Reticolo cristallino di cadmio. Cadmio: fatti e fatti

Il cadmio è un elemento del sottogruppo secondario del secondo gruppo, il quinto periodo della tavola periodica degli elementi chimici di D.I. Mendeleev, con numero atomico 48. È designato con il simbolo Cd (lat. Cadmio). Un metallo di transizione morbido, malleabile e malleabile con un colore bianco-argenteo.

Storia della scoperta del cadmio

Il medico distrettuale Rolov aveva un temperamento duro. Così, nel 1817, ordinò il ritiro dalla vendita di tutti i preparati contenenti ossido di zinco prodotti nella fabbrica di Schenebec di Herman. Dall'aspetto dei preparati sospettava che l'ossido di zinco contenesse arsenico! (L'ossido di zinco è ancora utilizzato per le malattie della pelle; da esso si ricavano unguenti, polveri ed emulsioni.)

Per dimostrare che aveva ragione, un severo auditor sciolse il sospetto ossido in acido e fece passare attraverso questa soluzione acido solfidrico: si formò un precipitato giallo. I solfuri di arsenico sono semplicemente gialli!

Il proprietario della fabbrica iniziò a contestare la decisione di Rolov. Lui stesso era un chimico e, dopo aver analizzato personalmente i campioni dei prodotti, non vi trovò alcun arsenico. Ha riferito i risultati dell'analisi a Rolov e contemporaneamente alle autorità dello stato di Hannover. Le autorità, naturalmente, hanno chiesto che i campioni fossero inviati ad uno dei chimici rispettabili per l'analisi. Fu deciso che il giudice nella controversia tra Rolov e Hermann dovesse essere il professor Friedrich Strohmeyer, che dal 1802 aveva occupato il dipartimento di chimica dell'Università di Gottinga e la carica di ispettore generale di tutte le farmacie di Hannover.

A Strohmeyer è stato inviato non solo l'ossido di zinco, ma anche altri preparati di zinco dalla fabbrica di Herman, incluso ZnCO 3, da cui è stato ottenuto questo ossido. Avendo calcinato il carbonato di zinco, Strohmeyer ottenne un ossido, ma non bianco, come avrebbe dovuto essere, ma giallastro. Il proprietario della fabbrica spiegò la colorazione come un'impurità di ferro, ma Strohmeyer non fu soddisfatto di questa spiegazione. Acquistati altri preparati di zinco, ne effettuò un'analisi completa e, senza troppe difficoltà, isolò l'elemento causa dell'ingiallimento. L'analisi ha detto che non si trattava di arsenico (come sosteneva Rolov), ma nemmeno di ferro (come sosteneva Herman).

Era un metallo nuovo, precedentemente sconosciuto, molto simile nelle proprietà chimiche allo zinco. Solo il suo idrossido, a differenza dello Zn(OH) 2, non era anfotero, ma aveva proprietà basiche pronunciate.

Nella sua forma libera, il nuovo elemento era un metallo bianco, morbido e poco resistente, ricoperto superiormente da una pellicola brunastra di ossido. Strohmeier chiamò questo metallo cadmio, alludendo chiaramente alla sua origine “zinco”: la parola greca καδμεια è stata a lungo utilizzata per designare i minerali di zinco e l’ossido di zinco.

Nel 1818 Strohmeyer pubblicò informazioni dettagliate sul nuovo elemento chimico e quasi immediatamente la sua priorità cominciò a essere invasa. Il primo a parlare fu lo stesso Rolov, che in precedenza credeva che i farmaci della fabbrica di Herman contenessero arsenico. Poco dopo Strohmeyer, un altro chimico tedesco, Kersten, trovò un nuovo elemento nel minerale di zinco della Slesia e lo chiamò mellin (dal latino mellinus - "giallo come una mela cotogna") a causa del colore del precipitato formato dall'azione dell'idrogeno solforato. Ma questo era già il cadmio scoperto da Strohmeier. Successivamente furono proposti altri due nomi per questo elemento: klaprotium - in onore del famoso chimico Martin Klaproth e junonium - dal nome dell'asteroide Giunone scoperto nel 1804. Ma il nome dato all'elemento dal suo scopritore si è comunque affermato. È vero, nella letteratura chimica russa della prima metà del XIX secolo. il cadmio veniva spesso chiamato cadmio.

Il contenuto medio di cadmio nella crosta terrestre è di 130 mg/t. Il cadmio è un oligoelemento raro: si trova come impurità isomorfa in molti minerali e sempre nei minerali di zinco. Si conoscono solo 6 minerali di cadmio. Minerali di cadmio molto rari sono greenockite CdS (77,8% Cd), howliite (lo stesso), otavite CdCO 3, montemponite CdO (87,5% Cd), cadmoselite CdSe (47% Cd), xantocroite CdS (H 2 O) x (77,2% CD). La maggior parte del cadmio è disperso in un gran numero di minerali (più di 50), principalmente nei solfuri di zinco, piombo, rame, ferro, manganese e mercurio.

Sebbene siano noti minerali di cadmio indipendenti - greenocite(CdS), risponderà(CdCO3), monteponite(CdO) e seleniuro(CdSe), non formano depositi propri, ma sono presenti come impurità nello zinco, nel piombo, nel rame e nei minerali polimetallici, che costituiscono la principale fonte di produzione industriale del cadmio. La concentrazione massima si osserva nei minerali di zinco e principalmente nella sfalerite (fino al 5%). Nella maggior parte dei casi, il contenuto di cadmio nella sfalerite non supera lo 0,4 – 0,6%. In altri solfuri, ad esempio nella stanina, il contenuto di cadmio è 0,003 - 0,2%, nella galena 0,005 - 0,02%, nella calcopirite 0,006 - 0,12%; Il cadmio solitamente non viene estratto da questi solfuri.
Il cadmio, tra l'altro, è presente in determinate quantità nell'aria. Secondo dati stranieri, il contenuto di cadmio nell'aria è di 0,1-5,0 ng/m3 nelle zone rurali (1 ng o 1 nanogrammo = 10 -9 grammi), 2 - 15 ng/m3 - nelle città e da 15 a 150 ng/ m3 - nelle aree industriali. Ciò è dovuto, in particolare, al fatto che molti carboni contengono cadmio come impurità e, quando bruciati nelle centrali termoelettriche, entrano nell'atmosfera. In questo caso, una parte significativa si deposita sul terreno. Inoltre, l'uso di fertilizzanti minerali contribuisce ad aumentare il contenuto di cadmio nel terreno, perché Quasi tutti contengono piccole impurità di cadmio.
Il cadmio può accumularsi nelle piante (soprattutto nei funghi) e negli organismi viventi (soprattutto negli organismi acquatici) e può essere “fornito” agli esseri umani lungo la catena alimentare. C'è molto cadmio nel fumo di sigaretta.

In condizioni naturali, il cadmio penetra nelle acque sotterranee a causa della lisciviazione di minerali metallici non ferrosi, nonché a seguito della decomposizione di piante acquatiche e organismi in grado di accumularlo. Negli ultimi decenni, il fattore antropico dell’inquinamento da cadmio delle acque naturali è diventato prevalente. Il cadmio è presente nell'acqua in forma disciolta (solfato di cadmio, cloruro, nitrato di cadmio) e in forma sospesa come parte di complessi organo-minerali. Il contenuto di cadmio nell'acqua è significativamente influenzato dal pH dell'ambiente (in un ambiente alcalino, il cadmio precipita sotto forma di idrossido), nonché dai processi di assorbimento.

L’unico minerale che interessa per ottenere il cadmio è la greenockite, la cosiddetta “blenda di cadmio”. Viene estratto insieme alla fireite durante lo sviluppo dei minerali di zinco. Durante la raffinazione il cadmio viene concentrato nei sottoprodotti del processo, dai quali viene poi recuperato. Attualmente vengono prodotte oltre 10³ tonnellate di cadmio all'anno.

Durante la lavorazione dei minerali polimetallici, esso, un analogo dello zinco, finisce invariabilmente principalmente nel concentrato di zinco. Inoltre il cadmio si riduce ancora più facilmente dello zinco e ha un punto di ebollizione più basso (rispettivamente 767 e 906°C). Pertanto a temperature intorno agli 800°C non è difficile separare zinco e cadmio.

Metallo morbido bianco-argento con reticolo esagonale. Se pieghi una barra di cadmio, puoi sentire un debole crepitio: si tratta di microcristalli di metallo che si sfregano l'uno contro l'altro (anche una barra di stagno si rompe).

Il cadmio è morbido, malleabile e facile da lavorare. Ciò ha anche facilitato e accelerato il suo percorso verso la tecnologia nucleare. Anche l'elevata selettività del cadmio e la sua sensibilità specifica ai neutroni termici furono vantaggiose per i fisici. E in termini di caratteristica operativa principale - la sezione d'urto di cattura dei neutroni termici - il cadmio occupa uno dei primi posti tra tutti gli elementi della tavola periodica - 2400 barn. (Ricordiamo che la sezione d'urto di cattura è la capacità di “assorbire” neutroni, misurata in unità convenzionali di granai.)

Il cadmio naturale è costituito da otto isotopi (con numeri di massa 106, 108, 110, 111, 112, 113, 114 e 116) e la sezione trasversale di cattura è una caratteristica in cui gli isotopi di un elemento possono differire notevolmente. Nella miscela naturale di isotopi di cadmio, il principale "assorbitore di neutroni" è un isotopo con numero di massa 113. La sua sezione trasversale di cattura individuale è enorme: 25mila granai!

Aggiungendo un neutrone, il cadmio-113 si trasforma nell'isotopo più comune (28,86% della miscela naturale) dell'elemento n. 48: cadmio-114. La quota di cadmio-113 è solo del 12,26%. Sfortunatamente, separare otto isotopi di cadmio è molto più difficile che separare due isotopi di boro.

Il reticolo cristallino del Cadmio è esagonale, a = 2,97311 Å, c = 5,60694 Å (a 25 °C); raggio atomico 1,56 Å, raggio ionico di Cd 2+ 1,03 Å. Densità 8,65 g/cm 3 (20 °C), punto di fusione 320,9 °C, punto di ebollizione 767 °C, coefficiente di dilatazione termica 29,8·10 -6 (a 25 °C); conduttività termica (a 0°C) 97,55 W/(m K) o 0,233 cal/(cm sec °C); capacità termica specifica (a 25 °C) 225,02 J/(kg K) o 0,055 cal/(g °C); resistività elettrica (a 20 °C) 7,4·10 -8 ohm·m (7,4·10 -6 ohm·cm); coefficiente di temperatura della resistenza elettrica 4,3·10 -3 (0-100° C). Resistenza alla trazione 64 MN/m2 (6,4 kgf/mm2), allungamento relativo 20%, durezza Brinell 160 MN/m2 (16 kgf/mm2).

Il cadmio si trova nello stesso gruppo della tavola periodica con zinco e mercurio, occupando un posto intermedio tra loro, quindi alcune proprietà chimiche di questi elementi sono simili. Pertanto, i solfuri e gli ossidi di questi elementi sono praticamente insolubili in acqua. Il cadmio non interagisce con il carbonio, il che significa che il cadmio non forma carburi.

In accordo con la configurazione elettronica esterna dell'atomo 4d 10 5s 2, la valenza del Cadmio nei composti è 2. Nell'aria, il Cadmio svanisce, ricoprendosi di un sottile film di ossido di CdO, che protegge il metallo da ulteriore ossidazione. Quando fortemente riscaldato nell'aria, il cadmio brucia trasformandosi in ossido di CdO - una polvere cristallina di colore dal marrone chiaro al marrone scuro, densità 8,15 g/cm 3 ; a 700°C il CdO sublima senza sciogliersi. Il cadmio si combina direttamente con gli alogeni; questi composti sono incolori; CdCl 2 , CdBr 2 e CdI 2 sono molto facilmente solubili in acqua (circa 1 parte di sale anidro in 1 parte di acqua a 20 ° C), CdF 2 è meno solubile (1 parte in 25 parti di acqua). Con lo zolfo, il cadmio forma solfuro CdS dal giallo limone al rosso arancio, insolubile in acqua e acidi diluiti. Il cadmio si dissolve facilmente nell'acido nitrico con il rilascio di ossidi di azoto e la formazione di nitrato, che dà l'idrato Cd(NOa) 2 · 4H 2 O. Dall'acido cloridrico e solforico diluito, il cadmio rilascia lentamente idrogeno e quando le soluzioni sono evaporate, da essi cristallizzano i cloruri idrati 2CdCl 2. 5H 2 O e il solfato 3CdSO 4 ·8H 2 O. Le soluzioni di sali di cadmio hanno una reazione acida dovuta all'idrolisi; da essi precipitano gli alcali caustici, l'idrossido bianco Cd(OH) 2, insolubile in eccesso rispetto al reagente; tuttavia, per azione di soluzioni alcaline concentrate su Cd(OH) 2, si ottenevano idrossicadmiati, ad esempio Na 2. Il catione Cd 2+ forma facilmente ioni complessi con ammoniaca 2+ e con cianuro 2- e 4-. Sono noti numerosi sali basici, doppi e complessi del Cadmio. I composti del cadmio sono velenosi; L'inalazione dei suoi vapori di ossido è particolarmente pericolosa.

