Область застосування кадмію завдяки його цінним властивостям розширюється з кожним роком. Кадмій: факти та фактики Сіль кадмію

Кадмій - елемент побічної підгрупи другої групи, п'ятого періоду періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва, з атомним номером 48. Позначається символом Cd (лат. Cadmium). М'який кування тягучий перехідний метал сріблясто-білого кольору.

Історія відкриття кадмію

Окружний лікар Ролов відрізнявся крутою вдачею. Так, у 1817 р. він наказав вилучити з продажу всі препарати з окисом цинку, що виробляється на шенебецькій фабриці Германа. за зовнішньому виглядупрепаратів він запідозрив, що в окисі цинку є миш'як! (Окис цинку досі застосовують при шкірних захворюваннях; з неї роблять мазі, присипки, емульсії.)

Щоб довести свою правоту, суворий ревізор розчинив запідозрений окис у кислоті і через цей розчин пропустив сірководень: випав жовтий осад. Сульфіди миш'яку якраз жовті!

Власник фабрики почав заперечувати рішення Ролова. Він сам був хіміком і, власноруч проаналізувавши зразки продукції, жодного миш'яку в них не виявив. Результати аналізу він повідомив Ролову, а заразом і владі землі Ганновер. Влада, природно, зажадала зразки, щоб відправити їх на аналіз будь-кому з авторитетних хіміків. Вирішили, що суддею у суперечці Ролова та Германа має виступити професор Фрідріх Штромейєр, який обіймав з 1802 р. кафедру хімії в Геттінгенському університеті та посаду генерального інспектора всіх ганноверських аптек.

Штромейєру надіслали не тільки окис цинку, а й інші цинкові препарати з фабрики Германа, у тому числі ZnCO 3 , з якого цей окис отримували. Прожаривши вуглекислий цинк, Штромейєр отримав окис, але не білий, як це мало бути, а жовтуватий. Власник фабрики пояснював забарвлення домішкою заліза, але Штромейєра таке пояснення не задовольнило. Закупивши більше цинкових препаратів, він зробив повний їх аналіз і без особливих труднощів виділив елемент, який викликав пожовтіння. Аналіз говорив, що це миш'як (як стверджував Ролов), а й залізо (як стверджував Герман).

Це був новий, невідомий колись метал, за хімічними властивостями дуже схожий на цинк. Тільки гідроокис його, на відміну Zn(OH) 2 , була амфотерной, а мала яскраво виражені основні властивості.

У вільному вигляді новий елемент був білий метал, м'який і не дуже міцний, зверху покритий коричневою плівкою оксиду. Метал цей Штромейєр назвав кадмієм, явно натякаючи на його «цинкове» походження: грецьким словом καδμεια здавна позначали цинкові руди та окис цинку.

У 1818 р. Штромейєр опублікував докладні відомості про новий хімічний елемент, і майже відразу на його пріоритет почали робити замах. Першим виступив той самий Ролов, який раніше вважав, що у препаратах з фабрики Германа є миш'як. Незабаром після Штромейєра інший німецький хімік, Керстен, знайшов новий елемент у силезькій цинковій руді і назвав його меліном (від латинського mellinus – «жовтий, як айва») через колір осаду, що утворюється під дією сірководню. Але це був уже відкритий Штромейєром кадмій. Пізніше цьому елементу пропонували ще дві назви: клапротій – на честь відомого хіміка Мартіна Клапрота та юноній – на ім'я відкритого у 1804 р. астероїда Юнони. Але утвердилася все-таки назва, дана елементу його першовідкривачем. Щоправда, у російській хімічній літературі першою половини XIXв. кадмій часто називали кадмом.

Середній вміст кадмію в земної кори 130 мг/т. Кадмій відноситься до рідкісних, розсіяних елементів: він міститься у вигляді ізоморфної домішки в багатьох мінералах і в мінералах цинку. Відомо лише 6 кадмієвих мінералів. Дуже рідкісними мінералами кадмію є гринокіт CdS (77,8% Cd), хоуліїт (те саме), отавіт CdCO 3 , монтемпоніт CdO (87,5% Cd), кадмоселіт CdSe (47% Cd), ксантохроіт CdS х (77,2% Cd). Основна маса кадмію розсіяна в великому числімінералів (понад 50), переважно в сульфідах цинку, свинцю, міді, заліза, марганцю та ртуті.

Хоча відомі самостійні мінерали кадмію. гринокіт(CdS), отавіт(CdCO 3), Монтепоніт(CdO) та селенід(CdSe), своїх родовищ вони не утворюють, а присутні у вигляді домішок у цинкових, свинцевих, мідних та поліметалевих рудах, які є основним джерелом промислового видобутку кадмію. Максимальна концентрація відмічена у мінералах цинку і насамперед у сфалериті (до 5%). Найчастіше ж вміст кадмію в сфалериті вбирається у 0,4 – 0,6%. В інших сульфідах, наприклад, у станині вміст кадмію 0,003 – 0,2%, галеніті 0,005 – 0,02%, халькопіриті 0,006 – 0,12%; з цих сульфідів кадмій зазвичай не вилучається.
Є кадмій, до речі, у певних кількостях і в повітрі. За зарубіжними даними вміст кадмію в повітрі становить 0.1-5.0 нг/м 3 у сільській місцевості (1 нг або 1 нанограм = 10 -9 грам), 2 - 15 нг/м 3 - у містах та від 15 до 150 нг/м 3 - у промислових районах. Пов'язано це, зокрема, і з тим, що багато вугілля містять кадмій у вигляді домішки та при спалюванні на теплоелектростанціях він потрапляє в атмосферу. При цьому значна частина його осідає на грунт. Також збільшення вмісту кадмію у грунті сприяє використання мінеральних добрив, т.к. Майже всі вони містять незначні домішки кадмію.
Кадмій здатний накопичуватися в рослинах (найбільше в грибах) і живих організмах (особливо у водних) і далі по харчовому ланцюжку може "постачатися" людині. Багато кадмію у сигаретному димі.

