;

Кадмий

Ка́дмий (лат. Cadmium), Cd (читается «кадмий»), химический элемент с атомным номером 48, атомная масса 112,41.
Природный кадмий состоит из восьми стабильных изотопов: 106Cd (1,22%), 108Cd (0,88%), 110Cd (12,39%), 111Cd (12,75%), 112Cd (24,07%), 113Cd (12,26%), 114Cd (28,85%) и 116Cd (12,75%). Расположен в 5 периоде в группе IIВ периодической системы элементов. Конфигурация двух внешних электронных слоев 4s2p6d105s2. Степень окисления +2 (валентность II).
Радиус атома 0,154 нм, радиус иона Cd 2+0,099 нм. Энергии последовательной ионизации — 8,99, 16,90, 37,48 эВ. Электроотрицательность по Полингу 1,69.
Редактировать

История открытия

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

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 полиметаллических рудах: сфалерите (0,01-5%), галените (0,02%), халькопирите (0,12%), пирите (0,02%), блеклых рудах и станнине (до 0,2%).
Редактировать

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.
Редактировать

Физические и химические свойства

Кадмий — серебристо-белый мягкий металл с гексагональной решеткой (а = 0,2979, с = 0,5618 нм). Температура плавления 321,1 °C, кипения 766,5 °C, плотность 8,65 кг/дм3. Если кадмиевую палочку изгибать, то можно услышать слабый треск — это трутся друг о друга микрокристаллики металла. 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 — Zn 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 водородом, азотом, углеродом, кремнием и бором 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)2Ї
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
Редактировать

Применение

40% производимого кадмия используется для нанесения антикоррозионных покрытий на металлы. 20% кадмия идет на изготовление кадмиевых электродов, применяемых в аккумуляторах, нормальных элементах Вестона. Около 20% кадмия используется для производства неорганических красящих веществ, специальных припоев, полупроводниковых материалов и люминофоров. 10% кадмия — компонент ювелирных и легкоплавких сплавов, пластмасс.
Редактировать

Физиологическое действие

Пары кадмия и его соединения токсичны, причем кадмий может накапливаться в организме. В питьевой воде ПДК для кадмия 10 мг/м3. Симптомы острого отравления солями кадмия — рвота и судороги. 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.
Редактировать

Дополнительная литература

  • Федоров П. И. Химия и технология малых металлов. Висмут и кадмий. М., 1986.
  • Щербов Д. П., Матвеец М. А. Аналитическая химия кадмия. М., 1973.
Статья находится в рубриках
Яндекс.Метрика