Il cadmio ha guadagnato popolarità negli anni '40 del XX secolo. Fu in questo momento che il cadmio si trasformò in un materiale strategico: da esso iniziarono a essere realizzate le barre di controllo e di emergenza dei reattori nucleari.

Inizialmente, il cadmio si è rivelato il materiale principale delle “barre”, principalmente perché assorbe bene i neutroni termici. Tutti i reattori all'inizio dell'“era atomica” (e il primo di essi fu costruito da Enrico Fermi nel 1942) funzionavano con neutroni termici. Solo molti anni dopo divenne chiaro che i reattori a neutroni veloci erano più promettenti sia per l'energia che per la produzione di combustibile nucleare: il plutonio-239. Ma il cadmio è impotente contro i neutroni veloci: non li ferma.

Tuttavia, il ruolo del cadmio nella costruzione del reattore non dovrebbe essere esagerato, perché le proprietà fisiche e chimiche di questo metallo (resistenza, durezza, resistenza al calore - il suo punto di fusione è di soli 321°C) lasciano molto a desiderare. Il cadmio è stato il primo materiale di base. Poi il boro e i suoi composti cominciarono ad assumere un ruolo centrale. Ma il cadmio è più facile da ottenere in grandi quantità.

La produzione di leghe consuma circa un decimo della produzione mondiale di cadmio. Le leghe di cadmio sono utilizzate principalmente come materiali antifrizione e saldature. La nota lega di composizione 99% Cd e 1% Ni viene utilizzata per la produzione di cuscinetti che funzionano in motori automobilistici, aeronautici e marini ad alte temperature. Poiché il cadmio non è sufficientemente resistente agli acidi, compresi gli acidi organici contenuti nei lubrificanti, le leghe per cuscinetti a base di cadmio sono talvolta rivestite di indio.

La legatura del rame con piccole aggiunte di cadmio consente di realizzare fili più resistenti all'usura sulle linee di trasporto elettriche. Il rame con l'aggiunta di cadmio non è quasi diverso in termini di conduttività elettrica dal rame puro, ma è notevolmente superiore in termini di resistenza e durezza.

Una lega di cadmio con oro ha un colore verdastro. Una lega di cadmio con tungsteno, renio e 0,15% di uranio 235, di colore azzurro cielo, è stata ottenuta da scienziati spagnoli nel 1998.

Tutti conoscono la lamiera zincata, ma non tutti sanno che per proteggere il ferro dalla corrosione non si utilizza solo la zincatura, ma anche la cadmiatura. Il rivestimento al cadmio viene ora applicato solo elettroliticamente; i bagni al cianuro sono spesso utilizzati in condizioni industriali. In precedenza, il cadmio veniva utilizzato per immergere il ferro e altri metalli nel cadmio fuso.

Nonostante le proprietà simili del cadmio e dello zinco, il rivestimento di cadmio presenta numerosi vantaggi: è più resistente alla corrosione ed è più facile renderlo uniforme e liscio. Inoltre il cadmio, a differenza dello zinco, è stabile in un ambiente alcalino. L'uso della lamiera cadmiata è abbastanza diffuso; il suo accesso è limitato solo alla produzione di contenitori per alimenti, perché il cadmio è tossico. I rivestimenti al cadmio hanno un'altra caratteristica interessante: nell'atmosfera delle zone rurali hanno una resistenza alla corrosione significativamente maggiore rispetto all'atmosfera delle aree industriali. Un rivestimento di questo tipo fallisce particolarmente rapidamente se il contenuto di anidride solforosa o di anidride solforica nell'aria è elevato.

L'area di applicazione più importante del cadmio è la produzione di fonti di energia chimica. Gli elettrodi di cadmio sono utilizzati nelle batterie e negli accumulatori. Le piastre negative delle batterie al nichel-cadmio sono costituite da maglie di ferro con spugna di cadmio come agente attivo. Le piastre positive sono rivestite con idrossido di nichel. L'elettrolita è una soluzione di idrossido di potassio. Anche le batterie compatte per missili guidati sono realizzate sulla base di cadmio e nichel, solo che in questo caso come base non sono installate ferro, ma reti di nichel.

Le batterie alcaline al nichel-cadmio sono più affidabili delle batterie al piombo. Queste fonti di corrente si distinguono per elevate caratteristiche elettriche, funzionamento stabile e lunga durata. Possono essere caricati in appena un'ora. Tuttavia, le batterie al nichel-cadmio non possono essere ricaricate senza prima essere completamente scariche (in questo senso sono inferiori alle batterie all'idruro metallico).

Circa il 20% del cadmio viene utilizzato per la produzione di elettrodi di cadmio utilizzati nelle batterie (nichel-cadmio e argento-cadmio), nelle normali celle Weston e nelle batterie di riserva (cella al piombo-cadmio, cella al mercurio-cadmio, ecc.

Circa il 20% del cadmio viene utilizzato per la produzione di coloranti inorganici (solfuri e seleniuri, sali misti, ad esempio solfuro di cadmio - cadmio citrico).

• Il cadmio è talvolta utilizzato nella medicina sperimentale.

Il cadmio è utilizzato nella medicina omeopatica.

• Negli ultimi anni il cadmio ha cominciato ad essere utilizzato nella creazione di nuovi nanomedicinali antitumorali. In Russia, all'inizio degli anni '50, furono condotti i primi esperimenti di successo relativi allo sviluppo di farmaci antitumorali a base di composti di cadmio.

• Il solfuro di cadmio viene utilizzato per la produzione di celle solari a film con un'efficienza di circa il 10-16% e anche come ottimo materiale termoelettrico.

• Utilizzato come componente di materiali semiconduttori e fosfori.

• La conduttività termica di un metallo vicino allo zero assoluto è la più alta tra tutti i metalli, motivo per cui il cadmio viene talvolta utilizzato per la tecnologia criogenica.

L'effetto del cadmio sul corpo umano

Il cadmio è uno dei metalli pesanti più tossici e pertanto il SanPiN russo lo classifica nella classe di pericolo 2.

I composti del cadmio sono velenosi. Un caso particolarmente pericoloso è l'inalazione di vapori del suo ossido (CdO). Il cadmio è un veleno cumulativo (può accumularsi nel corpo). Nell'acqua potabile la concentrazione massima consentita per il cadmio è 0,001 mg/dm³

I composti solubili del cadmio, dopo l'assorbimento nel sangue, influenzano il sistema nervoso centrale, il fegato e i reni e interrompono il metabolismo del fosforo-calcio. L'avvelenamento cronico porta all'anemia e alla distruzione delle ossa.

Il cadmio è normalmente presente in piccole quantità nel corpo di una persona sana. Il cadmio si accumula facilmente nelle cellule che si moltiplicano rapidamente (ad esempio nelle cellule tumorali o riproduttive). Si lega al materiale citoplasmatico e nucleare delle cellule e le danneggia. Cambia l’attività di molti ormoni ed enzimi. Ciò è dovuto alla sua capacità di legare gruppi sulfidrilici (-SH).

Nel 1968 apparve un articolo su una nota rivista intitolata “Il cadmio e il cuore”. Si diceva che il dottor Carroll, un funzionario sanitario statunitense, aveva scoperto una relazione tra i livelli di cadmio nell'atmosfera e l'incidenza delle morti per malattie cardiovascolari. Se, ad esempio, nella città A il contenuto di cadmio nell'aria è più alto che nella città B, allora i malati di cuore della città A muoiono prima che se vivessero nella città B. Carroll è giunto a questa conclusione dopo aver analizzato i dati di 28 città.

Secondo USEPA, OMS e Health Canada, l'assunzione giornaliera totale di cadmio nel corpo umano da tutte le fonti è di 10-50 mcg. La fonte principale e più “stabile” è il cibo: in media da 10 a 30-40 mcg di cadmio al giorno. Verdura, frutta, carne animale e pesce contengono solitamente 10-20 mcg di cadmio per chilogrammo di peso. Tuttavia, non esistono regole senza eccezioni. Le colture di cereali coltivate su terreno contaminato da cadmio o irrigate con acqua contenente cadmio possono contenere quantità elevate di cadmio (più di 25 μg/kg).

I fumatori ricevono un significativo "aumento" del cadmio. Una sigaretta contiene 1 mcg (e talvolta di più, fino a 2 mcg) di cadmio. Consideriamo quindi questo: una persona che fuma un pacchetto di sigarette al giorno espone il proprio corpo a un'esposizione aggiuntiva ad almeno 20 mcg di cadmio, che, per riferimento, non viene trattenuto nemmeno da un filtro a carbone.
Va anche notato che il cadmio viene assorbito più facilmente dall'organismo attraverso i polmoni, fino al 10-20%. Quelli. da un pacchetto di sigarette verranno assorbiti 2 - 4 mcg di cadmio. Quando somministrato attraverso il tratto gastrointestinale, la percentuale di digeribilità è solo del 4-7% (0,2 - 5 mcg di cadmio al giorno in cifre assolute). Pertanto, un fumatore aumenta il "carico" di cadmio sul suo corpo di almeno 1,5-2 volte, il che è irto di conseguenze negative per la salute.

Mercato mondiale del cadmio

Ogni anno vengono prodotte circa 20mila tonnellate di cadmio. Il volume della sua produzione è in gran parte legato alla scala della produzione di zinco.

Circa l'82% della fornitura mondiale di cadmio raffinato proviene da alimentatori al nichel-cadmio, ma dopo le restrizioni sulla loro produzione in Europa un terzo del consumo di cadmio ne risentirà. Come risultato dell’aumento della produzione di zinco in Europa e della diminuzione dell’uso di cadmio, potrebbe essere disponibile cadmio “libero”, molto spesso sotto forma di rifiuti solidi, ma la produzione di batterie al nichel-cadmio sta crescendo in Asia, la produzione si sta spostando in Asia e Di conseguenza, la domanda di cadmio è in crescita nella regione asiatica. Per ora, ciò manterrà il consumo globale di cadmio al livello attuale. Nel 2007, i prezzi del cadmio, a partire da 4,18 dollari al kg, sono saliti a 13 dollari al kg, ma alla fine dell’anno ammontavano a 7 dollari al kg.

Nel 2010, la sudcoreana Young Poong Corp. ha aumentato la produzione di cadmio del 75%, a 1.400 tonnellate all'anno, e prevede di lanciare presto nuove capacità, ha detto un funzionario dell'azienda.

La maggior parte del cadmio prodotto nel mondo viene utilizzato per rivestimenti elettrici e per la preparazione di leghe. Il cadmio come rivestimento protettivo presenta vantaggi significativi rispetto allo zinco e al nichel, poiché è più resistente alla corrosione in uno strato sottile; il cadmio è strettamente legato alla superficie di un prodotto metallico e non lo lascia quando viene danneggiato.

Fino a poco tempo fa, i rivestimenti al cadmio avevano una “malattia” che si faceva sentire di tanto in tanto. Il fatto è che quando il cadmio viene applicato elettroliticamente su una parte in acciaio, l'idrogeno contenuto nell'elettrolita può penetrare nel metallo. Questo ospite molto sgradito provoca una pericolosa "malattia" negli acciai ad alta resistenza: l'infragilimento da idrogeno, che porta alla distruzione inaspettata del metallo sotto carico. Si è scoperto che, da un lato, la placcatura al cadmio proteggeva in modo affidabile la parte dalla corrosione e, dall'altro, creava la minaccia di un guasto prematuro della parte. Questo è il motivo per cui i progettisti sono stati spesso costretti a rifiutare i “servizi” del cadmio.