У природних умовкадмій потрапляє в підземні води внаслідок вилуговування руд кольорових металів, а також внаслідок розкладання водних рослин та організмів, здатних його накопичувати. Останні десятиліття превалюючим стає антропогенний чинник забруднення кадмієм природних вод. Кадмій присутній у воді у розчиненому вигляді (сульфат, хлорид, нітрат кадмію) та у зваженому вигляді у складі органо-мінеральних комплексів. На вміст кадмію у воді істотно впливає pH середовища (у лужному середовищі кадмій випадає в осад у вигляді гідроксиду), а також сорбційні процеси.

Єдиний мінерал, який цікавить отримання кадмію - гринокит, так звана «кадмієва обманка». Його видобувають разом із фаєритом розробки цинкових руд. У ході переробки кадмій концентрується в побічних продуктах процесу, звідки його витягають. В даний час виробляється понад 10 тонн кадмію на рік.

При переробці поліметалевих руд він – аналог цинку – незмінно виявляється головним чином цинковому концентраті. А відновлюється кадмій ще легше, ніж цинк, і температура кипіння має меншу (767 і 906°C відповідно). Тому при температурі близько 800°C легко розділити цинк і кадмій.

Сріблясто-білий м'який метал із гексагональними гратами. Якщо кадмієву паличку вигинати, то можна почути слабкий тріск - це труться один про одного мікрокристали металу (так само тріщить і пруток олова).

Кадмій м'який, ковок, легко піддається механічній обробці. Це теж полегшувало і прискорювало його шлях до атомної техніки. Висока вибіркова здатність кадмію, його чутливість саме до теплових нейтронів також були на руку фізикам. А за основною робочою характеристикою – перерізом захоплення теплових нейтронів – кадмій займає одне з перших місць серед усіх елементів періодичної системи – 2400 барн. (Нагадаємо, що переріз захоплення – це здатність «вбирати в себе» нейтрони, що вимірюється в умовних одиницях барнах.)

Природний кадмій складається з восьми ізотопів (з масовими числами 106, 108, 110, 111, 112, 113, 114 і 116), а переріз захоплення – характеристика, за якою ізотопи одного елемента можуть відрізнятися дуже сильно. У природній суміші ізотопів кадмію головний "нейтроноглотатель" - це ізотоп з масовим числом 113. Його індивідуальний переріз захоплення величезно - 25 тис. барн!

Приєднуючи нейтрон, кадмій-113 перетворюється на найпоширеніший (28,86% природної суміші) ізотоп елемента №48 – кадмій-114. Частка самого кадмію-113 - всього 12,26%. На жаль, розділити вісім ізотопів кадмію набагато складніше, ніж два ізотопи бору.

Кристалічні ґрати Кадмію гексагональні, а = 2,97311 Å, с = 5,60694 Å (при 25 °C); атомний радіус 1,56 Å, іонний радіус Cd 2+ 1,03 Å. Щільність 8,65 г/см 3 (20 ° C), t пл 320,9 ° С, t кип 767 ° C, коефіцієнт термічного розширення 29,8 · 10 -6 (при 25 ° C); теплопровідність (при 0°C) 97,55 вт/(м·К) або 0,233 кал/(см·сек·°С); питома теплоємність(при 25 °C) 225,02 дж/(кг·К) або 0,055 кал/(г·°С); питомий електроопір (при 20 ° C) 7,4 · 10 -8 ом · м (7,4 · 10 -6 ом · см); температурний коефіцієнт електроопору 4,3 · 10 -3 (0-100 ° С). Межа міцності при розтягуванні 64 Мн/м 2 (6,4 кгс/мм 2), відносне подовження 20%, твердість Брінеллю 160 Мн/м 2 (16 кгс/мм 2).

Кадмій розташований в одній групі періодичної системи з цинком та ртуттю, займаючи проміжне місце між ними, тому деякі Хімічні властивостіцих елементів подібні. Так, сульфіди та оксиди цих елементів практично нерозчинні у воді. З вуглецем кадмій не взаємодіє, звідси випливає, що кадмій карбідів не утворює.

