年β −113インチ
113m CDシンセ13.9歳β −113インチ
それ113カドミウム
114カドミウム28.8%安定した
115カドミウムシンセ53.46時間β −115インチ
116カドミウム7.51%2.69 × 10 19 年β − β −116スン
 カテゴリー: カドミウム
|参照

カドミウムは化学元素であり、記号 Cdで原子番号48 で表されます。この柔らかい銀白色の金属は、第 12 族の他の 2 つの安定した金属、亜鉛および水銀と化学的に類似しています。亜鉛同様、ほとんどの化合物で酸化状態が+2を示し、水銀同様、第 3 族から第11族の遷移金属よりも融点が低くなっています。第 12 族のカドミウムおよびその同族体は、元素酸化状態または共通酸化状態で部分的に満たされたdまたはf電子殻を持たないため、遷移金属とは見なされないことがよくあります。地殻中のカドミウムの平均濃度は、0.1 ～ 0.5 ppm です。1817 年にドイツのストロマイヤーとヘルマンにより、炭酸亜鉛の不純物として同時に発見されました。

カドミウムはほとんどの亜鉛鉱石に微量成分として含まれており、亜鉛生産の副産物です。1900年代には長らく鋼鉄の耐食メッキに使用されていました。また、カドミウム化合物は赤、オレンジ、黄色の顔料、ガラスの着色、プラスチックの安定化などに使用されています。カドミウムは有毒であるため、その使用量は減少傾向にあり、ニッケルカドミウム電池はニッケル水素電池やリチウムイオン電池に置き換えられています。カドミウムは中性子毒であるため、原子核分裂炉の制御棒の部品としても使用されています。数少ない新たな用途の一つは、テルル化カドミウム太陽電池です。

カドミウムは高等生物においては生物学的機能を持たないことが知られていますが、海洋珪藻類ではカドミウム依存性炭酸脱水酵素が発見されています。

特徴

物理的特性

カドミウムは、柔らかく、展性があり、延性のある銀白色の二価金属です。多くの点で亜鉛に似ていますが、複雑な化合物を形成します。[10]他のほとんどの金属とは異なり、カドミウムは耐腐食性があり、他の金属の保護板として使用されます。バルク金属としてのカドミウムは水に不溶性であり[11] 、可燃性ではありません。しかし、粉末状になると燃焼して有毒ガスを放出する可能性があります。[12]

化学的性質

カドミウムは通常、酸化状態+2であるが、+1の状態でも存在する。カドミウムとその同族体は、元素酸化状態または共通酸化状態で部分的に満たされたdまたはf電子殻を持たないため、必ずしも遷移金属とはみなされない。[13]カドミウムは空気中で燃焼して茶色の非晶質酸化カドミウム（CdO）を生成する。この化合物の結晶形は暗赤色で、加熱すると酸化亜鉛に似た色に変化する。塩酸、硫酸、硝酸はカドミウムを溶解し、それぞれ塩化カドミウム（CdCl 2）、硫酸カドミウム（CdSO 4）、硝酸カドミウム（Cd(NO 3 ) 2 ）を形成する。酸化状態+1は、塩化カドミウムと塩化アルミニウムの混合物にカドミウムを溶解してCd2歳以上2塩化アルミン酸カドミウム(I)として知られている陽イオンは、水銀2歳以上2塩化水銀(I)中の陽イオン。[10]

Cd + CdCl 2 + 2 AlCl 3 → Cd 2 (AlCl 4 ) 2

多くのカドミウムと核酸塩基、アミノ酸、ビタミンとの錯体の構造が決定されている。[14]

同位体

天然に存在するカドミウムは8つの同位体から構成されています。そのうち2つは放射性同位体であり、3つは崩壊すると予想されていますが、実験室条件下では測定可能な崩壊は見られません。2つの天然放射性同位体は113 Cd（ベータ崩壊、半減期は8.04 × 10 15  y）および116 Cd （二重ベータ崩壊、半減期は106 Cd、108 Cd（いずれも二重電子捕獲型）、114 Cd（二重ベータ崩壊型）の3つの同位体は安定している。少なくとも3つの同位体、110 Cd、111  Cd、112 Cdは安定している。天然に存在しない同位体の中で最も長寿命なのは、半減期が461.3日の109 Cdと53.46時間の115 Cdである。残りの放射性同位体はすべて半減期が7時間未満であり、その大部分は5分未満である。カドミウムには8つの既知のメタ状態があり、最も安定しているのは113m Cd（t 1⁄2  = 13.9年）、115m Cd（t 1⁄2  = 44.6日）、117m Cd（t 1⁄2  = 3.44時間）である。[15]