Gli scienziati dell'Istituto di Chimica Fisica dell'Accademia delle Scienze dell'URSS sono riusciti a eliminare questa "malattia" dei rivestimenti di cadmio. Il titanio ha agito come una medicina. Si è scoperto che se nello strato di cadmio è presente solo un atomo di titanio per mille dei suoi atomi, la parte in acciaio è protetta dall'infragilimento da idrogeno, poiché il titanio assorbe tutto l'idrogeno dall'acciaio durante il processo di rivestimento.

Il cadmio è utilizzato anche dai criminologi inglesi: con l'aiuto di un sottile strato di questo metallo spruzzato sulla superficie da esaminare, è possibile individuare rapidamente impronte digitali chiare.

Il cadmio viene utilizzato anche nella produzione di batterie al cadmio-nichel. Il ruolo dell'elettrodo negativo in essi è svolto da griglie di ferro con cadmio spugnoso e le piastre positive sono rivestite con ossido di nichel; L'elettrolita è una soluzione di idrossido di potassio. Tali fonti di corrente si distinguono per elevate caratteristiche elettriche, alta affidabilità, lunga durata e la loro ricarica richiede solo 15 minuti.

La proprietà del cadmio di assorbire i neutroni ha portato ad un'altra area di applicazione del cadmio: nell'energia nucleare.

Proprio come un’auto non può funzionare senza freni, un reattore non può funzionare senza barre di controllo che aumentino o diminuiscano il flusso di neutroni.

Ogni reattore è inoltre dotato di un'enorme barra di emergenza, che entra in azione se le barre di controllo per qualche motivo non riescono a far fronte ai loro compiti.

Un caso istruttivo si è verificato in una centrale nucleare in California. A causa di alcuni problemi di progettazione, l'asta di emergenza non è stata immersa tempestivamente nella caldaia: la reazione a catena è diventata incontrollabile e si è verificato un grave incidente. Un reattore con neutroni furiosi rappresentava un enorme pericolo per la popolazione circostante. Abbiamo dovuto evacuare urgentemente le persone dalla zona di pericolo prima che il “fuoco” nucleare si spegnesse. Fortunatamente non ci furono vittime, ma le perdite furono molto ingenti e il reattore rimase fuori servizio per qualche tempo.

Il requisito principale per il materiale delle barre di controllo e di emergenza è la capacità di assorbire i neutroni, e il cadmio è uno dei “più grandi specialisti” in questo campo. Con una sola avvertenza: se parliamo di neutroni termici, la cui energia è molto bassa (si misura in centesimi di elettronvolt). Nei primi anni dell'era atomica, i reattori nucleari funzionavano proprio con neutroni termici, e il cadmio fu a lungo considerato il “primo violino” tra i materiali delle barre. Successivamente, però, dovette cedere il ruolo di protagonista al boro e ai suoi composti. Ma per il cadmio, i fisici nucleari stanno trovando sempre più nuove aree di attività: ad esempio, utilizzando una piastra di cadmio installata sul percorso di un fascio di neutroni, ne studiano lo spettro energetico, determinano quanto è omogeneo, qual è la percentuale di energia termica neutroni in esso.

Di particolare interesse per gli scienziati è stata la crescita in assenza di gravità di un cristallo MRT, che è una soluzione solida di tellururi di cadmio e mercurio. Questo materiale semiconduttore è indispensabile per la produzione di termocamere: dispositivi a infrarossi altamente precisi utilizzati in medicina, geologia, astronomia, elettronica, ingegneria radiofonica e in molti altri importanti campi della scienza e della tecnologia. È estremamente difficile ottenere questo composto in condizioni terrestri: i suoi componenti, a causa della grande differenza di densità, si comportano come gli eroi della famosa favola di I. A. Krylov: un cigno, un gambero e un luccio, e di conseguenza, invece di una lega omogenea si ottiene una “torta” a strati. Per ottenere un minuscolo cristallo MCT, è necessario far crescere un grande cristallo e ritagliare da esso la lastra più sottile dello strato limite, e tutto il resto va sprecato. Non può essere altrimenti: dopo tutto, la purezza e l'omogeneità di un cristallo MCT sono stimate in centomilionesimi di punto percentuale. Non c’è da stupirsi che sul mercato mondiale un grammo di questi cristalli costi “solo” ottomila dollari.

La migliore vernice gialla è una combinazione di cadmio e zolfo. Per produrre questa vernice vengono utilizzate grandi quantità di cadmio.

CONCLUSIONE

Le molteplici attività del cadmio presentano anche lati negativi. Diversi anni fa, uno dei funzionari sanitari statunitensi ha scoperto che esiste un legame diretto tra la mortalità per malattie cardiovascolari e. contenuto di cadmio nell'atmosfera. Questa conclusione è stata fatta dopo un sondaggio approfondito condotto sui residenti di 28 città americane. In quattro di esse - Chicago, New York, Filadelfia e Indianapolis - il contenuto di cadmio nell'aria era significativamente più alto che in altre città; Anche qui la percentuale di decessi dovuti a malattie cardiache è stata più elevata.

Mentre medici e biologi stabiliscono se il cadmio è dannoso e cercano modi per ridurne il contenuto nell'ambiente, i rappresentanti della tecnologia stanno adottando tutte le misure per aumentarne la produzione. Se durante tutta la seconda metà del secolo scorso furono estratte solo 160 tonnellate di cadmio, alla fine degli anni '20 del nostro secolo la sua produzione annua nei paesi capitalisti era già di circa 700 tonnellate, e negli anni '50 raggiunse le 7000 tonnellate (dopo tutto, è stato durante questo periodo che da allora il cadmio ha acquisito lo status di materiale strategico destinato alla fabbricazione di barre di reattori nucleari). E nel 21° secolo, l'uso del cadmio non farà che aumentare, grazie alle sue proprietà insostituibili.

RIFERIMENTI

1) Dzliev I.I. Metallurgia del cadmio. M.: Metallurgizdat, 1962.

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

3) Krestovnikov A.N. Karetnikova V.P. Metalli rari. M.: Tsvetmetizdat, 1966.

4) Lebedev B.N. Kuznetsova V.A. Metalli non ferrosi. M.: Nauka, 1976.

5) Lyubchenko V.A. Metalli non ferrosi. M.: Nauka, 1963.

6) Maksimova G.V. Cadmio // Giornale di chimica inorganica, n. 3, 1959, S-98.

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

8) Peysakhov I.L. Metalli non ferrosi. M.: Nauka, 1950.

9) Aliante V.I. Cadmio come preventivo della corrosione. M.: Tsvetmetizdat, 1952.

Il contenuto dell'articolo

CADMIO(Cadmio) Il Cd è un elemento chimico del Gruppo II della tavola periodica. Numero atomico 48, massa atomica relativa 112,41. Il cadmio naturale è costituito da otto isotopi stabili: 106 Cd (1,22%), 108 Cd (0,88%), 110 Cd (12,39%), 111 Cd (12,75%), 112 Cd (24,07%), 113 Cd (12,26%), 114 Cd (28,85%) e 116 Cd (7,58%). Stato di ossidazione +2, raramente +1.

Il cadmio fu scoperto nel 1817 dal chimico tedesco Friedrich Stromeyer Friedrich (1776–1835).

Durante il controllo dell'ossido di zinco prodotto da una delle fabbriche di Schenebec, è emerso il sospetto che contenesse una miscela di arsenico. Quando il farmaco fu sciolto in acido e si fece passare l'idrogeno solforato nella soluzione, si formò un precipitato giallo simile ai solfuri di arsenico, ma un controllo più approfondito mostrò che questo elemento non era presente. Per la conclusione finale, un campione di ossido di zinco sospetto e altri preparati di zinco (compreso il carbonato di zinco) provenienti dalla stessa fabbrica furono inviati a Friedrich Strohmeyer, che dal 1802 occupò la cattedra di chimica all'Università di Göttingen e la carica di ispettore generale dell'Università di Göttingen. Farmacie Hannover.

Avendo calcinato il carbonato di zinco, Strohmeyer ottenne un ossido, ma non bianco, come avrebbe dovuto essere, ma giallastro. Pensò che il colore fosse causato da una mescolanza di ferro, ma si scoprì che il ferro non c'era. Strohmeyer analizzò completamente i preparati di zinco e scoprì che il colore giallo appariva a causa di un nuovo elemento. Prende il nome dal minerale di zinco in cui è stato trovato: la parola greca kadmeia, "terra di cadmio" è l'antico nome della smithsonite ZnCO 3 . Questa parola, secondo la leggenda, deriva dal nome del fenicio Cadmo, che presumibilmente fu il primo a trovare la pietra di zinco e a notare la sua capacità di conferire al rame (quando fuso dal minerale) un colore dorato. Lo stesso nome fu dato all'eroe dell'antica mitologia greca: secondo una leggenda, Cadmo sconfisse il Drago in un difficile duello e sulle sue terre costruì la fortezza di Cadmea, attorno alla quale poi crebbe la città di Tebe a sette porte.

Prevalenza del cadmio in natura e sua estrazione industriale.

Il contenuto di cadmio nella crosta terrestre è pari all'1,6·10–5%. È vicino in abbondanza all'antimonio (2,10–5%) e due volte più comune del mercurio (8,10–6%). Il cadmio è caratterizzato dalla migrazione nelle calde acque sotterranee insieme allo zinco e ad altri elementi chimici soggetti alla formazione di solfuri naturali. Si concentra nei sedimenti idrotermali. Le rocce vulcaniche contengono fino a 0,2 mg di cadmio per kg; tra le rocce sedimentarie, le argille sono le più ricche di cadmio - fino a 0,3 mg/kg, e in misura minore - calcari e arenarie (circa 0,03 mg/kg). Il contenuto medio di cadmio nel suolo è di 0,06 mg/kg.

Il cadmio ha i suoi minerali: greenockite CdS, otavite CdCO 3, monteponite CdO. Tuttavia, non costituiscono depositi propri. L'unica fonte di cadmio industrialmente significativa sono i minerali di zinco, dove si trova in concentrazioni dello 0,01–5%. Il cadmio si accumula anche nella galena (fino allo 0,02%), nella calcopirite (fino allo 0,12%), nella pirite (fino allo 0,02%), nella stanite (fino allo 0,2%). Le risorse mondiali totali di cadmio sono stimate in 20 milioni di tonnellate, quelle industriali in 600mila tonnellate.

Caratteristiche di una sostanza semplice e produzione industriale del cadmio metallico.

Il cadmio è un solido argenteo con una lucentezza bluastra su una superficie fresca, un metallo morbido, malleabile, malleabile, facilmente arrotolabile in fogli e facile da lucidare. Come lo stagno, i bastoncini di cadmio emettono un suono schioccante quando vengono piegati. Fonde a 321,1° C, bolle a 766,5° C, la densità è 8,65 g/cm 3, che gli permette di essere classificato come metallo pesante.

Il cadmio è stabile nell'aria secca. Nell'aria umida svanisce rapidamente e, se riscaldato, interagisce facilmente con ossigeno, zolfo, fosforo e alogeni. Il cadmio non reagisce con idrogeno, azoto, carbonio, silicio e boro.

Il vapore di cadmio interagisce con il vapore acqueo per rilasciare idrogeno. Gli acidi dissolvono il cadmio per formare sali di questo metallo. Il cadmio riduce il nitrato di ammonio in soluzioni concentrate a nitrito di ammonio. Viene ossidato in soluzione acquosa dai cationi di alcuni metalli, come il rame (II) e il ferro (III). A differenza dello zinco, il cadmio non interagisce con le soluzioni alcaline.

Le principali fonti di cadmio sono i prodotti intermedi della produzione di zinco. I precipitati metallici ottenuti dopo la purificazione delle soluzioni di solfato di zinco mediante l'azione della polvere di zinco contengono il 2–12% di cadmio. Le frazioni formate durante la produzione di distillazione dello zinco contengono lo 0,7–1,1% di cadmio e le frazioni ottenute durante la purificazione di rettifica dello zinco contengono fino al 40% di cadmio. Il cadmio viene estratto anche dalle polveri delle fonderie di piombo e rame (può contenere rispettivamente fino al 5% e allo 0,5% di cadmio). La polvere viene solitamente trattata con acido solforico concentrato e quindi il solfato di cadmio viene lisciviato con acqua.

