Kadmium kristályrács. Kadmium: tények és tények

A kadmium a második csoport másodlagos alcsoportjának, D. I. Mengyelejev kémiai elemeinek periódusos rendszerének ötödik periódusának eleme, 48-as rendszámmal. A Cd (lat. Kadmium) szimbólum jelöli. Puha, alakítható, alakítható átmeneti fém, ezüstös-fehér színű.

A kadmium felfedezésének története

Rolov körzeti orvos kemény temperamentumú volt. Így 1817-ben elrendelte a Herman Schenebeci gyárában előállított valamennyi cink-oxidot tartalmazó készítmény kivonását az értékesítésből. A készítmények megjelenése alapján arra gyanakodott, hogy a cink-oxid arzént tartalmaz! (Bőrbetegségekre ma is használják a cink-oxidot, kenőcsöket, porokat, emulziókat készítenek belőle.)

Annak bizonyítására, hogy igaza volt, egy szigorú ellenőr feloldotta a feltételezett oxidot savban, és hidrogén-szulfidot engedett át ezen az oldaton: sárga csapadék képződik. Az arzén-szulfidok csak sárgák!

A gyár tulajdonosa támadni kezdte Rolov döntését. Ő maga vegyész volt, és miután személyesen elemezte a termékmintákat, nem talált bennük arzént. Az elemzés eredményét jelentette Rolovnak, és egyúttal Hannover állam hatóságainak is. A hatóságok természetesen kérték, hogy küldjenek mintákat elemzésre az egyik jó nevű vegyészhez. Úgy döntöttek, hogy Rolov és Hermann vitájában Friedrich Strohmeyer professzor legyen a bíró, aki 1802 óta a Göttingeni Egyetem kémiai tanszékét és valamennyi hannoveri gyógyszertár főfelügyelői posztját töltötte be.

Strohmeyernek nemcsak cink-oxidot küldtek, hanem más cinkkészítményeket is Herman gyárából, köztük a ZnCO 3-at, amelyből ezt az oxidot nyerték. A cink-karbonát kalcinálása után Strohmeyer oxidot kapott, de nem fehér, mint kellett volna, hanem sárgás. A gyár tulajdonosa a színezést vasszennyezéssel magyarázta, de Strohmeyer nem elégedett meg ezzel a magyarázattal. Miután több cinkkészítményt vásárolt, elvégezte azok teljes elemzését, és különösebb nehézség nélkül izolálta a sárgulást okozó elemet. Az elemzés szerint ez nem arzén (ahogyan Rolov állította), de nem is vas (ahogyan Herman állította).

Ez egy új, korábban ismeretlen fém volt, kémiai tulajdonságaiban nagyon hasonló a cinkhez. Csak hidroxidja a Zn(OH) 2-vel ellentétben nem amfoter, hanem kifejezett bázikus tulajdonságokkal rendelkezik.

Szabad formájában az új elem egy fehér fém volt, puha és nem túl erős, felül barnás oxidréteggel borítva. Strohmeier ezt a fémet kadmiumnak nevezte, egyértelműen utalva a „cink” eredetére: a görög καδμεια szót régóta használják a cinkércek és a cink-oxid megjelölésére.

1818-ban Strohmeyer részletes információkat közölt az új kémiai elemről, és szinte azonnal elkezdődött a prioritása. Elsőként ugyanaz a Rolov szólalt meg, aki korábban úgy vélte, hogy a Herman gyárából származó drogok arzént tartalmaznak. Nem sokkal Strohmeyer után egy másik német kémikus, Kersten új elemet talált a sziléziai cinkércben, és mellinnek nevezte el (a latin mellinus szóból - „sárga, mint a birs”) a hidrogén-szulfid hatására képződött csapadék színe miatt. De ez már Strohmeier által felfedezett kadmium volt. Később még két nevet javasoltak ennek az elemnek: klaprotium - a híres vegyész, Martin Klaproth tiszteletére és junonium - az 1804-ben felfedezett Juno aszteroida után. De az elemnek a felfedezője által adott név mégis meghonosodott. Igaz, a 19. század első felének orosz kémiai irodalomban. a kadmiumot gyakran kadmiumnak nevezték.

A földkéreg átlagos kadmiumtartalma 130 mg/t. A kadmium egy ritka, nyomelem: izomorf szennyeződésként számos ásványi anyagban, és mindig a cink ásványokban is megtalálható. Mindössze 6 kadmium ásvány ismert. Nagyon ritka kadmium ásványi anyagok a greenockit CdS (77,8% Cd), howliit (ugyanaz), otavit CdCO 3, montemponit CdO (87,5% Cd), kadmoselit CdSe (47% Cd), xantochroit CdS (H 2 O) x (77,2% CD). A kadmium nagy része számos ásványban (több mint 50) diszpergálódik, főként cink, ólom, réz, vas, mangán és higany szulfidjaiban.

Bár ismertek független kadmium ásványok - greenockit(CdS), válaszolni fog(CdCO 3), monteponit(CdO) és szelenid(CdSe) nem képeznek saját lerakódásokat, hanem szennyeződésként jelen vannak a cink-, ólom-, réz- és polifémes ércekben, amelyek a kadmium ipari előállításának fő forrásai. A maximális koncentráció a cink ásványokban és elsősorban a szfaleritben figyelhető meg (legfeljebb 5%). A legtöbb esetben a szfalerit kadmiumtartalma nem haladja meg a 0,4-0,6%-ot. Más szulfidokban, például a sztaninban, a kadmiumtartalom 0,003-0,2%, galénában 0,005-0,02%, kalkopiritban 0,006-0,12%; A kadmiumot általában nem vonják ki ezekből a szulfidokból.
A kadmium egyébként bizonyos mennyiségben jelen van a levegőben. Külföldi adatok szerint a levegő kadmiumtartalma vidéken 0,1-5,0 ng/m3 (1 ng vagy 1 nanogramm = 10 -9 gramm), városokban 2-15 ng/m3 és 15-150 ng/ m3 - ipari területeken. Ez különösen annak köszönhető, hogy sok szén szennyeződésként kadmiumot tartalmaz, és hőerőművekben elégetve a légkörbe kerül. Ilyenkor jelentős része megtelepszik a talajon. Ezenkívül az ásványi műtrágyák használata hozzájárul a talaj kadmiumtartalmának növekedéséhez, mert Szinte mindegyik kisebb kadmium-szennyeződést tartalmaz.
A kadmium felhalmozódhat a növényekben (főleg gombákban) és az élő szervezetekben (főleg a vízi szervezetekben), és a táplálékláncon tovább is „ellátható” az emberhez. A cigarettafüstben sok kadmium van.

Természetes körülmények között a kadmium a színesfém-ércek kilúgozása, valamint az azt felhalmozni képes vízinövények és élőlények lebomlása következtében kerül a talajvízbe. Az elmúlt évtizedekben a természetes vizek kadmiumszennyezésének antropogén tényezője vált uralkodóvá. A kadmium a vízben oldott formában (kadmium-szulfát, klorid, kadmium-nitrát) és szuszpendált formában szerves-ásványi komplexek részeként van jelen. A víz kadmiumtartalmát jelentősen befolyásolja a környezet pH-ja (lúgos környezetben a kadmium hidroxid formájában kicsapódik), valamint a szorpciós folyamatok.

Az egyetlen ásvány, amely érdekes a kadmium kinyerésében, a greenockit, az úgynevezett „kadmium keverék”. A cinkércek fejlesztése során fireittel együtt bányászják. A finomítás során a kadmium a folyamat melléktermékeiben koncentrálódik, amelyből aztán kinyerik. Jelenleg évente több mint 10³ tonna kadmiumot állítanak elő.

Polifémes ércek feldolgozása során ez, a cink analógja, mindig főként cinkkoncentrátumba kerül. A kadmium pedig még könnyebben redukálható, mint a cink, és alacsonyabb a forráspontja (767, illetve 906 °C). Ezért 800°C körüli hőmérsékleten nem nehéz szétválasztani a cinket és a kadmiumot.

Ezüstfehér puha fém hatszögletű ráccsal. Ha meghajlít egy kadmium rudat, halk recsegést hallhat - ez fém mikrokristályok súrlódása egymáshoz (egy ónrúd is megreped).

A kadmium puha, képlékeny és könnyen megmunkálható. Ez is megkönnyítette és felgyorsította a nukleáris technológia felé vezető utat. A kadmium nagy szelektivitása és kifejezetten a termikus neutronokkal szembeni érzékenysége a fizikusok számára is előnyös volt. És a fő működési jellemzőt - a termikus neutronbefogási keresztmetszetet - tekintve a kadmium az egyik első helyet foglalja el a periódusos rendszer összes eleme között - 2400 pajta. (Emlékezzünk vissza, hogy a befogási keresztmetszet a neutronok „elnyelésének” képessége, a pajták hagyományos egységeiben mérve.)

A természetes kadmium nyolc izotópból áll (106, 108, 110, 111, 112, 113, 114 és 116 tömegszámmal), és a befogási keresztmetszet olyan jellemző, amelyben egy elem izotópjai nagymértékben eltérhetnek. A kadmium izotópok természetes keverékében a fő „neutronelnyelő” egy 113-as tömegszámú izotóp. Egyedi befogási keresztmetszete óriási - 25 ezer pajta!

Egy neutron hozzáadásával a kadmium-113 a 48-as számú elem legáltalánosabb (28,86%-a) izotópjává, a kadmium-114-é alakul. Maga a kadmium-113 részesedése mindössze 12,26%. Sajnos a kadmium nyolc izotópjának szétválasztása sokkal nehezebb, mint a bór két izotópjának szétválasztása.

A kadmium kristályrácsa hatszögletű, a = 2,97311 Å, c = 5,60694 Å (25 °C-on); atomsugár 1,56 Å, ionsugár Cd 2+ 1,03 Å. Sűrűsége 8,65 g/cm 3 (20 °C), olvadáspontja 320,9 °C, forráspontja 767 °C, hőtágulási együtthatója 29,8·10 -6 (25 °C-on); hővezető képesség (0 °C-on) 97,55 W/(m K) vagy 0,233 cal/(cm s °C); fajlagos hőkapacitás (25 °C-on) 225,02 J/(kg K) vagy 0,055 cal/(g °C); elektromos ellenállás (20 °C-on) 7,4·10-8 ohm·m (7,4·10-6 ohm·cm); az elektromos ellenállás hőmérsékleti együtthatója 4,3·10 -3 (0-100° C). Szakítószilárdság 64 MN/m2 (6,4 kgf/mm2), relatív nyúlás 20%, Brinell keménység 160 MN/m2 (16 kgf/mm2).

A kadmium a cinkkel és a higannyal a periódusos rendszer azonos csoportjában helyezkedik el, és közbenső helyet foglal el közöttük, ezért ezeknek az elemeknek egyes kémiai tulajdonságai hasonlóak. Így ezen elemek szulfidjai és oxidjai gyakorlatilag vízben oldhatatlanok. A kadmium nem lép kölcsönhatásba a szénnel, ami azt jelenti, hogy a kadmium nem képez karbidokat.

A 4d 10 5s 2 atom külső elektronkonfigurációjának megfelelően a kadmium vegyértéke a vegyületekben 2. Levegőben a kadmium elhalványul, vékony CdO-oxid filmréteggel borítja be, amely megvédi a fémet a további oxidációtól. Levegőn erősen hevítve a kadmium CdO-oxiddá ég - világosbarnától sötétbarnáig terjedő színű kristályos por, sűrűsége 8,15 g/cm 3 ; 700°C-on a CdO olvadás nélkül szublimál. A kadmium közvetlenül egyesül halogénekkel; ezek a vegyületek színtelenek; A CdCl 2, CdBr 2 és CdI 2 nagyon könnyen oldódik vízben (kb. 1 rész vízmentes só 1 rész vízben 20 °C-on), a CdF 2 kevésbé oldódik (1 rész 25 rész vízben). A kénnel a kadmium citromsárgától narancsvörösig terjedő szulfid CdS-t képez, amely vízben és híg savakban nem oldódik. A kadmium könnyen oldódik a salétromsavban nitrogén-oxidok felszabadulásával és nitrát képződésével, ami a Cd(NOa) 2 4H 2 O hidrátot eredményezi. A sósavból és a híg kénsavból a kadmium lassan hidrogént bocsát ki, majd az oldatok elpárologtatásával klorid-hidrátok 2CdCl 2 kristályosodnak ki belőlük 5H 2 O és szulfát 3CdSO 4 ·8H 2 O. A kadmiumsók oldatai a hidrolízis következtében savas reakciót mutatnak; maró lúgok válnak ki belőlük fehér hidroxid Cd(OH) 2, a reagens feleslegében oldhatatlan; azonban koncentrált lúgoldatok Cd(OH)2-on történő hatására hidroxokadmiátok, például Na 2 képződtek. A Cd 2+ kation könnyen képez komplex ionokat ammóniával 2+ és cianiddal 2- és 4-. A kadmiumnak számos bázikus, kettős és komplex sója ismert. A kadmiumvegyületek mérgezőek; Oxidgőzeinek belélegzése különösen veszélyes.

