Κάδμιο- στοιχείο της δευτερεύουσας υποομάδας της δεύτερης ομάδας, της πέμπτης περιόδου περιοδικό σύστημαχημικά στοιχεία DI Mendeleev, με ατομικό αριθμό 48. Ορίζεται με το σύμβολο Cd (λατ. Κάδμιο). Ένα μαλακό εύπλαστο όλκιμο μεταβατικό μέταλλο ασημί-λευκού χρώματος.

Ο συνοικιακός γιατρός Rolov διακρίθηκε από μια σκληρή διάθεση. Έτσι, το 1817, διέταξε την απόσυρση από την πώληση όλων των παρασκευασμάτων με οξείδιο του ψευδαργύρου που παρήχθησαν στο εργοστάσιο Shenbeck του Hermann. Με την εμφάνιση των σκευασμάτων, υποψιάστηκε ότι υπήρχε αρσενικό σε οξείδιο του ψευδαργύρου! (Το οξείδιο του ψευδαργύρου εξακολουθεί να χρησιμοποιείται για δερματικές παθήσεις · από αυτό παρασκευάζονται αλοιφές, σκόνες και γαλακτώματα.)
Για να αποδείξει την περίπτωσή του, ο αυστηρός επιθεωρητής διέλυσε το ύποπτο οξείδιο σε οξύ και πέρασε υδρόθειο μέσω αυτού του διαλύματος: ένα κίτρινο ίζημα έπεσε έξω. Τα σουλφίδια του αρσενικού είναι απλώς κίτρινα!
Ο ιδιοκτήτης του εργοστασίου άρχισε να αμφισβητεί την απόφαση του Ρολόφ. Himselfταν ο ίδιος χημικός και, έχοντας αναλύσει προσωπικά δείγματα προϊόντων, δεν βρήκε κανένα αρσενικό σε αυτά. Ανέφερε τα αποτελέσματα της ανάλυσης στον Ρολόφ, και ταυτόχρονα στις αρχές της πολιτείας του Ανόβερου. Οι αρχές ζήτησαν φυσικά δείγματα για να τα στείλουν για ανάλυση σε έναν από τους έγκριτους χημικούς. Αποφασίστηκε ότι ο δικαστής στη διαφορά μεταξύ Rolow και Hermann θα πρέπει να είναι ο καθηγητής Friedrich Stromeyer, ο οποίος από το 1802 κατείχε το Τμήμα Χημείας στο Πανεπιστήμιο του Göttingen και τη θέση του Γενικού Επιθεωρητή όλων των φαρμακείων του Ανόβερο.
Ο Stromeyer απέστειλε όχι μόνο οξείδιο, αλλά και άλλα σκευάσματα ψευδαργύρου από το εργοστάσιο του Hermann, συμπεριλαμβανομένου του ZnCO3, από το οποίο ελήφθη αυτό το οξείδιο. Έχοντας συμπυκνωμένο ανθρακικό ψευδάργυρο, ο Stromeyer έλαβε οξείδιο, αλλά όχι λευκό, όπως θα έπρεπε, αλλά κιτρινωπό. Ο ιδιοκτήτης του εργοστασίου εξήγησε το χρώμα με ένα μείγμα σιδήρου, αλλά ο Stromeyer δεν ήταν ικανοποιημένος με αυτήν την εξήγηση. Έχοντας αγοράσει περισσότερα σκευάσματα ψευδαργύρου, έκανε μια πλήρη ανάλυση αυτών και, χωρίς ιδιαίτερη δυσκολία, απομόνωσε το στοιχείο που προκάλεσε το κιτρίνισμα. Η ανάλυση είπε ότι δεν ήταν αρσενικό (όπως υποστήριξε ο Rolov), αλλά όχι σίδηρος (όπως υποστήριξε ο Herman).

Ταν ένα νέο, άγνωστο μέχρι τώρα μέταλλο, χημικά πολύ παρόμοιο με τον ψευδάργυρο. Μόνο το υδροξείδιο του, σε αντίθεση με το Zn (OH) 2, δεν ήταν αμφοτερικό, αλλά είχε έντονες βασικές ιδιότητες.

Στοιχείο 48 του περιοδικού πίνακα Στην ελεύθερη μορφή του, το νέο στοιχείο ήταν ένα λευκό μέταλλο, μαλακό και όχι πολύ ισχυρό, καλυμμένο από πάνω με μεμβράνη καφετιούχου οξειδίου. Ο Stromeyer ονόμασε αυτό το μέταλλο κάδμιο, υπονοώντας σαφώς την προέλευση του "ψευδαργύρου": η ελληνική λέξη καδμεια χρησιμοποιείται εδώ και πολύ καιρό για να δηλώσει μεταλλεύματα ψευδαργύρου και οξείδιο ψευδαργύρου.

Το 1818, ο Stromeyer δημοσίευσε λεπτομερείς πληροφορίες σχετικά με το νέο χημικό στοιχείο και σχεδόν αμέσως άρχισαν να καταπατούν την προτεραιότητά του. Ο πρώτος που μίλησε ήταν ο ίδιος ο Ρολόφ, ο οποίος είχε πιστέψει προηγουμένως ότι τα σκευάσματα από το εργοστάσιο του Χέρμαν περιείχαν αρσενικό. Λίγο μετά τον Stromeyer, ένας άλλος Γερμανός χημικός, ο Kersten, βρήκε ένα νέο στοιχείο στο μεταλλεύμα ψευδαργύρου της Σιλεσίας και το ονόμασε mellin (από το λατινικό mellinus - "κίτρινο σαν κυδώνι") λόγω του χρώματος του ιζήματος που σχηματίζεται από τη δράση του υδρόθειου. Wasταν όμως κάδμιο που είχε ήδη ανακαλύψει ο Stromeyer. Αργότερα, προτάθηκαν δύο ακόμη ονόματα για αυτό το στοιχείο: Klaprothium - προς τιμήν του διάσημου χημικού Martin Klaproth και Junonium - μετά τον αστεροειδή Juno που ανακαλύφθηκε το 1804. Παρ 'όλα αυτά, το όνομα που δόθηκε στο στοιχείο από τον ανακαλυφτή του έχει εδραιωθεί σταθερά. Είναι αλήθεια ότι στη ρωσική χημική βιβλιογραφία του πρώτου μισού του 19ου αιώνα. το κάδμιο συχνά ονομαζόταν κάδμιο.

48 ← Κάδμιο→ iumντιο
Ιδιότητες ατόμου
Όνομα, σύμβολο, αριθμός	Κάδμιο (Cd), 48
Ατομική μάζα (γραμμομοριακή μάζα)	112.411 (8) α. π.μ. (g / mol)
Ηλεκτρονική διαμόρφωση
Ακτίνα ατόμου
Χημικές ιδιότητες
Ομοιοπολική ακτίνα
Ακτίνα ιόντος
Ηλεκτρορνητικότητα	1,69 (κλίμακα Pauling)
Δυνατότητα ηλεκτροδίων
Καταστάσεις οξείδωσης
Ενέργεια ιοντισμού (πρώτο ηλεκτρόνιο)	867,2 (8,99) kJ / mol (eV)
Θερμοδυναμικές ιδιότητες μιας απλής ουσίας
Πυκνότητα (ώρα π.μ.)
Θερμοκρασία τήξης
Θερμοκρασία βρασμού
Ud θερμότητα σύντηξης	6,11 kJ / mol
Ud θερμότητα εξάτμισης	59,1 kJ / mol
Μοριακή θερμική ικανότητα	26,0 J / (K mol)
Μοριακός όγκος	13,1 cm³ / mol
Κρυστάλλινο πλέγμα απλής ουσίας
Δομή πλέγματος	εξαγώνιος
Παράμετροι πλέγματος	a = 2,979 c = 5,618
Αναλογία C / a
Θερμοκρασία Debye
Άλλα χαρακτηριστικά
Θερμική αγωγιμότητα	(300 K) 96,9 W / (m K)

ΟΡΙΣΜΟΣ

Κάδμιοπου βρίσκεται στην πέμπτη περίοδο της ομάδας ΙΙ της δευτερογενούς (Β) υποομάδας του Περιοδικού πίνακα.

Αναφέρεται στα στοιχεία ρε-οικογένειες. Μέταλλο. Ονομασία - Cd. Ο σειριακός αριθμός είναι 48. Η σχετική ατομική μάζα είναι 112,41 amu.

