Kristalna mreža kadmija. Kadmij: dejstva in dejstva

Kadmij je element sekundarne podskupine druge skupine, pete periode periodnega sistema kemičnih elementov D. I. Mendelejeva, z atomsko številko 48. Označen je s simbolom Cd (lat. Cadmium). Mehka, voljna, temprana prehodna kovina srebrno bele barve.

Zgodovina odkritja kadmija

Okrožni zdravnik Rolov je imel trd temperament. Tako je leta 1817 odredil umik iz prodaje vseh pripravkov, ki vsebujejo cinkov oksid, proizvedenih v Hermanovi tovarni Schenebec. Na podlagi videza preparatov je posumil, da cinkov oksid vsebuje arzen! (Cinkov oksid se še vedno uporablja za kožne bolezni; iz njega izdelujejo mazila, praške in emulzije.)

Da bi dokazal, da je imel prav, je strogi revizor raztopil domnevni oksid v kislini in skozi to raztopino spustil vodikov sulfid: nastala je rumena oborina. Arzenovi sulfidi so samo rumeni!

Lastnik tovarne je začel izpodbijati odločitev Rolova. Sam je bil kemik in po osebni analizi vzorcev izdelkov v njih ni našel arzena. O rezultatih analize je poročal Rolovu, hkrati pa še oblastem dežele Hannover. Oblasti so seveda zahtevale, da vzorce pošljejo v analizo enemu od uglednih kemikov. Odločeno je bilo, da bo sodnik v sporu med Rolovom in Hermannom profesor Friedrich Strohmeyer, ki je od leta 1802 zasedal oddelek za kemijo na Univerzi v Göttingenu in položaj generalnega inšpektorja vseh hannovrskih lekarn.

Strohmeyerju so iz Hermanove tovarne poslali ne samo cinkov oksid, ampak tudi druge cinkove pripravke, med njimi tudi ZnCO 3, iz katerega so ta oksid pridobivali. Po žganju cinkovega karbonata je Strohmeyer dobil oksid, vendar ne bel, kot bi moral biti, ampak rumenkast. Lastnik tovarne je obarvanost razložil kot železno nečistočo, vendar Strohmeyer s to razlago ni bil zadovoljen. Ko je nabavil več cinkovih pripravkov, je opravil njihovo popolno analizo in brez večjih težav izoliral element, ki je povzročil porumenelost. Analiza je rekla, da ni arzen (kot je trdil Rolov), pa tudi ne železo (kot je trdil Herman).

Bila je nova, prej neznana kovina, ki je bila po kemičnih lastnostih zelo podobna cinku. Le njegov hidroksid za razliko od Zn(OH) 2 ni bil amfoteren, ampak je imel izrazite bazične lastnosti.

V prosti obliki je bil novi element bela kovina, mehka in ne zelo močna, na vrhu prekrita z rjavkastim oksidnim filmom. Strohmeier je to kovino poimenoval kadmij, kar je jasno namigovalo na njen "cinkov" izvor: grška beseda καδμεια se je dolgo uporabljala za označevanje cinkovih rud in cinkovega oksida.

Leta 1818 je Strohmeyer objavil podrobne informacije o novem kemičnem elementu in skoraj takoj so začeli posegati v njegovo prioriteto. Prvi je spregovoril isti Rolov, ki je prej menil, da zdravila iz Hermanove tovarne vsebujejo arzen. Kmalu za Strohmeyerjem je drugi nemški kemik Kersten našel nov element v šlezijski cinkovi rudi in ga poimenoval melin (iz latinskega mellinus - "rumen kot kutina") zaradi barve oborine, ki nastane zaradi delovanja vodikovega sulfida. Toda to je bil kadmij, ki ga je odkril že Strohmeier. Kasneje sta bili za ta element predlagani še dve imeni: klaprotij - v čast slavnega kemika Martina Klaprotha in junonij - po asteroidu Juno, odkritem leta 1804. Toda ime, ki ga je elementu dal njegov odkritelj, se je kljub temu uveljavilo. Res je, v ruski kemijski literaturi prve polovice 19. st. kadmij so pogosto imenovali kadmij.

Povprečna vsebnost kadmija v zemeljski skorji je 130 mg/t. Kadmij je redek element v sledovih: najdemo ga kot izomorfno primesi v mnogih mineralih in vedno v mineralih cinka. Znanih je samo 6 mineralov kadmija. Zelo redki minerali kadmija so greenockite CdS (77,8 % Cd), howliit (enako), otavit CdCO 3, montemponit CdO (87,5 % Cd), kadmozelit CdSe (47 % Cd), ksantokroit CdS (H 2 O) x (77,2 %). Cd). Glavnina kadmija je razpršena v velikem številu mineralov (več kot 50), predvsem v sulfidih cinka, svinca, bakra, železa, mangana in živega srebra.

Čeprav so znani samostojni minerali kadmija - greenockite(CdS), se bo odzval(CdCO 3), monteponit(CdO) in selenid(CdSe), ne tvorijo lastnih nahajališč, temveč so kot primesi prisotni v cinkovih, svinčevih, bakrovih in polimetalnih rudah, ki so glavni vir industrijske proizvodnje kadmija. Najvišjo koncentracijo opazimo v mineralih cinka in predvsem v sfaleritu (do 5%). V večini primerov vsebnost kadmija v sfaleritu ne presega 0,4 – 0,6 %. V drugih sulfidih, na primer v stanini, je vsebnost kadmija 0,003 - 0,2%, v galenu 0,005 - 0,02%, v halkopiritu 0,006 - 0,12%; Kadmij se običajno ne ekstrahira iz teh sulfidov.
Mimogrede, kadmij je v določenih količinah prisoten v zraku. Po tujih podatkih je vsebnost kadmija v zraku 0,1-5,0 ng/m3 na podeželju (1 ng ali 1 nanogram = 10 -9 gramov), 2-15 ng/m3 - v mestih in od 15 do 150 ng/m3. m3 - v industrijskih območjih. To je predvsem posledica dejstva, da veliko premogov vsebuje kadmij kot primesi in pri zgorevanju v termoelektrarnah pride v ozračje. V tem primeru se pomemben del usede na tla. Tudi uporaba mineralnih gnojil prispeva k povečanju vsebnosti kadmija v tleh, ker Skoraj vsi vsebujejo manjše primesi kadmija.
Kadmij se lahko kopiči v rastlinah (predvsem v gobah) in živih organizmih (predvsem v vodnih organizmih) in se lahko »dobavlja« človeku naprej po prehranski verigi. V cigaretnem dimu je veliko kadmija.

V naravnih razmerah kadmij vstopi v podzemno vodo kot posledica izpiranja rud barvnih kovin, pa tudi zaradi razgradnje vodnih rastlin in organizmov, ki ga lahko kopičijo. V zadnjih desetletjih prevladuje antropogeni dejavnik onesnaževanja naravnih voda s kadmijem. Kadmij je v vodi prisoten v raztopljeni obliki (kadmijev sulfat, klorid, kadmijev nitrat) in v suspendirani obliki kot del organo-mineralnih kompleksov. Na vsebnost kadmija v vodi pomembno vpliva pH okolja (v alkalnem okolju se kadmij izloča v obliki hidroksida), pa tudi sorpcijski procesi.

Edini mineral, ki je zanimiv za pridobivanje kadmija, je greenockite, tako imenovana »kadmijeva mešanica«. Kopajo ga skupaj s fireitom med razvojem cinkovih rud. Med rafiniranjem se kadmij koncentrira v stranskih produktih procesa, iz katerih se nato pridobi. Trenutno se proizvede več kot 10³ ton kadmija na leto.

Pri predelavi polimetalnih rud se ta, analog cinka, vedno konča predvsem v cinkovem koncentratu. In kadmij se reducira še lažje kot cink in ima nižje vrelišče (767 oziroma 906 °C). Zato pri temperaturah okrog 800°C ni težko ločiti cinka in kadmija.

Srebrno bela mehka kovina s šesterokotno mrežo. Če upognete kadmijevo palico, lahko slišite rahlo prasketanje - to je drgnjenje kovinskih mikrokristalov drug ob drugega (kositrna palica tudi poči).

Kadmij je mehak, upogljiv in enostaven za obdelavo. To mu je olajšalo in pospešilo tudi pot v jedrsko tehnologijo. Visoka selektivnost kadmija in njegova občutljivost posebej za toplotne nevtrone sta bili prav tako koristni za fizike. In glede na glavno delovno karakteristiko - presek zajema toplotnih nevtronov - kadmij zaseda eno prvih mest med vsemi elementi periodnega sistema - 2400 barn. (Spomnimo se, da je presek zajetja zmožnost "absorbiranja" nevtronov, merjeno v konvencionalnih enotah barnov.)

Naravni kadmij je sestavljen iz osmih izotopov (z masnimi števili 106, 108, 110, 111, 112, 113, 114 in 116), lovilni presek pa je značilnost, pri kateri se izotopi enega elementa lahko zelo razlikujejo. V naravni mešanici izotopov kadmija je glavni "absorber nevtronov" izotop z masnim številom 113. Njegov presek posameznega zajemanja je ogromen - 25 tisoč hlevov!

Z dodatkom nevtrona se kadmij-113 spremeni v najpogostejši (28,86% naravne mešanice) izotop elementa št. 48 - kadmij-114. Delež samega kadmija-113 je le 12,26%. Na žalost je ločevanje osmih izotopov kadmija veliko težje kot ločevanje dveh izotopov bora.

Kristalna mreža kadmija je heksagonalna, a = 2,97311 Å, c = 5,60694 Å (pri 25 °C); atomski polmer 1,56 Å, ionski polmer Cd 2+ 1,03 Å. Gostota 8,65 g/cm 3 (20 °C), tališče 320,9 °C, vrelišče 767 °C, koeficient toplotnega raztezanja 29,8·10 -6 (pri 25 °C); toplotna prevodnost (pri 0 °C) 97,55 W/(m K) ali 0,233 cal/(cm sec °C); specifična toplotna kapaciteta (pri 25 °C) 225,02 J/(kg K) ali 0,055 kal/(g °C); električna upornost (pri 20 °C) 7,4·10 -8 ohm·m (7,4·10 -6 ohm·cm); temperaturni koeficient električnega upora 4,3·10 -3 (0-100° C). Natezna trdnost 64 MN/m2 (6,4 kgf/mm2), relativni raztezek 20 %, Brinellova trdota 160 MN/m2 (16 kgf/mm2).

Kadmij se nahaja v isti skupini periodnega sistema s cinkom in živim srebrom, ki zavzema vmesno mesto med njima, zato so nekatere kemijske lastnosti teh elementov podobne. Tako so sulfidi in oksidi teh elementov praktično netopni v vodi. Kadmij ne sodeluje z ogljikom, kar pomeni, da kadmij ne tvori karbidov.

V skladu z zunanjo elektronsko konfiguracijo atoma 4d 10 5s 2 je valenca kadmija v spojinah 2. Na zraku kadmij zbledi in se prekrije s tanko plastjo oksida CdO, ki ščiti kovino pred nadaljnjo oksidacijo. Pri močnem segrevanju na zraku kadmij zgori v CdO oksid - kristalni prah svetlo rjave do temno rjave barve, gostota 8,15 g/cm 3 ; pri 700°C CdO sublimira brez taljenja. Kadmij se povezuje neposredno s halogeni; te spojine so brezbarvne; CdCl 2 , CdBr 2 in CdI 2 so zelo lahko topni v vodi (približno 1 del brezvodne soli v 1 delu vode pri 20 °C), CdF 2 je manj topen (1 del v 25 delih vode). Z žveplom kadmij tvori limonasto rumen do oranžno rdeč sulfid CdS, netopen v vodi in razredčenih kislinah. Kadmij se zlahka topi v dušikovi kislini s sproščanjem dušikovih oksidov in tvorbo nitrata, ki daje hidrat Cd(NOa) 2 4H 2 O. Iz klorovodikove in razredčene žveplove kisline kadmij počasi sprošča vodik in ko raztopine izparijo, iz njih kristalizirajo kloridni hidrati 2CdCl 2. 5H 2 O in sulfat 3CdSO 4 ·8H 2 O. Raztopine kadmijevih soli imajo zaradi hidrolize kislo reakcijo; jedke alkalije oborijo iz njih bel hidroksid Cd (OH) 2, netopen v presežku reagenta; vendar pa z delovanjem koncentriranih alkalijskih raztopin na Cd(OH) 2 dobimo hidroksokadmiate, na primer Na 2. Kation Cd 2+ zlahka tvori kompleksne ione z amoniakom 2+ ter s cianidom 2- in 4-. Znane so številne bazične, dvojne in kompleksne kadmijeve soli. Kadmijeve spojine so strupene; Še posebej nevarno je vdihavanje njegovih oksidnih hlapov.