Відповідно до зовнішньої електронної конфігурації атома 4d 10 5s 2 валентність Кадмію в з'єднаннях дорівнює 2. На повітрі Кадмій тьмяніє, покриваючись тонкою плівкою оксиду CdO, яка захищає метал від подальшого окислення. При сильному нагріванні повітря Кадмій згоряє в оксид CdO - кристалічний порошок від світло-коричневого до темно-бурого кольору, щільність 8,15 г/см 3 ; при 700°C CdO виганяється, не плавлячись. Кадмій безпосередньо поєднується з галогенами; ці сполуки безбарвні; CdCl 2 , CdBr 2 і CdI 2 дуже легко розчиняються у воді (близько 1 частини безводної солі в 1 частині води при 20 °C), CdF 2 розчинний важче (1 частина в 25 частинах води). З сіркою Кадмій утворює сульфід CdS від лимонно-жовтого до оранжево-червоного кольору, нерозчинний у воді та розведених кислотах. Кадмій легко розчиняється в азотній кислоті з виділенням оксидів азоту та утворенням нітрату, який дає гідрат Cd(NOa) 2 ·4H 2 O. З кислот - соляної та розведеної сірчаної Кадмій повільно виділяє водень, при випаровуванні розчинів з них кристалізуються гідрати хлориду 5H 2 O та сульфату 3CdSO 4 ·8H 2 O. Розчини солей Кадмію мають кислу реакцію внаслідок гідролізу; їдкі луги беруть в облогу з них білий гідрооксид Cd(OH) 2 , нерозчинний в надлишку реактиву; втім, при дії концентрованих розчинів лугу на Cd(OH) 2 були отримані гідрооксокадміати, наприклад, Na 2 . Катіон Cd 2+ легко утворює комплексні іони з аміаком 2+ та з ціаном 2- та 4- . Відомі численні основні, подвійні та комплексні солі Кадмію. З'єднання Кадмію отруйні; особливо небезпечно вдихання парів його оксиду.

Кадмій набув популярності у 40-ті роки 20-го століття. Саме в цей час кадмій перетворився на стратегічний матеріал – з нього почали робити регулюючі та аварійні стрижні атомних реакторів.

Кадмій спочатку виявився головним «стрижневим» матеріалом насамперед тому, що він добре поглинає теплові нейтрони. Усі реактори початку «атомного віку» (а перший з них було побудовано Енріко Фермі у 1942 р.) працювали на теплових нейтронах. Лише через багато років з'ясувалося, що реактори на швидких нейтронах перспективніші і для енергетики, і для отримання ядерного пального – плутонію-239. А проти швидких нейтронів кадмій безсилий, він їх не затримує.

Проте слід перебільшувати роль кадмію в реакторобудуванні, т.к. фізико-хімічні властивості цього металу (міцність, твердість, термостійкість - його температура плавлення всього 321 ° C) залишають бажати кращого. Кадмій був першим стрижневим матеріалом. Потім перші ролі стали висуватися бор та її сполуки. Але кадмій легше отримувати у великій кількості.

На виробництво сплавів витрачається приблизно десята частина світового виробництва кадмію. Кадмієві сплави використовують головним чином як антифрикційні матеріали та припої. Відомий сплав складу 99% Cd та 1% Ni застосовують для виготовлення підшипників, що працюють в автомобільних, авіаційних та суднових двигунах в умовах високих температур. Оскільки кадмій недостатньо стійкий до дії кислот, у тому числі й органічних кислот, що містяться в мастильних матеріалах, іноді підшипникові сплави на основі кадмію покривають індієм.

Легування міді невеликими добавками кадмію дозволяє робити більш зносостійкі дроти на лініях електричного транспорту. Мідь з добавкою кадмію майже не відрізняється по електропровідності від чистої міді, зате помітно перевершує її міцністю і твердістю.

Сплав кадмію із золотом має зеленуватий колір. Сплав кадмію з вольфрамом, ренією та 0,15 % урану 235 - небесно-блакитного кольору було отримано іспанськими вченими у 1998 році.

Всім відома оцинкована бляха, але далеко не всі знають, що для запобігання заліза від корозії застосовують не тільки цинкування, а й кадмування. Кадмієве покриття зараз наносять лише електролітично, найчастіше у промислових умовах застосовують ціанідові ванни. Раніше кадмували залізо та інші метали зануренням виробів у розплавлений кадмій.

Незважаючи на подібність властивостей кадмію і цинку, у кадмієвого покриття є кілька переваг: воно стійкіше до корозії, його легше зробити рівним і гладким. До того ж кадмій, на відміну від цинку, стійкий у лужному середовищі. Кадмовану жерсть застосовують досить широко, закритий їй доступ тільки у виробництво тари для харчових продуктів, тому що кадмій токсичний. У кадмієвих покриттів є ще одна цікава особливість: в атмосфері сільських місцевостей вони мають значно більшу корозійну стійкість, ніж в атмосфері промислових районів. Особливо швидко таке покриття виходить з ладу, якщо в повітрі підвищено вміст сірчистого або сірчаного ангідридів.

Найважливішою сферою застосування кадмію є виробництво хімічних джерел струму. Кадмієві електроди використовуються в батареях та акумуляторах. Негативні пластини нікель-кадмієвих акумуляторів виготовлені із залізних сіток із губчастим кадмієм як активний агент. Позитивні пластини покриті гідроксидом нікелю. Електроліт служить розчин гідроксиду калію. На основі кадмію та нікелю виготовляють і компактні акумулятори для керованих ракет, тільки в цьому випадку в якості основи встановлюють не залізні, а сітки нікелеві.

Нікель-кадмієві лужні акумулятори надійніші, ніж свинцеві (кислотні). Ці джерела струму відрізняються високими електричними характеристиками, стабільністю роботи, тривалим терміном експлуатації. Їх можна зарядити лише за одну годину. Однак нікель-кадмієві акумулятори не можна заряджати без повної попередньої розрядки (в цьому відношенні вони поступаються металогідридним акумуляторам).

