Кадмій
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Загальні відомості | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Назва, Позначення, Номер | Кадмій, Cd, 48 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Хімічна група | перехідні метали | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Група, Період, Блок | 12, 5, d | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Густина, Твердість | 8650 кг/м³, 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Вигляд | Сріблясто-білий металічний |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Атомні властивості | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Атомна маса | 112,411 а.о.м. (г/моль) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Радіус атома | 155 (161) пм | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ковалентний радіус | 148 пм | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Радіус Ван дер Ваальса | 158 пм | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Електронна конфігурація | [Kr]4d10 5s2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| e- на енергетичний рівень | 2, 8, 18, 18, 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ступені окислення (Оксид) | +2 (основний) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Структура решітки | Гексагональна | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Фізичні властивості | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Агрегатний стан | Твердий | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Температура плавлення | 594,22 K | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Температура кипіння | 1040 K | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Молярний об'єм | 1,00 ×10-6 м³/моль | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Теплота випаровування | 100 кДж/моль | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Питома теплота плавлення | 6,192 кДж/моль | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Тиск насиченої пари | 14,8 Па при 597 K | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Швидкість звуку | 2310 м/с при 293,15 K | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Різне | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Електронегативність | 1,69 (за Полінґом) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Питома теплоємність | 233 Дж/(кг·К) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Електропровідність | 13,8 106/(м·Ом) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Теплопровідність | 96,8 Вт/(м·К) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| I [Енергія йонізації]] | 867,8 кДж/моль | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| II іонізаційнй потенціал | 1631,4 кДж/моль | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| III іонізаційнй потенціал | 3616 кДж/моль | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Найстійкіші ізотопи | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Кадмій — хімічний елемент в періодичній таблиці, який позначається Cd і має атомний номер 48 та атомну масу 112,41. Сріблясто-білий м'який метал з синюватим відливом, гнучкий, тягучий, легкоплавкий, токсичний перехідний метал, зустрічається в цинковій руді, масово використовується в батареях живлення.
Зміст |
Загальна інформація [ред.]
Густина 8,65, т-ра плавлення 321,1 оС, т-ра кипіння - 766,5 оС. Кларк К. - 1,35·10-35%. Реагує з кислотами. Розчинні сполуки отруйні. Утворює рідкісні мінерали: гринокіт CdS (77,7% Cd), отавіт CdCO3, кадмоселіт CdSe, монтепоніт CdO (87,5% Cd). Входить у вигляді ізоморфної домішки до мінералів цинку, особливо до сфалериту. Домішка Cd (тисячні частки %) є в гідротермальних рудах, де він присутній у сфалериті, галеніті та ін., головним чином сульфідних мінералах. Підвищений вміст К. до 1,5% характерний для малозалізистих сфалеритів.
Особливі ознаки [ред.]
Кадмій - це м'який, тягучий, гнучкий, сріблясто-білий двовалентний метал, який можна легко розрізати. Багато в чому він схожий на цинк, але він здатний утворювати складніші сполуки.
Зазвичай кадмій має ступінь окиснення +2, однак, бувають рідкі зразки із ступенем окислення +1.
Отримання [ред.]
Світове виробництво кадмію на початку XXI ст. становить бл. 20 млн т. З них країни Азії дають 45%, Америки – 25%, Європи – 27%.
Основні джерела кадмію - проміжні продукти цинкового виробництва, пил свинцевих і мідеплавильних заводів. Сировину обробляють концентрованою сірчаною кислотою і одержують CdSO 4 в розчині. З розчину Cd виділяють, використовуючи цинкову пил:
CdSO 4 + Zn = ZnSO 4 + Cd
Отриманий метал очищають переплавкою під шаром лугу для видалення домішок цинку і свинцю. Кадмій високої чистоти отримують електрохімічним рафінуванням з проміжним очищенням електроліту.
Застосування [ред.]
Завдяки своїм фізичним властивостям, кадмій знайшов широке застосування в техніці та промисловості (особливо, починаючи з 50-х років XX століття). Основні сфери застосування його використання: для антикорозійного покриття (так званого кадміювання) чорних металів, особливо в тих випадках, коли вони контактують з морською водою, а також для виробництва нікеле-кадмієвих електричних акамуляторів і батарей. Кадмій входить в склад багатьох сплавів, як лекгоплавких (наприклад, сплав Вуда (Wood's metal) - 50% Bi, 25% Pb, 12,5% Sn, 12,5% Cd), так і тугоплавких зносостійких (наприклад, з нікелем). Кадмій використовується в стержнях-сповільнювачах атомних реакторів, деякі сполуки кадмію мають напівпровідникові властивості тощо. Досить довго кадмій використовувався для виробництва барвників (пігментів) і в якості стабілізатора у виробництві спастмас (наприклад, поліхлорвінілу), однак нині, через токсичність, в цих цілях він практично не використовується.
Історія [ред.]
Кадмій (лат. cadmia, грец. kadmeia означає цинкова руда) був відкритий в Німеччині в 1817 Фрідріхом Штрогмеєром. Штронгмеєр знайшов новий елемент у забрудненні оксиду цинку, і близько 100 років Німеччина залишалася єдиною країною, що імпортувала цей метал. Вчений назвав метал кадмієм, підкресливши його «родинні зв'язки» з цинком: грецьке слово «кадмія» означало «цинкова руда».