Kadmij je postal priljubljen v 40. letih 20. stoletja. V tem času se je kadmij spremenil v strateški material - iz njega so začeli izdelovati krmilne in zasilne palice jedrskih reaktorjev.

Sprva se je izkazalo, da je kadmij glavni "palični" material, predvsem zato, ker dobro absorbira toplotne nevtrone. Vsi reaktorji na začetku »atomske dobe« (prvega je zgradil Enrico Fermi leta 1942) so delovali na toplotne nevtrone. Šele mnogo let kasneje je postalo jasno, da so hitri nevtronski reaktorji bolj obetavni tako za energijo kot za proizvodnjo jedrskega goriva - plutonija-239. A kadmij je proti hitrim nevtronom nemočen, ne ustavi jih.

Vendar vloge kadmija pri gradnji reaktorjev ne gre pretiravati, saj fizikalne in kemijske lastnosti te kovine (trdnost, trdota, toplotna odpornost - njeno tališče je samo 321 °C) puščajo veliko želenega. Kadmij je bil prvi jedrni material. Nato so bor in njegove spojine začeli prevzemati osrednje mesto. Toda kadmij je lažje dobiti v velikih količinah.

Za proizvodnjo zlitin se porabi približno desetina svetovne proizvodnje kadmija. Kadmijeve zlitine se uporabljajo predvsem kot antifrikcijski materiali in spajke. Znana zlitina sestave 99% Cd in 1% Ni se uporablja za izdelavo ležajev, ki delujejo pri visokih temperaturah v avtomobilskih, letalskih in ladijskih motorjih. Ker kadmij ni dovolj odporen na kisline, vključno z organskimi kislinami, ki jih vsebujejo maziva, so ležajne zlitine na osnovi kadmija včasih prevlečene z indijem.

Legiranje bakra z majhnimi dodatki kadmija omogoča izdelavo bolj odpornih žic na električnih transportnih linijah. Baker z dodatkom kadmija se po električni prevodnosti skoraj ne razlikuje od čistega bakra, vendar je opazno boljši po trdnosti in trdoti.

Zlitina kadmija z zlatom ima zelenkasto barvo. Španski znanstveniki so leta 1998 pridobili zlitino kadmija z volframom, renijem in 0,15% urana 235 - nebesno modre barve.

Vsi poznajo pocinkano pločevino, vendar vsi ne vedo, da se za zaščito železa pred korozijo ne uporablja samo pocinkanje, ampak tudi kadmij. Prevleka s kadmijem se zdaj nanaša le elektrolitsko, v industrijskih pogojih pa se najpogosteje uporabljajo cianidne kopeli. Prej so kadmij uporabljali za potopitev železa in drugih kovin v staljeni kadmij.

Kljub podobnim lastnostim kadmija in cinka ima prevleka iz kadmija več prednosti: bolj je odporna proti koroziji in jo je lažje narediti enakomerno in gladko. Poleg tega je kadmij za razliko od cinka stabilen v alkalnem okolju. Kadmijeva pločevina se uporablja precej široko, njen dostop je omejen le na proizvodnjo posod za hrano, ker je kadmij strupen. Kadmijevi premazi imajo še eno zanimivo lastnost: v ozračju podeželskih območij imajo bistveno večjo odpornost proti koroziji kot v ozračju industrijskih območij. Taka prevleka še posebej hitro pokvari, če je v zraku visoka vsebnost žveplovega dioksida ali žveplovega anhidrida.

Najpomembnejše področje uporabe kadmija je proizvodnja kemičnih virov energije. Kadmijeve elektrode se uporabljajo v baterijah in akumulatorjih. Negativne plošče nikelj-kadmijevih baterij so izdelane iz železnih mrež s kadmijevo gobo kot aktivnim sredstvom. Pozitivne plošče so prevlečene z nikljevim hidroksidom. Elektrolit je raztopina kalijevega hidroksida. Kompaktne baterije za vodene rakete so izdelane tudi na osnovi kadmija in niklja, le da v tem primeru kot osnova niso nameščene železne, ampak nikljeve mreže.

Nikelj-kadmijeve alkalne baterije so bolj zanesljive kot svinčeve kislinske baterije. Te tokovne vire odlikujejo visoke električne lastnosti, stabilno delovanje in dolga življenjska doba. Napolnijo se lahko v samo eni uri. Vendar pa nikelj-kadmijevih baterij ni mogoče ponovno napolniti, ne da bi jih prej popolnoma izpraznili (v tem pogledu so slabše od kovinskih hidridnih baterij).

Približno 20 % kadmija se uporablja za izdelavo kadmijevih elektrod, ki se uporabljajo v baterijah (nikelj-kadmijeve in srebro-kadmijeve), običajnih Westonovih celicah in rezervnih baterijah (svinčevo-kadmijeva celica, živosrebrova-kadmijeva celica itd.).

Približno 20% kadmija se uporablja za proizvodnjo anorganskih barvil (sulfidi in selenidi, mešane soli, na primer kadmijev sulfid - kadmijev citronski).

• Kadmij se včasih uporablja v eksperimentalni medicini.

Kadmij se uporablja v homeopatski medicini.

• V zadnjih letih se je kadmij začel uporabljati pri ustvarjanju novih protitumorskih nanozdravil. V Rusiji so bili v zgodnjih petdesetih letih prejšnjega stoletja izvedeni prvi uspešni poskusi v zvezi z razvojem protitumorskih zdravil na osnovi kadmijevih spojin.

• Kadmijev sulfid se uporablja za izdelavo filmskih sončnih celic z izkoristkom približno 10-16 % in tudi kot zelo dober termoelektrični material.

• Uporablja se kot komponenta polprevodniških materialov in fosforjev.

• Toplotna prevodnost kovine blizu absolutne ničle je najvišja med vsemi kovinami, zato se kadmij včasih uporablja za kriogeno tehnologijo.

Vpliv kadmija na človeško telo

Kadmij je ena najbolj strupenih težkih kovin, zato ga ruski SanPiN uvršča v 2. razred nevarnosti.

Kadmijeve spojine so strupene. Posebno nevaren primer je vdihavanje hlapov njegovega oksida (CdO). Kadmij je kumulativni strup (lahko se kopiči v telesu). V pitni vodi je največja dovoljena koncentracija kadmija 0,001 mg/dm³.

Topne kadmijeve spojine po absorpciji v kri vplivajo na centralni živčni sistem, jetra in ledvice ter motijo ​​presnovo fosforja in kalcija. Kronična zastrupitev vodi v anemijo in uničenje kosti.

Kadmij je v telesu zdravega človeka običajno prisoten v majhnih količinah. Kadmij se zlahka kopiči v celicah, ki se hitro razmnožujejo (na primer v tumorskih ali reproduktivnih celicah). Veže se na citoplazemski in jedrski material celic in jih poškoduje. Spremeni aktivnost številnih hormonov in encimov. To je posledica njegove sposobnosti vezave sulfhidrilnih (-SH) skupin.

Leta 1968 se je v znani reviji pojavil članek z naslovom »Kadmij in srce«. Pisalo je, da je dr. Carroll, ameriški zdravstveni uradnik, odkril povezavo med ravnmi kadmija v ozračju in pojavnostjo smrti zaradi bolezni srca in ožilja. Če je recimo v mestu A vsebnost kadmija v zraku višja kot v mestu B, potem srčni bolniki mesta A umrejo prej, kot če bi živeli v mestu B. Carroll je do tega zaključka prišel po analizi podatkov za 28 mest.

Po podatkih USEPA, WHO in Health Canada je skupni dnevni vnos kadmija v človeško telo iz vseh virov 10-50 mcg. Glavni in najbolj "stabilen" vir je hrana - v povprečju od 10 do 30-40 mcg kadmija na dan. Zelenjava, sadje, živalsko meso in ribe običajno vsebujejo 10-20 mcg kadmija na kilogram teže. Vendar pa ni pravil brez izjem. Pridelki žit, pridelani na zemlji, onesnaženi s kadmijem, ali namakani z vodo, ki vsebuje kadmij, lahko vsebujejo povečane količine kadmija (več kot 25 μg/kg).

Kadilci so deležni znatnega "povečanja" kadmija. Ena cigareta vsebuje 1 mcg (in včasih več - do 2 mcg) kadmija. Upoštevajte torej naslednje: oseba, ki pokadi škatlico cigaret na dan, izpostavi svoje telo dodatni izpostavljenosti vsaj 20 mcg kadmija, ki ga za primerjavo ne zadrži niti ogleni filter.
Prav tako je treba opozoriti, da kadmij telo lažje absorbira skozi pljuča - do 10-20%. Tisti. iz ene škatlice cigaret se absorbira 2-4 mcg kadmija. Pri vnosu skozi prebavila je odstotek prebavljivosti le 4-7% (0,2-5 mcg kadmija na dan v absolutnih številkah). Tako kadilec poveča "obremenitev" kadmija na svojem telesu vsaj 1,5-2 krat, kar je polno škodljivih posledic za zdravje.

Svetovni trg kadmija

Letno se proizvede približno 20 tisoč ton kadmija. Obseg njegove proizvodnje je v veliki meri povezan z obsegom proizvodnje cinka.

Približno 82 % svetovne dobave rafiniranega kadmija izvira iz nikelj-kadmijevih napajalnikov, vendar bo po omejitvah njihove proizvodnje v Evropi prizadeta ena tretjina porabe kadmija. Zaradi povečane proizvodnje cinka v Evropi in zmanjšane uporabe kadmija je morda na voljo "prost" kadmij, največkrat v obliki trdnih odpadkov, vendar proizvodnja nikelj-kadmijevih baterij v Aziji narašča, proizvodnja se seli v Azijo in , zaradi česar povpraševanje po kadmiju v azijski regiji narašča. Za zdaj bo to svetovno porabo kadmija ohranilo na trenutni ravni. V letu 2007 so se cene kadmija, ki so se začele pri 4,18 $/kg, dvignile na 13 $/kg, do konca leta pa so znašale 7 $/kg.

Leta 2010 je južnokorejski Young Poong Corp. povečala proizvodnjo kadmija za 75 %, na 1.400 ton na leto, in načrtuje kmalu zagon novih zmogljivosti, je dejal predstavnik družbe.

Večina kadmija, proizvedenega na svetu, se porabi za električne prevleke in za pripravo zlitin. Kadmij kot zaščitni premaz ima pomembne prednosti pred cinkom in nikljem, saj je v tanki plasti bolj odporen proti koroziji; kadmij je tesno vezan na površino kovinskega izdelka in je ne zapusti, ko je ta poškodovan.

Do nedavnega so imeli kadmijevi premazi »bolezen«, ki se je občasno poznala. Dejstvo je, da ko kadmij elektrolitsko nanesemo na jekleni del, lahko vodik, ki ga vsebuje elektrolit, prodre v kovino. Ta zelo nezaželen gost povzroča nevarno "bolezen" v jeklih visoke trdnosti - vodikovo krhkost, ki vodi do nepričakovanega uničenja kovine pod obremenitvijo. Izkazalo se je, da je na eni strani prevleka s kadmijem zanesljivo zaščitila del pred korozijo, na drugi strani pa je ustvarila nevarnost prezgodnje okvare dela. Zato so bili oblikovalci pogosto prisiljeni zavrniti "storitve" kadmija.

