Кадмиева кристална решетка. Кадмий: факти и факти

Кадмият е елемент от вторичната подгрупа на втората група, петия период на периодичната таблица на химичните елементи на Д. И. Менделеев, с атомен номер 48. Означава се със символа Cd (лат. Cadmium). Мек, ковък, ковък преходен метал със сребристо-бял цвят.

История на откриването на кадмий

Окръжният лекар Ролов имаше твърд нрав. Така през 1817 г. той нарежда изтеглянето от продажба на всички препарати, съдържащи цинков оксид, произведени във фабриката на Herman's Schenebec. По външния вид на препаратите той заподозря, че цинковият оксид съдържа арсен! (Цинковият оксид все още се използва за кожни заболявания; от него се правят мехлеми, прахове и емулсии.)

За да докаже, че е прав, строг одитор разтвори предполагаемия оксид в киселина и прекара сероводород през този разтвор: образува се жълта утайка. Арсеновите сулфиди са просто жълти!

Собственикът на фабриката започва да оспорва решението на Ролов. Самият той беше химик и след като лично анализира проби от продукти, не намери арсен в тях. Той докладва резултатите от анализа на Ролов, а в същото време и на властите на провинция Хановер. Властите, естествено, поискаха проби да бъдат изпратени за анализ на някой от реномираните химици. Решено е съдия в спора между Ролов и Херман да бъде професор Фридрих Щромайер, който от 1802 г. е заемал катедрата по химия в Гьотингенския университет и е бил главен инспектор на всички аптеки в Хановер.

На Strohmeyer е изпратен не само цинков оксид, но и други цинкови препарати от фабриката на Херман, включително ZnCO 3, от който е получен този оксид. Като калцинира цинков карбонат, Strohmeyer получи оксид, но не бял, както би трябвало да бъде, а жълтеникав. Собственикът на фабриката обясни оцветяването като примес на желязо, но Strohmeyer не беше доволен от това обяснение. След като закупи още цинкови препарати, той извърши пълен анализ на тях и без особени затруднения изолира елемента, причинил пожълтяването. Анализът каза, че не е арсен (както твърдеше Ролов), но не и желязо (както твърди Херман).

Това беше нов, неизвестен досега метал, много подобен по химични свойства на цинка. Само неговият хидроксид, за разлика от Zn (OH) 2, не беше амфотерен, но имаше изразени основни свойства.

В свободната си форма новият елемент беше бял метал, мек и не много здрав, покрит отгоре с кафеникав слой от оксид. Strohmeier нарича този метал кадмий, ясно намеквайки за неговия „цинков“ произход: гръцката дума καδμεια отдавна се използва за обозначаване на цинкови руди и цинков оксид.

През 1818 г. Стромайер публикува подробна информация за новия химичен елемент и почти веднага неговият приоритет започва да бъде посегнат. Първият говори същият Ролов, който преди това смяташе, че лекарствата от завода на Херман съдържат арсен. Скоро след Стромайер друг немски химик Керстен открива нов елемент в силезийската цинкова руда и го нарича мелин (от латински mellinus - „жълт като дюля“) поради цвета на утайката, образувана от действието на сероводорода. Но това беше кадмий, вече открит от Strohmeier. По-късно бяха предложени още две имена за този елемент: клапротиум - в чест на известния химик Мартин Клапрот и юноний - след астероида Юнона, открит през 1804 г. Но името, дадено на елемента от неговия откривател, все пак се утвърди. Вярно е, че в руската химическа литература от първата половина на 19 век. кадмият често се нарича кадмий.

Средното съдържание на кадмий в земната кора е 130 mg/t. Кадмият е рядък микроелемент: намира се като изоморфен примес в много минерали и винаги в цинковите минерали. Известни са само 6 кадмиеви минерала. Много редки кадмиеви минерали са грийнокит CdS (77,8% Cd), хаулиит (същият), отавит CdCO 3, монтемпонит CdO (87,5% Cd), кадмозелит CdSe (47% Cd), ксантохроит CdS (H 2 O) x (77,2% Cd). По-голямата част от кадмия е диспергиран в голям брой минерали (повече от 50), главно в сулфиди на цинк, олово, мед, желязо, манган и живак.

Въпреки че са известни независими кадмиеви минерали - грийнокит(CdS), ще отговори(CdCO3), монтепонит(CdO) и селенид(CdSe), те не образуват собствени находища, а присъстват като примеси в цинкови, оловни, медни и полиметални руди, които са основният източник за промишлено производство на кадмий. Максималната концентрация се наблюдава в цинковите минерали и предимно в сфалерита (до 5%). В повечето случаи съдържанието на кадмий в сфалерита не надвишава 0,4 – 0,6%. В други сулфиди, например в станина, съдържанието на кадмий е 0,003 - 0,2%, в галенит 0,005 - 0,02%, в халкопирит 0,006 - 0,12%; Кадмият обикновено не се извлича от тези сулфиди.
Кадмият, между другото, присъства в определени количества във въздуха. По чуждестранни данни съдържанието на кадмий във въздуха е 0,1-5,0 ng/m3 в селските райони (1 ng или 1 нанограм = 10 -9 грама), 2 - 15 ng/m3 - в градовете и от 15 до 150 ng/. m3 - в промишлени зони. Това се дължи по-специално на факта, че много въглища съдържат кадмий като примес и при изгаряне в топлоелектрически централи той навлиза в атмосферата. В този случай значителна част от него се утаява върху почвата. Също така, използването на минерални торове допринася за увеличаване на съдържанието на кадмий в почвата, т.к. Почти всички от тях съдържат незначителни примеси на кадмий.
Кадмият може да се натрупва в растения (най-вече в гъби) и живи организми (особено във водни организми) и може да бъде „доставен“ на хората по-нататък по хранителната верига. В цигарения дим има много кадмий.

В естествени условия кадмият навлиза в подпочвените води в резултат на излугването на руди на цветни метали, както и в резултат на разлагането на водни растения и организми, способни да го натрупват. През последните десетилетия преобладава антропогенният фактор на замърсяването на природните води с кадмий. Кадмият присъства във вода в разтворена форма (кадмиев сулфат, хлорид, кадмиев нитрат) и в суспендирана форма като част от органо-минерални комплекси. Съдържанието на кадмий във водата се влияе значително от pH на околната среда (в алкална среда кадмият се утаява под формата на хидроксид), както и от сорбционните процеси.

Единственият минерал, който представлява интерес за получаване на кадмий, е грийнокитът, така наречената „кадмиева смес“. Добива се заедно с файрит при разработването на цинкови руди. По време на рафинирането кадмият се концентрира в страничните продукти на процеса, от които след това се възстановява. В момента се произвеждат над 10³ тона кадмий годишно.

При преработката на полиметални руди той, аналогът на цинка, неизменно попада предимно в цинков концентрат. А кадмият се редуцира дори по-лесно от цинка и има по-ниска точка на кипене (съответно 767 и 906°C). Следователно при температури около 800°C не е трудно да се отделят цинк и кадмий.

Сребристо-бял мек метал с шестоъгълна решетка. Ако огънете кадмиев прът, можете да чуете слаб пукащ звук - това е метални микрокристали, които се трият един в друг (калаен прът също се напуква).

Кадмият е мек, ковък и лесен за обработка. Това също улеснява и ускорява пътя му към ядрените технологии. Високата селективност на кадмия и неговата чувствителност специално към топлинните неутрони също бяха от полза за физиците. А по отношение на основната работна характеристика - напречното сечение на улавяне на термични неутрони - кадмият заема едно от първите места сред всички елементи на периодичната таблица - 2400 barn. (Припомнете си, че напречното сечение на улавяне е способността за „абсорбиране“ на неутрони, измерена в конвенционални единици хамбари.)

Естественият кадмий се състои от осем изотопа (с масови числа 106, 108, 110, 111, 112, 113, 114 и 116), а напречното сечение на улавяне е характеристика, при която изотопите на един елемент могат да се различават значително. В естествената смес от кадмиеви изотопи основният „абсорбатор на неутрони“ е изотоп с масово число 113. Неговото индивидуално напречно сечение на улавяне е огромно - 25 хиляди хамбара!

Чрез добавяне на неутрон кадмий-113 се превръща в най-често срещания (28,86% от естествената смес) изотоп на елемент № 48 - кадмий-114. Делът на самия кадмий-113 е само 12,26%. За съжаление, разделянето на осем изотопа на кадмий е много по-трудно от разделянето на два изотопа на бора.

Кристалната решетка на кадмия е шестоъгълна, a = 2,97311 Å, c = 5,60694 Å (при 25 °C); атомен радиус 1,56 Å, йонен радиус на Cd 2+ 1,03 Å. Плътност 8,65 g/cm3 (20 °C), точка на топене 320,9 °C, точка на кипене 767 °C, коефициент на топлинно разширение 29,8·10 -6 (при 25 °C); топлопроводимост (при 0°C) 97,55 W/(m K) или 0,233 cal/(cm sec °C); специфичен топлинен капацитет (при 25 °C) 225,02 J/(kg K) или 0,055 cal/(g °C); електрическо съпротивление (при 20 °C) 7,4·10 -8 ohm·m (7,4·10 -6 ohm·cm); температурен коефициент на електрическо съпротивление 4,3·10 -3 (0-100° C). Якост на опън 64 MN/m2 (6,4 kgf/mm2), относително удължение 20%, твърдост по Бринел 160 MN/m2 (16 kgf/mm2).

Кадмият се намира в една и съща група на периодичната таблица с цинка и живака, като заема междинно място между тях, поради което някои от химичните свойства на тези елементи са сходни. По този начин сулфидите и оксидите на тези елементи са практически неразтворими във вода. Кадмият не взаимодейства с въглерода, което означава, че кадмият не образува карбиди.

В съответствие с външната електронна конфигурация на атома 4d 10 5s 2, валентността на кадмия в съединенията е 2. Във въздуха кадмият избледнява, покривайки се с тънък филм от CdO оксид, който предпазва метала от по-нататъшно окисляване. При силно нагряване на въздух кадмият изгаря в CdO оксид - кристален прах от светлокафяв до тъмнокафяв цвят, плътност 8,15 g/cm3; при 700°C CdO сублимира без да се топи. Кадмият се свързва директно с халогени; тези съединения са безцветни; CdCl2, CdBr2 и CdI2 са много лесно разтворими във вода (около 1 част безводна сол в 1 част вода при 20 °C), CdF2 е по-слабо разтворим (1 част в 25 части вода). Със сярата кадмият образува лимоненожълт до оранжево-червен сулфид CdS, неразтворим във вода и разредени киселини. Кадмият лесно се разтваря в азотна киселина с отделяне на азотни оксиди и образуване на нитрат, който дава хидрата Cd (NOa) 2 4H 2 O. От солна и разредена сярна киселина кадмият бавно освобождава водород и когато разтворите се изпарят, от тях кристализират хлоридни хидрати 2CdCl 2. 5H 2 O и сулфат 3CdSO 4 ·8H 2 O. Разтворите на кадмиевите соли имат кисела реакция поради хидролиза; каустик алкали утаяват от тях бял хидроксид Cd (OH) 2, неразтворим в излишък от реагента; обаче, чрез действието на концентрирани алкални разтвори върху Cd (OH) 2, се получават хидроксокадмиати, например Na 2. Катионът Cd 2+ лесно образува сложни йони с амоняк 2+ и с цианид 2- и 4-. Известни са множество основни, двойни и комплексни соли на кадмий. Кадмиевите съединения са отровни; Вдишването на неговите оксидни пари е особено опасно.