カドミウムの既知の同位体は、95 Cdから132 Cdの範囲です。112 Cdより軽い同位体では、主な崩壊様式は電子捕獲であり、主要な崩壊生成物は元素番号47（銀）です。より重い同位体は、主にベータ線放出によって崩壊し、元素番号49（インジウム）を生成します。[15]

カドミウム113の総断面積はカドミウムのカットオフを明確に示している

カドミウムの同位体である113 Cdは、高い選択性で中性子を吸収します。カドミウムのカットオフエネルギー以下の中性子は非常に高い確率で吸収され、カットオフエネルギー以上の中性子は透過されます。カドミウムのカットオフエネルギーは約0.5 eVで、それ以下の中性子は低速中性子とみなされ、中速中性子や高速中性子とは区別されます。[16]

歴史

フリードリヒ・ストロマイヤー

カドミウム（ラテン語 cadmia、ギリシャ語 καδμείαは「カラミン」の意味で、カドミウムを含む鉱物の混合物で、ギリシャ神話の登場人物Κάδμος（テーベの創設者カドモス）にちなんで名付けられた）は、 1817年にドイツの薬局で売られていた汚染された亜鉛化合物からフリードリヒ・ストロマイヤーによって発見された[17]。[18]カール・サミュエル・レーベレヒト・ヘルマンは同時に酸化亜鉛の変色を調査し、硫化水素による黄色の沈殿物から最初はヒ素ではないかと疑われた不純物を発見した。さらにストロマイヤーは、ある供給者が酸化亜鉛ではなく炭酸亜鉛を販売していることを発見した。[19]ストロマイヤーは炭酸亜鉛（カラミン）の不純物として新しい元素を発見し、その後100年間、ドイツがこの金属の唯一の主要生産国であり続けた。この金属は、亜鉛鉱石中に発見されたことから、ラテン語で「カラミン」を意味する「カラミン」にちなんで名付けられました。ストロマイヤーは、カラミンの不純物を含むサンプルは加熱すると色が変わるのに対し、純粋なカラミンは色が変わらないことに気づきました。彼はこれらの結果を粘り強く研究し、最終的に硫化物を焙焼・還元することでカドミウムを単離しました。カドミウムイエローの顔料としての可能性は1840年代に認識されていましたが、初期のカドミウム不足により、その用途は限られていました。[20] [21] [22]

カドミウムとその化合物は特定の形態と濃度では有毒であるにもかかわらず、1907年の英国医薬品コードには、ヨウ化カドミウムが「関節の肥大、結核、凍瘡」の治療薬として使用されていたと記載されています。[23]

1907年、国際天文学連合は赤色カドミウムのスペクトル線（1波長 = 6438.46963 Å）に基づいて国際オングストロームを定義しました。 [24] [25]これは1927年の第7回国際度量衡総会で採択されました。 1960年には、メートルとオングストロームの両方の定義がクリプトンを使用するように変更されました。[26]

1930年代から1940年代にかけてカドミウムの工業的生産が始まった後、カドミウムの主な用途は鉄鋼の腐食防止のためのコーティングであり、1944年には米国のカドミウムの62％、1956年には59％がめっきに使用されました。[19] [27] 1956年には、米国のカドミウムの24％がカドミウムの硫化物とセレン化物からの赤、オレンジ、黄色の顔料の二次用途に使用されました。[27]

ラウリン酸カドミウムやステアリン酸カドミウムなどのカルボン酸カドミウムはPVC（ポリ塩化ビニル）を安定化させる効果があるため、1970年代から1980年代にかけてこれらの化合物の使用が増加しました。1980年代から1990年代にかけて環境・健康規制が強化された結果、顔料、コーティング剤、安定剤、合金などの用途におけるカドミウムの需要は減少しました。2006年には、カドミウム総消費量のうちメッキ用はわずか7%、顔料用はわずか10%でした。[19]同時に、これらの消費量の減少はニッケル・カドミウム電池向けのカドミウム需要の増加によって補われ、2006年には米国におけるカドミウム消費量の81%を占めました。[28]