Znanstvenikom Inštituta za fizikalno kemijo Akademije znanosti ZSSR je uspelo odpraviti to "bolezen" kadmijevih premazov. Titan je deloval kot zdravilo. Izkazalo se je, da če je v kadmijevi plasti le en atom titana na tisoč njegovih atomov, je jekleni del zaščiten pred pojavom vodikove krhkosti, saj titan med postopkom nanosa prevleke iz jekla potegne ves vodik.

Kadmij uporabljajo tudi angleški kriminologi: s pomočjo tanke plasti te kovine, ki jo razpršimo na preiskovano površino, je mogoče hitro prepoznati jasne prstne odtise.

Kadmij se uporablja tudi pri izdelavi kadmij-nikljevih baterij. Vlogo negativne elektrode v njih opravljajo železne mreže z gobastim kadmijem, pozitivne plošče pa so prevlečene z nikljevim oksidom; Elektrolit je raztopina kalijevega hidroksida. Takšne vire toka odlikujejo visoke električne lastnosti, visoka zanesljivost, dolga življenjska doba, njihovo polnjenje pa traja le 15 minut.

Lastnost kadmija, da absorbira nevtrone, je pripeljala do drugega področja uporabe kadmija - v jedrski energiji.

Tako kot avtomobil ne more delovati brez zavor, tudi reaktor ne more delovati brez krmilnih palic, ki povečujejo ali zmanjšujejo nevtronski tok.

Vsak reaktor je opremljen tudi z masivno zasilno palico, ki se aktivira, če krmilne palice iz nekega razloga ne zmorejo svojih nalog.

V jedrski elektrarni v Kaliforniji je nastal poučen primer. Zaradi nekaterih konstrukcijskih težav zasilne palice ni bilo mogoče pravočasno potopiti v kotel - verižna reakcija je postala neobvladljiva in prišlo je do resne nesreče. Reaktor z besnečimi nevtroni je predstavljal veliko nevarnost za okoliško prebivalstvo. Morali smo nujno evakuirati ljudi iz nevarnega območja, preden je jedrski "ogenj" ugasnil. Na srečo žrtev ni bilo, so pa bile izgube zelo velike, reaktor pa nekaj časa ni deloval.

Glavna zahteva za material krmilnih in zasilnih palic je sposobnost absorpcije nevtronov in kadmij je eden "največjih specialistov" na tem področju. Z eno samo opozorilo: če govorimo o toplotnih nevtronih, katerih energija je zelo nizka (meri se v stotinkah elektronvolta). V prvih letih atomske dobe so jedrski reaktorji delovali prav na toplotne nevtrone in kadmij je dolgo veljal za »prvo violino« med paličnimi materiali. Pozneje pa je moral prepustiti vodilno vlogo boru in njegovim spojinam. Za kadmij pa jedrski fiziki odkrivajo vedno več novih področij delovanja: na primer s pomočjo kadmijeve plošče, nameščene na poti nevtronskega žarka, preučujejo njegov energijski spekter, ugotavljajo, kako homogen je, kakšen je delež toplote nevtronov v njem.

Posebej zanimivo za znanstvenike je bilo naraščanje breztežnosti kristala MRT, ki je trdna raztopina kadmijevih in živosrebrovih teluridov. Ta polprevodniški material je nepogrešljiv pri izdelavi toplotnih slik - zelo natančnih infrardečih naprav, ki se uporabljajo v medicini, geologiji, astronomiji, elektroniki, radijski tehniki in na mnogih drugih pomembnih področjih znanosti in tehnologije. V kopenskih razmerah je to spojino izjemno težko pridobiti: njene komponente se zaradi velike razlike v gostoti obnašajo kot junaki znane basne I. A. Krylova - labod, rak in ščuka, in posledično namesto iz homogene zlitine dobimo večplastno "pita". Za droben kristal MCT je treba vzgojiti velik kristal in iz njega izrezati najtanjšo ploščo mejne plasti, vse ostalo pa gre v nič. Ne more biti drugače: navsezadnje je čistost in homogenost kristala MCT ocenjena na stomilijontke odstotka. Ni čudno, da na svetovnem trgu en gram teh kristalov stane »samo« osem tisoč dolarjev.

Najboljša rumena barva je kombinacija kadmija in žvepla. Za izdelavo te barve se uporabljajo velike količine kadmija.

ZAKLJUČEK

Večplastno delovanje kadmija ima tudi negativne strani. Pred nekaj leti je eden od ameriških zdravstvenih uradnikov ugotovil, da obstaja neposredna povezava med umrljivostjo zaradi bolezni srca in ožilja ter. vsebnost kadmija v ozračju. Do tega sklepa so prišli po temeljiti raziskavi prebivalcev 28 ameriških mest. V štirih izmed njih - v Chicagu, New Yorku, Philadelphiji in Indianapolisu - je bila vsebnost kadmija v zraku bistveno višja kot v drugih mestih; Tu je bil višji tudi delež umrlih zaradi bolezni srca.

Medtem ko zdravniki in biologi ugotavljajo, ali je kadmij škodljiv in iščejo načine, kako zmanjšati njegovo vsebnost v okolju, predstavniki tehnologije sprejemajo vse ukrepe za povečanje njegove proizvodnje. Če je bilo v celotni drugi polovici prejšnjega stoletja izkopanih le 160 ton kadmija, je bila ob koncu 20. let našega stoletja njegova letna proizvodnja v kapitalističnih državah že približno 700 ton, v 50. letih pa je dosegla 7000 ton (po Od takrat je kadmij pridobil status strateškega materiala, namenjenega izdelavi jedrskih reaktorskih palic). In v 21. stoletju bo uporaba kadmija zaradi njegovih nenadomestljivih lastnosti le še naraščala.

REFERENCE

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

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

3) Krestovnikov A.N. Karetnikova V.P. Redke kovine. M.: Cvetmetizdat, 1966.

4) Lebedev B.N. Kuznetsova V.A. Neželezne kovine. M.: Nauka, 1976.

5) Lyubchenko V.A. Neželezne kovine. M.: Nauka, 1963.

6) Maksimova G.V. Kadmij // Journal of anorganic chemistry, št. 3, 1959, S-98.

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

8) Peysakhov I.L. Neželezne kovine. M.: Nauka, 1950.

9) Jadralni letalec V.I. Kadmij kot preventiva pred korozijo. M.: Cvetmetizdat, 1952.

Vsebina članka

KADMIJ(Kadmij) Cd je kemični element II. skupine periodnega sistema. Atomsko število 48, relativna atomska masa 112,41. Naravni kadmij je sestavljen iz osmih stabilnih izotopov: 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 %) in 116 Cd (7,58 %). Stopnja oksidacije +2, redko +1.

Kadmij je leta 1817 odkril nemški kemik Friedrich Stromeyer Friedrich (1776–1835).

Pri preverjanju cinkovega oksida, ki ga proizvaja ena od tovarn Schenebec, se je pojavil sum, da vsebuje primesi arzena. Ko so zdravilo raztopili v kislini in skozi raztopino spustili vodikov sulfid, je nastala rumena oborina, podobna arzenovim sulfidom, vendar je temeljitejši pregled pokazal, da tega elementa ni. Za končno ugotovitev so vzorec sumljivega cinkovega oksida in drugih cinkovih pripravkov (vključno s cinkovim karbonatom) iz iste tovarne poslali Friedrichu Strohmeyerju, ki je bil od leta 1802 predstojnik kemije na Univerzi v Göttingenu in položaj generalnega inšpektorja . Hannovrske lekarne.

Po žganju cinkovega karbonata je Strohmeyer dobil oksid, vendar ne bel, kot bi moral biti, ampak rumenkast. Domneval je, da je barvo povzročila primes železa, a se je izkazalo, da železa ni. Strohmeyer je v celoti analiziral cinkove pripravke in ugotovil, da se je rumena barva pojavila zaradi novega elementa. Ime je dobil po cinkovi rudi, v kateri so ga našli: grška beseda kadmeia, »kadmijeva zemlja« je starodavno ime za smithsonit ZnCO 3 . Ta beseda po legendi izvira iz imena feničanskega Kadma, ki naj bi bil prvi, ki je našel cinkov kamen in opazil njegovo sposobnost, da daje bakru (pri taljenju iz rude) zlato barvo. Enako ime je dobil junak starogrške mitologije: po eni legendi je Kadmos v težkem dvoboju premagal zmaja in na njegovi zemlji zgradil trdnjavo Kadmejo, okoli katere je nato zraslo mesto Tebe s sedmimi vrati.

Razširjenost kadmija v naravi in ​​njegovo industrijsko pridobivanje.

Vsebnost kadmija v zemeljski skorji je 1,6·10–5 %. Po številčnosti je blizu antimonu (2·10–5 %) in dvakrat pogostejši kot živo srebro (8·10–6 %). Za kadmij je značilna migracija v vročih podzemnih vodah skupaj s cinkom in drugimi kemičnimi elementi, ki so nagnjeni k tvorbi naravnih sulfidov. Koncentrira se v hidrotermalnih usedlinah. Vulkanske kamnine vsebujejo do 0,2 mg kadmija na kg, med sedimentnimi kamninami so s kadmijem najbogatejše gline - do 0,3 mg/kg, v manjši meri pa apnenci in peščenjaki (približno 0,03 mg/kg). Povprečna vsebnost kadmija v tleh je 0,06 mg/kg.

Kadmij ima svoje minerale - greenockite CdS, otavit CdCO 3, monteponit CdO. Vendar ne oblikujejo lastnih depozitov. Edini industrijsko pomemben vir kadmija so cinkove rude, kjer ga najdemo v koncentracijah 0,01–5 %. Kadmij se kopiči tudi v galenitu (do 0,02%), halkopiritu (do 0,12%), piritu (do 0,02%), stanitu (do 0,2%). Skupni svetovni viri kadmija so ocenjeni na 20 milijonov ton, industrijski - na 600 tisoč ton.

Značilnosti enostavne snovi in ​​industrijske proizvodnje kovinskega kadmija.

Kadmij je srebrnkasta trdna snov z modrikastim sijajem na sveži površini, mehka, temprana kovina, ki se z lahkoto zvije v plošče in jo je enostavno loščiti. Tako kot kositrne tudi kadmijeve palice pokajo, ko so upognjene. Tali se pri 321,1° C, vre pri 766,5° C, gostota je 8,65 g/cm 3, kar mu omogoča uvrstitev med težke kovine.

Kadmij je stabilen na suhem zraku. V vlažnem zraku hitro zbledi, pri segrevanju pa zlahka komunicira s kisikom, žveplom, fosforjem in halogeni. Kadmij ne reagira z vodikom, dušikom, ogljikom, silicijem in borom.

Hlapi kadmija medsebojno delujejo z vodno paro, da sprosti vodik. Kisline raztopijo kadmij in tvorijo soli te kovine. Kadmij reducira amonijev nitrat v koncentriranih raztopinah v amonijev nitrit. V vodni raztopini ga oksidirajo kationi nekaterih kovin, kot sta baker (II) in železo (III). Za razliko od cinka, kadmij ne deluje z alkalnimi raztopinami.

Glavni viri kadmija so vmesni produkti proizvodnje cinka. Kovinske oborine, pridobljene po čiščenju raztopin cinkovega sulfata z delovanjem cinkovega prahu, vsebujejo 2–12% kadmija. Frakcije, ki nastanejo pri destilacijski proizvodnji cinka, vsebujejo 0,7–1,1 % kadmija, frakcije, pridobljene med rektifikacijskim čiščenjem cinka, pa vsebujejo do 40 % kadmija. Kadmij se pridobiva tudi iz prahu iz talilnic svinca in bakra (vsebuje lahko do 5 % oziroma 0,5 % kadmija). Prah se običajno obdela s koncentrirano žveplovo kislino, nato pa se kadmijev sulfat izpira z vodo.

Kadmijevo gobo oborimo iz raztopin kadmijevega sulfata z delovanjem cinkovega prahu, nato jo raztopimo v žveplovi kislini in raztopino očistimo nečistoč z delovanjem cinkovega oksida ali natrijevega karbonata ter z metodami ionske izmenjave. Kovinski kadmij izoliramo z elektrolizo na aluminijevih katodah ali z redukcijo s cinkom.