A kadmium a 20. század 40-es éveiben vált népszerűvé. Ebben az időben a kadmium stratégiai anyaggá vált - az atomreaktorok vezérlő- és vészrúdjait kezdték előállítani belőle.

Először a kadmium bizonyult a fő „rúd” anyagnak, elsősorban azért, mert jól elnyeli a termikus neutronokat. Az „atomkorszak” kezdetén minden reaktor (és közülük az elsőt Enrico Fermi építette 1942-ben) termikus neutronokkal működött. Csak sok évvel később vált világossá, hogy a gyorsneutronreaktorok ígéretesebbek mind az energia, mind a nukleáris üzemanyag - plutónium-239 - előállítására. De a kadmium tehetetlen a gyors neutronokkal szemben, nem akadályozza meg őket.

Nem szabad azonban eltúlozni a kadmium szerepét a reaktorépítésben, mert ennek a fémnek a fizikai és kémiai tulajdonságai (szilárdság, keménység, hőállóság – olvadáspontja mindössze 321°C) sok kívánnivalót hagy maga után. A kadmium volt az első maganyag. Ezután a bór és vegyületei kezdtek a középpontba kerülni. A kadmiumot azonban könnyebb nagy mennyiségben beszerezni.

Az ötvözetek előállítása a világ kadmiumtermelésének körülbelül a tizedét használja fel. A kadmiumötvözeteket főleg súrlódásgátló anyagként és forrasztóanyagként használják. A jól ismert 99% Cd és 1% Ni összetételű ötvözetet autó-, repülőgép- és tengeri hajtóművekben magas hőmérsékleten működő csapágyak gyártásához használják. Mivel a kadmium nem eléggé ellenálló a savakkal szemben, beleértve a kenőanyagokban található szerves savakat is, a kadmium alapú csapágyötvözetek néha indiummal vannak bevonva.

A réz kis mennyiségű kadmiummal történő ötvözése lehetővé teszi kopásállóbb huzalok készítését az elektromos szállítóvezetékeken. A kadmium hozzáadásával készült réz elektromos vezetőképességében szinte nem különbözik a tiszta réztől, de szilárdságában és keménységében észrevehetően jobb.

A kadmium arany ötvözete zöldes színű. A kadmium wolframmal, réniummal és 0,15% urán 235-tel készült ötvözetét - égszínkék színű - spanyol tudósok 1998-ban állították elő.

Mindenki ismeri a horganyzott fémlemezt, de nem mindenki tudja, hogy a vas korrózió elleni védelmére nemcsak horganyzást, hanem kadmiumozást is alkalmaznak. A kadmium bevonatot ma már csak elektrolitikusan alkalmazzák, a cianidos fürdőket leggyakrabban ipari körülmények között alkalmazzák. Korábban a kadmiumot a vas és más fémek olvadt kadmiumba való merítésére használták.

A kadmium és a cink hasonló tulajdonságai ellenére a kadmium bevonatnak számos előnye van: jobban ellenáll a korróziónak, könnyebben egyenletessé és simává varázsolható. Ezenkívül a kadmium, a cinkkel ellentétben, lúgos környezetben stabil. A kadmiummal bevont fémlemezt meglehetősen széles körben használják, hozzáférhetősége csak élelmiszer-tárolóedények gyártására korlátozódik, mert a kadmium mérgező. A kadmium bevonatok egy másik érdekes tulajdonsággal rendelkeznek: a vidéki területek légkörében lényegesen nagyobb a korrózióállóságuk, mint az ipari területek légkörében. Az ilyen bevonat különösen gyorsan tönkremegy, ha a levegőben magas a kén-dioxid vagy kénsav-anhidrid-tartalom.

A kadmium legfontosabb felhasználási területe a kémiai energiaforrások előállítása. A kadmium elektródákat elemekben és akkumulátorokban használják. A nikkel-kadmium akkumulátorok negatív lemezei vashálóból készülnek, hatóanyagként kadmium szivacsot tartalmaznak. A pozitív lemezeket nikkel-hidroxiddal vonják be. Az elektrolit kálium-hidroxid oldat. Az irányított rakétákhoz való kompakt akkumulátorok is kadmium és nikkel alapúak, csak ebben az esetben nem vasat, hanem nikkel hálót építenek be alapként.

A nikkel-kadmium alkáli elemek megbízhatóbbak, mint az ólomsavas akkumulátorok. Ezeket az áramforrásokat magas elektromos jellemzők, stabil működés és hosszú élettartam jellemzi. Mindössze egy óra alatt feltölthetők. A nikkel-kadmium akkumulátorokat azonban nem lehet újratölteni anélkül, hogy először teljesen lemerülnének (ebben a tekintetben rosszabbak, mint a fémhidrid akkumulátorok).

A kadmium körülbelül 20%-át az akkumulátorokban (nikkel-kadmium és ezüst-kadmium), normál Weston cellákban és tartalék akkumulátorokban (ólom-kadmium cella, higany-kadmium cella stb.) használt kadmium elektródák gyártásához használják fel.

A kadmium körülbelül 20%-át szervetlen színezékek (szulfidok és szelenidek, vegyes sók, például kadmium-szulfid - kadmium-citromsav) előállítására használják.

• A kadmiumot néha használják a kísérleti gyógyászatban.

A kadmiumot a homeopátiás gyógyászatban használják.

• Az elmúlt években a kadmiumot elkezdték használni új daganatellenes nanomedicinák létrehozására. Oroszországban az 1950-es évek elején végezték el az első sikeres kísérleteket a kadmiumvegyületeken alapuló daganatellenes gyógyszerek kifejlesztésével kapcsolatban.

• A kadmium-szulfidot filmes napelemek gyártására használják kb. 10-16%-os hatásfokkal, emellett nagyon jó termoelektromos anyag.

• Félvezető anyagok és foszforok összetevőjeként használják.

• Egy fém abszolút nullához közeli hővezető képessége a legmagasabb az összes fém között, ezért a kadmiumot néha kriogén technológiához használják.

A kadmium hatása az emberi szervezetre

A kadmium az egyik legmérgezőbb nehézfém, ezért az orosz SanPiN a 2. veszélyességi osztályba sorolja.

A kadmiumvegyületek mérgezőek. Különösen veszélyes eset az oxidja (CdO) gőzeinek belélegzése. A kadmium kumulatív méreg (felhalmozódhat a szervezetben). Az ivóvízben a kadmium megengedett legnagyobb koncentrációja 0,001 mg/dm³

Az oldható kadmiumvegyületek a vérbe való felszívódásuk után hatással vannak a központi idegrendszerre, a májra és a vesére, és megzavarják a foszfor-kalcium anyagcserét. A krónikus mérgezés vérszegénységhez és csontpusztuláshoz vezet.

A kadmium általában kis mennyiségben van jelen az egészséges ember szervezetében. A kadmium könnyen felhalmozódik a gyorsan szaporodó sejtekben (például daganatos vagy reproduktív sejtekben). A sejtek citoplazmatikus és nukleáris anyagához kötődik, és károsítja azokat. Számos hormon és enzim működését megváltoztatja. Ez annak köszönhető, hogy képes megkötni a szulfhidril (-SH) csoportokat.

1968-ban egy cikk jelent meg a „Kadmium és a szív” című jól ismert folyóiratban. Azt mondta, hogy Dr. Carroll, az Egyesült Államok egészségügyi tisztviselője összefüggést fedezett fel a légkör kadmiumszintje és a szív- és érrendszeri betegségek okozta halálozások gyakorisága között. Ha mondjuk A városban a levegő kadmiumtartalma magasabb, mint B városban, akkor az A város szívbetegei korábban halnak meg, mintha B városban élnének. Carroll 28 város adatainak elemzése után jutott erre a következtetésre.

Az USEPA, a WHO és a Health Canada adatai szerint az emberi szervezetbe minden forrásból származó kadmium teljes napi bevitele 10-50 mcg. A fő és legstabilabb forrás az élelmiszer - átlagosan 10-30-40 mcg kadmium naponta. A zöldségek, gyümölcsök, állati húsok és halak általában 10-20 mcg kadmiumot tartalmaznak testsúlykilogrammonként. Azonban nincsenek kivételek nélküli szabályok. A kadmiummal szennyezett talajon termesztett vagy kadmiumtartalmú vízzel öntözött gabonanövények megnövekedett mennyiségű kadmiumot (több mint 25 μg/kg) tartalmazhatnak.

A dohányosok jelentős "növekedést" kapnak a kadmiumban. Egy cigaretta 1 mcg (és néha több - akár 2 mcg) kadmiumot tartalmaz. Tehát vegyük fontolóra a következőket: aki naponta elszív egy doboz cigarettát, az további, legalább 20 mcg kadmiumnak teszi ki szervezetét, amelyet referenciaként még a szénszűrő sem tart vissza.
Azt is meg kell jegyezni, hogy a kadmium könnyebben felszívódik a szervezetben a tüdőn keresztül - akár 10-20%. Azok. egy doboz cigarettából 2-4 mcg kadmium szívódik fel. A gyomor-bél traktuson keresztül történő beadáskor az emészthetőség csak 4-7% (abszolút számokban 0,2-5 mcg kadmium naponta). Így a dohányos legalább 1,5-2-szeresére növeli a kadmium „terhelését” a szervezetében, ami káros egészségügyi következményekkel jár.

Kadmium világpiac

Évente mintegy 20 ezer tonna kadmiumot állítanak elő. Gyártásának volumene nagymértékben összefügg a cinkgyártás mértékével.

A világ finomított kadmiumellátásának mintegy 82%-a nikkel-kadmium tápegységekből származik, de miután Európában korlátozzák a termelést, ez a kadmiumfogyasztás egyharmadát érinti. A megnövekedett európai cinktermelés és a csökkent kadmium-felhasználás következtében „ingyen” kadmium állhat rendelkezésre, leggyakrabban szilárd hulladék formájában, de Ázsiában növekszik a nikkel-kadmium akkumulátorok gyártása, a termelés Ázsiába költözik, ill. Ennek eredményeként az ázsiai régióban nő a kadmium iránti kereslet. Egyelőre ez a globális kadmiumfogyasztást a jelenlegi szinten fogja tartani. 2007-ben a kadmium ára 4,18 USD/kg-tól 13 USD/kg-ra emelkedett, de az év végére 7 USD/kg-ra emelkedett.

2010-ben a dél-koreai Young Poong Corp. 75%-kal, évi 1400 tonnára növelte a kadmiumtermelést, és hamarosan új kapacitások beindítását tervezi - mondta a cég illetékese.

A világon előállított kadmium nagy részét elektromos bevonatokhoz és ötvözetek előállításához használják fel. A kadmium mint védőbevonat jelentős előnyökkel rendelkezik a cinkkel és a nikkellel szemben, mivel vékony rétegben jobban korrózióálló; A kadmium szorosan kötődik a fémtermék felületéhez, és nem hagyja el, ha az megsérül.

Egészen a közelmúltig a kadmium bevonatoknak volt egy „betegsége”, amely időről időre éreztette magát. A helyzet az, hogy amikor a kadmiumot elektrolitikusan felvisszük egy acélrészre, az elektrolitban lévő hidrogén behatol a fémbe. Ez a nagyon nem szívesen látott vendég veszélyes „betegséget” okoz a nagy szilárdságú acélokban - a hidrogén ridegséget, ami a fém váratlan tönkremeneteléhez vezet terhelés alatt. Kiderült, hogy a kadmiumbevonat egyrészt megbízhatóan védi az alkatrészt a korróziótól, másrészt az alkatrész idő előtti meghibásodásának veszélyét jelentette. Ezért a tervezők gyakran kénytelenek voltak megtagadni a kadmium „szolgáltatásait”.