発生

カドミウム金属

カドミウムは地殻に約 0.1 ppm存在し 、65 番目に豊富な元素である。[29]カドミウムは、約 65 ppm を占める亜鉛よりもはるかに希少である。[30]カドミウムを含む鉱石の重要な鉱床は知られていない。重要なカドミウム鉱物であるグリノッカイト(Cd S ) は、ほぼ常に閃亜鉛鉱(ZnS) と関連している。この関連は、亜鉛とカドミウムの地球化学的類似性によるものであり、地質学的プロセスによってこれらを分離できる可能性は低い。したがって、カドミウムは主に亜鉛の硫化物鉱石の採掘、製錬、および精製の副産物として生成され、鉛や銅も同様に少量生成される。消費量の約 10% に相当する少量のカドミウムは、主に鉄鋼スクラップのリサイクルで発生するダストなどの二次資源から生成される。アメリカ合衆国での生産は1907年に始まったが[22]、広く使用されるようになったのは第一次世界大戦後である[31] [32]。

金属カドミウムはシベリアのヴィリュイ川流域で発見されています。[33]

リン酸肥料用に採掘された岩石には様々な量のカドミウムが含まれており、その結果、肥料中のカドミウム濃度は300mg/kgにも達し、農業用土壌のカドミウム含有量も高くなります。[34] [35]石炭には相当量のカドミウムが含まれることがあり、そのほとんどは石炭フライアッシュに含まれています。[36]

土壌中のカドミウムは、米やカカオなどの作物に吸収される可能性があります。2002年、中国農業省は、採取した米の28%に鉛が過剰に含まれ、10%にカドミウムが法律で定められた基準値を超えて含まれていることを測定しました。消費者レポートは、2022年に米国で販売されたダークチョコレート28ブランドを検査し、全てにカドミウムが含まれていることを発見しました。そのうち13ブランドはカリフォルニア州の最大許容摂取量基準を超えていました。[37]

ヤナギやポプラなどの植物は土壌から鉛とカドミウムの両方を除去することが分かっています。[38]

カドミウムの典型的な背景濃度は、大気中では5 ng/m 3 、土壌中では2 mg/kg、淡水では1 μg/L、海水では50 ng/Lを超えません。 [39] 10 μg/Lを超えるカドミウム濃度は、総溶質濃度とpHが低い水中では安定している可能性があり、従来の水処理プロセスでは除去が困難な場合があります。[40]

生産

カドミウムは亜鉛鉱石によく含まれる不純物で、亜鉛の生産過程で分離されることが最も多い。硫酸亜鉛鉱石から得られる亜鉛鉱石精鉱には、最大1.4%のカドミウムが含まれる。[41] 1970年代のカドミウムの生産量は、亜鉛1トンあたり2.9キログラム（6.5ポンド）だった。[41]硫化亜鉛鉱石は酸素の存在下で焙焼され、硫化亜鉛が酸化物に変換される。亜鉛金属は、酸化物を炭素で製錬するか、硫酸中で電気分解することによって生成される。亜鉛が製錬される場合は真空蒸留によってカドミウムが亜鉛金属から分離され、または硫酸カドミウムが電気分解溶液から沈殿する。[32] [42]

英国地質調査所の報告によると、2001年には中国が世界の生産量の約6分の1を占めるカドミウムの最大生産国となり、韓国と日本がそれに続いた。[43]

  • 世界のカドミウム生産の歴史
    世界のカドミウム生産の歴史
  • 2010年のカドミウム生産量
    2010年のカドミウム生産量

アプリケーション

カドミウムは電池、顔料、[44]コーティング、[45]および電気メッキの一般的な成分です。[46]

電池

ニッケル水素電池

2009年には、カドミウムの86%が電池に使用され、その大部分は充電式 ニッケルカドミウム電池に使用されました。ニッケルカドミウム電池の公称電池電位は1.2  Vです。この電池は、アルカリ電解液（水酸化カリウム）で分離された水酸化ニッケルの 正極板とカドミウムの負極板で構成されています。[47]欧州連合は、2004年に電子機器に含まれるカドミウムの制限を一部例外を除いて0.01%に設定し、[48] 2006年にはカドミウム含有量の制限を0.002%に引き下げました。[49]カドミウムをベースにした別のタイプの電池は、銀カドミウム電池です。

