Кадмий, свойства атома, химические и физические свойства

Свойства кадмия

Название одного элемента переводится как «цинковая руда», в которой несколько составляющих. Почему?

Потому что впервые кадмий выделили именно из цинкосодержащей руды. Произошло это в 1817-ом году в Германии.

Профессор Штромейер изучал оксид цинка. Он показался ученому нечистым, мужчина заподозрил в составе вещества наличие еще и мышьяка.

Отделив его от общей массы, профессор понял, что перед ним металл. Цвет был серебристо-белым, а не оранжевым, как у мышьяка.

Обнаруженный элемент назвали кадмий в честь руды, из которой он был получен.

Правда, некоторые источники трактуют имя металла иначе, вспоминая крепость Кадмея, построенную в древнем Египте.

Якобы в честь ее крепости и нерушимости и был наречен металл кадмий. Похожее слово есть и в мифологии Греции.

Бог Кадмос основал Фивы, победил дракона и, кстати, по приданию первым нашел и показал людям цинковую руду.

Небожитель соединил породу с медью, открыв народу свойство цинка изменять ее цвет.

Но, про кадмий его теска тогда умолчал. Поэтому, наверное, и открыли металл только в 19-ом столетии.

Кадмий с атомной массой 112,41 поставили на 48-е место во второй группе периодической таблицы Менделеева.

Добыча кадмия

То, что металл содержится не только в цинкосодержащийх породах, но и в некоторых минералах.

Примеси кадмия обнаружили в гриноките, отавите, хоулиите, кадмоселите, монтемпоните и ксантохроите.

Все 6 камней крайне редкие и не могут стать подмогой в промышленной добыче металла №48.

Есть кадмий и в морях в пропорции 0,00011 миллиграммов на литр воды. Обнаружен элемент также в воздухе.

В городах содержание металла в атмосфере от 2-х до 15-ти нанограммов на кубический метр.

В сельском воздухе кадмия и того меньше. Интересно, что гораздо больше, чем в воздухе или воде, кадмия в почках и печени.

Эти органы накапливают металл. Но, естественно, добывать элемент из живых тканей никто не собирается.

Месторождения кадмия

Поэтому, основным источником редкого вещества, по-прежнему, остаются цинковые руды.

Общие запасы кадмия на месторождениях планеты оцениваются всего в 600 тысяч тонн. 100 из них в КНР; 60 в Австралии; 50 в Перу; по 40 в России и Мексике.

Остальные страны довольствуются малым, на них примерно равномерно распределены оставшиеся 300 тысяч тонн.

В год на нужды человечества уходит 20 тысяч тонн редкого металла. Если не открыть новые месторождения, хватит всего на 3 десятилетия. На что же тратят дефицитный элемент?

Применение кадмия

-В чистом виде кадмий пластичный, тягучий, мягкий. Цвет у металла белый с серебристым отливом. Эстетика металла пригождается при изготовлении аккумуляторов. Их декоративные покрытия сделаны на основе элемента №48.

-В атомных реакторах важнее стойкость кадмия к коррозии.

-Высоковольтные провода сделаны из сплава кадмия с медью. Всего один процент 48-го элемента делает медь в два раза прочнее. На проводимость же тока, добавка практически не влияет.

-Износостойкость сделала «героя статьи» материалом для машинных подшипников.

-Живописцы ценят сульфид металла. Его используют в качестве краски, поскольку соединение ярко-желтое.

— Ювелиры используют кадмий, правда, лишь в качестве примеси к золоту. Элемент делает его более пластичным, послушным в руках мастера.

Сам по себе серебристый металл тоже красив. Загвоздка в том, что на воздухе он моментально тускнеет, покрывается мутной пленкой. Сохраняют сияние кадмиевые поверхности только в среде без кислорода.

Добавляя кадмий к золоту, главное, точно соблюдать пропорции. Излишек элемента под номером 48 придает сплаву зеленоватый оттенок.

К тому же, кадмий снижает температуру плавление состава, ведь и сам металл закипает уже при 700 градусов Цельсия.