La spugna di cadmio viene precipitata da soluzioni di solfato di cadmio mediante l'azione della polvere di zinco, quindi viene sciolta in acido solforico e la soluzione viene purificata dalle impurità mediante l'azione dell'ossido di zinco o del carbonato di sodio, nonché mediante metodi di scambio ionico. Il cadmio metallico viene isolato mediante elettrolisi su catodi di alluminio o mediante riduzione con zinco.

Per rimuovere zinco e piombo, il cadmio metallico viene fuso sotto uno strato di alcali. La fusione viene trattata con alluminio per rimuovere il nichel e cloruro di ammonio per rimuovere il tallio. Utilizzando ulteriori metodi di purificazione, è possibile ottenere cadmio con un contenuto di impurità del 10–5% in peso.

Ogni anno vengono prodotte circa 20mila tonnellate di cadmio. Il volume della sua produzione è in gran parte legato alla scala della produzione di zinco.

L'area di applicazione più importante del cadmio è la produzione di fonti di energia chimica. Gli elettrodi di cadmio sono utilizzati nelle batterie e negli accumulatori. Le piastre negative delle batterie al nichel-cadmio sono costituite da maglie di ferro con spugna di cadmio come agente attivo. Le piastre positive sono rivestite con idrossido di nichel. L'elettrolita è una soluzione di idrossido di potassio. Anche le batterie compatte per missili guidati sono realizzate sulla base di cadmio e nichel, solo che in questo caso come base non sono installate ferro, ma reti di nichel.

I processi che si verificano in una batteria alcalina al nichel-cadmio possono essere descritti dall'equazione generale:

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

Le batterie alcaline al nichel-cadmio sono più affidabili delle batterie al piombo. Queste fonti di corrente si distinguono per elevate caratteristiche elettriche, funzionamento stabile e lunga durata. Possono essere caricati in appena un'ora. Tuttavia, le batterie al nichel-cadmio non possono essere ricaricate senza prima essere completamente scariche (in questo senso sono inferiori alle batterie all'idruro metallico).

Il cadmio è ampiamente utilizzato per applicare rivestimenti anticorrosivi sui metalli, soprattutto quando entrano in contatto con l'acqua di mare. Le parti più importanti di navi, aerei e vari prodotti destinati al funzionamento in climi tropicali sono placcate cadmio. In precedenza, il ferro e altri metalli venivano rivestiti di cadmio immergendo i prodotti nel cadmio fuso; ora il rivestimento di cadmio viene applicato elettroliticamente.

I rivestimenti al cadmio presentano alcuni vantaggi rispetto ai rivestimenti allo zinco: sono più resistenti alla corrosione e sono più facili da rendere uniformi e lisci. L'elevata duttilità di tali rivestimenti garantisce la tenuta delle connessioni filettate. Inoltre il cadmio, a differenza dello zinco, è stabile in un ambiente alcalino.

Tuttavia, la placcatura al cadmio presenta i suoi problemi. Quando il cadmio viene applicato elettroliticamente su una parte in acciaio, l'idrogeno contenuto nell'elettrolita può penetrare nel metallo. Provoca il cosiddetto infragilimento da idrogeno negli acciai ad alta resistenza, portando al cedimento inaspettato del metallo sotto carico. Per prevenire questo fenomeno, nei rivestimenti al cadmio viene introdotto un additivo al titanio.

Inoltre, il cadmio è tossico. Pertanto, sebbene lo stagno cadmio sia ampiamente utilizzato, è vietato utilizzarlo per la fabbricazione di utensili da cucina e contenitori per alimenti.

Circa un decimo della produzione mondiale di cadmio viene speso nella produzione di leghe. Le leghe di cadmio sono utilizzate principalmente come materiali antifrizione e saldature. La lega, contenente il 99% di cadmio e l'1% di nichel, viene utilizzata per la produzione di cuscinetti che funzionano in motori automobilistici, aeronautici e marini ad alte temperature. Poiché il cadmio non è sufficientemente resistente agli acidi, compresi gli acidi organici contenuti nei lubrificanti, le leghe per cuscinetti a base di cadmio sono talvolta rivestite di indio.

La legatura del rame con piccole aggiunte di cadmio consente di rendere i cavi delle linee di trasporto elettriche più resistenti all'usura. Il rame con l'aggiunta di cadmio non è quasi diverso dal rame puro in termini di conduttività elettrica, ma è notevolmente superiore in termini di resistenza e durezza.

Il cadmio è incluso nel metallo di Wood, una lega a basso punto di fusione contenente 50% bismuto, 25% piombo, 12,5% stagno, 12,5% cadmio. La lega di Wood può essere sciolta in acqua bollente. È curioso che le prime lettere di i componenti della lega di Wood formano l'abbreviazione VOSK. Fu inventata nel 1860 dal non molto famoso ingegnere inglese B. Wood. Questa invenzione viene spesso erroneamente attribuita al suo omonimo, il famoso fisico americano Robert Williams Wood, nato a soli otto anni Le leghe di cadmio a basso punto di fusione vengono utilizzate come materiale per la produzione di getti sottili e complessi, nei sistemi automatici di protezione antincendio, per la saldatura del vetro sul metallo.Le saldature contenenti cadmio sono abbastanza resistenti alle fluttuazioni di temperatura.

Un forte aumento della domanda di cadmio iniziò negli anni '40 e fu associato all'uso del cadmio nell'industria nucleare: si scoprì che assorbe neutroni e da esso iniziarono a essere realizzate barre di controllo e di emergenza dei reattori nucleari. La capacità del cadmio di assorbire neutroni di energie strettamente definite viene utilizzata nello studio degli spettri energetici dei fasci di neutroni.

Composti del cadmio.

Il cadmio forma composti binari, sali e numerosi composti complessi, compresi quelli organometallici. Nelle soluzioni le molecole di molti sali, in particolare degli alogenuri, sono associate. Le soluzioni hanno un ambiente leggermente acido a causa dell'idrolisi. Quando esposti a soluzioni alcaline, a partire da pH 7–8, i sali basici precipitano.

Ossido di cadmio Il CdO si ottiene facendo reagire sostanze semplici o calcinando idrossido o carbonato di cadmio. A seconda della “storia termica” può essere giallo-verdastro, bruno, rosso o quasi nero. Ciò è in parte dovuto alla dimensione delle particelle, ma è in gran parte il risultato di difetti reticolari. Al di sopra dei 900° C l'ossido di cadmio è volatile, a 1570° C sublima completamente. Ha proprietà di semiconduttore.

L'ossido di cadmio è facilmente solubile negli acidi e scarsamente solubile negli alcali, facilmente ridotto dall'idrogeno (a 900° C), dal monossido di carbonio (sopra i 350° C) e dal carbonio (sopra i 500° C).

L'ossido di cadmio viene utilizzato come materiale per gli elettrodi. È compreso negli oli lubrificanti e nei lotti per la produzione di vetri speciali. L'ossido di cadmio catalizza una serie di reazioni di idrogenazione e deidrogenazione.

Idrossido di cadmio Il Cd(OH) 2 precipita come un precipitato bianco da soluzioni acquose di sali di cadmio(II) quando vengono aggiunti alcali. Se esposto a soluzioni alcaline molto concentrate, si trasforma in idroxocadmates, come Na 2. L'idrossido di cadmio reagisce con l'ammoniaca per formare complessi solubili:

Cd(OH)2 + 6NH3H2O ​​= (OH)2 + 6H2O

Inoltre, l'idrossido di cadmio entra in soluzione sotto l'influenza dei cianuri degli elementi alcalini. Sopra i 170°C si decompone in ossido di cadmio. L'interazione dell'idrossido di cadmio con il perossido di idrogeno in una soluzione acquosa porta alla formazione di perossidi di varie composizioni.

L'idrossido di cadmio viene utilizzato per ottenere altri composti di cadmio e anche come reagente analitico. Fa parte degli elettrodi di cadmio nelle fonti attuali. Inoltre, l'idrossido di cadmio viene utilizzato nei vetri decorativi e negli smalti.

Fluoruro di cadmio CdF 2 è poco solubile in acqua (4,06% in peso a 20° C), insolubile in etanolo. Può essere ottenuto mediante l'azione del fluoro su un metallo o dell'acido fluoridrico sul carbonato di cadmio.

Il fluoruro di cadmio viene utilizzato come materiale ottico. È un componente di alcuni vetri e fosfori, nonché di elettroliti solidi nelle fonti di corrente chimica.

Cloruro di cadmio CdCl 2 è altamente solubile in acqua (53,2% in peso a 20° C). La sua natura covalente determina il suo punto di fusione relativamente basso (568,5° C), così come la sua solubilità in etanolo (1,5% a 25° C).

Il cloruro di cadmio si ottiene facendo reagire il cadmio con acido cloridrico concentrato o clorurando il metallo a 500° C.

Il cloruro di cadmio è un componente degli elettroliti nelle celle galvaniche al cadmio e degli assorbenti nella gascromatografia. Fa parte di alcune soluzioni in fotografia, catalizzatori nella sintesi organica e flussi per la crescita di cristalli semiconduttori. Viene utilizzato come mordente nella tintura e nella stampa dei tessuti. I composti organocadmio sono ottenuti dal cloruro di cadmio.

Bromuro di cadmio CdBr 2 forma cristalli squamosi con una lucentezza perlescente. È molto igroscopico, altamente solubile in acqua (52,9% in peso a 25°C), metanolo (13,9% in peso a 20°C), etanolo (23,3% in peso a 20°C).

Il bromuro di cadmio si ottiene mediante bromurazione del metallo o mediante l'azione dell'acido bromidrico sul carbonato di cadmio.

Il bromuro di cadmio funge da catalizzatore nella sintesi organica, è uno stabilizzatore di emulsioni fotografiche e un componente di composizioni vibranti in fotografia.

Ioduro di cadmio CdI 2 forma cristalli lucenti a forma di foglia, hanno una struttura cristallina a strati (bidimensionale). Sono noti fino a 200 politipi di ioduro di cadmio, che differiscono nella sequenza degli strati con impaccamento stretto esagonale e cubico.

A differenza di altri alogeni, lo ioduro di cadmio non è igroscopico. È altamente solubile in acqua (46,4% in peso a 25°C). Lo ioduro di cadmio si ottiene iodurando il metallo mediante riscaldamento o in presenza di acqua, nonché mediante l'azione dell'ioduro di idrogeno sul carbonato o ossido di cadmio.

Lo ioduro di cadmio funge da catalizzatore nella sintesi organica. È un componente di composizioni pirotecniche e lubrificanti.

Solfuro di cadmio Il CdS è stato probabilmente il primo composto di questo elemento a cui l'industria si è interessata. Forma cristalli dal giallo limone al rosso arancio. Il solfuro di cadmio ha proprietà semiconduttrici.

Questo composto è praticamente insolubile in acqua. È inoltre resistente alle soluzioni alcaline e alla maggior parte degli acidi.

Il solfuro di cadmio si ottiene dall'interazione di vapori di cadmio e zolfo, dalla precipitazione da soluzioni sotto l'influenza di idrogeno solforato o solfuro di sodio e dalle reazioni tra cadmio e composti organosolforati.

Il solfuro di cadmio è un importante colorante minerale, precedentemente chiamato giallo di cadmio.

Nel settore della verniciatura, il giallo cadmio iniziò successivamente ad essere utilizzato più ampiamente. In particolare le autovetture venivano verniciate con questo prodotto perché, tra gli altri vantaggi, questa vernice resisteva bene al fumo delle locomotive. Il solfuro di cadmio veniva utilizzato anche come colorante nella produzione tessile e di sapone. Corrispondenti dispersioni colloidali sono state utilizzate per ottenere vetri trasparenti colorati.

Negli ultimi anni, il solfuro di cadmio puro è stato sostituito da pigmenti più economici: cadmopone e litopone zinco-cadmio. Il cadmopon è una miscela di solfuro di cadmio e solfato di bario. Si ottiene mescolando due sali solubili: solfato di cadmio e solfuro di bario. Di conseguenza, si forma un precipitato contenente due sali insolubili:

CdSO4 + BaS = CdSI + BaSO4Ї

Il litopone zinco-cadmio contiene anche solfuro di zinco. Quando si prepara questo colorante, tre sali precipitano contemporaneamente. Il lithopone è di colore crema o avorio.