Ηλεκτρονική δομή του ατόμου καδμίου

Το άτομο καδμίου αποτελείται από έναν θετικά φορτισμένο πυρήνα (+48), μέσα στον οποίο υπάρχουν 48 πρωτόνια και 64 νετρόνια, και γύρω από, σε πέντε τροχιές, κινούνται 48 ηλεκτρόνια.

Εικ. 1 Σχηματική δομή του ατόμου καδμίου.

Η τροχιακή κατανομή των ηλεκτρονίων έχει ως εξής:

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

1μικρό 2 2μικρό 2 2Π 6 3μικρό 2 3Π 6 3ρε 10 4μικρό 2 4Π 6 4ρε 10 5μικρό 2 .

Τα ηλεκτρόνια Valence ενός ατόμου καδμίου είναι ηλεκτρόνια που βρίσκονται στο 4 ρε- και 5 μικρό-τροχιακά. Το ενεργειακό διάγραμμα της βασικής κατάστασης έχει την ακόλουθη μορφή:

Τα ηλεκτρόνια σθένους του ατόμου καδμίου μπορούν να χαρακτηριστούν από ένα σύνολο τεσσάρων κβαντικών αριθμών: ν(κύριο κβαντικό), μεγάλο(τροχιάς), μ λ(μαγνητικό) και μικρό(γνέθω):

Υποεπίπεδο

Παραδείγματα επίλυσης προβλημάτων

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1

Το έργο

Πόσα ατομικά τροχιακά Π- συμπληρώνεται το υποεπίπεδο στοιχεία με σειριακούς αριθμούς 35 και 54; Γράψτε τους ηλεκτρονικούς τύπους τους.

Απάντηση

Τα στοιχεία με σειριακούς αριθμούς 35 και 54 είναι βρώμιο και ξένον. Ας γράψουμε τους ηλεκτρονικούς τύπους τους στη βασική κατάσταση: 35 Br1 μικρό 2 2μικρό 2 2Π 6 3μικρό 2 3Π 6 3ρε 10 4μικρό 2 4Π 5 ; 54 Xe1 μικρό 2 2μικρό 2 2Π 6 3μικρό 2 3Π 6 3ρε 10 4μικρό 2 4Π 6 4ρε 10 5μικρό 2 5Π 6 . Στο υποπίπεδο p υπάρχουν 3 τροχιακά, καθένα από τα οποία δεν μπορεί να περιέχει περισσότερα από 2 ηλεκτρόνια (6 συνολικά). Τα π-τροχιακά των ατόμων βρωμίου και ξενονίου γεμίζουν.

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 2

Το έργο

Ποιες τιμές μπορούν να πάρουν οι κβαντικοί αριθμοί; ν, μεγάλο, μ λκαι Κυρίαπου χαρακτηρίζει την κατάσταση των ηλεκτρονίων σε ένα άτομο. Ποιες τιμές λαμβάνουν για τα εξωτερικά ηλεκτρόνια του ατόμου ασβεστίου;

Απάντηση

Ο κύριος κβαντικός αριθμός n μπορεί να πάρει τιμές από 1 έως άπειρο, αλλά στην πραγματικότητα το όριο του είναι 7. Ο τροχιακός κβαντικός αριθμός l μπορεί να λάβει τιμές από 0 έως 3. Μαγνητικός κβαντικός αριθμός μ λλαμβάνει τιμές από -l έως 0 έως + l. Ο κβαντικός αριθμός περιστροφής Κυρίαμπορεί να υπάρχουν μόνο δύο τιμές: +1/2 και -1/2. Ας γράψουμε την ηλεκτρονική διαμόρφωση της βασικής κατάστασης του ατόμου μαγνησίου (σημειώνουμε τα ηλεκτρόνια σθένους με έντονη γραφή): 1μικρό 2 2μικρό 2 2Π 6 3μικρό 2 3Π 6 4μικρό 2 . Τα ηλεκτρόνια της εξωτερικής ενεργειακής στάθμης θα χαρακτηρίζονται από το ακόλουθο σύνολο κβαντικών αριθμών: Υποεπίπεδο

Το κάδμιο (λατινικό κάδμιο, που συμβολίζεται με το σύμβολο Cd) είναι ένα στοιχείο με ατομικό αριθμό 48 και ατομική μάζα 112.411. Είναι ένα στοιχείο μιας δευτερεύουσας υποομάδας της δεύτερης ομάδας, της πέμπτης περιόδου του περιοδικού συστήματος χημικών στοιχείων του Ντμίτρι Ιβάνοβιτς Μεντελέγιεφ. Υπό κανονικές συνθήκες, η απλή ουσία κάδμιο είναι ένα βαρύ (πυκνότητας 8,65 g / cm3) μαλακό εύπλαστο όλκιμο μεταβατικό μέταλλο ασημί-λευκού χρώματος.

Το φυσικό κάδμιο αποτελείται από οκτώ ισότοπα, έξι από τα οποία είναι σταθερά: 106Cd (ισοτοπική αφθονία 1,22%), 108Cd (0,88%), 110Cd (12,39%), 111Cd (12,75%), 112Cd (24, 07%), 114Cd (28,85 %). Για δύο άλλα φυσικά ισότοπα, βρέθηκε ασθενής ραδιενέργεια: 113Cd (ισοτοπική αφθονία 12,22%, β-διάσπαση με χρόνο ημιζωής 7,7 ∙ 1015 έτη) και 116Cd (ισοτοπική αφθονία 7,49%, διπλή β-διάσπαση με χρόνο ημίσειας ζωής 3, 0 ∙ 1019 ετών).

Το σαράντα όγδοο στοιχείο του περιοδικού συστήματος ανακαλύφθηκε από τον Γερμανό καθηγητή Friedrich Stromeyer το 1817, αυτή η ανακάλυψη μπορεί να ονομαστεί τυχαία. Το γεγονός είναι ότι οι φαρμακοποιοί του Magdeburg, όταν μελέτησαν παρασκευάσματα που περιείχαν οξείδιο του ψευδαργύρου ZnO, υποψιάστηκαν την παρουσία αρσενικού σε αυτά. Δεδομένου ότι το οξείδιο του ψευδαργύρου είναι μέρος πολλών αλοιφών, σκόνων και γαλακτωμάτων που χρησιμοποιούνται για διάφορες δερματικές παθήσεις, οι επιθεωρητές απαγόρευσαν κατηγορηματικά την πώληση όλων των ύποπτων φαρμάκων. Φυσικά, ο κατασκευαστής φαρμάκων, υπερασπιζόμενος τα συμφέροντά του, ζήτησε μια ανεξάρτητη εξέταση. Ο Stromeyer ενήργησε ως ειδικός. Απομόνωσε ένα καφέ-καφέ οξείδιο από το ZnO, το μείωσε με υδρογόνο και έλαβε ένα ασημί-λευκό μέταλλο, το οποίο ονόμασε "κάδμιο" (από την ελληνική καδμία-ακάθαρτο οξείδιο του ψευδαργύρου, επίσης μεταλλεύμα ψευδαργύρου). Ανεξάρτητα από τον καθηγητή Stromeyer, το κάδμιο ανακαλύφθηκε στα μεταλλεύματα ψευδαργύρου της Σιλεσίας από μια ομάδα Γερμανών επιστημόνων - K. Hermann, K. Carsten και W. Meissner το 1818.