Близько 20 % кадмію йде виготовлення кадмієвих електродів, застосовуваних в акумуляторах (нікель-кадмієвих і срібно-кадмієвих), нормальних елементах Вестона, в резервних батареях (свинцево-кадмієвий елемент, ртутно-кадмієвий елемент та інших.

Близько 20% кадмію використовується для виробництва неорганічних фарбуючих речовин (сульфіди та селеніди, змішані солі, наприклад, сульфід кадмію - лимонний кадмій).

• Іноді кадмій застосовується в експериментальній медицині.

Кадмій використовується у гомеопатичній медицині.

• Останніми роками кадмій став застосовуватися під час створення нових протипухлинних нано-медикаментів. У Росії на початку 1950-х років були проведені перші успішні експерименти, пов'язані з розробкою протипухлинних медикаментів на основі сполук кадмію.

• Сульфід кадмію застосовується для виробництва плівкових сонячних батарейз ККД близько 10-16%, а також дуже хороший термоелектричний матеріал.

• Використовується як компонент напівпровідникових матеріалів та люмінофорів.

• Теплопровідність металу поблизу абсолютного нуля є найвищою серед усіх металів, тому кадмій іноді застосовується для кріогенної техніки.

Вплив кадмію на організм людини

Кадмій - один з найтоксичніших важких металів і тому Російським СанПіН він віднесений до 2-го класу небезпеки.

З'єднання кадмію отруйні. Особливо небезпечним випадком є ​​вдихання парів оксиду (CdO). Кадмій - кумулятивна отрута (здатна накопичуватися в організмі). У питну водуГДК для кадмію 0,001 мг/дм³

Розчинні сполуки кадмію після всмоктування в кров уражують центральну нервову систему, печінку та нирки, порушують фосфорно-кальцієвий обмін. Хронічне отруєння призводить до анемії та руйнування кісток.

Кадмій в нормі у невеликих кількостях присутні в організмі здорової людини. Кадмій легко накопичується в клітинах, що швидко розмножуються (наприклад, у пухлинних або статевих). Він зв'язується з цитоплазматичним та ядерним матеріалом клітин та ушкоджує їх. Він змінює активність багатьох гормонів та ферментів. Це зумовлено його здатністю зв'язувати сульфгідрильні (-SH) групи.

У 1968 р. в одному відомому журналі з'явилася замітка, яка називалася Кадмій і серце. У ній говорилося, що доктор Керрол – співробітник служби охорони здоров'я США – виявив залежність між вмістом кадмію в атмосфері та частотою смертельних випадків від серцево-судинних захворювань. Якщо, скажімо, у місті А вміст кадмію у повітрі більший, ніж у місті Б, то й сердечники міста А помирають раніше, ніж якби вони жили у місті Б. Такий висновок Керрол зробив, проаналізувавши дані по 28 містах.

За даними USEPA, ВООЗ та Міністерства Охорони здоров'я Канади сумарне добове надходження кадмію в організм людини з усіх джерел становить 10-50 мкг. Основним та найбільш "стабільним" джерелом є їжа - в середньому від 10 до 30-40 мкг кадмію на добу. Овочі, фрукти, м'ясо тварин, риба зазвичай містять 10-20 мкг кадмію на кілограм ваги. Проте немає правил без винятків. Злакові культури, що виросли на забрудненому кадмієм грунті, або водою, що міститься кадмій, можуть містити підвищену кількість кадмію (понад 25 мкг/кг).

Істотну "додаток" кадмію отримують курці. Одна сигарета містить 1 мкг (іноді і більше - до 2 мкг) кадмію. Ось і вважайте - людина, що викурює в день пачку цигарок піддає свій організм додатковому впливу щонайменше 20 мкг кадмію, які, для довідки, не затримуються навіть вугільним фільтром.
Необхідно також зазначити, що через легені кадмій легше засвоюється організмом – до 10-20%. Тобто. з однієї пачки цигарок засвоюється 2 – 4 мкг кадмію. При надходженні через шлунково-кишковий тракт, відсоток засвоюваності становить лише 4-7% (0.2 - 5 мкг кадмію на добу абсолютних цифрах). Таким чином курець як мінімум в 1,5-2 рази збільшує "навантаження" на свій організм за кадмієм, що загрожує несприятливими для здоров'я наслідками.

Світовий ринок кадмію

На рік виробляється близько 20 тис. т кадмію. Обсяг виробництва значною мірою пов'язані з масштабами виробництва цинку.

Близько 82% світових поставок рафінованого кадмію припадає на нікель-кадмієві джерела харчування, проте після обмежень на їх виробництво в Європі буде порушено одну третину споживання кадмію. В результаті зростання виробництва цинку в Європі та скорочення використання кадмію можлива наявність «вільного» кадмію, найчастіше у вигляді твердих відходів, але виробництво нікель-кадмієвих батарей зростає в Азії, відбувається переведення виробництв в Азію і, як наслідок, зростає попит на кадмій. Азіатський регіон. Поки що це дозволить тримати світове споживання кадмію на рівні. У 2007 р. ціни на кадмій, стартувавши з 4.18 дол./кг, піднялися до 13 дол./кг, але до кінця року склали 7 дол./кг.

2010 року південнокорейська Young Poong Corp. наростила виробництво кадмію на 75%, до 1400 т на рік і планує незабаром запустити нові потужності, заявив офіційний представник компанії.

