Кадмий

Кадмий Кислород

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).

[править]опасность для здоровья

Кадмий — один из немногих элементов, не выполняющий конструктивных функций в человеческом организме. Этот элемент и его соединения являются чрезвычайно токсичными даже в незначительных концентрациях. Имеет свойство накапливаться в организмах и экосистемах.

Вдыхание кадмиевой пыли быстро приводит к заболеваниям, часто смертельным, дыхательных путей и почек (чаще всего — почечная недостаточность). Поглощение любого значительного количества кадмия вызывает немедленное поражение печени и почек. Соединения, содержащие кадмий также канцерогенны.

Отравление кадмием является причиной болезни, которая впервые была описана в Японии в 50-х годах XX века и получила название «Итай-итай» (что дословно означает «больно-больно»).

  • Глоссарий терминов по химии // Й.Опейда, О.Швайка. Ин-т физико-органической химии и углехимии им. Л. М. Литвиненко НАН Украины, Донецкий национальный университет — Донецк: «Вебер», 2008. — 758 с. ISBN 978-966-335-206-0
  • Малая горная энциклопедия. В 3-х т. / Под ред. В. С. Белецкого . — Донецк: Донбасс, 2004. — ISBN 966-7804-14-3
  • Р. Рипан, И. Чертяну. Неорганическая химия: Химия металлов: В 2 т. — М .: Изд. «Мир», 1971. — Т. 1. — 561 с.
  • Химические свойства неорганических веществ: Учеб. пособие для вузов. 3-е изд., Испр. / Р. А. Лидин, В. А. Молочко, Л. Л. Андреева; Под ред. Р. А. Лидин. — М.: Химия, 2000. 480 с .: ил. — ISBN 5-7245-1163-0.

[править]распространение в природе

Кадмий относится к числу редких рассеянных элементов, его Кларк (процент содержания по массе) в земной коре составляет 1,3 · 10−5 %. Для кадмия характерна миграция в горячих подземных водах вместе с цинком и другими халькофильных элементами (то есть химическими элементами, склонными к образованию природных сульфидов, селенидов, теллурида, сульфосолей, иногда встречаются в самородном состоянии) и концентрация в гидротермальных отложениях.

Хотя известны самостоятельные минералы кадмия — гринокит (CdS), отавит (CdCO3), монтепонит (CdO) и селенид (CdSe), своих залежей они не образуют, а присутствующие в виде примесей в цинковых, свинцовых, медных и полиметаллических рудах, и является основным источником промышленного получения кадмия.

В определенной степени кадмий присутствует и в воздухе. Содержание кадмия в воздухе составляет 0,1−5,0 нг/м3 в сельской местности (1 нг или 10−9 г), 2-15 нг/м3 — в городах и от 15 до 150 нг/м3 — в промышленных районах.

Связано это с тем, что многие виды угля содержат кадмий в виде примесей и, при сжигании на теплоэлектростанциях, он попадает в атмосферу. При этом большая его часть оседает на почве. Также увеличению содержания кадмия в почве способствует использование минеральных удобрений, так как все они содержат незначительные примеси кадмия.

Кадмий может накапливаться в растениях (больше всего в грибах) и живых организмах (особенно в водных) и далее по пищевой цепи может «поставляться» человеку. Много кадмия в сигаретном дыме.

Природный кадмий состоит из 6 устойчивых изотопов. Было выявлено 27 устойчивых радиоизотопов: Cd-113 с периодом полураспада 7,7 квадриллионов лет, Cd-109 с периодом полураспада 462,6 дней и Cd-115 с периодом полураспада 53,46 часов. Все остальные радиоактивные изотопы имеют период полураспада менее 2,5 часов и большинство из них имеют период полураспада менее 5 минут.

Изотопы кадмия имеют атомную массу в пределах от 96,935 Дн (Cd-97) до 129,934 Дн (Cd-138). Основной вид распада наиболее распространенного устойчивого изотопа Cd-112 — это захват электрона и его бета-излучения. Продуктом распада к операции является элемент 47 (серебро), а после — элемент 49 (индий).

