Kristalna rešetka kadmijuma. Kadmijum: činjenice i činjenice

Kadmijum je element sekundarne podgrupe druge grupe, petog perioda periodnog sistema hemijskih elemenata D.I. Mendeljejeva, sa atomskim brojem 48. Označen je simbolom Cd (lat. Cadmium). Meki, savitljivi, savitljivi prelazni metal srebrno-bijele boje.

Istorija otkrića kadmijuma

Okružni doktor Rolov imao je oštar temperament. Tako je 1817. naredio da se iz prodaje povuku svi preparati koji sadrže cink oksid proizveden u Hermanovoj fabrici Šenebec. Na osnovu izgleda preparata posumnjao je da cink oksid sadrži arsen! (Cinkov oksid se još uvijek koristi za kožne bolesti; od njega se prave masti, praškovi i emulzije.)

Da bi dokazao da je bio u pravu, strogi revizor je rastvorio sumnjivi oksid u kiselini i propuštao sumporovodik kroz ovu otopinu: formirao se žuti talog. Arsen sulfidi su samo žuti!

Vlasnik fabrike počeo je da osporava Rolovovu odluku. I sam je bio hemičar i, nakon što je lično analizirao uzorke proizvoda, nije u njima našao nikakav arsen. On je rezultate analize prijavio Rolovu, a istovremeno i vlastima države Hanover. Vlasti su, naravno, tražile da se uzorci pošalju na analizu jednom od renomiranih hemičara. Odlučeno je da sudija u sporu između Rolova i Hermanna bude profesor Friedrich Strohmeyer, koji je od 1802. godine bio na odsjeku za hemiju Univerziteta u Getingenu i na mjestu glavnog inspektora svih hanoverskih ljekarni.

Strohmeyeru je poslat ne samo cink oksid, već i drugi preparati cinka iz Hermanove tvornice, uključujući ZnCO 3, iz kojeg se ovaj oksid dobija. Kalcinirajući cink karbonat, Strohmeyer je dobio oksid, ali ne bijeli, kako je trebao biti, već žućkast. Vlasnik fabrike objasnio je boju kao nečistoću gvožđa, ali Strohmeyer nije bio zadovoljan ovim objašnjenjem. Nakon što je kupio još preparata cinka, izvršio je njihovu kompletnu analizu i bez većih poteškoća izolovao element koji je izazvao žutilo. Analiza je pokazala da to nije arsen (kako je Rolov tvrdio), ali ni gvožđe (kako je tvrdio Herman).

Bio je to novi, ranije nepoznati metal, po hemijskim svojstvima vrlo sličan cinku. Samo njegov hidroksid, za razliku od Zn(OH) 2, nije bio amfoteričan, već je imao izražena bazična svojstva.

U slobodnom obliku, novi element je bio bijeli metal, mekan i ne baš jak, prekriven odozgo smećkastim filmom oksida. Strohmeier je ovaj metal nazvao kadmijumom, jasno nagoveštavajući njegovo „cinkovo“ poreklo: grčka reč καδμεια se dugo koristila za označavanje ruda cinka i cink oksida.

Godine 1818. Strohmeyer je objavio detaljne informacije o novom hemijskom elementu i gotovo odmah se počelo zadirati u njegov prioritet. Prvi je progovorio isti Rolov, koji je ranije vjerovao da lijekovi iz Hermanove fabrike sadrže arsen. Ubrzo nakon Strohmeyera, drugi njemački kemičar, Kersten, pronašao je novi element u šleskoj rudi cinka i nazvao ga mellin (od latinskog mellinus - "žuta poput dunje") zbog boje taloga nastalog djelovanjem sumporovodika. Ali ovo je kadmijum koji je već otkrio Strohmeier. Kasnije su predložena još dva naziva za ovaj element: klaprotium - u čast poznatog hemičara Martina Klaprotha i junonium - po asteroidu Juno otkrivenom 1804. godine. No, naziv koji je elementu dao njegov otkrivač ipak se ustalio. Istina, u ruskoj hemijskoj literaturi prve polovine 19. veka. kadmijum se često nazivao kadmijum.

Prosječan sadržaj kadmijuma u zemljinoj kori je 130 mg/t. Kadmijum je rijedak element u tragovima: nalazi se kao izomorfna nečistoća u mnogim mineralima i uvijek u mineralima cinka. Poznato je samo 6 minerala kadmijuma. Veoma rijetki minerali kadmijuma su zelenokit CdS (77,8% Cd), howliit (isto), otavit CdCO 3, montemponit CdO (87,5% Cd), kadmozelit CdSe (47% Cd), ksantohroit CdS (H 2 O) x (77. Cd). Najveći dio kadmijuma je raspršen u velikom broju minerala (više od 50), uglavnom u sulfidima cinka, olova, bakra, željeza, mangana i žive.

Iako su nezavisni minerali kadmijuma poznati - greenockite(CdS), će odgovoriti(CdCO 3), monteponite(CdO) i selenid(CdSe), ne formiraju vlastita ležišta, već su prisutne kao nečistoće u rudama cinka, olova, bakra i polimetalnih ruda, koje su glavni izvor industrijske proizvodnje kadmijuma. Maksimalna koncentracija je uočena u mineralima cinka i prvenstveno u sfaleritu (do 5%). U većini slučajeva, sadržaj kadmijuma u sfaleritu ne prelazi 0,4 – 0,6%. U ostalim sulfidima, na primjer, u stanini, sadržaj kadmijuma je 0,003 - 0,2%, u galenitu 0,005 - 0,02%, u halkopiritu 0,006 - 0,12%; Kadmijum se obično ne ekstrahuje iz ovih sulfida.
Kadmijum je, inače, prisutan u određenim količinama u vazduhu. Prema stranim podacima, sadržaj kadmijuma u vazduhu je 0,1-5,0 ng/m3 u ruralnim područjima (1 ng ili 1 nanogram = 10 -9 grama), 2 - 15 ng/m3 - u gradovima i od 15 do 150 ng/ m3 - u industrijskim zonama. To je posebno zbog činjenice da mnogi ugljevi sadrže kadmijum kao nečistoću i kada se sagore u termoelektranama, on ulazi u atmosferu. U ovom slučaju, značajan dio se taloži na tlu. Takođe, upotreba mineralnih đubriva doprinosi povećanju sadržaja kadmijuma u zemljištu, jer Gotovo svi sadrže manje nečistoće kadmijuma.
Kadmijum se može akumulirati u biljkama (uglavnom u gljivama) i živim organizmima (posebno u vodenim organizmima) i može se „opskrbiti“ ljudima dalje duž lanca ishrane. U dimu cigareta ima dosta kadmijuma.

U prirodnim uslovima, kadmijum ulazi u podzemne vode kao rezultat ispiranja ruda obojenih metala, kao i kao rezultat razgradnje vodenih biljaka i organizama koji su sposobni da ga akumuliraju. Posljednjih decenija prevladava antropogeni faktor zagađenja prirodnih voda kadmijumom. Kadmijum je prisutan u vodi u rastvorenom obliku (kadmijum sulfat, hlorid, kadmijum nitrat) iu suspendovanom obliku kao deo organo-mineralnih kompleksa. Na sadržaj kadmijuma u vodi značajno utiče pH okoline (u alkalnoj sredini kadmijum se taloži u obliku hidroksida), kao i procesi sorpcije.

Jedini mineral koji je od interesa za dobijanje kadmijuma je zelenokit, takozvana “cadmium blende”. Iskopava se zajedno sa fireitom tokom razvoja rude cinka. Tokom rafiniranja, kadmijum se koncentriše u nusproizvodima procesa, iz kojih se zatim obnavlja. Trenutno se godišnje proizvodi preko 10³ tona kadmijuma.

Prilikom prerade polimetalnih ruda, on, analog cinka, uvijek završava uglavnom u koncentratu cinka. A kadmijum se još lakše redukuje od cinka i ima nižu tačku ključanja (767 odnosno 906°C). Stoga na temperaturama od oko 800°C nije teško odvojiti cink i kadmijum.

Srebrno-bijeli meki metal sa heksagonalnom rešetkom. Ako savijete kadmijumsku šipku, možete čuti slab zvuk pucketanja - to su metalni mikrokristali koji se trljaju jedan o drugi (limeni štap također puca).

Kadmijum je mekan, savitljiv i lak za obradu. To je također olakšalo i ubrzalo njegov put do nuklearne tehnologije. Visoka selektivnost kadmijuma i njegova osjetljivost posebno na termalne neutrone također su bili korisni za fizičare. A u pogledu glavne radne karakteristike - poprečnog presjeka hvatanja toplinskih neutrona - kadmij zauzima jedno od prvih mjesta među svim elementima periodnog sistema - 2400 barn. (Podsjetite se da je poprečni presjek hvatanja sposobnost „apsorbiranja“ neutrona, mjereno u konvencionalnim jedinicama štala.)

Prirodni kadmij se sastoji od osam izotopa (s masenim brojevima 106, 108, 110, 111, 112, 113, 114 i 116), a presjek hvatanja je karakteristika u kojoj se izotopi jednog elementa mogu jako razlikovati. U prirodnoj mešavini izotopa kadmijuma, glavni "apsorber neutrona" je izotop masenog broja 113. Njegov pojedinačni presek hvatanja je ogroman - 25 hiljada štala!

Dodavanjem neutrona kadmijum-113 se pretvara u najčešći (28,86% prirodne smeše) izotop elementa br. 48 - kadmijum-114. Udio samog kadmijuma-113 je samo 12,26%. Nažalost, odvajanje osam izotopa kadmijuma je mnogo teže od razdvajanja dva izotopa bora.

Kristalna rešetka kadmijuma je heksagonalna, a = 2,97311 Å, c = 5,60694 Å (na 25 °C); atomski radijus 1,56 Å, ionski radijus Cd 2+ 1,03 Å. Gustina 8,65 g/cm 3 (20 °C), tačka topljenja 320,9 °C, tačka ključanja 767 °C, koeficijent termičkog širenja 29,8·10 -6 (na 25 °C); toplotna provodljivost (na 0°C) 97,55 W/(m K) ili 0,233 cal/(cm sec °C); specifični toplotni kapacitet (na 25 °C) 225,02 J/(kg K) ili 0,055 cal/(g °C); električna otpornost (na 20 °C) 7,4·10 -8 ohm·m (7,4·10 -6 ohm·cm); temperaturni koeficijent električnog otpora 4,3·10 -3 (0-100° C). Vlačna čvrstoća 64 MN/m2 (6,4 kgf/mm2), relativno izduženje 20%, tvrdoća po Brinelu 160 MN/m2 (16 kgf/mm2).

Kadmijum se nalazi u istoj grupi periodnog sistema sa cinkom i živom, zauzimajući srednje mesto između njih, pa su neka hemijska svojstva ovih elemenata slična. Dakle, sulfidi i oksidi ovih elemenata su praktično netopivi u vodi. Kadmijum ne stupa u interakciju sa ugljenikom, što znači da kadmijum ne stvara karbide.

U skladu sa spoljašnjom elektronskom konfiguracijom atoma 4d 10 5s 2, valencija kadmijuma u jedinjenjima je 2. Na vazduhu, kadmijum bledi, prekrivajući se tankim filmom CdO oksida, koji štiti metal od dalje oksidacije. Kada se jako zagreje na vazduhu, kadmijum sagoreva u CdO oksid - kristalni prah od svetlo smeđe do tamno smeđe boje, gustine 8,15 g/cm 3 ; na 700°C CdO sublimira bez topljenja. Kadmijum se direktno kombinuje sa halogenima; ova jedinjenja su bezbojna; CdCl 2 , CdBr 2 i CdI 2 su vrlo lako rastvorljivi u vodi (oko 1 deo bezvodne soli u 1 delu vode na 20°C), CdF 2 je manje rastvorljiv (1 deo u 25 delova vode). Sa sumporom, kadmijum formira limun-žuti do narandžasto-crveni sulfid CdS, nerastvorljiv u vodi i razblaženim kiselinama. Kadmijum se lako otapa u azotnoj kiselini uz oslobađanje azotnih oksida i stvaranje nitrata, koji daje hidrat Cd(NOa) 2 4H 2 O. Iz hlorovodonične i razblažene sumporne kiseline kadmijum polako oslobađa vodonik, a kada se rastvori isparavaju, Iz njih kristaliziraju hloridni hidrati 2CdCl 2 5H 2 O i sulfat 3CdSO 4 ·8H 2 O. Rastvori soli kadmija imaju kiselu reakciju zbog hidrolize. kaustične alkalije talože iz njih bijeli hidroksid Cd(OH) 2, nerastvorljiv u višku reagensa; međutim, djelovanjem koncentriranih alkalnih otopina na Cd(OH) 2, dobijaju se hidroksokadmijati, na primjer Na 2. Kation Cd 2+ lako formira kompleksne jone sa amonijakom 2+ i sa cijanidom 2- i 4-. Poznate su brojne bazične, dvostruke i kompleksne soli kadmijuma. Jedinjenja kadmijuma su otrovna; Posebno je opasno udisanje njegovih oksidnih para.

