Этот метал не особо «раскручен». Кадмий полезен промышленности, но опасен для человека.
Что представляет собой
Кадмий – элемент таблицы Менделеева №48:
- Мягкое, ковкое вещество серовато-серебристого цвета с голубоватостью.
- Относится к металлам тяжелой группы.
- Структура кристаллической решетки – гексагональ.
- Состоит из восьми изотопов, два из которых слаборадиоактивны, остальные стабильны.
Международное, научное обозначение и формула – Cadmium (Cd).
История открытия
«Отцами» элемента в историю науки вошли немецкие аптекари и химик Фридрих Штромейер.
В 1817 году провизоры, исследуя оксид цинка, усмотрели в его составе характеристики, присущие мышьяку. Штромейер провел по их просьбе цикл реакций. Конечным продуктом оказался не мышьяк, а новый серебристый металл.
Его окрестили кадмием – по названию местной цинкосодержащей руды.
Кадм – персонаж древнегреческой мифологии, легендарный основатель и царь Фив.
Нахождение в природе
Кадмиевых месторождений на планете не найдено: редкий элемент рассеян в толще земной коры, воде, воздухе.
Тонна земной коры содержит 130 мг кадмия, литр морской воды – 0,00011 мг.
Вторая форма нахождения металла в природе – шесть собственных минералов.
Чаще кадмий сопровождает другие минералы (полсотни). Так его и добывают – попутно с другими рудами. Особенно богаты цинковые (здесь кадмий есть всегда), свинцовые, медные залежи.
Технология получения
- Кадмий добывают из цинковых руд. Металл извлекают из побочных продуктов. Здесь он аккумулируется во время переработки руды.
- Второй способ получения – из медно-свинцовой пыли. На пыль воздействуют серной кислотой, затем водой выщелачивают сульфид кадмия. Чистый металл получают электролизом либо восстанавливая цинком.
Физико-химические характеристики
Кадмий как металл проявляет типичные характеристики: без проблем куется, тянется, полируется.
По твердости располагается между оловом и цинком. Режется ножом.
| Свойства атома | |
|---|---|
| Название, символ, номер | Ка́дмий / Cadmium (Cd), 48 |
| Атомная масса (молярная масса) |
112,411(8) 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 |
| Степени окисления | -2; +1; +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 (321 °C) |
| Температура кипения | 1038 K (764,85 °C) |
| Уд. теплота плавления | 6,11 кДж/моль |
| Уд. теплота испарения | 59,1 кДж/моль |
| Молярная теплоёмкость | 26,0 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) |
| Номер CAS | 7440-43-9 |
При нагреве свыше 80°C легко становится порошком.
При изгибе палочки из чистого кадмия слышно потрескивание. По этому признаку его легко отличить от других металлов (кроме олова).
Химические свойства также стандартны:
- В сухом микроклимате горение, взаимодействие с галогенами, серой возможно только при высоких температурах.
- Во влажной атмосфере покрывается пленкой.
- С растворенными щелочами не взаимодействует.
По физическим, химическим свойствам сходен с цинком и ртутью. Главный недостаток кадмия – токсичность.
Где используется
Токсичность ограничивает, но не обнуляет достоинства металла. Его используют во всех сегментах, кроме пищепрома.
Промышленность
Здесь нашлось применение металлу как самостоятельной единице и компонента сплавов:
- Антикоррозийные покрытия. Кадмирование обеспечивает самое прочное, цепкое соединение с основой. Применяется в экстремальных условиях: морская вода, тропики, щелочная среда.
- Производство батарей, аккумуляторов для ракет.
- Легирующая добавка к сплавам. Сплавы с кадмием пластичны, стойки к износу. Из них делают провода для линий электропередач, припои, подшипники для начинки морских и воздушных лайнеров. Сплавы используются при пайке стекла, металла, в огнетушителях.
- Компонент полупроводников, пленок солнечных батарей.
Соли металла становятся пигментами (желтый цвет). Но это приветствуется не всегда.
Coca-Cola изъяла с рынка США более 20 тысяч стаканов со своим логотипом. Причина – наличие кадмия в составе краски.
Важнейшая сфера применения – атомный комплекс:
- Кадмиевые стержни регулируют работу реактора.
- Из него состоят экраны, отсекающие нейтронное излучение.
В лабораториях металл используется как реактив.
Другие отрасли
Хорошая теплопроводность в условиях запредельно низких температур сделала металл незаменимым в криотехнике.
Ювелиры добавляют кадмий к золоту, чтобы получить зеленоватые оттенки.
Полезное свойство вещества аккумулироваться раковыми клетками используется в противоопухолевой терапии.
Ежегодное глобальное производство металла исчисляется 20 тысячами тонн.
Цена тонны кадмия на мировых рынках – $2,8-2,9 тыс.
Ограничения
Согласно Техническому регламенту Евразийского экономического союза и директиве Евросоюза, в изделиях сегмента электротехники и радиоэлектроники должно быть не более 0,01 % массовой доли кадмия.
Биологическое воздействие
Микродозы кадмия есть в биологических организмах: вещество содействует метаболизму.
Токсичность
Однако металл, его растворимые соединения токсичны:
- Наиболее ядовиты пары, запыленный, задымленный воздух.
- Вещество накапливается человеческим организмом, растениями, грибами.
- Тяжелый металл, его соединения провоцируют онкологию, угнетают работу гормональной, кровеносной, центральной нервной систем. Разрушаются кости.
По действию на организм напоминает ртуть, цинк, но токсичность вдвое-втрое превышает цинковую.
Кадмий классифицирован как вещество 2-го класса опасности. 7,50 г металла в кубометре воздуха убивают за двадцать секунд.
Нормы
Наличие металла в воде, продуктах питания регулируется санитарными стандартами РФ (мкг/кг):
- говядина, свинина – 16;
- хлеб – 30;
- рис – 60;
- рыба – 200;
- какао – 500;
- субпродукты – 1000.
Литр питьевой воды не может содержать более 0,001 мг кадмия.
Опасность отравления
Кадмиевая интоксикация актуальна для жителей мегаполисов и работников металлургических предприятий.
Симптомы отравления: расстройство ЖКТ (диарея, рвота), гастроэнтерит, почечные боли. Далее следует нервное возбуждение, судороги, обморок, паралич, остановка дыхания, смерть.
Отравление требует неотложной медицинской помощи.
Профессиональное заболевание работников металлургических предприятий – хроническое отравление. Опознается по резкому истощению, ожирению печени, сердечной мышцы, воспалению почек.
При работе обязательно использование защитных средств.
Загрузка...
