Kadmium(kadmium), Cd, Mendelejevin jaksollisen järjestelmän ryhmän II kemiallinen alkuaine; atomiluku 48, atomimassa 112,40; valkoinen, kiiltävä, raskas, pehmeä, muokattava metalli. Alkuaine koostuu 8 stabiilin isotoopin seoksesta, joiden massaluvut: 106 (1,215 %), 108 (0,875 %), 110 (12,39 %), 111 (12,75 %), 112 (24,07 %), 113 (12 ,26 %) ), 114 (28,86 %), 116 (7,58 %).

Historiallinen viittaus. Vuonna 1817 saksalainen kemisti F. Stromeyer havaitsi yhden apteekin tarkistuksen aikana, että siellä oleva sinkkikarbonaatti sisältää tuntemattoman metallin seoksen, joka saostuu keltaisena sulfidina rikkivedyn avulla happamasta liuoksesta. . Stromeyer kutsui löytämäänsä metallia kadmiumiksi (kreikan sanasta kadmeia - epäpuhdas sinkkioksidi, myös sinkkimalmi). Hänestä riippumatta saksalaiset tiedemiehet K. Hermann, K. Karsten ja W. Meissner löysivät kadmiumin Sleesian sinkkimalmeista vuonna 1818.

Kadmiumin jakautuminen luonnossa. Kadmium on harvinainen ja hivenaine, jonka litosfäärin clarke on 1,3·10 -5 massaprosenttia. Kadmiumille on ominaista kulkeutuminen kuumassa pohjavedessä sinkin ja muiden kalkofiilisten alkuaineiden mukana ja keskittyminen hydrotermisiin kerrostumiin. Mineraalispeleriitti ZnS sisältää paikoin jopa 0,5-1 % Cd:tä, enintään 5 %. Greenockite CdS on vähemmän yleinen. Kadmium on keskittynyt meren sedimenttikiviin - liuskeisiin (Mansfeld, Saksa), hiekkakiviin, joissa se liittyy myös sinkkiin ja muihin kalkofiilisiin alkuaineisiin. Biosfäärissä tunnetaan kolme erittäin harvinaista riippumatonta kadmiumin mineraalia - karbonaatti CdCO 3 (sävy), oksidi CdO (monteponiitti) ja selenidi CdSe.

Kadmiumin fysikaaliset ominaisuudet. Kadmiumin kidehila on kuusikulmainen, a = 2,97311 Å, c = 5,60694 Å (25 °C:ssa); atomisäde 1,56 Å, ionisäde Cd 2+ 1,03 Å. Tiheys 8,65 g / cm3 (20 °C), t pl 320,9 °C, t kip 767 °C, lämpölaajenemiskerroin 29,8 10 -6 (25 °C:ssa); lämmönjohtavuus (0 °C:ssa) 97,55 W/(m K) tai 0,233 cal/(cm s °C); ominaislämpökapasiteetti (25 °C:ssa) 225,02 J/(kg K) tai 0,055 cal/(g °C); sähköinen ominaisvastus (20 °C:ssa) 7,4 10 -8 ohm m (7,4 10 -6 ohm cm); sähkövastuksen lämpötilakerroin 4,3 10 -3 (0-100 °C). Vetolujuus 64 MN / m 2 (6,4 kgf / mm 2), venymä 20%, Brinell-kovuus 160 MN / m 2 (16 kgf / mm 2).

Kadmiumin kemialliset ominaisuudet. 4d 10 5s 2 -atomin ulkoisen elektronisen konfiguraation mukaisesti kadmiumin valenssi yhdisteissä on 2. Kadmium tummuu ilmassa peitettynä ohuella CdO-oksidikalvolla, joka suojaa metallia lisähapettumiselta. Voimakkaasti ilmassa kuumennettaessa kadmium palaa CdO-oksidiksi - kiteiseksi jauheeksi vaaleanruskeasta tummanruskeaan, tiheys 8,15 g/cm 3 ; 700 °C:ssa CdO sublimoituu sulamatta. Kadmium yhdistyy suoraan halogeeneihin; nämä yhdisteet ovat värittömiä; CdCl 2, CdBr 2 ja CdI 2 liukenevat hyvin helposti veteen (noin 1 osa vedetöntä suolaa 1 osassa vettä 20 °C:ssa), CdF 2 on vaikeampi liukeneminen (1 osa 25 osaan vettä). Rikin kanssa kadmium muodostaa sitruunankeltaisesta oranssinpunaiseen CdS-sulfidia, joka ei liukene veteen ja laimeaan happoon. Kadmium liukenee helposti typpihappoon, jolloin vapautuu typen oksideja ja muodostuu nitraattia, josta muodostuu hydraattia Cd (NOa) 2 4H 2 O. Hapoista - kloorivety ja laimea rikki Kadmium vapauttaa hitaasti vetyä, kun liuokset haihtuvat, kloridihydraatit Niistä kiteytyy 2CdCl 2 5H 2 O ja sulfaatti 3CdSO 4 8H 2 O. Kadmiumsuolaliuokset ovat happamia hydrolyysin vuoksi; emäksiset alkalit saostavat niistä valkoista hydroksidia Cd (OH) 2, joka on liukenematon reagenssin ylimäärään; kuitenkin väkevien alkaliliuosten vaikutuksesta Cd(OH)2:lla saatiin hydrooksokadmaatteja, esimerkiksi Na2:ta. Cd 2+ -kationi muodostaa helposti kompleksisia ioneja ammoniakin 2+ ja syaanin 2- ja 4- kanssa. Tunnetaan lukuisia emäksisiä, kaksois- ja kompleksisia kadmiumsuoloja. Kadmiumyhdisteet ovat myrkyllisiä; erityisen vaarallista on sen oksidin höyryjen hengittäminen.

Kadmiumin hankkiminen. Kadmiumia saadaan sinkin, lyijy-sinkin ja kupari-sinkkimalmien käsittelyn sivutuotteista. Nämä tuotteet (sisältävät 0,2-7 % kadmiumia) käsitellään laimealla rikkihapolla, joka liuottaa kadmiumia ja sinkkioksideja. Kadmium saostetaan liuoksesta sinkkipölyllä; sienimäinen jäännös (kadmiumin ja sinkin seos) liuotetaan laimeaan rikkihappoon ja kadmium eristetään tämän liuoksen elektrolyysillä. Elektrolyyttinen kadmium sulatetaan kaustisen soodakerroksen alla ja valetaan tikkuiksi; metallin puhtaus - vähintään 99,98%.

Kadmiumin käyttö. Metallista kadmiumia käytetään ydinreaktoreissa, korroosionesto- ja koristepinnoitteissa sekä akuissa. Kadmium toimii joidenkin laakeriseosten pohjana, on osa matalassa lämpötilassa sulavia seoksia (esim. Wood's metalliseos). Alhaisesti sulavia seoksia käytetään lasin juottamiseen metallin kanssa, automaattisissa sammuttimissa, ohuissa ja monimutkaisissa valuissa kipsimuoteissa ja muissa. Kadmiumsulfidi (kadmiuminkeltainen) - maali maalaukseen. Kadmiumsulfaattia ja amalgaamia käytetään normaalissa Weston-kennossa.

Kadmium kehossa. Kadmiumpitoisuus kasveissa on 10 -4 % (kuiva-ainetta kohti); joissakin eläimissä (sienet, koelenteraatit, madot, piikkinahkaiset ja vaippaeläimet) - 4-10 -5 - 3-10 -3 % kuiva-aineesta. Löytyy kaikista selkärankaisista. Maksassa on eniten kadmiumia. Kadmium vaikuttaa hiilihydraattiaineenvaihduntaan, hippurihapon synteesiin maksassa ja tiettyjen entsyymien toimintaan.

MÄÄRITELMÄ

Kadmium on jaksollisen järjestelmän neljäskymmentäkahdeksas elementti. Nimitys - Cd latinan sanasta "kadmium". Sijaitsee viidennessä jaksossa, IIB-ryhmä. Viittaa metalleihin. Perusmaksu on 48.

Kadmium on ominaisuuksiltaan samanlainen kuin sinkki, ja sitä löytyy yleensä epäpuhtaudesta sinkkimalmeissa. Luonnossa esiintyvyyden suhteen se on huomattavasti heikompi kuin sinkki: kadmiumin pitoisuus maankuoressa on vain noin 10-5 % (paino).

Kadmium on hopeanvalkoinen (kuva 1), pehmeä, muokattava, muokattava metalli. Jännitesarjassa se on kauempana kuin sinkki, mutta edellä vetyä ja syrjäyttää viimeiset hapot. Koska Cd (OH) 2 on heikko elektrolyytti, kadmiumsuolat hydrolysoituvat ja niiden liuokset ovat happamia.

Riisi. 1. Kadmium. Ulkomuoto.

Kadmiumin atomi- ja molekyylipaino

Aineen suhteellinen molekyylipaino(M r) on luku, joka osoittaa, kuinka monta kertaa tietyn molekyylin massa on suurempi kuin 1/12 hiiliatomin massasta, ja alkuaineen suhteellinen atomimassa(A r) - kuinka monta kertaa kemiallisen alkuaineen atomien keskimääräinen massa on suurempi kuin 1/12 hiiliatomin massasta.

Koska kadmium esiintyy vapaassa tilassa monoatomisten Cd-molekyylien muodossa, sen atomi- ja molekyylimassojen arvot ovat samat. Ne ovat yhtä kuin 112.411.

Kadmiumin isotoopit

Tiedetään, että kadmiumia voi esiintyä luonnossa kahdeksan stabiilin isotoopin muodossa, joista kaksi on radioaktiivisia (113 Cd, 116 Cd): 106 Cd, 108 Cd, 110 Cd, 111 Cd, 112 Cd ja 114 Cd. Niiden massaluvut ovat 106, 108, 110, 111, 112, 113, 114 ja 116. Kadmiumin isotoopin 106 Cd atomin ydin sisältää neljäkymmentäkahdeksan protonia ja viisikymmentäkahdeksan neutronia, ja loput isotoopit eroavat siitä vain neutronien lukumäärässä.

Kadmium-ionit

Kadmiumatomin ulkoisella energiatasolla on kaksi valenssia olevaa elektronia:

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

Kemiallisen vuorovaikutuksen seurauksena kadmium luovuttaa valenssielektroninsa, ts. on niiden luovuttaja ja muuttuu positiivisesti varautuneeksi ioniksi:

Cd 0 -2e → Cd 2+.