A Szovjetunió Tudományos Akadémia Fizikai Kémiai Intézetének tudósainak sikerült kiküszöbölniük a kadmium bevonatok ezt a „betegségét”. A titán gyógyszerként működött. Kiderült, hogy ha a kadmiumrétegben ezer atomjára csak egy titánatom jut, az acélrész védett a hidrogénridegedéstől, mivel a titán a bevonási folyamat során az összes hidrogént kiszívja az acélból.

A kadmiumot angol kriminológusok is használják: ennek a fémnek a vizsgált felületre permetezett vékony rétegének segítségével gyorsan azonosíthatóak az egyértelmű ujjlenyomatok.

A kadmiumot kadmium-nikkel akkumulátorok gyártásához is használják. A negatív elektróda szerepét bennük szivacsos kadmiummal ellátott vasrácsok töltik be, a pozitív lemezeket pedig nikkel-oxiddal vonják be; Az elektrolit kálium-hidroxid oldat. Az ilyen áramforrásokat magas elektromos jellemzők, nagy megbízhatóság, hosszú élettartam jellemzi, és újratöltésük mindössze 15 percet vesz igénybe.

A kadmiumnak a neutronokat elnyelő tulajdonsága a kadmium egy másik alkalmazási területéhez vezetett - az atomenergiában.

Ahogy egy autó nem tud működni fékek nélkül, a reaktor sem működhet a neutronfluxust növelő vagy csökkentő vezérlőrudak nélkül.

Minden reaktor fel van szerelve egy hatalmas vészrúddal is, amely akkor lép működésbe, ha a vezérlőrudak valamilyen okból nem tudnak megbirkózni a feladataikkal.

Tanulságos eset történt egy kaliforniai atomerőműben. Néhány tervezési probléma miatt a vészrudat nem lehetett időben a kazánba meríteni - a láncreakció irányíthatatlanná vált, súlyos baleset történt. Óriási veszélyt jelentett a környező lakosságra egy tomboló neutronokat tartalmazó reaktor. Sürgősen evakuálni kellett az embereket a veszélyes zónából, mielőtt a nukleáris „tűz” kialudt. Szerencsére személyi sérülés nem történt, de a veszteségek nagyon nagyok voltak, és a reaktor egy ideig nem működött.

A vezérlő- és vészrudak anyagával szemben a fő követelmény a neutronelnyelő képesség, a kadmium pedig az egyik „legnagyobb specialista” ezen a területen. Csak egy kitétellel: ha termikus neutronokról beszélünk, amelyek energiája nagyon alacsony (ezt elektronvolt századrészében mérik). Az atomkorszak első éveiben az atomreaktorok pontosan termikus neutronokon működtek, és a kadmiumot sokáig az „első hegedűnek” tekintették a rúdanyagok között. Később azonban át kellett adnia a vezető szerepet a bórnak és vegyületeinek. Ám a kadmium esetében az atomfizikusok egyre több új tevékenységi területet találnak: például egy neutronnyaláb útjába helyezett kadmiumlemez segítségével tanulmányozzák annak energiaspektrumát, megállapítják, hogy mennyire homogén, mekkora a hőmennyiség aránya. neutronok benne.

A tudósok számára különösen érdekes volt az MRT kristály súlytalanságának növekedése, amely kadmium és higany-tellurid szilárd oldata. Ez a félvezető anyag nélkülözhetetlen a hőkamerák gyártásához - az orvostudományban, geológiában, csillagászatban, elektronikában, rádiótechnikában és számos más fontos tudomány és technológia területén használatos nagy pontosságú infravörös eszközök. Ezt a vegyületet rendkívül nehéz szárazföldi körülmények között előállítani: összetevői a nagy sűrűségkülönbség miatt úgy viselkednek, mint I. A. Krylov híres meséjének hősei - egy hattyú, egy rák és egy csuka, és ennek eredményeként homogén ötvözetből réteges „pite”-t kapunk. Egy pici MCT kristály kedvéért egy nagy kristályt kell növeszteni, és ki kell vágni belőle a határréteg legvékonyabb lemezét, a többi pedig kárba megy. Nem is lehet másként: elvégre egy MCT-kristály tisztaságát és homogenitását a százalék százmilliomod részeire becsülik. Nem csoda, hogy a világpiacon ezeknek a kristályoknak egy grammja „csak” nyolcezer dollárba kerül.

A legjobb sárga festék a kadmium és a kén kombinációja. A festék előállításához nagy mennyiségű kadmiumot használnak fel.

KÖVETKEZTETÉS

A kadmium sokrétű tevékenységének negatív oldalai is vannak. Néhány évvel ezelőtt az egyik amerikai egészségügyi tisztviselő megállapította, hogy közvetlen kapcsolat van a szív- és érrendszeri betegségek okozta halálozás és. kadmiumtartalom a légkörben. Erre a következtetésre 28 amerikai város lakóinak alapos felmérése után került sor. Négyben - Chicago, New York, Philadelphia és Indianapolis - a levegő kadmiumtartalma lényegesen magasabb volt, mint más városokban; Itt is magasabb volt a szívbetegség miatti halálozás aránya.

Miközben az orvosok és a biológusok azt vizsgálják, hogy káros-e a kadmium, és keresik a módját a környezeti tartalom csökkentésének, a technológia képviselői minden intézkedést megtesznek a termelésének növelése érdekében. Ha a múlt század teljes második felében csak 160 tonna kadmiumot bányásztak, akkor századunk 20-as éveinek végén a kapitalista országokban már megközelítőleg 700 tonna volt az éves termelése, az 50-es években pedig elérte a 7000 tonnát. Ebben az időszakban a kadmium az atomreaktor rudak gyártásához használt stratégiai anyag státuszát szerezte meg. A 21. században pedig a kadmium felhasználása csak növekedni fog, pótolhatatlan tulajdonságai miatt.

IRODALOM

1) Dzliev I.I. A kadmium kohászata. M.: Metallurgizdat, 1962.

2) Krestovnikov A.N. Kadmium. M.: Tsvetmetizdat, 1956.

3) Krestovnikov A.N. Karetnikova V.P. Ritka fémek. M.: Tsvetmetizdat, 1966.

4) Lebegyev B.N. Kuznetsova V.A. Színesfémek. M.: Nauka, 1976.

5) Lyubchenko V.A. Színesfémek. M.: Nauka, 1963.

6) Maksimova G.V. Kadmium // Journal of Inorganic Chemistry, 3. szám, 1959, S-98.

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

8) Peysakhov I.L. Színesfémek. M.: Nauka, 1950.

9) Vitorlázórepülő V.I. Kadmium, mint korrózióvédő szer. M.: Tsvetmetizdat, 1952.

A cikk tartalma

KADMIUM A (kadmium) Cd a periódusos rendszer II. csoportjába tartozó kémiai elem. Atomszáma 48, relatív atomtömege 112,41. A természetes kadmium nyolc stabil izotópból áll: 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%) és 116 Cd (7,58%). Oxidációs állapot +2, ritkán +1.

A kadmiumot Friedrich Stromeyer Friedrich (1776–1835) német kémikus fedezte fel 1817-ben.

Az egyik Schenebec-gyár által gyártott cink-oxid ellenőrzésekor felmerült a gyanú, hogy az arzén-keveréket tartalmaz. A gyógyszer savban való feloldásakor és az oldaton hidrogén-szulfidon átengedve arzén-szulfidokhoz hasonló sárga csapadék képződött, de alaposabb ellenőrzés kimutatta, hogy ez az elem nincs jelen. Végső következtetésként ugyanabból a gyárból egy gyanús cink-oxid és más cink-készítmények (beleértve a cink-karbonátot is) mintát küldtek Friedrich Strohmeyernek, aki 1802-től a göttingeni egyetem kémia tanszékét és főfelügyelői posztot töltött be. Hannoveri gyógyszertárak.

A cink-karbonát kalcinálása után Strohmeyer oxidot kapott, de nem fehér, mint kellett volna, hanem sárgás. Feltételezte, hogy a színt a vas keveréke okozza, de kiderült, hogy nincs vas. Strohmeyer teljesen elemezte a cinkkészítményeket, és megállapította, hogy a sárga szín egy új elem miatt jelent meg. Nevét arról a cinkércről kapta, amelyben megtalálták: a görög kadmeia szó, a „kadmiumföld” a smithsonit ZnCO 3 ősi neve. Ez a szó a legenda szerint a föníciai Kadmusz nevéből származik, aki állítólag elsőként talált cinkkövet, és vette észre, hogy a réz (ércből olvasztva) arany színt ad. Ugyanezt a nevet kapta az ókori görög mitológia hőse is: az egyik legenda szerint Kadmus egy nehéz párbajban legyőzte a Sárkányt, és földjén felépítette Kadmea erődjét, amely körül aztán kinőtt Théba hétkapu városa.

A kadmium elterjedtsége a természetben és ipari kitermelése.

A földkéreg kadmiumtartalma 1,6·10–5%. Bőségében közel áll az antimonhoz (2,10–5%), és kétszer olyan gyakori, mint a higany (8,10–6%). A kadmium jellemzője a forró felszín alatti vizekben való migráció a cinkkel és más kémiai elemekkel együtt, amelyek hajlamosak természetes szulfidok képződésére. Hidrotermikus üledékekben koncentrálódik. A vulkáni kőzetek legfeljebb 0,2 mg kadmiumot tartalmaznak kilogrammonként, az üledékes kőzetek közül az agyagok a leggazdagabbak kadmiumban - 0,3 mg/kg-ig, kisebb mértékben - a mészkövek és homokkő (kb. 0,03 mg/kg). A talaj átlagos kadmiumtartalma 0,06 mg/kg.

A kadmiumnak saját ásványai vannak - greenockit CdS, otavit CdCO 3, monteponit CdO. Saját betéteiket azonban nem képezik. Az egyetlen iparilag jelentős kadmiumforrás a cinkércek, ahol 0,01-5%-os koncentrációban található meg. A kadmium felhalmozódik a galenában (legfeljebb 0,02%), a kalkopiritban (legfeljebb 0,12%), a piritben (legfeljebb 0,02%), a sztannitban (legfeljebb 0,2%). A világ teljes kadmiumkészletét 20 millió tonnára becsülik, az ipariakat pedig 600 ezer tonnára.

Egy egyszerű anyag és a fémes kadmium ipari előállításának jellemzői.

A kadmium ezüstös szilárd anyag, friss felületén kékes fényű, puha, alakítható, formázható fém, könnyen lapokká hengerelhető, könnyen polírozható. Az ónhoz hasonlóan a kadmiumrudak is recsegő hangot adnak ki hajlításkor. Olvadáspontja 321,1°C, forráspontja 766,5°C, sűrűsége 8,65 g/cm 3, ami lehetővé teszi a nehézfémek közé sorolását.

A kadmium száraz levegőn stabil. Nedves levegőn gyorsan elhalványul, melegítéskor pedig könnyen kölcsönhatásba lép oxigénnel, kénnel, foszforral és halogénekkel. A kadmium nem lép reakcióba hidrogénnel, nitrogénnel, szénnel, szilíciummal és bórral.

A kadmiumgőz a vízgőzzel kölcsönhatásba lépve hidrogént bocsát ki. A savak feloldják a kadmiumot, és ennek a fémnek a sóit képezik. A kadmium a tömény oldatokban lévő ammónium-nitrátot ammónium-nitritté redukálja. Vizes oldatban bizonyos fémek, például réz(II) és vas(III) kationjai oxidálják. A cinkkel ellentétben a kadmium nem lép kölcsönhatásba a lúgos oldatokkal.

A kadmium fő forrásai a cinkgyártás közbenső termékei. A cink-szulfát oldatok cinkpor hatására történő tisztítása után kapott fémcsapadék 2-12% kadmiumot tartalmaz. A cink desztillációs előállítása során képződő frakciók 0,7-1,1% kadmiumot, a cink rektifikációs tisztítása során nyert frakciók pedig legfeljebb 40% kadmiumot tartalmaznak. A kadmiumot az ólom- és rézkohók porából is kivonják (legfeljebb 5%, illetve 0,5% kadmiumot tartalmazhat). A port általában tömény kénsavval kezelik, majd a kadmium-szulfátot vízzel kimossák.

A kadmium-szulfát oldataiból cinkpor hatására kicsapják a kadmiumszivacsot, majd kénsavban feloldják és az oldatot cink-oxid vagy nátrium-karbonát hatására, valamint ioncserélő módszerekkel megtisztítják a szennyeződésektől. A fém-kadmiumot alumíniumkatódokon végzett elektrolízissel vagy cinkkel történő redukcióval izolálják.