Con l'aggiunta di seleniuro di cadmio, solfuro di zinco, solfuro di mercurio e altri composti, il solfuro di cadmio produce pigmenti termicamente stabili con colori brillanti che vanno dal giallo pallido al rosso scuro.

Il solfuro di cadmio conferisce alla fiamma un colore blu. Questa proprietà è utilizzata in pirotecnica.

Inoltre, il solfuro di cadmio viene utilizzato come mezzo attivo nei laser a semiconduttore. Può essere utilizzato come materiale per la produzione di fotocellule, celle solari, fotodiodi, LED e fosfori.

Seleniuro di cadmio Il CdSe forma cristalli rosso scuro. È insolubile in acqua e si decompone con acido cloridrico, nitrico e solforico. Il seleniuro di cadmio si ottiene fondendo sostanze semplici o da cadmio e selenio gassosi, nonché mediante precipitazione da una soluzione di solfato di cadmio sotto l'azione dell'idrogeno seleniuro, la reazione del solfuro di cadmio con acido selenico e l'interazione tra cadmio e composti organoselenici .

Il seleniuro di cadmio è un fosforo. Serve come mezzo attivo nei laser a semiconduttore ed è un materiale per la produzione di fotoresistori, fotodiodi e celle solari.

Il seleniuro di cadmio è un pigmento per smalti, smalti e vernici artistiche. Il vetro rubino è colorato con seleniuro di cadmio. È stato questo, e non l'ossido di cromo, come nel rubino stesso, a rendere rosse rubino le stelle del Cremlino di Mosca.

Tellururo di cadmio Il CdTe può variare di colore dal grigio scuro al marrone scuro. Non è solubile in acqua, ma viene decomposto da acidi concentrati. È prodotto dall'interazione di cadmio liquido o gassoso e tellurio.

Il tellururo di cadmio, che ha proprietà semiconduttrici, viene utilizzato come rilevatore di raggi X e radiazioni gamma, mentre il tellururo di mercurio-cadmio ha trovato ampia applicazione (soprattutto per scopi militari) nei rilevatori IR per l'imaging termico.

Quando la stechiometria viene violata o vengono introdotte impurità (ad esempio atomi di rame e cloro), il tellururo di cadmio acquisisce proprietà fotosensibili. Viene utilizzato in elettrofotografia.

Composti di organocadmio CdR 2 e CdRX (R = CH 3, C 2 H 5, C 6 H 5 e altri radicali idrocarburici, X - alogeni, OR, SR, ecc.) sono solitamente ottenuti dai corrispondenti reagenti di Grignard. Sono meno stabili termicamente rispetto ai loro omologhi in zinco, ma sono generalmente meno reattivi (solitamente non infiammabili nell'aria). La loro applicazione più importante è la produzione di chetoni da cloruri acidi.

Ruolo biologico del cadmio.

Il cadmio si trova negli organismi di quasi tutti gli animali (negli animali terrestri è circa 0,5 mg per 1 kg di massa, negli animali marini è compreso tra 0,15 e 3 mg/kg). Allo stesso tempo, è considerato uno dei metalli pesanti più tossici.

Il cadmio si concentra nell'organismo principalmente nei reni e nel fegato, mentre il contenuto di cadmio nell'organismo aumenta con l'età. Si accumula sotto forma di complessi con proteine ​​che partecipano ai processi enzimatici. Entrando nel corpo dall'esterno, il cadmio ha un effetto inibitorio su una serie di enzimi, distruggendoli. La sua azione si basa sul legame del gruppo –SH dei residui di cisteina nelle proteine ​​e sull’inibizione degli enzimi SH. Può anche inibire l'azione degli enzimi contenenti zinco soppiantando lo zinco. A causa della vicinanza dei raggi ionici del calcio e del cadmio, può sostituire il calcio nel tessuto osseo.

Le persone vengono avvelenate dal cadmio bevendo acqua contaminata da rifiuti contenenti cadmio, nonché verdure e cereali che crescono su terreni situati vicino a raffinerie di petrolio e impianti metallurgici. I funghi hanno una capacità speciale di accumulare cadmio. Secondo alcuni rapporti, il contenuto di cadmio nei funghi può raggiungere unità, decine e persino 100 o più milligrammi per kg del proprio peso. I composti del cadmio sono tra le sostanze nocive presenti nel fumo di tabacco (una sigaretta contiene 1–2 mcg di cadmio).

Un classico esempio di avvelenamento cronico da cadmio è una malattia descritta per la prima volta in Giappone negli anni ’50 e chiamata “itai-itai”. La malattia era accompagnata da forti dolori nella regione lombare e dolori muscolari. Sono comparsi anche segni caratteristici di danno renale irreversibile. Sono state registrate centinaia di morti itai-itai. La malattia si diffuse a causa dell'elevato inquinamento ambientale del Giappone dell'epoca e della dieta specifica dei giapponesi, principalmente riso e frutti di mare (sono in grado di accumulare cadmio in alte concentrazioni). Gli studi hanno dimostrato che quelli affetti da "Itai-Itai" consumavano fino a 600 mcg di cadmio al giorno. Successivamente, a seguito delle misure di protezione ambientale, la frequenza e la gravità delle sindromi come “Itai-Itai” sono diminuite notevolmente.

Negli USA è stata riscontrata una relazione tra i livelli di cadmio nell’atmosfera e l’incidenza dei decessi per malattie cardiovascolari.

Si ritiene che circa 1 mcg di cadmio per 1 kg di peso corporeo possa entrare nel corpo umano al giorno senza danni alla salute. L'acqua potabile non deve contenere più di 0,01 mg/l di cadmio. L'antidoto per l'avvelenamento da cadmio è il selenio, ma il consumo di cibi ricchi di questo elemento porta ad una diminuzione del contenuto di zolfo nel corpo, nel qual caso il cadmio diventa nuovamente pericoloso.

Elena Savinkina

Da dove prendi il cadmio? Il cadmio è sempre contenuto nei minerali da cui si estraggono zinco e piombo e talvolta nel minerale di rame. Quindi finisce inevitabilmente negli scarti di produzione di questi metalli. Ma non vengono buttati via, ma si cerca di riciclarli, poiché ci sono molti altri elementi di cui le persone hanno bisogno. La quota di cadmio è molto elevata: 0,3–0,5% del peso del concentrato di zinco e da lì viene prelevato il 95% di esso. In realtà, il cadmio è stato scoperto studiando i composti dello zinco. Raccontano la seguente storia (vedi “Chimica e Vita”, 1970, n. 9). Nel 1817 scoppiò un conflitto a Magdeburgo: il medico distrettuale Rolov ordinò di ritirare dalla vendita tutti i preparati con ossido di zinco, sospettando che contenessero arsenico. I farmacisti giurarono che nei preparati non c'era arsenico, tranne forse l'ossido di ferro, che conferisce all'unguento un colore giallastro. L'arbitro era il professor Friedrich Strohmeyer dell'Università di Gottinga, che a quel tempo era l'ispettore capo farmaceutico. In realtà è riuscito a isolare un composto giallastro dal farmaco. Tuttavia, non aveva nulla a che fare né con l'arsenico né con il ferro, ma si rivelò essere l'ossido di un nuovo elemento. Nell'autunno del 1817, nelle conversazioni con i colleghi, Strohmeyer lo chiamò cadmio, per il quale viene data la seguente spiegazione. Il leggendario principe fenicio Cadmo, giunto in Beozia alla ricerca della sorella Europa, rapita da Zeus, vi costruì la fortezza di Cadme. Intorno ad essa si sviluppò in seguito l'antica Tebe greca. Nei tempi antichi, nei pressi di questa città fu rinvenuta una specifica miscela di composti di zinco, chiamata “terra di Cadmea” o cadmio. Strohmeyer ha usato questo nome.

Anche Rolov si convinse presto che l'impurità sospetta non era arsenico, ma un composto di un nuovo metallo. Ma il suo articolo inviato a “ Journal fur der praktischen Heilkunde", fu ritardato e pubblicato nell'aprile 1818, quando i chimici già sapevano della scoperta di Strohmeyer.

In che modo il colore giallo del composto ha influenzato l'interesse per il cadmio? Nel modo più diretto: subito dopo la scoperta di Strohmeyer, un certo Karsten, consigliere senior per la metallurgia presso lo stabilimento di Breslavia (ora Wroclaw), trovò nel minerale di zinco della Slesia un elemento che dava un precipitato giallo quando l'idrogeno solforato veniva fatto passare attraverso la sua soluzione, e lo chiamò "melinium" dalla parola latina " mellis", che significa tesoro. Era sempre lo stesso cadmio, e il suo solfuro divenne un ottimo pigmento giallo, prima per gli artisti e poi, quando il prezzo scese, per la pittura. Ottenendo solfuro di cadmio in diversi modi, puoi realizzare bellissime vernici in diverse tonalità, dal limone all'arancio. Poiché è resistente agli acidi, agli alcali e al forte calore, il giallo cadmio è adatto anche per la verniciatura della ceramica. Inoltre, quando il solfuro di cadmio viene mescolato con il blu oltremare, si forma un'eccellente vernice verde: verde cadmio. Quando bruciato, il cadmio produce un colore blu, quindi veniva utilizzato anche in articoli pirotecnici. Pertanto, negli anni '90 del XX secolo, il 17% del cadmio veniva utilizzato per preparare vernici per vari scopi.

Qual è l'applicazione principale del cadmio? Batterie al nichel-cadmio: uno degli elettrodi in esse contenuti è costituito da cadmio o dal suo idrossido, la loro produzione consuma oltre il 60% di tutto il cadmio estratto. Queste batterie sono molto durevoli: possono fornire cicli di scarica-carica molte volte superiori rispetto ai loro concorrenti più vicini; le batterie al piombo, tuttavia, costano dieci volte di più. E in termini di rapporto tra elettricità immagazzinata e peso, il Ni-Cd è due volte più alto del Pb, il che li rende promettenti per i veicoli elettrici. La durata delle moderne batterie al nichel-cadmio è di oltre 30 anni. Si caricano rapidamente e rilasciano rapidamente energia e, grazie alla loro bassa resistenza interna, possono fornire un'elevata densità di corrente senza surriscaldarsi. Pertanto vengono utilizzati ovunque sia richiesta un'elevata densità di corrente: nelle auto elettriche, nei filobus, nei tram, nei treni elettrici, nei cacciaviti, nonché nelle apparecchiature radio e negli elettrodomestici. Fino a poco tempo fa fornivano energia anche a computer e telefoni cellulari, ma ora il loro posto è preso dagli ioni di litio. Le batterie al nichel-cadmio dovrebbero essere utilizzate anche nei sistemi energetici alternativi, dove di tanto in tanto è necessario pompare da qualche parte l'energia in eccesso, che poi compensa la mancata produzione dovuta alle intemperie: tali batterie possono fornire un accumulo affidabile di fino a 6,5 ​​MWh di elettricità, che li mette alla pari con il piombo e il solfuro di sodio.

Tra gli svantaggi delle batterie al nichel-cadmio ci sono l'elevata autoscarica e l'effetto memoria: se si carica una batteria non completamente scarica, ogni volta accumulerà sempre meno energia. Si ritiene che questo effetto possa essere combattuto se tale batteria viene scaricata molto fortemente di tanto in tanto. Ma il loro principale svantaggio è la tossicità del cadmio; per questo motivo, l'uso di batterie al nichel-cadmio, nonché di pigmenti di cadmio per vernici, stabilizzanti per polimeri (10% della produzione di metalli) e rivestimenti per metalli (5%) è in costante diminuzione.