Kadmijum je stekao popularnost 40-ih godina 20. veka. U to vrijeme kadmijum se pretvorio u strateški materijal - od njega su se počele izrađivati ​​upravljačke i hitne šipke nuklearnih reaktora.

Isprva se pokazalo da je kadmijum glavni materijal „šipke“, prvenstveno zato što dobro apsorbuje toplotne neutrone. Svi reaktori na početku „atomskog doba“ (a prvi od njih je izgradio Enrico Fermi 1942.) radili su na termičkim neutronima. Tek mnogo godina kasnije postalo je jasno da su reaktori na brzim neutronima perspektivniji i za energiju i za proizvodnju nuklearnog goriva - plutonijum-239. Ali kadmijum je nemoćan protiv brzih neutrona;

Međutim, ne treba preuveličavati ulogu kadmijuma u izgradnji reaktora, jer fizička i hemijska svojstva ovog metala (čvrstoća, tvrdoća, otpornost na toplotu - njegova tačka topljenja je samo 321°C) ostavljaju mnogo da se požele. Kadmijum je bio prvi materijal za jezgro. Tada su bor i njegova jedinjenja počeli da zauzimaju centralno mesto. Ali kadmijum je lakše dobiti u velikim količinama.

Proizvodnja legura troši otprilike desetinu svjetske proizvodnje kadmija. Legure kadmija koriste se uglavnom kao antifrikcioni materijali i lemovi. Poznata legura sastava 99% Cd i 1% Ni koristi se za proizvodnju ležajeva koji rade u automobilskim, avionskim i brodskim motorima na visokim temperaturama. Budući da kadmij nije dovoljno otporan na kiseline, uključujući organske kiseline sadržane u mazivima, legure na bazi kadmijuma ponekad se oblažu indijem.

Legiranje bakra sa malim dodacima kadmijuma omogućava izradu žica otpornijih na habanje na električnim transportnim linijama. Bakar s dodatkom kadmijuma gotovo se ne razlikuje po električnoj vodljivosti od čistog bakra, ali je primjetno superiorniji u čvrstoći i tvrdoći.

Legura kadmijuma sa zlatom ima zelenkastu boju. Leguru kadmijuma sa volframom, renijumom i 0,15% uranijuma 235 - nebesko plave boje - dobili su španski naučnici 1998. godine.

Svi znaju pocinčani lim, ali ne znaju svi da se za zaštitu željeza od korozije koristi ne samo pocinčavanje, već i kadmij. Kadmijumski premaz se sada nanosi samo elektrolitičkim putem. U industrijskim uslovima najčešće se koriste cijanidne kupke. Ranije se kadmijum koristio za uranjanje gvožđa i drugih metala u rastopljeni kadmijum.

Unatoč sličnim svojstvima kadmijuma i cinka, kadmijski premaz ima nekoliko prednosti: otporniji je na koroziju i lakše ga je učiniti ravnomjernim i glatkim. Osim toga, kadmijum je, za razliku od cinka, stabilan u alkalnoj sredini. Kadmijum obložen limom se dosta koristi, njegov pristup je ograničen samo na proizvodnju posuda za hranu, jer je kadmijum toksičan. Kadmijumski premazi imaju još jednu zanimljivu osobinu: u atmosferi ruralnih područja imaju znatno veću otpornost na koroziju nego u atmosferi industrijskih područja. Takav premaz posebno brzo propada ako je u zraku visok sadržaj sumpor-dioksida ili sumpornih anhidrida.

Najvažnije područje primjene kadmija je proizvodnja hemijskih izvora energije. Kadmijum elektrode se koriste u baterijama i akumulatorima. Negativne ploče nikl-kadmijum baterija su napravljene od gvozdenih mreža sa kadmijumskim sunđerom kao aktivnim agensom. Pozitivne ploče su obložene nikl hidroksidom. Elektrolit je rastvor kalijum hidroksida. Kompaktne baterije za vođene projektile također se izrađuju na bazi kadmijuma i nikla, samo u ovom slučaju se kao osnova ne postavljaju željezne, već niklovane mreže.

Nikl-kadmijum alkalne baterije su pouzdanije od olovnih baterija. Ovi izvori struje odlikuju se visokim električnim karakteristikama, stabilnim radom i dugim vijekom trajanja. Mogu se napuniti za samo sat vremena. Međutim, nikl-kadmijumske baterije se ne mogu puniti bez prethodnog potpunog pražnjenja (u tom pogledu one su inferiorne od metal-hidridnih baterija).

Oko 20% kadmijuma se koristi za proizvodnju kadmijumskih elektroda koje se koriste u baterijama (nikl-kadmijum i srebro-kadmijum), normalnim Weston ćelijama i rezervnim baterijama (olovno-kadmijum ćelija, živino-kadmijum ćelija, itd.

Oko 20% kadmijuma koristi se za proizvodnju neorganskih boja (sulfida i selenida, miješanih soli, na primjer kadmijum sulfid - kadmijum limun).

• Kadmijum se ponekad koristi u eksperimentalnoj medicini.

Kadmijum se koristi u homeopatskoj medicini.

• Poslednjih godina kadmijum je počeo da se koristi u stvaranju novih antitumorskih nanomedicina. U Rusiji su početkom 1950-ih izvedeni prvi uspješni eksperimenti vezani za razvoj antitumorskih lijekova na bazi spojeva kadmija.

• Kadmijum sulfid se koristi za proizvodnju filmskih solarnih ćelija sa efikasnošću od oko 10-16%, a takođe i kao veoma dobar termoelektrični materijal.

• Koristi se kao komponenta poluvodičkih materijala i fosfora.

• Toplotna provodljivost metala blizu apsolutne nule je najveća među svim metalima, zbog čega se kadmijum ponekad koristi za kriogenu tehnologiju.

Uticaj kadmijuma na ljudski organizam

Kadmijum je jedan od najotrovnijih teških metala i stoga ga ruski SanPiN svrstava u klasu opasnosti 2.

Jedinjenja kadmijuma su otrovna. Posebno opasan slučaj je udisanje para njegovog oksida (CdO). Kadmijum je kumulativni otrov (može se akumulirati u tijelu). U vodi za piće najveća dozvoljena koncentracija kadmijuma je 0,001 mg/dm³

Rastvorljiva jedinjenja kadmijuma, nakon apsorpcije u krv, utiču na centralni nervni sistem, jetru i bubrege i remete fosfor-kalcijumov metabolizam. Kronično trovanje dovodi do anemije i razaranja kostiju.

Kadmijum je normalno prisutan u malim količinama u organizmu zdrave osobe. Kadmijum se lako akumulira u ćelijama koje se brzo množe (na primer, u tumorskim ili reproduktivnim ćelijama). Veže se za citoplazmatski i nuklearni materijal ćelija i oštećuje ih. Mijenja aktivnost mnogih hormona i enzima. To je zbog njegove sposobnosti da veže sulfhidrilne (-SH) grupe.

Godine 1968. u poznatom časopisu pojavio se članak pod nazivom “Kadmijum i srce”. U njemu se navodi da je dr. Kerol, američki zdravstveni zvaničnik, otkrio vezu između nivoa kadmijuma u atmosferi i učestalosti smrti od kardiovaskularnih bolesti. Ako je, recimo, u gradu A sadržaj kadmijuma u vazduhu veći nego u gradu B, onda srčani bolesnici grada A umiru ranije nego da su živeli u gradu B. Kerol je do ovog zaključka došao nakon analize podataka za 28 gradova.

Prema USEPA, WHO i Health Canada, ukupan dnevni unos kadmijuma u ljudsko tijelo iz svih izvora je 10-50 mcg. Glavni i najstabilniji izvor je hrana - u prosjeku od 10 do 30-40 mcg kadmijuma dnevno. Povrće, voće, meso životinja i riba obično sadrže 10-20 mcg kadmijuma po kilogramu težine. Međutim, nema pravila bez izuzetaka. Žitarice koje se uzgajaju na tlu kontaminiranom kadmijumom ili koje se navodnjavaju vodom koja sadrži kadmijum mogu sadržavati povećane količine kadmijuma (više od 25 μg/kg).

Pušači dobijaju značajno "povećanje" kadmijuma. Jedna cigareta sadrži 1 mcg (a ponekad i više - do 2 mcg) kadmijuma. Zato razmislite o ovome: osoba koja popuši kutiju cigareta dnevno izlaže svoje tijelo dodatnom izlaganju najmanje 20 mcg kadmijuma, koji, za referencu, ne zadržava čak ni ugljični filter.
Takođe treba napomenuti da se kadmijum lakše apsorbuje u organizmu kroz pluća – do 10-20%. One. iz jedne kutije cigareta će se apsorbirati 2 - 4 mcg kadmijuma. Kada se daje kroz gastrointestinalni trakt, postotak svarljivosti je samo 4-7% (0,2 - 5 mcg kadmijuma dnevno u apsolutnim brojkama). Dakle, pušač povećava "opterećenje" kadmijuma na svom tijelu za najmanje 1,5-2 puta, što je prepuno štetnih zdravstvenih posljedica.

Svjetsko tržište kadmijuma

Godišnje se proizvede oko 20 hiljada tona kadmijuma. Obim njegove proizvodnje je u velikoj mjeri vezan za obim proizvodnje cinka.

Oko 82% svjetske ponude rafiniranog kadmijuma dolazi iz nikl-kadmijumskih izvora napajanja, ali će nakon ograničenja njihove proizvodnje u Evropi biti pogođena jedna trećina potrošnje kadmijuma. Kao rezultat povećane proizvodnje cinka u Evropi i smanjene upotrebe kadmijuma, možda ima dostupnog "besplatnog" kadmija, najčešće u obliku čvrstog otpada, ali proizvodnja nikl-kadmijum baterija raste u Aziji, proizvodnja se seli u Aziju i , kao rezultat toga, potražnja za kadmijumom raste u azijskom regionu. Ovo će za sada zadržati globalnu potrošnju kadmijuma na trenutnom nivou. U 2007. godini cijene kadmijuma, počevši od 4,18 USD/kg, porasle su na 13 USD/kg, ali su do kraja godine iznosile 7 USD/kg.

Godine 2010., južnokorejski Young Poong Corp. povećala je proizvodnju kadmijuma za 75%, na 1.400 tona godišnje, a uskoro planira i pokretanje novih kapaciteta, rekao je zvaničnik kompanije.

Većina kadmijuma proizvedenog u svijetu koristi se za električne premaze i za pripremu legura. Kadmijum kao zaštitni premaz ima značajne prednosti u odnosu na cink i nikl, jer je otporniji na koroziju u tankom sloju; kadmijum je čvrsto vezan za površinu metalnog proizvoda i ne napušta ga kada je oštećen.

Kadmijumski premazi su donedavno imali „bolest“ koja se s vremena na vreme osećala. Činjenica je da kada se kadmij elektrolitički nanosi na čelični dio, vodik koji se nalazi u elektrolitu može prodrijeti u metal. Ovaj vrlo nepoželjni gost uzrokuje opasnu "bolest" u čelicima visoke čvrstoće - vodikovu krtost, što dovodi do neočekivanog uništenja metala pod opterećenjem. Pokazalo se da je, s jedne strane, kadmij pouzdano štitio dio od korozije, a s druge je stvarao prijetnju preranog kvara dijela. Zbog toga su dizajneri često bili primorani da odbiju "usluge" kadmijuma.