Kadmiumin molekyyli ja atomi

Vapaassa tilassa kadmium esiintyy monoatomisten Cd-molekyylien muodossa. Tässä on joitain ominaisuuksia, jotka luonnehtivat kadmiumin atomia ja molekyyliä:

Kadmiumin seokset

Kadmiumia sisältyy komponenttina joihinkin seoksiin. Esimerkiksi kupariseoksia, jotka sisältävät noin 1 % kadmiumia (kadmiumpronssia), käytetään lennätin-, puhelin- ja johdinautojen johtojen valmistukseen, koska näillä seoksilla on suurempi lujuus ja kulutuskestävyys kuin kuparilla. Useat kevytmetalliseokset, kuten automaattisissa sammuttimissa käytetyt, sisältävät kadmiumia.

Esimerkkejä ongelmanratkaisusta

ESIMERKKI 1

ESIMERKKI 2

Harjoittele	Mikä kompleksi vallitsee liuoksessa, joka sisältää 1 × 10 -2 M kadmiumia (II) ja 1 M ammoniakkia?
Päätös	Kadmiumioneja ja ammoniakkia sisältävässä liuoksessa muodostuu seuraavat tasapainot: Cd2+ + NH3↔Cd (NH3)2+; Cd (NH 3) 2+ + NH 3 ↔ Cd (NH 3) 2 2+; Cd (NH 3) 3 2+ + NH 3 ↔ Cd (NH 3) 4 2+. Hakutaulukoista b 1 = 3,24 × 10 2, b 2 = 2,95 × 10 4, b 3 = 5,89 × 10 5, b 4 = 3,63 × 10 6 . Ottaen huomioon, että c(NH 3) >> c(Cd), oletetaan, että \u003d c (NH 3) \u003d 1M. Laskemme 0:n:

Kadmium - harvinainen myrkyllinen ja tuntematon
laaja valikoima hopeaa vaarallisia metalleja
Myrkylliset ja myrkylliset kivet ja mineraalit

Kadmium(Latinalainen kadmium, merkitty symbolilla Cd) on alkuaine, jonka atominumero on 48 ja atomimassa 112.411. Se on osa toisen ryhmän toissijaista alaryhmää, D.I.:n kemiallisten alkuaineiden jaksollisen järjestelmän viides jakso. Mendelejev. Normaalioloissa yksinkertainen aine kadmium on raskas (tiheys 8,65 g / cm3 - kevyempi kuin uraani) pehmeä muokattava sitkeä siirtymämetalli hopea valkoinen värit (ei syö lihaa, kuten "Kerbersky-kivi" Zhytomyrin alueella Ukrainassa - ei uraanioksidipikisekoitusta, ruskea vaarallinen kivi). Kuvassa - kadmiumsulfidi, greenockite(maankuoret keltainen värit).

Luonnonkadmium koostuu kahdeksasta isotoopista, joista kuusi on stabiileja: 106Cd (isotooppien määrä 1,22 %), 108 Cd (0,88 %), 110 Cd (12,39 %), 111 Cd (12,75 %), 112 Cd (24, 07 %), (28 %). %). Radioaktiivisuus havaittiin kahdelle muulle luonnolliselle isotoopille: 113Cd (isotooppien määrä 12,22 %, β-hajoaminen puoliintumisajalla 7,7∙1015 vuotta) ja 116Cd (isotooppien määrä 7,49 %, kaksinkertainen β-hajoaminen puoliintumisajalla ∙ 3). 1019 vuotta).

Jaksollisen järjestelmän kadmiumia kuvasi osittain saksalainen professori Friedrich Stromeyer vuonna 1817 (erotettu sinkistä). Magdeburgin farmaseutit epäilivät sinkkioksidia ZnO sisältäviä valmisteita tutkiessaan arseenin (sulfidin hapettumiskatalyytti) esiintymistä niissä. Koska sinkkioksidia sisältyy moniin eri ihosairauksiin käytettäviin voiteisiin, jauheisiin ja emulsioihin, tarkastajat kielsivät kategorisesti epäilyttävien lääkkeiden myynnin.

Luonnollisesti lääkkeiden valmistaja, puolustaen henkilökohtaisia ​​etujaan, vaati tutkimusta. Stromeyer toimi asiantuntijana. Hän eristi ZnO:sta ruskeanruskean oksidin, pelkisti sen vedyllä ja sai hopeanvalkoisen metallin, jota hän kutsui "kadmiumiksi" (kreikan sanasta kadmeia - sinkkioksidi, myös sinkkimalmi). Professori Stromeyerista riippumatta tiedemiesryhmä K. Hermann, K. Carsten ja W. Meisner löysi kadmiumin Sleesian sinkkimalmeista (satelliitista) vuonna 1818.

Kadmium absorboi hitaita neutroneja, tästä syystä kadmiumsauvoja käytetään ydinreaktoreissa ohjaamaan ketjureaktion nopeutta (ChNPP). Kadmiumia käytetään alkaliparistoissa ja se sisältyy joihinkin seoksiin. Joten esimerkiksi kupariseoksia, jotka sisältävät noin 1% Cd:tä (kadmiumpronssia), käytetään lennätin-, puhelin-, raitiovaunu- ja raitiovaunujohtojen, metrokaapeleiden valmistukseen, koska näillä seoksilla on suurempi lujuus ja kulutuskestävyys kuin kuparilla.

Greenokkiitti (keltainen dope) kalsiitilla. Yunnan, Kiina. 7x5 cm Kuva: A.A. Evseev.

Useat sulavat seokset, kuten sammuttimissa käytetyt, sisältävät kadmiumia. Lisäksi kadmium on osa huonolaatuisia koruseoksia (juotto amalgaamikomponentin haihtumisen jälkeen lämpötilan takia räjähtäneistä amalgaamilejeeringeistä, jotka ovat kiellettyjä avoimessa myynnissä - kullan, hopean ja platinan amalgaamit myrkyllisen elohopean kanssa).

Tätä metallia käytetään terästuotteiden kadmiumpinnoitukseen, koska sen pinnalla on oksidikalvo, jolla on suojaava vaikutus. Tosiasia on, että merivedessä ja monissa muissa väliaineissa kadmiumpinnoitus on tehokkaampaa kuin galvanointi. Kadmiumilla on pitkä käyttöhistoria homeopaattisissa (perushoito yrteillä ja mikroannoksilla - ns. "Biologisesti aktiiviset lisäravinteet" - ravintolisät ja rehu) lääketieteessä. Kadmiumyhdisteitä on myös käytetty laajasti - kadmiumsulfidista valmistetaan keltaista maalia ja värillisiä laseja, ja kadmiumfluoriboraatti on sulate, jota käytetään alumiinin ja muiden metallien juottamiseen.

Kadmiumia löytyy selkärankaisten kehosta (luista, nivelsiteistä, jänteistä ja lihaksista), sen on osoitettu vaikuttavan hiilen aineenvaihduntaan, useiden entsyymien toimintaan ja hippurihapon synteesiin maksassa. Kadmiumyhdisteet ovat kuitenkin myrkyllisiä, ja metalli itsessään on syöpää aiheuttava aine. Erityisen vaarallista on kadmiumoksidin CdO-höyryjen hengittäminen, kuolemaan johtaneet tapaukset eivät ole harvinaisia. Kadmiumin tunkeutuminen maha-suolikanavaan on myös haitallista, mutta kuolemaan johtaneita myrkytystapauksia ei ole kirjattu, todennäköisesti tämä johtuu siitä, että keho yrittää päästä eroon myrkystä (oksentelu).

Biologiset ominaisuudet

Osoittautuu, että kadmiumia on melkein kaikissa elävissä organismeissa - maan kadmiumipitoisuus on noin 0,5 mg 1 painokiloa kohti, meren eliöissä (sienet, coelenteraatit, piikkinahkaiset, Tyynenmeren madot) - 0,15 - 3 mg/kg, kadmiumin pitoisuus kasveissa on noin 10-4 % (kuiva-aineesta). Huolimatta kadmiumin esiintymisestä useimmissa elävissä organismeissa, sen erityistä fysiologista merkitystä ei ole täysin osoitettu (kasvuhormoni). Tutkijat onnistuivat selvittämään, että tämä alkuaine vaikuttaa hiilihydraattien aineenvaihduntaan, hippurihapon synteesiin maksassa, useiden entsyymien toimintaan sekä sinkin, kuparin, raudan ja kalsiumin aineenvaihduntaan kehossa (suosikkikivi kehonrakentajat, jotka lisäävät lihasmassaa ja vahvistavat luita urheilussa - mikroannoksina).

Greenockite (keltainen). Kihara tulivuori, noin. Iturup, Kuriilisaaret, Venäjä. Valokuva: A.A. Evseev.
Voidaan antaa talkille, rikille ja muille viheroktiittimaisille mineraaleille

On olemassa tutkimuksella tuettu ehdotus, että mikroskooppiset kadmiumimäärät ruoassa voivat stimuloida kehon kasvua nisäkkäillä. Tästä syystä tutkijat ovat pitkään luokitelleet kadmiumin ehdollisesti välttämättömäksi hivenaineeksi, eli elintärkeäksi, mutta myrkyllistä tietyissä annoksissa. Terveen ihmisen keho sisältää pienen määrän kadmiumia. Laulettu antiikin kreikkalaisessa ja roomalaisessa eeppisessä - Cadmeus(paikka myrkkykauppa Kaakkois-Euroopassa ("Tsaregradin porttien kilpi", Istanbul), Kreikassa (portikot ja amfiteatterit) ja Välimerellä lähellä Turkkia - huume). Käytössä slangi kaivostyöläiset ja kivikaivostyöläiset kadmium nimeltään " käärmeen myrkkyä" (ammattikieltä).

Kadmium on yksi eniten myrkyllisiä raskasmetalleja- Venäjällä (metrologia) se on luokiteltu 2. vaaraluokkaan - erittäin vaaralliset aineet - joihin kuuluvat antimoni, strontium, fenoli ja muut myrkylliset aineet (vastaa ADR vaaralliset aineet N 6 - myrkkyä kallo ja luut rombissa). 29. huhtikuuta 1999 päivätyssä Venäjän federaation ympäristöturvallisuutta ja myrkytyskuljetustekniikoita koskevassa tiedotteessa "Kemiallisen turvallisuuden ongelmat" kadmium esiintyy "vaarallisimpana ekomyrkyllisenä aineena vuosituhannen vaihteessa"!

Kuten muutkin raskasmetallit, kadmium on kumulatiivista myrkkyä, eli se voi kertyä elimistöön - sen puoliintumisaika on 10-35 vuotta. Viidenkymmenen vuoden iässä ihmiskeho pystyy kerääntymään 30-50 mg kadmiumia. Tärkeimmät kadmiumin "varastot" ihmiskehossa ovat munuaiset, jotka sisältävät 30-60% tämän metallin kokonaismäärästä kehossa, ja maksa (20-25%). Seuraavat pystyvät keräämään kadmiumia pienemmässä määrin: haima, perna, putkiluut ja muut elimet ja kudokset. Pieniä määriä kadmiumia on jopa veressä. Toisin kuin lyijy tai elohopea, kadmium ei kuitenkaan pääse aivoihin.

