Кадмий

Ка́дмий / Cadmium (Cd)
Атомный номер 48
Внешний вид мягкий ковкий металл, голубоватого цвета
Свойства атома
Атомная масса
(молярная масса)
112,411 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома 154 пм
Энергия ионизации
(первый электрон)
867,2 (8,99) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация [Kr] 4d10 5s2
Химические свойства
Ковалентный радиус 148 пм
Радиус иона (+2e) 97 пм
Электроотрицательность
(по Полингу)
1,69
Электродный потенциал 0
Степени окисления 2
Термодинамические свойства
Плотность 8,65 г/см³
Удельная теплоёмкость 0,232 Дж/(K·моль)
Теплопроводность 96,9 Вт/(м·K)
Температура плавления 594,1 K
Теплота плавления 6,11 кДж/моль
Температура кипения 1 038 K
Теплота испарения 59,1 кДж/моль
Молярный объём 13,1 см³/моль
Кристаллическая решётка
Структура решётки гексагональная
Период решётки 2,980 Å
Отношение c/a 1,886
Температура Дебая 120,00 K

Содержание

История открытия

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

Происхождение названия

Греческим словом «кадмейа» с древних времён называли карбонатные цинковые руды. Название восходит к мифическому Кадму (Кадмосу) — герою греческой мифологии, брату Европы, царю Кадмейской земли, основателю Фив, победителю дракона, из зубов которого выросли воины. Кадм будто бы первым нашёл цинковый минерал и открыл людям его способность изменять цвет меди при совместной выплавке их руд (сплав меди с цинком — латунь). Имя Кадма восходит к семитскому «Ка-дем» — Восток.

Нахождение в природе

Содержание в земной коре 1,35·10–5% по массе, в воде морей и океанов 0,00011 мг/л. Известно несколько очень редких минералов, например, гринокит GdS, отавит CdCO3, монтепонит CdO. Кадмий накапливается в сульфидных рудах: сфалерите (0,01-5%), галените (0,02%), халькопирите (0,12%), пирите (0,02%), блеклых рудах и станнине (до 0,2%).

Получение

Основные источники кадмия — промежуточные продукты цинкового производства, пыль свинцовых и медеплавильных заводов. Сырье обрабатывают концентрированной серной кислотой и получают СdSO4 в растворе. Из раствора Cd выделяют, используя цинковую пыль: CdSO4 + Zn = ZnSO4 + Cd. Полученный металл очищают переплавкой под слоем щелочи для удаления примесей цинка и свинца.

Кадмий высокой чистоты получают электрохимическим рафинированием с промежуточной очисткой электролита или методом зонной плавки.

Физические свойства

Кадмий — серебристо-белый мягкий металл с гексагональной решеткой. Если кадмиевую палочку изгибать, то можно услышать слабый треск — это трутся друг о друга микрокристаллики металла.

Химические свойства

Стандартный электродный потенциал кадмия —0,403 В, в ряду стандартных потенциалов он расположен до водорода.

В сухой атмосфере кадмий устойчив, во влажной постепенно покрывается пленкой оксида CdO. Выше температуры плавления кадмий горит на воздухе с образованием оксида CdO бурого цвета: 2Сd + O2 = 2CdO. Пары кадмия реагируют с парами воды с образованием водорода: Cd + H2O = CdO + H2. По сравнению со своим соседом по группе IIB — цинком кадмий медленнее реагирует с кислотами: Сd + 2HCl = CdCl2 + H2. Легче всего реакция протекает с азотной кислотой: 3Cd + 8HNO3 = 3Cd(NO3)2 + 2NO + 4H2O. Со щелочами кадмий не реагирует.

В реакциях может выступать в качестве мягкого восстановителя, например в концентрированных растворах он способен восстанавливать нитрат аммония до нитрита NH4NO2: NH4NO3 + Cd = NH4NO2 + CdO. Кадмий окисляется растворами солей Cu(II) или Fe(III): Cd + CuCl2 = Cu + CdCl2; 2FeCl3 + Cd = 2FeCl2 + CdCl2. Выше температуры плавления кадмий реагирует с галогенами с образованием галогенидов: Cd + Cl2 = CdCl2. С серой и другими халькогенами образует халькогениды: Cd + S = CdS.

С H2, N,C, Si и B кадмий не реагирует. Нитрид Cd3N2 и гидрид CdH2 получают косвенными путями. В водных растворах ионы кадмия Cd2+ образуют аквакомплексы [Cd(H2O)4]2+ и [Cd(H2O)6]2+.

Гидроксид кадмия Cd(OH)2 получают добавлением к раствору соли кадмия щелочи: СdSO4 + 2NaOH = Na2SO4 + Cd(OH)2. Гидроксид кадмия в щелочах практически не растворяется, хотя при длительном кипячении в очень концентрированных растворах щелочей зафиксировано образование гидроксидных комплексов [Cd(OH)6]2–. Таким образом, амфотерные свойства оксида CdO и гидроксида Cd(OH)2 кадмия выражены гораздо слабее, чем у соответствующих соединений цинка. Гидроксид кадмия Cd(OH)2 за счет комплексообразования легко растворяется в водных растворах аммиака NH3: Cd(OH)2 + 6NH3 = [Cd(NH3)6](OH)2.

Применение

  • 40% производимого кадмия используется для нанесения антикоррозионных покрытий на металлы.
  • Около 20% кадмия используется для производства неорганических красящих веществ (сульфиды и селениды, смешанные соли, например, сульфид кадмия — кадмий лимонный), как компонент твёрдых припоев(сплавов на основе серебра, меди, цинка) для снижения их температуры плавления, полупроводниковых материалов и люминофоров. 10% кадмия — компонент ювелирных и легкоплавких сплавов, пластмасс.
  • Сульфид кадмия применяется для производства пленочных солнечных батарей с КПД около 10-16%, а так же 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.
  • Фтороборат кадмия - важный флюс, применяемый для пайки алюминия и других металлов.

Теплопроводность кадмия вблизи к Абсолютному нулю наивысшая среди всех металлов и кадмий иногда применяется для криогенной техники.

Физиологическое действие

Острая токсичность

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

Симптомы острого отравления солями кадмия — рвота и судороги.

Хроническая токсичность

Кадмий - кумулятивный яд (способен накапливаться в организме).

Санитарно-экологические нормативы

В питьевой воде ПДК для кадмия 10 мг/м3.

Механизм токсического действия

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.

Изотопы

Из восьми природных изотопов кадмия шесть стабильны, для двух изотопов обнаружена слабая радиоактивность. Это 113Cd (изотопная распространённость 12,22 %, бета-распад с периодом полураспада 7,7X1015 лет) и 116Cd (изотопная распространённость 7,49 %, двойной бета-распад с периодом полураспада 3,0X1019 лет).

Ссылки


Периодическая система элементов
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Uub Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
 
Начальная страница  » 
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Э Ю Я
A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Home