Naučnici sa Instituta za fizičku hemiju Akademije nauka SSSR-a uspjeli su eliminirati ovu "bolest" kadmijuma. Titanijum je delovao kao lek. Ispostavilo se da ako u sloju kadmija postoji samo jedan atom titana na hiljadu njegovih atoma, čelični dio je zaštićen od pojave vodonične krtosti, jer titanijum izvlači sav vodik iz čelika tokom procesa oblaganja.

Kadmijum koriste i engleski kriminolozi: uz pomoć tankog sloja ovog metala raspršenog na površinu koja se ispituje, moguće je brzo identifikovati jasne otiske prstiju.

Kadmijum se takođe koristi u proizvodnji kadmijum-nikl baterija. Ulogu negativne elektrode u njima obavljaju željezne rešetke sa spužvastim kadmijem, a pozitivne ploče su obložene nikl oksidom; Elektrolit je rastvor kalijum hidroksida. Takvi izvori struje odlikuju se visokim električnim karakteristikama, visokom pouzdanošću, dugim vijekom trajanja, a njihovo punjenje traje samo 15 minuta.

Svojstvo kadmija da apsorbira neutrone dovelo je do još jednog područja primjene kadmija - u nuklearnoj energiji.

Kao što automobil ne može raditi bez kočnica, reaktor ne može raditi bez kontrolnih šipki koje povećavaju ili smanjuju tok neutrona.

Svaki reaktor je također opremljen masivnim štapom za hitne slučajeve, koji stupa u akciju ako kontrolne šipke iz nekog razloga ne ispune svoje dužnosti.

U nuklearnoj elektrani u Kaliforniji nastao je poučan slučaj. Zbog nekih projektnih problema, šipka za hitne slučajeve nije mogla biti blagovremeno uronjena u kotao - lančana reakcija je postala nekontrolisana, te je došlo do ozbiljne nesreće. Reaktor sa bijesnim neutronima predstavljao je ogromnu opasnost za okolno stanovništvo. Morali smo hitno evakuirati ljude iz opasne zone prije nego što se ugasi nuklearni “požar”. Na sreću, nije bilo žrtava, ali su gubici bili veoma veliki, a reaktor je neko vreme bio van funkcije.

Glavni zahtjev za materijal štapova za upravljanje i hitne slučajeve je sposobnost apsorpcije neutrona, a kadmijum je jedan od „najvećih stručnjaka“ u ovoj oblasti. Uz samo jedno upozorenje: ako govorimo o termičkim neutronima, čija je energija vrlo niska (mjeri se u stotim dionicama elektron-volta). U prvim godinama atomske ere, nuklearni reaktori su radili upravo na toplinskim neutronima, a kadmij se dugo vremena smatrao "prvom violinom" među materijalima štapa. Kasnije je, međutim, morao prepustiti vodeću ulogu boru i njegovim spojevima. Ali za kadmij, nuklearni fizičari pronalaze sve više i više novih područja aktivnosti: na primjer, koristeći kadmijumsku ploču postavljenu na putu neutronskog snopa, proučavaju njegov energetski spektar, određuju koliko je homogen, koliki je udio topline. neutrona u njemu.

Od posebnog interesa za naučnike je rast bestežinskog stanja MRT kristala, koji je čvrsti rastvor telurida kadmijuma i žive. Ovaj poluvodički materijal je neophodan za proizvodnju termovizira - visoko preciznih infracrvenih uređaja koji se koriste u medicini, geologiji, astronomiji, elektronici, radiotehnici i mnogim drugim važnim oblastima nauke i tehnologije. Izuzetno je teško dobiti ovo jedinjenje u kopnenim uslovima: njegove komponente se, zbog velike razlike u gustini, ponašaju kao junaci čuvene bajke I. A. Krilova - labud, rak i štuka, i kao rezultat toga, umesto toga od homogene legure, dobija se slojevita "pita". Radi malog MCT kristala, potrebno je uzgojiti veliki kristal i iz njega izrezati najtanju ploču graničnog sloja, a sve ostalo ide u otpad. Ne može biti drugačije: na kraju krajeva, čistoća i homogenost MCT kristala se procjenjuju u stomilionitim dijelovima procenta. Nije ni čudo što na svjetskom tržištu jedan gram ovih kristala košta “samo” osam hiljada dolara.

Najbolja žuta boja je kombinacija kadmijuma i sumpora. Za izradu ove boje koriste se velike količine kadmijuma.

ZAKLJUČAK

Višestruko djelovanje kadmijuma također ima negativne strane. Prije nekoliko godina, jedan od američkih zdravstvenih službenika otkrio je da postoji direktna veza između smrtnosti od kardiovaskularnih bolesti i. sadržaj kadmijuma u atmosferi. Ovaj zaključak donesen je nakon detaljnog istraživanja stanovnika 28 američkih gradova. U četiri od njih – Čikagu, Njujorku, Filadelfiji i Indijanapolisu – sadržaj kadmijuma u vazduhu bio je znatno veći nego u drugim gradovima; Ovdje je također veći udio umrlih od srčanih bolesti.

Dok doktori i biolozi utvrđuju da li je kadmijum štetan i traže načine da smanje njegov sadržaj u životnoj sredini, predstavnici tehnologije preduzimaju sve mere da povećaju njegovu proizvodnju. Ako je tokom cele druge polovine prošlog veka iskopano samo 160 tona kadmijuma, onda je krajem 20-ih godina našeg veka njegova godišnja proizvodnja u kapitalističkim zemljama već iznosila oko 700 tona, a 50-ih godina dostigla je 7000 tona (nakon Sve u svemu, u tom periodu kadmijum je od tada stekao status strateškog materijala namenjenog za proizvodnju šipki nuklearnih reaktora). A u 21. vijeku upotreba kadmijuma će se samo povećati, zbog njegovih nezamjenjivih svojstava.

REFERENCE

1) Dzliev I.I. Metalurgija kadmijuma. M.: Metallurgizdat, 1962.

2) Krestovnikov A.N. Kadmijum. M.: Cvetmetizdat, 1956.

3) Krestovnikov A.N. Karetnikova V.P. Rijetki metali. M.: Cvetmetizdat, 1966.

4) Lebedev B.N. Kuznetsova V.A. Obojeni metali. M.: Nauka, 1976.

5) Lyubchenko V.A. Obojeni metali. M.: Nauka, 1963.

6) Maksimova G.V. Kadmijum // Časopis za neorgansku hemiju, br. 3, 1959, S-98.

7) Plaksin I.N. Yukhtanov D.M. Hidrometalurgija. M.: Metallurgizdat, 1949.

8) Peysakhov I.L. Obojeni metali. M.: Nauka, 1950.

9) Jedrilica V.I. Kadmijum kao sredstvo za prevenciju korozije. M.: Cvetmetizdat, 1952.

Sadržaj članka

KADMIJUM(Kadmijum) Cd je hemijski element grupe II periodnog sistema. Atomski broj 48, relativna atomska masa 112,41. Prirodni kadmij se sastoji od osam stabilnih izotopa: 106 Cd (1,22%), 108 Cd (0,88%), 110 Cd (12,39%), 111 Cd (12,75%), 112 Cd (24,07%), 113 Cd (12,2%) 114 Cd (28,85%) i 116 Cd (7,58%). Oksidacijsko stanje +2, rijetko +1.

Kadmijum je 1817. godine otkrio njemački hemičar Friedrich Stromeyer Friedrich (1776–1835).

Prilikom provjere cink oksida koji proizvodi jedna od tvornica Schenebec, pojavila se sumnja da sadrži primjesu arsena. Kada se lijek otopi u kiselini i kroz otopinu propušta sumporovodik, nastao je žuti talog sličan arsenovom sulfidima, ali je detaljnija provjera pokazala da ovog elementa nema. Za konačni zaključak, uzorak sumnjivog cink oksida i drugih preparata cinka (uključujući cink karbonat) iz iste fabrike poslat je Friedrichu Strohmeyeru, koji je od 1802. godine bio na katedru hemije na Univerzitetu u Getingenu i na poziciji generalnog inspektora Hanoverske apoteke.

Kalcinirajući cink karbonat, Strohmeyer je dobio oksid, ali ne bijeli, kako je trebao biti, već žućkast. Pretpostavio je da je boja uzrokovana primjesom gvožđa, ali se ispostavilo da gvožđa nema. Strohmeyer je u potpunosti analizirao preparate cinka i otkrio da se žuta boja pojavila zbog novog elementa. Ime je dobio po rudi cinka u kojoj je pronađen: grčka riječ kadmeia, "kadmijum zemlja" je drevni naziv za smitsonit ZnCO 3 . Ova riječ, prema legendi, potiče od imena Feničana Kadmusa, koji je navodno prvi pronašao cink kamen i primijetio njegovu sposobnost da bakru (kada se istopi iz rude) daje zlatnu boju. Isto ime dobio je i heroj starogrčke mitologije: prema jednoj legendi, Kadmo je u teškom dvoboju pobijedio Zmaja i na njegovoj zemlji sagradio tvrđavu Kadmeju, oko koje je tada izrastao grad sa sedam vrata Teba.

Rasprostranjenost kadmijuma u prirodi i njegova industrijska ekstrakcija.

Sadržaj kadmijuma u zemljinoj kori je 1,6·10–5%. Po obilju je blizak antimonu (2·10–5%) i dvostruko češći od žive (8·10–6%). Kadmijum karakteriše migracija u vrućim podzemnim vodama zajedno sa cinkom i drugim hemijskim elementima sklonim stvaranju prirodnih sulfida. Koncentriše se u hidrotermalnim sedimentima. Vulkanske stijene sadrže do 0,2 mg kadmijuma po kg od sedimentnih stijena najbogatije su gline - do 0,3 mg/kg, a u manjoj mjeri - krečnjaci i pješčanici (oko 0,03 mg/kg). Prosječan sadržaj kadmijuma u zemljištu je 0,06 mg/kg.

Kadmijum ima svoje minerale - zelenokit CdS, otavit CdCO 3, monteponit CdO. Međutim, oni ne formiraju sopstvene depozite. Jedini industrijski značajan izvor kadmijuma su rude cinka, gdje se nalazi u koncentracijama od 0,01-5%. Kadmijum se takođe akumulira u galenit (do 0,02%), halkopirit (do 0,12%), pirit (do 0,02%), stanit (do 0,2%). Ukupni svjetski resursi kadmijuma procjenjuju se na 20 miliona tona, industrijski - na 600 hiljada tona.

Karakteristike jednostavne supstance i industrijska proizvodnja metalnog kadmija.

Kadmijum je srebrnasta čvrsta supstanca sa plavkastim sjajem na svežoj površini, mekan, savitljiv, savitljiv metal, koji se lako valja u listove i lako se polira. Poput kalaja, kadmijumski štapići daju zvuk pucanja kada se savijaju. Topi se na 321,1°C, ključa na 766,5°C, gustina je 8,65 g/cm 3, što mu omogućava da se klasifikuje kao teški metal.

Kadmijum je stabilan na suvom vazduhu. Na vlažnom zraku brzo blijedi, a kada se zagrije lako stupa u interakciju s kisikom, sumporom, fosforom i halogenima. Kadmijum ne reaguje sa vodonikom, azotom, ugljenikom, silicijumom i borom.

Kadmijumska para stupa u interakciju sa vodenom parom i oslobađa vodonik. Kiseline rastvaraju kadmijum i formiraju soli ovog metala. Kadmijum redukuje amonijum nitrat u koncentrovanim rastvorima u amonijum nitrit. U vodenom rastvoru se oksidira kationima određenih metala, kao što su bakar(II) i gvožđe(III). Za razliku od cinka, kadmijum ne stupa u interakciju sa alkalnim rastvorima.