Quale applicazione del cadmio è in aumento? Produzione di pannelli solari. Il tellururo di cadmio converte abbastanza bene la luce solare in elettricità, sebbene sia inferiore alle batterie al silicio: l'efficienza dei moduli disponibili sul mercato è rispettivamente dell'8–9% e del 13–16%. Tuttavia, il tellururo di cadmio si deposita sotto forma di pellicole sottili sul vetro conduttivo, il che richiede molta meno energia e materiali rispetto alla produzione delle batterie al silicio. Di conseguenza (" ”, 2012, 16, 5245–5259; doi:10.1016/j.rser.2012.04.034) i costi energetici per la produzione delle batterie vengono recuperati dalla produzione di energia entro un anno, ovvero da due a tre volte (così come le emissioni di anidride carbonica per kilowatt di elettricità da essa prodotta in Europa) inferiore a quello delle batterie al silicio In altre parole, le batterie che utilizzano composti di cadmio sono molto rispettose dell’ambiente. Con l'aumento dell'efficienza, questa differenza aumenterà ancora di più, e qui ci sono prospettive, poiché i valori record di efficienza per il tellururo di cadmio erano del 15,6 e del 13,8% nel 2011 quando si applicava la sua pellicola sottile rispettivamente su vetro e poliimmide flessibile. Le batterie a base di polimeri pesano centinaia di volte meno di quelle in vetro e si montano facilmente su superfici curve, cosa che attira l'attenzione dei ricercatori.

I film sottili non sono tutto. Gli elementi basati su punti quantici costituiti da calcogenuri - solfuro di cadmio, tellururo e seleniuro - sono promettenti rappresentanti delle celle solari di terza generazione che, secondo gli esperti, saranno finalmente in grado di garantire l'autosufficienza per questa fonte di energia. I punti attirano l'attenzione dei ricercatori perché, grazie alla dipendenza delle loro proprietà dalla loro dimensione, è possibile ottenere l'assorbimento e la conversione dell'intero spettro solare in elettricità. Inoltre, in alcuni esperimenti, i punti quantici del calcogenuro hanno mostrato la capacità di ottenere diversi elettroni da un fotone: l'effetto della generazione multipla di eccitoni. Ovviamente, se usato correttamente, aumenterà notevolmente l'efficienza di conversione della luce, e questo ci permette di aspettarci una convergenza nel costo dell'elettricità proveniente dal Sole e della combustione del carbone.

Finora, tuttavia, il potenziale dei punti quantici non è stato completamente rivelato: un'efficienza record del 5,42% all'inizio del 2013 è stata dimostrata da un elemento basato su punti quantici, composto da solfuro di cadmio e seleniuro con additivi di manganese (“ Recensioni sull'energia rinnovabile e sostenibile”, 2013, 22, 148–167; doi:10.1016/j.rser.2013.01.030). Si ritiene che i punti stessi non siano da biasimare per questo: il materiale ottimale dell'elettrodo non è stato ancora selezionato per garantire la completa rimozione dei portatori di carica risultanti dalla fotoreazione da essi. È possibile che il cadmio possa essere utile anche nella produzione di elettrodi; gli esperimenti con un elettrodo realizzato in cadmio stannato CdSnO 3 per celle solari mostrano buoni risultati (“ Materiali a energia solare e celle solari”, 2013, 117, 300–305; doi:10.1016/j.solmat.2013.06.009).

Quali altre nanoparticelle sono costituite da composti di cadmio? I più diversi: nanotubi, nanotubi e persino strutture come i ricci di mare. È possibile che alcuni di essi trovino applicazione nelle tecnologie future.

C'è cadmio nei soldatini di stagno? Potrebbe anche finire lì, perché una piccola aggiunta di cadmio riduce notevolmente il punto di fusione di altri metalli e, di conseguenza, garantisce un migliore riempimento dello stampo con la lega di colata. Non sorprende che faccia parte della famosa lega del Legno e delle sue varietà. Tali leghe sono ampiamente utilizzate nella metallografia (vengono colate in sezioni sottili, campioni per esame microscopico), nella fusione di precisione, servono come barre a fusione persa nella produzione di figure cave, nonché micce fusibili. A quanto pare, fu l'ingegnere inglese Barnaba Wood il primo a scoprire la capacità del cadmio di ridurre il punto di fusione di altri metalli, perché gli elementi che compongono la lega a lui intitolata - da sette a otto parti di bismuto, quattro di piombo e due ciascuno di stagno e cadmio - hanno un punto di fusione rispettivamente di 271, 327, 231 e 742°C. E tutti insieme si sciolgono a 69°C! Questo risultato fu così inaspettato nel 1860 che la redazione della rivista “ Il giornale americano delle scienze e delle arti" aggiunse la seguente nota all'articolo di Wood: "Abbiamo avuto il tempo di ripetere solo alcuni degli interessanti esperimenti del Dr. Wood relativi allo straordinario effetto che il cadmio ha nell'abbassare i punti di fusione di varie leghe". Oggigiorno, la capacità del cadmio di ridurre il punto di fusione dei metalli viene sfruttata aggiungendolo alle saldature: ciò rappresenta il 2% della produzione globale di metalli. Inoltre, le saldature non sono solo industriali, ma anche fatte in casa. Ad esempio, sul forum dei gioiellieri, gli artigiani danno le seguenti raccomandazioni: “Aggiungi un po’ di cadmio all’oro, il suo punto di fusione sarà inferiore a quello del metallo del prodotto e sarà possibile saldare la parte richiesta. Poiché è probabile che il cadmio evapori durante la saldatura, il campione del prodotto potrebbe non cambiare. Basta saldare sotto pressione per non avvelenarsi”.

Qual è il percorso del cadmio nel corpo?"Il cadmio nei giocattoli per bambini è impossibile, è velenoso", dirà il lettore. E avrà ragione, ma solo in parte, poiché è improbabile che il cadmio di un soldatino di stagno (qualsiasi figura realizzata in metallo pesante argentato fuso in una piccola officina) o di un motivo giallo su un'insalatiera possa in qualche modo entrare nel corpo umano. Ha modi completamente diversi. Ce ne sono tre. Innanzitutto con il fumo di sigaretta: il cadmio si accumula bene nelle foglie di tabacco. In secondo luogo, dall'aria, soprattutto quella urbana: contiene molta polvere stradale derivante dall'abrasione di pneumatici e pastiglie dei freni (e il cadmio fa parte della loro composizione); Più respiri questa polvere, maggiore è il contenuto di cadmio nel corpo. Pertanto, tra i controllori del traffico è una volta e mezza più che tra i lavoratori stradali delle zone rurali (“ Chemosfera”, 2013, 90, 7, 2077–2084). Il cadmio è presente anche nei fumi delle centrali termoelettriche, se funzionano a carbone, e nei fumi della combustione del legno, poiché gli alberi lo estraggono dal terreno. La terza fonte è il cibo, soprattutto radici, foglie e chicchi delle piante: è qui che si accumula il cadmio. Una ricerca condotta da scienziati di Seattle ha dimostrato che tra le giovani donne che vivono in aree non contaminate da cadmio, il fumo è la principale fonte di cadmio; aumenta il contenuto di questo metallo di una volta e mezza. Ma tra i prodotti alimentari, la cagliata di tofu si è rivelata una fonte significativa di cadmio: una sua porzione a settimana aumenta il contenuto di cadmio nel corpo del 22% (“ Scienza dell’ambiente totale”, 2011, 409, 9, 1632–1637). Molto cadmio si trova nei molluschi e nei crostacei che si nutrono di plancton. I biologi neozelandesi hanno scoperto che il cadmio nell'acqua di mare (la sua concentrazione è di 0,11 μg/l) molto probabilmente è finito lì a causa di colpa umana. Il cadmio è contenuto nei fertilizzanti al fosforo, da dove, tra l'altro, finisce principalmente nelle piante commestibili. Le piogge diffondono i fertilizzanti nei fiumi e poi nel mare. Il cadmio viaggia sulla superficie delle microparticelle. Una volta in acqua salata, viene rilasciato e finisce nel fitoplancton e con esso nelle ostriche. Di conseguenza, i molluschi che crescono più in alto nelle foci dei fiumi, dove il cadmio non è ancora stato lavato via dalle microparticelle, sono relativamente puri, e quelli che sono più in basso contengono soprattutto molto di questo metallo (“ Scienza dell'ambiente totale”, 1996, 181, 1, 31–44). Il contenuto di cadmio nelle ostriche è di 13-26 microgrammi per grammo di peso secco. Per fare un confronto: nei semi di girasole, che sono anche considerati un'importante fonte di cadmio, ci sono 0,2–2,5 mcg per grammo di cereali, nelle foglie di tabacco - 0,5–1 mcg per grammo di peso secco. Poiché non solo le ostriche si nutrono di plancton, il cadmio finisce anche nei pesci catturati in mari sporchi. E il più sporco è il Mar Baltico, nel quale sfociano molti fiumi provenienti da zone industriali e da zone ad agricoltura intensiva.

Come entra il cadmio di origine antropica nell'ambiente? Oltre ai fertilizzanti fosfatici, alla polvere stradale e alla combustione del carburante, esistono altri due modi. La prima è la metallurgia non ferrosa: con tutti gli sforzi volti a pulire le emissioni, una parte di esse passa inevitabilmente attraverso tutti i filtri. Il secondo sono le discariche e i siti di riciclaggio dei rifiuti, ad esempio, quando la plastica brucia lì. Tuttavia, in una discarica, anche senza riscaldamento, il cadmio filtra e penetra nel terreno con l'acqua. In generale, la metallurgia non ferrosa produce 5mila tonnellate di emissioni di cadmio all'anno, la combustione dei rifiuti - 1,5, e la produzione di fertilizzanti fosfatici e la combustione del legno - 0,2mila tonnellate ciascuna delle oltre settemila tonnellate che gli esseri umani diffondono nell'ambiente circa dagli anni '30 del XX secolo. Le capacità proprie della natura sono più modeste: 0,52 mila tonnellate sono fornite dai vulcani e 0,2 mila tonnellate dalle secrezioni vegetali, per un totale di 0,83 mila tonnellate (vedi “Chimica e vita”, 1979, n. 12). In altre parole, non più di due terzi del cadmio estratto dalle viscere della terra può essere convertito in metallo (e la produzione mondiale oscilla ormai da decenni tra le 17 e le 20mila tonnellate annue), quindi le prospettive di utilizzo qui sono molto ampie . Tuttavia non sono previsti incentivi, di cui parleremo più avanti.

Come si comporteranno i nuovi materiali contenenti cadmio in una discarica? Diversamente. Un'analisi dettagliata è stata effettuata da Vasily Fthenakos del Brookhaven National Laboratory (USA), che ha descritto in dettaglio il ciclo di vita di una batteria al tellururo di cadmio (“ Recensioni sull'energia rinnovabile e sostenibile”, 2004, 8, 303–334; doi:10.1016/j.rser.2003.12.001). Ragiona così. In una cella solare, il composto di cadmio si trova tra strati di vetro o plastica. Pertanto, le particelle contenenti cadmio possono comparire nell'ambiente solo quando l'elemento viene distrutto, cosa che avviene in una zona molto polverosa o durante un guasto. Ma anche in questo caso, come ha dimostrato l'esperimento, nessuna pioggia è in grado di eliminare una quantità notevole di cadmio dall'elemento. La temperatura di evaporazione del CdTe supera i 1000°C, e il CdS, presente anche in questi elementi, è 1700°C, quindi non ci sarà evaporazione durante il funzionamento.

Cosa succede se l'elemento si trova sul tetto di una casa privata in cui si è verificato un incendio? Nell'aria, il tellururo di cadmio rimane stabile fino a temperature di 1050°C, che è inferiore al riscaldamento durante un normale incendio. Esperimenti diretti hanno dimostrato che se la batteria è realizzata su un substrato di vetro, quasi tutto il cadmio rimarrà nel vetro fuso: solo lo 0,6% della sua già piccola quantità (dopo tutto, è una pellicola sottile) può essere rilasciato. Alcuni elementi, se scomposti in una discarica, effettivamente si decompongono, rilasciando cadmio, mentre altri, più moderni, no. La regolamentazione legislativa può garantire che vengano gettati via solo gli elementi innocui. E sarebbe meglio non buttarli affatto, perché contengono prezioso tellurio.

Sfortunatamente, Fthenakos non dice nulla sugli elementi a base di polimeri, che molto probabilmente bruceranno e il cadmio non si fonderà nel vetro. Ma osserva che i divieti sull'uso del cadmio possono portare a conseguenze molto peggiori: avendo perso il mercato di vendita, i produttori di zinco, piombo e rame smetteranno di estrarre il cadmio dai rifiuti e inizieranno a inquinare tutto intorno molto più delle discariche (ricordate un terzo del cadmio che vola nel camino). Occorre quindi ampliare l'uso del cadmio e inasprire le misure per lo smaltimento dei prodotti.