Το κάδμιο απορροφά καλά τα αργά νετρόνια, για το λόγο αυτό χρησιμοποιούνται ράβδοι καδμίου πυρηνικούς αντιδραστήρεςγια τη ρύθμιση της ταχύτητας μιας αλυσιδωτής αντίδρασης. Το κάδμιο χρησιμοποιείται σε αλκαλικές μπαταρίες και ως συστατικό σε ορισμένα κράματα. Έτσι, για παράδειγμα, κράματα χαλκού που περιέχουν περίπου 1% Cd (χάλκινα καδμίου) χρησιμοποιούνται για την κατασκευή καλωδίων τηλεγράφου, τηλεφώνου, τρόλεϊ, καθώς αυτά τα κράματα έχουν μεγαλύτερη αντοχή και αντοχή στη φθορά από τον χαλκό. Ένας αριθμός κραμάτων χαμηλής τήξης, όπως αυτά που χρησιμοποιούνται στους αυτόματους πυροσβεστήρες, περιέχουν το στοιχείο σαράντα όγδοο. Επιπλέον, το κάδμιο βρίσκεται σε μερικά κράματα κοσμημάτων. Αυτό το μέταλλο χρησιμοποιείται για την επένδυση καδμίου προϊόντων χάλυβα, επειδή φέρει στην επιφάνεια του ένα φιλμ οξειδίου, το οποίο έχει προστατευτικό αποτέλεσμα. Το γεγονός είναι ότι στο θαλασσινό νερό και σε πολλά άλλα μέσα, η επένδυση καδμίου είναι πιο αποτελεσματική από την επίστρωση ψευδαργύρου. Το κάδμιο έχει μακρά ιστορία χρήσης στην ομοιοπαθητική ιατρική. Οι ενώσεις του σαράντα όγδοου στοιχείου χρησιμοποιούνται επίσης ευρέως - το θειούχο κάδμιο χρησιμοποιείται για την κατασκευή κίτρινου χρώματος και χρωματισμένων γυαλιών, και το φθοροβορικό κάδμιο είναι μια σημαντική ροή που χρησιμοποιείται για τη συγκόλληση αλουμινίου και άλλων μετάλλων.

Το κάδμιο βρίσκεται στο σώμα όλων των σπονδυλωτών · έχει αποδειχθεί ότι επηρεάζει τον μεταβολισμό του άνθρακα, τη δραστηριότητα ορισμένων ενζύμων και τη σύνθεση του ιππουρικού οξέος στο ήπαρ. Ωστόσο, οι ενώσεις καδμίου είναι δηλητηριώδεις και το ίδιο το μέταλλο είναι καρκινογόνο. Η εισπνοή ατμών οξειδίου του καδμίου CdO είναι ιδιαίτερα επικίνδυνη και οι θανατηφόρες περιπτώσεις δεν είναι σπάνιες. Η διείσδυση του καδμίου στο γαστρεντερικό σωλήνα είναι επίσης επιβλαβής, αλλά δεν έχουν καταγραφεί περιπτώσεις θανατηφόρων δηλητηριάσεων, πιθανότατα αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το ίδιο το σώμα προσπαθεί να απαλλαγεί από την τοξίνη (έμετος).

Βιολογικές ιδιότητες

Αποδεικνύεται ότι το κάδμιο υπάρχει σχεδόν σε όλους τους ζωντανούς οργανισμούς - στους χερσαίους, το περιεχόμενο του σαράντα όγδοου στοιχείου είναι περίπου 0,5 mg ανά 1 κιλό μάζας, σε θαλάσσιους οργανισμούς (σφουγγάρια, συμπυκνωμένα, εχινόδερμα, σκουλήκια) - από 0,15 έως 3 mg / kg, η περιεκτικότητα καδμίου στα φυτά είναι περίπου 10-4% (σε ξηρή ύλη). Παρά την παρουσία καδμίου στους περισσότερους ζωντανούς οργανισμούς, η συγκεκριμένη φυσιολογική του σημασία δεν έχει ακόμη τεκμηριωθεί αξιόπιστα. Οι επιστήμονες κατάφεραν να διαπιστώσουν ότι αυτό το στοιχείο επηρεάζει τον μεταβολισμό των υδατανθράκων, τη σύνθεση του ιππουρικού οξέος στο ήπαρ, τη δραστηριότητα ενός αριθμού ενζύμων, καθώς και το μεταβολισμό του ψευδαργύρου, του χαλκού, του σιδήρου και του ασβεστίου στο σώμα. Υπάρχει μια πρόταση, υποστηριζόμενη από κάποια έρευνα, ότι μικροσκοπικές ποσότητες καδμίου στα τρόφιμα μπορούν να τονώσουν την ανάπτυξη στα θηλαστικά. Για το λόγο αυτό, ορισμένοι επιστήμονες κατατάσσουν το κάδμιο ως ένα υπό όρους απαραίτητο ιχνοστοιχείο, δηλαδή ζωτικό, αλλά τοξικό σε ορισμένες δόσεις. Ακόμα και το σώμα ενός εντελώς υγιούς ατόμου περιέχει μια μικρή ποσότητα καδμίου. Και όμως, παρά το γεγονός αυτό, το κάδμιο κατατάσσεται ως ένα από τα πιο τοξικά βαρέα μέταλλα - από το ρωσικό SanPiN ταξινομείται ως κατηγορία κινδύνου 2 - πολύ επικίνδυνες ουσίες - που περιλαμβάνει επίσης αντιμόνιο, στρόντιο, φαινόλη και άλλες τοξικές ουσίες. Στο δελτίο «Προβλήματα χημική ασφάλεια"Με ημερομηνία 29 Απριλίου 1999, το κάδμιο εμφανίζεται ως" το πιο επικίνδυνο οικοτοξικό στο τέλος της χιλιετίας "!

Όπως και τα άλλα βαρέα μέταλλα, το κάδμιο είναι ένα σωρευτικό δηλητήριο, δηλαδή μπορεί να συσσωρευτεί στο σώμα - ο χρόνος ημίσειας ζωής του είναι από 10 έως 35 χρόνια. Στην ηλικία των πενήντα ετών, το ανθρώπινο σώμα είναι ικανό να συσσωρεύει από 30 έως 50 mg καδμίου. Οι κύριες «αποθήκες αποθήκης» του σαράντα όγδοου στοιχείου στο ανθρώπινο σώμαείναι τα νεφρά, που περιέχουν από το 30 έως το 60% της συνολικής ποσότητας αυτού του μετάλλου στο σώμα, το ήπαρ (20-25%). Σε μικρότερο βαθμό, το κάδμιο είναι σε θέση να συσσωρευτεί: το πάγκρεας, η σπλήνα, τα σωληνοειδή οστά, άλλα όργανα και ιστοί. Σε μικρές ποσότητες, το σαράντα όγδοο στοιχείο υπάρχει ακόμη και στο αίμα. Ωστόσο, σε αντίθεση με τον μόλυβδο ή τον υδράργυρο, το κάδμιο δεν εισέρχεται στον εγκέφαλο. Ως επί το πλείστον, το κάδμιο στο σώμα βρίσκεται σε δεσμευμένη κατάσταση - σε ένα σύμπλεγμα με την πρωτεΐνη μεταλλοθειονίνη - αυτό είναι ένα είδος αμυντικού μηχανισμού, η αντίδραση του σώματος στην παρουσία ενός βαρέως μετάλλου. Σε αυτή τη μορφή, το κάδμιο είναι λιγότερο τοξικό, ωστόσο, ακόμη και σε δεσμευμένη μορφή, δεν γίνεται ακίνδυνο - συσσωρεύοντας με τα χρόνια, αυτό το μέταλλο μπορεί να οδηγήσει σε διαταραχή της λειτουργίας των νεφρών και αυξημένη πιθανότητα πέτρας στα νεφρά. Πολύ πιο επικίνδυνο είναι το κάδμιο στην ιοντική του μορφή, επειδή είναι χημικά πολύ κοντά στον ψευδάργυρο και είναι σε θέση να το αντικαταστήσει σε βιοχημικές αντιδράσεις, ενεργώντας ως ψευδοενεργοποιητής ή, αντιστρόφως, ως αναστολέας πρωτεϊνών και ενζύμων που περιέχουν ψευδάργυρο. Το κάδμιο συνδέεται με το κυτταροπλασματικό και πυρηνικό υλικό των κυττάρων και τα καταστρέφει, αλλάζει τη δραστηριότητα πολλών ορμονών και ενζύμων, γεγονός που εξηγείται από την ικανότητά του να δεσμεύει ομάδες σουλφυδρυλίου (-SH). Επιπλέον, το σαράντα όγδοο στοιχείο, λόγω της εγγύτητας των ιοντικών ακτίνων ασβεστίου και καδμίου, είναι σε θέση να αντικαταστήσει το ασβέστιο στον ιστό των οστών. Η ίδια κατάσταση συμβαίνει με τον σίδηρο, τον οποίο το κάδμιο μπορεί επίσης να αντικαταστήσει. Για το λόγο αυτό, η έλλειψη ασβεστίου, ψευδαργύρου και σιδήρου στο σώμα μπορεί να οδηγήσει σε αύξηση της απορρόφησης καδμίου από το γαστρεντερικό σωλήνα έως και 15-20%. Πιστεύεται ότι μια ακίνδυνη ημερήσια δόση καδμίου για έναν ενήλικα είναι 1 μg καδμίου ανά 1 kg σωματικού βάρους · μεγάλες ποσότητες καδμίου είναι εξαιρετικά επικίνδυνες για την υγεία.