Кадмият добива популярност през 40-те години на 20 век. По това време кадмият се превърна в стратегически материал - от него започнаха да се правят контролни и аварийни пръти на ядрени реактори.

Първоначално кадмият се оказа основният материал за "пръчка", главно защото абсорбира добре топлинни неутрони. Всички реактори в началото на „атомната епоха“ (и първият от тях е построен от Енрико Ферми през 1942 г.) работят с топлинни неутрони. Само много години по-късно стана ясно, че реакторите на бързи неутрони са по-обещаващи както за енергия, така и за производство на ядрено гориво - плутоний-239. Но кадмият е безсилен срещу бързите неутрони, той не ги спира.

Ролята на кадмия в реакторостроенето обаче не бива да се преувеличава, т.к физичните и химичните свойства на този метал (якост, твърдост, устойчивост на топлина - точката му на топене е само 321 ° C) оставят много да се желае. Кадмият е първият основен материал. Тогава борът и неговите съединения започнаха да заемат централно място. Но кадмият е по-лесен за получаване в големи количества.

Производството на сплави изразходва приблизително една десета от световното производство на кадмий. Кадмиевите сплави се използват главно като антифрикционни материали и припои. Добре известната сплав със състав 99% Cd и 1% Ni се използва за производството на лагери, работещи в автомобилни, самолетни и морски двигатели при високи температури. Тъй като кадмият не е достатъчно устойчив на киселини, включително органични киселини, съдържащи се в смазочните материали, носещите сплави на базата на кадмий понякога се покриват с индий.

Легирането на мед с малки добавки на кадмий прави възможно производството на по-устойчиви на износване проводници на електрически транспортни линии. Медта с добавка на кадмий почти не се различава по електрическа проводимост от чистата мед, но значително превъзхожда по сила и твърдост.

Сплав от кадмий със злато има зеленикав цвят. Сплав от кадмий с волфрам, рений и 0,15% уран 235 - небесносиня на цвят - е получена от испански учени през 1998 г.

Всеки знае поцинкована ламарина, но не всеки знае, че за защита на желязото от корозия се използва не само поцинковане, но и кадмиево покритие. Сега кадмиевото покритие се прилага само електролитно, цианидните бани се използват най-често в индустриални условия. Преди това кадмият се използваше за потапяне на желязо и други метали в разтопен кадмий.

Въпреки сходните свойства на кадмия и цинка, кадмиевото покритие има няколко предимства: по-устойчиво е на корозия и е по-лесно да се направи равномерно и гладко. Освен това кадмият, за разлика от цинка, е стабилен в алкална среда. Кадмиевата ламарина се използва доста широко, достъпът й е ограничен само до производството на контейнери за храна, тъй като кадмият е токсичен. Кадмиевите покрития имат още една интересна характеристика: в атмосферата на селските райони те имат значително по-голяма устойчивост на корозия, отколкото в атмосферата на промишлените зони. Такова покритие се поврежда особено бързо, ако съдържанието на серен диоксид или серен анхидрид във въздуха е високо.

Най-важната област на приложение на кадмий е производството на химически източници на енергия. Кадмиевите електроди се използват в батерии и акумулатори. Отрицателните пластини на никел-кадмиевите батерии са направени от железни мрежи с кадмиева гъба като активен агент. Положителните плочи са покрити с никелов хидроксид. Електролитът е разтвор на калиев хидроксид. Компактните батерии за управляеми ракети също се изработват на базата на кадмий и никел, само че в този случай като основа са монтирани не желязо, а никелови мрежи.

Никел-кадмиевите алкални батерии са по-надеждни от оловно-киселинните батерии. Тези източници на ток се отличават с високи електрически характеристики, стабилна работа и дълъг експлоатационен живот. Те могат да бъдат заредени само за един час. Но никел-кадмиевите батерии не могат да се презареждат, без преди това да са напълно разредени (в това отношение те са по-ниски от металните хидридни батерии).

Около 20% от кадмия се използва за производството на кадмиеви електроди, използвани в батерии (никел-кадмиеви и сребърно-кадмиеви), нормални клетки Weston и резервни батерии (оловно-кадмиеви клетки, живачно-кадмиеви клетки и др.

Около 20% от кадмия се използва за производството на неорганични багрила (сулфиди и селениди, смесени соли, например кадмиев сулфид - кадмиев лимонен).

• Кадмият понякога се използва в експерименталната медицина.

Кадмият се използва в хомеопатичната медицина.

• През последните години кадмият започна да се използва при създаването на нови противотуморни нанолекарства. В Русия в началото на 50-те години на миналия век бяха проведени първите успешни експерименти, свързани с разработването на противотуморни лекарства на базата на кадмиеви съединения.

• Кадмиевият сулфид се използва за производството на филмови слънчеви клетки с ефективност около 10-16%, а също и като много добър термоелектричен материал.

• Използва се като компонент на полупроводникови материали и фосфор.

• Топлинната проводимост на метал близо до абсолютната нула е най-високата сред всички метали, поради което кадмият понякога се използва за криогенна технология.

Ефектът на кадмия върху човешкото тяло

Кадмият е един от най-токсичните тежки метали и поради това руският SanPiN го класифицира като клас на опасност 2.

Кадмиевите съединения са отровни. Особено опасен случай е вдишването на пари от неговия оксид (CdO). Кадмият е кумулативна отрова (може да се натрупва в тялото). В питейната вода максимално допустимата концентрация на кадмий е 0,001 mg/dm³

Разтворимите кадмиеви съединения след абсорбиране в кръвта засягат централната нервна система, черния дроб и бъбреците и нарушават фосфорно-калциевия метаболизъм. Хроничното отравяне води до анемия и разрушаване на костите.

Кадмият обикновено присъства в малки количества в тялото на здрав човек. Кадмият лесно се натрупва в бързо размножаващи се клетки (например в туморни или репродуктивни клетки). Той се свързва с цитоплазмения и ядрения материал на клетките и ги уврежда. Той променя активността на много хормони и ензими. Това се дължи на способността му да свързва сулфхидрилни (-SH) групи.

През 1968 г. в известно списание се появява статия, наречена „Кадмият и сърцето“. В него се казва, че д-р Карол, здравен служител на САЩ, е открил връзка между нивата на кадмий в атмосферата и честотата на смъртните случаи от сърдечно-съдови заболявания. Ако, да речем, в град А съдържанието на кадмий във въздуха е по-високо, отколкото в град Б, тогава сърдечно болните от град А умират по-рано, отколкото ако са живели в град Б. Карол прави това заключение, след като анализира данни за 28 града.

Според USEPA, СЗО и Health Canada общият дневен прием на кадмий в човешкото тяло от всички източници е 10-50 mcg. Основният и най-стабилен източник е храната - средно от 10 до 30-40 mcg кадмий на ден. Зеленчуците, плодовете, животинското месо и рибата обикновено съдържат 10-20 mcg кадмий на килограм тегло. Въпреки това, няма правила без изключения. Зърнените култури, отглеждани на замърсена с кадмий почва или напоявани с вода, съдържаща кадмий, могат да съдържат повишени количества кадмий (повече от 25 μg/kg).

Пушачите получават значително "увеличение" на кадмий. Една цигара съдържа 1 mcg (а понякога и повече - до 2 mcg) кадмий. Така че помислете за това: човек, който пуши кутия цигари на ден, излага тялото си на допълнително излагане на най-малко 20 mcg кадмий, който за справка не се задържа дори от въгленов филтър.
Трябва също да се отбележи, че кадмият се усвоява по-лесно от организма през белите дробове - до 10-20%. Тези. от една кутия цигари ще се усвоят 2 - 4 мкг кадмий. Когато се прилага през стомашно-чревния тракт, процентът на усвояемост е само 4-7% (0,2 - 5 mcg кадмий на ден в абсолютни стойности). По този начин пушачът увеличава „натоварването“ на кадмий върху тялото си поне 1,5-2 пъти, което е изпълнено с неблагоприятни последици за здравето.

Световен пазар на кадмий

Годишно се произвеждат около 20 хиляди тона кадмий. Обемът на производството му до голяма степен е свързан с мащаба на производството на цинк.

Около 82% от световното предлагане на рафиниран кадмий идва от никел-кадмиеви захранвания, но след ограниченията върху производството им в Европа, една трета от потреблението на кадмий ще бъде засегнато. В резултат на увеличеното производство на цинк в Европа и намаленото използване на кадмий, може да има наличен „свободен“ кадмий, най-често под формата на твърди отпадъци, но производството на никел-кадмиеви батерии нараства в Азия, производството се премества в Азия и в резултат на това търсенето на кадмий нараства в азиатския регион. Засега това ще запази световното потребление на кадмий на сегашното ниво. През 2007 г. цените на кадмия, започвайки от $4,18/кг, се покачиха до $13/кг, но до края на годината достигнаха $7/кг.

През 2010 г. южнокорейската Young Poong Corp. увеличи производството на кадмий със 75%, до 1400 тона годишно и планира скоро да пусне нови мощности, каза представител на компанията.

По-голямата част от кадмия, произведен в света, се използва за електрически покрития и за получаване на сплави. Кадмият като защитно покритие има значителни предимства пред цинка и никела, тъй като е по-устойчив на корозия в тънък слой; кадмият е здраво свързан с повърхността на металния продукт и не го напуска, когато е повреден.

Доскоро кадмиевите покрития имаха „болест“, която се усещаше от време на време. Факт е, че когато кадмият се прилага електролитно върху стоманена част, съдържащият се в електролита водород може да проникне в метала. Този много нежелан гост причинява опасна "болест" в стоманите с висока якост - водородна крехкост, което води до неочаквано разрушаване на метала при натоварване. Оказа се, че от една страна кадмиево покритие надеждно защитава частта от корозия, а от друга създава заплаха от преждевременна повреда на частта. Ето защо дизайнерите често са били принудени да отказват „услугите“ на кадмий.

Учените от Института по физикохимия на Академията на науките на СССР успяха да премахнат тази „болест“ на кадмиевите покрития. Титанът действаше като лекарство. Оказа се, че ако има само един титанов атом на хиляда от неговите атоми в кадмиевия слой, стоманената част е защитена от появата на водородна крехкост, тъй като титанът изтегля целия водород от стоманата по време на процеса на покритие.