Za odstranitev cinka in svinca se kovinski kadmij stopi pod plastjo alkalije. Talino obdelamo z aluminijem, da odstranimo nikelj, in amonijevim kloridom, da odstranimo talij. Z dodatnimi metodami čiščenja je mogoče pridobiti kadmij z vsebnostjo nečistoč 10–5 mas.%.

Letno se proizvede približno 20 tisoč ton kadmija. Obseg njegove proizvodnje je v veliki meri povezan z obsegom proizvodnje cinka.

Najpomembnejše področje uporabe kadmija je proizvodnja kemičnih virov energije. Kadmijeve elektrode se uporabljajo v baterijah in akumulatorjih. Negativne plošče nikelj-kadmijevih baterij so izdelane iz železnih mrež s kadmijevo gobo kot aktivnim sredstvom. Pozitivne plošče so prevlečene z nikljevim hidroksidom. Elektrolit je raztopina kalijevega hidroksida. Kompaktne baterije za vodene rakete so izdelane tudi na osnovi kadmija in niklja, le da v tem primeru kot osnova niso nameščene železne, ampak nikljeve mreže.

Procese, ki potekajo v nikelj-kadmijevi alkalni bateriji, je mogoče opisati s splošno enačbo:

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

Nikelj-kadmijeve alkalne baterije so bolj zanesljive kot svinčeve kislinske baterije. Te tokovne vire odlikujejo visoke električne lastnosti, stabilno delovanje in dolga življenjska doba. Napolnijo se lahko v samo eni uri. Vendar pa nikelj-kadmijevih baterij ni mogoče ponovno napolniti, ne da bi jih prej popolnoma izpraznili (v tem pogledu so slabše od kovinskih hidridnih baterij).

Kadmij se pogosto uporablja za nanašanje protikorozijskih premazov na kovine, zlasti kadar pridejo v stik z morsko vodo. Najpomembnejši deli ladij, letal, pa tudi različnih izdelkov, namenjenih delovanju v tropskem podnebju, so prevlečeni s kadmijem. Prej so bile železo in druge kovine prevlečene s kadmijem s potapljanjem izdelkov v staljeni kadmij; zdaj se prevleka kadmija nanese elektrolitsko.

Kadmijevi premazi imajo nekaj prednosti pred cinkovimi: bolj so odporni proti koroziji in jih je lažje narediti enakomerne in gladke. Visoka duktilnost takšnih premazov zagotavlja tesnost navojnih povezav. Poleg tega je kadmij za razliko od cinka stabilen v alkalnem okolju.

Vendar ima prevleka s kadmijem svoje težave. Ko kadmij elektrolitsko nanesemo na jekleni del, lahko vodik, ki ga vsebuje elektrolit, prodre v kovino. Povzroča tako imenovano vodikovo krhkost v jeklih visoke trdnosti, kar povzroči nepričakovano odpoved kovine pod obremenitvijo. Da bi preprečili ta pojav, se v kadmijeve prevleke vnese dodatek titana.

Poleg tega je kadmij strupen. Zato, čeprav se kadmij kositer uporablja precej široko, ga je prepovedano uporabljati za izdelavo kuhinjskih pripomočkov in posod za hrano.

Približno desetina svetovne proizvodnje kadmija se porabi za proizvodnjo zlitin. Kadmijeve zlitine se uporabljajo predvsem kot antifrikcijski materiali in spajke. Zlitina, ki vsebuje 99 % kadmija in 1 % niklja, se uporablja za izdelavo ležajev, ki delujejo pri visokih temperaturah v avtomobilskih, letalskih in ladijskih motorjih. Ker kadmij ni dovolj odporen na kisline, vključno z organskimi kislinami, ki jih vsebujejo maziva, so ležajne zlitine na osnovi kadmija včasih prevlečene z indijem.

Legiranje bakra z majhnimi dodatki kadmija omogoča, da so žice na električnih transportnih linijah bolj odporne proti obrabi. Baker z dodatkom kadmija se po električni prevodnosti skoraj ne razlikuje od čistega bakra, vendar je opazno boljši po trdnosti in trdoti.

Kadmij je vključen v Woodovo kovino, zlitino z nizkim tališčem, ki vsebuje 50% bizmuta, 25% svinca, 12,5% kositra, 12,5% kadmija. Woodovo zlitino lahko talimo v vreli vodi. Zanimivo je, da so prve črke Komponente Woodove zlitine tvorijo kratico VOSK. Izumil ga je leta 1860 ne zelo znani angleški inženir B. Wood. Ta izum se pogosto napačno pripisuje njegovemu soimenjaku - slavnemu ameriškemu fiziku Robertu Williamsu Woodu, ki se je rodil komaj osem let Kasneje Kadmijeve zlitine z nizkim tališčem se uporabljajo kot material za izdelavo tankih in kompleksnih ulitkov, v avtomatskih protipožarnih sistemih, za spajkanje stekla na kovino.Spajke, ki vsebujejo kadmij, so precej odporne na temperaturna nihanja.

Močno povečanje povpraševanja po kadmiju se je začelo v štiridesetih letih 20. stoletja in je bilo povezano z uporabo kadmija v jedrski industriji - odkrili so, da absorbira nevtrone, iz njega pa so začeli izdelovati krmilne in zasilne palice jedrskih reaktorjev. Sposobnost kadmija, da absorbira nevtrone strogo določenih energij, se uporablja pri preučevanju energijskih spektrov nevtronskih žarkov.

Kadmijeve spojine.

Kadmij tvori binarne spojine, soli in številne kompleksne, vključno z organokovinskimi spojinami. V raztopinah so povezane molekule številnih soli, zlasti halogenidov. Raztopine imajo zaradi hidrolize rahlo kislo okolje. Pri izpostavljenosti alkalijskim raztopinam, začenši s pH 7–8, se bazične soli oborijo.

Kadmijev oksid CdO se pridobiva z reakcijo enostavnih snovi ali z žganjem kadmijevega hidroksida ali karbonata. Odvisno od "toplotne zgodovine" je lahko zelenkasto-rumena, rjava, rdeča ali skoraj črna. To je deloma posledica velikosti delcev, vendar je v veliki meri posledica napak v mreži. Nad 900° C je kadmijev oksid hlapen, pri 1570° C pa popolnoma sublimira. Ima polprevodniške lastnosti.

Kadmijev oksid je lahko topen v kislinah in slabo topen v alkalijah, zlahka se reducira z vodikom (pri 900 ° C), ogljikovim monoksidom (nad 350 ° C) in ogljikom (nad 500 ° C).

Kot material za elektrode se uporablja kadmijev oksid. Vključen je v mazalna olja in serije za izdelavo posebnih stekel. Kadmijev oksid katalizira številne reakcije hidrogeniranja in dehidrogeniranja.

Kadmijev hidroksid Cd(OH) 2 se izloči kot bela oborina iz vodnih raztopin kadmijevih(II) soli, če jim dodamo alkalije. Ko je izpostavljen zelo koncentriranim raztopinam alkalij, se spremeni v hidroksokadmate, kot je Na 2. Kadmijev hidroksid reagira z amoniakom in tvori topne komplekse:

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

Poleg tega kadmijev hidroksid prehaja v raztopino pod vplivom cianidov alkalnih elementov. Nad 170°C razpade na kadmijev oksid. Medsebojno delovanje kadmijevega hidroksida z vodikovim peroksidom v vodni raztopini povzroči nastanek peroksidov različnih sestav.

Kadmijev hidroksid se uporablja za pridobivanje drugih kadmijevih spojin in tudi kot analitski reagent. Je del kadmijevih elektrod v tokovnih virih. Poleg tega se kadmijev hidroksid uporablja v dekorativnih kozarcih in emajlih.

Kadmijev fluorid CdF 2 je rahlo topen v vodi (4,06 mas. % pri 20 °C), netopen v etanolu. Lahko ga dobimo z delovanjem fluora na kovino ali vodikovega fluorida na kadmijev karbonat.

Kadmijev fluorid se uporablja kot optični material. Je sestavni del nekaterih stekel in fosforjev, pa tudi trdnih elektrolitov v kemičnih virih toka.

Kadmijev klorid CdCl 2 je zelo topen v vodi (53,2 mas. % pri 20 °C). Njegova kovalentna narava določa njegovo relativno nizko tališče (568,5 °C), kot tudi topnost v etanolu (1,5 % pri 25 °C).

Kadmijev klorid se pridobiva z reakcijo kadmija s koncentrirano klorovodikovo kislino ali kloriranjem kovine pri 500 °C.

Kadmijev klorid je sestavni del elektrolitov v kadmijevih galvanskih členih in sorbentov v plinski kromatografiji. Je del nekaterih rešitev v fotografiji, katalizatorjev v organski sintezi in fluksov za gojenje polprevodniških kristalov. Uporablja se kot jedkal pri barvanju in tiskanju tkanin. Organokadmijeve spojine pridobivajo iz kadmijevega klorida.

Kadmijev bromid CdBr 2 tvori luskaste kristale z bisernim leskom. Je zelo higroskopičen, zelo topen v vodi (52,9 % teže pri 25 °C), metanolu (13,9 % teže pri 20 °C), etanolu (23,3 % teže pri 20 °C).

Kadmijev bromid se pridobiva z bromiranjem kovine ali z delovanjem vodikovega bromida na kadmijev karbonat.

Kadmijev bromid služi kot katalizator v organski sintezi, je stabilizator fotografskih emulzij in sestavina vibracijskih kompozicij v fotografiji.

Kadmijev jodid CdI 2 tvori sijoče kristale v obliki listov, imajo plastno (dvodimenzionalno) kristalno strukturo. Znanih je do 200 politipov kadmijevega jodida, ki se razlikujejo po zaporedju plasti s heksagonalnim in kubičnim tesnim pakiranjem.

Za razliko od drugih halogenov kadmijev jodid ni higroskopičen. Je dobro topen v vodi (46,4 mas. % pri 25 °C). Kadmijev jodid se pridobiva z jodiranjem kovine s segrevanjem ali v prisotnosti vode, pa tudi z delovanjem vodikovega jodida na kadmijev karbonat ali oksid.

Kadmijev jodid služi kot katalizator v organski sintezi. Je sestavni del pirotehničnih sestavkov in maziv.

Kadmijev sulfid CdS je bil verjetno prva spojina tega elementa, za katero se je začela zanimati industrija. Tvori limonasto rumene do oranžno rdeče kristale. Kadmijev sulfid ima polprevodniške lastnosti.

Ta spojina je praktično netopna v vodi. Prav tako je odporen na raztopine alkalij in večino kislin.

Kadmijev sulfid se pridobiva z medsebojnim delovanjem kadmijevih in žveplovih hlapov, obarjanjem iz raztopin pod vplivom vodikovega sulfida ali natrijevega sulfida ter reakcijami med kadmijevimi in organožveplovimi spojinami.

Kadmijev sulfid je pomembno mineralno barvilo, prej imenovano kadmijevo rumeno.

V pleskarstvu se je kadmijevo rumeno začelo pozneje vse bolj uporabljati. Z njo so barvali predvsem osebne avtomobile, ker je ta barva poleg drugih prednosti dobro prenašala dim lokomotiv. Kadmijev sulfid so uporabljali tudi kot barvilo v proizvodnji tekstila in mila. Za pridobivanje barvnih prozornih stekel smo uporabili ustrezne koloidne disperzije.

V zadnjih letih so čisti kadmijev sulfid nadomestili cenejši pigmenti - kadmopon in cink-kadmijev litopon. Kadmopon je mešanica kadmijevega sulfida in barijevega sulfata. Pridobiva se z mešanjem dveh topnih soli - kadmijevega sulfata in barijevega sulfida. Posledično nastane oborina, ki vsebuje dve netopni soli:

CdSO 4 + BaS = CdSI + BaSO 4 Ї

Cinkov-kadmijev litopon vsebuje tudi cinkov sulfid. Pri izdelavi tega barvila se hkrati oborijo tri soli. Litopon je kremne ali slonokoščene barve.