Un discorso a parte riguarda i dispositivi basati sui nanodot: una volta distrutti, questi materiali disperderanno inevitabilmente nanoparticelle che possono muoversi attraverso la catena alimentare. Ci sono dati (“ Giornale dei materiali pericolosi”, 2011, 192, 15, 192–199; doi:10.1016/j.jhazmat.2011.05.003), che allo stesso tempo non rimarranno invariati: nel fegato e nei reni dei ratti a cui sono stati iniettati nanodot di seleniuro di cadmio nella cavità addominale, è stato notato un aumento del cadmio libero . L’effetto era più pronunciato se le nanoparticelle venivano illuminate con luce ultravioletta prima dell’uso (a quanto pare, questo sarà il caso della nanopolvere in condizioni naturali). Ovviamente i requisiti per lo smaltimento delle celle solari e di altri dispositivi basati su tali nanoparticelle devono essere più severi rispetto a quelli previsti per l'utilizzo di prodotti monolitici.

Perché il cadmio è pericoloso? La questione è molto più complicata di quanto possa sembrare, poiché il cadmio entra nell'organismo in quantità microscopiche e non agisce istantaneamente. I ricercatori dell’Università del North Dakota, guidati da Soysunwan Satarug, ne scrivono in dettaglio (“ ”, 2010, 118, 182–190; doi:10.1289/ehp.0901234). Riraccontiamo questa recensione.

Si può considerare dimostrato che le persone che vivono in aree in cui il suolo contiene una quantità significativa di cadmio e il cibo ne è costantemente contaminato, hanno una maggiore fragilità ossea. I giapponesi chiamavano questa malattia itai-itai: comparve negli anni '40 nella prefettura di Toyama, dove i contadini utilizzavano l'acqua di una miniera di zinco per irrigare i loro campi. Il contenuto di cadmio nel riso era così elevato che l’assunzione giornaliera era di 600 mcg al giorno, ovvero 4.200 mcg a settimana, o fino a 2 grammi a persona nell’arco della vita. Non è difficile identificare qui una relazione di causa-effetto, che non si può dire del consumo cronico di cadmio a piccole dosi. Tutto si riduce alla percentuale di rischio di contrarre una particolare malattia. Non è ancora del tutto noto quali dosi di cadmio possano essere considerate innocue. L'Organizzazione Mondiale della Sanità nel 1989 ha stabilito un apporto massimo tollerabile di cadmio a settimana: 400-500 mcg, sulla base del fatto che 2 g nell'arco di una vita sono tanti e portano all'itai-itai. Nel 1992, la norma fu ricalcolata, era di 7 mcg al giorno per chilogrammo di peso. È facile vedere che la dose settimanale per una persona che pesa 70 kg è la stessa: 490 mcg. Durante il calcolo, si è ipotizzato che il corpo assorba il 5% del cadmio che vi entra e che lo 0,005% della quantità di metallo già presente esca con l'urina. Tuttavia, alcuni medici mettono in dubbio questo modello, sottolineando di aver riscontrato casi in cui il corpo ha assorbito il 40% del cadmio che vi era entrato. Inoltre, le misurazioni hanno dimostrato che il consumo di appena 1 mcg per kg al giorno comporta 2 mcg di cadmio per grammo di creatinina nelle urine, e effetti spiacevoli compaiono anche a livelli molto più bassi. (Il contenuto di cadmio e altri metalli nocivi nelle urine, la cui concentrazione è bassa, è solitamente espresso in microgrammi per grammo di creatinina: questa sostanza si forma durante l'attività muscolare e viene costantemente escreta nelle urine. Il risultato presentato in tali unità non dipende dalla diluizione del campione. Di seguito è riportata la parola "creatinina" che ometteremo. Ovviamente, misurare il cadmio nelle urine è molto più semplice che assumerlo nell'organismo da diverse fonti)

Quali sono questi effetti? Leggendo la recensione si ha l'impressione che il cadmio causi sintomi di vecchiaia. Innanzitutto, accumulandosi nei reni, accelera la degradazione dei tubuli renali. Secondo alcuni dati, se 2-4 mcg di cadmio vengono escreti nelle urine al giorno, la probabilità di degradazione renale è del 10%; secondo altri, quando si misura non l'escrezione giornaliera, ma la concentrazione nel campione in esame, un contenuto di cadmio nelle urine di 0,67 mcg/g è già pericoloso. (Se assumiamo che 1-2 grammi di creatinina vengano escreti nelle urine al giorno, si scopre che la pericolosa dose giornaliera di escrezione di cadmio è di circa 1 mcg.) Come risultato della degradazione tubulare, la capacità dei reni di restituire vitamine, minerali e altre sostanze utili all'organismo indebolito, ad esempio zinco e rame associati a metallotioneine, calcio, fosfati, glucosio, aminoacidi. Un duplice aumento del livello di cadmio nelle urine aumenta il contenuto di calcio in esso contenuto di 2 mg al giorno. Non è difficile intuire che la perdita di calcio aumenta il rischio di osteoporosi. Infatti, nel gruppo di donne di età superiore ai 50 anni con più di 1 mcg/g di cadmio nelle urine, il rischio di osteoporosi era superiore del 43% rispetto a coloro che ne avevano meno di 0,5 mcg/g. Con livelli di cadmio compresi tra 1 e 2 μg/g, il rischio di livelli elevati di glucosio e di sviluppo del diabete di tipo 2 è rispettivamente di 1,48 e 1,24, rispetto a quelli con livelli inferiori a 1 μg/g. Un sondaggio condotto tra coreani, un quarto dei quali soffriva di pressione alta, ha dimostrato che il rischio di questa malattia nelle persone con alti livelli di cadmio è una volta e mezza superiore rispetto a quelli con bassi livelli. Il rischio di infarto nelle donne con più di 0,88 mcg/g di cadmio nelle urine è 1,8 volte più alto rispetto a quelle con meno di 0,43 mcg/g. La probabilità di morire di cancro negli uomini con meno di 0,22 e più di 0,48 μg/g di cadmio nelle urine differisce di 4,3 volte. Si sospetta che il cadmio riduca la fertilità negli uomini.

In generale, dal lavoro del dottor Sataruga e dei suoi colleghi risulta che è l'inquinamento ambientale da cadmio la causa del fatto che le malattie legate all'età sono diventate molto "più giovani" nel corso del 20 ° secolo.

Ci sono anche dati strani. Pertanto, è stata riscontrata una forte associazione tra i livelli di cadmio nelle urine e il rischio di ipertensione negli americani che non fumano, mentre non è stata osservata alcuna associazione simile tra i fumatori. Nel frattempo, tra gli amanti delle sigarette, il consumo di cadmio è ovviamente più elevato e, inoltre, il contenuto di cadmio nelle urine degli americani è generalmente più di tre volte inferiore a quello dei suddetti coreani. Nei fumatori con deterioramento della retina legato all'età, il livello di cadmio nelle urine era di 1,18 μg/g, quasi il doppio rispetto ai fumatori senza questa malattia e ai non fumatori sani. Tuttavia, i non fumatori che hanno sviluppato la malattia avevano una quantità di cadmio pari a quella delle persone sane, il che significa che non si tratta solo di questo. Dati così contraddittori sollevano la domanda: forse l'aumento del contenuto di cadmio nelle urine non riflette la causa, ma la conseguenza di alcuni processi sistemici nel corpo? Alla fine, la maggior parte degli studi menzionati nella revisione non hanno misurato il consumo di cadmio, ma solo la sua produzione.

Come gestire il cadmio nel corpo? Esistono poche ricerche scientifiche su questo argomento e il principio è indicato nello stesso lavoro da ricercatori del Nord Dakota. Il cadmio non è uno degli elementi vitali, quindi il corpo non dispone di meccanismi speciali per il suo assorbimento: il cadmio utilizza quelli previsti per metalli pesanti simili che formano ioni bivalenti: zinco, ferro, manganese e calcio. Una carenza di uno qualsiasi di questi elementi porta immediatamente ad un maggiore assorbimento di cadmio. Pertanto, la carenza di ferro aumenta il contenuto di cadmio nelle donne tailandesi da tre a quattro volte. Uno studio condotto su donne del Bangladesh ha scoperto la stessa cosa, ma anche lo zinco era in gioco. Da ciò ne consegue quanto sia importante mantenere il corretto equilibrio dei microelementi nell'organismo.

Ci sono altre idee. Ad esempio, i brasiliani hanno dimostrato che la caffeina riduce significativamente, più di due volte, il contenuto di cadmio nel sangue e nei tessuti, compresi i tessuti riproduttivi, nei ratti da esperimento (“ Tossicologia riproduttiva”, 2013, 35, 137–143; doi:10.1016/j.reprotox.2012.10.009). Secondo i ricercatori, la caffeina forma complessi con il cadmio, impedendone l'assorbimento. La conclusione è ovvia: l'abitudine di accompagnare il pasto con caffè o tè, che contengono anche caffeina, è corretta.

A volte sorge un paradosso: il cibo ricco di cadmio non ha alcun effetto sul corpo. Così, uno studio sui mangiatori di ostriche condotto nel 1986 ha portato a una sorpresa: con un consumo massimo di 72 ostriche a settimana, hanno mangiato la mostruosa quantità di 1.750 microgrammi di cadmio, ma questo non è risultato né nelle urine né nei capelli. Dove sia finito tutto questo cadmio rimane un mistero. Si presume che il selenio, il cui contenuto era elevato in quelle ostriche, in qualche modo abbia interferito con l'assorbimento del cadmio e, a quanto pare, è uscito con altre sostanze non commestibili attraverso l'intestino. Tuttavia, nel 2008, è stata ripristinata la conformità con la linea generale: tra i lavoratori degli allevamenti di ostriche che hanno mangiato 18 ostriche ogni settimana per più di 12 anni, il contenuto di cadmio nelle urine è aumentato di 2,5 volte rispetto alla media negli Stati Uniti, fino a 0. 76 µg/g.

O forse è meglio occuparsi del cadmio prima che entri nell'organismo, ad esempio, per garantire che non penetri nel suolo e nell'aria? Liberare il cadmio dai fertilizzanti a base di fosforo è difficilmente possibile; la coltivazione di piante con ridotta digeribilità del cadmio è dispendiosa in termini di tempo e denaro, anche se si stanno facendo dei tentativi per quanto riguarda il tabacco, ma è possibile purificare il terreno con piante iperaccumulatrici - nel caso di cadmio, questa è belladonna nera Solanum nigrum, detta anche bacca di mora commestibile, varietà francese simile alla borsa del pastore o alla senape, bacca glauca o bacca alpina ( Thlaspi caerulescens) e sedum cinese Sedum Alfredii. È vero, non è chiaro dove mettere le parti arricchite di cadmio di queste piante: chiaramente non sono adatte per il compost e la cenere ottenuti dal terreno del giardino. Durante la combustione industriale dei cosiddetti biocarburanti solidi - paglia, sottobosco, ecc. - ci sono opportunità per eliminare i metalli nocivi: è necessario separare le frazioni ad alta temperatura del fumo che lo contengono da quelle a bassa temperatura - quindi la cenere risultante può essere tranquillamente riportata al campo, ripristinandone la fertilità.

Ma la cosa principale da pulire è l’aria. Il metodo più radicale è stato scelto dalle autorità americane e ora da quelle dell'Unione europea: una lotta inconciliabile contro il fumo di tabacco (“ Prospettive di salute ambientale”, 2012, 120, 2, 204–209; doi:10.1289/ehp.1104020). I risultati parlano chiaro: il contenuto medio di cadmio nelle urine degli americani è sceso da 0,36 µg/g nel 1988 a 0,26 µg/g nel 2008. Poiché anche tra i fumatori accaniti (e secondo gli standard americani si tratta di 20 o più pacchetti all'anno) è sceso da 0,71 a 0,49, e tra i non fumatori - da 0,26 a 0,19, si dovrebbe presumere che i divieti di fumo nei luoghi pubblici abbiano ridotto significativamente il tasso Effetti del consumo di fumo passivo. Considerati i dati di cui sopra sulla nocività delle microdosi di cadmio, tali divieti sembrano essere il contributo più facilmente attuabile e molto significativo per la salute pubblica. Varrebbe anche la pena di inasprire i requisiti per le emissioni delle fabbriche di metallurgia non ferrosa, delle caldaie e delle automobili, e allo stesso tempo assicurarsi che la polvere meno dannosa voli da sotto le ruote ricoperte di pneumatici.