Кадмият се използва и от английските криминалисти: с помощта на тънък слой от този метал, напръскан върху изследваната повърхност, е възможно бързо да се идентифицират ясни пръстови отпечатъци.

Кадмият се използва и при производството на кадмиево-никелови батерии. Ролята на отрицателен електрод в тях се изпълнява от железни решетки с гъбест кадмий, а положителните пластини са покрити с никелов оксид; Електролитът е разтвор на калиев хидроксид. Такива източници на ток се отличават с високи електрически характеристики, висока надеждност, дълъг експлоатационен живот, а презареждането им отнема само 15 минути.

Свойството на кадмия да абсорбира неутрони доведе до друга област на приложение на кадмия - в ядрената енергетика.

Точно както колата не може да работи без спирачки, реакторът не може да работи без управляващи пръти, които увеличават или намаляват неутронния поток.

Всеки реактор е оборудван и с масивен авариен прът, който се задейства, ако управляващите пръти по някаква причина не се справят със задълженията си.

Поучителен случай възникна в атомна електроцентрала в Калифорния. Поради някои конструктивни проблеми, аварийният прът не можа да бъде потопен в котела своевременно - верижната реакция стана неконтролируема и настъпи сериозна авария. Реактор с бушуващи неутрони представляваше огромна опасност за околното население. Трябваше спешно да евакуираме хората от опасната зона, преди да угасне ядреният „огън“. За щастие няма жертви, но загубите са много големи, а реакторът не работи известно време.

Основното изискване към материала на контролните и аварийните пръти е способността да абсорбират неутрони, а кадмият е един от „най-големите специалисти“ в тази област. Само с едно предупреждение: ако говорим за топлинни неутрони, чиято енергия е много ниска (измерва се в стотни от електронволта). В първите години на атомната ера ядрените реактори работеха именно с топлинни неутрони, а кадмият дълго време се смяташе за „първата цигулка“ сред материалите за пръти. По-късно обаче му се налага да отстъпи водещата роля на бора и неговите съединения. Но за кадмия ядрените физици намират все повече и повече нови области на дейност: например, използвайки кадмиева плоча, монтирана на пътя на неутронния лъч, те изучават неговия енергиен спектър, определят колко е хомогенен, какъв е делът на топлинната неутрони в него.

От особен интерес за учените беше нарастването на безтегловността на MRT кристал, който е твърд разтвор на кадмиев и живачен телурид. Този полупроводников материал е незаменим за производството на термовизионни камери - високоточни инфрачервени устройства, използвани в медицината, геологията, астрономията, електрониката, радиотехниката и много други важни области на науката и технологиите. Изключително трудно е да се получи това съединение в земни условия: неговите компоненти, поради голямата разлика в плътността, се държат като героите от известната басня на И. А. Крилов - лебед, рак и щука, и в резултат на това вместо от хомогенна сплав се получава слоест "пай". Заради един мъничък MCT кристал, човек трябва да отгледа голям кристал и да изреже от него най-тънката пластина на граничния слой и всичко останало отива на вятъра. Не може да бъде другояче: в края на краищата чистотата и хомогенността на MCT кристала се оценява на стомилионни от процента. Не е чудно, че на световния пазар един грам от тези кристали струва „само” осем хиляди долара.

Най-добрата жълта боя е комбинация от кадмий и сяра. За направата на тази боя се използват големи количества кадмий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Многостранното действие на кадмия има и отрицателни страни. Преди няколко години един от американските здравни служители установи, че има пряка връзка между смъртността от сърдечно-съдови заболявания и. съдържание на кадмий в атмосферата. Това заключение е направено след обстойно проучване на жители на 28 американски града. В четири от тях - Чикаго, Ню Йорк, Филаделфия и Индианаполис - съдържанието на кадмий във въздуха е значително по-високо, отколкото в други градове; Делът на смъртните случаи, дължащи се на сърдечни заболявания, също е по-висок тук.

Докато лекари и биолози определят дали кадмият е вреден и търсят начини да намалят съдържанието му в околната среда, представители на технологиите предприемат всички мерки за увеличаване на производството му. Ако през цялата втора половина на миналия век са добивани само 160 тона кадмий, то в края на 20-те години на нашия век годишното му производство в капиталистическите страни вече е приблизително 700 тона, а през 50-те години достига 7000 тона (след всичко, през този период Оттогава кадмият придобива статут на стратегически материал, предназначен за производството на пръти за ядрени реактори). И през 21 век употребата на кадмий само ще се увеличи, поради неговите незаменими свойства.

ПРЕПРАТКИ

1) Дзлиев И.И. Металургия на кадмий. М.: Металургиздат, 1962.

2) Крестовников А.Н. Кадмий. М.: Цветметиздат, 1956.

3) Крестовников А.Н. Каретникова В. П. Редки метали. М.: Цветметиздат, 1966.

4) Лебедев B.N. Кузнецова V.A. Цветни метали. М.: Наука, 1976.

5) Любченко В.А. Цветни метали. М.: Наука, 1963.

6) Максимова Г.В. Кадмий // Вестник по неорганична химия, № 3, 1959, S-98.

7) Плаксин I.N. Юхтанов Д.М. Хидрометалургия. М.: Металургиздат, 1949.

8) Пейсахов И.Л. Цветни метали. М.: Наука, 1950.

9) Планер V.I. Кадмий като средство за предотвратяване на корозия. М.: Цветметиздат, 1952.

Съдържанието на статията

КАДМИЙ(Кадмий) Cd е химичен елемент от група II на периодичната система. Атомен номер 48, относителна атомна маса 112,41. Естественият кадмий се състои от осем стабилни изотопа: 106 Cd (1,22%), 108 Cd (0,88%), 110 Cd (12,39%), 111 Cd (12,75%), 112 Cd (24,07%), 113 Cd (12,26%), 114 Cd (28,85%) и 116 Cd (7,58%). Степен на окисление +2, рядко +1.

Кадмият е открит през 1817 г. от немския химик Фридрих Стромайер Фридрих (1776–1835).

При проверка на цинков оксид, произведен от една от фабриките на Шенебек, възникна подозрение, че съдържа примес от арсен. Когато лекарството се разтвори в киселина и през разтвора се прекара сероводород, се образува жълта утайка, подобна на арсеновите сулфиди, но по-щателна проверка показа, че този елемент не присъства. За окончателното заключение, проба от подозрителен цинков оксид и други цинкови препарати (включително цинков карбонат) от същата фабрика бяха изпратени на Фридрих Щромайер, който от 1802 г. заемаше катедрата по химия в университета в Гьотинген и длъжността генерален инспектор на Хановерски аптеки.

Като калцинира цинков карбонат, Strohmeyer получи оксид, но не бял, както би трябвало да бъде, а жълтеникав. Той предположи, че цветът е от примес на желязо, но се оказа, че няма желязо. Strohmeyer напълно анализира цинковите препарати и установи, че жълтият цвят се появява поради нов елемент. Наречен е на цинковата руда, в която е открит: гръцката дума kadmeia, „кадмиева пръст“ е древното име за смитсонит ZnCO 3 . Тази дума, според легендата, идва от името на финикийския Кадъм, който уж е първият, който е намерил цинков камък и е забелязал способността му да придава на медта (когато се топи от руда) златист цвят. Същото име е дадено на героя от древногръцката митология: според една легенда Кадъм побеждава Дракона в труден двубой и на неговите земи построява крепостта Кадмея, около която след това се разраства град Тива със седем порти.

Разпространение на кадмий в природата и неговото промишлено извличане.

Съдържанието на кадмий в земната кора е 1,6·10–5%. Той е близо до антимона (2·10–5%) и два пъти по-разпространен от живака (8·10–6%). Кадмият се характеризира с миграция в горещи подземни води заедно с цинк и други химични елементи, склонни към образуване на естествени сулфиди. Концентрира се в хидротермални утайки. Вулканичните скали съдържат до 0,2 mg кадмий на kg, сред седиментните скали най-богати на кадмий са глините - до 0,3 mg/kg, и в по-малка степен - варовиците и пясъчниците (около 0,03 mg/kg). Средното съдържание на кадмий в почвата е 0,06 mg/kg.

Кадмият има свои собствени минерали - гринокит CdS, отавит CdCO 3, монтепонит CdO. Те обаче не формират собствени депозити. Единственият промишлено значим източник на кадмий са цинковите руди, където се намира в концентрации от 0,01–5%. Кадмият се натрупва и в галенит (до 0,02%), халкопирит (до 0,12%), пирит (до 0,02%), станит (до 0,2%). Общите световни ресурси на кадмий се оценяват на 20 милиона тона, промишлените - на 600 хиляди тона.

Характеристики на просто вещество и промишлено производство на метален кадмий.

Кадмият е сребристо твърдо вещество със синкав блясък върху свежа повърхност, мек, ковък метал, който лесно се навива на листове и се полира лесно. Подобно на калая, кадмиевите пръчки издават пукащ звук, когато се огъват. Топи се при 321,1 ° C, кипи при 766,5 ° C, плътността е 8,65 g/cm 3, което му позволява да бъде класифициран като тежък метал.

Кадмият е стабилен на сух въздух. Във влажен въздух бързо избледнява, а при нагряване лесно взаимодейства с кислород, сяра, фосфор и халогени. Кадмият не реагира с водород, азот, въглерод, силиций и бор.

Кадмиевите пари взаимодействат с водните пари, за да отделят водород. Киселините разтварят кадмий, за да образуват соли на този метал. Кадмият редуцира амониевия нитрат в концентрирани разтвори до амониев нитрит. Той се окислява във воден разтвор от катиони на някои метали, като мед (II) и желязо (III). За разлика от цинка, кадмият не взаимодейства с алкални разтвори.

Основните източници на кадмий са междинните продукти от производството на цинк. Металните утайки, получени след пречистване на разтвори на цинков сулфат чрез действието на цинков прах, съдържат 2–12% кадмий. Фракциите, образувани по време на дестилационното производство на цинк, съдържат 0,7–1,1% кадмий, а фракциите, получени по време на ректификационното пречистване на цинка, съдържат до 40% кадмий. Кадмият се извлича и от прах от топилни заводи за олово и мед (може да съдържа съответно до 5% и 0,5% кадмий). Прахът обикновено се третира с концентрирана сярна киселина и след това кадмиевият сулфат се излугва с вода.

Кадмиевата гъба се утаява от разтвори на кадмиев сулфат чрез действието на цинков прах, след това се разтваря в сярна киселина и разтворът се пречиства от примеси чрез действието на цинков оксид или натриев карбонат, както и чрез йонообменни методи. Металният кадмий се изолира чрез електролиза върху алуминиеви катоди или чрез редукция с цинк.

