Кадмий

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
48 СереброКадмийИндий
Zn

Cd

Hg
Водород Гелий Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Аргон Калий Кальций Скандий Титан Ванадий Хром Марганец Железо Кобальт Никель Медь Цинк Галлий Германий Мышьяк Селен Бром Криптон Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебро Кадмий Индий Олово Сурьма Теллур Иод Ксенон Цезий Барий Лантан Церий Празеодим Неодим Прометий Самарий Европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Ртуть Таллий Свинец Висмут Полоний Астат Радон Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран Нептуний Плутоний Америций Кюрий Берклий Калифорний Эйнштейний Фермий Менделевий Нобелий Лоуренсий Резерфордий Дубний Сиборгий Борий Хассий Мейтнерий Дармштадтий Рентгений Коперниций Унунтрий Флеровий Унунпентий Ливерморий Унунсептий УнуноктийПериодическая система элементов
48Cd
Hexagonal.svg
Electron shell 048 Cadmium.svg
Внешний вид простого вещества
Cadmium-crystal bar.jpg
Мягкий ковкий серебристо-серый металл
Свойства атома
Название, символ, номер

Ка́дмий / Cadmium (Cd), 48

Атомная масса
(молярная масса)

112,411(8)[1] а. е. м. (г/моль)

Электронная конфигурация

[Kr] 4d10 5s2

Радиус атома

154 пм

Химические свойства
Ковалентный радиус

148 пм

Радиус иона

(+2e) 97 пм

Электроотрицательность

1,69 (шкала Полинга)

Электродный потенциал

−0,403[2]

Степени окисления

2

Энергия ионизации
(первый электрон)

 867,2 (8,99) кДж/моль (эВ)

Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)

8,65 г/см³

Температура плавления

594,1 K

Температура кипения

1 038 K

Уд. теплота плавления

6,11 кДж/моль

Уд. теплота испарения

59,1 кДж/моль

Молярная теплоёмкость

26,0[2] Дж/(K·моль)

Молярный объём

13,1 см³/моль

Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки

гексагональная

Параметры решётки

a=2,979 c=5,618 Å

Отношение c/a

1,886

Температура Дебая

209 K

Прочие характеристики
Теплопроводность

(300 K) 96,9 Вт/(м·К)

48
Кадмий
Cd
112,411
4d105s2

Ка́дмий — элемент двенадцатой группы (в устаревшей классификации — побочной подгруппы второй группы), пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 48. Обозначается символом Cd (лат. Cadmium). Простое вещество кадмий (CAS-номер: 7440-43-9) при нормальных условиях — мягкий ковкий тягучий переходный металл серебристо-белого цвета. Устойчив в сухом воздухе, во влажном на его поверхности образуется плёнка оксида, препятствующая дальнейшему окислению металла.

История открытия[править | править вики-текст]

Открыт немецким профессором Ф. Штромейером в 1817. Провизоры Магдебурга при изучении оксида цинка ZnO заподозрили в нём примесь мышьяка. Штромейер выделил из ZnO коричнево-бурый оксид, восстановил его водородом и получил серебристо-белый металл, который получил название кадмий.

Происхождение названия[править | править вики-текст]

Штромейер назвал кадмий по греческому названию руды, из которой в Германии добывали цинк, — καδμεία. В свою очередь, руда получила своё название в честь Кадма, героя древнегреческой мифологии.

Нахождение в природе[править | править вики-текст]

Среднее содержание кадмия в земной коре 130 мг/т, в морской воде 0,11 мкг/л. Кадмий относится к редким, рассеянным элементам: он содержится в виде изоморфной примеси во многих минералах и всегда в минералах цинка. Известно всего лишь 6 кадмиевых минералов. Весьма редкими минералами кадмия являются гринокит CdS (77,8% Cd), хоулиит (то же), отавит CdCO3, монтепонит CdO (87,5% Cd), кадмоселит CdSe (47% Cd), ксантохроит CdS(H2O)х (77,2% Cd). Основная масса кадмия рассеяна в большом числе минералов (более 50), преимущественно в сульфидах цинка, свинца, меди, железа, марганца и ртути. Максимальная концентрация отмечена в минералах цинка и прежде всего в сфалерите (до 5%). В большинстве же случаев содержание кадмия в сфалерите не превышает 0,4 – 0,6%. В других сульфидах, например, в станине содержание кадмия 0,003 – 0,2%, в галените 0,005 – 0,02%, в халькопирите 0,006 – 0,12%; из этих сульфидов кадмий обычно не извлекается.

