Кадмий

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

[править] История открытия

Открыт немецким профессором Ф. Штромейером в 1817. Провизоры Магдебурга при изучении оксида цинка ZnO заподозрили в нем примесь мышьяка. Штромейер выделил из ZnO коричнево-бурый оксид, восстановил его водородом и получил серебристо-белый металл, который получил название кадмий.

[править] Происхождение названия

Греческим словом «кадмейа» с древних времён называли карбонатные цинковые руды. Название восходит к мифическому Кадму (Кадмосу) — герою греческой мифологии, брату Европы, царю Кадмейской земли, основателю Фив, победителю дракона, из зубов которого выросли воины. Кадм будто бы первым нашёл цинковый минерал и открыл людям его способность изменять цвет меди при совместной выплавке их руд (сплав меди с цинком — латунь). Имя Кадма восходит к семитскому «Ка-дем» — Восток.

[править] Нахождение в природе

Содержание в земной коре 1,35·10^–5% по массе, в воде морей и океанов 0,00011 мг/л. Известно несколько очень редких минералов, например, гринокит GdS, отавит CdCO₃, монтепонит CdO. Кадмий накапливается в сульфидных рудах: сфалерите (0,01-5%), галените (0,02%), халькопирите (0,12%), пирите (0,02%), блеклых рудах и станнине (до 0,2%).

[править] Получение

Основные источники кадмия — промежуточные продукты цинкового производства, пыль свинцовых и медеплавильных заводов. Сырье обрабатывают концентрированной серной кислотой и получают СdSO₄ в растворе. Из раствора Cd выделяют, используя цинковую пыль: CdSO₄ + Zn = ZnSO₄ + Cd. Полученный металл очищают переплавкой под слоем щелочи для удаления примесей цинка и свинца.

Кадмий высокой чистоты получают электрохимическим рафинированием с промежуточной очисткой электролита или методом зонной плавки.

[править] Физические свойства

Кадмий — серебристо-белый мягкий металл с гексагональной решеткой. Если кадмиевую палочку изгибать, то можно услышать слабый треск — это трутся друг о друга микрокристаллики металла.

[править] Химические свойства

Стандартный электродный потенциал кадмия —0,403 В, в ряду стандартных потенциалов он расположен до водорода.

В сухой атмосфере кадмий устойчив, во влажной постепенно покрывается пленкой оксида CdO. Выше температуры плавления кадмий горит на воздухе с образованием оксида CdO бурого цвета: 2Сd + O₂ = 2CdO. Пары кадмия реагируют с парами воды с образованием водорода: Cd + H₂O = CdO + H₂. По сравнению со своим соседом по группе IIB — цинком кадмий медленнее реагирует с кислотами: Сd + 2HCl = CdCl₂ + H₂. Легче всего реакция протекает с азотной кислотой: 3Cd + 8HNO₃ = 3Cd(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O. Со щелочами кадмий не реагирует.

В реакциях может выступать в качестве мягкого восстановителя, например в концентрированных растворах он способен восстанавливать нитрат аммония до нитрита NH₄NO₂: NH₄NO₃ + Cd = NH₄NO₂ + CdO. Кадмий окисляется растворами солей Cu(II) или Fe(III): Cd + CuCl₂ = Cu + CdCl₂; 2FeCl₃ + Cd = 2FeCl₂ + CdCl₂. Выше температуры плавления кадмий реагирует с галогенами с образованием галогенидов: Cd + Cl₂ = CdCl₂. С серой и другими халькогенами образует халькогениды: Cd + S = CdS.

С H₂, N,C, Si и B кадмий не реагирует. Нитрид Cd₃N₂ и гидрид CdH₂ получают косвенными путями. В водных растворах ионы кадмия Cd2+ образуют аквакомплексы [Cd(H₂O)₄]²⁺ и [Cd(H₂O)₆]²⁺.

Гидроксид кадмия Cd(OH)₂ получают добавлением к раствору соли кадмия щелочи: СdSO₄ + 2NaOH = Na₂SO₄ + Cd(OH)₂. Гидроксид кадмия в щелочах практически не растворяется, хотя при длительном кипячении в очень концентрированных растворах щелочей зафиксировано образование гидроксидных комплексов [Cd(OH)₆]^2–. Таким образом, амфотерные свойства оксида CdO и гидроксида Cd(OH)₂ кадмия выражены гораздо слабее, чем у соответствующих соединений цинка. Гидроксид кадмия Cd(OH)₂ за счет комплексообразования легко растворяется в водных растворах аммиака NH₃: Cd(OH)₂ + 6NH₃ = [Cd(NH₃)₆](OH)₂.

[править] Применение

• 40% производимого кадмия используется для нанесения антикоррозионных покрытий на металлы.

• Около 20% кадмия идет на изготовление кадмиевых электродов, применяемых в аккумуляторах (никель-кадмиевых и серебряно-кадмиевых), нормальных элементах Вестона, в резервных батареях (свинцово кадмиевый элемент,ртутно-кадмиевый элемент и др.

• Около 20% кадмия используется для производства неорганических красящих веществ (сульфиды и селениды, смешанные соли, например, сульфид кадмия — кадмий лимонный), как компонент твёрдых припоев(сплавов на основе серебра, меди, цинка) для снижения их температуры плавления, полупроводниковых материалов и люминофоров. 10% кадмия — компонент ювелирных и легкоплавких сплавов, пластмасс.

• Сульфид кадмия применяется для производства пленочных солнечных батарей с КПД около 10-16%, а так же как очень хороший термоэлектрический материал.

• Кадмий очень хорошо захватывает тепловые нейтроны и служит для изготовления регулирующих стержней для атомных реакторов, и в качестве защиты от нейтронов.

• Фтороборат кадмия - важный флюс, применяемый для пайки алюминия и других металлов.

Теплопроводность кадмия вблизи к Абсолютному нулю наивысшая среди всех металлов и кадмий иногда применяется для криогенной техники.

[править] Физиологическое действие

[править] Острая токсичность

Пары кадмия, все его соединения токсичны, что связано, в частности, с его способностью связывать серусодержащие ферменты и аминокислоты.

Симптомы острого отравления солями кадмия — рвота и судороги.

[править] Хроническая токсичность

Кадмий - кумулятивный яд (способен накапливаться в организме).

[править] Санитарно-экологические нормативы

В питьевой воде ПДК для кадмия 10 мг/м³.

[править] Механизм токсического действия

Растворимые соединения кадмия после всасывания в кровь поражают центральную нервную систему, печень и почки, нарушают фосфорно-кальциевый обмен. Хроническое отравление приводит к анемии и разрушению костей.

[править] Изотопы

Из восьми природных изотопов кадмия шесть стабильны, для двух изотопов обнаружена слабая радиоактивность. Это ¹¹³Cd (изотопная распространённость 12,22 %, бета-распад с периодом полураспада 7,7X10¹⁵ лет) и ¹¹⁶Cd (изотопная распространённость 7,49 %, двойной бета-распад с периодом полураспада 3,0X10¹⁹ лет).

[править] Ссылки

• Кадмий на Webelements
• Кадмий в Популярной библиотеке химических элементов