— В ювелирной промышленности кадмий используют и как припой. Вещество идеально соединяет детали украшений из золота и серебра. Сцепление получается надежным, долговечным.

-В перспективе – рынок солнечных батарей. Пока, они используются в порядке исключения. Однако, в скором времени, прогнозируют эксперты, будут устанавливаться повсеместно. Пленки для установок, аккумулирующие лучи, делают именно из кадмия.

Металл безвреден. Чего не скажешь о растворимых соединениях 48-го элемента. Они крайне токсичны.

Влияние соединений на организм сравнимо с действием паров ртути или мышьяка. Угнетается дыхание, поражается нервная система и органы человеческого тела.

Причем, не важно, попало вещество на кожу, в воздух, было съедено или выпито.

В период второй мировой войны противоборствующие стороны резко увеличили добычу свинцовых руд, дабы производить из них оружие.

Одно из месторождений было в Японии. Население страны восходящего солнца сутками трудилось в шахтах, ело рыбу из близлежащей реки и рис с окрестных полей.

Люди стали умирать. Причем здесь кадмий? Притом, что именно он, просачиваясь в воду, попадая в растения, а потом и желудки рабочих, стал причиной смертей.

Болезнь назвали итай-итай. 10 лет ученые не могли понять, в чем ее причина, греша на свинец.

Однако, некоторые соединения кадмия способны и спасать. Металл используют при лечении опухолей. Кадмий если не побеждает то, по крайней мере, приостанавливает болезнь.

В лечении рака кадмий используют с середины прошлого века. Более того, если в сутки организм человека с пищей или при дыхании не будет получать от 1-го до 5-ти микрограмма 48-го элемента, нарушится выработка гиппуровой кислоты в печени.

Без нее орган не сможет обезвреживать яды. Произойдет сбой и в обмене углеводов, цинка, кальция и меди.

Ряд ферментов в организме человека так же не вырабатываются без присутствия кадмия.

Ключевые слова:кадмий, история открытия,кадмий в природе,получение кадмия, применение кадмия, токсичность кадмия и его соединений, физические и химические свойства кадмия, соединения кадмия: оксид кадмия, гидроксид кадмия, карбонат кадмия, молибдат кадмия, нитрат кадмия, сульфат кадмия, сульфид кадмия.

Кадмий — серебристо-белый, с синеватым отливом, металл, по цвету ближе к стали, чем к олову, имеет несколько желтоватый оттенок. На воздухе кадмий быстро тускнеет из-за образования тонкой окисной пленки, но сохраняет металлический блеск; излом его острый, лучистый. Тонкая кадмиевая фольга в проходящем свете имеет синевато-фиолетовую окраску. Пары кадмия оранжево-желтые; подобно большинству других металлов, состоят преимущественно из отдельных атомов (их молекулярный вес 114,1 при атомном весе кадмия 112,4). В Периодической системе элементов Д. И. Менделеева кадмий находится в побочной подгруппе II группы (5-й период) между цинком и ртутью; его соседи по периоду — серебро и индий.

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ

     Кадмий  был открыт в 1817 г. Фридрихом Штромейером, профессором химии и фармации в Геттингенском университете .При инспекции аптек Штромейер обратил внимание на то, что при прокаливании некоторых образцов карбоната цинка образуется не белый, а оранжево-желтый или коричневый оксид, который, однако, не содержит ни железа, ни свинца. Он предположил, что такая необычная окраска вызвана присутствием  какого-то постороннего элемента. Специальной обработкой Штромейер отделил  оксид неизвестного элемента от соединений меди и пинка, а затем восстановил его до металла.