Suurin osa kehon kadmiumista on sitoutuneessa tilassa - yhdessä metallotioneiiniproteiinin kanssa - tämä on eräänlainen suojamekanismi, elimistön reaktio raskasmetallin läsnäoloon. Tässä muodossa kadmium on vähemmän myrkyllistä, mutta sidottunakaan se ei muutu vaarattomaksi - vuosien mittaan kerääntyessään tämä metalli voi johtaa munuaisten toimintahäiriöihin ja lisääntyneeseen munuaiskivien todennäköisyyteen. Paljon vaarallisempi on kadmium, joka on ionisessa muodossa, koska se on kemiallisesti hyvin lähellä sinkkiä ja pystyy korvaamaan sen biokemiallisissa reaktioissa toimien pseudoaktivaattorina tai päinvastoin sinkkiä sisältävien proteiinien ja entsyymien estäjänä.

Kadmium sitoutuu elävän organismin solujen sytoplasmiseen ja ydinmateriaaliin ja vahingoittaa niitä, muuttaa monien hormonien ja entsyymien toimintaa, mikä selittyy sen kyvyllä sitoa sulfhydryyliryhmiä (-SH). Lisäksi kadmium pystyy korvaamaan kalsiumin luukudoksessa, koska kalsiumin ja kadmiumin ionisäteet ovat lähellä. Sama tilanne on raudan kanssa, jonka kadmium pystyy myös korvaamaan. Tästä syystä kalsiumin, sinkin ja raudan puute kehossa voi lisätä kadmiumin imeytymistä ruoansulatuskanavasta jopa 15-20%. Aikuisen vaarattoman päivittäisen kadmiumin annoksen uskotaan olevan 1 μg kadmiumia 1 painokiloa kohti, suuret kadmiumimäärät ovat erittäin haitallisia terveydelle.

Mitkä ovat kadmiumin ja sen yhdisteiden pääsyn mekanismit kehoon? Myrkytys tapahtuu, kun juomavettä (juomaveden enimmäispitoisuusraja on 0,01 mg/l) kadmiumpitoisella jätteellä saastuttama, sekä syödessä vihanneksia ja viljaa, joka kasvaa öljynjalostamoiden ja metallurgisten yritysten läheisyydessä sijaitsevilla mailla. Tällaisten alueiden sienten käyttö on erityisen vaarallista, koska joidenkin tietojen mukaan ne pystyvät kerääntymään yli 100 mg kadmiumia kiloa kohti omaa painoaan. Tupakointi on toinen kadmiumin lähde elimistöön, sekä tupakoitsija itse että hänen ympärillään olevat ihmiset, koska metallia löytyy tupakansavusta.

Kroonisen kadmiummyrkytyksen tyypillisiä merkkejä ovat, kuten aiemmin mainittiin, munuaisvauriot, lihaskipu, luukudoksen tuhoutuminen ja anemia. Akuutti kadmiumin ruokamyrkytys tapahtuu, kun suuria kerta-annoksia otetaan ruoan (15-30 mg) tai veden (13-15 mg) kanssa. Samaan aikaan havaitaan akuutin gastroenteriitin merkkejä - oksentelua, kipua ja kouristuksia ylävatsan alueella, mutta tapaukset kuolemaan johtavista myrkytyksistä ruuan mukana elimistöön joutuneilla kadmiumyhdisteillä ovat tieteen tuntemattomia, mutta WHO:n arvioiden mukaan tappava kerta-annos voi olla 350-3500 mg.

Paljon vaarallisempaa on kadmiummyrkytys hengittämällä sen höyryjä (CdO) tai kadmiumia sisältävää pölyä (yleensä tämä tapahtuu kadmiumin käyttöön liittyvillä teollisuudenaloilla) - samanlainen kuin nestemäinen elohopea ja punainen sinopeli (myrkyllisyyden vuoksi). Tällaisen myrkytyksen oireita ovat keuhkopöhö, päänsärky, pahoinvointi tai oksentelu, vilunväristykset, heikkous ja ripuli (ripuli). Tällaisen myrkytyksen seurauksena kuolemia on kirjattu.

Kadmiummyrkytyksen vastalääke on seleeni, joka auttaa vähentämään kadmiumin imeytymistä (ne toimivat nykyaikaisten datakeskusten kopiokoneissa ja tulostimissa sekä toimistolaitteiden täyttöpatruunoissa). Seleenin tasapainoista saantia tarvitaan kuitenkin edelleen, mikä johtuu siitä, että sen ylimäärä kehossa johtaa rikkipitoisuuden laskuun (muodostaa rikkisulfidia - sitoo sitä), ja tämä johtaa varmasti siihen, että kadmium imeytyy taas elimistöön.

Mielenkiintoisia seikkoja

On todettu, että yksi savuke sisältää 1-2 mikrogrammaa kadmiumia. Osoittautuu, että tupakka-askin päivässä (20 kpl.) polttava henkilö saa noin 20 mikrogrammaa kadmiumia! Vaara piilee siinä, että kadmiumin imeytyminen keuhkoihin maksimi- 10 - 20 %, joten tupakoijan elimistöön imeytyy 2 - 4 mikrogrammaa kadmiumia jokaisella tupakka-askilla! Tupakansavun sisältämän nikotiinin syöpää aiheuttava vaikutus liittyy pääsääntöisesti kadmiumin läsnäoloon, eivätkä edes hiilisuodattimet - keuhkosyöpä - pidä sitä.

Esimerkki kroonisesta kadmiummyrkytyksestä, jossa oli useita kuolemaan johtavia seurauksia, kuvattiin 1950-luvun lopulla. Japanin alueella on esiintynyt tautia, jota paikalliset kutsuivat "itai-itaiksi" ("italialainen tauti"), joka voidaan kääntää myös paikalliseen murteeseen "oi, kuinka se sattuu!" (myrkytys). Taudin oireita olivat voimakas lannekipu, joka, kuten myöhemmin kävi ilmi, johtui peruuttamattomasta munuaisvauriosta; voimakasta lihaskipua. Taudin laaja leviäminen ja sen vakava eteneminen johtuivat Japanin silloisesta korkeasta ympäristön saastumisesta ja japanilaisten erityisruokavaliosta (riisi ja äyriäiset keräävät suuria määriä kadmiumia). Todettiin, että tähän sairauteen sairastuneiden kuluttivat noin 600 mikrogrammaa kadmiumia päivittäin!

Huolimatta siitä, että kadmium on tunnustettu yhdeksi myrkyllisimmistä aineista, se on löytänyt käyttöä myös lääketieteessä! Siten sydämen vajaatoiminnasta kärsivän potilaan rintakehään asetettu nikkelikadmiumparisto antaa energiaa sydämen mekaaniselle stimulaattorille. Tällaisen akun mukavuus on, että potilaan ei tarvitse makaamaan leikkauspöydällä ladatakseen tai vaihtaakseen sitä. Akun keskeytyksetöntä kestoa varten riittää, että käytät erityistä magnetoitua takkia kerran viikossa vain puolentoista tunnin ajan.

Kadmiumia käytetään homeopatiassa, kokeellisessa lääketieteessä, ja viime aikoina sitä on käytetty uusien syöpälääkkeiden luomiseen.

Puun metalliseos, joka sisältää 50 % vismuttia, 12,5 % tinaa, 25 % lyijyä, 12,5 % kadmiumia, voidaan sulattaa kiehuvassa vedessä. Seoksen keksi vuonna 1860 insinööri B. Puu Tähän liittyy useita mielenkiintoisia faktoja matalassa sulava metalliseos: Ensinnäkin Woodin lejeeringin komponenttien ensimmäiset kirjaimet muodostavat lyhenteen "WAX", ja toiseksi keksintö liittyy myös B. Woodin kaimaan - amerikkalaisen fyysikon Robert Williams Woodin, joka syntyi kahdeksan vuotta myöhemmin ( ikätoverit taistelivat VAK:ssa).

Ei niin kauan sitten jaksollisen järjestelmän kadmium tuli poliisin ja oikeuslääketieteen asiantuntijoiden "aseisiin": tutkittavalle pinnalle kertyneen ohuimman kadmiumkerroksen avulla on mahdollista tunnistaa ihmisen sormenjäljet.

Tutkijat ovat todenneet tällaisen mielenkiintoisen tosiasian: kadmiumtinalla maaseutualueiden ilmakehässä on paljon suurempi korroosionkestävyys kuin teollisuusalueiden ilmakehässä. Tällainen pinnoite epäonnistuu erityisen nopeasti, jos rikki- tai rikkihappoanhydridien pitoisuutta ilmassa lisätään.

Vuonna 1968 yksi Yhdysvaltojen terveysviranomaisista (Dr. Carroll) havaitsi suoran yhteyden sydän- ja verisuonisairauksiin kuolleisuuden ja ilmakehän kadmiumpitoisuuden välillä. Hän teki tällaisia ​​johtopäätöksiä analysoimalla 28 kaupungin tietoja. Niistä neljässä - New Yorkissa, Chicagossa, Philadelphiassa ja Indianapolisissa - kadmiumpitoisuus ilmassa oli korkeampi kuin muissa kaupungeissa; myös sydänsairauksiin kuolleiden osuus oli suurempi.

"Tavallisten" toimenpiteiden lisäksi kadmiumpäästöjen rajoittamiseksi ilmakehään, veteen ja maaperään (suodattimet ja puhdistusaineet yrityksissä, asuntojen ja peltojen poistaminen tällaisista yrityksistä) tutkijat kehittävät myös uusia - lupaavia. Joten Mississippi-joen lahden tutkijat istuttivat vesihyasintteja uskoen, että heidän avullaan olisi mahdollista puhdistaa vesi elementeistä, kuten kadmiumista ja elohopeasta.

Tarina

Historia tuntee monia "löytöjä", jotka tehtiin kuvitteellisten tarkastusten, arvostelujen ja tarkistusten aikana. Tällaiset löydöt ovat kuitenkin luonteeltaan enemmän rikollisia kuin tieteellisiä. Ja kuitenkin oli sellainen tapaus, jolloin alkanut tarkistus johti lopulta uuden kemiallisen alkuaineen löytämiseen. Se tapahtui Saksassa 1800-luvun alussa. Piirilääkäri R. Rolov tarkasti piirinsä apteekit, tarkastuksen aikana - useista Magdeburgin lähellä sijaitsevista apteekeista - hän löysi sinkkioksidia, jonka esiintyminen herätti epäilyksiä ja viittasi sen sisältävän arseenia (farmakolyyttiä). Oletusten vahvistamiseksi Rolov liuotti takavarikoidun lääkkeen happoon ja kuljetti sen rikkivetyliuoksen läpi, mikä johti keltaisen sakan saostumiseen, joka oli samanlainen kuin arseenisulfidi. Kaikki epäilyttävät lääkkeet - voiteet, jauheet, emulsiot, jauheet - vedettiin välittömästi pois myynnistä.