Glavni izvori kadmijuma su intermedijarni proizvodi proizvodnje cinka. Metalni precipitati dobijeni prečišćavanjem rastvora cink sulfata delovanjem cinkove prašine sadrže 2-12% kadmijuma. Frakcije nastale destilacijom cinka sadrže 0,7-1,1% kadmijuma, a frakcije dobijene rektifikacionim prečišćavanjem cinka sadrže do 40% kadmijuma. Kadmijum se takođe izdvaja iz prašine iz topionica olova i bakra (može sadržati do 5% i 0,5% kadmijuma, respektivno). Prašina se obično tretira koncentriranom sumpornom kiselinom, a zatim se kadmijum sulfat ispira vodom.

Kadmijum spužva se taloži iz rastvora kadmijum sulfata dejstvom cinkove prašine, zatim se rastvori u sumpornoj kiselini i rastvor se pročišćava od nečistoća dejstvom cink oksida ili natrijum karbonata, kao i metodama jonske izmene. Metalni kadmij se izoluje elektrolizom na aluminijskim katodama ili redukcijom cinkom.

Da bi se uklonio cink i olovo, kadmijum se topi ispod sloja alkalije. Talina se tretira aluminijumom kako bi se uklonio nikl i amonijum hlorid da bi se uklonio talij. Dodatnim metodama prečišćavanja moguće je dobiti kadmij sa sadržajem nečistoća od 10-5% po težini.

Godišnje se proizvede oko 20 hiljada tona kadmijuma. Obim njegove proizvodnje je u velikoj mjeri vezan za obim proizvodnje cinka.

Najvažnije područje primjene kadmija je proizvodnja hemijskih izvora energije. Kadmijum elektrode se koriste u baterijama i akumulatorima. Negativne ploče nikl-kadmijum baterija su napravljene od gvozdenih mreža sa kadmijumskim sunđerom kao aktivnim agensom. Pozitivne ploče su obložene nikl hidroksidom. Elektrolit je rastvor kalijum hidroksida. Kompaktne baterije za vođene projektile također se izrađuju na bazi kadmijuma i nikla, samo u ovom slučaju se kao osnova ne postavljaju željezne, već niklovane mreže.

Procesi koji se odvijaju u nikl-kadmijum alkalnoj bateriji mogu se opisati opštom jednačinom:

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

Nikl-kadmijum alkalne baterije su pouzdanije od olovnih baterija. Ovi izvori struje odlikuju se visokim električnim karakteristikama, stabilnim radom i dugim vijekom trajanja. Mogu se napuniti za samo sat vremena. Međutim, nikl-kadmijumske baterije se ne mogu puniti bez prethodnog potpunog pražnjenja (u tom pogledu one su inferiorne od metal-hidridnih baterija).

Kadmijum se široko koristi za nanošenje antikorozivnih premaza na metale, posebno kada dođu u kontakt sa morskom vodom. Najvažniji dijelovi brodova, aviona, kao i raznih proizvoda namijenjenih za rad u tropskim klimatskim uvjetima su kadmijirani. Ranije su gvožđe i drugi metali bili presvučeni kadmijumom potapanjem proizvoda u rastopljeni kadmijum, sada se kadmijumski premaz nanosi elektrolitički.

Kadmijumski premazi imaju neke prednosti u odnosu na cink premaze: otporniji su na koroziju i lakše ih je napraviti ravnomernim i glatkim. Visoka duktilnost takvih premaza osigurava nepropusnost navojnih spojeva. Osim toga, kadmijum je, za razliku od cinka, stabilan u alkalnoj sredini.

Međutim, kadmijum ima svoje probleme. Kada se kadmij elektrolitički nanosi na čelični dio, vodik koji se nalazi u elektrolitu može prodrijeti u metal. Uzrokuje takozvano vodikovo krhkost u čelicima visoke čvrstoće, što dovodi do neočekivanog kvara metala pod opterećenjem. Da bi se spriječio ovaj fenomen, u kadmijske prevlake se unosi aditiv titana.

Osim toga, kadmijum je toksičan. Stoga, iako se kadmij kalaj koristi prilično široko, zabranjeno ga je koristiti za proizvodnju kuhinjskog pribora i posuda za hranu.

Otprilike desetina svjetske proizvodnje kadmijuma troši se na proizvodnju legura. Legure kadmija koriste se uglavnom kao antifrikcioni materijali i lemovi. Legura, koja sadrži 99% kadmijuma i 1% nikla, koristi se za proizvodnju ležajeva koji rade u automobilskim, avionskim i brodskim motorima na visokim temperaturama. Budući da kadmij nije dovoljno otporan na kiseline, uključujući organske kiseline sadržane u mazivima, legure na bazi kadmijuma ponekad se oblažu indijem.

Legiranje bakra sa malim dodacima kadmijuma omogućava da žice na električnim transportnim linijama budu otpornije na habanje. Bakar s dodatkom kadmijuma gotovo se ne razlikuje po električnoj vodljivosti od čistog bakra, ali je primjetno bolji u čvrstoći i tvrdoći.

Kadmij je uključen u Woodov metal, legura koja sadrži 50% bizmuta, 25% olova, 12,5% kadmijuma. Zanimljivo je da se prva slova komponente Vudove legure čine skraćenicu VOSK 1860. godine izmislio je ne baš poznati engleski inženjer B. Wood. Ovaj izum se često pogrešno pripisuje njegovom imenjaku - poznatom američkom fizičaru Robertu Williamsu Woodu, koji je rođen samo osam godina. Kasnije se legure kadmijuma koriste kao materijali za proizvodnju tankih i složenih odlivaka, za lemljenje stakla na metal.

Oštar skok potražnje za kadmijem počeo je 1940-ih i bio je povezan s upotrebom kadmija u nuklearnoj industriji - otkriveno je da apsorbira neutrone i od njega su se počele izrađivati ​​upravljačke i hitne šipke nuklearnih reaktora. Sposobnost kadmijuma da apsorbuje neutrone strogo definisanih energija koristi se u proučavanju energetskih spektra neutronskih snopova.

Jedinjenja kadmijuma.

Kadmijum formira binarna jedinjenja, soli i brojne komplekse, uključujući organometalne, jedinjenja. U otopinama su povezane molekule mnogih soli, posebno halogenida. Rastvori imaju blago kiselu sredinu zbog hidrolize. Pri izlaganju alkalnim rastvorima, počevši od pH 7-8, bazne soli se talože.

Kadmijum oksid CdO se dobija reakcijom jednostavnih supstanci ili kalcinacijom kadmijum hidroksida ili karbonata. U zavisnosti od "termalne istorije" može biti zelenkasto-žuta, smeđa, crvena ili skoro crna. To je dijelom zbog veličine čestica, ali je velikim dijelom rezultat defekata rešetke. Iznad 900°C, kadmijum oksid je isparljiv, a na 1570°C potpuno sublimira. Ima svojstva poluprovodnika.

Kadmijum oksid je lako rastvorljiv u kiselinama i slabo rastvorljiv u alkalijama, lako se redukuje vodonikom (na 900°C), ugljen monoksidom (iznad 350°C) i ugljenikom (iznad 500°C).

Kadmijum oksid se koristi kao materijal za elektrode. Uključuje se u ulja za podmazivanje i serije za proizvodnju specijalnih stakala. Kadmijum oksid katalizira brojne reakcije hidrogenacije i dehidrogenacije.

Kadmijum hidroksid Cd(OH) 2 precipitira kao bijeli talog iz vodenih rastvora soli kadmijuma(II) kada se doda alkalija. Kada je izložen veoma koncentriranim rastvorima alkalija, pretvara se u hidroksokadmate, kao što je Na2. Kadmijum hidroksid reaguje sa amonijakom da formira rastvorljive komplekse:

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

Osim toga, kadmijum hidroksid prelazi u rastvor pod uticajem cijanida alkalnih elemenata. Iznad 170°C razlaže se do kadmijum oksida. Interakcija kadmij hidroksida sa vodikovim peroksidom u vodenoj otopini dovodi do stvaranja peroksida različitih sastava.

Kadmijum hidroksid se koristi za dobijanje drugih jedinjenja kadmija, a takođe i kao analitički reagens. Dio je kadmijumskih elektroda u izvorima struje. Osim toga, kadmijum hidroksid se koristi u ukrasnim staklima i emajlima.

Kadmijum fluorid CdF 2 je slabo rastvorljiv u vodi (4,06% težinski na 20°C), nerastvorljiv u etanolu. Može se dobiti djelovanjem fluora na metal ili fluorovodonika na kadmijum karbonat.

Kadmijum fluorid se koristi kao optički materijal. Komponenta je nekih stakla i fosfora, kao i čvrstih elektrolita u hemijskim izvorima struje.

Kadmijum hlorid CdCl 2 je visoko rastvorljiv u vodi (53,2% po težini na 20°C). Njegova kovalentna priroda određuje njegovu relativno nisku tačku topljenja (568,5°C), kao i njegovu rastvorljivost u etanolu (1,5% na 25°C).

Kadmijum hlorid se dobija reakcijom kadmijuma sa koncentrovanom hlorovodoničnom kiselinom ili hlorisanjem metala na 500°C.

Kadmijum hlorid je komponenta elektrolita u kadmijum galvanskim ćelijama i sorbenata u gasnoj hromatografiji. Dio je nekih rješenja u fotografiji, katalizatora u organskoj sintezi i fluksa za uzgoj poluvodičkih kristala. Koristi se kao jedkasto sredstvo za bojenje i štampanje tkanina. Organska jedinjenja kadmijuma se dobijaju iz kadmijum hlorida.

Kadmijum bromid CdBr 2 formira ljuskave kristale sa bisernim sjajem. Veoma je higroskopan, visoko rastvorljiv u vodi (52,9% težinski na 25°C), metanolu (13,9% težinski na 20°C), etanolu (23,3% težinski na 20°C).

Kadmijum bromid se dobija bromiranjem metala ili delovanjem bromovodonika na kadmijum karbonat.

Kadmijum bromid služi kao katalizator u organskoj sintezi, stabilizator je fotografskih emulzija i komponenta vibrirajućih kompozicija u fotografiji.

Kadmijum jodid CdI 2 formira sjajne kristale u obliku lista, imaju slojevitu (dvodimenzionalnu) kristalnu strukturu. Poznato je do 200 politipova kadmijum jodida, koji se razlikuju po redosledu slojeva sa heksagonalnim i kubičnim bliskim pakovanjem.

Za razliku od drugih halogena, kadmijum jodid nije higroskopan. Vrlo je rastvorljiv u vodi (46,4% po težini na 25°C). Kadmijum jodid se dobija jodiranjem metala zagrevanjem ili u prisustvu vode, kao i delovanjem jodida vodika na kadmijum karbonat ili oksid.

Kadmijum jodid služi kao katalizator u organskoj sintezi. Komponenta je pirotehničkih kompozicija i maziva.

Kadmijum sulfid CdS je vjerovatno bio prvi spoj ovog elementa za koji se industrija zainteresirala. Formira limun-žute do narandžasto-crvene kristale. Kadmijum sulfid ima poluprovodna svojstva.

Ovo jedinjenje je praktično nerastvorljivo u vodi. Takođe je otporan na rastvore alkalija i većinu kiselina.

Kadmijum sulfid se dobija interakcijom kadmijuma i para sumpora, taloženjem iz rastvora pod uticajem vodonik sulfida ili natrijum sulfida i reakcijama između kadmijuma i organosumpornih jedinjenja.

Kadmijum sulfid je važna mineralna boja, koja se ranije zvala kadmijum žuta.

U farbarskom poslu, kadmijum žuti se kasnije počeo sve više koristiti. Njime su posebno farbani putnički automobili jer je, između ostalih prednosti, ova boja dobro odolijevala dimu lokomotive. Kadmijum sulfid se takođe koristio kao bojilo u proizvodnji tekstila i sapuna. Odgovarajuće koloidne disperzije su korištene za dobijanje obojenih prozirnih stakala.

Posljednjih godina čisti kadmijum sulfid zamjenjuju jeftiniji pigmenti - kadmopon i cink-kadmijum litopon. Kadmopon je mješavina kadmijum sulfida i barijum sulfata. Dobija se miješanjem dvije rastvorljive soli - kadmijum sulfata i barijum sulfida. Kao rezultat, formira se talog koji sadrži dvije nerastvorljive soli:

CdSO 4 + BaS = CdSI + BaSO 4 Í̈

Cink-kadmijum litopon takođe sadrži cink sulfid. Prilikom izrade ove boje istovremeno se talože tri soli. Litopon je krem ​​boje ili boje slonovače.