A cink és az ólom eltávolítására a kadmiumot egy lúgréteg alatt megolvasztják. Az olvadékot alumíniummal kezelik a nikkel és ammónium-kloriddal a tallium eltávolítására. További tisztítási módszerekkel 10-5 tömegszázalékos szennyezőanyag-tartalmú kadmiumot lehet előállítani.

Évente mintegy 20 ezer tonna kadmiumot állítanak elő. Gyártásának volumene nagymértékben összefügg a cinkgyártás mértékével.

A kadmium legfontosabb felhasználási területe a kémiai energiaforrások előállítása. A kadmium elektródákat elemekben és akkumulátorokban használják. A nikkel-kadmium akkumulátorok negatív lemezei vashálóból készülnek, hatóanyagként kadmium szivacsot tartalmaznak. A pozitív lemezeket nikkel-hidroxiddal vonják be. Az elektrolit kálium-hidroxid oldat. Az irányított rakétákhoz való kompakt akkumulátorok is kadmium és nikkel alapúak, csak ebben az esetben nem vasat, hanem nikkel hálót építenek be alapként.

A nikkel-kadmium alkáli elemben végbemenő folyamatok az általános egyenlettel írhatók le:

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

A nikkel-kadmium alkáli elemek megbízhatóbbak, mint az ólomsavas akkumulátorok. Ezeket az áramforrásokat magas elektromos jellemzők, stabil működés és hosszú élettartam jellemzi. Mindössze egy óra alatt feltölthetők. A nikkel-kadmium akkumulátorokat azonban nem lehet újratölteni anélkül, hogy először teljesen lemerülnének (ebben a tekintetben rosszabbak, mint a fémhidrid akkumulátorok).

A kadmiumot széles körben használják fémek korróziógátló bevonatainak felhordására, különösen akkor, ha azok tengervízzel érintkeznek. A hajók, repülőgépek, valamint a trópusi éghajlaton történő üzemeltetésre szánt különféle termékek legfontosabb részei kadmiummal vannak bevonva. Korábban a vasat és más fémeket kadmiummal vonták be úgy, hogy a termékeket olvadt kadmiumba merítették, most a kadmium bevonatot elektrolitikusan hordják fel.

A kadmium bevonatoknak van néhány előnyük a cinkbevonattal szemben: jobban ellenállnak a korróziónak, könnyebben egyenletessé és simává tehetők. Az ilyen bevonatok nagy rugalmassága biztosítja a menetes csatlakozások tömítettségét. Ezenkívül a kadmium, a cinkkel ellentétben, lúgos környezetben stabil.

A kadmiumozásnak azonban megvannak a maga problémái. Amikor a kadmiumot elektrolitikusan egy acélrészre visszük fel, az elektrolitban lévő hidrogén behatolhat a fémbe. A nagy szilárdságú acélokban úgynevezett hidrogén ridegséget okoz, ami a fém váratlan meghibásodásához vezet terhelés alatt. Ennek a jelenségnek a megelőzése érdekében titán adalékanyagot adnak a kadmium bevonatokba.

Ezenkívül a kadmium mérgező. Ezért, bár a kadmium-ónt meglehetősen széles körben használják, tilos konyhai eszközök és ételtartók gyártására használni.

A világ kadmiumtermelésének mintegy tizedét ötvözetek gyártására fordítják. A kadmiumötvözeteket főleg súrlódásgátló anyagként és forrasztóanyagként használják. A 99% kadmiumot és 1% nikkelt tartalmazó ötvözetet autó-, repülőgép- és tengeri hajtóművekben magas hőmérsékleten működő csapágyak gyártására használják. Mivel a kadmium nem eléggé ellenálló a savakkal szemben, beleértve a kenőanyagokban található szerves savakat is, a kadmium alapú csapágyötvözetek néha indiummal vannak bevonva.

A réz kis mennyiségű kadmium hozzáadásával történő ötvözése lehetővé teszi az elektromos szállítóvezetékek vezetékeinek kopásállóbbá tételét. A kadmium hozzáadásával készült réz elektromos vezetőképességében szinte nem különbözik a tiszta réztől, de erőssége és keménysége észrevehetően jobb.

A Wood's fémben található kadmium, alacsony olvadáspontú ötvözet, amely 50% bizmutot, 25% ólmot, 12,5% ónt, 12,5% kadmiumot tartalmaz. A fa ötvözete forrásban lévő vízben megolvasztható. Érdekes, hogy az első betűk Wood ötvözetének alkotóelemei a VOSK rövidítést alkotják. A nem túl híres angol mérnök, B. Wood találta fel 1860-ban. Ezt a találmányt gyakran tévesen névrokonának, a híres amerikai fizikusnak, Robert Williams Woodnak tulajdonítják, aki mindössze nyolc éve született. Az alacsony olvadáspontú kadmiumötvözeteket vékony és összetett öntvények előállításához, automata tűzvédelmi rendszerekben, üveg fémreforrasztásához használják.A kadmiumot tartalmazó forraszanyagok meglehetősen ellenállnak a hőmérséklet-ingadozásoknak.

A kadmium iránti kereslet éles ugrása az 1940-es években kezdődött, és a kadmium nukleáris iparban való felhasználásával függött össze - felfedezték, hogy elnyeli a neutronokat, és az atomreaktorok vezérlő- és vészrúdjait kezdték előállítani belőle. A kadmium azon képességét, hogy elnyeli a szigorúan meghatározott energiájú neutronokat, a neutronnyalábok energiaspektrumának tanulmányozása során használják.

Kadmium vegyületek.

A kadmium bináris vegyületeket, sókat és számos komplexet, köztük fémorganikus vegyületet képez. Az oldatokban számos só, különösen a halogenidek molekulái kapcsolódnak egymáshoz. Az oldatok enyhén savas környezetet mutatnak a hidrolízis miatt. Lúgos oldatok hatására 7-8 pH-tól kezdődően bázikus sók válnak ki.

Kadmium-oxid A CdO-t egyszerű anyagok reagáltatásával vagy kadmium-hidroxid vagy -karbonát kalcinálásával nyerik. A "hőtörténettől" függően lehet zöldessárga, barna, vörös vagy majdnem fekete. Ez részben a részecskeméretnek köszönhető, de nagyrészt a rácshibáknak köszönhető. 900°C felett a kadmium-oxid illékony, 1570°C-on pedig teljesen szublimál. Félvezető tulajdonságokkal rendelkezik.

A kadmium-oxid savakban könnyen, lúgokban rosszul oldódik, hidrogénnel (900 °C-on), szén-monoxiddal (350 °C felett) és szénnel (500 °C felett) könnyen redukálható.

A kadmium-oxidot elektródaanyagként használják. Kenőolajokban és speciális üvegek gyártásához szükséges tételekben szerepel. A kadmium-oxid számos hidrogénezési és dehidrogénezési reakciót katalizál.

Kadmium-hidroxid A Cd(OH)2 fehér csapadékként válik ki kadmium(II)-sók vizes oldatából lúg hozzáadásakor. Ha nagyon tömény lúgoldatoknak van kitéve, hidroxokadmátokká alakul, mint például Na 2. A kadmium-hidroxid az ammóniával reagálva oldható komplexeket képez:

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

Ezenkívül a kadmium-hidroxid oldatba megy az alkáli elemek cianidjainak hatására. 170°C felett kadmium-oxiddá bomlik. A kadmium-hidroxid és a hidrogén-peroxid kölcsönhatása vizes oldatban különböző összetételű peroxidok képződéséhez vezet.

A kadmium-hidroxidot más kadmiumvegyületek előállítására, valamint analitikai reagensként használják. Az áramforrások kadmium elektródáinak része. Ezenkívül a kadmium-hidroxidot dekoratív üvegekben és zománcokban használják.

Kadmium-fluorid A CdF 2 vízben kevéssé oldódik (4,06 tömeg% 20 °C-on), etanolban oldhatatlan. Fluor fémre vagy hidrogén-fluorid kadmium-karbonátra történő hatására állítható elő.

A kadmium-fluoridot optikai anyagként használják. Egyes üvegek és foszforok összetevője, valamint szilárd elektrolitok kémiai áramforrásokban.

Kadmium-klorid A CdCl 2 jól oldódik vízben (53,2 tömeg% 20 °C-on). Kovalens természete határozza meg viszonylag alacsony olvadáspontját (568,5 °C), valamint etanolban való oldhatóságát (1,5% 25 °C-on).

A kadmium-kloridot a kadmium tömény sósavval történő reagáltatásával vagy a fém 500 °C-on történő klórozásával állítják elő.

A kadmium-klorid a kadmium galvanikus cellák elektrolitjainak és a gázkromatográfiás szorbensek alkotóeleme. Része néhány fényképészeti megoldásnak, szerves szintézis katalizátorainak és félvezető kristályok termesztésére szolgáló fluxusoknak. Maróanyagként használják szövetek festésére és nyomtatására. A szerves kadmiumvegyületeket kadmium-kloridból nyerik.

Kadmium-bromid A CdBr 2 gyöngyházfényű, pikkelyes kristályokat képez. Nagyon higroszkópos, jól oldódik vízben (52,9 tömeg% 25 °C-on), metanolban (13,9 tömeg% 20 °C-on), etanolban (23,3 tömeg% 20 °C-on).

A kadmium-bromidot a fém brómozásával vagy hidrogén-bromid kadmium-karbonátra való reagáltatásával állítják elő.

A kadmium-bromid katalizátorként szolgál a szerves szintézisben, a fényképészeti emulziók stabilizátora és a fotózásban vibrációs kompozíciók komponense.

Kadmium-jodid A CdI 2 fényes levél alakú kristályokat képez, ezek réteges (kétdimenziós) kristályszerkezettel rendelkeznek. A kadmium-jodidnak legfeljebb 200 politípusa ismert, amelyek a rétegek sorrendjében különböznek a hatszögletű és köbös zárt tömítéssel.

Más halogénekkel ellentétben a kadmium-jodid nem higroszkópos. Vízben jól oldódik (25°C-on 46,4 tömeg%). A kadmium-jodidot a fém melegítéssel vagy víz jelenlétében történő jódozásával, valamint hidrogén-jodidnak kadmium-karbonáton vagy -oxidon történő hatására állítják elő.

A kadmium-jodid katalizátorként szolgál a szerves szintézisben. Pirotechnikai készítmények és kenőanyagok összetevője.

Kadmium-szulfid A CdS valószínűleg ennek az elemnek az első vegyülete, amely iránt az ipar érdeklődni kezdett. Citromsárgától narancsvörösig terjedő kristályokat képez. A kadmium-szulfid félvezető tulajdonságokkal rendelkezik.

Ez a vegyület gyakorlatilag vízben oldhatatlan. Ellenáll a lúgoldatoknak és a legtöbb savnak is.

A kadmium-szulfidot kadmium és kéngőzök kölcsönhatásával, hidrogén-szulfid vagy nátrium-szulfid hatására az oldatokból történő kicsapással, valamint kadmium és szerves kénvegyületek reakcióival nyerik.

A kadmium-szulfid egy fontos ásványi festék, korábban kadmiumsárgának hívták.

A festészetben a kadmiumsárgát később szélesebb körben kezdték használni. Különösen a személygépkocsikat festették le vele, mert az egyéb előnyök mellett ez a festék jól ellenállt a mozdonyfüstnek. A kadmium-szulfidot színezőanyagként is használták a textil- és szappangyártásban. Színes átlátszó üvegek előállításához megfelelő kolloid diszperziókat használtunk.

Az elmúlt években a tiszta kadmium-szulfidot olcsóbb pigmentekkel - kadmoponnal és cink-kadmium-litoponnal - váltották fel. A Cadmopon kadmium-szulfid és bárium-szulfát keveréke. Két oldható só - kadmium-szulfát és bárium-szulfid - összekeverésével nyerik. Ennek eredményeként csapadék képződik, amely két oldhatatlan sót tartalmaz:

CdSO 4 + BaS = CdSI + BaSO 4 Ї

A cink-kadmium-litopon cink-szulfidot is tartalmaz. Ennek a festéknek az elkészítésekor három só válik ki egyszerre. A litopon krém vagy elefántcsont színű.

Kadmium-szelenid, cink-szulfid, higany-szulfid és más vegyületek hozzáadásával a kadmium-szulfid hőstabil pigmenteket állít elő halványsárgától a sötétvörösig terjedő élénk színekkel.

A kadmium-szulfid kék színt ad a lángnak. Ezt a tulajdonságot a pirotechnikában használják.