Tällainen liike raivostutti Schenebekin tehtaan omistajan, joka tuotti kaikki Rolovin hylkäämät lääkkeet. Tämä liikemies - Herman, joka on ammatiltaan kemisti, suoritti omat tavaroiden tarkastuksensa. Kokeiltuaan kaikkia tuolloin tunnettuja koearsenaalia arseenin havaitsemiseksi hän oli vakuuttunut siitä, että hänen tuotteet olivat tässä suhteessa puhtaita, ja tarkastajaa hämmentävä rauta antoi sinkkioksidin keltaisen värin.

Raportoituaan kokeiden tuloksista Roloville ja Hannoverin viranomaisille, Herman vaati riippumatonta tutkimusta ja tuotteensa täydellistä "kuntouttamista". Tämän seurauksena päätettiin selvittää professori Stromeyerin mielipide, joka johti Göttingenin yliopiston kemian laitosta ja toimi samalla kaikkien Hannoverin apteekkien ylitarkastajana. Luonnollisesti Stromeyer lähetettiin tarkastettavaksi sinkkioksidin lisäksi myös muut Shenebekin tehtaan sinkkivalmisteet, mukaan lukien sinkkikarbonaatti, josta tämä oksidi saatiin.

Kalsinoimalla sinkkikarbonaattia ZnCO3 Friedrich Stromeyer sai oksidin, mutta ei valkoista, kuten sen olisi pitänyt olla, vaan kellertävää. Lisätutkimuksen tuloksena kävi ilmi, että lääkkeet eivät sisällä arseenia, kuten Rolov ehdotti, tai rautaa, kuten saksalaiset luulivat. Syynä epätavalliseen väriin oli täysin erilainen metalli - aiemmin tuntematon ja ominaisuuksiltaan hyvin samanlainen kuin sinkki. Ainoa ero oli, että sen hydroksidi, toisin kuin Zn (OH) 2, ei ollut amfoteerinen, vaan sillä oli selvät emäksiset ominaisuudet.

Stromeyer antoi uuden metallin nimeksi kadmium, mikä vihjasi uuden alkuaineen vahvaan samankaltaisuuteen sinkin kanssa – kreikan sana καδμεια (kadmeia) on pitkään merkinnyt sinkkimalmeja (esim. smithsonite ZnCO3) ja sinkkioksidia. Tämä sana puolestaan ​​tulee foinikialaisen Kadmuksen nimestä, joka legendan mukaan löysi ensimmäisenä sinkkikiven ja havaitsi sen kyvyn antaa kuparille (malmista sulatettuna) kultaisen värin. Muinaisten kreikkalaisten myyttien mukaan oli toinen Cadmus - sankari, joka voitti lohikäärmeen ja rakensi Cadmeuksen linnoituksen hänen kukistaman vihollisen maille, jonka ympärille myöhemmin kasvoi Theban suuri seitsemän portin kaupunki. Seemiläisillä kielillä "kadmos" tarkoittaa "itäistä" tai "käärmettä" (Fergana, Kirgisia, Keski-Aasia - on paikkoja, joissa käärmeet kerääntyvät), mikä ehkä rakentaa mineraalin nimen sen louhinta- tai vientipaikoista. mistä tahansa itäisesta maasta tai maakunnasta.

Vuonna 1818 Friedrich Stromeyer julkaisi yksityiskohtaisen kuvauksen metallista, jonka ominaisuuksia hän oli jo tutkinut hyvin. Vapaassa muodossaan uusi elementti oli valkoinen metalli, pehmeä ja ei kovin vahva, päällä ruskehtava oksidikalvo. Melko pian, kuten usein tapahtuu, Strohmeyerin etusija kadmiumin löytämisessä alettiin kyseenalaistaa, mutta kaikki väitteet hylättiin. Hieman myöhemmin toinen kemisti Kersten löysi uuden alkuaineen Sleesian sinkkimalmista ja antoi sille nimen mellin (latinasta mellinus, "keltainen kuin kvitteni"). Syy tähän nimeen oli rikkivedyn vaikutuksesta muodostuneen sakan väri.

Kerstenin harmiksi Mellin osoittautui Stromeyerin kadmiumiksi. Jo myöhemmin neljäkymmentäkahdeksalle alkuaineelle ehdotettiin muita nimiä: vuonna 1821 John ehdotti uuden alkuaineen kutsumista "klaprotiumiksi" - kuuluisan kemistin Martin Klaprothin kunniaksi - uraanin, zirkoniumin ja titaanin löytäjäksi ja Gilbertiksi "junoniumiksi". - vuonna 1804 Junon löydetyn asteroidin jälkeen. Mutta riippumatta siitä, kuinka suuret Klaprothin ansiot tieteelle olivat, hänen nimensä ei ollut tarkoitus saada jalansijaa kemiallisten alkuaineiden luettelossa: kadmium pysyi kadmiumina. Totta, 1800-luvun ensimmäisen puoliskon venäläisessä kemiallisessa kirjallisuudessa kadmiumia kutsuttiin usein kadmiumiksi.

Luonnossa oleminen

Kadmium on tyypillisesti harvinainen ja melko hajallaan oleva alkuaine, tämän metallin keskimääräinen pitoisuus maankuoressa (clarke) on noin 1,3 * 10–5 painoprosenttia tai 1,6 * 10–5 painoprosenttia, käy ilmi, että kadmiumia on maankuoressa. litosfääri on noin 130 mg/t. Planeettamme suolistossa on niin vähän kadmiumia, että jopa harvinaisena pidettyä germaniumia on 25 kertaa enemmän! Suunnilleen samat suhteet kadmiumille ja muille harvinaisille metalleille: beryllium, cesium, skandium ja indium. Kadmium on runsaudeltaan lähellä antimonia (2 * 10–5 %) ja kaksi kertaa yleisempää kuin elohopea (8 * 10–6 %).

Kadmiumille on ominaista kulkeutuminen kuumassa pohjavedessä sinkin (kadmiumia esiintyy isomorfisena epäpuhtautena monissa mineraaleissa ja aina sinkkimineraaleissa) ja muiden kalkofiilisten alkuaineiden, eli kemiallisten alkuaineiden, jotka ovat alttiita luonnollisten sulfidien, selenidien, telluridien, sulfosuoloja ja joskus esiintyy alkuperäisessä tilassa. Lisäksi kadmium on keskittynyt hydrotermisiin kerrostumiin. Vulkaaniset kivet ovat melko runsaasti kadmiumia, ja ne sisältävät jopa 0,2 mg kadmiumia kilogrammaa kohti; sedimenttikivistä savi on rikkain neljänkymmenenkahdeksannessa elementissä - jopa 0,3 mg / kg (vertailun vuoksi: kalkkikivet sisältävät kadmiumia 0,035 mg / kg, hiekkakivet - 0,03 mg / kg). Keskimääräinen kadmiumin pitoisuus maaperässä on 0,06 mg/kg.

Tämä harvinainen metalli on myös vedessä - liuenneessa muodossa (sulfaatti, kloridi, kadmiumnitraatti) ja suspensiona osana orgaanisia mineraalikomplekseja. Luonnollisissa olosuhteissa kadmium pääsee pohjaveteen ei-rautametallimalmien huuhtoutumisen seurauksena sekä vesikasvien ja sitä kerääntyvien organismien hajoamisen seurauksena. 1900-luvun alusta lähtien luonnollisten vesien ihmisen aiheuttamasta saastumisesta kadmiumilla on tullut hallitseva tekijä kadmiumin pääsyssä veteen ja maaperään. Veden kadmiumin pitoisuuteen vaikuttavat merkittävästi väliaineen pH (emäksisessä väliaineessa kadmium saostuu hydroksidin muodossa) sekä sorptioprosessit. Samasta ihmisperäisestä syystä kadmiumia on myös ilmassa.

Maaseudulla kadmiumin pitoisuus ilmassa on 0,1-5,0 ng / m3 (1 ng tai 1 nanogramma = 10-9 grammaa), kaupungeissa - 2-15 ng / m3, teollisuusalueilla - 15-150 ng /m3. Kadmiumia vapautuu pääasiassa ilmakehän ilmaan, koska monet lämpövoimalaitoksilla poltetut hiilet sisältävät tätä alkuainetta. Saostuessaan ilmasta kadmium pääsee veteen ja maaperään. Kadmiumpitoisuuden kasvua maaperässä helpottaa kivennäislannoitteiden käyttö, koska lähes kaikki ne sisältävät vähäisiä tämän metallin epäpuhtauksia. Vedestä ja maaperästä kadmiumia pääsee kasveihin ja eläviin organismeihin, ja edelleen ravintoketjua pitkin sitä voidaan "toimittaa" ihmisille.

Kadmiumilla on omat mineraalinsa: howliit, otaviitti CdCO3, montemponiitti CdO (sisältää 87,5 % Cd), greenokkiitti CdS (77,8 % Cd), ksantokroiitti CdS(H2O)x (77,2 % Cd) kadmoseliitti CdSe (47 % Cd ). Ne eivät kuitenkaan muodosta omia kerrostumiaan, vaan niitä esiintyy epäpuhtauksina sinkissä, kuparissa, lyijyssä ja polymetallimalmeissa (yli 50), jotka ovat kadmiumin teollisen tuotannon päälähde. Lisäksi päärooli on sinkkimalmeilla, joissa kadmiumin pitoisuus vaihtelee välillä 0,01 - 5 % (sfaleriitti ZnS). Useimmissa tapauksissa kadmiumin pitoisuus sfaleriitissa ei ylitä 0,4 - 0,6%. Kadmiumia kertyy galeenissa (0,005 - 0,02 %), stanniitissa (0,003 - 0,2 %), pyriittissä (jopa 0,02 %), kalkopyriittissä (0,006 - 0,12 %), kadmium uutetaan näistä sulfideista.

Kadmium pystyy kerääntymään kasveihin (enimmäkseen sieniin) ja eläviin organismeihin (erityisesti veteen), tästä syystä kadmiumia löytyy meren sedimenttikivistä - liuskeista (Mansfeld, Saksa).

Sovellus

Kadmiumin pääasiallinen kuluttaja on kemiallisten virtalähteiden tuotanto: nikkeli-kadmium- ja hopea-kadmium-akut, lyijy-kadmium- ja elohopea-kadmium-kennot vara-akuissa, normaalit Weston-kennot. Teollisuudessa käytetyt kadmiumnikkeli-akut (AKN) ovat yksi suosituimmista kemiallisista virtalähteistä.