Більшість виробленого у світі кадмію витрачається на електропокриття й у приготування сплавів. Кадмій як захисне покриття має істотні переваги перед цинком і нікелем, так як він більш корозійностійкий в тонкому шарі; кадмій щільно пов'язаний з поверхнею металевого виробу та не відстає від неї при її пошкодженні.

Донедавна у кадмієвих покриттів була «недуга», що час від часу давалася взнаки. Справа в тому, що при електролітичному нанесенні кадмію на сталеву деталь в метал може проникнути водень, що міститься в електроліті. Цей небажаний гість викликає у високоміцних сталей небезпечне «захворювання»-водневу крихкість, що призводить до несподіваного руйнування металу під навантаженням. Виходило, що, з одного боку, кадмування надійно оберігало деталь від корозії, з другого - створювало загрозу передчасного виходу деталі з ладу. Ось чому конструктори часто змушені були відмовлятися від «послуг» кадмію.

Вченим Інституту фізичної хімії Академії наук СРСР вдалося усунути цю "хворобу" кадмієвих покриттів. У ролі ліків виступив титан. Виявилося, що, якщо в шарі кадмію на тисячу його атомів припадає лише один атом титану, сталева деталь застрахована від виникнення водневої крихкості, оскільки титан у процесі покриття витягає зі сталі весь водень.

Кадмій також використовується в англійських криміналістів: за допомогою найтоншого шару цього металу, напиленого на обстежувану поверхню, вдається швидко виявити чіткі відбитки пальців.

Кадмій також застосовують у виготовленні кадмієво-нікелевих акумуляторів. Роль негативного електрода в них виконують залізні сітки з губчастим кадмієм, а позитивні пластини покриті окисом нікелю; Електроліт служить розчин їдкого калію. Такі джерела струму відрізняються високими електричними характеристиками, великою надійністю, тривалим терміном експлуатації, а їхня підзарядка займає всього 15 хвилин.

Властивість кадмію поглинати нейтрони зумовило ще одну сферу застосування кадмію-в атомній енергетиці.

Подібно до того, як автомобіль не обходиться без гальм, реактор не може працювати без регулюючих стрижнів, що збільшують або зменшують потік нейтронів.

У кожному реакторі передбачено також масивний аварійний стрижень, який приступає до справи в тому випадку, якщо стрижні, що регулюють, чомусь не справляються з покладеними на них обов'язками.

Повчальний випадок виник на АЕС у Каліфорнії. Через якісь конструктивні неполадки аварійний стрижень не зміг своєчасно зануритися в котел - ланцюгова реакція стала некерованою, виникла серйозна аварія. Реактор з нейтронами, що розбушувалися, представляв величезну небезпеку для навколишнього населення. Довелося терміново евакуювати людей з небезпечної зони, поки ядерне «вогнище» не згасло. На щастя, обійшлося без жертв, але збитки були дуже великі, та й реактор на якийсь час вийшов із ладу.

Головна вимога до матеріалу регулюючих і аварійних стрижнів - здатність поглинати нейтрони, а кадмій-один з «найбільших фахівців» у цій галузі. З одним лише застереженням: якщо йдеться про теплові нейтрони, енергія яких дуже мала (вона вимірюється сотими частками електрон-вольта). У перші роки атомної ери ядерні реактори працювали саме на теплових нейтронах і кадмій довгий час вважався першою скрипкою серед стрижневих матеріалів. Пізніше, щоправда, йому довелося поступитися провідною роллю бору та його сполукам. Але для кадмію фізики-атомники знаходять все нові й нові сфери діяльності: так, наприклад, за допомогою кадмієвої платівки, що встановлюється на шляху нейтронного пучка, досліджують його енергетичний спектр, визначають, наскільки він однорідний, яка частка теплових нейтронів у ньому.

Особливий інтерес вчених викликало вирощування в невагомості кристала КРТ, що є твердим розчином телуридів кадмію і ртуті. Цей напівпровідниковий матеріал незамінний для виготовлення теплевізорів - найточніших інфрачервоних приладів, що застосовуються в медицині, геології, астрономії, електроніці, радіотехніці та багатьох інших важливих галузях науки та техніки. Отримати це з'єднання в земних умовах надзвичайно важко: його компоненти через велику різницю в щільності поводяться як герої відомої байки І. А. Крилова - лебідь, рак і щука, і в результаті замість однорідного сплаву виходить листковий «пиріг». Заради крихітного кристалу КРТ доводиться вирощувати великий кристал і вирізати з нього найтоншу пластинку прикордонного шару, а все інше йде у відходи. Інакше не можна: адже чистота та однорідність кристала КРТ оцінюються у стомільйонних частках відсотка. Не дивно, що на світовому ринку один грам цих кристалів коштує всього вісім тисяч доларів.

Найкраща жовта фарба є з'єднанням кадмію з сіркою. Великі кількості кадмію витрачаються виготовлення цієї фарби.

ВИСНОВОК

У багатогранній діяльності кадмію є й негативні сторони. Кілька років тому один із співробітників служби охорони здоров'я США встановив, що існує прямий зв'язок між смертністю від серцево-судинних захворювань. вмістом кадмію в атмосфері. Цей висновок було зроблено після ретельного обстеження мешканців 28 американських міст. У чотирьох з них - Чикаго, Нью-Йорку, Філадельфії та Індіанополісі - вміст кадмію в повітрі виявився значно вищим, ніж в інших містах; вищою була тут і частка смертних випадків внаслідок хвороб серця.