Мировое производство кадмия в начале XXI века составляет около 20 млн т. Из них страны Азии дают 45 %, Америки — 25 %, Европы — 27 %.

Основные источники кадмия — промежуточные продукты цинкового производства, пыль свинцовых и медеплавильных заводов. Сырье обрабатывают концентрированной серной кислотой и получают CdSO4 в растворе. Из раствора Cd выделяют, используя цинковую пыль:

Полученный металл очищают переплавкой под слоем щелочи для удаления примесей цинка и свинца. Кадмий высокой чистоты получают электрохимическим рафинированием с промежуточным очисткой электролита.

[править]физические свойства

Кадмий — это мягкий, тягучий, гибкий, серебристо-белый двухвалентный металл, который можно легко разрезать. Во многом он похож на цинк, но он способен образовывать сложные соединения.

Биологическая роль кадмия

Кадмий обнаруживается в организмах практически всех животных (у наземных около 0,5 мг на 1 кг массы, а у морских – от 0,15 до 3 мг/кг). Вместе с тем его относят к наиболее токсичным тяжелым металлам.

Кадмий сосредотачивается в организме преимущественно в почках и печени, при этом содержание кадмия в организме к старости повышается. Он накапливается в виде комплексов с белками, которые участвуют в ферментативных процессах. Попадая в организм извне, кадмий оказывает ингибирующее действие на целый ряд ферментов, разрушая их.

Его действие основано на связывании группы –SH цистеиновых остатков в белках и ингибировании SH-ферментов. Он может также ингибировать действие цинксодержащих ферментов, замещая цинк. Из-за близости ионных радиусов кальция и кадмия, он может замещать кальций в костной ткани.

Люди отравляются кадмием, употребляя воду, загрязненную кадмиесодержащими отходами, а также овощи и зерновые, растущие на землях, расположенных вблизи от нефтеперегонных заводов и металлургических предприятий. Особой способностью накапливать кадмий отличаются грибы.

По некоторым сведениям, содержание кадмия в грибах может достигать единиц, десятков и даже 100 и более миллиграммов на кг собственной массы. Соединения кадмия есть среди вредных веществ, находящихся в табачном дыме (одна сигарета содержит 1–2 мкг кадмия).

Классическим примером хронического отравления кадмием является заболевание, впервые описанное в Японии в 1950-е и получившее название «итай-итай». Болезнь сопровождалась сильными болями в поясничной области, болью в мышцах. Появлялись и характерные признаки необратимого поражения почек.

Были зафиксированы сотни смертельных исходов «итай-итай». Заболевание приняло массовый характер в силу высокой загрязненности окружающей среды в Японии в то время и специфики питания японцев – преимущественно рисом и морепродуктами (они способны накапливать кадмий в высоких концентрациях).

В США была обнаружена зависимость между содержанием кадмия в атмосфере и частотой смертельных случаев от сердечно-сосудистых заболеваний.

Считают, что без вреда для здоровья в организм человека в сутки может поступать около 1 мкг кадмия на 1 кг собственного веса. В питьевой воде кадмия не должно содержаться более 0,01 мг/л. Противоядием при отравлении кадмием является селен, однако употребление продуктов, богатых этим элементом, приводит к понижению содержания серы в организме, и в этом случае кадмий снова становится опасным.

Где используется

Токсичность ограничивает, но не обнуляет достоинства металла. Его используют во всех сегментах, кроме пищепрома.

Запасы и месторождения

Кадмий — редкий рассеянный элемент. Из него образуется ограниченное число соединений. Основным минералом, в котором содержится значительное количество этого элемента, является гринокит. Из него не образуются естественные скопления. Чаще данный минерал встречается в виде землянистой корки, которой покрываются цинковые минералы.

В больших количествах его добывают в зонах сульфидных месторождений. Самые большие из них расположены в Средней Азии, Казахстане, на Южном Урале.

Редкие минералы, которые могут содержать кадмий, — кадмоселит, отавит, монтепонит.

Защитные покрытия

40 % производимого кадмия используется для нанесения антикоррозионных покрытий на металлы.