За да се отстранят цинкът и оловото, металният кадмий се разтопява под слой алкали. Стопилката се обработва с алуминий за отстраняване на никела и амониев хлорид за отстраняване на талия. Използвайки допълнителни методи за пречистване, е възможно да се получи кадмий със съдържание на примеси от 10–5% от теглото.

Годишно се произвеждат около 20 хиляди тона кадмий. Обемът на производството му до голяма степен е свързан с мащаба на производството на цинк.

Най-важната област на приложение на кадмий е производството на химически източници на енергия. Кадмиевите електроди се използват в батерии и акумулатори. Отрицателните пластини на никел-кадмиевите батерии са направени от железни мрежи с кадмиева гъба като активен агент. Положителните плочи са покрити с никелов хидроксид. Електролитът е разтвор на калиев хидроксид. Компактните батерии за управляеми ракети също се изработват на базата на кадмий и никел, само че в този случай като основа са монтирани не желязо, а никелови мрежи.

Процесите, протичащи в никел-кадмиева алкална батерия, могат да бъдат описани с общото уравнение:

Cd + 2NiO(OH) + 2H 2 O Cd(OH) 2 + 2Ni(OH) 2

Никел-кадмиевите алкални батерии са по-надеждни от оловно-киселинните батерии. Тези източници на ток се отличават с високи електрически характеристики, стабилна работа и дълъг експлоатационен живот. Те могат да бъдат заредени само за един час. Но никел-кадмиевите батерии не могат да се презареждат, без преди това да са напълно разредени (в това отношение те са по-ниски от металните хидридни батерии).

Кадмият се използва широко за нанасяне на антикорозионни покрития върху метали, особено когато те влизат в контакт с морска вода. Най-важните части на кораби, самолети, както и различни продукти, предназначени за експлоатация в тропически климат, са покрити с кадмий. Преди това желязото и другите метали са били покрити с кадмий чрез потапяне на продукти в разтопен кадмий; сега кадмиевото покритие се нанася електролитно.

Кадмиевите покрития имат някои предимства пред цинковите: те са по-устойчиви на корозия и по-лесно се правят равномерни и гладки. Високата пластичност на такива покрития осигурява херметичността на резбовите връзки. Освен това кадмият, за разлика от цинка, е стабилен в алкална среда.

Покритието с кадмий обаче има своите проблеми. Когато кадмий се прилага електролитно върху стоманена част, съдържащият се в електролита водород може да проникне в метала. Той причинява така наречената водородна крехкост в стомани с висока якост, което води до неочаквано разрушаване на метала при натоварване. За да се предотврати това явление, в кадмиевите покрития се въвежда титанова добавка.

Освен това кадмият е токсичен. Следователно, въпреки че кадмиевият калай се използва доста широко, е забранено да се използва за производството на кухненски прибори и контейнери за храна.

Около една десета от световното производство на кадмий се изразходва за производството на сплави. Кадмиевите сплави се използват главно като антифрикционни материали и припои. Сплавта, съдържаща 99% кадмий и 1% никел, се използва за производството на лагери, работещи в автомобилни, самолетни и морски двигатели при високи температури. Тъй като кадмият не е достатъчно устойчив на киселини, включително органични киселини, съдържащи се в смазочните материали, носещите сплави на базата на кадмий понякога се покриват с индий.

Легирането на мед с малки добавки на кадмий прави възможно проводниците на електрическите транспортни линии да бъдат по-устойчиви на износване. Медта с добавка на кадмий почти не се различава по електрическа проводимост от чистата мед, но значително превъзхожда по сила и твърдост.

Кадмият е включен в метала на Ууд, нискотопима сплав, съдържаща 50% бисмут, 25% олово, 12,5% калай, 12,5% кадмий. Сплавта на Ууд може да се разтопи във вряща вода. Любопитно е, че първите букви на компонентите на сплавта на Ууд образуват съкращението VOSK.Той е изобретен през 1860 г. от не много известния английски инженер Б. Ууд.Това изобретение често погрешно се приписва на неговия съименник - известният американски физик Робърт Уилямс Ууд, който е роден само на осем години по-късно.Нискотопимите кадмиеви сплави се използват като материал за производство на тънки и сложни отливки, в автоматични противопожарни системи, за запояване на стъкло към метал.Припоите, съдържащи кадмий, са доста устойчиви на температурни колебания.

Рязкото нарастване на търсенето на кадмий започва през 40-те години на миналия век и е свързано с използването на кадмий в ядрената индустрия - открива се, че той абсорбира неутрони и от него започват да се правят контролни и аварийни пръти на ядрени реактори. Способността на кадмия да абсорбира неутрони със строго определени енергии се използва при изследване на енергийните спектри на неутронните лъчи.

Кадмиеви съединения.

Кадмият образува бинарни съединения, соли и множество сложни, включително органометални съединения. В разтворите се свързват молекулите на много соли, по-специално халиди. Разтворите имат леко кисела среда поради хидролиза. При излагане на алкални разтвори, започвайки от pH 7–8, се утаяват основни соли.

Кадмиев оксид CdO се получава чрез взаимодействие на прости вещества или чрез калциниране на кадмиев хидроксид или карбонат. В зависимост от "термичната история" може да бъде зеленикаво-жълт, кафяв, червен или почти черен. Това отчасти се дължи на размера на частиците, но до голяма степен е резултат от дефекти на решетката. Над 900°C кадмиевият оксид е летлив, а при 1570°C се сублимира напълно. Има полупроводникови свойства.

Кадмиевият оксид е лесно разтворим в киселини и слабо разтворим в основи, лесно се редуцира от водород (при 900 ° C), въглероден оксид (над 350 ° C) и въглерод (над 500 ° C).

Като електроден материал се използва кадмиев оксид. Включва се в смазочни масла и партиди за производство на специални стъкла. Кадмиевият оксид катализира редица реакции на хидрогениране и дехидрогениране.

Кадмиев хидроксид Cd(OH) 2 се утаява като бяла утайка от водни разтвори на кадмиеви (II) соли, когато се добави основа. Когато е изложен на много концентрирани алкални разтвори, той се превръща в хидроксокадмати, като Na 2. Кадмиевият хидроксид реагира с амоняк, за да образува разтворими комплекси:

Cd(OH) 2 + 6NH 3 H 2 O = (OH) 2 + 6H 2 O

В допълнение, кадмиевият хидроксид преминава в разтвор под въздействието на цианиди на алкални елементи. Над 170°C се разлага до кадмиев оксид. Взаимодействието на кадмиев хидроксид с водороден пероксид във воден разтвор води до образуване на пероксиди с различен състав.

Кадмиевият хидроксид се използва за получаване на други кадмиеви съединения, а също и като аналитичен реагент. Той е част от кадмиевите електроди в източници на ток. Освен това кадмиевият хидроксид се използва в декоративни стъкла и емайли.

Кадмиев флуорид CdF 2 е слабо разтворим във вода (4,06% тегловни при 20° C), неразтворим в етанол. Може да се получи чрез действието на флуор върху метал или флуороводород върху кадмиев карбонат.

Като оптичен материал се използва кадмиев флуорид. Той е съставна част на някои стъкла и фосфори, както и на твърди електролити в химически източници на ток.

Кадмиев хлорид CdCl2 е силно разтворим във вода (53,2% тегловни при 20°C). Ковалентният му характер определя относително ниската му точка на топене (568,5° C), както и разтворимостта му в етанол (1,5% при 25° C).

Кадмиевият хлорид се получава чрез взаимодействие на кадмий с концентрирана солна киселина или хлориране на метала при 500°C.

Кадмиевият хлорид е компонент на електролитите в кадмиевите галванични елементи и сорбентите в газовата хроматография. Той е част от някои решения във фотографията, катализатори в органичния синтез и потоци за отглеждане на полупроводникови кристали. Използва се като щипка при боядисване и щамповане на тъкани. Органокадмиевите съединения се получават от кадмиев хлорид.

Кадмиев бромид CdBr 2 образува люспести кристали с перлен блясък. Той е много хигроскопичен, силно разтворим във вода (52,9% тегловни при 25°C), метанол (13,9% тегловни при 20°C), етанол (23,3% тегловни при 20°C).

Кадмиевият бромид се получава чрез бромиране на метала или чрез действието на бромоводород върху кадмиев карбонат.

Кадмиевият бромид служи като катализатор в органичния синтез, е стабилизатор на фотографски емулсии и компонент на вибриращи състави във фотографията.

Кадмиев йодид CdI 2 образува лъскави кристали с форма на листа, те имат слоеста (двуизмерна) кристална структура. Известни са до 200 политипа на кадмиев йодид, които се различават по последователността на слоевете с хексагонална и кубична плътна опаковка.

За разлика от други халогени, кадмиевият йодид не е хигроскопичен. Той е силно разтворим във вода (46,4% тегловни при 25°C). Кадмиевият йодид се получава чрез йодиране на метала чрез нагряване или в присъствието на вода, както и чрез действието на йодоводород върху кадмиев карбонат или оксид.

Кадмиевият йодид служи като катализатор в органичния синтез. Той е съставна част на пиротехнически състави и смазки.

Кадмиев сулфид CdS вероятно е първото съединение на този елемент, към което индустрията се интересува. Образува лимоненожълти до оранжевочервени кристали. Кадмиевият сулфид има полупроводникови свойства.

Това съединение е практически неразтворимо във вода. Освен това е устойчив на алкални разтвори и повечето киселини.

Кадмиевият сулфид се получава чрез взаимодействие на кадмиеви и серни пари, утаяване от разтвори под въздействието на сероводород или натриев сулфид и реакции между кадмиеви и органосерни съединения.

Кадмиевият сулфид е важно минерално багрило, по-рано наричано кадмиево жълто.

В бояджийския бизнес впоследствие жълтият кадмий започва да се използва по-широко. По-специално, леките автомобили бяха боядисани с него, тъй като, наред с други предимства, тази боя издържа добре на локомотивния дим. Кадмиевият сулфид също се използва като оцветител в производството на текстил и сапун. Съответни колоидни дисперсии бяха използвани за получаване на цветни прозрачни стъкла.

През последните години чистият кадмиев сулфид е заменен от по-евтини пигменти - кадмопон и цинк-кадмиев литопон. Cadmopon е смес от кадмиев сулфид и бариев сулфат. Получава се чрез смесване на две разтворими соли – кадмиев сулфат и бариев сулфид. В резултат на това се образува утайка, съдържаща две неразтворими соли:

CdSO 4 + BaS = CdSI + BaSO 4 Ї

Цинк-кадмиевият литопон също съдържа цинков сулфид. При производството на това багрило се утаяват три соли едновременно. Литопонът е кремав или слонова кост на цвят.

С добавянето на кадмиев селенид, цинков сулфид, живачен сулфид и други съединения, кадмиевият сулфид произвежда термично стабилни пигменти с ярки цветове, вариращи от бледо жълто до тъмно червено.