    Независимо от Штромейера и почти в то же время кадмий в соединениях цинка открыли К. Херман из Шонебека и И. Ролофф из Магдебурга ( они обнаружили  новый элемент в оксиде цинка, раствор которого  давал с сероводородом вместо белого — желтый осадок), а также В. Мейсснер из Галле и С. Карстен из Берлина. Более поздние исследования подтвердили наличие неизвестного элемента (кадмия) во многих образцах металлического цинка и его соединений и позволили получить из них оксид   металла и выделить его в чистом виде .По свидетельству Гомера, цинковую руду, добавляемую к меди при выплавке латуни, именовали в Древней Греции к а д м е й я . Поэтому Штромейер открытому в соединениях цинка новому элементу дал название «кадмий» . В русской химической литературе первой половины XIX в. кадмий нередко называли кадмом, за рубежом для него в первое время предлагали и другие названия: меллиний, клапротий и юноний .

  КАДМИЙ В ПРИРОДЕ.

 Содержание кадмия в литосфере составляет 1,5∙ 10^-5весовых %, в метеоритах 1∙10^-5%. Кадмий образует ограниченное число природных соединений. Основной его минерал — гринокит, гексагональный CdS (77,6% Cd) открыл в 1841 г. Кеткарт, лорд Гринок . Гринокит не образует естественных скоплений и встречается обычно лишь в виде землистой корочки на цинковых минералах. Гринокит находят в зоне окисления некоторых сульфидных месторождений Центрального Казахстана, Средней Азии и Южного Урала . Известны еще два сульфида кадмия — кубический—хоулиит и аморфный, содержащий воду, ксантохроит . Очень редки другие минералы кадмия: монтепонит — CdO (87,5% Cd), отавит — CdCО₃ (65,3% Cd) и кадмоселит — CdSe (47,00% Cd) . В различных типах  пород  присутствует 1∙10^-6—6∙10^-5 % кадмия .

ПОЛУЧЕНИЕ КАДМИЯ.

Основное сырье для получения кадмия — отходы цинкового, свинцового и медного производств: пыли при обжиге цинковых концентратов, пыли свинцовоплавильных печей, медно-кадмиевые кеки цинковых электролитных заводов, остатки литопонного производства. Содержание кадмия в этих продуктах может достигать  30—40% (например, в кадмиевой фракции при ректификации цинка). Наряду с кадмием цинковые и свинцовые концентраты содержат  Ga, Ge, In, TI, Se и Те; содержание последних двух элементов в свинцовых концентратах достигает сотых (селена — даже десятых) долей процента.

Первые упоминания о промышленном производстве кадмия (в Верхней Силезии) относятся к 1829 г.; до 1870 г. оно не превышало 125 кг в год. В начале XX в. был разработан гидроэлектрометаллургический способ получения кадмия, и к 1925 г. его выпуск возрос с десятков до сотен тонн.Производство металлического кадмия обычно включает следующие основные стадии: выщелачивание сырья, очистку растворов от основной массы посторонних элементов, электролитическое осаждение кадмия или его цементацию на цинке, плавку выделенной губки, рафинирование и получение металла высокой чистоты.При извлечении кадмия из полу-продуктов свинцово-цинкового производства применяют амальгамные способы — цементацию амальгамой цинка и ее последующее анодное окисление, в результате чего получают продукт с содержанием 99,95%Cd.

ПРИМЕНЕНИЕ КАДМИЯ.

Основное техническое применение кадмия (более половины его мирового производства) заключается в антикоррозионном покрытии металлов; около 20% расходуется на антифрикционные сплавы, до 10% используют для производства солей кадмия. Кадмирование стальных изделий предохраняет их от коррозии значительно эффективнее, чем никелирование, цинкование и лужение; подшипники с кадмийсодержащими сплавами имеют преимущества при работе в условиях больших скоростей вращения, высоких температур и давлений. Многочисленные легкоплавкие эвтектики кадмия с другими металлами  применяют в автоматических противопожарных устройствах, в виде плавких предохранителей и в качестве припоев; ими можно паять железо, латунь, нейзильбер, олово, свинец и цинк.

 Добавление кадмия в медные сплавы также повышает их механическую прочность, жароустойчивость и сопротивление коррозии; введение циркония увеличивает и твердость; такие сплавы используют в линиях высоковольтных передач. В платино-железных сплавах кадмий служит для изготовления часовых пружинок, а со свинцом и оловом — для типографских клише .