Tällaisten akkujen negatiiviset levyt on valmistettu rautaristikoista, joissa on aktiivisena aineena kadmiumsieni, ja positiiviset levyt on päällystetty nikkelioksidilla. Elektrolyytti on kaustisen potaskan (kaliumhydroksidin) liuos. Nikkeli-kadmium-alkaliparistot ovat luotettavampia kuin lyijyakut. Kadmiumia käyttäville kemiallisille virtalähteille on tunnusomaista pitkä käyttöikä, vakaa toiminta ja korkeat sähköiset ominaisuudet. Lisäksi näiden akkujen lataaminen kestää alle tunnin! AKN:ää ei kuitenkaan voida ladata ilman täydellistä alustavaa purkausta, ja tässä ne ovat tietysti huonompia kuin metallihydridiakut.

Toinen kadmiumin laaja käyttöalue on suojaavien korroosionestopinnoitteiden kerrostaminen metalleille (kadmiumpinnoitus). Kadmiumpinnoite suojaa rauta- ja terästuotteita luotettavasti ilmakehän korroosiolta. Aiemmin kadmiumpinnoitus suoritettiin upottamalla metalli sulaan kadmiumiin, nykyaikainen prosessi suoritetaan yksinomaan elektrolyysillä. Kadmiumpinnoitusta käytetään lentokoneiden ja laivojen kriittisimmissä osissa sekä osissa ja mekanismeissa, jotka on suunniteltu toimimaan trooppisessa ilmastossa.

Tiedetään, että jotkin sinkin ja kadmiumin ominaisuudet ovat samankaltaisia, mutta kadmiumpinnoitteella on tiettyjä etuja galvanoituun pinnoitteeseen verrattuna: ensinnäkin se kestää paremmin korroosiota ja toiseksi se on helpompi tehdä tasaiseksi ja sileäksi. Lisäksi, toisin kuin sinkki, kadmium on vakaa emäksisessä ympäristössä. Kadmiumtinaa käytetään melko laajalti, mutta on alue, jolla kadmiumpinnoitteen käyttö on ehdottomasti kielletty - tämä on elintarviketeollisuus. Tämä johtuu kadmiumin korkeasta myrkyllisyydestä.

Tiettyyn pisteeseen asti kadmiumpinnoitteiden leviämistä rajoitettiin myös toisesta syystä - kun kadmiumia levitetään elektrolyyttisesti teräsosaan, elektrolyytin sisältämä vety voi tunkeutua metalliin ja tämä alkuaine aiheuttaa tunnetusti vetyhaurautta lujat teräkset, mikä johtaa metallin odottamattomaan tuhoutumiseen kuormituksen alaisena. Ongelman ratkaisivat Neuvostoliiton tiedeakatemian fysikaalisen kemian instituutin neuvostotutkijat. Kävi ilmi, että mitätön titaanin lisäys (yksi titaaniatomi tuhatta kadmiumatomia kohden) suojaa kadmiumpinnoitettua teräsosaa vetyhaurastumiselta, koska titaani imee kaiken vedyn teräksestä pinnoitusprosessin aikana.

Noin kymmenesosa maailman kadmiumituotannosta käytetään metalliseosten valmistukseen. Matala sulamispiste on yksi syistä kadmiumin laajaan käyttöön matalassa lämpötilassa sulavissa seoksissa. Tällainen on esimerkiksi Woodin metalliseos, joka sisältää 12,5 % kadmiumia. Tällaisia ​​seoksia käytetään juotteina, materiaalina ohuiden ja monimutkaisten valukappaleiden saamiseksi, automaattisissa palontorjuntajärjestelmissä, lasin juottamiseen metallin kanssa. Kadmiumia sisältävät juotokset kestävät varsin lämpötilan vaihteluita.

Toinen kadmiumseosten erottuva piirre on niiden korkeat kitkaa vähentävät ominaisuudet. Siten 99 % kadmiumia ja 1 % nikkeliä sisältävää seosta käytetään autojen, lentokoneiden ja laivojen moottoreissa toimivien laakerien valmistukseen. Koska kadmium ei kestä riittävästi happoja, mukaan lukien voiteluaineiden sisältämät orgaaniset hapot, kadmiumpohjaiset laakeriseokset päällystetään indiumilla. Kuparin seostus pienillä kadmiumilisäyksillä (alle 1 %) mahdollistaa kulutusta kestävämpien johtojen valmistamisen sähkölinjoihin. Tällaiset vähäiset kadmiumin lisäykset voivat lisätä merkittävästi kuparin lujuutta ja kovuutta käytännössä ilman, että sen sähköiset ominaisuudet huononevat. Kadmiumamalgaamia (kadmiumin liuos elohopeassa) käytetään hammastekniikassa hammastäytteiden valmistukseen.

XX-luvun 40-luvulla kadmium sai uuden roolin - siitä alettiin valmistaa ydinreaktorien ohjaus- ja hätäsauvoja. Syy siihen, miksi kadmiumista tuli nopeasti strateginen materiaali, oli se, että se imee lämpöneutroneja erittäin hyvin. Mutta "atomikauden" alun ensimmäiset reaktorit työskentelivät yksinomaan lämpöneutroneilla. Myöhemmin kävi ilmi, että nopeat neutronireaktorit ovat lupaavampia sekä energian että ydinpolttoaineen - 239Pu:n - saamiseksi, ja kadmium on voimaton nopeita neutroneja vastaan, se ei hidasta niitä. Termisten neutronireaktorien aikoina kadmium menetti hallitsevan roolinsa ja väistyi boorille ja sen yhdisteille (itse asiassa kivihiilelle ja grafiitille).

Noin 20 % kadmiumista (yhdisteiden muodossa) käytetään epäorgaanisten väriaineiden valmistukseen. Kadmiumsulfidi CdS on tärkeä mineraaliväriaine, jota aiemmin kutsuttiin kadmiuminkeltaiseksi. Jo 1900-luvun alussa tiedettiin, että kadmiuminkeltaista voitiin saada kuudessa sävyssä, sitruunankeltaisesta oranssiin. Tuloksena olevat maalit kestävät heikkoja emäksiä ja happoja ja ovat täysin epäherkkiä rikkivetylle.

CdS-pohjaisia ​​maaleja käytettiin monilla aloilla - maalauksessa, painatuksessa, posliinimaalauksessa, ne peittivät henkilöautoja suojaten niitä veturin savulta. Kadmiumsulfidia sisältäviä väriaineita käytettiin tekstiili- ja saippuateollisuudessa. Kuitenkin tällä hetkellä melko kallis kadmiumsulfidi korvataan usein halvemmilla väriaineilla - kadmoponilla (kadmiumsulfidin ja bariumsulfaatin seos) ja sinkki-kadmiumlitoponilla (koostumus, kuten kadmoponin, plus sinkkisulfidi).

Toista kadmiumyhdistettä, kadmiumselenidia CdSe, käytetään punaisena väriaineena. Kadmiumyhdisteet ovat kuitenkin löytäneet sovelluksensa paitsi väriaineiden valmistuksessa - esimerkiksi kadmiumsulfidia käytetään myös kalvoaurinkokennojen valmistukseen, joiden hyötysuhde on noin 10-16%. Lisäksi CdS on melko hyvä lämpösähköinen materiaali, jota käytetään puolijohdemateriaalien ja loisteaineiden komponenttina. Joskus kadmiumia käytetään kryogeenisessä tekniikassa, mikä liittyy sen maksimaaliseen lämmönjohtavuuteen (suhteessa muihin metalleihin) lähellä absoluuttista nollaa (tyhjiö).

Tuotanto

Kadmiumin tärkeimmät "toimittajat" ovat sinkin, kupari-sinkki- ja lyijy-sinkkimalmien käsittelyn sivutuotteita. Mitä tulee kadmiumin luontaisiin mineraaleihin, ainoa kiinnostava aine kadmiumin saamiseksi on greenokkiitti CdS, niin kutsuttu "kadmiumseos". Greenokkiittia louhitaan yhdessä faeriitin kanssa sinkkimalmien kehityksen aikana. Kierrätysprosessin aikana kadmium kerääntyy prosessin sivutuotteisiin, josta se sitten otetaan talteen.

Kuten aiemmin mainittiin, polymetallimalmien jalostuksessa kadmium on usein sinkin tuotannon sivutuote. Nämä ovat joko kupari-kadmiumkakkuja (sinkkisulfaatin ZnSO4:n puhdistusliuosten tuloksena sinkkipölyn vaikutuksesta saatuja metallisakkoja), jotka sisältävät 2-12 % Cd:tä, tai pussiereja (sinkin tislauksen aikana muodostuneita haihtuvia fraktioita) , joka sisältää 0,7 - 1,1 % kadmiumia.

Neljänkymmenenkahdeksannen alkuaineen rikkaimmat ovat sinkin rektifikaatiopuhdistuksen aikana saadut rikasteet, jotka voivat sisältää jopa 40 % kadmiumia. Kupari-kadmiumkakuista ja muista korkean kadmiumipitoisuuden omaavista tuotteista se liuotetaan yleensä rikkihapolla H2SO4 samalla ilmastaen. Prosessi suoritetaan hapettavan aineen - mangaanimalmin tai kierrätetyn mangaanilietteen - läsnä ollessa elektrolyysihauteesta.

Lisäksi kadmiumia otetaan talteen lyijy- ja kuparisulattojen pölystä (se voi sisältää vastaavasti 0,5-5 % ja 0,2-0,5 % kadmiumia). Tällaisissa tapauksissa pöly käsitellään yleensä väkevällä H2SO4-rikkihapolla, jonka jälkeen syntynyt kadmiumsulfaatti uutetaan vedellä. Syntyneestä kadmiumsulfaattiliuoksesta saostetaan kadmiumsieni sinkkipölyn vaikutuksesta, minkä jälkeen se liuotetaan rikkihappoon ja liuos puhdistetaan epäpuhtauksista natriumkarbonaatin Na2CO3 tai sinkkioksidin ZnO vaikutuksesta, on myös mahdollista käyttää ioninvaihtomenetelmiä.

Kadmiummetalli eristetään elektrolyysillä alumiinikatodeissa tai pelkistämällä sinkillä (kadmiumoksidin CdO syrjäyttäminen CdSO4-liuoksista sinkillä) käyttämällä keskipakoerotusreaktoreita. Kadmiummetallin jalostus koostuu yleensä metallin sulattamisesta alkalikerroksen alla (sinkin ja lyijyn poistamiseksi), kun taas Na2CO3:n käyttö on mahdollista; sulatteen käsittely alumiinilla (nikkelin poistamiseksi) ja ammoniumkloridilla NH4Cl (talliumin poistamiseksi).