Кадмий не образует самостоятельных месторождений, а входит в состав руд месторождений других металлов. Относительно высоко содержание кадмия в рудах среднетемпературных свинцово-цинковых и частично медно-колчеданных месторождений.

Почва содержит 0,06 мг/кг, глина 0,3 мг/кг.

Нахождение в продуктах[править | править вики-текст]

ПДК кадмия в воде согласно СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» - 1 мкг/л

Ископаемый уголь, древесный уголь, ПЭТ тара, древесные гранулы пеллеты (до 0,5 мг/кг), рыба (0,2 мг/кг), какао-порошок (0,5 мг/кг), почки животных (1 мг/кг), рис (0,06 мг/кг), шампиньоны (6-170 мг/кг), сигарета (0,002 мг/кг), пшеничный хлеб (0,03 мг/кг), маргарин (0,042 мг/кг), яйца куриные (0,024 мг/кг), говядина/свинина (0,016 мг/кг), креветки (1,2 мг/кг) [3][4][5]

Получение[править | править вики-текст]

Единственный минерал, который представляет интерес в получении кадмия — гринокит, так называемая «кадмиевая обманка». Его добывают вместе со сфалеритом при разработке цинковых руд. В ходе переработки кадмий концентрируется в побочных продуктах процесса, откуда его потом извлекают. В настоящее время производится около 20000 тонн кадмия в год.[6]

Физические свойства[править | править вики-текст]

Кадмий — серебристо-белый мягкий металл с гексагональной решёткой. Если кадмиевую палочку изгибать, то можно услышать слабый треск — это трутся друг о друга микрокристаллы металла (так же трещит и пруток олова).

Химические свойства[править | править вики-текст]

Кадмий расположен в одной группе периодической системы с цинком и ртутью, занимая промежуточное место между ними, поэтому некоторые химические свойства этих элементов сходны. Так, сульфиды и оксиды этих элементов практически нерастворимы в воде. С углеродом кадмий не взаимодействует и карбидов не образует[7].

Применение[править | править вики-текст]

Сплавы[править | править вики-текст]

Кадмий используется как компонент твёрдых припоев (сплавов на основе серебра, меди, цинка) для снижения их температуры плавления. Около 10 % производимого кадмия — компонент ювелирных и легкоплавких сплавов. Сплав кадмия с золотом имеет зеленоватый цвет[8][9].

Защитные покрытия[править | править вики-текст]

40 % производимого кадмия используется для нанесения антикоррозионных покрытий на металлы. Кадмирование стальных деталей дает большую устойчивость против коррозии, особенно в морской воде.

Химические источники тока[править | править вики-текст]

Около 20 % кадмия идет на изготовление кадмиевых электродов, применяемых в аккумуляторах (никель-кадмиевых и серебряно-кадмиевых), нормальных элементах Вестона, в резервных батареях (свинцово-кадмиевый элемент, ртутно-кадмиевый элемент) и др.

Пигменты[править | править вики-текст]

Около 20 % кадмия используется для производства неорганических красящих веществ (сульфиды и селениды, смешанные соли, например, сульфид кадмия — кадмий лимонный).

Цена[править | править вики-текст]

Цена на кадмий на август 2011 года составила примерно $3 за 1 кг.[10]

Другие сферы применения[править | править вики-текст]

  • Сульфид кадмия применяется для производства плёночных солнечных батарей с КПД около 10—16 %, а также как очень хороший термоэлектрический материал.
  • Кадмий очень хорошо захватывает тепловые нейтроны и служит для изготовления регулирующих стержней для атомных реакторов и в качестве защиты от нейтронов. Иногда эти свойства используются в экспериментальных моделях противоопухолевой терапии (нейтрон-захватная терапия)
  • Фтороборат кадмия — важный флюс, применяемый для пайки алюминия и других металлов.
  • Теплопроводность кадмия вблизи абсолютного нуля наивысшая среди всех металлов, поэтому кадмий иногда применяется для криогенной техники.