Ezenkívül a kadmium-szulfidot aktív közegként használják félvezető lézerekben. Használható anyagként fotocellák, napelemek, fotodiódák, LED-ek és foszforok gyártásához.

Kadmium-szelenid A CdSe sötétvörös kristályokat képez. Vízben nem oldódik, sósavval, salétromsavval és kénsavval bomlik. A kadmium-szelenit egyszerű anyagok vagy gáznemű kadmium és szelén fuzionálásával, valamint kadmium-szulfát oldatából hidrogén-szelenid hatására, a kadmium-szulfid és szelénsav reakciójával, valamint a kadmium és a szerves szelénvegyületek kölcsönhatásával nyerhető. .

A kadmium-szelenid egy foszfor. Aktív közegként szolgál félvezető lézerekben, és anyaga fotoellenállások, fotodiódák és napelemek gyártásához.

A kadmium-szelenid pigment zománcokhoz, mázokhoz és művészi festékekhez. A rubinüveg kadmium-szeleniddel színezett. Ez, és nem a króm-oxid, mint magában a rubinban, tette rubinvörössé a moszkvai Kreml csillagait.

Kadmium-tellurid A CdTe színe a sötétszürkétől a sötétbarnáig terjedhet. Vízben nem oldódik, de koncentrált savak hatására lebomlik. Folyékony vagy gáznemű kadmium és tellúr kölcsönhatása során keletkezik.

A félvezető tulajdonságokkal rendelkező kadmium-telluridot röntgen- és gamma-sugárzás detektorként használják, a higany-kadmium-tellurid pedig széles körben alkalmazzák (különösen katonai célokra) az infravörös detektorokban hőképalkotáshoz.

Ha a sztöchiometriát megsértik, vagy szennyeződéseket (például réz- és klóratomokat) visznek be, a kadmium-tellurid fényérzékeny tulajdonságokat szerez. Az elektrofotográfiában használják.

Szerves kadmium vegyületek A CdR 2 és CdRX (R = CH 3, C 2 H 5, C 6 H 5 és más szénhidrogén gyökök, X - halogének, OR, SR stb.) általában a megfelelő Grignard-reagensekből nyerhető. Termikusan kevésbé stabilak, mint cink társai, de általában kevésbé reakcióképesek (levegőn általában nem gyúlékonyak). Legfontosabb alkalmazási területük a ketonok savkloridokból történő előállítása.

A kadmium biológiai szerepe.

A kadmium szinte minden állat szervezetében megtalálható (szárazföldi állatokban körülbelül 0,5 mg/1 kg tömeg, tengeri állatokban pedig 0,15-3 mg/kg). Ugyanakkor az egyik legmérgezőbb nehézfémnek tartják.

A kadmium a szervezetben elsősorban a vesében és a májban koncentrálódik, míg a szervezet kadmiumtartalma az idős kor előrehaladtával növekszik. Az enzimatikus folyamatokban részt vevő fehérjékkel komplexek formájában halmozódik fel. A szervezetbe kívülről bejutva a kadmium számos enzimre gátló hatást fejt ki, elpusztítja azokat. Hatása a fehérjékben lévő ciszteincsoportok –SH csoportjának megkötésén és az SH enzimek gátlásán alapul. A cinket kiszorítva gátolhatja a cinktartalmú enzimek működését is. A kalcium és a kadmium ionos sugarainak közelsége miatt képes helyettesíteni a kalciumot a csontszövetben.

Az embereket a kadmiumtartalmú hulladékkal szennyezett ivóvíz, valamint az olajfinomítók és kohászati ​​üzemek közelében lévő területeken termő zöldségek és gabonafélék mérgezik kadmiummal. A gombák különleges képességgel rendelkeznek a kadmium felhalmozódására. Egyes jelentések szerint a gombák kadmiumtartalma elérheti az egységet, tíz, sőt akár a 100 vagy több milligrammot is saját súlyuk kilogrammonként. A kadmiumvegyületek a dohányfüstben található káros anyagok közé tartoznak (egy cigaretta 1-2 mcg kadmiumot tartalmaz).

A krónikus kadmiummérgezés klasszikus példája az a betegség, amelyet először Japánban írtak le az 1950-es években, és „itai-itai”-nak nevezték. A betegséget erős ágyéki fájdalom és izomfájdalom kísérte. Az irreverzibilis vesekárosodás jellegzetes jelei is megjelentek. Több száz itai-itai halálesetet jegyeztek fel. A betegség az akkori Japánban tapasztalható magas környezetszennyezés és a japánok sajátos étrendje – elsősorban rizs és tenger gyümölcsei – miatt terjedt el széles körben (ezek képesek nagy koncentrációban felhalmozni a kadmiumot). Tanulmányok kimutatták, hogy az Itai-Itai-ban szenvedők akár 600 mcg kadmiumot is fogyasztottak naponta. Ezt követően a környezetvédelmi intézkedések eredményeként az „Itai-Itai” szindrómák gyakorisága és súlyossága jelentősen csökkent.

Az USA-ban összefüggést találtak a légkör kadmiumszintje és a szív- és érrendszeri betegségek okozta halálozások gyakorisága között.

Úgy gondolják, hogy körülbelül 1 mikrogramm kadmium 1 testtömegkilogrammonként naponta bejuthat az emberi szervezetbe az egészség károsodása nélkül. Az ivóvíz nem tartalmazhat 0,01 mg/l-nél több kadmiumot. A kadmiummérgezés ellenszere a szelén, de az ebben az elemben gazdag élelmiszerek fogyasztása a szervezet kéntartalmának csökkenéséhez vezet, ilyenkor a kadmium ismét veszélyessé válik.

Elena Savinkina

Honnan szerzed a kadmiumot? A kadmiumot mindig az ércek tartalmazzák, amelyekből a cinket és az ólmot kivonják, és néha a rézérc is. Ezért elkerülhetetlenül ezeknek a fémeknek a gyártási hulladékába kerül. De nem dobják ki, hanem próbálják újrahasznosítani, hiszen sok más elem is kell az embernek. A kadmium aránya nagyon nagy - a cinkkoncentrátum tömegének 0,3–0,5% -a, és 95% -a onnan származik. Valójában a kadmiumot a cinkvegyületek tanulmányozása során fedezték fel. A következő történetet mesélik el (lásd: „Kémia és élet”, 1970, 9. szám). 1817-ben Magdeburgban konfliktus alakult ki: Rolov körzeti orvos elrendelte az összes cink-oxidos készítmény kivonását a forgalomból, gyanítva, hogy ezek arzént tartalmaznak. A gyógyszerészek megesküdtek, hogy a készítményekben nincs arzén, kivéve talán a vas-oxidot, amely sárgás színt ad a kenőcsnek. A döntőbíró Friedrich Strohmeyer professzor volt a Göttingeni Egyetemről, aki akkoriban a gyógyszerészeti főfelügyelő volt. Valójában sikerült egy sárgás vegyületet izolálnia a drogból. Ennek azonban semmi köze sem az arzénhoz, sem a vashoz, hanem kiderült, hogy egy új elem oxidja. 1817 őszén a kollégákkal folytatott beszélgetések során Strohmeyer kadmiumnak nevezte, amire a következő magyarázatot adjuk. A legendás föníciai Kadmus herceg, aki Boiótiába érkezett, hogy megkeresse Zeusz által ellopott húgát, Európát, felépítette ott a Cadme-erődöt. Az ókori görög Théba később körülötte nőtt. Az ókorban ennek a városnak a közelében találtak egy speciális cinkvegyület-keveréket, amelyet „kadmiumföldnek” vagy kadmiumnak neveztek. Strohmeyer ezt a nevet használta.

Rolov hamar meggyőződött arról is, hogy a gyanús szennyeződés nem arzén, hanem egy új fém vegyülete. De cikke a következő címre küldött: Journal fur der praktischen Heilkunde”, késve 1818 áprilisában jelent meg, amikor a vegyészek már tudtak Strohmeyer felfedezéséről.

Hogyan befolyásolta a vegyület sárga színe a kadmium iránti érdeklődést? A legközvetlenebb módon: nem sokkal Strohmeyer felfedezése után egy bizonyos Karsten, a breslaui (ma wroclawi) üzem kohászati ​​főtanácsadója a sziléziai cinkércben olyan elemet talált, amely sárga csapadékot ad, amikor hidrogén-szulfidot engedtek át az oldatán, és "melinium"-nak nevezte a latin "szóból" mellis", ami azt jelenti, hogy méz. Még mindig ugyanaz a kadmium volt, és szulfidja kiváló sárga pigment lett, először a művészek számára, majd, amikor az ár csökkent, a festéshez. A kadmium-szulfid különböző módon történő megszerzésével gyönyörű festékeket készíthet különböző árnyalatokban - citromtól narancsig. Mivel ellenáll a savaknak, lúgoknak és erős hőnek, a kadmium sárga kerámiák festésére is alkalmas. Ezenkívül, ha a kadmium-szulfidot ultramarinnal keverik, kiváló zöld festék képződik - kadmium zöld. Égetéskor a kadmium kék színt ad, ezért a pirotechnikában is használták. Így a 20. század 90-es éveiben a kadmium 17%-át használták fel különböző célokra szolgáló festékek előállításához.

Mi a kadmium fő alkalmazása? Nikkel-kadmium akkumulátorok: bennük az egyik elektróda kadmiumból vagy annak hidroxidjából készül, előállításuk az összes bányászott kadmium több mint 60%-át fogyasztják. Ezek az akkumulátorok nagyon tartósak: többszörösen több kisütési-töltési ciklust tudnak biztosítani, mint legközelebbi versenytársaik - ólom akkumulátorok, de tízszer többe kerülnek. A tárolt elektromosság tömegarányát tekintve pedig a Ni-Cd kétszerese a Pb-nek, ami ígéretessé teszi az elektromos járművek számára. A modern nikkel-kadmium akkumulátorok élettartama több mint 30 év. Gyorsan töltenek és gyorsan leadják az energiát, alacsony belső ellenállásuk miatt felmelegedés nélkül is nagy áramsűrűséget tudnak biztosítani. Ezért mindenhol használják, ahol nagy áramsűrűségre van szükség - elektromos autókban, trolibuszokban, villamosokban, elektromos vonatokban, csavarhúzókban, valamint rádióberendezésekben és háztartási készülékekben. Egészen a közelmúltig a számítógépeket és a mobiltelefonokat is ellátták energiával, most azonban a lítium-ion veszi át a helyüket. A nikkel-kadmium akkumulátorokat állítólag alternatív energiarendszerekben is használják, ahol időről időre szükség van valahova többletenergiát pumpálni, ami aztán kompenzálja a rossz időjárás miatti termeléshiányt: az ilyen akkumulátorok megbízható tárolást biztosítanak akár 6,5 MWh elektromos áramot, ami egy szintre hozza őket az ólommal és a nátrium-szulfiddal.

A nikkel-kadmium akkumulátorok hátrányai közé tartozik a nagy önkisülés és a memóriaeffektus: ha nem teljesen lemerült akkumulátort tölt fel, az minden alkalommal egyre kevesebb energiát halmoz fel. Úgy vélik, hogy ez a hatás leküzdhető, ha egy ilyen akkumulátor időről időre nagyon erősen lemerül. De fő hátrányuk a kadmium toxicitása; Emiatt folyamatosan csökken a nikkel-kadmium akkumulátorok, valamint a festékekhez használt kadmium pigmentek, a polimerek stabilizátorai (a fémgyártás 10%-a) és a fémbevonatok (5%) használata.

Melyik kadmium-alkalmazás növekszik? Napelemek gyártása. A kadmium-tellurid elég jól alakítja át a napfényt elektromos árammá, bár gyengébb a szilícium akkumulátoroknál: a piacon kapható modulok hatásfoka 8-9%, illetve 13-16%. A kadmium-tellurid azonban vékony filmek formájában lerakódik vezetőképes üvegre, ami sokkal kevesebb energiát és anyagot igényel, mint a szilícium akkumulátorok előállítása. Ennek eredményeként (" ”, 2012, 16, 5245–5259; doi:10.1016/j.rser.2012.04.034) az akkumulátorgyártás energiaköltsége egy éven belüli energiatermelésből megtérül, ami két-háromszorosa (valamint az általa Európában megtermelt villamos energia kilowattjára eső szén-dioxid-kibocsátás) kevesebb, mint a szilícium akkumulátoroké Más szóval, a kadmiumvegyületeket használó akkumulátorok nagyon környezetbarátak. A hatékonyság növelésével ez a különbség még tovább fog nőni, és itt is van kilátás, hiszen a kadmium-tellurid 2011-ben 15,6 és 13,8% volt a hatékonysági rekord, amikor vékonyrétegét üvegre, illetve flexibilis poliimidre vitték fel. A polimer alapú akkumulátorok tömege több százszor kisebb, mint az üvegeké, és könnyen felszerelhetők ívelt felületekre, ami felkelti a kutatók figyelmét.