Ποιοι είναι οι μηχανισμοί εισόδου του καδμίου και των ενώσεών του στο σώμα; Η δηλητηρίαση συμβαίνει όταν το πόσιμο νερό (MPC για πόσιμο νερό είναι 0,01 mg / l), μολυσμένο με απόβλητα που περιέχουν κάδμιο, καθώς και όταν τρώτε λαχανικά και σιτηρά που καλλιεργούνται σε εδάφη κοντά σε διυλιστήρια πετρελαίου και μεταλλουργικές επιχειρήσεις. Η χρήση μανιταριών από τέτοιες περιοχές είναι ιδιαίτερα επικίνδυνη, καθώς, σύμφωνα με ορισμένες πληροφορίες, είναι σε θέση να συσσωρεύουν περισσότερα από 100 mg καδμίου ανά κιλό του δικού τους βάρους. Το κάπνισμα είναι μια άλλη πηγή καδμίου που εισέρχεται στο σώμα, τόσο του ίδιου του καπνιστή όσο και των ανθρώπων γύρω του, επειδή το μέταλλο βρίσκεται στον καπνό του καπνού. Τα χαρακτηριστικά σημεία χρόνιας δηλητηρίασης από κάδμιο είναι, όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, νεφρική βλάβη, μυϊκός πόνος, καταστροφή του οστικού ιστού και αναιμία. Οξεία τροφική δηλητηρίαση με κάδμιο συμβαίνει όταν λαμβάνονται μεγάλες δόσεις με τροφή (15-30 mg) ή με νερό (13-15 mg). Ταυτόχρονα, υπάρχουν σημάδια οξείας γαστρεντερίτιδας - έμετος, πόνος και σπασμοί στην επιγαστρική περιοχή, ωστόσο, οι περιπτώσεις θανατηφόρων δηλητηριάσεων με ενώσεις καδμίου που λαμβάνονται με τροφή είναι άγνωστες στην επιστήμη, αλλά σύμφωνα με τις εκτιμήσεις του ΠΟΥ, μια θανατηφόρα εφάπαξ δόση να είναι 350-3500 mg. Η δηλητηρίαση από κάδμιο είναι πολύ πιο επικίνδυνη όταν εισπνέετε τους ατμούς του (CdO) ή τη σκόνη που περιέχει κάδμιο (κατά κανόνα, αυτό συμβαίνει σε βιομηχανίες που σχετίζονται με τη χρήση καδμίου). Τα συμπτώματα αυτού του τύπου δηλητηρίασης περιλαμβάνουν πνευμονικό οίδημα, πονοκέφαλο, ναυτία ή έμετο, ρίγη, αδυναμία και διάρροια. Ως αποτέλεσμα μιας τέτοιας δηλητηρίασης, έχουν καταγραφεί θάνατοι.

Το αντίδοτο για δηλητηρίαση από κάδμιο είναι το σελήνιο, το οποίο μειώνει την απορρόφηση του σαράντα όγδοου στοιχείου. Ωστόσο, απαιτείται ισορροπημένη πρόσληψη σεληνίου, αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η περίσσειά του στο σώμα οδηγεί σε μείωση της περιεκτικότητας σε θείο και αυτό σίγουρα θα οδηγήσει στο γεγονός ότι το κάδμιο θα απορροφηθεί ξανά εύκολα από το σώμα.

Έχει διαπιστωθεί ότι ένα τσιγάρο περιέχει 1 έως 2 μg καδμίου. Αποδεικνύεται ότι ένα άτομο που καπνίζει τουλάχιστον ένα πακέτο τσιγάρα την ημέρα λαμβάνει επιπλέον 20 mcg καδμίου, τουλάχιστον! Ο κίνδυνος έγκειται στο γεγονός ότι η αφομοίωση του σαράντα όγδοου στοιχείου μέσω των πνευμόνων είναι μέγιστη - από 10 έως 20%, έτσι, στο σώμα του καπνιστή, απορροφάται από 2 έως 4 μg καδμίου με κάθε πακέτο τσιγάρα! Η καρκινογόνος επίδραση της νικοτίνης που περιέχεται στον καπνό του καπνού, κατά κανόνα, σχετίζεται με την παρουσία καδμίου και δεν διατηρείται ούτε από φίλτρα άνθρακα.

Ένα παράδειγμα μαζικής χρόνιας δηλητηρίασης από κάδμιο με πολυάριθμα θανατηφόρα αποτελέσματα περιγράφηκε στα τέλη της δεκαετίας του 1950. Στο έδαφος της Ιαπωνίας, καταγράφηκαν περιπτώσεις μαζικής νόσου, οι οποίες ντόπιοιμε το παρατσούκλι "itai-itai", το οποίο κυριολεκτικά μπορεί να μεταφραστεί ως "ω-ω, πόσο επώδυνο!". Τα συμπτώματα της νόσου ήταν έντονος πόνος στην μέση, ο οποίος, όπως αποδείχθηκε αργότερα, προκλήθηκε από μη αναστρέψιμη νεφρική βλάβη. έντονος μυϊκός πόνος. Η ευρεία εξάπλωση της νόσου και η τόσο σοβαρή πορεία της προκλήθηκαν από την υψηλή ρύπανση του περιβάλλοντος στην Ιαπωνία εκείνη την εποχή και τις ιδιαιτερότητες της ιαπωνικής διατροφής (το ρύζι και τα θαλασσινά συσσωρεύουν μεγάλη ποσότητα καδμίου). Διαπιστώθηκε ότι οι ασθενείς με μια περίεργη ασθένεια κατανάλωναν περίπου 600 mcg καδμίου καθημερινά!

Παρά το γεγονός ότι το κάδμιο αναγνωρίζεται ως μία από τις πιο τοξικές ουσίες, έχει βρει εφαρμογή στην ιατρική! Έτσι, μια μπαταρία νικελίου-καδμίου, τοποθετημένη στο στήθος ενός ασθενούς που πάσχει από καρδιακή ανεπάρκεια, παρέχει ενέργεια σε έναν μηχανικό διεγέρτη της καρδιάς. Η ευκολία μιας τέτοιας μπαταρίας είναι ότι ο ασθενής δεν χρειάζεται να ξαπλώσει στο χειρουργικό τραπέζι για να την επαναφορτίσει ή να την αντικαταστήσει. Για αδιάλειπτη εξυπηρέτηση της μπαταρίας, αρκεί να φοράτε ένα ειδικό μαγνητισμένο μπουφάν μία φορά την εβδομάδα για μόνο μιάμιση ώρα.

Το κάδμιο χρησιμοποιείται στην ομοιοπαθητική, την πειραματική ιατρική και πιο πρόσφατα άρχισε να χρησιμοποιείται στη δημιουργία νέων αντικαρκινικών φαρμάκων.

Μεταλλικό κράμα ξύλου, που περιέχει 50% βισμούθιο, 12,5% κασσίτερο, 25% μόλυβδο, 12,5% κάδμιο, μπορεί να λιώσει εύκολα σε βραστό νερό. Το κράμα εφευρέθηκε το 1860 από έναν όχι πολύ διάσημο Άγγλο μηχανικό Β. Υπάρχουν αρκετά ενδιαφέροντα γεγονότα που συνδέονται με αυτό το κράμα χαμηλής τήξης: πρώτον, τα πρώτα γράμματα των συστατικών του κράματος του Wood σχηματίζουν τη συντομογραφία VOSK, και δεύτερον, πολύ συχνά η εφεύρεση αποδίδεται λανθασμένα στο συνονόματο του B. Wood - του διάσημου Αμερικανού φυσικού Robert Williams Wood, ο οποίος γεννήθηκε μόλις οκτώ χρόνια αργότερα.

Όχι πολύ καιρό πριν, το σαράντα όγδοο στοιχείο του περιοδικού συστήματος εισήλθε στον "οπλισμό" της Scotland Yard: με τη βοήθεια του λεπτότερου στρώματος καδμίου που ψεκάστηκε στην προς εξέταση επιφάνεια, είναι δυνατό να εντοπιστούν γρήγορα τα καθαρά δακτυλικά αποτυπώματα του ο εγκληματίας.