Кадмиевият сулфид придава на пламъка син цвят. Това свойство се използва в пиротехниката.

Освен това кадмиевият сулфид се използва като активна среда в полупроводникови лазери. Може да се използва като материал за производството на фотоклетки, слънчеви клетки, фотодиоди, светодиоди и фосфор.

Кадмиев селенид CdSe образува тъмночервени кристали. Той е неразтворим във вода и се разлага със солна, азотна и сярна киселина. Кадмиевият селенид се получава чрез сливане на прости вещества или от газообразен кадмий и селен, както и чрез утаяване от разтвор на кадмиев сулфат под действието на селеноводород, реакцията на кадмиев сулфид със селенова киселина и взаимодействието между кадмиеви и органоселенови съединения .

Кадмиевият селенид е фосфор. Той служи като активна среда в полупроводникови лазери и е материал за производството на фоторезистори, фотодиоди и слънчеви клетки.

Кадмиевият селенид е пигмент за емайллакове, глазури и художествени бои. Рубинено стъкло е оцветено с кадмиев селенид. Именно това, а не хромният оксид, както в самия рубин, направи звездите на Московския Кремъл рубиненочервени.

Кадмиев телурид CdTe може да варира в цвят от тъмно сиво до тъмно кафяво. Не е разтворим във вода, но се разлага от концентрирани киселини. Получава се при взаимодействието на течен или газообразен кадмий и телур.

Кадмиевият телурид, който има полупроводникови свойства, се използва като детектор на рентгенови лъчи и гама-лъчение, а живачно-кадмиевият телурид е намерил широко приложение (особено за военни цели) в инфрачервени детектори за термично изображение.

Когато се наруши стехиометрията или се въведат примеси (например медни и хлорни атоми), кадмиевият телурид придобива фоточувствителни свойства. Използва се в електрофотографията.

Органокадмиеви съединения CdR 2 и CdRX (R = CH 3, C 2 H 5, C 6 H 5 и други въглеводородни радикали, X - халогени, OR, SR и т.н.) обикновено се получават от съответните реактиви на Grignard. Те са по-малко термично стабилни от техните цинкови аналози, но като цяло са по-малко реактивни (обикновено незапалими във въздуха). Най-важното им приложение е производството на кетони от киселинни хлориди.

Биологична роля на кадмия.

Кадмият се съдържа в организмите на почти всички животни (при сухоземните е около 0,5 mg на 1 kg маса, а при морските е от 0,15 до 3 mg/kg). В същото време се смята за един от най-токсичните тежки метали.

Кадмият се концентрира в тялото главно в бъбреците и черния дроб, докато съдържанието на кадмий в тялото се увеличава с напредване на възрастта. Натрупва се под формата на комплекси с протеини, които участват в ензимните процеси. Влизайки в тялото отвън, кадмият има инхибиторен ефект върху редица ензими, като ги унищожава. Действието му се основава на свързване на –SH групата на цистеиновите остатъци в протеините и инхибиране на SH ензимите. Той може също така да инхибира действието на цинк-съдържащи ензими чрез изместване на цинка. Поради близостта на йонните радиуси на калций и кадмий, той може да замести калция в костната тъкан.

Хората се отравят с кадмий чрез пиене на вода, замърсена с отпадъци, съдържащи кадмий, както и зеленчуци и зърнени култури, растящи на земи, разположени в близост до петролни рафинерии и металургични заводи. Гъбите имат специална способност да натрупват кадмий. Според някои доклади съдържанието на кадмий в гъбите може да достигне единици, десетки и дори 100 или повече милиграма на килограм собствено тегло. Кадмиевите съединения са сред вредните вещества, открити в тютюневия дим (една цигара съдържа 1-2 mcg кадмий).

Класически пример за хронично отравяне с кадмий е заболяване, описано за първи път в Япония през 50-те години на миналия век и наречено „итай-итай“. Заболяването е придружено от силна болка в лумбалната област и болки в мускулите. Появяват се и характерни признаци на необратимо бъбречно увреждане. Регистрирани са стотици смъртни случаи на итай-итай. Заболяването стана широко разпространено поради силното замърсяване на околната среда в Япония по онова време и специфичната диета на японците - основно ориз и морски дарове (те са способни да натрупват кадмий във високи концентрации). Проучванията показват, че хората с "Итай-Итай" консумират до 600 мкг кадмий на ден. Впоследствие, в резултат на мерките за опазване на околната среда, честотата и тежестта на синдроми като "Итай-Итай" значително намаля.

В САЩ е открита връзка между нивата на кадмий в атмосферата и честотата на смъртните случаи от сърдечно-съдови заболявания.

Смята се, че около 1 mcg кадмий на 1 kg телесно тегло може да влезе в човешкото тяло на ден без вреда за здравето. Питейната вода не трябва да съдържа повече от 0,01 mg/l кадмий. Антидотът при отравяне с кадмий е селенът, но консумацията на храни, богати на този елемент, води до намаляване на съдържанието на сяра в организма, в който случай кадмият отново става опасен.

Елена Савинкина

Откъде получавате кадмий?Кадмият винаги се съдържа в рудите, от които се извличат цинк и олово, а понякога и в медната руда. Поради това неминуемо попада в производствените отпадъци на тези метали. Но те не се изхвърлят, а се опитват да бъдат рециклирани, тъй като има много други елементи, от които хората се нуждаят. Делът на кадмия е много голям - 0,3–0,5% от теглото на цинковия концентрат, като 95% от него се вземат от него. Всъщност кадмият е открит при изучаване на цинкови съединения. Те разказват следната история (вж. „Химия и живот”, 1970, № 9). През 1817 г. в Магдебург възниква конфликт: окръжният лекар Ролов нарежда всички препарати с цинков оксид да бъдат изтеглени от продажба, подозирайки, че съдържат арсен. Фармацевтите се кълняха, че в препаратите няма арсен, освен може би железен оксид, който придава жълтеникав цвят на мехлема. Арбитър беше професор Фридрих Щромайер от университета в Гьотинген, който по това време беше главен фармацевтичен инспектор. Той всъщност успя да изолира жълтеникаво съединение от лекарството. Той обаче няма нищо общо нито с арсен, нито с желязо, а се оказва оксид на нов елемент. През есента на 1817 г. в разговори с колеги Стромайер го нарича кадмий, за което е дадено следното обяснение. Легендарният финикийски принц Кадъм, дошъл в Беотия в търсене на сестра си Европа, открадната от Зевс, построил там крепостта Кадме. Около него по-късно израства древногръцката Тива. В древни времена близо до този град е открита специфична смес от цинкови съединения, наречена „кадмеева земя“ или кадмий. Strohmeyer използва това име.

Ролов също скоро се убеди, че подозрителният примес не е арсен, а съединение на нов метал. Но статията му е изпратена до „ Journal fur der praktischen Heilkunde”, беше отложено и публикувано през април 1818 г., когато химиците вече знаеха за откритието на Стромайер.

Как жълтият цвят на съединението повлия на интереса към кадмия?По най-директния начин: скоро след откритието на Стромайер, някой си Карстен, старши съветник по металургия в завода в Бреслау (сега Вроцлав), открива в силезийската цинкова руда елемент, който дава жълта утайка, когато сероводородът преминава през разтвора му, и го нарича "мелиний" от латинската дума " мелис“, което означава мед. Това беше все същият кадмий и неговият сулфид стана отличен жълт пигмент, първо за художници, а след това, когато цената падна, за рисуване. Получавайки кадмиев сулфид по различни начини, можете да направите красива боя в различни нюанси - от лимон до портокал. Тъй като е устойчив на киселини, основи и силна топлина, кадмиево жълтото е подходящо и за боядисване на керамика. Освен това, когато кадмиевият сулфид се смеси с ултрамарин, се образува отлична зелена боя - кадмиево зелено. При изгаряне кадмият произвежда син цвят, така че се използва и в пиротехниката. Така през 90-те години на 20 век 17% кадмий се използва за приготвяне на бои за различни цели.

Какво е основното приложение на кадмия?Никел-кадмиеви батерии: един от електродите в тях е направен от кадмий или неговия хидроксид, производството им изразходва повече от 60% от целия добит кадмий. Тези батерии са много издръжливи: те могат да осигурят няколко пъти повече цикли на разреждане-зареждане от най-близките си конкуренти - оловни батерии, но те струват десет пъти повече. И по отношение на съотношението на съхраняваната електроенергия към теглото, Ni-Cd е два пъти по-висок от Pb, което ги прави обещаващи за електрически превозни средства. Животът на съвременните никел-кадмиеви батерии е повече от 30 години. Те се зареждат бързо и бързо освобождават енергия, а поради ниското си вътрешно съпротивление могат да осигурят висока плътност на тока без да се нагряват. Поради това се използват навсякъде, където се изисква висока плътност на тока - в електрически автомобили, тролейбуси, трамваи, електрически влакове, винтоверти, както и в радиоапаратура и битова техника. Доскоро те доставяха енергия и на компютри и мобилни телефони, но сега мястото им е заето от литиево-йонни. Предполага се, че никел-кадмиевите батерии се използват и в алтернативни енергийни системи, където от време на време е необходимо някъде да се изпомпва излишна енергия, която след това компенсира липсата на производство поради лошо време: такива батерии могат да осигурят надеждно съхранение на до 6,5 MWh електроенергия, което ги нарежда наравно с оловния и натриевия сулфид.

Сред недостатъците на никел-кадмиевите батерии са високият саморазряд и ефектът на паметта: ако зареждате батерия, която не е напълно разредена, тя ще натрупва все по-малко енергия всеки път. Има мнение, че този ефект може да се бори, ако такава батерия се разрежда много силно от време на време. Но основният им недостатък е токсичността на кадмия; поради това непрекъснато намалява използването на никел-кадмиеви батерии, както и кадмиеви пигменти за бои, стабилизатори за полимери (10% от производството на метали) и покрития за метали (5%).

Кое приложение на кадмий се увеличава?Производство на соларни панели. Кадмиевият телурид преобразува слънчевата светлина в електричество доста добре, въпреки че е по-нисък от силициевите батерии: ефективността на наличните на пазара модули е съответно 8–9% и 13–16%. Кадмиевият телурид обаче се отлага под формата на тънки филми върху проводимо стъкло, което изисква много по-малко енергия и материали, отколкото производството на силициеви батерии. Като резултат (" ”, 2012, 16, 5245–5259; doi:10.1016/j.rser.2012.04.034) енергийните разходи за производство на батерии се възстановяват от производството на енергия в рамките на една година, което е два до три пъти (както и емисиите на въглероден диоксид на киловат произведена от него електроенергия в Европа) по-малко от това на силициевите батерии С други думи, батериите, използващи кадмиеви съединения, са много екологични. С увеличаване на ефективността тази разлика ще се увеличи още повече и тук има перспективи, тъй като рекордните стойности на ефективност за кадмиев телурид бяха 15,6 и 13,8% през 2011 г. при нанасяне на неговия тънък филм съответно върху стъкло и гъвкав полиимид. Полимерните батерии тежат стотици пъти по-малко от стъклените и лесно се монтират върху извити повърхности, което привлича вниманието на изследователите.