Uz dodatak kadmijum selenida, cink sulfida, živinog sulfida i drugih spojeva, kadmijum sulfid proizvodi termički stabilne pigmente jarkih boja u rasponu od blijedo žute do tamno crvene.

Kadmijum sulfid daje plamenu plavu boju. Ovo svojstvo se koristi u pirotehnici.

Osim toga, kadmijum sulfid se koristi kao aktivni medij u poluvodičkim laserima. Može se koristiti kao materijal za proizvodnju fotoćelija, solarnih ćelija, fotodioda, LED dioda i fosfora.

Kadmijum selenid CdSe formira tamnocrvene kristale. Nerastvorljiv je u vodi i razlaže se sa hlorovodoničnom, azotnom i sumpornom kiselinom. Kadmijum selenid se dobija spajanjem jednostavnih supstanci ili iz gasovitih kadmijuma i selena, kao i taloženjem iz rastvora kadmij sulfata pod dejstvom vodonik selenida, reakcijom kadmij sulfida sa selenskom kiselinom i interakcijom između kadmijuma i organoselenskih jedinjenja. .

Kadmijum selenid je fosfor. Služi kao aktivni medij u poluvodičkim laserima i materijal je za proizvodnju fotootpornika, fotodioda i solarnih ćelija.

Kadmijum selenid je pigment za emajle, glazure i umetničke boje. Rubinsko staklo je obojeno kadmijum selenidom. Upravo je to, a ne krom-oksid, kao u samom rubinu, učinio zvijezde moskovskog Kremlja rubin crvenim.

Kadmijum telurid CdT može imati boju od tamno sive do tamno smeđe. Nije rastvorljiv u vodi, ali se razlaže koncentrisanim kiselinama. Nastaje interakcijom tečnog ili plinovitog kadmijuma i telura.

Kadmijum telurid, koji ima poluprovodnička svojstva, koristi se kao detektor rendgenskih zraka i gama zračenja, a živa-kadmijum telurid je našao široku primenu (posebno u vojne svrhe) u IC detektorima za termičke slike.

Kada se naruši stehiometrija ili se uvedu nečistoće (na primjer, atomi bakra i hlora), kadmijum telurid dobija fotosenzitivna svojstva. Koristi se u elektrofotografiji.

Organska jedinjenja kadmijuma CdR 2 i CdRX (R = CH 3, C 2 H 5, C 6 H 5 i drugi ugljovodonični radikali, X - halogeni, OR, SR, itd.) se obično dobijaju iz odgovarajućih Grignardovih reagenasa. Oni su manje termički stabilni od svojih kolega cinka, ali su općenito manje reaktivni (obično nezapaljivi na zraku). Njihova najvažnija primjena je proizvodnja ketona iz kiselih klorida.

Biološka uloga kadmijuma.

Kadmij se nalazi u organizmima gotovo svih životinja (kod kopnenih životinja iznosi oko 0,5 mg na 1 kg mase, a kod morskih životinja od 0,15 do 3 mg/kg). Istovremeno se smatra jednim od najotrovnijih teških metala.

Kadmijum se u organizmu koncentriše uglavnom u bubrezima i jetri, dok se sadržaj kadmijuma u organizmu povećava sa starošću. Akumulira se u obliku kompleksa sa proteinima koji učestvuju u enzimskim procesima. Ulazeći u tijelo izvana, kadmijum djeluje inhibitorno na brojne enzime, uništavajući ih. Njegovo djelovanje temelji se na vezivanju -SH grupe cisteinskih ostataka u proteinima i inhibiciji SH enzima. Također može inhibirati djelovanje enzima koji sadrže cink zamjenjujući cink. Zbog blizine jonskih radijusa kalcijuma i kadmijuma, može zamijeniti kalcij u koštanom tkivu.

Ljudi se kadmijumom truju pitkom vodom kontaminiranom otpadom koji sadrži kadmijum, kao i povrćem i žitaricama koje rastu na zemljištima koja se nalaze u blizini rafinerija nafte i metalurških postrojenja. Pečurke imaju posebnu sposobnost akumulacije kadmijuma. Prema nekim izvještajima, sadržaj kadmija u gljivama može doseći jedinice, desetine, pa čak i 100 ili više miligrama po kg vlastite težine. Jedinjenja kadmijuma su među štetnim materijama koje se nalaze u duvanskom dimu (jedna cigareta sadrži 1-2 mcg kadmijuma).

Klasičan primjer kroničnog trovanja kadmijem je bolest koja je prvi put opisana u Japanu 1950-ih i nazvana “itai-itai”. Bolest je bila praćena jakim bolovima u lumbalnoj regiji i bolovima u mišićima. Pojavili su se i karakteristični znaci ireverzibilnog oštećenja bubrega. Zabilježene su stotine itai-itai smrti. Bolest je postala široko rasprostranjena zbog velikog zagađenja životne sredine u Japanu u to vrijeme i specifične prehrane Japanaca - uglavnom riže i morskih plodova (sposobni su akumulirati kadmij u visokim koncentracijama). Istraživanja su pokazala da su oni sa "Itai-Itai" unosili do 600 mcg kadmijuma dnevno. Nakon toga, kao rezultat mjera zaštite okoliša, učestalost i težina sindroma poput “Itai-Itai” značajno su se smanjile.

U SAD je pronađena veza između nivoa kadmijuma u atmosferi i učestalosti smrti od kardiovaskularnih bolesti.

Smatra se da oko 1 mcg kadmijuma na 1 kg tjelesne težine može ući u ljudski organizam dnevno bez štete po zdravlje. Voda za piće ne bi trebalo da sadrži više od 0,01 mg/l kadmijuma. Protuotrov za trovanje kadmijumom je selen, ali konzumiranje hrane bogate ovim elementom dovodi do smanjenja sadržaja sumpora u organizmu, u kom slučaju kadmijum ponovo postaje opasan.

Elena Savinkina

Odakle nabavljate kadmijum? Kadmijum se uvek nalazi u rudama iz kojih se vade cink i olovo, a ponekad i u rudi bakra. Stoga neminovno završava u proizvodnom otpadu ovih metala. Ali oni se ne bacaju, već se pokušavaju reciklirati, jer postoje mnogi drugi elementi koji su ljudima potrebni. Udio kadmijuma je vrlo velik - 0,3-0,5% težine koncentrata cinka, a 95% se uzima odatle. Zapravo, kadmijum je otkriven tokom proučavanja jedinjenja cinka. Oni pričaju sljedeću priču (vidi “Hemija i život”, 1970, br. 9). Godine 1817. došlo je do sukoba u Magdeburgu: okružni doktor Rolov naredio je da se svi preparati sa cink oksidom povuku iz prodaje, sumnjajući da sadrže arsen. Farmaceuti su se kleli da u preparatima nema arsena, osim možda željeznog oksida koji masti daje žućkastu boju. Arbitar je bio profesor Friedrich Strohmeyer sa Univerziteta u Getingenu, koji je u to vrijeme bio glavni farmaceutski inspektor. On je zapravo uspio da izoluje žućkasto jedinjenje iz droge. Međutim, nije imao nikakve veze ni s arsenom ni s željezom, već se ispostavilo da je to oksid novog elementa. U jesen 1817. godine, u razgovorima sa kolegama, Strohmeyer ga je nazvao kadmijumom, za šta je dato sledeće objašnjenje. Legendarni feničanski princ Kadmo, koji je došao u Beotiju u potrazi za svojom sestrom Evropom, koju je ukrao Zevs, sagradio je tu tvrđavu Kadme. Starogrčka Teba je kasnije rasla oko njega. U davna vremena u blizini ovog grada pronađena je specifična mješavina jedinjenja cinka, nazvana "kadmijska zemlja" ili kadmijum. Strohmeyer je koristio ovo ime.

Rolov se također ubrzo uvjerio da sumnjiva nečistoća nije arsen, već spoj novog metala. Ali njegov članak je poslat na “ Journal fur der praktischen Heilkunde“, odgođen je i objavljen u aprilu 1818, kada su hemičari već znali za Strohmeyerovo otkriće.

Kako je žuta boja jedinjenja uticala na interesovanje za kadmijum? Na najdirektniji način: ubrzo nakon Strohmeyerovog otkrića, izvjesni Karsten, viši savjetnik za metalurgiju u fabrici Breslau (danas Wroclaw), pronašao je u šleskoj rudi cinka element koji je davao žuti talog kada je sumporovodik propuštao kroz njegovu otopinu, i nazvao "melinijum" od latinske reči " mellis“, što znači med. Bio je to i dalje isti kadmijum, a njegov sulfid je postao odličan žuti pigment, prvo za umetnike, a onda, kada je cena pala, za slikanje. Dobijajući kadmijum sulfid na različite načine, možete napraviti prekrasnu boju u različitim nijansama - od limuna do narandže. Pošto je otporan na kiseline, lužine i jaku toplotu, kadmijum žuta je pogodna i za farbanje keramike. Osim toga, kada se kadmijum sulfid pomiješa s ultramarinom, formira se odlična zelena boja - kadmijum zelena. Kadmijum pri sagorevanju daje plavu boju, pa se koristio i u pirotehnici. Tako je 90-ih godina 20. vijeka 17% kadmijuma korišteno za pripremu boja za različite namjene.

Koja je glavna primjena kadmijuma? Nikl-kadmijumske baterije: jedna od elektroda u njima je napravljena od kadmijuma ili njegovog hidroksida, njihova proizvodnja troši više od 60% celokupnog iskopanog kadmija. Ove baterije su vrlo izdržljive: mogu pružiti nekoliko puta više ciklusa pražnjenja-punjenja od svojih najbližih konkurenata - olovnih baterija, međutim koštaju deset puta više. A u pogledu omjera uskladištene električne energije i težine, Ni-Cd je dvostruko veći od Pb, što ih čini perspektivnim za električna vozila. Vijek trajanja modernih nikl-kadmijum baterija je više od 30 godina. Brzo se pune i brzo oslobađaju energiju, a zbog svog malog unutrašnjeg otpora mogu osigurati veliku gustoću struje bez zagrijavanja. Stoga se koriste svuda gdje su potrebne velike gustine struje - u električnim automobilima, trolejbusima, tramvajima, električnim vozovima, odvijačima, kao i u radio opremi i kućanskim aparatima. Donedavno su snabdevali energijom i kompjutere i mobilne telefone, ali sada je njihovo mesto zauzeo litijum-jonski. Nikl-kadmijum baterije bi se takođe trebale koristiti u alternativnim energetskim sistemima, gde je s vremena na vreme potrebno negde upumpati višak energije, čime se onda nadoknađuje nedostatak proizvodnje usled lošeg vremena: takve baterije mogu da obezbede pouzdano skladištenje do 6,5 MWh električne energije, što ih stavlja u rang sa olovom i natrijum sulfidom.

Među nedostacima nikl-kadmijum baterija su visoko samopražnjenje i memorijski efekat: ako punite bateriju koja nije potpuno ispražnjena, ona će svaki put akumulirati sve manje energije. Postoji mišljenje da se ovaj efekat može suzbiti ako se takva baterija s vremena na vrijeme jako isprazni. Ali njihov glavni nedostatak je toksičnost kadmijuma; zbog toga se upotreba nikl-kadmijum baterija, kao i kadmijum pigmenata za boje, stabilizatora za polimere (10% proizvodnje metala), i premaza za metale (5%), stalno smanjuje.