Οι επιστήμονες έχουν διαπιστώσει ένα τόσο ενδιαφέρον γεγονός: η πλάκα κασσμίου στην ατμόσφαιρα των αγροτικών περιοχών έχει πολύ μεγαλύτερη αντοχή στη διάβρωση από ό, τι στην ατμόσφαιρα των βιομηχανικών περιοχών. Ιδιαίτερα γρήγορα, μια τέτοια επικάλυψη διασπάται εάν αυξηθεί η περιεκτικότητα σε θείο ή θειικό ανυδρίτη στον αέρα.

Το 1968, ένας Αμερικανός εργαζόμενος στον τομέα της υγείας (Δρ. Carroll) ανακάλυψε μια άμεση σχέση μεταξύ καρδιαγγειακής θνησιμότητας και ατμοσφαιρικού καδμίου. Κατέληξε σε τέτοια συμπεράσματα μετά την ανάλυση δεδομένων από 28 πόλεις. Σε τέσσερις από αυτές - Νέα Υόρκη, Σικάγο, Φιλαδέλφεια και Ινδιανόπολη - η περιεκτικότητα καδμίου στον αέρα ήταν σημαντικά υψηλότερη από ό, τι σε άλλες πόλεις. το ποσοστό των θανάτων λόγω καρδιακών παθήσεων ήταν επίσης υψηλότερο.

Εκτός από τα «τυπικά» μέτρα για τον περιορισμό των εκπομπών καδμίου στην ατμόσφαιρα, το νερό και το έδαφος (φίλτρα και καθαριστές στις επιχειρήσεις, απομάκρυνση κατοικιών και σποράς από τέτοιες επιχειρήσεις), οι επιστήμονες αναπτύσσουν νέα και πολλά υποσχόμενα. Έτσι, οι Αμερικανοί επιστήμονες φύτεψαν υάκινθους νερού στον κόλπο του ποταμού Μισισιπή, πιστεύοντας ότι με τη βοήθειά τους θα ήταν δυνατό να καθαριστεί το νερό από τέτοια ανεπιθύμητα στοιχεία όπως το κάδμιο και ο υδράργυρος.

Ιστορία

Η ιστορία γνωρίζει πολλές «ανακαλύψεις» που έγιναν κατά τη διάρκεια διαφόρων ελέγχων, ανασκοπήσεων και ελέγχων. Ωστόσο, τέτοια ευρήματα έχουν περισσότερο εγκληματικό χαρακτήρα παρά επιστημονικά. Και όμως υπήρχε μια τέτοια περίπτωση όταν η αναθεώρηση που είχε ξεκινήσει οδήγησε τελικά στην ανακάλυψη ενός νέου χημικού στοιχείου. Συνέβη στη Γερμανία το αρχές XIX αιώνας. Ο γιατρός της περιοχής R. Rolov έλεγξε τα φαρμακεία στην περιοχή του, κατά τη διάρκεια ενός ελέγχου - σε πολλά φαρμακεία κοντά στο Μαγδεμβούργο - ανακάλυψε οξείδιο ψευδαργύρου, η εμφάνιση του οποίου προκάλεσε υποψίες και πρότεινε ότι περιείχε αρσενικό. Προς στήριξη των υποθέσεών του, ο Rolov διέλυσε το κατασχεθέν φάρμακο σε οξύ και το πέρασε μέσα από ένα διάλυμα υδρόθειου, το οποίο οδήγησε στην καθίζηση ενός κίτρινου ιζήματος, παρόμοιο με το θειούχο αρσενικό. Όλα τα ύποπτα φάρμακα - αλοιφές, σκόνες σκόνης, γαλακτώματα, σκόνες - αποσύρθηκαν αμέσως από την πώληση. Αυτή η κίνηση εξόργισε τον ιδιοκτήτη του εργοστασίου στο Schönebeck, το οποίο παρήγαγε όλα τα φάρμακα που είχε απορρίψει ο Rolov. Αυτός ο επιχειρηματίας - ο Χέρμαν, ως χημικός στο επάγγελμα, πραγματοποίησε τη δική του εξέταση των προϊόντων. Έχοντας δοκιμάσει ολόκληρο το οπλοστάσιο πειραμάτων για την ανίχνευση αρσενικού που ήταν γνωστή εκείνη την εποχή, ήταν πεπεισμένος ότι τα προϊόντα του ήταν καθαρά από αυτή την άποψη και ότι το κίτρινο χρώμα του οξειδίου του ψευδαργύρου, που μπέρδεψε τον ελεγκτή, μεταδόθηκε από σίδηρο. Έχοντας αναφέρει τα αποτελέσματα των πειραμάτων του στον Rolov και στις αρχές της πολιτείας του Ανόβερου, ο Hermann ζήτησε μια ανεξάρτητη εξέταση και πλήρη «αποκατάσταση» των προϊόντων του. Ως αποτέλεσμα, αποφασίστηκε να μάθει τη γνώμη του καθηγητή Stromeyer, ο οποίος ήταν επικεφαλής του Τμήματος Χημείας στο Πανεπιστήμιο του Göttingen και κατείχε επίσης τη θέση του Γενικού Επιθεωρητή όλων των φαρμακείων του Ανόβερο. Φυσικά, ο Stromeyer εστάλη για επαλήθευση όχι μόνο οξείδιο ψευδαργύρου, αλλά και άλλα σκευάσματα ψευδαργύρου από το εργοστάσιο Schonebeck, συμπεριλαμβανομένου του ανθρακικού ψευδαργύρου, από το οποίο ελήφθη αυτό το οξείδιο. Με τη συμπύκνωση του ανθρακικού ψευδαργύρου ZnCO3, ο Friedrich Stromeyer έλαβε ένα οξείδιο, αλλά όχι λευκό, όπως θα έπρεπε, αλλά κιτρινωπό. Ως αποτέλεσμα περαιτέρω έρευνας, αποδείχθηκε ότι τα παρασκευάσματα δεν περιείχαν ούτε αρσενικό, όπως πρότεινε ο Ρολόβ, ούτε σίδηρο, όπως νόμιζε ο Χέρμαν. Ο λόγος για το ασυνήθιστο χρώμα ήταν ένα εντελώς διαφορετικό μέταλλο - άγνωστο προηγουμένως και πολύ παρόμοιο σε ιδιότητες με τον ψευδάργυρο. Η μόνη διαφορά ήταν ότι το υδροξείδιο του, σε αντίθεση με το Zn (OH) 2, δεν ήταν αμφοτερικό, αλλά είχε έντονες βασικές ιδιότητες. Ο Stromeyer ονόμασε το νέο μέταλλο κάδμιο, αφήνοντας να εννοηθεί η ισχυρή ομοιότητα του νέου στοιχείου με τον ψευδάργυρο - η ελληνική λέξη καδμεια (kadmeia) χρησιμοποιείται εδώ και καιρό για να δηλώσει μεταλλεύματα ψευδαργύρου (για παράδειγμα, smithsonite ZnCO3) και οξείδιο ψευδαργύρου. Με τη σειρά της, αυτή η λέξη προέρχεται από το όνομα του Φοίνικα Κάδμου, ο οποίος, σύμφωνα με το μύθο, ήταν ο πρώτος που βρήκε πέτρα ψευδαργύρου και ανακάλυψε την ικανότητά του να δίνει χαλκό (όταν λιώνει από μεταλλεύματα) ένα χρυσό χρώμα. Σύμφωνα με τους αρχαίους ελληνικούς μύθους, υπήρχε ένας άλλος Κάδμος - ένας ήρωας που νίκησε τον Δράκο και έχτισε στα εδάφη του εχθρού που νίκησε από αυτόν το φρούριο Cadmeus, γύρω από το οποίο στη συνέχεια μεγάλωσε η μεγάλη επταπλή πόλη της Θήβας. Στις σημιτικές γλώσσες, "κάδμος" σημαίνει "ανατολικό", το οποίο, πιθανώς, προέρχεται από το όνομα του ορυκτού από τους τόπους εξόρυξης ή εξαγωγής του από οποιαδήποτε ανατολική χώρα ή επαρχία. Το 1818, ο Friedrich Stromeyer δημοσίευσε Λεπτομερής περιγραφήένα νέο μέταλλο, τις ιδιότητες του οποίου είχε ήδη μελετήσει καλά. Σε ελεύθερη μορφή, το νέο στοιχείο ήταν ένα λευκό μέταλλο, μαλακό και όχι πολύ ισχυρό, καλυμμένο με μεμβράνη καφετί οξειδίου στην κορυφή. Πολύ σύντομα, όπως συμβαίνει συχνά, η προτεραιότητα του Stromeyer στην ανακάλυψη του καδμίου άρχισε να αμφισβητείται, αλλά όλοι οι ισχυρισμοί σύντομα απορρίφθηκαν. Λίγο αργότερα, ένας άλλος Γερμανός χημικός, ο Kersten, βρήκε ένα νέο στοιχείο στο μεταλλεύμα ψευδαργύρου της Σιλεσίας και το ονόμασε melin (από το λατινικό mellinus - "κίτρινο σαν κυδώνι"). Ο λόγος για αυτό το όνομα ήταν το χρώμα του ιζήματος που σχηματίστηκε από τη δράση του υδρόθειου. Προς λύπη του Kersten, το Mellin αποδείχθηκε ότι ήταν το κάδμιο του Stromeyer. Αργότερα, προτάθηκαν άλλα ονόματα για το σαράντα όγδοο στοιχείο: το 1821, ο John πρότεινε να ονομάσει το νέο στοιχείο "claprothium" - προς τιμήν του διάσημου χημικού Martin Klaproth, του ανακαλυφτή ουρανίου, ζιρκονίου και τιτανίου και του Gilbert "Junonium " - μετά τον αστεροειδή που ανακαλύφθηκε το 1804 Juno. Αλλά ανεξάρτητα από το πόσο μεγάλα είναι τα πλεονεκτήματα του Klaproth στην επιστήμη, το όνομά του δεν προοριζόταν να αποκτήσει μια βάση στον κατάλογο των χημικών στοιχείων: το κάδμιο παρέμεινε κάδμιο. Είναι αλήθεια ότι στη ρωσική χημική βιβλιογραφία του πρώτου μισού του 19ου αιώνα, το κάδμιο ονομάζεται συχνά κάδμιο.