 Наряду с бором, гафнием, золотом и некоторыми редкоземельными элементами металлический кадмий высокой чистоты применяют в атомной промышленности в качестве поглотителя тепловых нейтронов. Употребление в ювелирном деле основано на способности кадмия придавать изделиям из драгоценных металлов различные оттенки («зеленое» золото); он входит также в некоторые составы монетного серебра . Кадмиевые электроды используют в  элементах Вестона и в кислотных аккумуляторах, а с железом и никелем — в щелочных. Металлический кадмий широко применяется в военном деле, входит в состав смесей для дымовых завес и добавляется к металлам цериевой группы в пирофорных сплавах .

Соли кадмия также широко применяют в стеклоделии, в фотографии, в производстве люминофоров и силиконовых каучуков, в качестве катализаторов в органическом синтезе, а так же красок различных цветов (от цвета слоновой кости до малинового). Антимониды, арсениды, селениды, сульфиды и теллуриды кадмия (для синтеза используют 99,99999%-ный Cd) обладают полупроводниковыми свойствами и применяются в фотоэлектрических и электронно-оптических приборах, — в качестве материала для фототранзисторов и фотоэлементов.

ТОКСИЧНОСТЬ КАДМИЯ И ЕГО СОЕДИНЕНИЙ.

Соединения же кадмия, независимо от их агрегатного состояния (пыль, дым окиси кадмия, нары, туман), ядовиты. Отравления кадмием могут происходить при нагревании металла или его сплавов, плавке руд и при производстве и применении красок и сплавов, в состав которых он входит. По своей токсичности кадмий аналогичен ртути или мышьяку. Менее растворимые соединения его действуют в первую очередь на дыхательные пути и желудочно-кишечный тракт, а более растворимые — после всасывания в кровь — поражают центральную нервную систему (сильное отравление), вызывают дегенеративные изменения во внутренних органах (главным образом — в печени и почках) и нарушают фосфорно-кальциевый обмен. Симптомы отравления кадмием зависят от пути его поступления в организм . Характерными ранними симптомами хронического отравления малыми дозами кадмия (обычно после двух лет работы с ним) являются снижение обоняния (вплоть до полной его потери) золотистое окрашивание десен в области зубных шеек («кадмиевая кайма»), головокружение, головная боль, нарушение аппетита и сна. В городах, атмосфера которых содержит относительно больше кадмия, смертность среди страдающих сердечными заболеваниями выше . Механизм токсического действия кадмия заключается, по-видимому, в связывании карбоксильных, аминных и особенно сульфгидрильных групп белковых молекул, в результате чего угнетается активность ферментных систем. В связи с ядовитостью кадмия и его соединений их контакт с пищевыми продуктами недопустим .

ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КАДМИЯ

Плотность металлического кадмия при 0° К равняется 9,65 г/см³, в нормальных условиях .Кадмий существует в трех различных модификациях, неразличимых структурно при рентгенометрическом исследовании, но различающихся коэффициентами расширения и величиной электролитического потенциала растворения (но лишь на тысячные доли вольта). При комнатной температуре кадмий устойчив и лишь незначительно тускнеет под действием воздуха и воды; поэтому его широко применяют в качестве антикоррозионных покрытий. При сильном нагревании на воздухе кадмий сгорает красным пламенем с образованием коричневого дыма оксида кадмия CdO (при этом образуются также следы перекиси ).При нагревании кадмий легко соединяется с галогенами, но не реагирует ни с азотом, ни с водородом . Воду кадмий при комнатной температуре не разлагает. При перемешивании порошкообразного кадмия в воде в присутствии воздуха образуется водород и некоторое количество пергидроля. Сухой хлористый водород реагирует с кадмием при 440° С; сухой сернистый газ при нагревании образует с кадмием сульфид и некоторое количество сульфата. Сероводород не действует на кадмий при комнатной температуре даже при длительном контакте в присутствии воздуха.Разбавленные серная и соляная кислоты при нагревании медленно растворяют кадмий с выделением водорода. Растворение в серной кислоте при 160° С сопровождается выделением не водорода, а сернистого газа. При растворении кадмия в азотной кислоте образуется аммиак, количество которого зависит от концентрации кислоты (максимальное количество аммиака выделяется при действии 27,5%-ной кислоты). Горячая разбавленная азотная кислота энергично реагирует с выделением оксидов азота. Кадмий легко растворяется в насыщенном растворе нитрата аммония с образованием нитритов (без выделения газа). При действии на кадмий раствора сернистого газа получается желтая жидкость, из которой постепенно выделяются сера и сульфид кадмия (последний выделяется и при кипячении с соляной кислотой).Кадмий не растворим в едких щелочах, но при нагревании легко соединяется с фосфором, серой, селеном и теллуром. Он образует твердые растворы с сульфидом железа; в полученных кристаллах (типа пирротина) содержится до одного атома кадмия на 6 молекул сульфида железа.Алюминий, цинк и железо осаждают кадмий из растворов его солей; сам он выделяет медь и другие более благородные металлы из их растворов (однако из концентрированного раствора комплексного цианида кадмий осаждается медью). Порошок железа при действии нейтральных растворов нитрата, сульфата, хлорида,, бромида или иодида (но не хлората) кадмия образует соответствующие растворимые соли железа. Цинк полностью осаждает кадмий из хлоридных растворов за 10—15 мин., также и в присутствии Fe (II); из азотнокислой среды кадмий выделяется цинком в виде дендритов. Алюминий энергично вытесняет кадмий из расплавленных солей и водных растворов; из этих последних,, содержащих следы нитрата хрома — количественно. При действии магния на водный раствор соли кадмия, последний осаждается в виде гидроксида с выделением водорода. В водных растворах кадмий находится в двухвалентном состоянии.

СОЕДИНЕНИЯ КАДМИЯ

Оксид  кадмия CdO получается при нагревании металла на воздухе или при прокаливании его гидроксида, карбоната, нитрата или сульфида. Цвет оксида кадмия зависит от температуры: прокаливание  при 350—370° С дает зеленовато- желтую окраску, при нагревании до 800° С получается соединение густого сине-черного цвета; последнее образуется также при длительном кипячении  гидроксида с очень концентрированным раствором КОН. При прокаливании карбоната кадмия получается аморфная коричневая, из нитрата кадмия — кристаллический черный  оксид. Продукты разного цвета различаются лишь величиной частиц. При нагревании на воздухе CdO очень устойчив, около 700° С, не плавясь, начинает возгоняться, при более высокой температуре (до 1000° С) отщепляет кислород. Но в токе водорода легко восстанавливается уже при 270—300° С, а углеродом или  монооксидом углерода (угарный газ) — при 700° С. Нагреванием в токе хлора оксид кадмия  можно перевести в хлорид CdCl₂. На воздухе коричневый CdO   поглощает СО₂ и постепенно белеет, переходя в карбонат. CdO нерастворим в воде и щелочах, в кислотах растворяется с образованием ионов Cd²⁺, а в аммиаке — комплексных катионов [Cd(NH₃)₄]²⁺.Оксид  кадмия использовали в гравиметрии в виде весовой формы после прокаливания CdS или CdCО₃; но  при выполнении анализа необходимо учитывать ее способность легко восстанавливаться газами пламени и углем фильтровальной бумаги, что может привести к заниженным результатам.

Гидроксид  кадмия Cd(OH)₂ выделяется из растворов солей кадмия при действии едких щелочей в виде белого студенистого осадка, практически нерастворимого в избытке реагента, но легко растворяющегося в кислотах, цианидах и аммиаке. При нагревании до 170°С  Cd(OH)₂ не разлагается, при 371° С образуется CdO .

Карбонат кадмия CdCО₃, выделяющийся в виде белого осадка карбонатами щелочных металлов, обычно загрязнен основной солью Cd₂(ОH)₂CО₃. Соли аммония препятствуют выделению, но при кипячении аммиак удаляется в виде газа и происходит полное осаждение. При действии NaHCО₃ осаждается не основная, а средняя соль.