A vékony film nem minden. A kalkogenidekből - kadmium-szulfidból, telluridból és szelenidből - készült kvantumpontokra épülő elemek a harmadik generációs napelemek ígéretes képviselői, amelyek a szakértők szerint végre képesek biztosítani ennek az energiaforrásnak az önellátását. A pontok azért vonják magukra a kutatók figyelmét, mert tulajdonságaik méretétől való függése miatt a teljes napspektrum abszorpciója és elektromos árammá alakítása lehetséges. Ezenkívül néhány kísérletben a kalkogenid kvantumpontok azt mutatták, hogy képesek több elektron kinyerésére egy fotonból - ez az excitonok többszörös generációjának hatása. Nyilvánvalóan, ha helyesen használják, nagymértékben növeli a fényátalakítás hatékonyságát, és ez lehetővé teszi, hogy a Napból és a szénégetésből származó villamos energia költségének konvergenciájára számítsunk.

Egyelőre azonban a kvantumpontokban rejlő lehetőségeket nem tárták fel teljesen - 2013 elején rekordhatékonyságot, 5,42%-ot mutatott ki egy kadmium-szulfidból és szelenidből mangán adalékanyagokkal készült kvantumpontokon alapuló elem (“ Megújuló és fenntartható energia áttekintések”, 2013, 22, 148–167; doi:10.1016/j.rser.2013.01.030). Úgy gondolják, hogy maguk a pontok nem okolhatók ezért - még nem választották ki az optimális elektródaanyagot, amely biztosítja a fotoreakcióból származó töltéshordozók teljes eltávolítását. Lehetséges, hogy a kadmium hasznos lesz az elektródák gyártásában is; a napelemek CdSnO 3 kadmium-sztannátból készült elektródával végzett kísérletek jó eredményeket mutatnak (“ Napenergia anyagok és napelemek”, 2013, 117, 300–305; doi:10.1016/j.solmat.2013.06.009).

Milyen más nanorészecskék készülnek kadmiumvegyületekből? A legváltozatosabbak: nanorudak, nanocsövek és még olyan szerkezetek is, mint a tengeri sünök. Lehetséges, hogy némelyikük alkalmazásra talál a jövő technológiáiban.

Van kadmium az ónkatonákban? Könnyen előfordulhat, hogy oda kerül, mert egy kis kadmium hozzáadása nagymértékben csökkenti más fémek olvadáspontját, és ennek megfelelően biztosítja a forma jobb kitöltését az öntvény ötvözetével. Nem meglepő, hogy része a híres faötvözetnek és fajtáinak. Az ilyen ötvözetek széles körben használatosak a metallográfiában (vékony metszetekre öntik, minták mikroszkópos vizsgálathoz), precíziós öntésben, ömledékrúdként szolgálnak üreges figurák, valamint olvadó biztosítékok gyártásában. Nyilvánvalóan az angol mérnök, Barnaba Wood volt az első, aki felfedezte a kadmium azon képességét, hogy csökkenti más fémek olvadáspontját, mivel a róla elnevezett ötvözetet alkotó elemek - hét-nyolc rész bizmut, négy ólom és két-két ón és kadmium - olvadáspontja rendre 271, 327, 231 és 742 °C. És mindez együtt olvad 69°C-on! Ez az eredmény annyira váratlan volt 1860-ban, hogy a folyóirat szerkesztőbizottsága „ Az American Journal of Science and Arts” a következő megjegyzést fűzte Wood cikkéhez: „Csak néhány érdekes kísérletet volt időnk megismételni Dr. Woodnak a kadmiumnak a különböző ötvözetek olvadáspontját csökkentő csodálatos hatásával kapcsolatban.” Manapság a kadmium azon képességét, hogy csökkenti a fémek olvadáspontját, forraszanyaghoz adják – ez a globális fémtermelés 2%-át teszi ki. Sőt, a forraszanyagok nem csak ipari, hanem házi készítésűek is. Például az ékszerészek fórumán a kézművesek a következő ajánlásokat adják: „Adjunk hozzá egy kis kadmiumot az aranyhoz, olvadáspontja alacsonyabb lesz, mint a termék fémé, és a szükséges alkatrész forrasztható lesz. Mivel a kadmium valószínűleg elpárolog a forrasztás során, előfordulhat, hogy a termék mintája nem változik. Csak nyomás alatt kell forrasztani, nehogy mérgezést kapjon.

Milyen úton jut el a kadmium a szervezetbe?„A kadmium a gyermekjátékokban lehetetlen, mérgező” – mondja az olvasó. És igaza lesz, de csak részben, hiszen nem valószínű, hogy egy bádogkatonából (bármilyen ezüstös nehézfémből készült kis műhelyben öntött figura) vagy egy salátástál sárga mintájából származó kadmium valahogy bekerülhet az emberi szervezetbe. Neki teljesen más módjai vannak. Három van belőlük. Először is a cigarettafüsttel: a kadmium jól felhalmozódik a dohánylevélben. Másodszor, a levegőből, különösen a városi levegőből: sok útport tartalmaz, amely a gumiabroncsok és a fékbetétek kopásából ered (és ezek összetételének része a kadmium); Minél többet lélegzik be ezt a port, annál magasabb a kadmiumtartalom a szervezetben. Így a forgalomirányítók körében ez másfélszerese, mint a vidéki útmunkásoknál (“ Kemoszféra”, 2013, 90, 7, 2077–2084). A kadmium jelen van a hőerőművek füstjében is, ha azok szénnel működnek, illetve a fa égetésének füstjében, mivel a fák a talajból vonják ki. A harmadik forrás a táplálék, különösen a növények gyökerei, levelei és szemcséi: itt halmozódik fel a kadmium. Seattle-i tudósok kutatása kimutatta, hogy a kadmiummal nem szennyezett területeken élő fiatal nők körében a dohányzás a kadmium fő forrása, amely másfélszeresére növeli ennek a fémnek a tartalmát. Az élelmiszerek között azonban a tofubabtúró jelentős kadmiumforrásnak bizonyult - heti egy adag 22%-kal növeli a szervezet kadmiumtartalmát (“ A teljes környezet tudománya”, 2011, 409, 9, 1632–1637). Sok kadmium található a planktonnal táplálkozó puhatestűekben és rákfélékben. Új-zélandi biológusok megállapították, hogy a tengervízben lévő kadmium (koncentrációja benne 0,11 μg/l) nagy valószínűséggel emberi hibából került oda. A kadmiumot a foszforműtrágyák tartalmazzák, ahonnan egyébként főként az ehető növényekbe kerül. Az eső a műtrágyákat a folyókba, majd a tengerbe mossa. A kadmium a mikrorészecskék felületén halad. Sós vízbe kerülve felszabadul és a fitoplanktonba kerül, és vele együtt az osztrigába. Ennek eredményeként azok a puhatestűek, amelyek magasabban nőttek fel a folyótorkolatban, ahol a kadmium még nem mosódott le a mikrorészecskékről, viszonylag tiszták, az alacsonyabbak pedig különösen sok ebből a fémből (“ A teljes környezet tudománya”, 1996, 181, 1, 31–44). Az osztrigák kadmiumtartalma 13–26 mikrogramm/gramm száraz tömegre vonatkoztatva. Összehasonlításképpen: a napraforgómagban, amelyet szintén fontos kadmiumforrásnak tekintenek, 0,2–2,5 mcg van egy gramm szemenként, a dohánylevélben - 0,5–1 mcg / gramm száraz tömeg. Mivel nem csak az osztriga táplálkozik planktonnal, a kadmium a piszkos tengerekben kifogott halakba is kerül. A legszennyezettebb pedig a Balti-tenger, amelybe sok folyó ömlik az ipari területekről és az intenzív mezőgazdasági területekről.

Hogyan kerül az antropogén kadmium a környezetbe? A foszfátműtrágyákon, az útporon és az üzemanyag elégetése mellett két másik mód is létezik. Az első a színesfémkohászat: a kibocsátások tisztítására irányuló erőfeszítések mellett egy része elkerülhetetlenül áthalad az összes szűrőn. A második a hulladéklerakók és a hulladék-újrahasznosító helyek, például amikor ott ég a műanyag. A hulladéklerakóban azonban fűtés nélkül is kimosódik a kadmium, és vízzel együtt kerül a talajba. Általánosságban elmondható, hogy a színesfémkohászat évente 5 ezer tonna kadmiumkibocsátást termel, a hulladékégetés 1,5, a foszfátműtrágyák gyártása és a fatüzelés pedig 0,2 ezer tonnát tesz ki abból a több mint hétezer tonnából, amelyet az ember a környezetbe juttat. század 30-as évei óta. A természet saját adottságai szerényebbek: 0,52 ezer tonnát a vulkánok, 0,2 ezer tonnát a növényi ürülék adnak, összesen 0,83 ezer tonnát (lásd „Kémia és élet”, 1979, 12. szám). Vagyis a földbelekből kinyert kadmium legfeljebb kétharmada alakítható fémmé (és a globális termelés már évtizedek óta évi 17-20 ezer tonna között ingadozik), így az itteni hasznosítási kilátások igen szélesek. . Ösztönző azonban nincs, erről még lesz szó.

Hogyan viselkednek az új kadmiumot tartalmazó anyagok egy hulladéklerakóban? Eltérően. Részletes elemzést végzett Vaszilij Fthenakos, a Brookhaven National Laboratory (USA) munkatársa, aki részletesen leírta egy kadmium-tellurid akkumulátor életciklusát (“ Megújuló és fenntartható energia áttekintések”, 2004, 8, 303–334; doi:10.1016/j.rser.2003.12.001). Így érvel. A napelemben a kadmiumvegyület üveg vagy műanyag rétegek között helyezkedik el. Ezért a kadmiumot tartalmazó részecskék csak akkor jelenhetnek meg a környezetben, amikor az elem megsemmisül, ami vagy nagyon poros területen, vagy meghibásodáskor történik. De még ekkor sem, ahogy a kísérlet kimutatta, egyetlen eső sem képes észrevehető mennyiségű kadmiumot kimosni az elemből. A CdTe párolgási hőmérséklete meghaladja az 1000°C-ot, az ezekben az elemekben is jelenlévő CdS pedig 1700°C, így működés közben nem lesz párolgás.

Mi van, ha az elem egy magánház tetején van, amelyben tűz volt? Levegőben a kadmium-tellurid 1050 °C hőmérsékletig stabil marad, ami kevesebb, mint a normál tűz során felmelegedés. Közvetlen kísérletek bebizonyították, hogy ha az akkumulátort üveghordozóra készítik, akkor szinte az összes kadmium az olvadt üvegben marad - az amúgy is csekély mennyiségének (elvégre ez egy vékony film) csak 0,6%-a szabadul fel. Egyes elemek a hulladéklerakóban lebomlanak, és kadmium szabadul fel, míg mások, a modernebbek nem. A törvényi szabályozás biztosíthatja, hogy csak az ártalmatlan elemek kerüljenek kidobásra. És jobb lenne egyáltalán nem kidobni, mert értékes tellúrt tartalmaznak.

Sajnos az Fthenakos nem mond semmit a polimer alapú elemekről, amelyek nagy valószínűséggel kiégnek, és nem olvad be kadmium az üvegbe. Megjegyzi azonban, hogy a kadmium használatának betiltása sokkal rosszabb következményekkel járhat: az értékesítési piac elvesztésével a cink-, ólom- és rézgyártók abbahagyják a kadmium hulladékból történő kivonását, és mindent jobban kezdenek szennyezni körülöttük, mint a hulladéklerakókat (emlékezz a kéménybe berepülő kadmium egyharmada). Ezért a kadmium felhasználását ki kell terjeszteni, miközben a termékek ártalmatlanítására vonatkozó intézkedéseket szigorítják.