Химические источники тока

Около 20 % кадмия идет на изготовление кадмиевых электродов, применяемых в аккумуляторах (никель-кадмиевых и серебряно-кадмиевых), нормальных элементах Вестона, в резервных батареях (свинцово-кадмиевый элемент, ртутно-кадмиевый элемент и др.

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 7,7×1015 лет)

История

Кадмий (лат. Cadmia, греч. Kadmeia означает цинковая руда) был открыт в Германии в 1817 Фридрихом Штрогмеером. Штронгмеер нашел новый элемент в загрязнении оксида цинка, и около 100 лет Германия оставалась единственной страной, которая импортировала этот металл.

История открытия

Новый химический элемент, который был назван кадмием, открыл Фридрих Штромейер в 1817 году. Известный профессор химии, фармацевт занимался инспектирование аптек. В процессе прокаливании разных образцов карбоната натрия он отметил, что из некоторых представителей получается коричневый или оранжево-желтый оксид.

Практически в то же время, независимо от работ Штромейера, изучая соединения на основе цинка кадмий выделили К. Херман и И. Ролофф.

Как производят

Производство связано с получением цинка. Кадмий является побочным продуктом извлечения цинка из его минералов. Этот способ получения амальгамный.

Гидроэлектрометаллургический способ состоит из стадий:

  • выщелачивание руды;
  • очистка раствора от примесей;
  • цементация или электролитическое осаждение металла;
  • плавка полученной губки.

Далее при надобности металл рафинируют, доводят до высокой чистоты.

Медицина

  • Иногда кадмий применяется в экспериментальной медицине.

Кадмий используется в гомеопатической медицине

  • В последние годы кадмий стал применяться при создании новых противоопухолевых нано-медикаментов. В России в начале 1950-х годов были проведены первые успешные эксперименты, связанные с разработкой противоопухолевых медикаментов на основе соединений кадмия.

Меры профилактики интоксикации кадмием

Чтобы снизить вероятность отравления кадмием:

  • Если вы курите, поговорите со своим врачом о том, как бросить курить. Курение является самым распространенным источником поступления кадмия в организм для большинства людей.
  • Определите потенциальные источники кадмия в доме и вокруг него, на работе и в местах, где играют ваши дети.
  • Если у вас есть огород, подумайте о проверке удобрений на содержание кадмия. Некоторые удобрения содержат большое количество кадмия, который затем может концентрироваться в ваших овощах. Избегайте использования фунгицидов, содержащих кадмий, возле ваших огородов.
  • Придерживайтесь сбалансированной диеты, которая обеспечивает достаточное количество кальция, железа, белка и цинка.
  • Проведите инвентаризацию и надлежащим образом храните кадмийсодержащие продукты на работе и у себя дома. Храните их в недоступном для детей месте. В случае сомнений проверьте этикетку на содержание кадмия или позвоните производителю, чтобы узнать, содержит ли продукт кадмий.
  • Храните никель-кадмиевые батареи в недоступном для детей месте. Узнайте, как правильно утилизировать эти батареи.
  • Если у вас есть колодец, проверьте воду на содержание кадмия.
  • Если кадмий присутствует в колодезной воде, подумайте об использовании бутилированной воды для питья или установите фильтр для воды, удаляющий кадмий и другие металлы из питьевой воды.
  • Если вы работаете с кадмием, поговорите со своим специалистом по охране труда и технике безопасности, чтобы узнать, можете ли вы принести кадмий домой на своей одежде, коже, волосах, инструментах или других предметах.
  • Не позволяйте маленьким детям играть на свалках с опасными отходами или рядом с ними.

Эффективного лечения отравления кадмием не существует. В случае интоксикации лечение будет направлено на то, чтобы помочь справиться с симптомами и облегчить их.

Механические

Свойства:

  1. Металл соединяют с цирконием, цинком для получения сплавов с улучшенными характеристиками.
  2. Для увеличение механических свойств сплав дополняется редкоземельными металлами, которые выступают в роли легированных добавок.
  3. Твердость по системе Бринелля — 20 НВ.