Koja primjena kadmijuma je u porastu? Proizvodnja solarnih panela. Kadmijum telurid prilično dobro pretvara sunčevu svetlost u električnu energiju, iako je inferiorniji od silicijumskih baterija: efikasnost modula dostupnih na tržištu je 8–9% i 13–16%. Međutim, kadmijum telurid se taloži u obliku tankih filmova na provodljivom staklu, što zahteva mnogo manje energije i materijala nego za proizvodnju silicijumskih baterija. Kao rezultat (" “, 2012, 16, 5245–5259; doi:10.1016/j.rser.2012.04.034) troškovi energije za proizvodnju baterija se nadoknađuju proizvodnjom energije u roku od godinu dana, što je dva do tri puta (kao i emisija ugljičnog dioksida po kilovatu električne energije koju proizvodi u Evropi) manje nego kod silicijumskih baterija Drugim riječima, baterije koje koriste spojeve kadmijuma vrlo su ekološki prihvatljive. Sa povećanjem efikasnosti, ova razlika će se još više povećavati, a tu postoje izgledi, budući da su rekordne vrijednosti efikasnosti kadmijum telurida bile 15,6 odnosno 13,8% u 2011. godini pri nanošenju njegovog tankog filma na staklo, odnosno fleksibilni poliimid. Baterije na bazi polimera teže su stotine puta manje od staklenih i lako se montiraju na zakrivljene površine, što je ono što privlači pažnju istraživača.

Tanki filmovi nisu sve. Elementi zasnovani na kvantnim tačkama napravljenim od halkogenida - kadmijum sulfida, telurida i selenida - perspektivni su predstavnici treće generacije solarnih ćelija, koje su, prema mišljenju stručnjaka, u stanju da konačno obezbede samodovoljnost ovog izvora energije. Tačke privlače pažnju istraživača jer je, zbog zavisnosti njihovih svojstava o njihovoj veličini, moguće postići apsorpciju i pretvaranje cjelokupnog sunčevog spektra u električnu energiju. Osim toga, u nekim eksperimentima, halkogenidne kvantne tačke pokazale su sposobnost dobivanja nekoliko elektrona iz jednog fotona - efekat višestruke generacije eksitona. Očigledno, ako se pravilno koristi, to će uvelike povećati efikasnost konverzije svjetlosti, a to nam omogućava da očekujemo konvergenciju u cijeni električne energije od Sunca i sagorevanja uglja.

Do sada, međutim, potencijal kvantnih tačaka nije u potpunosti otkriven – rekordnu efikasnost od 5,42% početkom 2013. pokazao je element baziran na kvantnim tačkama od kadmijum sulfida i selenida sa dodacima mangana (“ Recenzije obnovljivih izvora i održive energije“, 2013, 22, 148–167; doi:10.1016/j.rser.2013.01.030). Vjeruje se da za to nisu krive same točke - još uvijek nije odabran optimalni materijal elektrode kako bi se osiguralo potpuno uklanjanje nosača naboja koji su rezultat fotoreakcije iz njih. Moguće je da će kadmijum biti koristan i u proizvodnji elektroda, eksperimenti sa elektrodom napravljenom od kadmijum stanata CdSnO 3 za solarne ćelije pokazuju dobre rezultate (“; Proizvodi i usluge Solar Energy Materials & Solar Cells“, 2013, 117, 300–305; doi:10.1016/j.solmat.2013.06.009).

Koje su druge nanočestice napravljene od jedinjenja kadmijuma? Najrazličitije: nanošipke, nanocijevi, pa čak i strukture poput morskih ježeva. Moguće je da će neki od njih naći primjenu u budućim tehnologijama.

Ima li kadmijuma u limenim vojnicima? Tu može i završiti, jer mali dodatak kadmijuma uvelike smanjuje tačku topljenja drugih metala i, shodno tome, osigurava bolje punjenje kalupa legurom za livenje. Nije iznenađujuće što je dio poznate legure drveta i njenih sorti. Takve legure imaju široku primjenu u metalografiji (sipaju se u tanke rezove, uzorke za mikroskopsko ispitivanje), u preciznom lijevanju, služe kao rastopljene šipke u proizvodnji šupljih figura, kao i topljivi osigurači. Navodno je engleski inženjer Barnaba Wood prvi otkrio sposobnost kadmija da smanji tačku topljenja drugih metala, jer su elementi koji čine leguru nazvanu po njemu - sedam do osam dijelova bizmuta, četiri olova. i po dva od kalaja i kadmijuma - imaju tačku topljenja od 271, odnosno 327, 231 i 742°C. I sve zajedno se rastopi na 69°C! Ovaj rezultat je bio toliko neočekivan 1860. da je uredništvo časopisa “ Američki časopis za nauku i umjetnost” dodao je sljedeću napomenu Woodovom članku: “Imali smo vremena da ponovimo samo nekoliko zanimljivih eksperimenata dr. Wooda koji se odnose na nevjerovatan učinak koji kadmijum ima na snižavanje tačaka topljenja različitih legura.” Danas se sposobnost kadmijuma da smanji tačku topljenja metala koristi dodavanjem u lemove - to čini 2% globalne proizvodnje metala. Štaviše, lemovi nisu samo industrijski, već i domaći. Na primjer, na forumu draguljara, majstori daju sljedeće preporuke: „Dodajte malo kadmija u zlato, njegova tačka topljenja bit će niža od one metala proizvoda, a bit će moguće lemiti potrebni dio. Budući da je vjerovatno da će kadmijum ispariti tokom lemljenja, uzorak proizvoda se možda neće promijeniti. Samo morate lemiti pod pritiskom da se ne biste otrovali.”

Koji je put kadmijuma u organizam?„Kadmijum u dečijim igračkama je nemoguć, otrovan je“, reći će čitalac. I bit će u pravu, ali samo djelomično, jer je malo vjerovatno da kadmij iz limenog vojnika (bilo koja figura od srebrnog teškog metala izlivena u maloj radionici) ili iz žute šare na zdjeli za salatu može nekako ući u ljudsko tijelo. On ima potpuno različite načine. Ima ih tri. Prvo, s dimom cigareta: kadmijum se dobro akumulira u listovima duhana. Drugo, iz vazduha, posebno iz urbanog vazduha: sadrži dosta prašine na putu koja nastaje usled habanja guma i kočionih pločica (a kadmijum je deo njihovog sastava); Što više udišete ovu prašinu, veći je sadržaj kadmijuma u tijelu. Tako je među kontrolorima to jedan i po puta više nego među putarima iz ruralnih područja (“ Hemosfera“, 2013, 90, 7, 2077–2084). Kadmijum je prisutan i u dimu termoelektrana, ako rade na ugalj, i u dimu od sagorevanja drveta, jer ga drveće izvlači iz zemlje. Treći izvor je hrana, posebno korijenje, lišće i zrna biljaka: tu se akumulira kadmij. Istraživanje koje su proveli naučnici iz Sijetla pokazalo je da među mladim ženama koje žive u područjima koja nisu kontaminirana kadmijumom, pušenje je glavni izvor kadmijuma, ono povećava sadržaj ovog metala za jedan i po puta. Ali među prehrambenim proizvodima, skuta od zrna tofua pokazala se kao značajan izvor kadmijuma - jedna porcija tjedno povećava sadržaj kadmijuma u tijelu za 22% (“ Nauka o totalnoj životnoj sredini”, 2011, 409, 9, 1632–1637). Mnogo kadmijuma nalazi se u mekušcima i rakovima koji se hrane planktonom. Novozelandski biolozi su otkrili da je kadmijum u morskoj vodi (njegova koncentracija u njoj iznosi 0,11 μg/l) najvjerovatnije tamo završio ljudskom krivnjom. Kadmijum se nalazi u fosfornim đubrivima, odakle, inače, uglavnom završava u jestivim biljkama. Kiše ispiraju gnojiva u rijeke, a zatim u more. Kadmijum putuje po površini mikročestica. Kada uđe u slanu vodu, oslobađa se i završava u fitoplanktonu, a sa njim i u kamenicama. Kao rezultat toga, mekušci koji se uzgajaju više u ušćima rijeka, gdje kadmijum još nije ispran sa mikročestica, relativno su čisti, a oni niže sadrže posebno mnogo ovog metala (“ Nauka o totalnom okruženju“, 1996, 181, 1, 31–44). Sadržaj kadmijuma u kamenicama je 13-26 mikrograma po gramu suhe težine. Poređenja radi: u semenkama suncokreta, koje se takođe smatraju važnim izvorom kadmijuma, ima 0,2–2,5 mcg po gramu zrna, u listovima duvana – 0,5–1 mcg po gramu suve mase. Budući da se ne samo da se kamenice hrane planktonom, kadmijum završava i u ribama ulovljenim u prljavom moru. A najprljavije je Baltičko more u koje se ulivaju mnoge rijeke iz industrijskih područja i područja s intenzivnom poljoprivredom.

Kako antropogeni kadmijum ulazi u životnu sredinu? Osim fosfatnih đubriva, saobraćajne prašine i sagorevanja goriva, postoje još dva načina. Prva je obojena metalurgija: uz sve napore usmjerene na čišćenje emisija, dio neminovno prolazi kroz sve filtere. Drugi su deponije i mjesta za reciklažu otpada, na primjer, kada tamo gori plastika. Međutim, na deponiji, čak i bez grijanja, kadmijum se ispire i sa vodom ulazi u tlo. Općenito, obojena metalurgija proizvodi 5 hiljada tona kadmijuma godišnje, sagorevanje otpada - 1,5, a proizvodnja fosfatnih đubriva i sagorevanje drveta - po 0,2 hiljade tona od više od sedam hiljada tona koje ljudi otprilike prosleđuju u životnu sredinu. od 30-ih godina XX veka. Vlastite mogućnosti prirode su skromnije: 0,52 hiljade tona daju vulkani i 0,2 hiljade tona biljnih izlučevina, ukupno 0,83 hiljade tona (vidi „Hemija i život”, 1979, br. 12). Drugim riječima, najviše dvije trećine kadmijuma izvađenog iz crijeva Zemlje može se pretvoriti u metal (a globalna proizvodnja već desetljećima varira između 17 i 20 hiljada tona godišnje), tako da su izgledi za korištenje ovdje vrlo široki. . Međutim, poticaja nema, o čemu će biti riječi dalje.

Kako će se novi materijali koji sadrže kadmijum ponašati na deponiji? Drugačije. Detaljnu analizu izvršio je Vasily Fthenakos iz Brookhaven National Laboratory (SAD), koji je detaljno opisao životni ciklus baterije kadmijum telurida (“ Recenzije obnovljivih izvora i održive energije“, 2004, 8, 303–334; doi:10.1016/j.rser.2003.12.001). On ovako rezonuje. U solarnoj ćeliji, spoj kadmijuma nalazi se između slojeva stakla ili plastike. Stoga se čestice koje sadrže kadmijum mogu pojaviti u životnoj sredini tek kada je element uništen, što se dešava ili u veoma prašnjavom prostoru ili tokom kvara. Ali čak i tada, kao što je eksperiment pokazao, nijedna kiša nije u stanju da ispere bilo kakvu primjetnu količinu kadmijuma iz elementa. Temperatura isparavanja CdTe prelazi 1000°C, a CdS, takođe prisutan u ovim elementima, iznosi 1700°C, tako da neće doći do isparavanja tokom rada.

Što ako je element na krovu privatne kuće u kojoj je izbio požar? U vazduhu, kadmijum telurid ostaje stabilan do temperature od 1050°C, što je manje od zagrevanja tokom normalnog požara. Direktni eksperimenti su dokazali da ako je baterija napravljena na staklenoj podlozi, gotovo sav kadmij će ostati u rastopljenom staklu - može se osloboditi samo 0,6% njegove ionako male količine (na kraju krajeva, to je tanak film). Neki elementi, kada se razgrađuju na deponiji, zapravo se razgrađuju, oslobađajući kadmijum, dok drugi, moderniji, ne. Zakonska regulativa može osigurati da se samo bezopasni elementi bacaju. I bilo bi bolje da ih uopće ne bacate, jer sadrže vrijedan telur.

Nažalost, Fthenakos ne govori ništa o elementima na bazi polimera, koji će najvjerovatnije izgorjeti i kadmijum se neće stopiti u staklo. Ali napominje da zabrane upotrebe kadmijuma mogu dovesti do mnogo gorih posljedica: gubitkom prodajnog tržišta, proizvođači cinka, olova i bakra prestat će vaditi kadmij iz otpada i počet će zagađivati ​​sve okolo mnogo više od deponija (podsjetimo se trećina kadmijuma koji leti u dimnjak). Stoga se mora proširiti upotreba kadmijuma, a pooštriti mjere za odlaganje proizvoda.