Молибдат кадмия CdMoО₄ — белый, мелкокристаллический порошок, выпадающий при действии молибдатов на раствор Cd²⁺ , при высушивании приобретает слабо-розовую окраску. Малорастворим в воде и разбавленной СН3СООН, растворяется в кислотах, аммиаке, концентрированных щелочах и растворах КС1. Обезвоживается при 82° С, может быть высушен без разложения при 120° С; при 500° С становится коричневым и теряет в весе.

Нитрат кадмия Cd(NО₃)₂∙4H₂О — расплывающиеся лучистые иглы, получаются при растворении металла или карбоната в азотной кислоте. Осторожное обезвоживание тетрагидрата при 75—80° С (или в эксикаторе над H₂SО₄) дает безводную соль, плавящуюся при 360° С; при более высокой температуре разлагается с выделением CdO.

Сульфат кадмия 3CdSО₄∙8H₂О получают кристаллизацией раствора кадмия, его оксида или карбоната в разбавленной серной кислоте; при температурах ниже 70° С нерастворим в этаноле. При нагревании соли между 80 и 120° С образуется моногидрат, а при 320° С — безводная соль, устойчивая до 906° С. Кадмий образует двойные соли с сульфатами щелочных металлов, меди и Fe(II). Из водных растворов, содержащих аммиак, кристаллизуется в виде аммиаката. Сульфат кадмия — одна из наиболее распространенных весовых форм при определении кадмия, которую высушивают при 350—400° С.  Если  исходят из CdS, то его сначала растворяют в соляной кислоте и выпаривают с серной; полное удаление ее происходит с большим трудом, поэтому прокаленный сульфат растворяют в воде, снова выпаривают, прокаливают, взвешивают и повторяют эти операции до достижения постоянного веса .

Сульфид кадмия образуется при действии на растворы кадмия растворимых сульфидов или газообразного сероводорода. Цвет осадка зависит от условий выделения и меняется от зеленовато-желтого через оранжевый до красного. Желтый сульфид получается при его осаждении из холодного щелочного раствора, красный — из кислого при нагревании. Желтая форма при нагревании становится оранжево-красной, по охлаждении первоначальный желтый цвет восстанавливается; изменения цвета можно достигнуть также трением и давлением. Свежеосажденный сульфид немного растворим в разбавленных кислотах с выделением сероводорода (в соляной значительно легче, чем в серной), растворяется в концентрированном растворе хлорида аммония, но нерастворим в растворах щелочных сульфидов и очень мало — в растворе сульфида аммония. До сравнительно недавнего времени CdS, благодаря своей малой растворимости, служил основой для отделения кадмия от других элементов и использовался при его гравиметрическом, титриметрическом и колориметрическом определении. В настоящее время для этой цели используют образование других соединений кадмия .

Кадмий — химический элемент в периодической таблице, который сказывается Cd и имеет атомный номер 48 и атомную массу 112,41. Серебристо-белый мягкий металл с синеватым отливом, гибкий, тягучий, легкоплавкий, токсический переходный металл, встречается в цинковом рыжие, массово используется в батареях питания.

Природный кадмий состоит из смеси 8 стабильных изотопов с массовыми числами106, 108, 110, 111, 112, 113, 114, 116. Кадмий сильно захватывает тепловые нейтроны, самый поперечное сечение поглощения имеет изотоп 113 Cd. Соли легко гидролизуются, имеют кислую реакцию, под действием щелочей выделяется гидроксид Cd (OН) _2. Единственный стабильный степень окисления 2. Характерным для Cd является координационное число 6, хотя встречаются 4 и 5. Кадмийорганични соединения R ₂ Cd не устойчивы к воде и кислорода, высокореактивный.