Нахождение в продуктах

ПДК кадмия в воде согласно СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Гигиенические требования к обеспечению безопасности систем горячего водоснабжения» — 1 мкг/л

Ископаемый уголь, древесный уголь, ПЭТ тара, древесные гранулы пеллеты (до 0,5 мг/кг), рыба (0,2 мг/кг), какао-порошок (0,5 мг/кг), почки животных (1 мг/кг), рис (0,06 мг/кг), сигарета (0,002 мг/кг), пшеничный хлеб (0,03 мг/кг), маргарин (0,042 мг/кг), говядина/свинина (0,016 мг/кг), креветки (1,2 мг/кг)

Общая информация

Простое вещество — кадмий. Мягкий ковкий металл, аллотропных модификаций НЕ мае..Густина 8,65, т-ра плавления 321,1 ° C, т-ра кипения — 766,5 ° C. Кларк К. — 1,35 · 10-35%. Реагирует с кислотами. Растворимые соединения ядовиты. Образует редкие минералы:

гринокит CdS (77,7% Cd), отавит CdCO 3, кадмоселит CdSe, монтепонит CdO (87,5% Cd). Входит в виде изоморфной примеси в минералов цинка, особенно в сфалерита. Примесь Cd (тысячные доли%) является в гидротермальных рудах, где он присутствует в Сфалерит, галените и др., Главным образом сульфидных минералах. Повышенное содержание К. до 1,5% характерен для маложелезистого Сфалерит.

Во влажном воздухе покрывается защитной оксидацийного пленкой с CdO, при сильном нагревании сгорает до CdO. Галогенами легко оксидируется к галида. Растворяется в минеральных кислотах, в лугах не растворим. Реагирует с кислородом при нагревании, а также с кислотами.

Ограничение применения

В 2022 году принят Технический регламент Евразийского экономического союза «Об ограничении применения опасных веществ в изделиях электротехники и радиоэлектроники» (ТР ЕАЭС 037/2022), по которому содержание кадмия в изделиях электротехники и радиоэлектроники не должно превышать 0,01 % по весу однородного материала (Приложение N 2). В Европе действует аналогичная норма (Директива 2002/95/EC).

Острая токсичность


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

Симптомы острого отравления солями кадмия — рвота и судороги.

Пигменты

Около 20 % кадмия используется для производства неорганических красящих веществ (сульфиды и селениды, смешанные соли, например, сульфид кадмия — кадмий лимонный).

Применение

— Большая часть добываемого кадмия применяется для производства покрытий против коррозии. Кадмиевое покрытие создает более прочное и пластичное сцепление с деталью, чем все другие, поэтому кадмирование применяется для защиты от коррозии в особо сложных условиях, например, при контакте с морской водой, для защиты электроконтактов.
— Весьма востребован при изготовлении аккумуляторов и батарей. Кадмий
— Используется как реактив для лабораторных исследований.
— Почти пятая часть получаемого вещества идет на изготовление пигментов — солей кадмия.
— Применяется для придания сплавам нужных свойств. Сплавы с кадмием бывают легкоплавкими (со свинцом, оловом, висмутом), пластичными, и тугоплавкими (с никелем, медью, цирконием), износостойкими. Из сплавов производят провода для ЛЭП, твердые припои для алюминия, подшипники для больших и мощных двигателей (судовых, авиационных). Легкоплавкие сплавы используют для изготовления гипсовых отливок, пайки стекла и металла, в некоторых огнетушителях.
— Очень важная сфера применения — атомная промышленность. Из кадмия производят стержни для регулирования скорости атомной реакции в реакторе, а также защитные экраны от нейтронного излучения.
— Входит в состав полупроводников, пленочных солнечных батарей, люминофоров, стабилизаторов для ПВХ, зубных пломб.
— Сплавы с золотом применяются в ювелирном деле. Варьируя соотношение золота и кадмия, можно получить сплавы разных оттенков, от желтого до зеленоватого.
— Иногда применяют в криотехнике из-за высокой теплопроводности при очень низких температурах.
— Кадмий способен накапливаться в раковых клетках, поэтому используется в некоторых методиках противоопухолевой терапии.