電気めっき

コロイド状CdSe量子ドットからの発光の写真と代表的なスペクトル

世界生産量の6%を占めるカドミウム電気めっきは、航空機産業において鋼材の腐食を抑制するために使用されています。 [46]このコーティングはクロム酸塩によって不動態化されます。[45]カドミウムめっきの限界は、電気めっきプロセスに起因する高強度鋼の水素脆化です。したがって、1300 MPa (200 ksi)を超える引張強度に熱処理された鋼材部品は、代替方法（特殊な低脆化カドミウム電気めっきプロセスや物理蒸着法など）でコーティングする必要があります。

カドミウムメッキされた工具残留物によるチタン脆化により、A-12/SR-71、U-2、およびそれ以降のチタンを使用する航空機プログラムでは、これらの工具が廃止され（カドミウム汚染を検出するための定期的な工具検査が実施されました）、その結果、カドミウムはチタンよりも高価になりました。[50]

原子力技術

カドミウムは原子炉の制御棒に使用され、核分裂における中性子束を制御する非常に効果的な中性子毒として作用します。[46]カドミウム棒が原子炉の炉心に挿入されると、カドミウムは中性子を吸収し、追加の核分裂反応の発生を防ぎ、反応度を制御します。ウェスティングハウス・エレクトリック社が設計した加圧水型原子炉では、銀80%、インジウム15%、カドミウム5%からなる合金が使用されています。[46]

テレビ

QLEDテレビの製造工程にはカドミウムが使用されるようになってきています。一部の企業は、製造工程における人体への曝露やテレビ材料の汚染による環境への影響を軽減しようと取り組んでいます。[51]

抗がん剤

カドミウムやその他の重金属をベースにした錯体は癌の治療に効果がある可能性があるが、毒性のある副作用のためにその使用は制限されることが多い。[52]

化合物

カドミウムオレンジで塗装された列車

酸化カドミウムは、白黒テレビの蛍光体やカラーテレビのブラウン管の青と緑の蛍光体に使用されていました。[53] 硫化カドミウム（CdS）は、コピー機のドラムの光導電性表面コーティングとして使用されています。[54]

硫化カドミウム

絵具の顔料には様々なカドミウム塩が使われていますが、黄色顔料としてはCdSが最も一般的です。セレン化カドミウムは赤色顔料で、一般にカドミウムレッドと呼ばれます。この顔料を使う画家にとって、カドミウムは最も鮮やかで耐久性のある黄色、オレンジ、赤を提供します。そのため、制作の過程では、これらの色は油やバインダーで磨かれたり、水彩絵の具、グワッシュ、アクリル絵の具、その他の絵の具や顔料の配合物に混ぜられたりする前に、大幅にトーンダウンされます。これらの顔料は潜在的に有毒であるため、安全のため、通常、使用者は皮膚からの吸収を防ぐために手にバリアクリームを使用します[44]。ただし、皮膚から体内に吸収されるカドミウムの量は1%未満であると報告されています[12] 。

PVCでは、カドミウムは熱、光、耐候性安定剤として使用されていました。[46] [55 ]現在、カドミウム安定剤はバリウム亜鉛、カルシウム亜鉛、有機スズ安定剤に完全に置き換えられています。カドミウムは摩擦係数が低く、耐疲労性に優れているため、多くの種類のはんだ合金や軸受合金に使用されています。 [46]また、ウッドメタルなどの最も低融点の合金にも含まれています。[56]

半導体

カドミウムは一部の半導体材料に含まれる元素です。硫化カドミウム、セレン化カドミウム、テルル化カドミウムは、一部の光検出器や太陽電池に使用されています。HgCdTe検出器は中赤外線に感度があり[46]、一部の動作検出器に使用されています。

実験室での使用

ヘリウムカドミウム金属蒸気レーザーから発せられる紫色光。この高度に単色な色は、カドミウムの441.563 nmの遷移線から生じています。

ヘリウム-カドミウムレーザーは、青色または紫外線レーザー光の一般的な光源です。この利得媒質を用いて、325、354、442 nmの波長のレーザーが製造されており、一部のモデルではこれらの波長を切り替えることができます。これらのレーザーは、蛍光顕微鏡をはじめ、これらの波長のレーザー光を必要とする様々な実験用途で広く利用されています。[57] [58]

セレン化カドミウム量子ドットは、紫外線励起（例えばHe-Cdレーザー）下で明るい発光を発します。この発光色は、粒子サイズに応じて緑、黄、赤のいずれかになります。これらの粒子のコロイド溶液は、蛍光顕微鏡を用いた生物組織や溶液の画像化に用いられます。[59]