Джерела [ред.]
Кадмій відноситься до числа рідких розсіяних елементів, його кларк (відсоток вмісту за масою) в земній корі становить 1,3*10-5%. Для кадмія характерна міграція в гарячих підземних водах разом з цинком та іншими халькофільними елементами (тобто хімічними елементами, схильними до утворення природних сульфідів, селенідів, телуридів, сульфосолей, що іноді зустрічаються в самородному стані) і концентрація в гідротермальних відкладеннях. Вулканічні породи містять до 0,2 мг кадмія на кг, серед осадових порід найбішл багаті кадмієм глини - до 0,3 мг/кг, вапняки містять 0,035 мг/кг, піщаники - 0,03 мг/кг. Середній вміст кадмію в ґрунті - 0,06 мг/кг.
Хоча відомі самостійні мінерали кадмія - гринокіт (CdS), отавіт (CdCO3), монтепоніт (CdO) і селенід (CdSe), своїх покладів вони не утворюють, а присутні у вигляді домішків у цинкових, свинцевих, мідних і поліметалічних рудах, що і є основним джерелом промислового добування кадмію.
В певній мірі кадмій присутній і в повітрі. Вміст кадмію в повітрі становить 0,1-5 нг/м³ в сільській місцевості (1 нг чи 10-9 г), 2-15 нг/м³ - в містах і від 15 до 150 нг/м³ - в промислових районах. Пов'язано це з тим, що багато видів вугілля містять кадмій у вигляді домішків і, при спалювання на теплоелектростанціях, він потрапляє в атмосферу. При цьому велика його частина осідає на ґрунт. Також збільшенню вмісту кадмію в ґрунті сприяє використання мінеральних добрив, бо всі вони містять незначні домішки кадмію.
Кадмій може накопичуватись в рослинах (більш всього в грибах) і живих організмах (особливо у водних) і далі харчовим ланцюгом може «постачатись» людині. Багато кадмію в сигаретному димі.
Джерелом промислового добування К. є окиснені руди колчеданно-поліметалічних і поліметалічних родовищ. К. отримують або розчиненням побічних продуктів переробки цинкових, свинцево-цинкових і мідно-цинкових руд в сірчаній к-ті з подальшим осадженням елемента цинковим пилом, або виділяють електролізом. Застосовують в ядерній техніці, для виготовлення легкоплавких сплавів, в лужних акумуляторах тощо.
Ізотопи [ред.]
Природний кадміум складається з 6 стійких ізотопів. Було виявлено 27 найстійкіших радіоізотопів: Cd-113 з періодом піврозпаду 7,7 квадрильйонів років, Cd-109 з періодом піврозпаду 462,6 днів і Cd-115 з періодом піврозпаду 53,46 годин. Всі інші радіоактивні ізотопи мають період піврозпаду менше 2,5 годин і більшість з них мають період піврозпіду менше 5 хвилин. Цей елемент має 8 метастабільних станів, найстійкіші з них: Cd-113 (t½ 14,1 років), Cd-115 (t½ 44,6 днів) і Cd-117 (t½ 3,36 годин).
Ізотопи кадмію мають атомну масу в межах від 96,935 Дн (Cd-97) до 129,934 Дн (Cd-138). Основний вид розпаду найбільш розповсюдженого стійкого ізотопу Cd-112 - це захоплення електрона і його бета-випромінювання. Продуктом розпаду до операції є елемент 47 (срібло), а після - елемент 49 (індій).
Небезпека здоров'ю [ред.]
Кадмій - один з небагатьох елементів, що не виконує конструктивних функцій в людському організмі. Цей елемент і його сполуки є надзвичайно токсичними, навіть, у незначних концентраціях. Має властивість накопичуватись в організмах і екосистемах.
Вдихання кадмієвого пилу швидко призводить до захворювань, часто смертельних, дихальних шляхів і нирок (найчастише - ниркова недостатність). Поглинення будь-якої значної кількості кадмію викликає негайне ураження печінки і нирок. Сполуки, що містять кадмій є також канцерогенними. Дані про канцерогенність кадмія обмежені. В дослідах на тваринах не було зафіксовано зростання числа пухлин із вживання кадмію. Така тенденція спостерігалась лише із вдиханням частинок пилу, що містив неорганічні сполуки кадмію.
Отруєння кадмієм є причиною хвороби, що вперше була описана в Японії в 50-х роках ХХ століття і отримала назву «Ітай-ітай» (що дослівно означає "боляче-боляче").
Література [ред.]
- Глосарій термінів з хімії // Й.Опейда, О.Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім.. Л.М.Литвиненка НАН України, Донецький національний університет - Донецьк:»Вебер», 2008. – 758 с. ISBN 978-966-335-206-0
- Мала гірнича енциклопедія. В 3-х т. / За ред. В. С. Білецького. — Донецьк: Донбас, 2004. — ISBN 966-7804-14-3.