Z dodatkom kadmijevega selenida, cinkovega sulfida, živosrebrovega sulfida in drugih spojin kadmijev sulfid proizvaja termično stabilne pigmente s svetlimi barvami od bledo rumene do temno rdeče.

Kadmijev sulfid daje plamenu modro barvo. Ta lastnost se uporablja v pirotehniki.

Poleg tega se kadmijev sulfid uporablja kot aktivni medij v polprevodniških laserjih. Lahko se uporablja kot material za izdelavo fotocelic, sončnih celic, fotodiod, LED in fosforjev.

Kadmijev selenid CdSe tvori temno rdeče kristale. Je netopen v vodi in razpade s klorovodikovo, dušikovo in žveplovo kislino. Kadmijev selenid se pridobiva s taljenjem enostavnih snovi ali iz plinastega kadmija in selena, pa tudi z obarjanjem iz raztopine kadmijevega sulfata pod delovanjem vodikovega selenida, reakcijo kadmijevega sulfida s selenovo kislino in interakcijo med kadmijevimi in organoselenskimi spojinami. .

Kadmijev selenid je fosfor. Služi kot aktivni medij v polprevodniških laserjih in je material za izdelavo fotouporov, fotodiod in sončnih celic.

Kadmijev selenid je pigment za emajle, glazure in umetniške barve. Rubinasto steklo je obarvano s kadmijevim selenidom. Prav to, in ne kromov oksid, kot v samem rubinu, je naredilo zvezde moskovskega Kremlja rubinasto rdeče.

Kadmijev telurid Barva CdTe je lahko od temno sive do temno rjave. Ni topen v vodi, ampak ga razgradijo koncentrirane kisline. Nastane z interakcijo tekočega ali plinastega kadmija in telura.

Kadmijev telurid, ki ima polprevodniške lastnosti, se uporablja kot detektor rentgenskih žarkov in gama sevanja, živosrebro-kadmijev telurid pa je našel široko uporabo (predvsem v vojaške namene) v IR detektorjih za toplotno slikanje.

Ko se poruši stehiometrija ali se vnesejo nečistoče (na primer atomi bakra in klora), kadmijev telurid pridobi fotoobčutljive lastnosti. Uporablja se v elektrofotografiji.

Organokadmijeve spojine CdR 2 in CdRX (R = CH 3, C 2 H 5, C 6 H 5 in drugi ogljikovodikovi radikali, X - halogeni, OR, SR itd.) se običajno pridobijo iz ustreznih Grignardovih reagentov. So manj toplotno stabilni kot njihovi cinkovi primerki, vendar so na splošno manj reaktivni (običajno niso vnetljivi na zraku). Njihova najpomembnejša uporaba je proizvodnja ketonov iz kislinskih kloridov.

Biološka vloga kadmija.

Kadmij najdemo v organizmih skoraj vseh živali (pri kopenskih živalih ga je približno 0,5 mg na 1 kg mase, pri morskih živalih pa od 0,15 do 3 mg/kg). Hkrati velja za eno najbolj strupenih težkih kovin.

Kadmij se v telesu koncentrira predvsem v ledvicah in jetrih, s starostjo pa se vsebnost kadmija v telesu povečuje. Kopiči se v obliki kompleksov z beljakovinami, ki sodelujejo v encimskih procesih. Kadar vstopi v telo od zunaj, ima kadmij zaviralni učinek na številne encime in jih uniči. Njegovo delovanje temelji na vezavi skupine –SH cisteinskih ostankov v beljakovinah in zaviranju encimov SH. Lahko tudi zavre delovanje encimov, ki vsebujejo cink, tako da izpodriva cink. Zaradi bližine ionskih polmerov kalcija in kadmija lahko nadomesti kalcij v kostnem tkivu.

Ljudje se s kadmijem zastrupljajo s pitno vodo, onesnaženo z odpadki, ki vsebujejo kadmij, pa tudi z zelenjavo in žiti, ki rastejo na zemljiščih v bližini rafinerij nafte in metalurških obratov. Gobe ​​imajo posebno sposobnost kopičenja kadmija. Po nekaterih poročilih lahko vsebnost kadmija v gobah doseže enote, desetine in celo 100 ali več miligramov na kg lastne teže. Kadmijeve spojine sodijo med škodljive snovi v tobačnem dimu (ena cigareta vsebuje 1–2 mcg kadmija).

Klasičen primer kronične zastrupitve s kadmijem je bolezen, ki je bila prvič opisana na Japonskem v petdesetih letih prejšnjega stoletja in imenovana "itai-itai". Bolezen so spremljale hude bolečine v ledvenem predelu in bolečine v mišicah. Pojavili so se tudi značilni znaki ireverzibilne okvare ledvic. Zabeleženih je na stotine smrti itai-itai. Bolezen je postala zelo razširjena zaradi visoke onesnaženosti okolja na Japonskem v tistem času in specifične prehrane Japoncev - predvsem riža in morskih sadežev (sposobni so kopičiti kadmij v visokih koncentracijah). Študije so pokazale, da so tisti z "Itai-Itai" zaužili do 600 mcg kadmija na dan. Kasneje se je zaradi ukrepov za varstvo okolja pogostost in resnost sindromov, kot je "Itai-Itai", opazno zmanjšala.

V ZDA so ugotovili povezavo med vsebnostjo kadmija v ozračju in pojavnostjo smrti zaradi bolezni srca in ožilja.

Menijo, da lahko približno 1 mcg kadmija na 1 kg telesne teže vstopi v človeško telo na dan brez škode za zdravje. Pitna voda naj ne vsebuje več kot 0,01 mg/l kadmija. Protistrup za zastrupitev s kadmijem je selen, vendar uživanje hrane, bogate s tem elementom, povzroči zmanjšanje vsebnosti žvepla v telesu, v tem primeru pa kadmij spet postane nevaren.

Elena Savinkina

Od kod dobite kadmij? Kadmij je vedno vsebovan v rudah, iz katerih pridobivajo cink in svinec, včasih pa tudi v bakrovi rudi. Zato neizogibno konča med proizvodnimi odpadki teh kovin. Vendar se ne zavržejo, ampak se poskušajo reciklirati, saj obstaja veliko drugih elementov, ki jih ljudje potrebujejo. Delež kadmija je zelo velik - 0,3–0,5% teže cinkovega koncentrata, od tam pa ga vzamemo 95%. Pravzaprav so kadmij odkrili med preučevanjem cinkovih spojin. Pripovedujejo naslednjo zgodbo (glej "Kemija in življenje", 1970, št. 9). Leta 1817 je prišlo do spora v Magdeburgu: okrožni zdravnik Rolov je ukazal umakniti iz prodaje vse pripravke s cinkovim oksidom, ker je sumil, da vsebujejo arzen. Farmacevti so prisegali, da v pripravkih ni arzena, razen morda železovega oksida, ki daje mazilu rumenkasto barvo. Razsodnik je bil profesor Friedrich Strohmeyer z univerze v Göttingenu, ki je bil takrat glavni farmacevtski inšpektor. Pravzaprav mu je uspelo iz zdravila izolirati rumenkasto spojino. Vendar ni imel nobene zveze z arzenom ali železom, ampak se je izkazalo, da je oksid novega elementa. Jeseni 1817 ga je Strohmeyer v pogovorih s kolegi imenoval kadmij, za kar je podana naslednja razlaga. Legendarni feničanski princ Kadmos, ki je prišel v Beotijo ​​iskat svojo sestro Evropo, ki jo je ukradel Zevs, je tam zgradil trdnjavo Kadme. Okoli njega so pozneje zrasle starogrške Tebe. V starih časih so v bližini tega mesta našli posebno mešanico cinkovih spojin, imenovano »kadmejska zemlja« ali kadmij. Strohmeyer je uporabil to ime.

Tudi Rolov se je kmalu prepričal, da sumljiva primes ni arzen, temveč spojina nove kovine. Toda njegov članek je bil poslan v " Journal fur der praktischen Heilkunde”, je bil odložen in objavljen aprila 1818, ko so kemiki že vedeli za Strohmeyerjevo odkritje.

Kako je rumena barva spojine vplivala na zanimanje za kadmij? Na najbolj neposreden način: kmalu po Strohmeyerjevem odkritju je neki Karsten, višji svetovalec za metalurgijo v tovarni Breslau (zdaj Wroclaw), našel v šlezijski cinkovi rudi element, ki je dal rumeno oborino, ko je vodikov sulfid prešel skozi njegovo raztopino, in imenoval "melinij" iz latinske besede " mellis«, kar pomeni med. Še vedno je bil isti kadmij, njegov sulfid pa je postal odličen rumeni pigment, najprej za umetnike, nato pa, ko je cena padla, za slikarstvo. S pridobivanjem kadmijevega sulfida na različne načine lahko naredite čudovito barvo v različnih odtenkih - od limone do pomaranče. Ker je odporen na kisline, luge in močno vročino, je kadmijevo rumeno primerno tudi za barvanje keramike. Poleg tega, ko kadmijev sulfid pomešamo z ultramarinom, nastane odlična zelena barva - kadmijeva zelena. Pri gorenju kadmij dobi modro barvo, zato so ga uporabljali tudi v pirotehniki. Tako so v 90. letih 20. stoletja za pripravo barv za različne namene porabili 17 % kadmija.

Kaj je glavna uporaba kadmija? Nikelj-kadmijeve baterije: ena od elektrod v njih je narejena iz kadmija ali njegovega hidroksida, njihova proizvodnja porabi več kot 60% vsega izkopanega kadmija. Te baterije so zelo trpežne: lahko zagotovijo nekajkrat več ciklov praznjenja in polnjenja kot njihovi najbližji konkurenti - svinčene baterije, vendar stanejo desetkrat več. Kar zadeva razmerje med shranjeno elektriko in težo, je Ni-Cd dvakrat večji od Pb, zaradi česar so obetavni za električna vozila. Življenjska doba sodobnih nikelj-kadmijevih baterij je več kot 30 let. Hitro se polnijo in hitro sproščajo energijo, zaradi nizkega notranjega upora pa lahko zagotavljajo visoko gostoto toka brez segrevanja. Zato se uporabljajo povsod, kjer so potrebne visoke gostote toka - v električnih avtomobilih, trolejbusih, tramvajih, električnih vlakih, izvijačih, pa tudi v radijski opremi in gospodinjskih aparatih. Do nedavnega so z energijo oskrbovali tudi računalnike in mobilne telefone, zdaj pa njihovo mesto zasedajo litij-ionski. Nikelj-kadmijeve baterije naj bi se uporabljale tudi v alternativnih energetskih sistemih, kjer je treba občasno nekam črpati presežek energije, ki nato nadomesti pomanjkanje proizvodnje zaradi slabega vremena: takšne baterije lahko zagotovijo zanesljivo shranjevanje do 6,5 MWh električne energije, s čimer se izenačujejo s svincem in natrijevim sulfidom.

Med pomanjkljivostmi nikelj-kadmijevih baterij sta visoko samopraznjenje in spominski učinek: če polnite baterijo, ki ni popolnoma izpraznjena, bo vsakič akumulirala vedno manj energije. Obstaja mnenje, da se je temu učinku mogoče boriti, če je taka baterija občasno zelo izpraznjena. Toda njihova glavna pomanjkljivost je toksičnost kadmija; zaradi tega se stalno zmanjšuje uporaba nikelj-kadmijevih baterij, pa tudi kadmijevih pigmentov za barve, stabilizatorje za polimere (10 % proizvodnje kovin) in premaze za kovine (5 %).