Posebno je pitanje o uređajima baziranim na nanotačkama: kada se unište, ovi materijali će neizbježno raspršiti nanočestice koje se mogu kretati duž lanca ishrane. Postoje podaci (“ Journal of Hazardous Materials“, 2011, 192, 15, 192–199; doi:10.1016/j.jhazmat.2011.05.003), da u isto vrijeme neće ostati nepromijenjeni: u jetri i bubrezima štakora kojima su nanotačke kadmijum selenida ubrizgane u trbušnu šupljinu, zabilježeno je povećanje slobodnog kadmijuma . Efekat je bio najizraženiji ako su nanočestice bile osvetljene ultraljubičastim svetlom pre upotrebe (očigledno, to će biti slučaj sa nanoprašinom u prirodnim uslovima). Očigledno, zahtjevi za odlaganje solarnih ćelija i drugih uređaja baziranih na takvim nanočesticama moraju biti stroži nego kada se koriste monolitni proizvodi.

Zašto je kadmijum opasan? Pitanje je mnogo složenije nego što se čini, budući da kadmijum ulazi u organizam u mikroskopskim količinama i ne djeluje trenutno. O tome detaljno pišu istraživači sa Univerziteta Sjeverne Dakote, predvođeni Soysunwan Satarugom (“ “, 2010, 118, 182–190; doi:10.1289/ehp.0901234). Prepričajmo ovu recenziju.

Može se smatrati dokazanim da ljudi koji žive u područjima gdje tlo sadrži značajnu količinu kadmijuma i hrana je njime stalno kontaminirana imaju povećanu krhkost kostiju. Japanci su ovu bolest nazvali itai-itai: pojavila se 40-ih godina u prefekturi Toyama, gdje su farmeri koristili vodu iz rudnika cinka za navodnjavanje svojih polja. Sadržaj kadmijuma u pirinču bio je toliko visok da je dnevni unos iznosio 600 mcg dnevno, ili 4.200 mcg sedmično, ili do 2 grama po osobi tokom života. Ovdje nije teško identificirati uzročno-posljedičnu vezu, što se ne može reći za kroničnu konzumaciju kadmijuma u malim dozama. Sve se svodi na postotak rizika od dobijanja određene bolesti. Još uvijek je potpuno nepoznato koje se doze kadmijuma mogu smatrati bezopasnim. Svjetska zdravstvena organizacija je 1989. godine dala maksimalno podnošljiv unos kadmijuma sedmično: 400-500 mcg, na osnovu toga da je 2 g tokom života puno, što dovodi do itai-itai. Godine 1992. norma je preračunata, iznosila je 7 mcg dnevno po kilogramu težine. Lako je vidjeti da je sedmična doza za osobu od 70 kg ista - 490 mcg. Pri proračunu se pretpostavljalo da tijelo apsorbira 5% kadmijuma koji u njega ulazi, a 0,005% količine metala koja se već nalazi u njemu izlazi sa urinom. Međutim, neki ljekari dovode u pitanje ovaj model, ističući da su se susreli sa slučajevima da je tijelo apsorbiralo 40% kadmijuma koji je u njega ušao. Štaviše, mjerenja su pokazala da konzumacija od samo 1 mcg po kg dnevno rezultira 2 mcg kadmijuma po gramu kreatinina u urinu, a neugodni efekti se javljaju i na mnogo nižim razinama. (Sadržaj kadmijuma i drugih štetnih metala u urinu, čija je koncentracija niska, obično se izražava u mikrogramima po gramu kreatinina - ova supstanca nastaje tokom mišićne aktivnosti i stalno se izlučuje urinom. Rezultat je prikazan u takvim jedinicama ne zavisi od razblaženja uzorka. Slijedi riječ “kreatinin” koju ćemo očito izostaviti.

Kakvi su to efekti? Čitajući recenziju, stiče se utisak da kadmijum izaziva simptome starosti. Prije svega, akumulirajući se u bubrezima, ubrzava degradaciju bubrežnih tubula. Prema nekim podacima, ako se 2-4 mcg kadmijuma dnevno izluči urinom, vjerovatnoća degradacije bubrega je 10%; prema drugima, kada mjere ne dnevno izlučivanje, već koncentraciju u uzorku za testiranje, već je opasan sadržaj kadmijuma u urinu od 0,67 mcg/g. (Ako pretpostavimo da se 1-2 grama kreatinina dnevno izluči urinom, onda se ispostavi da je opasna dnevna doza izlučivanja kadmijuma oko 1 mcg.) Kao rezultat tubularne degradacije, sposobnost bubrega da vraćanje vitamina, minerala i drugih korisnih tvari u tijelo je oslabljeno, na primjer cink i bakar povezani s metalotioneinima, kalcijumom, fosfatima, glukozom, aminokiselinama. Dvostruko povećanje nivoa kadmijuma u urinu povećava sadržaj kalcija u njemu za 2 mg dnevno. Nije teško pretpostaviti da gubitak kalcija povećava rizik od osteoporoze. Zaista, u grupi žena starijih od 50 godina sa više od 1 mcg/g kadmijuma u urinu, rizik od osteoporoze bio je 43% veći nego kod onih koje su imale manje od 0,5 mcg/g. Sa nivoima kadmijuma između 1 i 2 μg/g, rizik od povišenih nivoa glukoze i razvoja dijabetesa tipa 2 je 1,48 odnosno 1,24, u poređenju sa onima sa manje od 1 μg/g. Istraživanje među Korejcima, od kojih je četvrtina patila od visokog krvnog pritiska, pokazalo je da je rizik od ove bolesti kod ljudi sa visokim nivoom kadmijuma jedan i po puta veći od onih sa niskim nivoom. Rizik od srčanog udara kod žena s više od 0,88 mcg/g kadmijuma u urinu je 1,8 puta veći u odnosu na one s manje od 0,43 mcg/g. Vjerovatnoća smrti od raka kod muškaraca s manje od 0,22 i više od 0,48 μg/g kadmijuma u urinu razlikuje se za 4,3 puta. Postoje sumnje da kadmijum smanjuje plodnost kod muškaraca.

Uopšteno govoreći, iz rada dr. Sataruge i njegovih kolega proizilazi da je zagađenje životne sredine kadmijumom krivo što su bolesti povezane sa starenjem postale mnogo „mlađe“ tokom 20. veka.

Ima i čudnih podataka. Dakle, postojala je snažna povezanost između nivoa kadmija u urinu i rizika od visokog krvnog pritiska kod Amerikanaca koji ne puše, dok takva povezanost nije uočena među pušačima. U međuvremenu, među ljubiteljima cigareta, potrošnja kadmijuma je očito veća, a osim toga, sadržaj kadmijuma u urinu Amerikanaca je općenito više od tri puta manji nego kod gore navedenih Korejaca. Kod pušača sa degradacijom mrežnjače povezane sa starenjem, nivo kadmijuma u urinu bio je 1,18 μg/g – gotovo dvostruko veći nego kod pušača bez ove bolesti i zdravih nepušača. Međutim, oni nepušači koji su razvili bolest imali su jednako malo kadmijuma kao i zdravi ljudi - što znači da nije samo to. Ovako kontradiktorni podaci postavljaju pitanje: možda povećani sadržaj kadmijuma u urinu nije uzrok, već posljedica nekih sistemskih procesa u tijelu? Na kraju, većina studija spomenutih u pregledu nije mjerila potrošnju kadmijuma, već samo njegovu proizvodnju.

Kako se nositi sa kadmijumom u organizmu? Malo je naučnih istraživanja na ovu temu, a princip je naznačen u istom radu istraživača iz Sjeverne Dakote. Kadmijum nije jedan od vitalnih elemenata, pa organizam nema nikakve posebne mehanizme za njegovu apsorpciju – kadmijum koristi one predviđene za slične teške metale koji formiraju dvovalentne jone: cink, gvožđe, mangan i kalcijum. Nedostatak bilo kojeg od ovih elemenata odmah dovodi do povećane apsorpcije kadmijuma. Dakle, nedostatak gvožđa povećava sadržaj kadmijuma kod Tajlanđana za tri do četiri puta. Studija na ženama iz Bangladeša otkrila je istu stvar, ali je cink također bio u igri. Iz ovoga proizilazi koliko je važno održavati ispravnu ravnotežu mikroelemenata u organizmu.

Postoje i druge ideje. Na primjer, Brazilci pokazuju da kofein značajno, više od dva puta, smanjuje sadržaj kadmijuma u krvi i tkivima, uključujući i reproduktivno tkivo, kod eksperimentalnih štakora (“ Reproductive Toxicology“, 2013, 35, 137–143; doi:10.1016/j.reprotox.2012.10.009). Prema istraživačima, kofein stvara komplekse sa kadmijumom, sprečavajući njegovu apsorpciju. Zaključak se nameće sam od sebe: ispravan je običaj da se obrok popije kafom ili čajem, koji takođe sadrži kofein.

Ponekad se javlja paradoks: hrana bogata kadmijumom nema nikakvog uticaja na organizam. Tako je istraživanje žderača ostriga provedeno 1986. godine dovelo do iznenađenja: uz maksimalnu konzumaciju od 72 kamenice sedmično, pojeli su monstruoznih 1750 mikrograma kadmijuma, ali to se nije pokazalo ni u urinu ni u kosi. Gdje je otišao sav ovaj kadmijum ostaje misterija. Postoji pretpostavka da je selen, čiji je sadržaj bio visok u tim kamenicama, na neki način ometao apsorpciju kadmijuma, te je očito izlazio sa drugim nejestivim tvarima kroz crijeva. Međutim, 2008. godine, usklađenost sa opštom linijom je obnovljena: među radnicima na farmi kamenica koji su jeli 18 kamenica svake nedelje više od 12 godina, sadržaj kadmijuma u njihovom urinu porastao je 2,5 puta u poređenju sa prosekom u Sjedinjenim Državama - na 0 76 µg/g.

Ili je možda bolje pozabaviti se kadmijumom prije nego što uđe u tijelo, na primjer, kako ne bi ušao u tlo i zrak? Jedva je moguće osloboditi fosforna đubriva od kadmijuma. Uzgajanje biljaka sa smanjenom probavljivošću kadmijuma je dugotrajno i skupo, iako se pokušavaju u pogledu duhana, ali je moguće očistiti tlo hiperakumulatorskim biljkama; kadmijum, ovo je crni velebilje Solanum nigrum, također poznata kao jestive bobice kupine, francuska sorta slična pastičkoj torbici ili senfu, glaucous bobica ili alpska bobica ( Thlaspi caerulescens) i kineski sedum Sedum alfredii. Istina, nejasno je gdje staviti kadmijumom obogaćene dijelove ovih biljaka - oni očito nisu prikladni za kompost i pepeo dobijen sa okućnice. Prilikom industrijskog sagorevanja takozvanih čvrstih biogoriva - slame, šiblja i dr. - postoje mogućnosti da se oslobode štetnih metala: potrebno je odvojiti visokotemperaturne frakcije dima koji ga sadrže od onih niskotemperaturnih - tada se nastali pepeo može bezbedno vratiti na polje, vraćajući mu plodnost.

Ali glavna stvar za čišćenje je zrak. Najradikalniji metod odabrale su američke, a sada i vlasti Evropske unije - nepomirljiva borba protiv pušenja (“ Perspektive zdravlja životne sredine“, 2012, 120, 2, 204–209; doi:10.1289/ehp.1104020). Rezultati su jasni: prosječni sadržaj kadmijuma u urinu Amerikanaca smanjen je sa 0,36 µg/g 1988. na 0,26 µg/g 2008. Budući da je čak i među teškim pušačima (a po američkim standardima to 20 i više paklica godišnje) pao sa 0,71 na 0,49, a među nepušačima - sa 0,26 na 0,19, treba pretpostaviti da su zabrane pušenja na javnim mjestima značajno smanjile efekti konzumiranja pasivnog duvanskog dima. S obzirom na navedene podatke o štetnosti mikrodoza kadmijuma, čini se da su ovakve zabrane najlakše sprovodljivi i veoma značajan doprinos javnom zdravlju. Vrijedilo bi i pooštriti zahtjeve za emisiju iz tvornica obojene metalurgije, kotlarnica i automobila, a istovremeno osigurati da manje štetna prašina leti ispod kotača potkovanih gumama.