分子生物学では、カドミウムは電位依存性カルシウムチャネルを阻害してカルシウムイオンを流すのを阻害するために使用され、また低酸素研究ではプロテアソーム依存性Hif-1αの分解を促進するためにも使用されています。[60]

蛍光体 BODIPYをベースとしたカドミウム選択センサーは、細胞内のカドミウムのイメージングとセンシングのために開発されている。[61]水性環境中のカドミウムをモニタリングする強力な方法の一つは電気化学である。自己組織化単分子膜を用いることで、pptレベルの感度を持つカドミウム選択電極を得ることができる。[62]

ジュエリー

2025年8月、ラトビア消費者権利保護センターは、 Temu、AliExpress、Sheinなどのオンラインマーケットプレイスを監視する欧州委員会との共同プロジェクトの一環として、選りすぐりのジュエリー商品を検査したところ、検査対象商品の60%に極めて高い量のカドミウムが含まれていることを発見した。[63]商品の中には、純度80%以上のカドミウムが主成分の商品もあり、AliExpressの蛇の形をした指輪はなんと92%ものカドミウム合金だった。[64]このことは、かつては製品の主材料としてカドミウムを使用していたことがあり、現在も使用しているジュエリーメーカーが少なくとも1社あることを示している。

生物学的役割

カドミウムは高等生物においてどのような機能を持つかは知られておらず、毒性がある。[65]カドミウムは生物にとって有害な環境汚染物質と考えられている。[66 ] 一部の海洋珪藻類には カドミウム依存性炭酸脱水酵素が見つかっており、[67]亜鉛濃度の低い環境に生息している。[68]

カドミウムへの曝露は、数ヶ月間にわたり血球中のカドミウム濃度の上昇を引き起こします。脊椎動物では、カドミウムは腎臓で優先的に吸収されますが、肝臓や骨にも吸収されます。ヒトは、幼少期から青年期にかけて、最大約30mgのカドミウムを吸入することが一般的です。[69]カドミウムはごく微量で、主に尿を通して体外に排出されるため、生物学的半減期は20～40年です。[70]

カドミウムは、癌、心血管疾患、骨粗鬆症のリスクを高める潜在的な毒性があるかどうか研究されています。[71] [72] [73] [74]

環境への影響

カドミウムの生物地球化学と環境への放出については研究が行われている。[75] [76]

安全性

カドミウム
危険
GHSラベル： [77]
GHS06: 有毒 GHS08: 健康被害 GHS09: 環境ハザード
危険
H301、H330、H341、H350、H361fd、H372、H410
P201、P202、P260、P264、P273、P304+P340+P310
NFPA 704（ファイアダイヤモンド）
NFPA 704 4色ダイヤモンドHealth 4: Very short exposure could cause death or major residual injury. E.g. VX gasFlammability 0: Will not burn. E.g. waterInstability 0: Normally stable, even under fire exposure conditions, and is not reactive with water. E.g. liquid nitrogenSpecial hazards (white): no code
4
0
0

個人や団体は、カドミウムの毒性について、その生体無機的側面を検討してきた。[78]カドミウムへの職業的曝露で最も危険な形態は、微粒子や煙の吸入、または溶解性の高いカドミウム化合物の摂取である。[19]カドミウム煙の吸入は、最初は金属煙熱を引き起こす可能性があるが、化学性肺炎、肺水腫、壊死、そして死に進行する可能性がある。[79]

カドミウムは環境有害物質でもあります。人体への曝露は、主に化石燃料の燃焼、リン酸肥料、天然資源、鉄鋼生産、セメント生産および関連活動、非鉄金属生産、都市固形廃棄物の焼却に起因します。[19]その他のカドミウムの摂取源としては、パン、根菜、野菜などがあります。[80]