Korkeamman puhtauden kadmiumia saadaan elektrolyyttisellä puhdistuksella ja elektrolyytin välipuhdistuksella, joka suoritetaan ioninvaihdolla tai uuttamalla; metallin rektifiointi (yleensä alipaineessa), vyöhykesulatus tai muut kiteytysmenetelmät. Yhdistämällä yllä olevat puhdistusmenetelmät on mahdollista saada metallista kadmiumia, jonka pääepäpuhtauksien (sinkki, kupari ja muut) pitoisuus on vain 10-5 painoprosenttia. Lisäksi kadmiumin puhdistamiseen voidaan käyttää sähkösiirtomenetelmiä nestemäisessä kadmiumissa, sähköraffinointia natriumhydroksidi-NaOH-sulassa ja amalgaamielektrolyysiä. Kun vyöhykesulatus yhdistetään sähkönsiirtoon, kadmiumin isotooppien erottuminen voi tapahtua puhdistuksen yhteydessä.

Kadmiumin maailmantuotanto liittyy suurelta osin sinkin tuotannon mittakaavaan ja on lisääntynyt merkittävästi viime vuosikymmeninä - vuoden 2006 tietojen mukaan kadmiumia tuotettiin maailmassa noin 21 tuhatta tonnia, kun vuonna 1980 tämä luku oli vain 15 tuhatta tonnia. . Kadmiumin kulutuksen kasvu jatkuu edelleen. Tämän metallin päätuottajat ovat Aasian maat: Kiina, Japani, Korea, Kazakstan. Niiden osuus kokonaistuotannosta on 12 tuhatta tonnia.

Venäjää, Kanadaa ja Meksikoa voidaan pitää myös merkittävinä kadmiumin tuottajina. Kadmiumin massatuotannon siirtyminen Aasiaan johtuu siitä, että Euroopassa kadmiumin käyttö on vähentynyt, ja Aasian alueella päinvastoin nikkelikadmium-alkuaineiden kysyntä kasvaa, mikä pakottaa monet siirtävät tuotannon Aasian maihin.

Fyysiset ominaisuudet

Kadmium on hopeanvalkoinen metalli, joka hohtaa sinisenä vasta leikattaessa, mutta tummuu ilmassa muodostaen suojaavan oksidikalvon. Kadmium on melko pehmeä metalli - se on kovempaa kuin tina, mutta pehmeämpi kuin sinkki, se on täysin mahdollista leikata veitsellä. Yhdessä pehmeyden kanssa kadmiumilla on sellaisia ​​tärkeitä ominaisuuksia teollisuudelle kuin sitkeys ja sitkeys - se rullataan täydellisesti levyiksi ja vedetään langaksi, ja se voidaan kiillottaa ilman ongelmia.

Yli 80 o C kuumennettaessa kadmium menettää kimmoisuutensa ja niin paljon, että se murskautuu helposti jauheeksi. Kadmiumin kovuus Mohsin mukaan on kaksi, Brinellin mukaan (hehkutetulla näytteellä) 200-275 MPa. Vetolujuus 64 MN/m2 tai 6,4 kgf/mm2, suhteellinen venymä 50 % (20 o C:ssa), myötöraja 9,8 MPa.

Kadmiumilla on kuusikulmainen tiiviisti pakattu kidehila, jonka jaksot: a = 0,296 nm, c = 0,563 nm, c/a-suhde = 1,882, z = 2, kidehilan energia 116 μJ/kmol. Avaruusryhmä С6/mmm, atomisäde 0,156 nm, ionisäde Cd2+ 0,099 nm, atomitilavuus 13,01∙10-6 m3/mol.

Puhdasta kadmiumista valmistettu sauva säteilee taivutettuna heikkoa halkeamaa, kuten tinaa ("tinahuuto") - kyseessä ovat metalliset mikrokiteet, jotka hankaavat toisiaan vasten, mutta metallin epäpuhtaudet tuhoavat tämän vaikutuksen. Yleisesti ottaen kadmium kuuluu fysikaalisten, kemiallisten ja farmakologisten ominaisuuksiensa perusteella raskasmetallien ryhmään, jolla on eniten yhtäläisyyksiä sinkin ja elohopean kanssa.

Kadmiumin (321,1 o C) sulamispiste on melko alhainen ja sitä voidaan verrata lyijyn (327,4 o C) tai talliumin (303,6 o C) sulamispisteisiin. Se eroaa kuitenkin useiden ominaisuuksien osalta samankaltaisten metallien sulamispisteistä - alhaisempi kuin sinkin (419,5 o C), mutta korkeampi kuin tinan (231,9 o C). Kadmiumin kiehumispiste on myös alhainen - vain 770 o C, mikä on varsin mielenkiintoista - lyijyllä, kuten useimmilla muillakin metalleilla, on suuri ero sulamis- ja kiehumispisteiden välillä.

Eli lyijyn kiehumispiste (1745 o C) on 5 kertaa korkeampi kuin sulamispiste ja tinan, jonka kiehumispiste on 2620 o C, 11 kertaa korkeampi kuin sulamispiste! Samaan aikaan sinkin, kuten kadmiumin, kiehumispiste on vain 960 o C sulamispisteessä 419,5 o C. Kadmiumin lämpölaajenemiskerroin on 29,8 * 10-6 (25 o C:n lämpötilassa) . Alle 0,519 K:n lämpötilassa kadmiumista tulee suprajohde. Kadmiumin lämmönjohtavuus 0 o C:ssa on 97,55 W / (m * K) tai 0,233 cal / (cm * s * o C).

Kadmiumin ominaislämpökapasiteetti (25 o C:n lämpötilassa) on 225,02 j/(kg * K) tai 0,055 cal/(g * o C). Kadmiumin sähköresistanssin lämpötilakerroin lämpötila-alueella 0 o C - 100 o C on 4,3 * 10-3, kadmiumin sähkövastus (lämpötilassa 20 o C) on 7,4 * 10-8 ohm * m (7,4 * 10-6 ohmia*cm). Kadmium on diamagneettista, sen magneettinen susceptibiliteetti on -0.176.10-9 (20 o C lämpötilassa). Elektrodin standardipotentiaali on -0,403 V. Kadmiumin elektronegatiivisuus on 1,7. Termisten neutronien sieppauksen tehollinen poikkileikkaus on 2450-2900-10 ~ 28 m2. Elektronien työfunktio = 4,1 eV.

Kadmiumin tiheys (huoneenlämpötilassa) on 8,65 g/cm3, mikä mahdollistaa kadmiumin luokittelun raskasmetalliksi. N. Reimesin luokituksen mukaan metallit, joiden tiheys on yli 8 g/cm3, tulisi katsoa raskaiksi. Siten raskasmetalleja ovat Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg. Ja vaikka kadmium on kevyempää kuin lyijy (tiheys 11,34 g/cm3) tai elohopea (13,546 g/cm3), se on raskaampaa kuin tina (7,31 g/cm3).

Kemialliset ominaisuudet

Kemiallisissa yhdisteissä kadmiumilla on aina valenssi 2 (ulomman elektronikerroksen konfiguraatio 5s2) - tosiasia on, että toisen ryhmän sekundaarisen alaryhmän alkuaineiden atomit (sinkki, kadmium, elohopea) ovat kuten alkuaineiden atomit. kuparin alaryhmän d-alatasolla on toinen ulkopuolinen elektroninen kerros on täysin täytetty. Sinkkialaryhmän elementeille tämä alataso on kuitenkin jo melko vakaa, ja elektronien poistaminen siitä vaatii erittäin suuren energiankulutuksen. Toinen sinkkialaryhmän elementtien ominainen piirre, joka tuo ne lähemmäksi kuparialaryhmän alkuaineita, on niiden taipumus kompleksin muodostumiseen.

Kuten jo mainittiin, kadmium sijaitsee samassa jaksollisen järjestelmän ryhmässä sinkin ja elohopean kanssa ja on niiden välissä, minkä vuoksi useat näiden alkuaineiden kemialliset ominaisuudet ovat samanlaisia. Esimerkiksi näiden metallien oksidit ja sulfidit ovat käytännössä liukenemattomia veteen.

Kuivassa ilmassa kadmium on stabiilia, mutta kosteassa ilmassa metallin pinnalle muodostuu hitaasti ohut CdO-oksidikalvo, joka suojaa metallia lisähapettumiselta. Voimakkaalla hehkulla kadmium palaa ja muuttuu myös kadmiumoksidiksi - kiteiseksi jauheeksi vaaleanruskeasta tummanruskeaan (värivalikoiman ero johtuu osittain hiukkaskoosta, mutta suurimmassa määrin johtuu kidehilavirheistä ), CdO-tiheys 8,15 g/cm3; yli 900 o C:ssa kadmiumoksidi on haihtuvaa ja 1570 o C:ssa se sublimoituu kokonaan. Kadmiumhöyryt reagoivat vesihöyryn kanssa vapauttaen vetyä.

Hapot reagoivat kadmiumin kanssa muodostaen tämän metallin suoloja. Typpihappo HNO3 liuottaa helposti kadmiumia, samalla kun typpioksidia vapautuu ja nitraattia muodostuu, jolloin saadaan hydraattia Cd (NO3) 2 * 4H2O. Muista hapoista - kloorivetyhaposta ja laimeasta rikkihaposta - kadmium syrjäyttää hitaasti vetyä, tämä selittyy sillä, että jännitesarjassa kadmium on kauempana kuin sinkki, mutta edellä vetyä. Toisin kuin sinkki, kadmium ei ole vuorovaikutuksessa alkaliliuosten kanssa. Kadmium pelkistää ammoniumnitraatti NH4NO3 tiivistetyissä liuoksissa ammoniumnitriitiksi NH4NO2.

Sulamispisteen yläpuolella kadmium yhdistyy suoraan halogeeneihin muodostaen värittömiä yhdisteitä - kadmiumhalogenideja. CdCl2, CdBr2 ja CdI2 liukenevat erittäin helposti veteen (53,2 massa-% 20 o C:ssa), paljon vaikeammin liukeneva kadmiumfluoridi CdF2 (4,06 massa-% 20 o C), joka on täysin etanoliin liukenematon. Se voidaan saada vaikuttamalla fluorilla metalliin tai fluorivetyllä kadmiumkarbonaattiin. Kadmiumkloridia saadaan saattamalla kadmium reagoimaan väkevän suolahapon kanssa tai klooraamalla metalli 500 o C:ssa.

Kadmiumbromidia saadaan metallin bromauksella tai bromausvedellä kadmiumkarbonaattiin. Kuumennettaessa kadmium reagoi rikin kanssa muodostaen CdS-sulfidia (sitruunankeltaisesta oranssinpunaiseen), joka ei liukene veteen ja laimeisiin happoihin. Kun kadmiumia fuusioidaan fosforin ja arseenin kanssa, muodostuu koostumusten Cd3P2 ja CdAs2 fosfideja ja arsenideja vastaavasti antimoni-kadmiumantimonidin kanssa. Kadmium ei reagoi vedyn, typen, hiilen, piin ja boorin kanssa. CdH2-hydridiä ja Cd3N2-nitridiä, jotka hajoavat helposti kuumennettaessa, saatiin epäsuorasti.