В магазине «ПраймКемикалсГрупп» продаются средства химической защиты, хим реактивы для лабораторных исследований, посуда и приборы для оборудования лабораторий и проведения исследований. Покупателей порадуют демократичные цены, доставка по Москве и области, отличный сервис.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

ЗаданиеЗапишите уравнение гидролиза сульфата кадмия в ионной и молекулярной формах.
ОтветСульфат кадмия – средняя соль, образованная сильно кислотой – серной (H2SO4) и слабым основанием – гидроксидом кадмия (II) (Cd(OH)2). Гидролизуется по катиону. Характер среды – кислый. Теоретически возможна вторая ступень.

Первая ступень:

CdSO4 ↔ Cd2 SO42-;

Cd2 SO42- HOH ↔ CdOH SO42- H ;

CdSO4 HOH ↔ [Cd(OH)]2SO4 H2SO4.

Вторая ступень:

[Cd(OH)]2SO4 ↔ 2CdOH SO42-;

CdOH SO42 HOH ↔ Cd(OH)2 SO42 HOH.

[Cd(OH)]2SO4 HOH ↔Cd(OH)2 H2SO4.

ПРИМЕР 2

ЗаданиеКакой комплекс преобладает в растворе, содержащем 1×10-2М кадмия (II) и 1М аммиака?
РешениеВ растворе, содержащем ионы кадмия и аммиак устанавливаются следующие равновесия:

Cd2 NH3↔Cd(NH3)2 ;

Cd(NH3)2 NH3↔ Cd(NH3)22 ;

…………

Cd(NH3)32 NH3↔ Cd(NH3)42 .

Из справочных таблиц b1 = 3,24×102, b2 = 2,95×104, b3 = 5,89×105, b4 = 3,63×106. Учитывая, что с(NH3) >>c(Cd), полагаем, что [NH3] = с(NH3) = 1М. Рассчитываем a0:

a0 = [Cd] / c(Cd) = 1 / (1 b1×[NH3] … b4×[NH3]4);

a0 = 1 / (1 3,24×102 2,95×104×12 5,89×105×13 3,63×106×14) = 2,35×10-7.

a1 = [Cd(NH3)2 ] / c(Cd) = b1×[NH3]×a0;

a1 = 3,24×102×1× 2,35×10-7 = 8×10-7 = 8×10-3%.

a2 = [Cd(NH3)22 ] / c(Cd) = b2×[NH3]2×a0;

a2 = 2,95×104×12× 2,35×10-7 = 7×10-3 = 0,7%.

a3 = [Cd(NH3)32 ] / c(Cd) = b3×[NH3]3×a0;

a3 = 5,89×105×13× 2,35×10-7 = 0,140 = 14,0%.

a4 = [Cd(NH3)42 ] / c(Cd) = b4×[NH3]4×a0;

a4 = 3,63×106×14× 2,35×10-7 = 0,853 = 85,3%.

ОтветВ растворе преобладает комплекс состава Cd(NH3)42 .

Ваша оценка?

Санитарно-экологические нормативы


В питьевой воде ПДК для кадмия 0,001 мг/дм3 (СанПиН 2.1.4.1074-01).

Свойства кадмия

— Кадмий хорошо обрабатывается, вальцуется и полируется. В сухом воздухе кадмий с кислородом реагирует (горит) лишь при высоких температурах. Реагирует с неорганическими кислотами с образованием солей. С растворами щелочей не реагирует. В расплавленном состоянии вступает в реакции с галогенами, серой, теллуром, селеном, кислородом.
— Несмотря на то, что кадмий в микроколичествах присутствует во всех живых организмах и участвует в их обмене веществ, его пары и пары его соединений крайне ядовиты. Например, концентрация 2,5 г/куб. м оксида кадмия в воздухе убивает уже через 1 минуту. Очень опасно вдыхание воздуха с пылью или дымом, содержащими кадмий,
Кадмий
— Кадмий считается одним из самых опасных тяжелых металлов, он отнесен к веществам 2-го класса опасности, так же как ртуть и мышьяк. Он отрицательно влияет на ферментную, гормональную, кровеносную и центральную нервную систему, нарушает фосфорно-кальциевый обмен (разрушает кости), поэтому при работе с ним надо использовать средства химической защиты. При отравлении кадмием требуется срочная медицинская помощь.