Όντας στη φύση

Το κάδμιο είναι ένα τυπικά σπάνιο και αρκετά ιχνοστοιχείο, το μέσο περιεχόμενο αυτού του μετάλλου σε ο φλοιός της Γης(κλαρκ) εκτιμάται ότι είναι περίπου 1,3 10-5% ή 1,6 10-5% κατά βάρος, αποδεικνύεται ότι στη λιθόσφαιρα του καδμίου είναι περίπου 130 mg / t. Υπάρχει τόσο λίγο κάδμιο στα σπλάχνα του πλανήτη μας που ακόμη και το γερμάνιο, που θεωρείται σπάνιο, είναι 25 φορές περισσότερο! Περίπου οι ίδιες αναλογίες για το κάδμιο και με άλλα σπάνια μέταλλα: βηρύλλιο, καίσιο, σκάνδιο και ίνδιο. Το κάδμιο βρίσκεται σε αφθονία κοντά στο αντιμόνιο (2 10-5%) και είναι διπλάσιο από τον υδράργυρο (8 10-6%).

Το σαράντα όγδοο στοιχείο χαρακτηρίζεται από μετανάστευση σε ζεστά υπόγεια ύδατα μαζί με ψευδάργυρο (το κάδμιο περιέχεται με τη μορφή ισομορφικής ακαθαρσίας σε πολλά ορυκτά και πάντα σε ορυκτά ψευδάργυρου) και άλλα χαλκόφιλα στοιχεία, δηλαδή χημικά στοιχεία επιρρεπή στο σχηματισμό φυσικά σουλφίδια, σεληνίδια, τελλουρίδια, σουλφο -άλατα και μερικές φορές βρίσκονται σε φυσική κατάσταση. Επιπλέον, το σαράντα όγδοο στοιχείο συγκεντρώνεται σε υδροθερμικές αποθέσεις. Τα ηφαιστειακά πετρώματα είναι αρκετά πλούσια σε κάδμιο, που περιέχουν έως 0,2 mg καδμίου ανά κιλό. Μεταξύ των ιζηματογενών πετρωμάτων, ο πηλός είναι ο πιο πλούσιος στο σαράντα όγδοο στοιχείο - έως 0,3 mg / kg (για σύγκριση, ο ασβεστόλιθος περιέχει κάδμιο 0,035 mg / kg, ψαμμίτες - 0,03 mg / kg). Η μέση περιεκτικότητα καδμίου στο έδαφος είναι 0,06 mg / kg. Επίσης, αυτό το σπάνιο μέταλλο υπάρχει στο νερό - σε διαλυμένη μορφή (θειικό, χλωριούχο, νιτρικό κάδμιο) και σε αιωρούμενη μορφή ως μέρος οργανο -ορυκτών συμπλεγμάτων. ΣΕ φυσικές συνθήκεςτο σαράντα όγδοο στοιχείο εισέρχεται στα υπόγεια ύδατα ως αποτέλεσμα της έκπλυσης μεταλλευμάτων μη σιδηρούχων μετάλλων, καθώς και ως αποτέλεσμα της αποσύνθεσης υδρόβιων φυτών και οργανισμών ικανών να συσσωρεύουν. Από τις αρχές του 20ού αιώνα, η ανθρωπογενής ρύπανση των φυσικών υδάτων με κάδμιο έχει γίνει ο κυρίαρχος παράγοντας στην εισροή καδμίου σε νερό και έδαφος. Η περιεκτικότητα του καδμίου στο νερό επηρεάζεται σημαντικά από το pH του μέσου (σε ένα αλκαλικό μέσο, ​​το κάδμιο καθιζάνει με τη μορφή υδροξειδίου), καθώς και από τις διαδικασίες απορρόφησης. Για τον ίδιο ανθρωπογενή λόγο, το κάδμιο υπάρχει επίσης στον αέρα. Σε αγροτικές περιοχές, η περιεκτικότητα καδμίου στον αέρα είναι 0,1-5,0 ng / m3 (1 ng ή 1 nanogram = 10-9 γραμμάρια), στις πόλεις-2-15 ng / m3, στις βιομηχανικές περιοχές-από 15 έως 150 ng / m3 Κυρίως, η είσοδος καδμίου στον ατμοσφαιρικό αέρα οφείλεται στο γεγονός ότι πολλά κάρβουνα που καίγονται σε θερμικούς σταθμούς περιέχουν αυτό το στοιχείο. Όταν το κάδμιο εγκατασταθεί έξω από τον αέρα, εισέρχεται στο νερό και στο έδαφος. Η χρήση ορυκτών λιπασμάτων συμβάλλει στην αύξηση της περιεκτικότητας σε κάδμιο στο έδαφος, επειδή σχεδόν όλα αυτά περιέχουν μικρές ακαθαρσίες αυτού του μετάλλου. Από το νερό και το έδαφος, το κάδμιο εισέρχεται στα φυτά και τους ζωντανούς οργανισμούς και περαιτέρω κατά μήκος της τροφικής αλυσίδας μπορεί να «παρέχεται» στους ανθρώπους.

Το κάδμιο έχει τα δικά του ανόργανα άλατα: οπυλίτη, ωταβίτη CdCO3, μοντεμπονίτη CdO (περιέχει 87,5% Cd), greenockite CdS (77,8% Cd), ξανθοχρωϊτικό CdS (H2O) x (77,2% Cd) καδμοσελίτη CdSe (47% Cd)). Ωστόσο, δεν σχηματίζουν δικές τους αποθέσεις, αλλά υπάρχουν με τη μορφή ακαθαρσιών σε ψευδάργυρο, χαλκό, μόλυβδο και πολυμεταλλικά μεταλλεύματα (περισσότερα από 50), τα οποία αποτελούν την κύρια πηγή βιομηχανικής παραγωγής του σαράντα όγδοου στοιχείου. Επιπλέον, τον κύριο ρόλο παίζουν τα μεταλλεύματα ψευδαργύρου, όπου η συγκέντρωση του καδμίου κυμαίνεται από 0,01 έως 5% (σε σφαλερίτη ZnS). Στις περισσότερες περιπτώσεις, η περιεκτικότητα καδμίου σε σφαλερίτη δεν υπερβαίνει το 0,4 - 0,6%. Το κάδμιο συσσωρεύεται επίσης στη γαλένα (0,005 - 0,02%), τον σταννίτη (0,003 - 0,2%), τον πυρίτη (έως 0,02%), τον χαλκοπυρίτη (0,006 - 0,12%), ωστόσο, από αυτά τα σουλφίδια, το κάδμιο συνήθως δεν ανακτάται.