カドミウム汚染された神通川流域

汚染された食品や水に含まれるカドミウムに長期曝露した結果、一般集団が中毒になった例がいくつかある。乳がんを誘発する可能性があるエストロゲン模倣物質の研究は、2012年現在進行中である。[80]第二次世界大戦前の数十年間に、日本の鉱山活動により神通川がカドミウムと微量の他の有毒金属で汚染された。その結果、鉱山の下流の川岸の稲作にカドミウムが蓄積した。地元の農業コミュニティのメンバーの中には、汚染された米を摂取し、イタイイタイ病やタンパク尿、糖尿などの腎異常を発症した人もいた。[81]この中毒の被害者は、鉄分やその他のミネラルの体内蓄積が少ない閉経後女性にほぼ限定されていた。世界の他の地域では、一般集団が同様にカドミウムに曝露しても、同様の健康問題は起きていない。これは、人々が十分な鉄分やその他のミネラルのレベルを維持していたためである。このように、カドミウムは日本のイタイイタイ病の主な要因であるにもかかわらず、ほとんどの研究者はカドミウムがいくつかの要因のうちの1つであると結論付けています。[19]

カドミウムは、電気電子機器に含まれる有害物質を規制する欧州連合の有害物質使用制限指令（RoHS）で禁止されている10の物質の1つですが、法律の適用範囲から一定の免除や除外が認められています。[82]

国際がん研究機関（IARC）は、カドミウムおよびカドミウム化合物をヒトに対して発がん性があると分類しています。[83]職業上のカドミウム曝露は肺がんおよび前立腺がんと関連していますが、低濃度の環境曝露におけるカドミウムの発がん性については依然として不確実な点があります。最近の疫学研究データによると、食事からのカドミウム摂取は、ヒトにおいて子宮内膜がん、乳がん、前立腺がん、および骨粗鬆症のリスク増加と関連していることが示唆されています。[84] [85] [86] [87]最近の研究では、喫煙歴のある女性および喫煙経験のある女性の子宮内膜組織において、カドミウム濃度が高いことが示されています。[88]

カドミウムへの曝露は、腎臓病[89] 、早期動脈硬化、高血圧、心血管疾患[90]など、多くの疾患と関連しています。研究では、カドミウム曝露とヒト集団における疾患発生との間に有意な相関関係が示されていますが、分子メカニズムはまだ特定されていません。カドミウムは内分泌攪乱物質であるという仮説があり、いくつかの実験研究では、カドミウムが様々なホルモンシグナル伝達経路と相互作用することが示されています。例えば、カドミウムはエストロゲン受容体αに結合し[91] [92] 、低用量でエストロゲンおよびMAPKシグナル伝達経路に沿ったシグナル伝達に影響を及ぼす可能性があります[93] [94] [95] 。

タバコは周囲の土壌からカドミウムなどの重金属を吸収し、葉に蓄積します。タバコの煙を吸入すると、これらの重金属は使用者の体内に容易に吸収されます。[96]喫煙は、一般の人々にとって最も重要なカドミウム曝露源です。タバコに含まれるカドミウムの約10%が喫煙によって吸入されると推定されています。カドミウムは肺から吸収される方が腸管から吸収されるよりも効率的です。タバコの煙として吸入されたカドミウムの最大50%が吸収される可能性があります。[97]平均して、喫煙者の血中カドミウム濃度は非喫煙者の4～5倍、腎臓カドミウム濃度は非喫煙者の2～3倍です。タバコの煙には高いカドミウム含有量が見られますが、受動喫煙によるカドミウム曝露は少ないようです。[98]

非喫煙者集団では、カドミウム摂取量の約90%は食品由来です。[99]甲殻類、軟体動物、内臓、カエルの足、ココア固形物、ビターチョコレートおよびセミビターチョコレート、海藻、菌類、藻類製品 には、カドミウムが多く含まれています。しかし、米国では穀物、野菜、でんぷん質の根菜類や塊茎の消費量がはるかに多く、これらが米国におけるカドミウム摂取量の大部分を占めています。[100]

ほとんどの植物はカドミウムなどの金属毒素を生体内に蓄積し、堆肥化して有機肥料にすると、肥料1キログラムあたり0.5mgを超える高濃度の金属毒素を含む製品が生成されることが多い。動物の糞（牛糞など）や都市廃棄物から作られた肥料にも、同様の量のカドミウムが含まれている可能性がある。肥料（リン酸岩または有機肥料）から土壌に添加されたカドミウムは、土壌pHが低い場合（すなわち酸性土壌）にのみ生体利用可能となり、毒性を発揮する。欧州連合（EU）では、LUCAS調査を用いて約22,000の表土サンプルを分析した結果、サンプルの5.5%で1mg kg -1を超える濃度が検出された。[101]