Соединения кадмия

Кадмий образует бинарные соединения, соли и многочисленные комплексные, в том числе металлоорганические, соединения. В растворах молекулы многих солей, в частности галогенидов, ассоциированы. Растворы имеют слабокислотную среду вследствие гидролиза. При действии растворов щелочей, начиная с рН 7–8, осаждаются основные соли.

Оксид кадмия CdO получают при взаимодействии простых веществ или прокаливанием гидроксида либо карбоната кадмия. В зависимости от «термической истории» он может быть зеленовато-желтым, коричневым, красным или почти черным. Это частично обусловлено размером частиц, но в большей степени является результатом дефектов кристаллической решетки. Выше 900° С оксид кадмия летуч, а при 1570° С полностью возгоняется. Он обладает полупроводниковыми свойствами.

Оксид кадмия легко растворяется кислотах и плохо – в щелочах, легко восстанавливается водородом (при 900° С), монооксидом углерода (выше 350° С), углеродом (выше 500° С).

Оксид кадмия используют в качестве материала электродов. Он входит в состав смазочных масел и шихты для получения специальных стекол. Оксид кадмия катализирует ряд реакций гидрогенизации и дегидрогенизации.

Гидроксид кадмия Cd(OH)2 выпадает в виде белого осадка из водных растворов солей кадмия(II) при добавлении щелочи. При действии очень концентрированных растворов щелочей он превращается в гидроксокадматы, такие как Na2[Cd(OH)4]. Гидроксид кадмия реагирует с аммиаком с образованием растворимых комплексов:

Cd(OH)2 6NH3·H2O = [Cd(NH3)6](OH)2 6H2O

Кроме того, гидроксид кадмия переходит в раствор под действием цианидов щелочных элементов. Выше 170° С он разлагается до оксида кадмия. Взаимодействие гидроксида кадмия с пероксидом водорода в водном растворе приводит к образованию пероксидов разнообразного состава.

Применяют гидроксид кадмия для получения других соединений кадмия, а также как аналитический реагент. Он входит в состав кадмиевых электродов в источниках тока. Кроме того, гидроксид кадмия используется в декоративных стеклах и эмалях.

Фторид кадмия CdF2 мало растворим в воде (4,06% по массе при 20° С), не растворим в этаноле. Его можно получить действием фтора на металл или фтороводорода на карбонат кадмия.

Фторид кадмия используется в качестве оптического материала. Он входит в состав некоторых стекол и люминофоров, а также твердых электролитов в химических источниках тока.

Хлорид кадмия CdCl2 хорошо растворим в воде (53,2% по массе при 20° С). Его ковалентный характер обусловливает сравнительно низкую температуру плавления (568,5° С), а также растворимость в этаноле (1,5% при 25° С).

Хлорид кадмия получают при взаимодействии кадмия с концентрированной соляной кислотой или хлорированием металла при 500° С.

Хлорид кадмия является компонентом электролитов в кадмиевых гальванических элементах и сорбентов в газовой хроматографии. Он входит в состав некоторых растворов в фотографии, катализаторов в органическом синтезе, флюсов для выращивания полупроводниковых кристаллов. Его используют как протраву при крашении и печатании тканей. Из хлорида кадмия получают кадмиеорганические соединения.

Бромид кадмия CdBr2 образует чешуйчатые кристаллы с перламутровым блеском. Он очень гигроскопичен, хорошо растворим в воде (52,9% по массе при 25° С), метаноле (13,9% по массе при 20° С), этаноле (23,3% по массе при 20° С).

Получают бромид кадмия бромированием металла или действием бромоводорода на карбонат кадмия.