Общая информация

Простое вещество — кадмий. Мягкий ковкий металл, аллотропных модификаций НЕ мае..Густина 8,65, т-ра плавления 321,1 ° C, т-ра кипения — 766,5 ° C. Кларк К. — 1,35 · 10-35%. Реагирует с кислотами. Растворимые соединения ядовиты. Образует редкие минералы: гринокит CdS (77,7% Cd), отавит CdCO _3, кадмоселит CdSe, монтепонит CdO (87,5% Cd). Входит в виде изоморфной примеси в минералов цинка, особенно в сфалерита. Примесь Cd (тысячные доли%) является в гидротермальных рудах, где он присутствует в Сфалерит, галените и др., Главным образом сульфидных минералах. Повышенное содержание К. до 1,5% характерен для маложелезистого Сфалерит.

Во влажном воздухе покрывается защитной оксидацийного пленкой с CdO, при сильном нагревании сгорает до CdO. Галогенами легко оксидируется к галида. Растворяется в минеральных кислотах, в лугах не растворим. Реагирует с кислородом при нагревании, а также с кислотами.

История

Кадмий (лат. Cadmia, греч. Kadmeia означает цинковая руда) был открыт в Германии в 1817 Фридрихом Штрогмеером. Штронгмеер нашел новый элемент в загрязнении оксида цинка, и около 100 лет Германия оставалась единственной страной, которая импортировала этот металл. Ученый назвал металл кадмием, подчеркнув его «родственные связи» с цинком: греческое слово «кадмия» означало «цинковая руда».

Распространение в природе

Кадмий относится к числу редких рассеянных элементов, его Кларк (процент содержания по массе) в земной коре составляет 1,3 * 10 ^-5%. Для кадмия характерна миграция в горячих подземных водах вместе с цинком и другими халькофильных элементами (т.е. химическими элементами, склонными к образованию природных сульфидов, селенидов, телерадио, сульфосолей, что иногда встречаются в самородном состоянии) и концентрация в гидротермальных отложениях. Вулканические породы содержат до 0,2 мг кадмия на кг, среди осадочных пород наиболее богатые кадмием глины — до 0,3 мг / кг, известняки содержат 0,035 мг / кг, песчаники — 0,03 мг / кг. Среднее содержание кадмия в почве — 0,06 мг / кг.

Хотя известны самостоятельные минералы кадмия — гринокит (CdS), отавит (CdCO _3), монтепонит (CdO) и селенид (CdSe), своих залежей они не образуют, а присутствующие в виде примесей в цинковых, свинцовых, медных и полиметаллических рудах, и является основным источником промышленного получения кадмия.

В определенной степени кадмий присутствует и в воздухе. Содержание кадмия в воздухе составляет 0,1 ^-5 нг / м в сельской местности (1 нг или 10 ^-9 г), 2-15 нг / м — в городах и от 15 до 150 нг / м — в промышленных районах. Связано это с тем, что многие виды угля содержат кадмий в виде примесей и, при сжигания на теплоэлектростанциях, он попадает в атмосферу. При этом большая его часть оседает на почву. Также увеличению содержания кадмия в почве способствует использование минеральных удобрений, так как все они содержат незначительные примеси кадмия.

Кадмий может накапливаться в растениях (больше всего в грибах) и живых организмах (особенно в водных) и далее по пищевой цепи может «поставляться» человеку. Многие кадмия в сигаретном дыме.

Изотопы

Природный кадмиум состоит из 6 устойчивых изотопов. Было выявлено 27 устойчивых радиоизотопов: Cd-113 с периодом полураспада 7,7 квадриллионов лет, Cd-109 с периодом полураспада 462,6 дней и Cd-115 с периодом полураспада 53,46 часов. Все остальные радиоактивные изотопы имеют период полураспада менее 2,5 часов и большинство из них имеют период полураспада менее 5 минут. Этот элемент имеет 8 метастабильных состояний, самые стойкие из них: Cd-113 _(t ½ 14,1 лет), Cd-115 _(t ½ 44,6 дней) и Cd-117 _(t ½ 3,36 часов).

Изотопы кадмия имеют атомную массу в пределах от 96,935 Дн (Cd-97) к 129,934 Дн (Cd-138). Основной вид распада наиболее распространенного устойчивого изотопа Cd-112 — это захват электрона и его бета-излучения. Продуктом распада к операции является элемент 47 (серебро), а после — элемент 49 (индий).