Το κάδμιο μπορεί να συσσωρευτεί σε φυτά (κυρίως σε μύκητες) και ζωντανούς οργανισμούς (ειδικά σε υδρόβια), για αυτό το λόγο το κάδμιο μπορεί να βρεθεί σε θαλάσσια ιζηματογενή πετρώματα - σχιστόλιθο (Mansfeld, Γερμανία). Οι συνολικοί παγκόσμιοι πόροι καδμίου υπολογίζονται σε 20 εκατομμύρια τόνους, οι βιομηχανικοί πόροι - σε 600 χιλιάδες τόνους.

Εφαρμογή

Ο κύριος καταναλωτής του σαράντα όγδοου κυττάρου είναι η παραγωγή χημικών πηγών ρεύματος: μπαταρίες νικελίου-καδμίου και αργύρου-καδμίου, κύτταρα μολύβδου-καδμίου και υδραργύρου-καδμίου σε εφεδρικές μπαταρίες, κανονικά κύτταρα Weston. Οι συσσωρευτές καδμίου-νικελίου (ACN) που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία είναι από τους πιο απαιτητικούς μεταξύ άλλων χημικών πηγών. Οι αρνητικές πλάκες τέτοιων μπαταριών είναι κατασκευασμένες από πλέγματα σιδήρου με σπογγώδες κάδμιο ως ενεργό παράγοντα και οι θετικές πλάκες είναι επικαλυμμένες με οξείδιο νικελίου. Ο ηλεκτρολύτης είναι ένα διάλυμα καυστικού καλίου (υδροξείδιο του καλίου). Οι αλκαλικές μπαταρίες νικελίου-καδμίου είναι πιο αξιόπιστες από τις μπαταρίες μολύβδου οξέος. Οι χημικές πηγές ενέργειας που χρησιμοποιούν κάδμιο διακρίνονται από μεγάλη διάρκεια ζωής, σταθερότητα λειτουργίας και υψηλά ηλεκτρικά χαρακτηριστικά. Μεταξύ άλλων, η επαναφόρτιση αυτών των μπαταριών διαρκεί λιγότερο από μία ώρα! Ωστόσο, τα AKN δεν μπορούν να επαναφορτιστούν χωρίς πλήρη προκαταρκτική εκφόρτιση και σε αυτό, φυσικά, είναι κατώτερα από τις μπαταρίες υδριδίου μετάλλου.

Μια άλλη ευρεία περιοχή εφαρμογής του καδμίου είναι η εφαρμογή προστατευτικών αντιδιαβρωτικών επιχρισμάτων σε μέταλλα (επένδυση καδμίου). Η επίστρωση καδμίου προστατεύει αξιόπιστα τα προϊόντα σιδήρου και χάλυβα από την ατμοσφαιρική διάβρωση. Στο παρελθόν, η επένδυση καδμίου πραγματοποιήθηκε με βύθιση του μετάλλου σε λιωμένο κάδμιο, η σύγχρονη διαδικασία πραγματοποιείται αποκλειστικά με ηλεκτρολυτικά μέσα. Τα πιο κρίσιμα μέρη αεροσκαφών, πλοίων, καθώς και μέρη και μηχανισμοί που έχουν σχεδιαστεί για να λειτουργούν σε τροπικά κλίματα υπόκεινται σε επένδυση καδμίου. Είναι γνωστό ότι ορισμένες ιδιότητες ψευδαργύρου και καδμίου είναι παρόμοιες, ωστόσο, η επίστρωση καδμίου έχει ορισμένα πλεονεκτήματα σε σχέση με το γαλβανισμένο: πρώτον, είναι πιο ανθεκτικό στη διάβρωση και δεύτερον, είναι ευκολότερο να γίνει ομοιόμορφο και λείο. Επιπλέον, σε αντίθεση με τον ψευδάργυρο, το κάδμιο είναι σταθερό σε αλκαλικό περιβάλλον. Η πλάκα καδμίου χρησιμοποιείται αρκετά ευρέως, ωστόσο υπάρχει μια περιοχή στην οποία απαγορεύεται αυστηρά η χρήση επικάλυψης σαράντα όγδοων στοιχείων - αυτή είναι η βιομηχανία τροφίμων. Αυτό οφείλεται στην υψηλή τοξικότητα του καδμίου. Μέχρι ένα σημείο, η εξάπλωση των επικαλύψεων καδμίου περιορίστηκε για έναν άλλο λόγο - κατά την ηλεκτρολυτική εναπόθεση καδμίου σε χαλύβδινο τμήμα, το υδρογόνο που περιέχεται στον ηλεκτρολύτη μπορεί να διεισδύσει στο μέταλλο και, όπως γνωρίζετε, αυτό το στοιχείο προκαλεί ευθραυστότητα υδρογόνου σε χάλυβες υψηλής αντοχής, οδηγώντας σε απροσδόκητη καταστροφή του μετάλλου υπό φορτίο ... Το πρόβλημα λύθηκε από σοβιετικούς επιστήμονες του Ινστιτούτου φυσική χημείαΑκαδημία Επιστημών της ΕΣΣΔ. Αποδείχθηκε ότι μια ασήμαντη προσθήκη τιτανίου (ένα άτομο τιτανίου ανά χίλια άτομα καδμίου) προστατεύει το τμήμα χάλυβα καδμίου από ευθραυστότητα υδρογόνου, καθώς το τιτάνιο απορροφά όλο το υδρογόνο από το χάλυβα κατά τη διαδικασία επικάλυψης.

Περίπου το ένα δέκατο της παγκόσμιας παραγωγής καδμίου δαπανάται για την παραγωγή κραμάτων. Το χαμηλό σημείο τήξης είναι ένας από τους λόγους για την ευρεία χρήση καδμίου σε κράματα χαμηλής τήξης. Τέτοιο, για παράδειγμα, είναι το κράμα του Wood, που περιέχει το 12,5% του σαράντα όγδοου στοιχείου. Τέτοια κράματα χρησιμοποιούνται ως συγκολλήσεις, ως υλικό για την παραγωγή λεπτών και πολύπλοκων χυτών, σε αυτόματα συστήματα πυρόσβεσης, για συγκόλληση γυαλιού σε μέταλλο. Τα συγκολλητικά που περιέχουν το σαράντα όγδοο στοιχείο είναι αρκετά ανθεκτικά στις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας. Ένα άλλο διακριτικό χαρακτηριστικό των κραμάτων καδμίου είναι οι υψηλές αντιτριβικές τους ιδιότητες. Έτσι, ένα κράμα που περιέχει 99% κάδμιο και 1% νικέλιο χρησιμοποιείται για την κατασκευή ρουλεμάν που λειτουργούν σε κινητήρες αυτοκινήτων, αεροσκαφών και ναυτικών. Δεδομένου ότι το κάδμιο δεν είναι αρκετά ανθεκτικό στα οξέα, συμπεριλαμβανομένων των οργανικών οξέων που περιέχονται στα λιπαντικά, τα κράματα εδράνων με βάση το κάδμιο επικαλύπτονται με ίνδιο. Η συγκόλληση χαλκού με μικρές προσθήκες καδμίου (λιγότερο από 1%) καθιστά δυνατή την κατασκευή καλωδίων πιο ανθεκτικών στη φθορά σε ηλεκτρικές γραμμές μεταφοράς. Τέτοιες ασήμαντες προσθήκες καδμίου μπορούν να αυξήσουν σημαντικά τη δύναμη και τη σκληρότητα του χαλκού, πρακτικά χωρίς να επιδεινωθούν οι ηλεκτρικές του ιδιότητες. Το αμάλγαμα καδμίου (διάλυμα καδμίου στον υδράργυρο) χρησιμοποιείται στην οδοντιατρική τεχνολογία για την παρασκευή οδοντικών σφραγισμάτων.