Бромид кадмия служит катализатором в органическом синтезе, является стабилизатором фотоэмульсий и компонентом вирирующих составов в фотографии.

Иодид кадмия CdI2 образует блестящие кристаллы в виде листочков, у них слоистая (двумерная) кристаллическая структура. Известно до 200 политипов иодида кадмия, различающихся последовательностью расположения слоев с гексагональной и кубической плотнейшей упаковкой.

В отличие от других галогенов, иодид кадмия не гигроскопичен. Он хорошо растворяется в воде (46,4% по массе при 25° С). Получают иодид кадмия иодированием металла при нагревании или в присутствии воды, а также действием иодоводорода на карбонат или оксид кадмия.

Иодид кадмия служит катализатором в органическом синтезе. Он является компонентом пиротехнических составов и смазочных материалов.

Сульфид кадмия CdS был, вероятно, первым соединением этого элемента, которым заинтересовалась промышленность. Он образует кристаллы от лимонно-желтого до оранжево-красного цвета. Сульфид кадмия обладает полупроводниковыми свойствами.

В воде это соединение практически не растворяется. К действию растворов щелочей и большинства кислот он также устойчив.

Получают сульфид кадмия взаимодействием паров кадмия и серы, осаждением из растворов под действием сероводорода или сульфида натрия, реакциями между кадмий- и сераорганическими соединениями.

Сульфид кадмия – важный минеральный краситель, раньше его называли кадмиевой желтью.

В малярном деле кадмиевая желть впоследствии стала применяться шире. В частности, ею красили пассажирские вагоны, потому что, помимо прочих достоинств, эта краска хорошо противостояла паровозному дыму. Как красящее вещество сульфид кадмия использовали также в текстильном и мыловаренном производствах. Соответствующие коллоидные дисперсии применяли для получения цветных прозрачных стекол.

В последние годы чистый сульфид кадмия вытесняется более дешевыми пигментами – кадмопоном и цинкокадмиевым литопоном. Кадмопон – смесь сульфида кадмия и сульфата бария. Его получают, смешивая две растворимые соли – сульфат кадмия и сульфид бария. В результате образуется осадок, содержащий две нерастворимые соли:

CdSO4 BaS = CdSЇ BaSO4Ї

Цинкокадмиевый литопон содержит еще и сульфид цинка. При изготовлении этого красителя в осадок выпадают одновременно три соли. Литопон – кремового цвета или цвета слоновой кости.

С добавками селенида кадмия, сульфида цинка, сульфида ртути и других соединений сульфид кадмия дает термически устойчивые пигменты с яркой окраской от бледно-желтой до темно-красной.

Сульфид кадмия придает пламени синюю окраску. Это его свойство используют в пиротехнике.

Кроме того, сульфид кадмия применяется как активная среда в полупроводниковых лазерах. Он случит в качестве материала для изготовления фотоэлементов, солнечных батарей, фотодиодов, светодиодов, люминофоров.

Селенид кадмия CdSe образует темно-красные кристаллы. Он не растворяется в воде, разлагается соляной, азотной и серной кислотами. Получают селенид кадмия сплавлением простых веществ или из газообразных кадмия и селена, а также осаждением из раствора сульфата кадмия под действием селеноводорода, реакцией сульфида кадмия с селенистой кислотой, взаимодействием между кадмий- и селенорганическими соединениями.

Селенид кадмия является люминофором. Он служит в качестве активной среды в полупроводниковых лазерах, является материалом для изготовления фоторезисторов, фотодиодов, солнечных батарей.

Селенид кадмия является пигментом для эмалей, глазурей и художественных красок. Селенидом кадмия окрашивают рубиновое стекло. Именно он, а не оксид хрома, как в самом рубине, сделал рубиново-красными звезды московского Кремля.

Теллурид кадмия CdTe может иметь окраску от темно-серой до темно-коричневой. Он не растворяется в воде, но разлагается концентрированными кислотами. Его получают взаимодействием жидких или газообразных кадмия и теллура.

Обладающий полупроводниковыми свойствами теллурид кадмия используют как детектор рентгеновского и g-излучения, а теллурид ртути-кадмия нашел широкое применение (особенно в военных целях) в ИК детекторах для тепловидения.