Тънките филми не са всичко. Елементите, базирани на квантови точки, направени от халкогениди - кадмиев сулфид, телурид и селенид - са обещаващи представители на слънчеви клетки от трето поколение, които според експертите са в състояние най-накрая да осигурят самодостатъчност за този източник на енергия. Точките привличат вниманието на изследователите, защото поради зависимостта на техните свойства от размера им е възможно да се постигне абсорбция и превръщане на целия слънчев спектър в електричество. Освен това в някои експерименти халкогенидните квантови точки показаха способността да получават няколко електрона от един фотон - ефектът на многократно генериране на екситони. Очевидно, ако се използва правилно, това значително ще повиши ефективността на преобразуване на светлината и това ни позволява да очакваме сближаване на цената на електроенергията от Слънцето и изгарянето на въглища.

Засега обаче потенциалът на квантовите точки не е напълно разкрит - рекордна ефективност от 5,42% в началото на 2013 г. беше демонстрирана от елемент, базиран на квантови точки, изработен от кадмиев сулфид и селенид с манганови добавки (“ Прегледи за възобновяема и устойчива енергия”, 2013, 22, 148–167; doi:10.1016/j.rser.2013.01.030). Смята се, че самите точки не са виновни за това - все още не е избран оптималният електроден материал, който да осигури пълно отстраняване на носителите на заряд, произтичащи от фотореакцията от тях. Възможно е кадмият да бъде полезен и при производството на електроди; експериментите с електрод, направен от кадмиев станат CdSnO 3 за слънчеви клетки, показват добри резултати („ Материали за слънчева енергия и слънчеви клетки”, 2013, 117, 300–305; doi:10.1016/j.solmat.2013.06.009).

Какви други наночастици са направени от кадмиеви съединения?Най-разнообразни: нанопръчки, нанотръби и дори структури като морски таралежи. Възможно е някои от тях да намерят приложение в бъдещите технологии.

Има ли кадмий в калаените войници?Може да се окаже там, тъй като малка добавка на кадмий значително намалява точката на топене на други метали и съответно осигурява по-добро запълване на формата с леярската сплав. Не е изненадващо, че е част от известната сплав Wood и нейните разновидности. Такива сплави се използват широко в металографията (те се изливат в тънки профили, проби за микроскопско изследване), в прецизното леене, те служат като пръти за изгубена стопилка при производството на кухи фигури, както и стопими предпазители. Очевидно английският инженер Барнаба Ууд е първият, който открива способността на кадмия да намалява точката на топене на други метали, тъй като елементите, които изграждат сплавта, наречена на негово име - седем до осем части бисмут, четири части олово и по две от калай и кадмий - имат точка на топене съответно 271. 327, 231 и 742°C. И всички заедно се топят при 69°C! Този резултат беше толкова неочакван през 1860 г., че редакцията на списанието „ Американският вестник за наука и изкуства” добави следната бележка към статията на Ууд: „Имахме време да повторим само няколко от интересните експерименти на д-р Ууд, свързани с удивителния ефект, който кадмият има при понижаване на точките на топене на различни сплави.” В днешно време способността на кадмия да намалява точката на топене на металите се използва чрез добавянето му към спойки - това представлява 2% от световното производство на метали. Освен това припоите са не само индустриални, но и домашни. Например във форума на бижутерите занаятчиите дават следните препоръки: „Добавете малко кадмий към златото, неговата точка на топене ще бъде по-ниска от тази на метала на продукта и ще бъде възможно да запоите необходимата част. Тъй като има вероятност кадмият да се изпари по време на запояване, пробата на продукта може да не се промени. Просто трябва да запоявате под налягане, за да не се отровите.”

Какъв е пътят на кадмия в тялото?„Кадмият в детските играчки е невъзможен, той е отровен“, ще каже читателят. И той ще бъде прав, но само отчасти, тъй като е малко вероятно кадмият от калаен войник (всяка фигура, изработена от сребрист тежък метал, излята в малка работилница) или от жълта шарка върху купа за салата, да може по някакъв начин да влезе в човешкото тяло. Той има съвсем различни начини. Те са три. Първо, с цигарения дим: кадмият се натрупва добре в тютюневите листа. Второ, от въздуха, особено градския: съдържа много пътен прах в резултат на абразията на гумите и спирачните накладки (и кадмият е част от техния състав); Колкото повече вдишвате този прах, толкова по-високо е съдържанието на кадмий в тялото. По този начин сред контрольорите е един и половина пъти повече, отколкото сред пътните работници от селските райони (“ Хемосфера“, 2013, 90, 7, 2077–2084). Кадмий присъства и в дима на топлоелектрическите централи, ако те работят на въглища, и в дима от изгаряне на дърва, тъй като дърветата го извличат от почвата. Третият източник е храната, особено корените, листата и зърната на растенията: тук се натрупва кадмий. Изследване, проведено от учени от Сиатъл, показа, че сред младите жени, живеещи в райони, незамърсени с кадмий, тютюнопушенето е основният източник на кадмий, което увеличава съдържанието на този метал с един и половина пъти. Но сред хранителните продукти изварата от боб тофу се оказа значителен източник на кадмий - една порция от него седмично повишава съдържанието на кадмий в тялото с 22% (“ Наука за цялостната среда”, 2011, 409, 9, 1632–1637). Много кадмий се намира в мекотели и ракообразни, които се хранят с планктон. Новозеландски биолози установиха, че кадмият в морската вода (концентрацията му в нея е 0,11 μg/l) най-вероятно е попаднал там по вина на човека. Кадмият се съдържа във фосфорните торове, откъдето, между другото, попада главно в ядливите растения. Дъждовете измиват торовете в реките и след това в морето. Кадмият се движи по повърхността на микрочастиците. Попаднал в солената вода, той се освобождава и попада във фитопланктона, а с него и в стридите. В резултат на това мекотелите, които се отглеждат по-високо в речните устия, където кадмият все още не е измит от микрочастиците, са относително чисти, а тези, които са по-ниско, съдържат особено много от този метал („ Наука за цялостната среда”, 1996, 181, 1, 31–44). Съдържанието на кадмий в стридите е 13-26 микрограма на грам сухо тегло. За сравнение: в слънчогледовите семки, които също се считат за важен източник на кадмий, има 0,2–2,5 mcg на грам зърна, в тютюневите листа - 0,5–1 mcg на грам сухо тегло. Тъй като не само стридите се хранят с планктон, кадмият попада и в риба, уловена в мръсни морета. А най-мръсно е Балтийско море, в което се вливат много реки от индустриални зони и райони с интензивно земеделие.

Как антропогенният кадмий навлиза в околната среда?Освен фосфатните торове, пътния прах и изгарянето на гориво, има още два начина. Първата е цветната металургия: с всички усилия, насочени към почистване на емисиите, част от тях неизбежно преминава през всички филтри. Второто са депата и местата за рециклиране на отпадъци, например, когато пластмасата гори там. Но в депото, дори и без отопление, кадмият се излугва и навлиза в почвата с водата. Като цяло цветната металургия произвежда 5 хиляди тона емисии на кадмий годишно, изгарянето на отпадъци - 1,5, а производството на фосфорни торове и изгарянето на дървесина - по 0,2 хиляди тона от над седемте хиляди тона, които хората разпространяват в околната среда приблизително от 30-те години на ХХ век. Собствените възможности на природата са по-скромни: 0,52 хиляди тона се осигуряват от вулкани и 0,2 хиляди тона от растителни екскременти, общо 0,83 хиляди тона (вж. „Химия и живот“, 1979 г., № 12). С други думи, не повече от две трети от кадмия, извлечен от земните недра, може да бъде превърнат в метал (а световното производство варира между 17 и 20 хиляди тона годишно от десетилетия), така че перспективите за използване тук са много широки . Няма обаче стимул, за който ще стане дума по-нататък.

Как ще се държат новите материали, съдържащи кадмий, на депото?различно. Подробен анализ е извършен от Василий Фтенакос от Националната лаборатория Брукхейвън (САЩ), който подробно описва жизнения цикъл на батерия от кадмиев телурид (“ Прегледи за възобновяема и устойчива енергия”, 2004, 8, 303–334; doi:10.1016/j.rser.2003.12.001). Той разсъждава така. В слънчевата клетка кадмиевото съединение се намира между слоеве стъкло или пластмаса. Следователно частиците, съдържащи кадмий, могат да се появят в околната среда само когато елементът бъде унищожен, което се случва или в много прашна зона, или по време на повреда. Но дори и тогава, както показа експериментът, никакъв дъжд не може да измие забележимо количество кадмий от елемента. Температурата на изпарение на CdTe надвишава 1000°C, а CdS, който също присъства в тези елементи, е 1700°C, така че няма да има изпарение по време на работа.

Ами ако елементът е на покрива на частна къща, в която е имало пожар? Във въздуха кадмиевият телурид остава стабилен до температури от 1050°C, което е по-малко от нагряването при нормален пожар. Директни експерименти са доказали, че ако батерията е направена върху стъклен субстрат, почти целият кадмий ще остане в разтопеното стъкло - само 0,6% от и без това малкото му количество (все пак това е тънък филм) може да бъде освободен. Някои елементи, когато се разграждат на сметище, наистина се разпадат, отделяйки кадмий, докато други, по-модерни, не. Законодателното регулиране може да гарантира, че само безвредни елементи се изхвърлят. И би било по-добре изобщо да не ги изхвърляте, защото съдържат ценен телур.

За съжаление Fthenakos не казва нищо за елементи на полимерна основа, които най-вероятно ще изгорят и кадмий няма да се стопи в стъклото. Но той отбелязва, че забраните за използване на кадмий могат да доведат до много по-лоши последици: след като са загубили пазара на продажби, производителите на цинк, олово и мед ще спрат да извличат кадмий от отпадъците и ще започнат да замърсяват всичко наоколо много повече от сметищата (помнете една трета от кадмия, който лети в комина). Следователно употребата на кадмий трябва да се разшири, докато мерките за обезвреждане на продуктите се затегнат.