Kadmijum

KADMIJUM-I; m.[lat. kadmijum iz grčkog. kadmeia - ruda cinka]

1. Hemijski element (Cd), srebrno-bijeli meki, savitljivi metal koji se nalazi u rudama cinka (dio mnogih legura niskog taljenja, koje se koriste u nuklearnoj industriji).

2. Umjetna žuta boja u različitim nijansama.

◁ Kadmijum, oh, oh. K-te legure. K-žuta(boja).

(lat. Kadmijum), hemijski element II grupe periodnog sistema. Ime dolazi od grčkog kadméia - ruda cinka. Srebrn metal s plavičastom nijansom, mekan i topljiv; gustina 8,65 g/cm 3, t pl 321,1ºC. Iskopava se preradom ruda olova i cinka i bakra. Koristi se za prevlačenje kadmija, u baterijama velike snage, nuklearnu energiju (kontrolne šipke za reaktore) i za proizvodnju pigmenata. Dio je niskotopljivih i drugih legura. Kadmijum sulfidi, selenidi i teluridi su poluprovodnički materijali. Mnoga jedinjenja kadmijuma su otrovna.

KADMijum (lat. Cadmium), Cd (čitaj “kadmijum”), hemijski element sa atomskim brojem 48, atomska masa 112,41.
Prirodni kadmij se sastoji od osam stabilnih izotopa: 106 Cd (1,22%), 108 Cd (0,88%), 110 Cd (12,39%), 111 Cd (12,75%), 112 Cd (24,07%), 113 Cd (12,2%) 114 Cd (28,85%) i 116 Cd (12,75%). Nalazi se u periodu 5 u grupi IIB periodnog sistema elemenata. Konfiguracija dva vanjska elektronska sloja 4 s 2 str 6 d 10 5s 2 . Oksidacijsko stanje +2 (valencija II).
Radijus atoma je 0,154 nm, poluprečnik Cd 2+ jona je 0,099 nm. Energije sekvencijalne jonizacije - 8,99, 16,90, 37,48 eV. Elektronegativnost prema Paulingu (cm. PAULING Linus) 1,69.
Istorija otkrića
Otkrio njemački profesor F. Strohmeyer (cm. STROHMEYER Friedrich) 1817. Farmaceuti iz Magdeburga dok su proučavali cink oksid (cm. CINK (hemijski element)) Za ZnO se sumnjalo da sadrži arsen (cm. ARSEN). F. Strohmeier je izolirao smeđe-smeđi oksid iz ZnO i reducirao ga vodonikom (cm. VODIK) i dobio srebrno-bijeli metal, koji se zvao kadmijum (od grčkog kadmeia - ruda cinka).
Biti u prirodi
Sadržaj u zemljinoj kori iznosi 1,35·10–5% mase, u vodi mora i okeana 0,00011 mg/l. Poznato je nekoliko vrlo rijetkih minerala, na primjer, zelenokit GdS, otavit CdCO 3, monteponit CdO. Kadmijum se akumulira u polimetalnim rudama: sfalerit (cm. SFALERIT)(0,01-5%), galenit (cm. GALENA)(0,02%), halkopirit (cm. CHALCOpyRITE)(0,12%), pirit (cm. PIRIT)(0,02%), izbledele rude (cm. CRNE RUDE) i stannina (cm. STANIN)(do 0,2%).
Potvrda
Glavni izvori kadmijuma su intermedijarni proizvodi proizvodnje cinka, prašina iz topionica olova i bakra. Sirovi materijal se tretira koncentrovanom sumpornom kiselinom i dobija se CdSO 4 u rastvoru. Cd se izoluje iz rastvora pomoću cinkove prašine:
CdSO 4 + Zn = ZnSO 4 + Cd
Dobijeni metal se čisti topljenjem ispod sloja lužine kako bi se uklonile nečistoće cinka i olova. Kadmijum visoke čistoće se dobija elektrohemijskom rafinacijom sa međupročišćavanjem elektrolita ili metodom zonskog topljenja (cm. ZONA TOPLJENJA).
Fizička i hemijska svojstva
Kadmijum je srebrno-beli meki metal sa heksagonalnom rešetkom ( A = 0,2979, With= 0,5618 nm). Tačka topljenja 321,1 °C, tačka ključanja 766,5 °C, gustina 8,65 kg/dm3. Ako savijete kadmijumsku šipku, možete čuti slab zvuk pucketanja - to su metalni mikrokristali koji se trljaju jedan o drugi. Standardni elektrodni potencijal kadmijuma je -0,403 V, u opsegu standardnih potencijala (cm. STANDARDNI POTENCIJAL) nalazi se ispred vodonika (cm. VODIK).
U suhoj atmosferi, kadmij je stabilan, ali u vlažnoj atmosferi se postepeno prekriva filmom CdO oksida. Iznad tačke topljenja, kadmijum sagoreva na vazduhu i formira smeđi oksid CdO:
2Sd + O 2 = 2CdO
Kadmijumova para reaguje sa vodenom parom da bi se formirao vodonik:
Cd + H 2 O = CdO + H 2
U poređenju sa svojim susedom u grupi IIB - Zn, kadmijum sporije reaguje sa kiselinama:
Cd + 2HCl = CdCl 2 + H 2
Reakcija se najlakše odvija s dušičnom kiselinom:
3Cd + 8HNO 3 = 3Cd(NO 3) 2 + 2NO – + 4H 2 O
Kadmijum ne reaguje sa alkalijama.
U reakcijama može djelovati kao blago redukcijsko sredstvo, na primjer, u koncentriranim otopinama može reducirati amonijum nitrat u nitrit NH 4 NO 2;
NH 4 NO 3 + Cd = NH 4 NO 2 + CdO
Kadmijum se oksidira rastvorima Cu(II) ili Fe(III) soli:
Cd + CuCl 2 = Cu + CdCl 2;
2FeCl 3 + Cd = 2FeCl 2 + CdCl 2
Iznad tačke topljenja, kadmijum reaguje sa halogenima (cm. HALOGEN) sa stvaranjem halogenida:
Cd + Cl 2 = CdCl 2
Sa sumporom (cm. SUMPOR) i drugi halkogeni formiraju halkogenide:
Cd + S = CdS
Kadmijum ne reaguje sa vodonikom, azotom, ugljenikom, silicijumom i borom. Cd 3 N 2 nitrid i CdH 2 hidrid se dobijaju indirektno.
U vodenim rastvorima joni kadmija Cd 2+ formiraju akva komplekse 2+ i 2+.
Kadmijum hidroksid Cd(OH) 2 se dobija dodavanjem lužine u rastvor soli kadmija:
SdSO 4 + 2NaOH = Na 2 SO 4 + Cd(OH) 2 Í̈
Kadmijum hidroksid je praktično nerastvorljiv u alkalijama, iako je uočeno stvaranje hidroksidnih kompleksa 2– tokom dužeg ključanja u veoma koncentrisanim rastvorima alkalija. Dakle, amfoterno (cm. AMFOTERIČNO) svojstva CdO oksida i kadmijum hidroksida Cd(OH) 2 su mnogo manje izražena od onih odgovarajućih jedinjenja cinka.
Zbog formiranja kompleksa, kadmijum hidroksid Cd(OH) 2 se lako otapa u vodenim rastvorima amonijaka NH 3:
Cd(OH) 2 + 6NH 3 = (OH) 2
Aplikacija
40% proizvedenog kadmijuma koristi se za nanošenje antikorozivnih premaza na metale. 20% kadmijuma se koristi za proizvodnju kadmijumskih elektroda koje se koriste u baterijama i Weston normalnim ćelijama. Oko 20% kadmijuma se koristi u proizvodnji neorganskih boja, specijalnih lemova, poluprovodničkih materijala i fosfora. 10% kadmijuma je komponenta nakita i niskotopljivih legura, plastike.
Fiziološko djelovanje
Para kadmijuma i njegova jedinjenja su toksični, a kadmijum se može akumulirati u telu. U vodi za piće najveća dozvoljena koncentracija kadmijuma je 10 mg/m3. Simptomi akutnog trovanja kadmijevim solima su povraćanje i konvulzije. Rastvorljiva jedinjenja kadmijuma, nakon apsorpcije u krv, utiču na centralni nervni sistem, jetru i bubrege i remete fosfor-kalcijumov metabolizam. Kronično trovanje dovodi do anemije i razaranja kostiju.

enciklopedijski rječnik. 2009 .

Pogledajte šta je "kadmijum" u drugim rečnicima:

- (lat. kadmijum). Savitljivi metal slične boje kalaju. Rječnik stranih riječi uključenih u ruski jezik. Čudinov A.N., 1910. KADMIJA lat. kadmijum, od kadmeia gea, kadmijum zemlja. Metal sličan kalaju. Objašnjenje 25.000 stranih...... Rečnik stranih reči ruskog jezika

KADMIJUM- KADMIJUM, Kadmijum, hemijski. element, simbol Cd, atomska težina 112,41, atomski broj 48. Sadrži se u malim količinama u većini ruda cinka i dobija se kao nusproizvod tokom iskopavanja cinka; može se nabaviti i... Velika medicinska enciklopedija

KADMIJUM- vidi KADMIJUM (Cd). Sadrži u otpadnim vodama mnogih industrijskih preduzeća, posebno olovo-cinkanih i metaloprerađivačkih postrojenja koja koriste galvansku prevlaku. Prisutan je u fosfatnim đubrivima. Sumporna kiselina se rastvara u vodi, ... ... Bolesti riba: Vodič

Kadmijum- (Cd) srebrno-bijeli metal. Koristi se u nuklearnoj energiji i galvanizaciji, dio je legura, koristi se za pripremu tiskarskih blokova, lemova, elektroda za zavarivanje i u proizvodnji poluvodiča; je komponenta..... Ruska enciklopedija zaštite rada

- (kadmijum), Cd, hemijski element II grupe periodnog sistema, atomski broj 48, atomska masa 112,41; metal, tačka topljenja 321,1°C. Kadmijum se koristi za nanošenje antikorozivnih premaza na metale, izradu elektroda, proizvodnju pigmenata,... Moderna enciklopedija

- (simbol Cd), srebrno-bijeli metal iz druge grupe periodnog sistema. Prvi put izolovan 1817. Pronađen u zelenokitu (u obliku sulfida), uglavnom se dobija kao nusproizvod ekstrakcije cinka i olova. Lako se kovati... Naučno-tehnički enciklopedijski rečnik

Cd (od grčkog kadmeia ruda cinka * a. kadmijum; n. Kadmijum; f. kadmijum; i. kadmio), hemikalija. element periodične grupe II. Mendeljejev sistem, at.sci. 48, at. m. 112.41. U prirodi postoji 8 stabilnih izotopa: 106Cd (1,225%) 108Cd (0,875%), ... ... Geološka enciklopedija

Muž. metal (jedan od hemijskih principa ili nerazgradivih elemenata) koji se nalazi u rudi cinka. Kadmijum, srodan kadmijumu. Admist, koji sadrži kadmijum. Dahl's Explantatory Dictionary. IN AND. Dahl. 1863 1866 … Dahl's Explantatory Dictionary

Kadmijum- (kadmijum), Cd, hemijski element II grupe periodnog sistema, atomski broj 48, atomska masa 112,41; metal, tačka topljenja 321,1°C. Kadmijum se koristi za nanošenje antikorozivnih premaza na metale, izradu elektroda, proizvodnju pigmenata,... Ilustrovani enciklopedijski rječnik

KADMIJUM- chem. element, simbol Cd (lat. Cadmium), at. n. 48, at. m. 112,41; srebrno-bijeli sjajni meki metal, gustina 8650 kg/m3, tmelt = 320,9°C. Kadmijum je rijedak element u tragovima, otrovan, obično se nalazi u rudama zajedno sa cinkom, koji ... ... Velika politehnička enciklopedija

- (lat. Cadmium) Cd, hemijski element II grupe periodnog sistema, atomski broj 48, atomska masa 112,41. Naziv od grčke rude cinka kadmeia. Srebrn metal s plavičastom nijansom, mekan i topljiv; gustina 8,65 g/cm³,… … Veliki enciklopedijski rječnik