カドミウム中毒の治療には、亜鉛、銅、カルシウム、鉄イオン、セレンとビタミンCが使用されますが、簡単には治りません。[89]

規則

カドミウムは環境や人間の健康に悪影響を及ぼすため、欧州ではREACH規則によりカドミウムの供給と使用が制限されています。

EFSAのフードチェーンにおける汚染物質に関するパネルは、人間の耐容週間摂取量を2.5 μg/kg体重と定めている。[100] FAOとWHOの合同食品添加物専門家委員会は、暫定的な耐容週間摂取量を7 μg/kg体重と宣言した。[102]カリフォルニア州は、ココアパウダーなどの製品について、食品ラベルにカドミウムへの潜在的な曝露に関する警告を記載することを義務付けている。[103]欧州委員会は、2019年6月に採択され、2022年7月から完全に適用される肥料製品に関するEU規制（2019/1009）を導入した。この規制では、リン酸肥料のCd制限値をP 2 O 5として60 mg / kgに設定している。

米国労働安全衛生局（OSHA）は、カドミウムの許容曝露限界（PEL）を時間加重平均（TWA）0.005 ppmと定めています。米国国立労働安全衛生研究所（NIOSH）は推奨曝露限界（REL）を設定していませんが、カドミウムをヒトに対する既知の発がん性物質に指定しています。カドミウムのIDLH（生命と健康に直ちに危険となる基準値）は9 mg/m 3です。[104]

致死量[105]生物ルート時間
LD50 ： 225mg/kgねずみオーラル該当なし
LD50 ： 890 mg/kgねずみオーラル該当なし
LC 50 : 25 mg/m 3ねずみ空中30分

一部の電池には水銀に加えてカドミウムも含まれているため、電池の適切な廃棄（またはリサイクル）が求められています。

製品リコール

2006年5月、イギリス・ロンドンにあるアーセナルFCの旧スタジアム、ハイバリーの座席に微量のカドミウムが含まれていることが判明し、販売が中止された。 [106] 2010年に子供用ジュエリーに高濃度のカドミウムが含まれているという報告を受け、米国消費者製品安全委員会が調査を行った。[107]米国消費者製品安全委員会は、クレアーズ[108]とウォルマート[109]の店舗で販売されたジュエリーにカドミウムが含まれているとして、具体的なリコール通知を出した。

2010年6月、マクドナルドは、ガラス製品の塗料顔料にカドミウムが検出されたため、1,200万個以上のプロモーション用シュレック・フォーエバー・アフター3Dコレクタブル・ドリンクグラスを自主回収しました。 [110]これらのグラスは、米国ニュージャージー州ミルビルのアーク・インターナショナル社によって製造されました。[111]

参照

注記

  1. ^ 熱膨張は異方性である: 各結晶軸のパラメータ(20 °C)はα a  = 18.91 × 10 −6 /K、α c  = 55.03 × 10 −6 /K、α平均= α V /3 = 30.95 × 10 −6 /K. [3]

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さらに読む

  • ハートウィグ、アンドレア (2013). 「カドミウムとがん」. アストリッド・シーゲル、ヘルムート・シーゲル、ローランド・KO・シーゲル編. 『カドミウム：毒性から必須元素へ』. 『生命科学における金属イオン』第11巻. シュプリンガー. pp.  491– 507. doi :10.1007/978-94-007-5179-8_15. ISBN 978-94-007-5178-1. PMID  23430782。
  • 米国毒性物質・疾病登録局（ATSDR）（2012年）「カドミウムの毒性プロファイル」米国保健福祉省公衆衛生局 https://www.atsdr.cdc.gov/toxprofiles/tp5.pdf
  • ノードバーグ、グンナー・F. (2007).金属毒性学ハンドブック（第3版）. アカデミック・プレス. pp.  445– 486. ISBN 978-0-12-369413-3。
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ウィキメディア コモンズには、カドミウムに関連するメディアがあります。
ウィキソースには、 1911 年のブリタニカ百科事典の記事「カドミウム」のテキストがあります。
  • ビデオ周期表のカドミウム（ノッティンガム大学）
  • ATSDR 環境医学のケーススタディ：カドミウム毒性 2020年12月18日アーカイブ米国保健福祉省
  • 国立労働安全衛生研究所 – カドミウムページ
  • NLM有害物質データバンク – カドミウム（元素）
  • usgs.gov（鉱物商品概要2025）：カドミウム


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