Получение

Мировое производство кадмия в начале XXI в. составляет ок. 20 млн т. Из них страны Азии дают 45%, Америки — 25%, Европы — 27%.

Основные источники кадмия — промежуточные продукты цинкового производства, пыль свинцовых и медеплавильных заводов. Сырье обрабатывают концентрированной серной кислотой и получают CdSO ₄ в растворе. Из раствора Cd выделяют, используя цинковая пыль:

Полученный металл очищают переплавкой под слоем щелочи для удаления примесей цинка и свинца. Кадмий высокой чистоты получают электрохимическим рафинированием с промежуточным очисткой электролита.

Физические свойства

Кадмий — это мягкий, тягучий, гибкий, серебристо-белый двухвалентный металл, который можно легко разрезать. Во многом он похож на цинк, но он способен образовывать сложные соединения.

Химические свойства

По химическим свойствам кадмий подобный цинка, однако менее активным. При обычной температуре на воздухе поверхность металлического кадмия покрывается оксидной пленкой, которая затрудняет проведение реакций — большинство взаимодействий проходят при нагревании. При сжигании кадмия в струе кислорода образуется его оксид:

При контакте с водой кадмий пассивируется за появления гидроксидних пленки Cd _(OH) 2, однако он активно разлагает перегретый водную пару:

Кроме кислорода, металлический кадмий взаимодействует также с галогенами, серой, селеном, фосфором (с образованием примесей):

Восстановительные свойства в кадмия слабее, чем в цинке, но он так же восстанавливает некоторые неметаллы из оксидов и металлы в их солях (в растворах):

Кадмий может выступать в качестве комплексообразователя, координируя 3, 4 или 6 лигандов:

Применение

Благодаря своим физическим свойствам, кадмий нашел широкое применение в технике и промышленности (особенно, начиная с 50-х годов XX века). Основные сферы применения его использования: для антикоррозионного покрытия (так называемого кадмирования) черных металлов, особенно в тех случаях, когда они контактируют с морской водой, а также для производства никель-кадмиевых электрических аккумуляторов и батарей. Кадмий входит в состав многих сплавов, как лекгоплавких, применяемых в качестве припоев (например, сплав Вуда (Wood’s metal) — 50% Bi, 25% Pb, 12,5% Sn, 12,5% Cd), так и тугоплавких износостойких (например, с никелем). Кадмий используется в стержнях-замедлителях атомных реакторов, некоторые соединения кадмия имеют полупроводниковые свойства и тому подобное. Достаточно долго кадмий использовался для производства красителей (пигментов) и в качестве стабилизатора в производстве пластмасс (например, полихлорвинила), однако в настоящее время, из-за токсичности, в этих целях он практически не используется.

Опасность здоровью

Кадмий — один из немногих элементов, не выполняет конструктивных функций в человеческом организме. Этот элемент и его соединения являются чрезвычайно токсичными даже в незначительных концентрациях. Имеет свойство накапливаться в организмах и экосистемах.

Вдыхание кадмиевого пыли быстро приводит к заболеваниям, часто смертельных, дыхательных путей и почек (чаще всего — почечная недостаточность). Поглощение любой значительного количества кадмия вызывает немедленное поражение печени и почек. Соединения, содержащие кадмий также канцерогенными. Данные о канцерогенности кадмия ограничены. В опытах на животных не было зафиксировано роста числа опухолей из употребления кадмия. Такая тенденция наблюдалась только с вдыханием частиц пыли, содержащий неорганические соединения кадмия.

Отравление кадмием является причиной болезни, которая впервые была описана в Японии в 50-х годах XX века и получила название «Итай-итай» (что дословно означает «больно-больно»).

Изображения по теме

Используемые источники:

• https://tvoi-uvelirr.ru/kadmij/
• https://www.chemanalytica.ru/khimicheskiye-svoystva-elementov-kadmiy
• https://info-farm.ru/alphabet_index/k/kadmijj.html