Kadmiumsuolojen liuokset ovat happamia hydrolyysin vuoksi, emäkset saostavat niistä valkoista hydroksidia Cd (OH) 2. Erittäin väkevien alkaliliuosten vaikutuksesta se muuttuu hydroksokadmaateiksi, kuten Na2:ksi. Kadmiumhydroksidi reagoi ammoniakin kanssa muodostaen liukoisia komplekseja:

Cd(OH)2 + 6NH3 * H2O → (OH)2 + 6H2O

Lisäksi Cd(OH)2 liukenee alkalisyanidien vaikutuksesta. Yli 170 o Se hajoaa CdO:ksi. Kadmiumhydroksidin vuorovaikutus vetyperoksidin (peroksidin) kanssa vesiliuoksessa johtaa eri koostumusten peroksidien (peroksidien) muodostumiseen.

Käyttämällä materiaalia verkkosivustolta http://i-think.ru/

ADR 6.1
Myrkylliset aineet (myrkky)
Myrkytyksen vaara hengitettynä, ihokosketuksessa tai nieltynä. Vaarallinen vesiympäristölle tai viemärijärjestelmälle (samanlainen kuin ADR:n vaaralliset aineet elohopean kuljetuksessa, vähemmän vaarallinen)
Käytä hätäpoistumismaskia
Valkoinen timantti, ADR-numero, musta kallo ja luut

ADR kala
Ympäristölle vaaralliset aineet (ekologia, mukaan lukien sulavat, liukenevat, jauhemaiset ja valuvat materiaalit)
Vaarallinen vesiympäristölle tai viemärijärjestelmälle (samanlainen kuin ADR:n vaaralliset aineet elohopean kuljetuksessa, vähemmän vaarallinen)

Nimi, nimitys, numero	Kadmium, Cd, 48
Kemiallinen ryhmä	siirtymämetallit
Ryhmä, jakso, lohko	12, 5, d
Tiheys, kovuus	8650 kg / m³, 2
Näytä	Hopeanvalkoinen metalliväri
Atomiominaisuudet
Atomimassa	112.411 amu (g/mol)
Atomin säde	155 (161) pm
kovalenttinen säde	klo 148
Van der Waalsin säde	klo 158
Elektroninen konfigurointi	4p 10 5s 2
e - energiatasolle	2, 8, 18, 18, 2
Hapetustilat (oksidi)	2 (pää)
hilarakenne	Kuusikulmainen
Fyysiset ominaisuudet
Kokoamistila	Kiinteä
Sulamislämpötila	594,22 tk
Kiehumislämpötila	1040K
Molaarinen tilavuus	1,00 × 10 -6 m³/mol
Haihtumislämpö	100 kJ/mol
Spesifinen sulamislämpö	6,192 kJ/mol
Kyllästetyn höyryn paine	14,8 Pa 597 K:ssa
Äänen nopeus	2310 m/s 293,15 K:ssä
Sekalaista
Elektronegatiivisuus	1,69 (Paulingin mukaan)
Ominaislämpö	233 J/(kg K)
Sähkönjohtavuus	13.8 kesäkuuta 10 / (m ohm)
Lämmönjohtokyky	96,8 W/(m K)
I [ionisaatioenergia]]	867,8 kJ/mol
II IONISAATIOMAHDOLLISUUS	1631,4 kJ/mol
III IONISAATIOMAHDOLLISUUS	3 616 kJ/mol
Pysyvimmät isotoopit
isotooppi JNE Puolikas elämä VR EP MeV JNE 108 CD 0,89% Cd - vakaa 60 neutronilla 109 CD (poika.) 462,6 d ε 0,214 109 Ag 110 CD 12,49% Cd - 62 neutronin vakaa 111 CD 12,8% Cd - vakaa 63 neutronia 112 CD 24,13% Cd - vakaa 64 neutronia 113 CD (poika.) 7.7 E15 β — 0,316 113 tuumaa 113 CDm (poika.) 14,1 v. β - IP 0,580 0,264 113 tuumaa 114 CD 28,73% Cd - 66 neutronin vakaa 116 CD 7,49% Cd - vakaa 68 neutronilla

Jaksollisen järjestelmän kemiallinen alkuaine, joka vaikuttaa CD ja sen atomiluku on 48 ja atomimassa 112,41. Hopeanvalkoinen pehmeä metalli sinertävällä sävyllä, joustava, sitkeä, sulava, myrkyllinen siirtymämetalli, löytyy sinkinpunaisesta, käytetty laajasti paristoissa.

Luonnonkadmium koostuu 8 stabiilin isotoopin seoksesta, joiden massaluvut ovat 106, 108, 110, 111, 112, 113, 114, 116. Kadmium vangitsee voimakkaasti lämpöneutroneja, ja 113 Cd-isotoopilla on suurin absorptiopoikkileikkaus. Suolat hydrolysoituvat helposti, niillä on hapan reaktio, emästen vaikutuksesta vapautuu hydroksidia Cd (OH) 2. Ainoa stabiili hapetusaste on 2. Koordinaationumero 6 on Cd:lle ominaista, vaikka niitä löytyy 4 ja 5. Orgaaninen kadmium yhdisteet R2Cd eivät ole stabiileja vedelle ja hapelle, erittäin reaktiivisia.

yleistä tietoa

Yksinkertainen aine on kadmium. Pehmeä muokattava metalli, allotrooppiset modifikaatiot EIVÄT ole ma. Reagoi happojen kanssa. Liukoiset yhdisteet ovat myrkyllisiä. Se muodostaa harvinaisia ​​mineraaleja: greenokkiitti CdS (77,7 % Cd), otaviitti CdCO 3, kadmoseliitti CdSe, monteponiitti CdO (87,5 % Cd). Päästyy isomorfisena epäpuhtautena sinkkimineraaleja, erityisesti sfaleriittejä. Cd:n sekoitusta (tuhansia prosentteja) löytyy hydrotermisistä malmeista, joissa sitä on sfaleriitissä, galeniitissa ja muissa, pääasiassa sulfidimineraaleissa. Lisääntynyt K.-pitoisuus 1,5 %:iin on ominaista vähärautaiselle sfaleriitille.

Kosteassa ilmassa se peittyy suojaavalla hapettumiskalvolla, jossa on CdO, ja palaa CdO:ksi voimakkaasti kuumennettaessa. Halogeenit hapettuvat helposti halogenidiksi. Liukenee mineraalihappoihin, liukenematon niityille. Reagoi hapen kanssa kuumennettaessa sekä happojen kanssa.

Tarina

Kadmium (lat. kadmia, kreikkalainen Kadmeia tarkoittaa sinkkimalmi) Friedrich Strogmeer löysi sen Saksasta vuonna 1817. Strongmeer löysi uuden alkuaineen sinkkioksidisaasteesta, ja noin 100 vuoden ajan Saksa oli ainoa maa, joka tuo metallia. Tiedemies nimesi metallin kadmiumiksi korostaen sen "sukusuhteita" sinkkiin: kreikan sana "kadmium" tarkoitti "sinkkimalmia".

Jakautuminen luonnossa

Kadmium on yksi harvoista hajallaan olevista alkuaineista, sen Clark (massaprosenttiosuus) maankuoressa on 1,3 * 10 -5%. Kadmiumille on ominaista kulkeutuminen kuumassa pohjavedessä sinkin ja muiden kalkofiilisten alkuaineiden (eli kemiallisten alkuaineiden, jotka ovat alttiita luonnollisten sulfidien, selenidien, televisioradion, sulfosuolojen muodostumiselle, joita esiintyy joskus alkuperäisessä tilassa) kanssa ja keskittyminen hydrotermisiin kerrostumiin. Vulkaaniset kivet sisältävät jopa 0,2 mg kadmiumia kiloa kohden, sedimenttikivistä kadmiumirikkaimmat savet - jopa 0,3 mg / kg, kalkkikivet sisältävät 0,035 mg / kg, hiekkakivet - 0,03 mg / kg. Keskimääräinen kadmiumin pitoisuus maaperässä on 0,06 mg/kg.

Vaikka tunnetaan itsenäisiä kadmiummineraaleja - greenokkiittia (CdS), otaviittia (CdCO 3), monteponiittia (CdO) ja selenidiä (CdSe), ne eivät muodosta kerrostumiaan, mutta ovat läsnä epäpuhtauksina sinkissä, lyijyssä, kuparissa ja polymetallimalmeissa, ja ovat kadmiumin teollisen tuotannon päälähde.

Tietyssä määrin kadmiumia on myös ilmassa. Kadmiumin pitoisuus ilmassa on 0,1-5 ng / m maaseudulla (1 ng tai 10 -9 g), 2-15 ng / m - kaupungeissa ja 15 - 150 ng / m - teollisuusalueilla. Tämä johtuu siitä, että monet kivihiilityypit sisältävät kadmiumia epäpuhtauksien muodossa, ja lämpövoimalaitoksissa poltettuna se pääsee ilmakehään. Samaan aikaan suurin osa siitä laskeutuu maaperään. Myös kadmiumpitoisuuden kasvu maaperässä edistää kivennäislannoitteiden käyttöä, koska ne kaikki sisältävät vähäisiä kadmiumin epäpuhtauksia.

Kadmiumia voi kertyä kasveihin (enimmäkseen sieniin) ja eläviin organismeihin (erityisesti vesieliöihin) ja edelleen ravintoketjua pitkin voidaan "toimittaa" ihmisille. Tupakansavussa on paljon kadmiumia.

isotoopit

Luonnollinen kadmium koostuu 6 stabiilista isotoopista. 27 stabiilia radioisotooppia on tunnistettu: Cd-113, jonka puoliintumisaika on 7,7 kvadriljoonaa vuotta, Cd-109, jonka puoliintumisaika on 462,6 päivää, ja Cd-115, jonka puoliintumisaika on 53,46 tuntia. Kaikkien muiden radioaktiivisten isotooppien puoliintumisaika on alle 2,5 tuntia ja useimpien niiden puoliintumisaika on alle 5 minuuttia. Tällä elementillä on 8 metastabiilia tilaa, joista vakaimmat ovat: Cd-113 (t ½ 14,1 vuotta), Cd-115 (t ½ 44,6 päivää) ja Cd-117 (t ½ 3,36 tuntia).

Kadmiumin isotooppien atomimassat vaihtelevat 96 935 vuorokaudesta (Cd-97) 129 934 päivään (Cd-138). Yleisimmän stabiilin isotoopin Cd-112 pääasiallinen hajoamismuoto on elektronin ja sen beetasäteilyn sieppaus. Hajoamistuote ennen toimenpidettä on alkuaine 47 (hopea) ja sen jälkeen - alkuaine 49 (indium).