Katera uporaba kadmija je v porastu? Proizvodnja solarnih panelov. Kadmijev telurid precej dobro pretvarja sončno svetlobo v električno energijo, čeprav je slabši od silicijevih baterij: učinkovitost modulov, ki so na voljo na trgu, je 8–9% oziroma 13–16%. Vendar se kadmijev telurid nalaga v obliki tankih filmov na prevodno steklo, kar zahteva veliko manj energije in materialov kot proizvodnja silicijevih baterij. Kot rezultat (" ”, 2012, 16, 5245–5259; doi:10.1016/j.rser.2012.04.034) stroški energije za proizvodnjo baterij se povrnejo s proizvodnjo energije v enem letu, kar je dvakrat do trikrat (kot tudi emisije ogljikovega dioksida na kilovat proizvedene električne energije v Evropi) manj kot pri silicijevih baterijah Z drugimi besedami, baterije, ki uporabljajo kadmijeve spojine, so zelo okolju prijazne. Z naraščajočo učinkovitostjo se bo ta razlika še povečala in tu obstajajo obeti, saj sta bili rekordni vrednosti učinkovitosti kadmijevega telurida 15,6 in 13,8% v letu 2011 pri nanašanju njegovega tankega filma na steklo oziroma fleksibilnega poliimida. Baterije na osnovi polimerov tehtajo stokrat manj kot steklene in se zlahka namestijo na ukrivljene površine, kar pritegne pozornost raziskovalcev.

Tanki filmi niso vse. Elementi na osnovi kvantnih pik iz halkogenidov - kadmijevega sulfida, telurida in selenida - so obetavni predstavniki sončnih celic tretje generacije, ki so po mnenju strokovnjakov sposobni končno zagotoviti samooskrbo s tem virom energije. Pike pritegnejo pozornost raziskovalcev, ker je zaradi odvisnosti njihovih lastnosti od velikosti mogoče doseči absorpcijo in pretvorbo celotnega sončnega spektra v električno energijo. Poleg tega so v nekaterih poskusih halkogenidne kvantne pike pokazale sposobnost pridobivanja več elektronov iz enega fotona - učinek večkratne generacije ekscitonov. Očitno bo, če se pravilno uporablja, močno povečala učinkovitost pretvorbe svetlobe, kar nam omogoča, da pričakujemo konvergenco v stroških električne energije iz sonca in kurjenja premoga.

Doslej pa potencial kvantnih pik ni bil popolnoma razkrit - rekordno učinkovitost 5,42 % je v začetku leta 2013 dokazal element na osnovi kvantnih pik iz kadmijevega sulfida in selenida z dodatki mangana (“ Pregledi obnovljive in trajnostne energije”, 2013, 22, 148–167; doi:10.1016/j.rser.2013.01.030). Menijo, da same točke niso krive za to - optimalni material elektrod še ni izbran, da bi zagotovili popolno odstranitev nosilcev naboja, ki so posledica fotoreakcije iz njih. Možno je, da bo kadmij uporaben tudi pri izdelavi elektrod; poskusi z elektrodo iz kadmijevega stanata CdSnO 3 za sončne celice kažejo dobre rezultate (" Materiali za sončno energijo in sončne celice”, 2013, 117, 300–305; doi:10.1016/j.solmat.2013.06.009).

Kateri drugi nanodelci so narejeni iz kadmijevih spojin? Najrazličnejše: nanopalice, nanocevke in celo strukture, kot so morski ježki. Možno je, da bodo nekateri od njih našli uporabo v prihodnjih tehnologijah.

Ali je v kositrnih vojakih kadmij? Tam se lahko tudi konča, saj majhen dodatek kadmija močno zmanjša tališče drugih kovin in s tem zagotovi boljše polnjenje kalupa z zlitino za ulivanje. Ni presenetljivo, da je del znane zlitine Wood in njenih sort. Takšne zlitine se pogosto uporabljajo v metalografiji (vlijejo jih v tanke dele, vzorce za mikroskopsko preiskavo), v preciznem litju, služijo kot palice za izgubljeno taljenje pri izdelavi votlih likov, pa tudi kot taljive varovalke. Očitno je bil angleški inženir Barnaba Wood tisti, ki je prvi odkril sposobnost kadmija, da zmanjša tališče drugih kovin, saj elementi, ki sestavljajo zlitino, imenovano po njem - sedem do osem delov bizmuta, štiri svinca in po dva iz kositra in kadmija - imata tališče 271. 327, 231 in 742 °C. In vse skupaj se stopi pri 69°C! Ta rezultat je bil leta 1860 tako nepričakovan, da je uredništvo revije " Ameriški časopis za znanost in umetnost« je k Woodovemu članku dodal naslednjo opombo: »Imeli smo čas ponoviti le nekaj zanimivih poskusov dr. Wooda v zvezi z neverjetnim učinkom, ki ga ima kadmij pri zniževanju tališča različnih zlitin.« Dandanes se sposobnost kadmija, da zmanjša tališče kovin, uporablja z dodajanjem spajkam - to predstavlja 2 % svetovne proizvodnje kovin. Poleg tega spajke niso samo industrijske, ampak tudi domače. Na primer, na forumu draguljarjev obrtniki dajejo naslednja priporočila: »Zlatu dodajte malo kadmija, njegovo tališče bo nižje od tališča kovine izdelka in mogoče bo spajkati zahtevani del. Ker je verjetno, da kadmij med spajkanjem izhlapi, se vzorec izdelka morda ne bo spremenil. Samo spajkati moraš pod pritiskom, da se ne zastrupiš.”

Kakšna je pot kadmija v telo?»Kadmij v otroških igračah je nemogoč, je strupen,« bo rekel bralec. In imel bo prav, a le delno, saj je malo verjetno, da bi kadmij iz kositrnega vojaka (katera koli figura iz srebrno težke kovine, ulite v majhni delavnici) ali iz rumenega vzorca na solatni skledi nekako lahko vstopil v človeško telo. Ima popolnoma drugačne poti. Trije so. Prvič, s cigaretnim dimom: kadmij se dobro kopiči v listih tobaka. Drugič, iz zraka, zlasti mestnega: vsebuje veliko cestnega prahu, ki je posledica obrabe pnevmatik in zavornih ploščic (in kadmij je del njihove sestave); Več ko vdihavate tega prahu, večja je vsebnost kadmija v telesu. Tako jih je med prometniki poldrugkrat več kot med cestnimi delavci s podeželja (« Kemosfera”, 2013, 90, 7, 2077–2084). Kadmij je prisoten tudi v dimu termoelektrarn, če delujejo na premog, in v dimu pri kurjenju lesa, saj ga drevesa črpajo iz zemlje. Tretji vir je hrana, predvsem korenine, listi in zrna rastlin: tu se kopiči kadmij. Raziskave znanstvenikov iz Seattla so pokazale, da je med mladimi ženskami, ki živijo na območjih, ki niso onesnažena s kadmijem, kajenje glavni vir kadmija, saj poveča vsebnost te kovine za enkrat in pol. Med prehranskimi izdelki pa se je izkazalo, da je pomemben vir kadmija skuta iz zrn tofuja – ena porcija le-te na teden poveča vsebnost kadmija v telesu za 22 % (“ Znanost o celotnem okolju", 2011, 409, 9, 1632–1637). Veliko kadmija najdemo v mehkužcih in rakih, ki se prehranjujejo s planktonom. Novozelandski biologi so ugotovili, da je kadmij v morski vodi (njegova koncentracija v njej je 0,11 μg/l) tam najverjetneje končal po krivdi človeka. Kadmij vsebujejo fosforjeva gnojila, od koder mimogrede večinoma konča v užitnih rastlinah. Deževje odnaša gnojila v reke in nato v morja. Kadmij potuje po površini mikrodelcev. Ko je v slani vodi, se sprosti in konča v fitoplanktonu, z njim pa v ostrigah. Zaradi tega so mehkužci, ki rastejo višje v rečnih ustjih, kjer kadmij še ni izpran iz mikrodelcev, razmeroma čisti, tisti nižje pa vsebujejo te kovine še posebno veliko (« Znanost o celotnem okolju”, 1996, 181, 1, 31–44). Vsebnost kadmija v ostrigah je 13–26 mikrogramov na gram suhe teže. Za primerjavo: v sončničnih semenih, ki prav tako veljajo za pomemben vir kadmija, je 0,2–2,5 mcg na gram zrn, v listih tobaka - 0,5–1 mcg na gram suhe teže. Ker se s planktonom ne prehranjujejo le ostrige, kadmij konča tudi v ribah, ujetih v umazanih morjih. In najbolj umazano je Baltsko morje, v katerega se stekajo številne reke iz industrijskih območij in območij z intenzivnim kmetijstvom.

Kako pride antropogeni kadmij v okolje? Poleg fosfatnih gnojil, cestnega prahu in zgorevanja goriva obstajata še dva načina. Prva je barvna metalurgija: ob vseh prizadevanjih za čiščenje izpustov nekaj neizogibno gre skozi vse filtre. Drugi so odlagališča in mesta za recikliranje odpadkov, ko na primer tam gori plastika. Na odlagališču pa se kadmij tudi brez ogrevanja izpira in z vodo pride v tla. Na splošno barvna metalurgija proizvede 5 tisoč ton izpustov kadmija na leto, kurjenje odpadkov - 1,5, proizvodnja fosfatnih gnojil in kurjenje lesa pa po 0,2 tisoč ton od več kot sedem tisoč ton, ki jih človek približno odnese v okolje. od 30-ih let XX stoletja. Lastne zmožnosti narave so skromnejše: 0,52 tisoč ton zagotavljajo vulkani in 0,2 tisoč ton rastlinski izločki, skupaj 0,83 tisoč ton (glej "Kemija in življenje", 1979, št. 12). Z drugimi besedami, največ dve tretjini kadmija, pridobljenega iz zemeljskega drobovja, ni mogoče pretvoriti v kovino (svetovna proizvodnja pa že desetletja niha med 17 in 20 tisoč tonami na leto), zato so možnosti za uporabo tukaj zelo široke. . Vendar pa ni spodbude, o čemer bomo še razpravljali.

Kako se bodo novi materiali, ki vsebujejo kadmij, obnašali na odlagališču? Drugače. Podrobno analizo je izvedel Vasily Fthenakos iz Brookhaven National Laboratory (ZDA), ki je podrobno opisal življenjski cikel baterije iz kadmijevega telurida (“ Pregledi obnovljive in trajnostne energije”, 2004, 8, 303–334; doi:10.1016/j.rser.2003.12.001). Utemeljuje takole. V sončni celici se kadmijeva spojina nahaja med plastmi stekla ali plastike. Zato se lahko delci, ki vsebujejo kadmij, pojavijo v okolju šele, ko je element uničen, kar se zgodi bodisi v zelo prašnem prostoru bodisi ob okvari. Toda tudi takrat, kot je pokazal poskus, noben dež ne more izprati opazne količine kadmija iz elementa. Temperatura izhlapevanja CdTe presega 1000°C, CdS, ki je prav tako prisoten v teh elementih, pa 1700°C, zato med delovanjem ne bo izhlapevanja.

Kaj pa, če je element na strehi zasebne hiše, v kateri je bil požar? V zraku ostane kadmijev telurid stabilen do temperatur 1050°C, kar je manj kot pri segrevanju pri običajnem požaru. Neposredni poskusi so dokazali, da če je baterija izdelana na stekleni podlagi, bo skoraj ves kadmij ostal v staljenem steklu - le 0,6% njegove že tako majhne količine (navsezadnje gre za tanek film) se lahko sprosti. Nekateri elementi ob razgradnji na odlagališču dejansko razpadejo in sproščajo kadmij, drugi, modernejši, pa ne. Zakonodajna ureditev lahko zagotovi, da se zavržejo samo neškodljivi elementi. In bolje bi bilo, da jih sploh ne bi zavrgli, saj vsebujejo dragocen telur.

Na žalost Fthenakos ne pove nič o elementih na osnovi polimerov, ki bodo najverjetneje izgoreli in se kadmij ne bo stopil v steklo. Vendar ugotavlja, da lahko prepovedi uporabe kadmija povzročijo veliko hujše posledice: proizvajalci cinka, svinca in bakra bodo po izgubi prodajnega trga prenehali pridobivati ​​kadmij iz odpadkov in začeli bodo onesnaževati vse okoli veliko bolj kot odlagališča (ne pozabite tretjina kadmija, ki prileti v dimnik ). Zato je treba razširiti uporabo kadmija in zaostriti ukrepe za odlaganje proizvodov.