Поки медики та біологи визначають, чи шкідливий кадмій, і шукають шляхи зниження його вмісту у навколишньому середовищі, представники техніки вживають усіх заходів до збільшення його виробництва. Якщо за всю другу половину минулого століття було видобуто лише 160 тонн кадмію, то в кінці 20-х років нашого століття щорічне виробництво його в капіталістичних країнах становило вже приблизно 700 тонн, а в 50-х роках воно досягло 7000 тонн (адже саме в це час кадмій набув статусу стратегічного матеріалу, призначеного для виготовлення стрижнів атомних реакторів). І в XXI столітті використання кадмію тільки зросте завдяки його незамінним властивостям.

ВИКОРИСТАНА ЛІТЕРАТУРА

1) Дзлієв І.І. Металургія кадмію. М.: Металургіздат, 1962.

2) Хрестовніков О.М. Кадмій. М.: Колірметіздат, 1956.

3) Хрестовніков О.М. Каретнікова В. П. Рідкісні метали. М.: Колірметіздат, 1966.

4) Лебедєв Б.М. Кузнєцова В.А. Кольорові метали. М: Наука, 1976.

5) Любченко В.А. Кольорові метали. М: Наука, 1963.

6) Максимова Г.В. Кадмій// Журнал неорганічна хімія, № 3, 1959, С-98.

7) Плаксін І.М. Юхтанов Д.М. Гідрометалургія. М.: Металургіздат, 1949.

8) Пейсахов І.Л. Кольорові метали. М: Наука, 1950.

9) Планер В.І. Кадмій як запобіжник від корозії. М.: Колірметіздат, 1952.

Що таке кадмій? Це важкий метал, який виходить внаслідок виплавки інших металів, таких як цинк, мідь чи свинець. Його широко використовують для виготовлення нікель-кадмієвих акумуляторів. Крім того, сигаретний дим містить такий елемент. В результаті безперервного впливу кадмію виникають дуже тяжкі захворювання легень та нирок. Розглянемо особливості цього металу докладніше.

Сфера застосування кадмію

Більшість промислового використання цього металу посідає захисні покриття, які оберігають метали від корозії. Таке покриття має велику перевагу перед цинковими, нікелевими чи олов'яними, тому що при деформації воно не відшаровується.

Яке ще можливо застосування кадмію? Він використовується для виробництва сплавів, які чудово піддаються механічній обробці. Сплави кадмію з незначними добавками міді, нікелю та срібла застосовують для виготовлення підшипників автомобільних, авіаційних та суднових двигунів.

Де ще використовується кадмій?

Зварювальники, металурги та працівники, пов'язані з текстильною, електронною промисловістю та виробництвом акумуляторів, найчастіше наражаються на ризик отруєнням кадмієм. Нікель-кадмієві акумулятори застосовуються в мобільних телефонахта інших електронних пристроїв. Використовується цей метал у виробництві пластику, фарб, металевих покриттів. Багато грунтів, які регулярно удобрюють, також можуть містити такий токсичний метал велику кількість.

кадмій: властивості

Кадмій, а також його сполуки характеризуються як не було доведено, що невелика кількість елемента в навколишньому середовищі викликає ракові захворювання. Вдихання частинок металу на промислове виробництводійсно сприяє розвитку раку легенів, але при вживанні зараженої їжі вони не становлять небезпеки розвитку раку.

Як кадмій потрапляє в організм людини?

Вже давно всім відомо, що сигаретний дим містить кадмій. Цей важкий метал надходить в організм курця в кількості, вдвічі більшій, ніж в організм людини, яка не схильна до такої шкідливій звичці. Однак пасивне куріння здатне завдати шкоди.

Листові овочі, злаки та картопля, вирощені на ґрунті, що містить велику кількість кадмію, можуть нести в собі загрозу. Підвищеним вмістом цього металу також славиться печінка та нирки морських мешканців та тварин.

багато промислове підприємство, особливо металургійні, виділяють в атмосферу велику кількість кадмію Люди, які мешкають біля таких підприємств, автоматично заносяться до групи ризику.

Деякі сільськогосподарські райони активно застосовують фосфатні добрива, що містять незначну кількість кадмію. Продукти, вирощені на цій землі, становлять потенційну загрозу для людини.

Вплив кадмію на організм людини

Таким чином, ми розібрали, що є кадмієм. Вплив на організм людини цього важкого металу може спричинити негативні наслідки. У будь-якому живому організмі він перебуває у незначній кількості, та її біологічна роль досі остаточно не з'ясована. Зазвичай кадмій асоціюється із негативною функцією.

Його токсична дія заснована на блокуванні сірковмісних амінокислот, що призводить до порушення білкового обміну та ураження ядра клітини. Цей важкий метал сприяє виведенню кальцію з кісток та вражає нервову систему. Може накопичуватися у нирках та печінці, а виводиться з організму він дуже повільно. Цей процес може тривати десятиліття. Зазвичай кадмій виводиться із сечею та калом.

Вдихання кадмію

Цей елемент потрапляє до організму працівників промисловості при вдиханні. Щоб запобігти цьому, використовують ефективні захисні засоби. Нехтування цим правилом призводить до сумних наслідків. Якщо вдихнути кадмій, вплив на організм людини такого металу проявляється таким чином: підвищується температура тіла, з'являється озноб та біль у м'язах.

Через деякий час відбувається ушкодження легень, виникає біль у грудях, задишка, кашель. У важких випадках такий стан спричиняє смерть хворого. Вдихання повітря, що містить кадмій, сприяє розвитку захворювань нирок та остеопорозу. Імовірність раку легень підвищується у кілька разів.