Cadmio

CADMIO-IO; M.[lat. cadmio dal greco. kadmeia - minerale di zinco]

1. Elemento chimico (Cd), un metallo bianco-argenteo, morbido e malleabile, presente nei minerali di zinco (parte di molte leghe a basso punto di fusione, utilizzate nell'industria nucleare).

2. Vernice gialla artificiale in diverse tonalità.

◁ Cadmio, oh, oh. Leghe K-esime. K-giallo(tintura).

(lat. Cadmio), elemento chimico del gruppo II della tavola periodica. Il nome deriva dal greco kadméia - minerale di zinco. Metallo argentato con una sfumatura bluastra, morbido e fusibile; densità 8,65 g/cm 3, T pl 321,1ºC. Viene estratto mediante lavorazione di minerali di piombo-zinco e rame. Sono utilizzati per la placcatura al cadmio, nelle batterie ad alta potenza, nell'energia nucleare (barre di controllo per reattori) e per la produzione di pigmenti. Fa parte delle leghe bassofondenti e di altre leghe. I solfuri, i seleniuri e i tellururi di cadmio sono materiali semiconduttori. Molti composti del cadmio sono velenosi.

CADMIO (lat. Cadmio), Cd (leggi “cadmio”), elemento chimico con numero atomico 48, massa atomica 112,41.
Il cadmio naturale è costituito da otto isotopi stabili: 106 Cd (1,22%), 108 Cd (0,88%), 110 Cd (12,39%), 111 Cd (12,75%), 112 Cd (24,07%), 113 Cd (12,26%), 114 Cd (28,85%) e 116 Cd (12,75%). Situato nel periodo 5 nel gruppo IIB della tavola periodica degli elementi. Configurazione di due strati elettronici esterni 4 S 2 P 6 D 10 5S 2 . Stato di ossidazione +2 (valenza II).
Il raggio dell'atomo è 0,154 nm, il raggio dello ione Cd 2+ è 0,099 nm. Energie di ionizzazione sequenziale - 8,99, 16,90, 37,48 eV. Elettronegatività secondo Pauling (cm. PAULING Linus) 1,69.
Storia della scoperta
Scoperto dal professore tedesco F. Strohmeier (cm. STROHMEYER Friedrich) nel 1817. Farmacisti di Magdeburgo mentre studiavano l'ossido di zinco (cm. ZINCO (elemento chimico)) Si sospettava che ZnO contenesse arsenico (cm. ARSENICO). F. Strohmeier isolò un ossido bruno-marrone da ZnO e lo ridusse con idrogeno (cm. IDROGENO) e ottenne un metallo bianco-argenteo, che fu chiamato cadmio (dal greco kadmeia - minerale di zinco).
Essere nella natura
Il contenuto nella crosta terrestre è dell'1,35·10–5% in massa, nell'acqua dei mari e degli oceani è di 0,00011 mg/l. Sono noti diversi minerali molto rari, ad esempio la greenockite GdS, l'otavite CdCO 3, la monteponite CdO. Il cadmio si accumula nei minerali polimetallici: la sfalerite (cm. SFALERITE)(0,01-5%), galena (cm. GALENA)(0,02%), calcopirite (cm. CALCOPIRITE)(0,12%), pirite (cm. PIRITE)(0,02%), minerali sbiaditi (cm. MINERALI NERI) e Stannina (cm. STANNINO)(fino allo 0,2%).
Ricevuta
Le principali fonti di cadmio sono i prodotti intermedi della produzione di zinco, le polveri delle fonderie di piombo e rame. La materia prima viene trattata con acido solforico concentrato e si ottiene CdSO 4 in soluzione. Il cad viene isolato dalla soluzione utilizzando polvere di zinco:
CdSO4 + Zn = ZnSO4 + Cd
Il metallo risultante viene pulito sciogliendosi sotto uno strato di alcali per rimuovere le impurità di zinco e piombo. Il cadmio di elevata purezza è ottenuto mediante raffinazione elettrochimica con purificazione intermedia dell'elettrolita o mediante metodo di fusione a zone (cm. FUSIONE DI ZONA).
Proprietà fisiche e chimiche
Il cadmio è un metallo morbido bianco-argenteo con un reticolo esagonale ( UN = 0,2979, Con= 0,5618 nm). Punto di fusione 321,1 °C, punto di ebollizione 766,5 °C, densità 8,65 kg/dm3. Se pieghi un'asta di cadmio, puoi sentire un debole crepitio: si tratta di microcristalli metallici che si sfregano l'uno contro l'altro. Il potenziale standard dell'elettrodo del cadmio è -0,403 V, nell'intervallo dei potenziali standard (cm. POTENZIALE STANDARD) si trova prima dell'idrogeno (cm. IDROGENO).
In un'atmosfera secca, il cadmio è stabile, ma in un'atmosfera umida viene gradualmente ricoperto da una pellicola di ossido di CdO. Al di sopra del punto di fusione, il cadmio brucia nell'aria per formare ossido marrone CdO:
2Сd + O2 = 2CdO
Il vapore di cadmio reagisce con il vapore acqueo per formare idrogeno:
Cd + H2O = CdO + H2
Rispetto al suo vicino del gruppo IIB - Zn, il cadmio reagisce più lentamente con gli acidi:
Cd + 2HCl = CdCl2 + H2
La reazione avviene più facilmente con l'acido nitrico:
3Cd + 8HNO 3 = 3Cd(NO 3) 2 + 2NO – + 4H 2 O
Il cadmio non reagisce con gli alcali.
Nelle reazioni può agire come un blando agente riducente; ad esempio, in soluzioni concentrate è in grado di ridurre il nitrato di ammonio a nitrito NH 4 NO 2:
NH4NO3 + Cd = NH4NO2 + CdO
Il cadmio viene ossidato da soluzioni di sali di Cu(II) o Fe(III):
Cd + CuCl2 = Cu + CdCl2;
2FeCl3 + Cd = 2FeCl2 + CdCl2
Al di sopra del punto di fusione, il cadmio reagisce con gli alogeni (cm. ALOGENE) con formazione di alogenuri:
Cd + Cl2 = CdCl2
Con zolfo (cm. ZOLFO) e altri calcogeni formano calcogenuri:
Cd + S = CdS
Il cadmio non reagisce con idrogeno, azoto, carbonio, silicio e boro. Il nitruro di Cd 3 N 2 e l'idruro di CdH 2 si ottengono indirettamente.
Nelle soluzioni acquose, gli ioni cadmio Cd 2+ formano acquacomplessi 2+ e 2+.
L'idrossido di cadmio Cd(OH) 2 si ottiene aggiungendo alcali a una soluzione di sale di cadmio:
СdSO 4 + 2NaOH = Na 2 SO 4 + Cd(OH) 2 Ї
L'idrossido di cadmio è praticamente insolubile negli alcali, sebbene sia stata osservata la formazione di complessi di idrossido 2– durante l'ebollizione prolungata in soluzioni molto concentrate di alcali. Quindi anfotero (cm. ANFOTERO) le proprietà dell'ossido di CdO e dell'idrossido di cadmio Cd(OH) 2 sono molto meno pronunciate di quelle dei corrispondenti composti di zinco.
A causa della formazione del complesso, l'idrossido di cadmio Cd(OH) 2 si dissolve facilmente in soluzioni acquose di ammoniaca NH 3:
Cd(OH)2 + 6NH3 = (OH)2
Applicazione
Il 40% del cadmio prodotto viene utilizzato per applicare rivestimenti anticorrosivi sui metalli. Il 20% del cadmio viene utilizzato per la produzione di elettrodi di cadmio utilizzati nelle batterie e nelle celle normali Weston. Circa il 20% del cadmio viene utilizzato nella produzione di coloranti inorganici, saldature speciali, materiali semiconduttori e fosfori. Il 10% di cadmio è un componente di gioielli e leghe a basso punto di fusione, plastica.
Azione fisiologica
I vapori di cadmio e i suoi composti sono tossici e il cadmio può accumularsi nel corpo. Nell'acqua potabile la concentrazione massima consentita per il cadmio è di 10 mg/m3. I sintomi di avvelenamento acuto con sali di cadmio sono vomito e convulsioni. I composti solubili del cadmio, dopo l'assorbimento nel sangue, influenzano il sistema nervoso centrale, il fegato e i reni e interrompono il metabolismo del fosforo-calcio. L'avvelenamento cronico porta all'anemia e alla distruzione delle ossa.

Dizionario enciclopedico. 2009 .

Scopri cos'è "cadmio" in altri dizionari:

- (lat. cadmio). Un metallo malleabile di colore simile allo stagno. Dizionario delle parole straniere incluse nella lingua russa. Chudinov A.N., 1910. CADMIO lat. cadmio, da kadmeia gea, terra di cadmio. Metallo simile allo stagno. Spiegazione di 25.000 stranieri... ... Dizionario delle parole straniere della lingua russa

CADMIO- CADMIO, Cadmio, chimico. elemento, simbolo Cd, peso atomico 112,41, numero atomico 48. Contenuto in piccole quantità nella maggior parte dei minerali di zinco e ottenuto come sottoprodotto durante l'estrazione dello zinco; si può ottenere anche... Grande Enciclopedia Medica

CADMIO- vedi CADMIO (Cd). È presente nelle acque reflue di molte imprese industriali, in particolare negli impianti di piombo-zinco e di lavorazione dei metalli che utilizzano rivestimenti galvanici. È presente nei fertilizzanti fosfatici. L'acido solforico si dissolve in acqua,... ... Malattie dei pesci: una guida

Cadmio- (Cd) metallo bianco-argenteo. Viene utilizzato nell'energia nucleare e nella galvanica, fa parte delle leghe e viene utilizzato per la preparazione di cliché, saldature, elettrodi per saldatura e nella produzione di semiconduttori; è un componente... ... Enciclopedia russa della protezione del lavoro

- (Cadmio), Cd, elemento chimico del gruppo II del sistema periodico, numero atomico 48, massa atomica 112,41; metallo, punto di fusione 321,1°C. Il cadmio viene utilizzato per applicare rivestimenti anticorrosivi ai metalli, realizzare elettrodi, produrre pigmenti,... ... Enciclopedia moderna

- (simbolo Cd), un metallo bianco-argenteo del secondo gruppo della tavola periodica. Isolata per la prima volta nel 1817. Presente nella greenockite (sotto forma di solfuro), si ottiene principalmente come sottoprodotto dell'estrazione di zinco e piombo. Facile da forgiare... Dizionario enciclopedico scientifico e tecnico

Cd (dal greco kadmeia minerale di zinco * a. cadmio; n. Kadmio; f. cadmio; i. cadmio), chimico. elemento del gruppo II periodico. Sistema Mendeleev, at.sci. 48, a. m.112.41. In natura sono presenti 8 isotopi stabili: 106Cd (1,225%) 108Cd (0,875%),... ... Enciclopedia geologica

Marito. metallo (uno dei principi chimici o elementi indecomponibili) presente nel minerale di zinco. Cadmio, imparentato con il cadmio. Admist, contenente cadmio. Dizionario esplicativo di Dahl. IN E. Dahl. 1863 1866 … Dizionario esplicativo di Dahl

Cadmio- (Cadmio), Cd, elemento chimico del gruppo II del sistema periodico, numero atomico 48, massa atomica 112,41; metallo, punto di fusione 321,1°C. Il cadmio viene utilizzato per applicare rivestimenti anticorrosivi ai metalli, realizzare elettrodi, produrre pigmenti,... ... Dizionario enciclopedico illustrato

CADMIO- chimica. elemento, simbolo Cd (lat. Cadmio), a. N. 48, a. m.112,41; metallo tenero lucido bianco-argento, densità 8650 kg/m3, tmelt = 320,9°C. Il cadmio è un elemento raro e in tracce, velenoso, solitamente presente nei minerali insieme allo zinco, che... ... Grande Enciclopedia del Politecnico

- (lat. Cadmio) Cd, elemento chimico del gruppo II della tavola periodica, numero atomico 48, massa atomica 112,41. Nome dal minerale di zinco greco kadmeia. Metallo argentato con una sfumatura bluastra, morbido e fusibile; densità 8,65 g/cm³,… … Grande dizionario enciclopedico