Obstaja ločeno vprašanje o napravah, ki temeljijo na nanotočkah: ko bodo ti materiali uničeni, bodo neizogibno razpršili nanodelce, ki se lahko premikajo skozi prehranjevalno verigo. Obstajajo podatki (" Journal of Hazardous Materials”, 2011, 192, 15, 192–199; doi:10.1016/j.jhazmat.2011.05.003), da hkrati ne bodo ostali nespremenjeni: v jetrih in ledvicah podgan, ki so jim v trebušno votlino vbrizgali nanotočke kadmijevega selenida, so opazili povečanje prostega kadmija. . Učinek je bil najbolj izrazit, če so nanodelce pred uporabo osvetlili z ultravijolično svetlobo (očitno bo tako pri nanoprašu v naravnih razmerah). Očitno morajo biti zahteve za odlaganje sončnih celic in drugih naprav na osnovi takih nanodelcev strožje kot pri uporabi monolitnih izdelkov.

Zakaj je kadmij nevaren? Vprašanje je veliko bolj zapleteno, kot se morda zdi, saj kadmij vstopi v telo v mikroskopskih količinah in ne deluje takoj. O tem podrobno pišejo raziskovalci z Univerze v Severni Dakoti, ki jih vodi Soysunwan Satarug (“ ”, 2010, 118, 182–190; doi:10.1289/ehp.0901234). Ponovimo to recenzijo.

Lahko se šteje za dokazano, da imajo ljudje, ki živijo na območjih, kjer prst vsebuje veliko kadmija in je hrana nenehno onesnažena z njim, povečano krhkost kosti. Japonci so to bolezen poimenovali itai-itai: pojavila se je v 40. letih prejšnjega stoletja v prefekturi Toyama, kjer so kmetje za namakanje polj uporabljali vodo iz rudnika cinka. Vsebnost kadmija v rižu je bila tako visoka, da je bil dnevni vnos 600 mcg na dan ali 4200 mcg na teden ali do 2 grama na osebo v življenju. Tukaj ni težko ugotoviti vzročno-posledične zveze, česar pa ne moremo reči za kronično uživanje kadmija v majhnih odmerkih. Vse je odvisno od odstotka tveganja, da zbolimo za določeno boleznijo. Še vedno ni povsem znano, kateri odmerki kadmija se lahko štejejo za neškodljive. Svetovna zdravstvena organizacija je leta 1989 podala najvišji dopustni vnos kadmija na teden: 400–500 mcg, na podlagi tega, da je 2 g v življenju veliko, kar vodi v itai-itai. Leta 1992 je bila norma preračunana, znašala je 7 mcg na dan na kilogram teže. Preprosto je videti, da je tedenski odmerek za osebo, ki tehta 70 kg, enak - 490 mcg. Pri izračunu je bilo predpostavljeno, da telo absorbira 5% kadmija, ki vstopi vanj, in 0,005% količine kovine, ki je že v njem, izstopi z urinom. Vendar nekateri zdravniki dvomijo o tem modelu in poudarjajo, da so naleteli na primere, ko je telo absorbiralo 40% kadmija, ki je vstopil vanj. Poleg tega so meritve pokazale, da uživanje že 1 mcg na kg na dan povzroči 2 mcg kadmija na gram kreatinina v urinu, neprijetni učinki pa se pojavijo že pri precej nižjih ravneh. (Vsebnost kadmija in drugih škodljivih kovin v urinu, katerih koncentracija je nizka, je običajno izražena v mikrogramih na gram kreatinina – ta snov nastaja med mišično aktivnostjo in se nenehno izloča z urinom. Rezultat, predstavljen v takih enotah ni odvisen od razredčitve vzorca. Sledi beseda kreatinin, ki jo bomo izpustili. Očitno je merjenje kadmija v urinu veliko lažje kot njegov vnos v telo iz različnih virov)

Kakšni so ti učinki? Ob branju ocene dobimo vtis, da kadmij povzroča simptome starosti. Najprej, ko se kopiči v ledvicah, pospeši razgradnjo ledvičnih tubulov. Po nekaterih podatkih je verjetnost razgradnje ledvic 10 %, če se z urinom dnevno izloči 2–4 mcg kadmija; po mnenju drugih, ko ne merijo dnevnega izločanja, temveč koncentracijo v testnem vzorcu, je nevarna že vsebnost kadmija v urinu 0,67 mcg/g. (Če predpostavimo, da se z urinom dnevno izloči 1–2 grama kreatinina, potem se izkaže, da je nevarna dnevna doza izločenega kadmija približno 1 mcg.) Kot posledica tubularne razgradnje se zmanjša sposobnost ledvic za vračanje vitaminov, mineralov in drugih koristnih snovi v telo je oslabljeno, na primer cink in baker, povezan z metalotioneini, kalcij, fosfati, glukoza, aminokisline. Dvakratno povečanje ravni kadmija v urinu poveča vsebnost kalcija v njem za 2 mg na dan. Ni težko uganiti, da izguba kalcija poveča tveganje za osteoporozo. Dejansko je bilo v skupini žensk, starejših od 50 let, z več kot 1 mcg/g kadmija v urinu, tveganje za osteoporozo večje za 43 % kot pri tistih, ki so imele manj kot 0,5 mcg/g. Pri vsebnosti kadmija med 1 in 2 μg/g je tveganje za povišano raven glukoze in razvoj sladkorne bolezni tipa 2 1,48 oziroma 1,24 v primerjavi s tistimi z manj kot 1 μg/g. Raziskava med Korejci, od katerih jih je četrtina trpela za visokim krvnim tlakom, je pokazala, da je tveganje za to bolezen pri ljudeh z visoko vsebnostjo kadmija poldrugkrat večje kot pri tistih z nizko. Tveganje za srčni infarkt pri ženskah z več kot 0,88 mcg/g kadmija v urinu je 1,8-krat večje v primerjavi s tistimi z manj kot 0,43 mcg/g. Verjetnost smrti zaradi raka pri moških z manj kot 0,22 in več kot 0,48 μg/g kadmija v urinu se razlikuje za 4,3-krat. Obstajajo sumi, da kadmij zmanjšuje plodnost pri moških.

Na splošno iz dela dr. Sataruge in njegovih kolegov izhaja, da je onesnaženost okolja s kadmijem kriva, da so se starostne bolezni v 20. stoletju močno »pomlajšile«.

Obstajajo tudi čudni podatki. Tako je pri Američanih, ki ne kadijo, obstajala močna povezava med vsebnostjo kadmija v urinu in tveganjem za visok krvni tlak, medtem ko pri kadilcih te povezave niso opazili. Medtem pa je med ljubitelji cigaret poraba kadmija očitno večja, poleg tega pa je vsebnost kadmija v urinu Američanov na splošno več kot trikrat manjša kot pri zgoraj omenjenih Korejcih. Pri kadilcih s starostno degradacijo mrežnice je bila raven kadmija v urinu 1,18 μg/g – skoraj dvakrat višja kot pri kadilcih brez te bolezni in zdravih nekadilcih. Tisti nekadilci, pri katerih se je bolezen pojavila, pa so imeli prav tako malo kadmija kot zdravi ljudje – kar pomeni, da ni samo to. Takšni protislovni podatki sprožajo vprašanje: morda povečana vsebnost kadmija v urinu ne odraža vzroka, ampak posledice nekaterih sistemskih procesov v telesu? Na koncu večina študij, omenjenih v pregledu, ni merila porabe kadmija, temveč le njegovo proizvodnjo.

Kako ravnati s kadmijem v telesu? Znanstvenih raziskav na to temo je malo, princip pa v istem delu nakazujejo raziskovalci iz Severne Dakote. Kadmij ne sodi med vitalne elemente, zato telo nima posebnih mehanizmov za njegovo absorpcijo – kadmij uporablja tiste, ki so predvideni za podobne težke kovine, ki tvorijo dvovalentne ione: cink, železo, mangan in kalcij. Pomanjkanje katerega koli od teh elementov takoj povzroči povečano absorpcijo kadmija. Tako se zaradi pomanjkanja železa vsebnost kadmija pri Tajkah poveča za tri do štirikrat. Študija bangladeških žensk je ugotovila isto stvar, vendar je bil v igri tudi cink. Iz tega izhaja, kako pomembno je vzdrževati pravilno ravnovesje mikroelementov v telesu.

Obstajajo še druge ideje. Brazilci so na primer dokazali, da kofein pri poskusnih podganah znatno, več kot dvakrat, zmanjša vsebnost kadmija v krvi in ​​tkivih, vključno z reproduktivnimi tkivi (“ Reproduktivna toksikologija”, 2013, 35, 137–143; doi:10.1016/j.reprotox.2012.10.009). Po mnenju raziskovalcev kofein tvori komplekse s kadmijem, kar preprečuje njegovo absorpcijo. Zaključek se nakazuje sam: navada poplakniti obrok s kavo ali čajem, ki prav tako vsebuje kofein, je pravilna.

Včasih se pojavi paradoks: hrana z visoko vsebnostjo kadmija ne vpliva na telo. Tako je študija jedcev ostrig iz leta 1986 privedla do presenečenja: pri maksimalni porabi 72 ostrig na teden so pojedli pošastnih 1.750 mikrogramov kadmija, a se to ni poznalo ne v urinu ne v laseh. Kam je šel ves ta kadmij, ostaja skrivnost. Obstaja domneva, da je selen, katerega vsebnost je bila v teh ostrigah visoka, nekako motil absorpcijo kadmija in je očitno skupaj z drugimi neužitnimi snovmi izhajal skozi črevesje. Vendar pa je bila leta 2008 skladnost s splošno linijo ponovno vzpostavljena: med delavci na farmah ostrig, ki so več kot 12 let jedli 18 ostrig vsak teden, se je vsebnost kadmija v urinu povečala za 2,5-krat v primerjavi s povprečjem v ZDA - na 0 76 µg/g.

Ali pa je morda bolje ravnati s kadmijem, preden vstopi v telo, na primer, da zagotovimo, da ne pride v zemljo in zrak? Fosforjeva gnojila je skoraj nemogoče osvoboditi kadmija, gojenje rastlin z zmanjšano prebavljivostjo kadmija je dolgotrajno in drago, čeprav se poskuša s tobakom, je pa mogoče tla očistiti s hiperakumulacijskimi rastlinami – v primeru kadmij, to je črni nočni senčnik Solanum nigrum, znana tudi kot užitna robida, francoska sorta, podobna pastirski mošnji ali gorčici, sinja jagoda ali alpska jagoda ( Thlaspi caerulescens) in kitajski sedum Sedum alfredii. Res je, da ni jasno, kam dati dele teh rastlin, obogatene s kadmijem - očitno niso primerni za kompost in pepel, pridobljen z vrtne parcele. Med industrijskim zgorevanjem tako imenovanih trdnih biogoriv - slame, grmičevja itd. - obstajajo možnosti, da se znebite škodljivih kovin: potrebno je ločiti visokotemperaturne frakcije dima, ki ga vsebujejo, od nizkotemperaturnih - potem lahko nastali pepel varno prinesete nazaj na njivo in ji povrnete rodovitnost.

Toda glavna stvar za čiščenje je zrak. Najbolj radikalno metodo so izbrale ameriške in zdaj še evropske oblasti - nepomirljiv boj proti kajenju tobaka (“ Perspektive zdravja okolja”, 2012, 120, 2, 204–209; doi:10.1289/ehp.1104020). Rezultati so jasni: povprečna vsebnost kadmija v urinu Američanov se je zmanjšala z 0,36 µg/g leta 1988 na 0,26 µg/g leta 2008. Ker je tudi med hudimi kadilci (in po ameriških standardih je to 20 ali več škatlic na leto) padel z 0,71 na 0,49, med nekadilci pa z 0,26 na 0,19, je treba domnevati, da je prepoved kajenja na javnih mestih bistveno zmanjšala posledice uživanja pasivnega tobačnega dima. Glede na zgornje podatke o škodljivosti mikrodoz kadmija se zdijo tovrstne prepovedi najlažje izvedljiv in zelo pomemben prispevek k javnemu zdravju. Prav tako bi veljalo poostriti zahteve glede izpustov iz tovarn barvne metalurgije, kotlovn in avtomobilov, hkrati pa poskrbeti, da bi izpod podkovanih koles letela manj škodljivega prahu.

kadmij

KADMIJ-JAZ; m.[lat. kadmij iz grščine. kadmeia - cinkova ruda]

1. Kemični element (Cd), srebrno bela mehka, temprana kovina, ki jo najdemo v cinkovih rudah (del številnih zlitin z nizkim tališčem, ki se uporabljajo v jedrski industriji).