Физиологическое действие[править | править вики-текст]

Skull and crossbones.svg

Соединения кадмия ядовиты. Особенно опасным случаем является вдыхание паров его оксида (CdO)[11]. Вдыхание в течение 1 минуты воздуха с содержанием 2,5 г/м3 окиси кадмия, или 30 секунд при концентрации 5 г/м3 является смертельным.[12] Кадмий является канцерогеном[13].

В качестве первой помощи при остром кадмиевом отравлении рекомендуется свежий воздух, полный покой, предотвращение охлаждения. При раздражении дыхательных путей — тёплое молоко с содой, ингаляции 2%-ным раствором NaHCO3. При упорном кашле — кодеин, дионин, горчичники на грудную клетку, необходима врачебная помощь. Противоядием при отравлении, вызванном приёмом внутрь кадмиевых солей, служит альбумин с карбонатом натрия.[12]

Острая токсичность

Пары кадмия, все его соединения токсичны, что связано, в частности, с его способностью связывать серосодержащие ферменты и аминокислоты.

Симптомы острого отравления кадмием — рвота и судороги.

Хроническая токсичность

Кадмий — кумулятивный яд (способен накапливаться в организме).

Санитарно-экологические нормативы

В питьевой воде ПДК для кадмия 0,001 мг/дм³ (СанПиН 2.1.4.1074-01).

Механизм токсического действия[править | править вики-текст]

Механизм токсического действия кадмия заключается, по-видимому, в связывании карбоксильных, аминных и особенно сульфгидрильных групп белковых молекул, в результате чего угнетается активность ферментных систем[12]. Растворимые соединения кадмия после всасывания в кровь поражают центральную нервную систему, печень и почки, нарушают фосфорно-кальциевый обмен. Хроническое отравление приводит к анемии и разрушению костей.

Кадмий в норме в небольших количествах присутствуют в организме здорового человека. Кадмий легко накапливается в быстроразмножающихся клетках (например в опухолевых или половых). Он связывается с цитоплазматическим и ядерным материалом клеток и повреждает их. Он изменяет активность многих гормонов и ферментов. Это обусловлено его способностью связывать сульфгидрильные (-SH) группы.

Изотопы[править | править вики-текст]

Из восьми природных изотопов кадмия шесть стабильны, для двух изотопов обнаружена слабая радиоактивность. Это 113Cd (изотопная распространённость 12,22 %, бета-распад с периодом полураспада 7,7·1015 лет) и 116Cd (изотопная распространённость 7,49 %, двойной бета-распад с периодом полураспада 3,0·1019 лет).

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2013. — Т. 85. — № 5. — С. 1047-1078. — DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02
  2. 1 2 Химическая энциклопедия: в 5-ти т. / Редкол.: Кнунянц И. Л. (гл. ред.). — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2. — С. 280. — 671 с. — 100 000 экз.
  3. Кадмий в продуктах питания
  4. Кадмий
  5. Про Кадмий
  6. http://www.euro.who.int/__data/assets/pdf_file/0016/123073/AQG2ndEd_6_3Cadmium.PDF
  7. Химия кадмия (рус.). — Описание соединений кадмия, его открытия и т.п.. Проверено 16 мая 2010. Архивировано из первоисточника 22 августа 2011.
  8. Золото - какой цвет в моде
  9. Ювелирное дело » Сплавы драгоценных металлов
  10. Free Cadmium Price Charts
  11. Кадмий (рус.). — Кадмий на сайте «Справочник химика». Проверено 16 мая 2010. Архивировано из первоисточника 22 августа 2011.
  12. 1 2 3 Токсичность кадмия и его соединений :: Охрана труда в металлургии
  13. McDonald‘s отзывает 12 млн стаканов из-за примесей кадмия (рус.). Интерфакс (4 июня 2010). Проверено 4 июня 2010.

Ссылки[править | править вики-текст]