Külön kérdés merül fel a nanopontokon alapuló eszközökkel kapcsolatban: ezek az anyagok megsemmisítésükkor elkerülhetetlenül szétszórják azokat a nanorészecskéket, amelyek át tudnak mozogni a táplálékláncon. Vannak adatok (" Journal of Hazardous Materials”, 2011, 192, 15, 192–199; doi:10.1016/j.jhazmat.2011.05.003), hogy ugyanakkor nem maradnak változatlanok: azoknak a patkányoknak a májában és veséjében, amelyeknek a hasüregébe kadmium-szelenid nanopontokat fecskendeztek, a szabad kadmium növekedését figyelték meg. . A hatás akkor volt a legkifejezettebb, ha a nanorészecskéket használat előtt ultraibolya fénnyel világították meg (úgy tűnik, ez természetes körülmények között a nanopor esetében is így lesz). Nyilvánvalóan szigorúbb követelményeket kell támasztani a napelemek és egyéb ilyen nanorészecskéken alapuló eszközök ártalmatlanítására, mint a monolit termékek alkalmazásakor.

Miért veszélyes a kadmium? A kérdés sokkal bonyolultabb, mint amilyennek látszik, mivel a kadmium mikroszkopikus mennyiségben kerül a szervezetbe, és nem azonnal hat. Az Észak-Dakotai Egyetem kutatói Soysunwan Satarug vezetésével részletesen írnak erről (“ ”, 2010, 118, 182–190; doi:10.1289/ehp.0901234). Mondjuk újra ezt az értékelést.

Bizonyítottnak tekinthető, hogy az olyan területeken élőknél, ahol a talaj jelentős mennyiségű kadmiumot tartalmaz, és az élelmiszer folyamatosan szennyezett vele, fokozott csontsérüléssel rendelkezik. A japánok ezt a betegséget itai-itai-nak nevezték: a 40-es években jelent meg Toyama prefektúrában, ahol a gazdák egy cinkbányából származó vizet használtak földjeik öntözésére. A rizs kadmiumtartalma olyan magas volt, hogy a napi bevitel napi 600 mikrogramm volt, vagy heti 4200 mikrogramm, vagy személyenként akár 2 gramm is egy életen át. Itt nem nehéz ok-okozati összefüggést azonosítani, ami nem mondható el a kis dózisú kadmium krónikus fogyasztásáról. Mindez egy adott betegség kockázatának százalékos arányától függ. Egyelőre teljesen ismeretlen, hogy milyen dózisú kadmium tekinthető ártalmatlannak. Az Egészségügyi Világszervezet 1989-ben a maximális tolerálható kadmiumbevitelt hetente: 400-500 mcg-ot adta meg, azzal az alappal, hogy 2 g egy életen át sok, ami itai-itaihoz vezet. 1992-ben újraszámolták a normát, ez napi 7 mcg volt súlykilogrammonként. Könnyen belátható, hogy egy 70 kg súlyú személy heti adagja ugyanaz - 490 mcg. A számítás során abból indultak ki, hogy a szervezet a bejutott kadmium 5%-át felveszi, és a már benne lévő fémmennyiség 0,005%-a vizelettel távozik. Egyes orvosok azonban megkérdőjelezik ezt a modellt, rámutatva, hogy találkoztak olyan esetekkel, amikor a szervezet a bejutott kadmium 40%-át szívta fel. Sőt, mérések kimutatták, hogy már napi 1 mcg/kg fogyasztása is 2 mcg kadmium/g kreatinint eredményez a vizeletben, és a kellemetlen hatások már jóval alacsonyabb szinten is jelentkeznek. (Az alacsony koncentrációjú vizelet kadmium és egyéb káros fémek tartalmát általában mikrogramm per gramm kreatininben fejezzük ki – ez az anyag az izomtevékenység során képződik, és folyamatosan kiválasztódik a vizelettel. Az eredményt ilyen egységekben mutatjuk be. nem függ a minta hígításától. Az alábbiakban a „kreatinin" szót elhagyjuk. Nyilvánvalóan a vizeletben lévő kadmium mérése sokkal könnyebb, mint a szervezetbe jutása különböző forrásokból)

Mik ezek a hatások? Az ismertető olvasásakor az a benyomásunk támad, hogy a kadmium öregségi tüneteket okoz. Először is, a vesékben felhalmozódva felgyorsítja a vesetubulusok lebomlását. Egyes adatok szerint, ha naponta 2-4 mcg kadmium ürül a vizelettel, a vese degradáció valószínűsége 10%; mások szerint amikor nem a napi kiválasztást, hanem a vizsgálati mintában lévő koncentrációt mérik, már a 0,67 mcg/g-os kadmiumtartalom is veszélyes a vizeletben. (Ha abból indulunk ki, hogy naponta 1-2 gramm kreatinin ürül a vizelettel, akkor kiderül, hogy a kadmiumkiválasztás veszélyes napi dózisa kb. 1 mcg.) A tubuláris degradáció következtében a vesék A vitaminok, ásványi anyagok és más hasznos anyagok visszajuttatása a szervezetbe gyengül, például a cink és a réz a metallotioneinekhez, kalciumhoz, foszfátokhoz, glükózhoz, aminosavakhoz kötődik. A vizelet kadmiumszintjének kétszeres emelkedése napi 2 mg-mal növeli a kalciumtartalmat. Nem nehéz kitalálni, hogy a kalciumvesztés növeli a csontritkulás kockázatát. Valójában az 50 év feletti nők azon csoportjában, akiknek vizeletében több mint 1 mcg/g kadmium volt, a csontritkulás kockázata 43%-kal magasabb volt, mint azoknál, akiknél kevesebb, mint 0,5 mcg/g. 1 és 2 μg/g közötti kadmiumszint mellett az emelkedett glükózszint és a 2-es típusú cukorbetegség kialakulásának kockázata 1,48, illetve 1,24, szemben az 1 μg/g-nál alacsonyabb szinttel. Egy koreaiak körében végzett felmérés, akiknek egynegyede magas vérnyomásban szenvedett, kimutatta, hogy a magas kadmiumszintű embereknél ennek a betegségnek a kockázata másfélszer nagyobb, mint az alacsony kadmiumszintűeknél. A szívroham kockázata azoknál a nőknél, akiknek vizeletében több mint 0,88 mcg/g kadmium van, 1,8-szor nagyobb, mint azoknál, akiknél kevesebb, mint 0,43 mcg/g. A 0,22-nél kevesebb és 0,48 μg/g-nál nagyobb vizeletben lévő kadmiummal rendelkező férfiak rák miatti halálának valószínűsége 4,3-szoros eltérést mutat. Fennáll a gyanú, hogy a kadmium csökkenti a férfiak termékenységét.

Általánosságban elmondható, hogy Dr. Sataruga és munkatársai munkáiból az következik, hogy a kadmiummal való környezetszennyezés a felelős azért, hogy az életkorral összefüggő betegségek sokkal „fiatalabbak” lettek a 20. század során.

Vannak furcsa adatok is. Így tehát erős kapcsolat volt a vizelet kadmiumtartalma és a nem dohányzó amerikaiak magas vérnyomásának kockázata között, míg a dohányosoknál nem figyeltek meg ilyen összefüggést. Eközben a cigarettakedvelők körében nyilvánvalóan magasabb a kadmiumfogyasztás, ráadásul az amerikaiak vizeletének kadmiumtartalma általában több mint háromszorosa a fent említett koreaiakénak. Az életkorral összefüggő retinadegradációban szenvedő dohányosok vizeletében a kadmium szintje 1,18 μg/g volt, ami majdnem kétszerese a nem dohányzók és az egészséges nemdohányzók arányának. Azok a nemdohányzók, akiknél kifejlődött a betegség azonban éppoly kevés kadmiummal rendelkeztek, mint az egészségesek – ami azt jelenti, hogy nem csak erről van szó. Az ilyen ellentmondásos adatok felvetik a kérdést: lehet, hogy a vizelet megnövekedett kadmiumtartalma nem az okot, hanem a szervezetben zajló szisztémás folyamatok következményeit tükrözi? Végül az áttekintésben említett tanulmányok többsége nem mérte a kadmiumfogyasztást, csak annak kibocsátását.

Hogyan kezeljük a kadmiumot a szervezetben? Kevés tudományos kutatás folyik ebben a témában, és az elvet ugyanabban a munkában jelzik az észak-dakotai kutatók. A kadmium nem tartozik a létfontosságú elemek közé, így a szervezetben nincsenek speciális mechanizmusok a felszívódására – a kadmium a hasonló nehézfémekhez, amelyek kétértékű ionokat képeznek: cink, vas, mangán és kalcium. Ezen elemek bármelyikének hiánya azonnal a kadmium fokozott felszívódásához vezet. Így a vashiány három-négyszeresére növeli a thai nők kadmiumtartalmát. Egy bangladesi nőkön végzett tanulmány ugyanezt találta, de a cink is szerepet játszott. Ebből következik, hogy mennyire fontos a megfelelő mikroelem-egyensúly fenntartása a szervezetben.

Vannak más ötletek is. Például brazilok kimutatták, hogy a koffein jelentősen, több mint kétszeresére csökkenti a kadmiumtartalmat a kísérleti patkányok vérében és szöveteiben, beleértve a reproduktív szöveteket is. Reproduktív toxikológia”, 2013, 35, 137–143; doi:10.1016/j.reprotox.2012.10.009). A kutatók szerint a koffein komplexeket képez a kadmiummal, megakadályozva annak felszívódását. A következtetés önmagát sugallja: helyes az a szokás, hogy koffeint is tartalmazó kávéval vagy teával mossák le az ételt.

Néha paradoxon merül fel: a magas kadmiumtartalmú élelmiszerek nincsenek hatással a szervezetre. Így az osztrigaevőkön 1986-ban végzett tanulmány meglepetést okozott: heti 72 osztriga maximális elfogyasztása mellett 1750 mikrogramm kadmiumot ettek meg, de ez sem a vizeletben, sem a hajban nem mutatkozott meg. Hová tűnt ez a sok kadmium, továbbra is rejtély. Feltételezik, hogy a szelén, amelynek tartalma magas volt azokban az osztrigákban, valamilyen módon megzavarta a kadmium felszívódását, és láthatóan más ehetetlen anyagokkal került ki a belekben. 2008-ban azonban helyreállt az általános irányvonalnak való megfelelés: azon osztrigafarmon dolgozók körében, akik több mint 12 éven keresztül hetente 18 osztrigát ettek, vizeletük kadmiumtartalma az Egyesült Államok átlagához képest 2,5-szeresére nőtt - 0-ra. 76 µg/g.

Vagy talán jobb, ha a kadmiummal például a szervezetbe kerülés előtt foglalkozunk, hogy ne kerüljön a talajba és a levegőbe? A foszforműtrágyák kadmiumtól való megszabadítása aligha lehetséges, a csökkent kadmium emészthetőségű növények termesztése időigényes és költséges, bár a dohány tekintetében folynak próbálkozások, de hiperakkumulátoros növényekkel is meg lehet tisztítani a talajt. kadmium, ez a fekete nadálytő Solanum nigrum, más néven ehető szederbogyó, egy pásztortáskához vagy mustárhoz hasonló francia fajta, a glaucous bogyóhoz vagy az alpesi bogyóhoz ( Thlaspi caerulescens) és kínai sedum Sedum alfredii. Igaz, nem világos, hogy ezeknek a növényeknek a kadmiummal dúsított részeit hova kell tenni – nyilvánvalóan nem alkalmasak a kerti parcelláról nyert komposztra és hamura. Az úgynevezett szilárd bioüzemanyagok - szalma, bozót stb. - ipari elégetése során lehetőség nyílik a káros fémektől való megszabadulásra: el kell választani az azt tartalmazó füst magas hőmérsékletű frakcióit az alacsony hőmérsékletűektől - majd a keletkező hamut biztonságosan vissza lehet vinni a táblára, helyreállítva a termőképességét.

De a legfontosabb dolog, amit meg kell tisztítani, a levegő. A legradikálisabb módszert választották az amerikai és immár az Európai Unió hatóságai – a kibékíthetetlen harcot a dohányzás ellen (“ Környezet-egészségügyi perspektívák”, 2012, 120, 2, 204–209; doi:10.1289/ehp.1104020). Az eredmények egyértelműek: az amerikaiak vizeletének átlagos kadmiumtartalma az 1988-as 0,36 µg/g-ról 2008-ra 0,26 µg/g-ra csökkent. Mivel még az erős dohányosok körében is (az amerikai szabványok szerint ez évi 20 vagy több csomag) 0,71-ről 0,49-re, a nemdohányzóknál pedig 0,26-ról 0,19-re esett, feltételezni kell, hogy a nyilvános helyeken történő dohányzási tilalom jelentősen csökkentette a dohányzást. a másodlagos dohányfüst fogyasztásának hatásai. Tekintettel a kadmium mikrodózisainak ártalmasságára vonatkozó fenti adatokra, úgy tűnik, hogy az ilyen tilalmak a legkönnyebben végrehajtható és igen jelentős hozzájárulás a közegészségügyhöz. Szintén érdemes lenne szigorítani a színesfémkohászati ​​gyárak, kazánházak és autók károsanyag-kibocsátására vonatkozó követelményeket, és ezzel egyidejűleg ügyelni arra, hogy a gumiabroncsos kerekek alól kevésbé káros por szálljon ki.