2. Umetna rumena barva v različnih odtenkih.

◁ Kadmij, oh, oh. K-te zlitine. K-rumena(barvilo).

(lat. Cadmium), kemični element II. skupine periodnega sistema. Ime izhaja iz grške kadméia - cinkova ruda. Srebrna kovina z modrikastim odtenkom, mehka in taljiva; gostota 8,65 g/cm 3, t pl 321,1 °C. Kopajo ga s predelavo svinčevo-cinkove in bakrove rude. Uporablja se za prevleko s kadmijem, v visokozmogljivih baterijah, jedrski energiji (kontrolne palice za reaktorje) in za proizvodnjo pigmentov. Je del nizko talnih in drugih zlitin. Kadmijevi sulfidi, selenidi in teluridi so polprevodniški materiali. Številne kadmijeve spojine so strupene.

KADMIJ (lat. Cadmium), Cd (beri »kadmij«), kemijski element z atomskim številom 48, atomsko maso 112,41.
Naravni kadmij je sestavljen iz osmih stabilnih izotopov: 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 %) in 116 Cd (12,75 %). Nahaja se v obdobju 5 v skupini IIB periodnega sistema elementov. Konfiguracija dveh zunanjih elektronskih plasti 4 s 2 str 6 d 10 5s 2 . Oksidacijsko stanje +2 (valenca II).
Polmer atoma je 0,154 nm, polmer iona Cd 2+ je 0,099 nm. Energije sekvenčne ionizacije - 8,99, 16,90, 37,48 eV. Elektronegativnost po Paulingu (cm. PAULING Linus) 1,69.
Zgodovina odkritja
Odkril nemški profesor F. Strohmeier (cm. STROHMEYER Friedrich) leta 1817. Farmacevti iz Magdeburga med študijem cinkovega oksida (cm. CINK (kemijski element) Sumili so, da ZnO vsebuje arzen (cm. ARSEN). F. Strohmeier je iz ZnO izoliral rjavo rjav oksid in ga reduciral z vodikom (cm. VODIK) in pridobili srebrno belo kovino, ki so jo poimenovali kadmij (iz grške kadmeia - cinkova ruda).
Biti v naravi
Vsebnost v zemeljski skorji je 1,35·10–5% mase, v vodi morij in oceanov 0,00011 mg/l. Znanih je več zelo redkih mineralov, na primer greenockite GdS, otavit CdCO 3, monteponit CdO. Kadmij se kopiči v polimetalnih rudah: sfalerit (cm. SFALERIT)(0,01-5%), galenit (cm. GALENA)(0,02%), halkopirit (cm. CHALCOpyRITE)(0,12%), pirit (cm. PIRIT)(0,02%), zbledele rude (cm.ČRNE RUDE) in stannina (cm. STANNIN)(do 0,2%).
potrdilo o prejemu
Glavni viri kadmija so vmesni proizvodi pri proizvodnji cinka, prah iz topilnic svinca in bakra. Surovino obdelamo s koncentrirano žveplovo kislino in dobimo CdSO 4 v raztopini. Cd izoliramo iz raztopine z uporabo cinkovega prahu:
CdSO 4 + Zn = ZnSO 4 + Cd
Nastala kovina se očisti s taljenjem pod plastjo alkalije, da se odstranijo nečistoče cinka in svinca. Kadmij visoke čistosti se pridobiva z elektrokemijsko rafinacijo z vmesnim čiščenjem elektrolita ali z metodo conskega taljenja. (cm. TALENJE OBMOČJA).
Fizikalne in kemijske lastnosti
Kadmij je srebrno bela mehka kovina s heksagonalno mrežo ( A = 0,2979, z= 0,5618 nm). Tališče 321,1 °C, vrelišče 766,5 °C, gostota 8,65 kg/dm3. Če upognete kadmijevo palico, lahko slišite rahlo prasketanje - to so kovinski mikrokristali, ki se drgnejo drug ob drugega. Standardni elektrodni potencial kadmija je -0,403 V, v območju standardnih potencialov (cm. STANDARDNI POTENCIAL) nahaja se pred vodikom (cm. VODIK).
V suhem ozračju je kadmij stabilen, v vlažnem ozračju pa se postopoma prekrije s filmom oksida CdO. Nad tališčem kadmij zgori na zraku in tvori rjav oksid CdO:
2Сd + O 2 = 2CdO
Hlapi kadmija reagirajo z vodno paro in tvorijo vodik:
Cd + H 2 O = CdO + H 2
V primerjavi s svojim sosedom iz skupine IIB - Zn, kadmij počasneje reagira s kislinami:
Cd + 2HCl = CdCl 2 + H 2
Reakcija najlažje poteka z dušikovo kislino:
3Cd + 8HNO 3 = 3Cd(NO 3) 2 + 2NO – + 4H 2 O
Kadmij ne reagira z alkalijami.
V reakcijah lahko deluje kot blago redukcijsko sredstvo; na primer v koncentriranih raztopinah lahko reducira amonijev nitrat v nitrit NH 4 NO 2:
NH 4 NO 3 + Cd = NH 4 NO 2 + CdO
Kadmij oksidiramo z raztopinami soli Cu(II) ali Fe(III):
Cd + CuCl 2 = Cu + CdCl 2;
2FeCl 3 + Cd = 2FeCl 2 + CdCl 2
Nad tališčem kadmij reagira s halogeni (cm. HALOGEN) s tvorbo halogenidov:
Cd + Cl 2 = CdCl 2
Z žveplom (cm.ŽVEPLO) in drugi halkogeni tvorijo halkogenide:
Cd + S = CdS
Kadmij ne reagira z vodikom, dušikom, ogljikom, silicijem in borom. Cd 3 N 2 nitrid in CdH 2 hidrid pridobivamo posredno.
V vodnih raztopinah kadmijevi ioni Cd 2+ tvorijo vodne komplekse 2+ in 2+.
Kadmijev hidroksid Cd(OH) 2 dobimo z dodajanjem alkalije raztopini kadmijeve soli:
СdSO 4 + 2NaOH = Na 2 SO 4 + Cd(OH) 2 Ї
Kadmijev hidroksid je praktično netopen v alkalijah, čeprav so pri dolgotrajnem vrenju v zelo koncentriranih raztopinah alkalij opazili nastanek hidroksidnih kompleksov 2–. Torej, amfoterično (cm. AMFOTERIČNO) lastnosti oksida CdO in kadmijevega hidroksida Cd(OH) 2 so veliko manj izrazite kot lastnosti ustreznih cinkovih spojin.
Zaradi tvorbe kompleksov se kadmijev hidroksid Cd(OH) 2 zlahka raztopi v vodnih raztopinah amoniaka NH 3:
Cd(OH) 2 + 6NH 3 = (OH) 2
Aplikacija
40 % proizvedenega kadmija se porabi za nanašanje protikorozijskih premazov na kovine. 20 % kadmija se uporablja za izdelavo kadmijevih elektrod, ki se uporabljajo v baterijah in običajnih celicah Weston. Približno 20 % kadmija se porabi za proizvodnjo anorganskih barvil, specialnih spajk, polprevodniških materialov in fosforjev. 10% kadmija je sestavni del nakita in zlitin z nizkim tališčem, plastike.
Fiziološko delovanje
Hlapi kadmija in njegove spojine so strupeni, zato se kadmij lahko kopiči v telesu. V pitni vodi je največja dovoljena koncentracija kadmija 10 mg/m3. Simptomi akutne zastrupitve s kadmijevimi solmi so bruhanje in krči. Topne kadmijeve spojine po absorpciji v kri vplivajo na centralni živčni sistem, jetra in ledvice ter motijo ​​presnovo fosforja in kalcija. Kronična zastrupitev vodi v anemijo in uničenje kosti.

enciklopedični slovar. 2009 .

Oglejte si, kaj je "kadmij" v drugih slovarjih:

- (lat. kadmij). Tebljiva kovina, po barvi podobna kositru. Slovar tujih besed, vključenih v ruski jezik. Chudinov A.N., 1910. KADMIJ lat. kadmij, iz kadmeia gea, kadmijeva zemlja. Kovina, podobna kositru. Pojasnilo 25.000 tujih... ... Slovar tujih besed ruskega jezika

KADMIJ- KADMIJ, kadmij, kem. element, simbol Cd, atomska teža 112,41, atomsko število 48. Vsebuje ga v majhnih količinah večina cinkovih rud in se pridobiva kot stranski proizvod med rudarjenjem cinka; možno tudi dobiti... Velika medicinska enciklopedija

KADMIJ- glej KADMIJ (Cd). Vsebuje v odpadnih vodah številnih industrijskih podjetij, zlasti svinčevo-cinkovih in kovinskopredelovalnih obratov, ki uporabljajo galvansko prevleko. Prisoten je v fosfatnih gnojilih. Žveplova kislina se topi v vodi, ... ... Ribje bolezni: vodnik

kadmij- (Cd) srebrno bela kovina. Uporablja se v jedrski energiji in galvanizaciji, je del zlitin, uporablja se za pripravo tiskarskih blokov, spajk, varilnih elektrod in pri proizvodnji polprevodnikov; je komponenta..... Ruska enciklopedija varstva dela

- (Kadmij), Cd, kemični element II. skupine periodnega sistema, atomsko število 48, atomska masa 112,41; kovina, tališče 321,1°C. Kadmij se uporablja za nanašanje protikorozijskih premazov na kovine, izdelavo elektrod, proizvodnjo pigmentov,... ... Sodobna enciklopedija

- (simbol Cd), srebrno bela kovina iz druge skupine periodnega sistema. Prvič izoliran leta 1817. Najdemo ga v greenockite (v sulfidni obliki), pridobivamo ga predvsem kot stranski produkt pri ekstrakciji cinka in svinca. Enostaven za kovanje... Znanstveni in tehnični enciklopedični slovar

Cd (iz grščine kadmeia cinkova ruda * a. kadmij; n. Kadmium; f. cadmium; i. cadmio), kem. element periodične skupine II. Mendelejev sistem, at.sci. 48, pri. m 112,41. V naravi najdemo 8 stabilnih izotopov: 106Cd (1,225%), 108Cd (0,875%),... ... Geološka enciklopedija

Mož. kovina (eden od kemijskih principov ali nerazgradljivih elementov), ​​ki se nahaja v cinkovi rudi. Kadmij, soroden kadmiju. Admist, ki vsebuje kadmij. Dahlov razlagalni slovar. V IN. Dahl. 1863 1866 … Dahlov razlagalni slovar

kadmij- (Kadmij), Cd, kemični element II. skupine periodnega sistema, atomsko število 48, atomska masa 112,41; kovina, tališče 321,1°C. Kadmij se uporablja za nanašanje protikorozijskih premazov na kovine, izdelavo elektrod, proizvodnjo pigmentov,... ... Ilustrirani enciklopedični slovar

KADMIJ- kem. element, simbol Cd (lat. Cadmium), at. n. 48, pri. m 112,41; srebrno bela svetleča mehka kovina, gostota 8650 kg/m3, ttal = 320,9°C. Kadmij je redek element v sledovih, strupen, običajno ga najdemo v rudah skupaj s cinkom, ki... ... Velika politehnična enciklopedija

- (lat. Cadmium) Cd, kemični element II. skupine periodnega sistema, atomsko število 48, atomska masa 112,41. Ime iz grške kadmeia cinkova ruda. Srebrna kovina z modrikastim odtenkom, mehka in taljiva; gostota 8,65 g/cm³,… … Veliki enciklopedični slovar