Има отделен въпрос за устройствата, базирани на наноточки: когато бъдат унищожени, тези материали неизбежно ще разпръснат наночастици, които могат да се движат по хранителната верига. Има данни (“ Журнал за опасни материали”, 2011, 192, 15, 192–199; doi:10.1016/j.jhazmat.2011.05.003), че в същото време те няма да останат непроменени: в черния дроб и бъбреците на плъхове, на които са инжектирани наноточки от кадмиев селенид в коремната кухина, е отбелязано увеличение на свободния кадмий . Ефектът беше най-изразен, ако наночастиците бяха осветени с ултравиолетова светлина преди употреба (очевидно това ще бъде случаят с нанопраха при естествени условия). Очевидно изискванията за изхвърляне на слънчеви клетки и други устройства, базирани на такива наночастици, трябва да бъдат по-строги, отколкото при използването на монолитни продукти.

Защо кадмият е опасен?Въпросът е много по-сложен, отколкото може да изглежда, тъй като кадмият навлиза в тялото в микроскопични количества и не действа мигновено. Изследователи от Университета на Северна Дакота, ръководени от Soysunwan Satarug, пишат подробно за това (“ ”, 2010, 118, 182–190; doi:10.1289/ehp.0901234). Нека преразкажем тази рецензия.

Може да се счита за доказано, че хората, живеещи в райони, където почвата съдържа значително количество кадмий и храната е постоянно замърсена с него, имат повишена чупливост на костите. Японците наричат ​​това заболяване itai-itai: то се появява през 40-те години в префектура Тояма, където фермерите използват вода от цинкова мина за напояване на полетата си. Съдържанието на кадмий в ориза беше толкова високо, че дневният прием беше 600 mcg на ден, или 4200 mcg на седмица, или до 2 грама на човек през целия живот. Тук не е трудно да се установи причинно-следствена връзка, което не може да се каже за хроничната консумация на кадмий в малки дози. Всичко се свежда до процента на риска от получаване на определено заболяване. Все още е напълно неизвестно какви дози кадмий могат да се считат за безвредни. Световната здравна организация през 1989 г. дава максимално допустим прием на кадмий на седмица: 400–500 mcg, въз основа на това, че 2 g за цял живот са много, което води до итай-итай. През 1992 г. нормата е преизчислена, тя е 7 mcg на ден на килограм тегло. Лесно се вижда, че седмичната доза за човек с тегло 70 кг е същата – 490 мкг. При изчислението се приема, че тялото абсорбира 5% от кадмия, който влиза в него, и 0,005% от количеството метал, което вече е в него, излиза с урината. Някои лекари обаче поставят под съмнение този модел, като посочват, че са се сблъсквали със случаи, когато тялото е усвоило 40% от кадмия, който е влязъл в него. Освен това измерванията показват, че консумацията на само 1 mcg на kg на ден води до 2 mcg кадмий на грам креатинин в урината, а неприятните ефекти се появяват дори при много по-ниски нива. (Съдържанието на кадмий и други вредни метали в урината, чиято концентрация е ниска, обикновено се изразява в микрограми на грам креатинин - това вещество се образува по време на мускулна дейност и постоянно се екскретира в урината. Резултатът е представен в такива единици не зависи от разреждането на пробата. Следва думата „креатинин", която ще пропуснем. Очевидно измерването на кадмий в урината е много по-лесно от приема му в тялото от различни източници)

Какви са тези ефекти? Когато четете рецензията, човек получава впечатлението, че кадмият причинява симптоми на старост. На първо място, натрупвайки се в бъбреците, той ускорява разграждането на бъбречните тубули. Според някои данни, ако 2-4 mcg кадмий се екскретират с урината на ден, вероятността от разграждане на бъбреците е 10%; според други, когато измерват не дневната екскреция, а концентрацията в пробата, съдържание на кадмий в урината от 0,67 mcg/g вече е опасно. (Ако приемем, че 1-2 грама креатинин се екскретират с урината на ден, тогава се оказва, че опасната дневна доза на отделяне на кадмий е около 1 mcg.) В резултат на тубулното разграждане, способността на бъбреците да връщането на витамини, минерали и други полезни вещества в тялото е отслабено, например цинк и мед, свързани с металотионеини, калций, фосфати, глюкоза, аминокиселини. Двукратното повишаване на нивото на кадмий в урината повишава съдържанието на калций в него с 2 mg на ден. Не е трудно да се досетите, че загубата на калций увеличава риска от остеопороза. В действителност, в групата на жените над 50-годишна възраст с повече от 1 mcg/g кадмий в урината, рискът от остеопороза е с 43% по-висок, отколкото при тези, които имат по-малко от 0,5 mcg/g. При нива на кадмий между 1 и 2 μg/g рискът от повишени нива на глюкоза и развитие на диабет тип 2 е съответно 1,48 и 1,24 в сравнение с тези с по-малко от 1 μg/g. Проучване на корейци, една четвърт от които страдат от високо кръвно налягане, показа, че рискът от това заболяване при хора с високи нива на кадмий е един и половина пъти по-висок от тези с ниски нива. Рискът от инфаркт при жени с повече от 0,88 mcg/g кадмий в урината им е 1,8 пъти по-висок в сравнение с тези с по-малко от 0,43 mcg/g. Вероятността да умрат от рак при мъже с по-малко от 0,22 и повече от 0,48 μg/g кадмий в урината се различава 4,3 пъти. Има подозрения, че кадмият намалява плодовитостта при мъжете.

Като цяло от работата на д-р Сатаруга и колегите му следва, че замърсяването на околната среда с кадмий е виновно за факта, че свързаните с възрастта заболявания са станали много „по-млади“ през 20 век.

Има и странни данни. По този начин има силна връзка между съдържанието на кадмий в урината и риска от високо кръвно налягане при американците, които не пушат, докато при пушачите не се наблюдава такава връзка. Междувременно сред любителите на цигарите консумацията на кадмий очевидно е по-висока и освен това съдържанието на кадмий в урината на американците обикновено е повече от три пъти по-малко от това на корейците, споменати по-горе. При пушачи със свързана с възрастта деградация на ретината нивото на кадмий в урината е 1,18 μg/g - почти два пъти по-високо, отколкото при пушачи без това заболяване и здрави непушачи. Въпреки това, тези непушачи, които са развили заболяването, са имали също толкова малко кадмий, колкото и здравите хора - което означава, че не е само това. Такива противоречиви данни повдигат въпроса: може би повишеното съдържание на кадмий в урината отразява не причината, а следствието от някои системни процеси в организма? В крайна сметка повечето от проучванията, споменати в прегледа, не измерват консумацията на кадмий, а само неговата продукция.

Как да се справим с кадмия в организма?Има малко научни изследвания по тази тема и принципът е посочен в същата работа от изследователи от Северна Дакота. Кадмият не е от жизненоважните елементи, така че тялото няма специални механизми за усвояването му - кадмият използва тези, предвидени за подобни тежки метали, които образуват двувалентни йони: цинк, желязо, манган и калций. Дефицитът на някой от тези елементи веднага води до повишена абсорбция на кадмий. По този начин дефицитът на желязо увеличава съдържанието на кадмий в тайландските жени от три до четири пъти. Проучване на жени от Бангладеш открива същото, но цинкът също е в игра. От това следва колко важно е поддържането на правилния микроелементен баланс в организма.

Има и други идеи. Например, бразилците показват, че кофеинът значително, повече от два пъти, намалява съдържанието на кадмий в кръвта и тъканите, включително репродуктивните тъкани, при опитни плъхове (“ Репродуктивна токсикология”, 2013, 35, 137–143; doi:10.1016/j.reprotox.2012.10.009). Според изследователите кофеинът образува комплекси с кадмий, предотвратявайки усвояването му. Изводът се налага сам по себе си: обичаят да измивате храната си с кафе или чай, който също съдържа кофеин, е правилен.

Понякога възниква парадокс: храната с високо съдържание на кадмий няма ефект върху тялото. По този начин, изследване на хора, които ядат стриди, проведено през 1986 г., доведе до изненада: при максимална консумация от 72 стриди на седмица, те изядоха чудовищните 1750 микрограма кадмий, но това не се появи нито в урината, нито в косата. Къде е отишъл целият този кадмий остава загадка. Има предположение, че селенът, чието съдържание е високо в тези стриди, по някакъв начин пречи на усвояването на кадмий и той очевидно излиза с други негодни за консумация вещества през червата. Въпреки това през 2008 г. спазването на общата линия беше възстановено: сред работниците във ферми за стриди, които ядоха 18 стриди всяка седмица в продължение на повече от 12 години, съдържанието на кадмий в урината им се увеличи 2,5 пъти в сравнение със средното за САЩ - до 0 76 µg/g.

Или може би е по-добре да се справим с кадмия, преди да влезе в тялото, например, за да се гарантира, че няма да попадне в почвата и въздуха? Едва ли е възможно да се освободят фосфорните торове от кадмий; отглеждането на растения с намалена усвояемост на кадмий е трудоемко и скъпо, въпреки че се правят опити по отношение на тютюна, но е възможно да се пречисти почвата с хиперакумулаторни растения - в случай на кадмий, това е черна нощенка Solanum nigrum, известен също като ядивна къпина, френски сорт, подобен на овчарска торбичка или горчица, синьо зрънце или алпийско зрънце ( Thlaspi caerulescens) и китайски седум Sedum alfredii. Вярно е, че не е ясно къде да поставите обогатените с кадмий части от тези растения - те очевидно не са подходящи за компост и пепел, получени от градинския парцел. При промишленото изгаряне на така наречените твърди биогорива - слама, храсти и др. - има възможности да се отървете от вредните метали: необходимо е да се отделят високотемпературните фракции на дима, които ги съдържат, от нискотемпературните - тогава получената пепел може безопасно да бъде върната обратно на полето, възстановявайки плодородието му.

Но основното нещо за почистване е въздухът. Най-радикалният метод е избран от американските, а сега и от европейските власти - непримирима борба с тютюнопушенето (“ Перспективи за здравето на околната среда”, 2012, 120, 2, 204–209; doi:10.1289/ehp.1104020). Резултатите са ясни: средното съдържание на кадмий в урината на американците е намаляло от 0,36 µg/g през 1988 г. на 0,26 µg/g през 2008 г. Тъй като дори сред заклетите пушачи (а по американските стандарти това са 20 и повече кутии годишно) той спадна от 0,71 на 0,49, а сред непушачите - от 0,26 на 0,19, следва да се приеме, че забраните за пушене на обществени места значително намаляват ефектите от консумацията на вторичен тютюнев дим. Като се имат предвид горните данни за вредността на микродозите кадмий, подобни забрани изглеждат най-лесно приложимият и много важен принос за общественото здраве. Също така би било полезно да се затегнат изискванията за емисиите от фабрики за цветна металургия, котелни централи и автомобили, като в същото време се гарантира, че по-малко вреден прах лети от под колелата с гуми.

Кадмий

КАДМИЙ-аз; м.[лат. кадмий от гръцки. kadmeia - цинкова руда]

1. Химически елемент (Cd), сребристо-бял мек, ковък метал, намиращ се в цинкови руди (част от много нискотопими сплави, използвани в ядрената индустрия).