Надходження кадмію разом із їжею

Чим небезпечний кадмій у воді та їжі? При регулярному вживанні заражених продуктів та води в організмі починає накопичуватися цей метал, що призводить до негативних наслідків: порушується робота нирок, відбувається ослаблення кісткової тканини, уражається печінка, серце, а у важких випадках настає смерть.

Вживання продуктів, забруднених кадмієм, може спровокувати подразнення шлунка, нудоту, біль у животі, діарею та блювання. Крім цього, з'являються симптоми, що нагадують грип, розвивається набряк гортані та виникає поколювання в руках.

Причини отруєння кадмієм

Отруєння важкими металами найчастіше відбувається у дітей, діабетиків, вагітних і жінок, що годують, людей, що зловживають курінням. У Японії інтоксикація організму кадмієм відбувається внаслідок вживання забрудненого рису. У цьому випадку розвивається апатія, уражаються нирки, кістки розм'якшуються та деформуються.

Промислово розвинені райони, в яких розташовуються нафтопереробні та металургійні підприємства, славляться тим, що там ґрунт забруднений кадмієм. Якщо в таких місцях вирощують рослинну продукцію, то велика ймовірність того, що станеться отруєння важкими металами.

Елемент у великих кількостях може накопичуватись у тютюні. Якщо сировина висушується, вміст металу різко збільшується. Надходження в організм кадмію відбувається як при активному, так і при виникненні раку легень залежить від вмісту в димі металу.

Лікування при отруєнні

Кадмієм:

• ураження центральної нервової системи;
• гострі болі у кістках;
• білок у сечі;
• камені в нирках;
• дисфункція статевих органів.

Якщо сталося гостре отруєння, постраждалому слід перебувати в теплі, йому необхідно забезпечити приплив свіжого повітря та спокій. Після промивання шлунка йому потрібно дати тепле молоко, яке додають трохи харчової соди. Не існує жодних антидотів кадмію. Щоб нейтралізувати метал, використовують "Унітіол", стероїди та сечогінні препарати. Комплексне лікування передбачає застосування антагоністів кадмію (цинк, залізо, селен, вітаміни). Лікар може призначити загальнозміцнювальну дієту, що містить велику кількість клітковини та пектинових речовин.

Можливі наслідки

Такий метал, як кадмій, вплив на організм людини дуже серйозний, а якщо сталося отруєння цим елементом, то наслідки можуть бути небезпечними. Він витісняє кальцій із кісток, сприяючи розвитку остеопорозу. У дорослих та дітей починає викривлятися хребет та відбувається деформація кісток. У дитячому віціподібне отруєння призводить до енцефалопатії та нейропатії.

Висновок

Таким чином, ми розібрали, що є таким важким металом, як кадмій. Вплив на організм людини цього елемента є досить серйозним. Поступово накопичуючись в організмі, він призводить до руйнування багатьох органів. Можна навіть отруїтися кадмієм, якщо вживати у великій кількості заражені продукти. Наслідки отруєння також є досить небезпечними.

Кадмій(Cadmium), Cd, хімічний елемент ІІ групи періодичної системи Менделєєва; атомний номер 48, атомна маса 112,40; білий, блискучий, важкий, м'який, тягучий метал. Елемент складається із суміші 8 стабільних ізотопів з масовими числами: 106 (1,215%), 108 (0,875%), 110 (12,39%), 111 (12,75%), 112 (24,07%), 113 (12) 26%), 114 (28,86%), 116 (7,58%).

Історична довідка.У 1817 році німецький хімік Ф. Штромейєр, при ревізії однієї з аптек, виявив, що карбонат цинку, що був там, містить домішку невідомого металу, який осаджується у вигляді жовтого сульфіду сірководнем з кислого розчину. Штромейєр назвав відкритий ним метал кадмієм (від грец. kadmeia - нечистий оксид цинку, а також цинкова руда). Незалежно від нього німецькі вчені К. Герман, К. Карстен та В. Мейснер у 1818 році відкрили Кадмій у силезських цинкових рудах.

Поширення Кадмію у природі.Кадмій - рідкісний та розсіяний елемент з кларком літосфери 1,3 · 10 -5 % за масою. Для Кадмію характерні міграція у гарячих підземних водах разом з цинком та іншими халькофільними елементами та концентрація у гідротермальних родовищах. Мінерал сфелерит ZnS подекуди містить до 0,5-1% Cd, максимально до 5%. Рідше трапляється гринокіт CdS. Концентрується кадмій у морських осадових породах- сланцях (Мансфельд, Німеччина), у пісковиках, у яких він також пов'язаний з цинком та іншими халькофільними елементами. У біосфері відомі три дуже рідкісні самостійні мінерали Кадмію - карбонат CdCO 3 (ставить), оксид CdO (монтепоніт) і селенід CdSe.