При нарушении стехиометрии или введении примесей (например, атомов меди и хлора), теллурид кадмия приобретает светочувствительные свойства. Это используется в электрофотографии.

Кадмиеорганические соединения CdR2 и CdRX (R = CH3, C2H5, C6H5 и другие углеводородные радикалы, Х – галогены, OR, SR и др.) обычно получают из соответствующих реактивов Гриньяра. Они термически менее устойчивы, чем их цинковые аналоги, однако в целом менее реакционноспособны (обычно не воспламеняются на воздухе). Их наиболее важной областью применения является получение кетонов из хлорангидридов кислот.

Сплавы

Кадмий используется как компонент твёрдых припоев (сплавов на основе серебра, меди, цинка) для снижения их температуры плавления. Около 10 % производимого кадмия — компонент ювелирных и легкоплавких сплавов. Сплав кадмия с золотом — единственный металлический сплав зелёного цвета. Сплав кадмия с вольфрамом, рением и 0,15 % урана 235 — небесно-голубого цвета был получен испанскими учеными в 1998 году.

Степень окисления кадмия

Атомы кадмия в соединениях имеют степени окисления 2, 1.

Степень окисления — это условный заряд атома в соединении: связь в молекуле между атомами основана на разделении электронов, таким образом, если у атома виртуально увеличивается заряд, то степень окисления отрицательная (электроны несут отрицательный заряд), если заряд уменьшается, то степень окисления положительная.

Физические свойства

Кадмий — серебристо-белый мягкий металл с гексагональной решёткой. Температура плавления — 321 °C, температура кипения — 770 °C. Если кадмиевую палочку изгибать, то можно услышать слабый треск — это трутся друг о друга микрокристаллы металла (так же трещит и пруток олова); любые примеси в металле уничтожают этот эффект.

Хроническая токсичность

Кадмий — кумулятивный яд (способен накапливаться в организме).

Электронная схема кадмия

Cd: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10
Короткая запись:
Cd: [Kr]5s2 4d10

Одинаковую электронную конфигурацию имеют атом кадмия и 1In, 2Sn, 3Sb, 4Te, 5I, 6Xe

Порядок заполнения оболочек атома кадмия (Cd) электронами: 1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 6s → 4f → 5d → 6p → 7s → 5f → 6d → 7p.

На подуровне ‘s’ может находиться до 2 электронов, на ‘s’ — до 6, на ‘d’ — до 10 и на ‘f’ до 14

Кадмий имеет 48 электронов, заполним электронные оболочки в описанном выше порядке:

2 электрона на 1s-подуровне

2 электрона на 2s-подуровне

6 электронов на 2p-подуровне

2 электрона на 3s-подуровне

6 электронов на 3p-подуровне

2 электрона на 4s-подуровне

10 электронов на 3d-подуровне

6 электронов на 4p-подуровне

2 электрона на 5s-подуровне

10 электронов на 4d-подуровне

Электронное строение атома кадмия

Атом кадмия состоит из положительно заряженного ядра ( 48), внутри которого есть 48 протонов и 64 нейтрона, а вокруг, по пяти орбитам движутся 48 электронов.

Рис.1. Схематическое строение атома кадмия.

Распределение электронов по орбиталям выглядит следующим образом:

48Cd)2)8)18)18)2;

1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s2.

Валентными электронами атома кадмия считаются электроны, расположенные на 4d— и 5s-орбиталях. Энергетическая диаграмма основного состояния принимает следующий вид:

Валентные электроны атома кадмия можно охарактеризовать набором из четырех квантовых чисел: n (главное квантовое), l (орбитальное), ml (магнитное) и s (спиновое):

Подуровеньnlmls
s5 1/2
s5-1/2
d42-2 1/2
d42-1 1/2
d42 1/2
d42 1 1/2
d42 2 1/2
d42-2-1/2
d42-1-1/2
d42-1/2
d42 1-1/2
d42 2-1/2
Оцените статью
Кислород
Добавить комментарий