Kadmium

KADMIUM-ÉN; m.[lat. kadmium a görögből. kadmeia - cinkérc]

1. Vegyi elem (Cd), egy ezüstös-fehér lágy, alakítható fém, amely cinkércekben található (sok alacsony olvadáspontú ötvözet része, az atomiparban használják).

2. Mesterséges sárga festék különböző árnyalatokban.

◁ Kadmium, oh, oh. K-edik ötvözetek. K-sárga(festék).

(lat. Kadmium), a periódusos rendszer II. csoportjába tartozó kémiai elem. A név a görög kadméia - cinkérc szóból származik. Ezüstös fém kékes árnyalattal, puha és olvadó; sűrűsége 8,65 g/cm3, t pl 321,1 °C. Ólom-cink és rézércek feldolgozásával bányászják. Használható kadmiumozásra, nagy teljesítményű akkumulátorokban, atomenergiában (reaktorok vezérlőrudai), valamint pigmentek előállítására. Alacsony olvadáspontú és egyéb ötvözetek része. A kadmium-szulfidok, szelenidek és telluridok félvezető anyagok. Számos kadmiumvegyület mérgező.

KADMIUM (lat. Kadmium), Cd (értsd: „kadmium”), 48-as rendszámú kémiai elem, atomtömege 112,41.
A természetes kadmium nyolc stabil izotópból áll: 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%) és 116 Cd (12,75%). Az elemek periódusos rendszerének IIB csoportjában az 5. periódusban található. Két külső elektronikus réteg konfigurálása 4 s 2 p 6 d 10 5s 2 . Oxidációs állapot +2 (II vegyérték).
Az atom sugara 0,154 nm, a Cd 2+ ioné 0,099 nm. A szekvenciális ionizáció energiái - 8,99, 16,90, 37,48 eV. Elektronegativitás Pauling szerint (cm. PAULING Linus) 1,69.
A felfedezés története
F. Strohmeier német professzor fedezte fel (cm. STROHMEYER Friedrich) 1817-ben. Magdeburgi gyógyszerészek a cink-oxid tanulmányozása közben (cm. CINK (kémiai elem) A ZnO-ról azt gyanították, hogy arzént tartalmaz (cm. ARZÉN). F. Strohmeier barna-barna oxidot izolált a ZnO-ból és hidrogénnel redukált (cm. HIDROGÉN)és ezüstfehér fémet kaptak, amelyet kadmiumnak neveztek (a görög kadmeia - cinkérc szóból).
A természetben lenni
A földkéregben 1,35·10-5 tömegszázalék, a tengerek és óceánok vizében 0,00011 mg/l. Számos nagyon ritka ásvány ismert, például a greenockit GdS, az otavit CdCO 3, a monteponit CdO. A kadmium a polifémes ércekben halmozódik fel: szfaleritben (cm. SZFALERIT)(0,01-5%), galéna (cm. GALENIT)(0,02%), kalkopirit (cm. CHALCOpyRITE)(0,12%), pirit (cm. PIRIT)(0,02%), kifakult ércek (cm. FEKETE ÉRCEK)és stannina (cm. STANNIN)(legfeljebb 0,2%).
Nyugta
A kadmium fő forrásai a cinkgyártás közbenső termékei, az ólom- és rézkohókból származó por. A nyersanyagot tömény kénsavval kezeljük, és oldatban CdSO 4-et kapunk. A Cd-t cinkpor segítségével izoláljuk az oldatból:
CdSO 4 + Zn = ZnSO 4 + Cd
A kapott fémet lúgréteg alatti olvasztással tisztítják, hogy eltávolítsák a cink és ólom szennyeződéseit. A nagy tisztaságú kadmiumot elektrokémiai finomítással, az elektrolit köztes tisztításával vagy zóna olvasztási módszerrel állítják elő (cm. ZÓNA OLVADÁS).
Fizikai és kémiai tulajdonságok
A kadmium egy ezüstös-fehér lágy fém, hatszögletű ráccsal ( A = 0,2979, Val vel= 0,5618 nm). Olvadáspont 321,1 °C, forráspont 766,5 °C, sűrűség 8,65 kg/dm3. Ha meghajlít egy kadmium rudat, halk recsegést hallhat - ez fém mikrokristályok súrlódása egymáshoz. A kadmium standard elektródpotenciálja -0,403 V, a standard potenciálok tartományában (cm. SZABVÁNYOS POTENCIÁLIS) a hidrogén előtt helyezkedik el (cm. HIDROGÉN).
Száraz atmoszférában a kadmium stabil, de párás atmoszférában fokozatosan CdO-oxid filmréteg borítja. Az olvadáspont felett a kadmium ég a levegőben, és barna oxid CdO keletkezik:
2Сd + O 2 = 2CdO
A kadmium gőze vízgőzzel reagálva hidrogént képez:
Cd + H 2 O = CdO + H 2
A kadmium a IIB - Zn csoport szomszédjához képest lassabban reagál savakkal:
Cd + 2HCl = CdCl 2 + H 2
A reakció legkönnyebben salétromsavval megy végbe:
3Cd + 8HNO 3 = 3Cd(NO 3) 2 + 2NO – + 4H 2 O
A kadmium nem lép reakcióba lúgokkal.
Reakciókban enyhe redukálószerként működhet, például koncentrált oldatokban képes az ammónium-nitrátot nitritté NH 4 NO 2 -vé redukálni:
NH 4 NO 3 + Cd = NH 4 NO 2 + CdO
A kadmiumot Cu(II) vagy Fe(III) sók oldatai oxidálják:
Cd + CuCl 2 = Cu + CdCl 2;
2FeCl 3 + Cd = 2FeCl 2 + CdCl 2
Az olvadáspont felett a kadmium reakcióba lép a halogénekkel (cm. HALOGÉN) halogenidek képződésével:
Cd + Cl 2 = CdCl 2
Kénnel (cm. KÉN)és más kalkogének kalkogenideket alkotnak:
Cd + S = CdS
A kadmium nem lép reakcióba hidrogénnel, nitrogénnel, szénnel, szilíciummal és bórral. A Cd 3 N 2 nitridet és a CdH 2 hidridet közvetetten kapják.
Vizes oldatokban a Cd 2+ kadmium ionok 2+ és 2+ vízkomplexeket képeznek.
A Cd(OH)2 kadmium-hidroxidot úgy állítják elő, hogy lúgot adnak a kadmiumsó oldatához:
СdSO 4 + 2NaOH = Na 2 SO 4 + Cd(OH) 2 Ї
A kadmium-hidroxid lúgokban gyakorlatilag nem oldódik, bár a lúgok nagyon tömény oldatában hosszan tartó forralás során 2– hidroxid komplexek képződését figyelték meg. Így amfoter (cm. AMFOTERIKUS) a CdO-oxid és a kadmium-hidroxid Cd(OH) 2 tulajdonságai sokkal kevésbé hangsúlyosak, mint a megfelelő cinkvegyületeké.
A komplexképződés következtében a kadmium-hidroxid Cd(OH) 2 könnyen oldódik ammónia NH 3 vizes oldatában:
Cd(OH)2 + 6NH3 = (OH)2
Alkalmazás
A megtermelt kadmium 40%-át fémek korróziógátló bevonatainak felhordására használják fel. A kadmium 20%-át az akkumulátorokban és a Weston normál cellákban használt kadmium elektródák gyártásához használják fel. A kadmium körülbelül 20%-át szervetlen színezékek, speciális forraszanyagok, félvezető anyagok és foszforok előállításához használják fel. 10% kadmium ékszerek és alacsony olvadáspontú ötvözetek, műanyagok összetevője.
Fiziológiai hatás
A kadmium gőz és vegyületei mérgezőek, a kadmium felhalmozódhat a szervezetben. Az ivóvízben a kadmium megengedett legnagyobb koncentrációja 10 mg/m3. A kadmiumsókkal történő akut mérgezés tünetei a hányás és a görcsök. Az oldható kadmiumvegyületek a vérbe való felszívódásuk után hatással vannak a központi idegrendszerre, a májra és a vesére, és megzavarják a foszfor-kalcium anyagcserét. A krónikus mérgezés vérszegénységhez és csontpusztuláshoz vezet.

enciklopédikus szótár. 2009 .

Nézze meg, mi a "kadmium" más szótárakban:

- (lat. kadmium). Az ónhoz hasonló színben alakítható fém. Az orosz nyelvben szereplő idegen szavak szótára. Chudinov A.N., 1910. KADMIUM lat. kadmium, kadmeia gea-ból, kadmiumföld. Az ónhoz hasonló fém. Magyarázat 25.000 külföldi...... Orosz nyelv idegen szavak szótára

KADMIUM- KADMIUM, Kadmium, vegyszer. elem, szimbólum Cd, atomtömeg 112,41, rendszám 48. A legtöbb cinkércben kis mennyiségben található, és a cinkbányászat során melléktermékként keletkezik; is beszerezhető... Nagy Orvosi Enciklopédia

KADMIUM- lásd KADMIUM (Cd). Számos ipari vállalkozás szennyvizében található, különösen ólom-cink és fémmegmunkáló üzemekben, amelyek galvanikus bevonatot használnak. Foszfát műtrágyákban van jelen. A kénsav vízben oldódik,...... Halbetegségek: útmutató

Kadmium- (Cd) ezüstös-fehér fém. Atomenergiában és galvanizálásban használják, ötvözetek része, nyomdatömbök, forraszanyagok, hegesztőelektródák készítésére, valamint félvezetők gyártására használják; egy alkatrész...... Orosz munkavédelmi enciklopédia

- (kadmium), Cd, a periódusos rendszer II. csoportjába tartozó kémiai elem, 48-as rendszám, 112,41 atomtömeg; fém, olvadáspontja 321,1 °C. A kadmiumot fémek korróziógátló bevonatainak felhordására, elektródák készítésére, pigmentek előállítására használják... ... Modern enciklopédia

- (Cd szimbólum), ezüstfehér fém a periódusos rendszer második csoportjából. Először 1817-ben izolálták. Greenockitban (szulfid formában) található, főként cink és ólom extrakciójának melléktermékeként nyerik. Könnyen hamisítható... Tudományos és műszaki enciklopédikus szótár

Cd (görögül kadmeia cinkérc * a. kadmium; n. Kadmium; f. kadmium; i. kadmio), vegyi anyag. eleme a II. csoport periodikus. Mengyelejev rendszer, at.sci. 48, at. m, 112,41. A természetben 8 stabil izotóp található: 106Cd (1,225%) 108Cd (0,875%),... ... Földtani enciklopédia

Férj. fém (az egyik kémiai alapelv vagy nem bomló elem), amely a cinkércben található. Kadmium, rokon a kadmiummal. Admist, kadmiumot tartalmaz. Dahl magyarázó szótára. AZ ÉS. Dahl. 1863 1866… Dahl magyarázó szótára

Kadmium- (kadmium), Cd, a periódusos rendszer II. csoportjába tartozó kémiai elem, 48-as rendszám, 112,41 atomtömeg; fém, olvadáspontja 321,1 °C. A kadmiumot fémek korróziógátló bevonatainak felhordására, elektródák készítésére, pigmentek előállítására használják... ... Illusztrált enciklopédikus szótár

KADMIUM- chem. elem, szimbólum Cd (lat. Kadmium), at. n. 48, at. m 112,41; ezüstfehér fényes puha fém, sűrűsége 8650 kg/m3, olvadék = 320,9°C. A kadmium egy ritka és nyomelem, mérgező, általában az ércekben található cinkkel együtt, amely... ... Nagy Politechnikai Enciklopédia

- (lat. Kadmium) Cd, a periódusos rendszer II. csoportjába tartozó kémiai elem, 48-as rendszám, 112,41 atomtömeg. A név a görög kadmeia cinkércből származik. Ezüstös fém kékes árnyalattal, puha és olvadó; sűrűsége 8,65 g/cm³,… … Nagy enciklopédikus szótár