2. Изкуствена жълта боя в различни нюанси.

◁ Кадмий, о, о. К-ти сплави. К-жълто(багрило).

(лат. Cadmium), химичен елемент от група II на периодичната таблица. Името идва от гръцкото kadméia - цинкова руда. Сребрист метал със синкав оттенък, мек и топим; плътност 8,65 g/cm3, T pl 321,1ºC. Добива се чрез преработка на оловно-цинкови и медни руди. Използва се за кадмиево покритие, в батерии с висока мощност, ядрена енергия (контролни пръти за реактори) и за производство на пигменти. Влиза в състава на нискотопими и други сплави. Кадмиевите сулфиди, селениди и телуриди са полупроводникови материали. Много кадмиеви съединения са отровни.

КАДМИЙ (лат. Cadmium), Cd (чете се „кадмий“), химичен елемент с атомен номер 48, атомна маса 112,41.
Естественият кадмий се състои от осем стабилни изотопа: 106 Cd (1,22%), 108 Cd (0,88%), 110 Cd (12,39%), 111 Cd (12,75%), 112 Cd (24,07%), 113 Cd (12,26%), 114 Cd (28,85%) и 116 Cd (12,75%). Намира се в период 5 в група IIB на периодичната таблица на елементите. Конфигурация на два външни електронни слоя 4 с 2 стр 6 д 10 5с 2 . Степен на окисление +2 (валентност II).
Радиусът на атома е 0,154 nm, радиусът на йона Cd 2+ е 0,099 nm. Енергии на последователна йонизация - 8.99, 16.90, 37.48 eV. Електроотрицателност според Полинг (см.ПОЛИНГ Линус) 1,69.
История на откритието
Открит от немския професор Ф. Стромайер (см.ЩРОМАЙЕР Фридрих)през 1817 г. Фармацевти от Магдебург, докато изучават цинков оксид (см.ЦИНК (химичен елемент)Предполага се, че ZnO съдържа арсен (см.АРСЕНИК). F. Strohmeier изолира кафяво-кафяв оксид от ZnO и го редуцира с водород (см.ВОДОРОД)и получил сребристо-бял метал, който бил наречен кадмий (от гръцки kadmeia - цинкова руда).
Да бъдеш сред природата
Съдържанието в земната кора е 1,35·10–5% от масата, във водата на моретата и океаните 0,00011 mg/l. Известни са няколко много редки минерала, например грийнокит GdS, отавит CdCO 3, монтепонит CdO. Кадмият се натрупва в полиметални руди: сфалерит (см.СФАЛЕРИТ)(0,01-5%), галенит (см.ГАЛЕНА)(0,02%), халкопирит (см. CHALCOpyRITE)(0,12%), пирит (см.ПИРИТ)(0,02%), избледнели руди (см.ЧЕРНИ РУДИ)и станина (см.СТАНИН)(до 0,2%).
Касова бележка
Основните източници на кадмий са междинните продукти от производството на цинк, прах от топилни заводи за олово и мед. Суровината се обработва с концентрирана сярна киселина и се получава CdSO 4 в разтвор. Cd се изолира от разтвор с помощта на цинков прах:
CdSO 4 + Zn = ZnSO 4 + Cd
Полученият метал се почиства чрез топене под слой алкали, за да се отстранят примесите от цинк и олово. Кадмий с висока чистота се получава чрез електрохимично рафиниране с междинно пречистване на електролита или чрез метод на зоново топене (см.ЗОННО ТОПЕНЕ).
Физични и химични свойства
Кадмият е сребристо-бял мек метал с шестоъгълна решетка ( А = 0,2979, с= 0,5618 nm). Точка на топене 321,1 °C, точка на кипене 766,5 °C, плътност 8,65 kg/dm3. Ако огънете кадмиев прът, можете да чуете слаб пращене - това е метални микрокристали, които се трият един в друг. Стандартният електроден потенциал на кадмия е -0,403 V, в обхвата на стандартните потенциали (см.СТАНДАРТЕН ПОТЕНЦИАЛ)той се намира преди водорода (см.ВОДОРОД).
В суха атмосфера кадмият е стабилен, но във влажна атмосфера постепенно се покрива с филм от CdO оксид. Над точката на топене кадмият изгаря във въздуха, за да образува кафяв оксид CdO:
2Сd + O 2 = 2CdO
Кадмиевите пари реагират с водни пари, за да образуват водород:
Cd + H 2 O = CdO + H 2
В сравнение със своя съсед от група IIB - Zn, кадмият реагира по-бавно с киселини:
Cd + 2HCl = CdCl 2 + H 2
Реакцията протича най-лесно с азотна киселина:
3Cd + 8HNO 3 = 3Cd(NO 3) 2 + 2NO – + 4H 2 O
Кадмият не реагира с алкали.
В реакции той може да действа като лек редуциращ агент; например в концентрирани разтвори той е способен да редуцира амониевия нитрат до нитрит NH 4 NO 2:
NH 4 NO 3 + Cd = NH 4 NO 2 + CdO
Кадмият се окислява от разтвори на Cu(II) или Fe(III) соли:
Cd + CuCl 2 = Cu + CdCl 2;
2FeCl3 + Cd = 2FeCl2 + CdCl2
Над точката на топене кадмият реагира с халогени (см.ХАЛОГЕН)с образуването на халогениди:
Cd + Cl 2 = CdCl 2
Със сяра (см.сяра)и други халкогени образува халкогениди:
Cd + S = CdS
Кадмият не реагира с водород, азот, въглерод, силиций и бор. Cd3N2 нитрид и CdH2 хидрид се получават индиректно.
Във водни разтвори кадмиевите йони Cd 2+ образуват водни комплекси 2+ и 2+.
Кадмиевият хидроксид Cd(OH) 2 се получава чрез добавяне на алкали към разтвор на кадмиева сол:
СdSO 4 + 2NaOH = Na 2 SO 4 + Cd(OH) 2 Ї
Кадмиевият хидроксид е практически неразтворим в алкали, въпреки че се наблюдава образуване на хидроксидни комплекси 2– при продължително кипене в много концентрирани разтвори на алкали. По този начин, амфотерни (см.АМФОТЕРЕН)свойствата на CdO оксид и кадмиев хидроксид Cd(OH) 2 са много по-слабо изразени от тези на съответните цинкови съединения.
Поради образуването на комплекс, кадмиевият хидроксид Cd (OH) 2 лесно се разтваря във водни разтвори на амоняк NH 3:
Cd(OH) 2 + 6NH 3 = (OH) 2
Приложение
40% от произведения кадмий се използва за нанасяне на антикорозионни покрития върху метали. 20% кадмий се използва за производството на кадмиеви електроди, използвани в батерии и нормални клетки на Weston. Около 20% от кадмия се използва в производството на неорганични багрила, специални припои, полупроводникови материали и фосфор. 10% кадмий е съставна част на бижута и нискотопими сплави, пластмаси.
Физиологично действие
Кадмиевите пари и неговите съединения са токсични и кадмият може да се натрупва в тялото. В питейната вода максимално допустимата концентрация на кадмий е 10 mg/m3. Симптомите на остро отравяне с кадмиеви соли са повръщане и конвулсии. Разтворимите кадмиеви съединения след абсорбиране в кръвта засягат централната нервна система, черния дроб и бъбреците и нарушават фосфорно-калциевия метаболизъм. Хроничното отравяне води до анемия и разрушаване на костите.

енциклопедичен речник. 2009 .

Вижте какво е "кадмий" в други речници:

- (лат. кадмий). Ковък метал, подобен на цвят на калай. Речник на чуждите думи, включени в руския език. Chudinov A.N., 1910. CADMIUM лат. кадмий, от kadmeia gea, кадмиева земя. Метал, подобен на калай. Обяснение на 25 000 чужди... ... Речник на чуждите думи на руския език

КАДМИЙ- КАДМИЙ, Кадмий, хим. елемент, символ Cd, атомно тегло 112,41, атомен номер 48. Съдържа се в малки количества в повечето цинкови руди и се получава като страничен продукт по време на добива на цинк; може да се получи и... Голяма медицинска енциклопедия

КАДМИЙ- виж КАДМИЙ (Cd). Съдържа се в отпадъчните води на много промишлени предприятия, особено оловно-цинкови и металообработващи заводи, които използват галванично покритие. Съдържа се във фосфатните торове. Сярната киселина се разтваря във вода,... ... Болести по рибите: Ръководство

Кадмий- (Cd) сребристо-бял метал. Използва се в ядрената енергетика и галванопластиката, влиза в състава на сплави и се използва за приготвяне на печатни блокове, спойки, заваръчни електроди и в производството на полупроводници; е компонент...... Руска енциклопедия по охрана на труда

- (Кадмий), Cd, химичен елемент от II група на периодичната система, атомен номер 48, атомна маса 112,41; метал, точка на топене 321,1°C. Кадмият се използва за нанасяне на антикорозионни покрития върху метали, производство на електроди, производство на пигменти,... ... Съвременна енциклопедия

- (символ Cd), сребристо-бял метал от втора група на периодичната система. Изолиран за първи път през 1817 г. Намерен в гринокит (в сулфидна форма), той се получава главно като страничен продукт от извличането на цинк и олово. Лесен за изковаване... Научно-технически енциклопедичен речник

Cd (от гръцки kadmeia цинкова руда * a. cadmium; n. Kadmium; f. cadmium; i. cadmio), хим. елемент от група II периодичен. Система на Менделеев, at.sci. 48, ат. м. 112.41. В природата има 8 стабилни изотопа: 106Cd (1,225%), 108Cd (0,875%),... ... Геоложка енциклопедия

Съпруг. метал (един от химичните принципи или неразградими елементи), открит в цинковата руда. Кадмий, свързан с кадмий. Admist, съдържащ кадмий. Обяснителен речник на Дал. В И. Дал. 1863 1866 … Обяснителен речник на Дал

Кадмий- (Кадмий), Cd, химичен елемент от II група на периодичната система, атомен номер 48, атомна маса 112,41; метал, точка на топене 321,1°C. Кадмият се използва за нанасяне на антикорозионни покрития върху метали, производство на електроди, производство на пигменти,... ... Илюстрован енциклопедичен речник

КАДМИЙ- хим. елемент, символ Cd (лат. Cadmium), at. н. 48, ат. т. 112.41; сребристо-бял лъскав мек метал, плътност 8650 kg/m3, tмел = 320,9°C. Кадмият е рядък и микроелемент, отровен, обикновено се среща в рудите заедно с цинка, който... ... Голяма политехническа енциклопедия

- (лат. Cadmium) Cd, химичен елемент от група II на периодичната система, атомен номер 48, атомна маса 112,41. Име от гръцката kadmeia цинкова руда. Сребрист метал със синкав оттенък, мек и топим; плътност 8,65 g/cm³,… … Голям енциклопедичен речник