Kuitti

Kadmiumin maailmantuotanto XXI vuosisadan alussa. on noin 20 miljoonaa tonnia, josta Aasian maat tarjoavat 45%, Amerikka - 25%, Eurooppa - 27%.

Pääasialliset kadmiumin lähteet ovat sinkin tuotannon välituotteet, lyijy- ja kuparisulattojen pöly. Raaka-aine käsitellään väkevällä rikkihapolla ja saadaan CdS04 liuoksena. Cd eristetään liuoksesta käyttämällä sinkkipölyä:

Saatu metalli puhdistetaan sulattamalla uudelleen alkalikerroksen alla sinkin ja lyijyn epäpuhtauksien poistamiseksi. Erittäin puhdasta kadmiumia saadaan sähkökemiallisella puhdistuksella ja elektrolyytin välipuhdistuksella.

Fyysiset ominaisuudet

Kadmium on pehmeä, muokattava, joustava, hopeanvalkoinen kaksiarvoinen metalli, jota voidaan helposti leikata. Se on monella tapaa samanlainen kuin sinkki, mutta se pystyy muodostamaan monimutkaisia ​​yhdisteitä.

Kemialliset ominaisuudet

Kemiallisilta ominaisuuksiltaan kadmium on samanlainen kuin sinkki, mutta vähemmän aktiivinen. Tavallisessa ilman lämpötilassa metallisen kadmiumin pinta on peitetty oksidikalvolla, mikä vaikeuttaa reaktioiden suorittamista - suurin osa vuorovaikutuksista tapahtuu kuumennettaessa. Kun kadmiumia poltetaan happisuihkussa, muodostuu sen oksidia:

Veden kanssa kosketuksessa kadmium passivoituu Cd (OH) 2 -hydroksidikalvojen ilmaantumisen vuoksi, mutta se hajottaa aktiivisesti tulistettua vesihöyryä:

Hapen lisäksi metallinen kadmium on myös vuorovaikutuksessa halogeenien, rikin, seleenin ja fosforin kanssa (muodostaen epäpuhtauksia):

Kadmiumin pelkistysominaisuudet ovat heikommat kuin sinkin, mutta se myös palauttaa joitain epämetalleja oksideista ja metalleista niiden suoloissa (liuoksissa):

Kadmium voi toimia kompleksinmuodostajana ja koordinoida 3, 4 tai 6 ligandia:

Sovellus

Fysikaalisten ominaisuuksiensa ansiosta kadmiumia on käytetty laajasti tekniikassa ja teollisuudessa (etenkin 1950-luvulta lähtien). Sen tärkeimmät käyttöalueet: rautametallien korroosionestopinnoite (ns. kadmiumpinnoitus), erityisesti tapauksissa, joissa ne joutuvat kosketuksiin meriveden kanssa, sekä nikkeli-kadmium sähköakkujen valmistukseen ja paristot. Kadmium on osa monia metalliseoksia, sekä matalassa sulavia metalliseoksia, joita käytetään juotoksissa (esim. puun metalliseos - 50 % Bi, 25 % Pb, 12,5 % Sn, 12,5 % Cd) ja tulenkestäviä kulutusta kestäviä ( esimerkiksi nikkelin kanssa).Kadmiumia käytetään ydinreaktorien hidastimen sauvoissa, joillain kadmiumin yhdisteillä on puolijohdeominaisuuksia jne. Kadmiumia on käytetty pitkään väriaineiden (pigmenttien) valmistukseen ja stabilointiaineena muovien (esimerkiksi polyvinyylikloridin) tuotantoon, mutta tällä hetkellä myrkyllisyyden vuoksi sitä ei käytännössä käytetä näihin tarkoituksiin.

terveysvaara

Kadmium on yksi harvoista alkuaineista, joka ei suorita rakenteellisia toimintoja ihmiskehossa. Tämä alkuaine ja sen yhdisteet ovat erittäin myrkyllisiä jopa pieninä pitoisuuksina. Sillä on taipumus kerääntyä organismeihin ja ekosysteemeihin.

Kadmiumpölyn hengittäminen johtaa nopeasti hengitysteiden ja munuaisten sairauksiin, usein kuolemaan (useimmiten munuaisten vajaatoimintaan). Minkä tahansa merkittävän kadmiumimäärän imeytyminen aiheuttaa välittömiä vaurioita maksalle ja munuaisille. Kadmiumia sisältävät yhdisteet ovat myös syöpää aiheuttavia. Kadmiumin syöpää aiheuttavia vaikutuksia koskevat tiedot ovat rajalliset. Eläinkokeissa ei havaittu kasvainten määrän lisääntymistä kadmiumin käytöstä. Tämä suuntaus havaittiin vain epäorgaanisia kadmiumyhdisteitä sisältävien pölyhiukkasten hengittämisessä.

Kadmiummyrkytys on syy sairauteen, joka kuvattiin ensimmäisen kerran Japanissa 1950-luvulla ja jota kutsuttiin nimellä "Itai-itai" (mikä kirjaimellisesti tarkoittaa "se sattuu").

Kadmium- toisen ryhmän sivualaryhmän elementti, D. I. Mendelejevin kemiallisten alkuaineiden jaksollisen järjestelmän viides jakso, atominumerolla 48. Se on merkitty symbolilla Cd (lat. Kadmium). Pehmeä muokattava hopeanvalkoinen siirtymämetalli.

Piirilääkäri Rolov erottui terävästä luonteesta. Niinpä hän määräsi vuonna 1817, että kaikki Hermanin Shenebekin tehtaalla valmistetut sinkkioksidivalmisteet vedetään pois myynnistä. Valmisteiden ilmestyessä hän epäili, että sinkkioksidissa oli arseenia! (Sinkkioksidia käytetään edelleen ihosairauksiin; siitä valmistetaan voiteita, jauheita, emulsioita.)
Todistaakseen asiansa tiukka tarkastaja liuotti epäillyn oksidin happoon ja kuljetti rikkivetyä tämän liuoksen läpi: keltainen sakka putosi ulos. Arseenisulfidit ovat vain keltaisia!
Tehtaan omistaja alkoi haastaa Rolovin päätöstä. Hän itse oli kemisti ja analysoituaan henkilökohtaisesti tuotenäytteitä, ei löytänyt niistä arseenia. Hän raportoi analyysin tuloksista Roloville ja samalla Hannoverin viranomaisille. Viranomaiset tietysti pyysivät näytteitä lähettääkseen ne analysoitavaksi yhdelle hyvämaineisesta kemististä. Päätettiin, että Rolovin ja Hermanin välisessä kiistassa tuomariksi tulee professori Friedrich Stromeyer, joka vuodesta 1802 lähtien oli toiminut Göttingenin yliopiston kemian johtajana ja kaikkien hannoverilaisten apteekkien ylitarkastajana.
Stromeyerille ei lähetetty vain oksideja, vaan myös muita sinkkivalmisteita Hermanin tehtaalta, mukaan lukien ZnCO3, josta tämä oksidi saatiin. Kalsinoituaan sinkkikarbonaattia Strohmeyer sai oksidin, mutta ei valkoista, kuten sen olisi pitänyt olla, vaan kellertävää. Tehtaan omistaja selitti värityksen raudan seoksella, mutta Stromeyer ei ollut tyytyväinen tähän selitykseen. Ostettuaan lisää sinkkivalmisteita hän teki niistä täydellisen analyysin ja eristi ilman suurempia vaikeuksia kellastumista aiheuttaneen alkuaineen. Analyysin mukaan se ei ollut arseenia (kuten Rolov väitti), mutta ei rautaa (kuten Herman väitti).

Se oli uusi, aiemmin tuntematon metalli, kemiallisesti hyvin samanlainen kuin sinkki. Ainoastaan ​​sen hydroksidi, toisin kuin Zn(OH)2, ei ollut amfoteerinen, vaan sillä oli selvät emäksiset ominaisuudet.

48 jaksollisen järjestelmän elementti Uusi elementti oli vapaassa muodossaan valkoinen metalli, pehmeä ja ei kovin vahva, päällä ruskehtava oksidikalvo. Stromeyer kutsui tätä metallia kadmiumiksi viitaten selvästi sen "sinkin" alkuperään: kreikkalainen sana καδμεια on pitkään merkinnyt sinkkimalmeja ja sinkkioksidia.

Vuonna 1818 Stromeyer julkaisi yksityiskohtaista tietoa uudesta kemiallisesta alkuaineesta, ja melkein heti sen prioriteetti alkoi puuttua. Ensimmäisenä puhui sama Rolov, joka aiemmin uskoi, että saksalaisen tehtaan valmisteet sisältävät arseenia. Pian Stromeyerin jälkeen toinen saksalainen kemisti Kersten löysi Sleesian sinkkimalmista uuden alkuaineen ja antoi sille nimen mellin (latinasta mellinus, "keltainen kuin kvitteni") rikkivedyn vaikutuksesta muodostuneen sakan värin vuoksi. Mutta se oli kadmiumia, jonka Strohmeyer löysi jo. Myöhemmin tälle elementille ehdotettiin vielä kahta nimeä: klaprotium - kuuluisan kemistin Martin Klaprothin kunniaksi ja junonium - vuonna 1804 löydetyn Juno-asteroidin jälkeen. Mutta sen löytäjän elementille antama nimi vahvistettiin kuitenkin. Totta, 1800-luvun ensimmäisen puoliskon venäläisessä kemiallisessa kirjallisuudessa. kadmiumia kutsuttiin usein kadmiumiksi.

48 ← Kadmium→ Indium
Atomin ominaisuudet
Nimi, symboli, numero	Kadmium / Kadmium (Cd), 48
Atomimassa (moolimassa)	112,411(8) a. e.m. (g/mol)
Elektroninen konfigurointi
Atomin säde
Kemialliset ominaisuudet
kovalenttinen säde
Ionin säde
Elektronegatiivisuus	1,69 (Pauling-asteikko)
Elektrodin potentiaali
Hapetustilat
Ionisaatioenergia (ensimmäinen elektroni)	867,2 (8,99) kJ/mol (eV)
Yksinkertaisen aineen termodynaamiset ominaisuudet
Tiheys (n.a.)
Sulamislämpötila
Kiehumislämpötila
Oud. sulamisen lämpöä	6,11 kJ/mol
Oud. haihtumislämpö	59,1 kJ/mol
Molaarinen lämpökapasiteetti	26,0 J/(K mol)
Molaarinen tilavuus	13,1 cm³/mol
Yksinkertaisen aineen kidehila
Hilarakenne	kuusikulmainen
Hilan parametrit	a = 2,979 c = 5,618 Å
c/a-suhde
Debye lämpötila
Muut ominaisuudet
Lämmönjohtokyky	(300 K) 96,9 W/(m K)