Фізичні властивості кадмію.Кристалічні ґрати Кадмію гексагональні, а = 2,97311 Å, с = 5,60694 Å (при 25 °C); атомний радіус 1,56 Å, іонний радіус Cd 2+ 1,03 Å. Щільність 8,65 г/см 3 (20 ° C), t пл 320,9 ° С, t кип 767 ° C, коефіцієнт термічного розширення 29,8 · 10 -6 (при 25 ° C); теплопровідність (при 0°C) 97,55 вт/(м·К) або 0,233 кал/(см·сек·°С); питома теплоємність (при 25 °C) 225,02 дж/(кг·К) або 0,055 кал/(г·°С); питомий електроопір (при 20 ° C) 7,4 · 10 -8 ом · м (7,4 · 10 -6 ом · см); температурний коефіцієнт електроопору 4,3 · 10 -3 (0-100 ° С). Межа міцності при розтягуванні 64 Мн/м 2 (6,4 кгс/мм 2), відносне подовження 20%, твердість Брінеллю 160 Мн/м 2 (16 кгс/мм 2).

Хімічні властивості кадмію.Відповідно до зовнішньої електронної конфігурації атома 4d 10 5s 2 валентність Кадмію в з'єднаннях дорівнює 2. На повітрі Кадмій тьмяніє, покриваючись тонкою плівкою оксиду CdO, яка захищає метал від подальшого окислення. При сильному нагріванні повітря Кадмій згоряє в оксид CdO - кристалічний порошок від світло-коричневого до темно-бурого кольору, щільність 8,15 г/см 3 ; при 700°C CdO виганяється, не плавлячись. Кадмій безпосередньо поєднується з галогенами; ці сполуки безбарвні; CdCl 2 , CdBr 2 і CdI 2 дуже легко розчиняються у воді (близько 1 частини безводної солі в 1 частині води при 20 °C), CdF 2 розчинний важче (1 частина в 25 частинах води). З сіркою Кадмій утворює сульфід CdS від лимонно-жовтого до оранжево-червоного кольору, нерозчинний у воді та розведених кислотах. Кадмій легко розчиняється в азотній кислоті з виділенням оксидів азоту та утворенням нітрату, який дає гідрат Cd(NOa) 2 ·4H 2 O. З кислот - соляної та розведеної сірчаної Кадмій повільно виділяє водень, при випаровуванні розчинів з них кристалізуються гідрати хлориду 5H 2 O та сульфату 3CdSO 4 ·8H 2 O. Розчини солей Кадмію мають кислу реакцію внаслідок гідролізу; їдкі луги беруть в облогу з них білий гідрооксид Cd(OH) 2 , нерозчинний в надлишку реактиву; втім, при дії концентрованих розчинів лугу на Cd(OH) 2 були отримані гідрооксокадміати, наприклад, Na 2 . Катіон Cd 2+ легко утворює комплексні іони з аміаком 2+ та з ціаном 2- та 4- . Відомі численні основні, подвійні та комплексні солі Кадмію. З'єднання Кадмію отруйні; особливо небезпечно вдихання парів його оксиду.

Отримання Кадмію.Кадмій отримують з побічних продуктів переробки цинкових, свинцево-цинкових та мідно-цинкових руд. Ці продукти (що містять 0,2-7% Кадмію) обробляють розведеною сірчаною кислотою, яка розчиняє оксиди Кадмію та цинку. З розчину беруть в облогу Кадмій цинковим пилом; губчастий залишок (суміш Кадмію та цинку) розчиняють у розведеній сірчаній кислоті і виділяють Кадмій електролізом цього розчину. Електролітичний кадмій переплавляють під шаром їдкого натру і відливають у палички; чистота металу – не менше 99,98%.

Застосування Кадмію.Металевий Кадмій застосовують у ядерних реакторах, для антикорозійних та декоративних покриттів, в акумуляторах. Кадмій служить основою деяких підшипникових сплавів, що входить до складу легкоплавких сплавів (наприклад, сплав Вуда). Легкоплавкі сплави застосовують для спайки скла з металом, в автоматичних вогнегасниках, для тонких та складних виливків у гіпсових формах та інших. Сульфід Кадмія (кадмієва жовта) – фарба для живопису. Сульфат і амальгама Кадмію використовують у нормальному елементі Вестона.

Кадмій в організмі.Зміст Кадмію у рослинах становить 10 -4 % (на суху речовину); у деяких тварин (губок, кишковопорожнинних, черв'яків, голкошкірих та оболочників) - 4-10 -5 - 3-10 -3 % сухої речовини. Виявлено у всіх хребетних тварин. Найбільш багата на Кадмій печінку. Кадмій впливає вуглеводний обмін, на синтез у печінці гіппурової кислоти, на активність деяких ферментів.

ВИЗНАЧЕННЯ

Кадмійрозташований у п'ятому періоді ІІ групі побічної (В) підгрупі Періодичної таблиці.

Належить до елементів d-Сімейства. Метал. Позначення – Cd. Порядковий номер – 48. Відносна атомна маса – 112,41 а.о.м.

Електронна будова атома кадмію

Атом кадмію складається з позитивно зарядженого ядра (+48), всередині якого є 48 протонів і 64 нейтрони, а навколо по п'яти орбітах рухаються 48 електронів.

Рис.1. Схематичне будова атома кадмію.

Розподіл електронів за орбіталями виглядає так:

48Cd) 2) 8) 18) 18) 2;

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 5s 2 .

Валентними електронами атома кадмію вважаються електрони, розташовані на 4 d- і 5 s-орбіталях. Енергетична діаграма основного стану набуває наступного вигляду:

Валентні електрони атома кадмію можна охарактеризувати набором із чотирьох квантових чисел: n(головне квантове), l(орбітальне), m l(магнітне) та s(Спинове):

Приклади розв'язання задач

ПРИКЛАД 1

ПРИКЛАД 2