Στις σαράντα του 20ού αιώνα, το κάδμιο απέκτησε έναν νέο ρόλο - άρχισαν να κατασκευάζουν ράβδους ελέγχου και έκτακτης ανάγκης πυρηνικών αντιδραστήρων από αυτό. Ο λόγος για τον οποίο το σαράντα όγδοο στοιχείο στο συντομότερος χρόνοςέγινε ένα στρατηγικό υλικό, ήταν ότι απορροφά πολύ καλά τα θερμικά νετρόνια. Αλλά οι πρώτοι αντιδραστήρες στην αρχή της «ατομικής εποχής» λειτούργησαν αποκλειστικά σε θερμικά νετρόνια. Μόνο αργότερα κατέστη σαφές ότι οι γρήγοροι αντιδραστήρες νετρονίων είναι πιο ελπιδοφόροι τόσο για τη μηχανική ισχύος όσο και για την απόκτηση πυρηνικού καυσίμου - 239Pu, και το κάδμιο είναι ανίσχυρο έναντι των γρήγορων νετρονίων, δεν τους καθυστερεί. Ωστόσο, ακόμη και στις μέρες των θερμικών αντιδραστήρων, το κάδμιο έχασε τον κυρίαρχο ρόλο του, δίνοντας τη θέση του στο βόριο και τις ενώσεις του.

Περίπου 20% κάδμιο (με τη μορφή ενώσεων) χρησιμοποιείται για την παραγωγή ανόργανων χρωστικών. Το θειούχο κάδμιο CdS είναι μια σημαντική μεταλλική βαφή που παλαιότερα ονομαζόταν κίτρινο κάδμιο. Δη στις αρχές του 20ού αιώνα, ήταν γνωστό ότι ήταν δυνατό να ληφθεί κίτρινο κάδμιο σε έξι αποχρώσεις, που κυμαίνονται από κίτρινο λεμονιού έως πορτοκαλί. Τα χρώματα που προκύπτουν είναι ανθεκτικά σε αδύναμα αλκάλια και οξέα και είναι εντελώς αδιάφορα στο υδρόθειο. Χρώματα με βάση το CdS χρησιμοποιήθηκαν σε πολλούς τομείς - ζωγραφική, εκτύπωση, ζωγραφική από πορσελάνη, χρησιμοποιήθηκαν για την κάλυψη επιβατικών αυτοκινήτων, προστατεύοντάς τα από τον καπνό ατμομηχανής. Χρώματα που περιέχουν θειούχο κάδμιο χρησιμοποιήθηκαν στη βιομηχανία κλωστοϋφαντουργίας και σαπουνιού. Ωστόσο, προς το παρόν, το ακριβό σουλφίδιο του καδμίου συχνά αντικαθίσταται με φθηνότερες βαφές - κάδμοπον (μείγμα θειούχου καδμίου και θειικού βαρίου) και λιθοπόνη ψευδαργύρου -καδμίου (η ίδια σύνθεση με το κάδμοπον, συν θειούχο ψευδάργυρο). Μια άλλη ένωση του σαράντα όγδοου στοιχείου, το σεληνίδιο καδμίου CdSe, χρησιμοποιείται ως κόκκινο χρώμα. Ωστόσο, όχι μόνο στην παραγωγή χρωστικών ουσιών, οι ενώσεις του σαράντα όγδοου στοιχείου-θειούχο κάδμιο, για παράδειγμα, χρησιμοποιούνται επίσης για την παραγωγή ηλιακών κυττάρων φιλμ, η αποτελεσματικότητα των οποίων είναι περίπου 10-16%. Επιπλέον, το CdS είναι ένα αρκετά καλό θερμοηλεκτρικό υλικό που χρησιμοποιείται ως συστατικό υλικών ημιαγωγών και φωσφόρων. Μερικές φορές το κάδμιο χρησιμοποιείται στην κρυογονική τεχνολογία λόγω της μέγιστης θερμικής αγωγιμότητάς του (σε σχέση με άλλα μέταλλα) κοντά στο απόλυτο μηδέν.

Παραγωγή

Οι κύριοι «προμηθευτές» του σαράντα όγδοου στοιχείου είναι υποπροϊόντα της επεξεργασίας μεταλλευμάτων ψευδαργύρου, χαλκού-ψευδαργύρου και μολύβδου-ψευδαργύρου. Όσον αφορά τα εγγενή ορυκτά καδμίου, το μόνο που ενδιαφέρει την απόκτηση του σαράντα όγδοου στοιχείου είναι το greendocite CdS, το λεγόμενο "μείγμα καδμίου". Ο Greenockite εξορύσσεται μαζί με τον φαερίτη κατά την ανάπτυξη μεταλλευμάτων ψευδαργύρου. Κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας, το κάδμιο συσσωρεύεται στα υποπροϊόντα της διαδικασίας, από όπου στη συνέχεια ανακτάται. Κατά την επεξεργασία πολυμεταλλικών μεταλλευμάτων, όπως προαναφέρθηκε, το κάδμιο είναι ένα υποπροϊόν της παραγωγής ψευδαργύρου. Αυτά είναι είτε κέικ χαλκού-καδμίου (ιζήματα μετάλλων που λαμβάνονται ως αποτέλεσμα του καθαρισμού διαλυμάτων θειικού ψευδαργύρου ZnSO4 με τη δράση της σκόνης ψευδαργύρου), τα οποία περιέχουν από 2 έως 12% Cd, είτε μουνί (πτητικά κλάσματα που σχηματίζονται κατά την απόσταξη του ψευδάργυρο), που περιέχει από 0,7 έως 1,1% κάδμιο. Τα πλουσιότερα στο στοιχείο σαράντα οκτώ είναι συμπυκνώματα που λαμβάνονται κατά τον καθαρισμό διόρθωσης ψευδαργύρου · μπορούν να περιέχουν έως και 40% κάδμιο. Από κέικ χαλκού-καδμίου και άλλα προϊόντα με υψηλή περιεκτικότητα στο σαράντα όγδοο στοιχείο, συνήθως ξεπλένεται με θειικό οξύ H2SO4 με ταυτόχρονο αερισμό με αέρα. Η διαδικασία πραγματοποιείται παρουσία οξειδωτικού παράγοντα - μεταλλεύματος μαγγανίου ή ανακυκλωμένης λάσπης μαγγανίου από λουτρά ηλεκτρολύσεως.

Επιπλέον, το κάδμιο εξάγεται από τη σκόνη των μονάδων τήξης μολύβδου και χαλκού (μπορεί να περιέχει από 0,5 έως 5% και από 0,2 έως 0,5% κάδμιο, αντίστοιχα). Σε τέτοιες περιπτώσεις, η σκόνη συνήθως επεξεργάζεται με πυκνό θειικό οξύ H2SO4 και στη συνέχεια το προκύπτον θειικό κάδμιο εκπλένεται με νερό. Ένα σφουγγάρι καδμίου κατακρημνίζεται από το λαμβανόμενο διάλυμα θειικού καδμίου με τη δράση της σκόνης ψευδαργύρου, μετά από το οποίο διαλύεται σε θειικό οξύ και το διάλυμα καθαρίζεται από ακαθαρσίες με τη δράση του ανθρακικού νατρίου Na2CO3 ή οξείδιο του ψευδαργύρου ZnO, είναι επίσης δυνατό χρησιμοποιήστε μεθόδους ανταλλαγής ιόντων. Το μεταλλικό κάδμιο απομονώνεται με ηλεκτρόλυση σε καθόδους αλουμινίου ή με αναγωγή με ψευδάργυρο (μετατόπιση του οξειδίου του καδμίου CdO με ψευδάργυρο από διαλύματα CdSO4) χρησιμοποιώντας φυγοκεντρικούς αντιδραστήρες διαχωριστή. Η διύλιση του μεταλλικού καδμίου συνήθως συνίσταται στην επανα τήξη του μετάλλου κάτω από ένα στρώμα αλκαλίων (για την απομάκρυνση του ψευδαργύρου και του μολύβδου), ενώ μπορεί να χρησιμοποιηθεί Na2CO3. επεξεργασία του τήγματος με αλουμίνιο (για απομάκρυνση νικελίου) και χλωριούχο αμμώνιο NH4Cl (για απομάκρυνση του θαλίου). Κάδμιο υψηλότερης καθαρότητας λαμβάνεται με ηλεκτρολυτική διύλιση με ενδιάμεσο καθαρισμό του ηλεκτρολύτη, ο οποίος πραγματοποιείται με χρήση ιοντοανταλλαγής ή εκχύλισης. διόρθωση μετάλλου (συνήθως υπό μειωμένη πίεση), τήξη ζώνης ή άλλες μέθοδοι κρυστάλλωσης. Συνδυάζοντας τις παραπάνω μεθόδους καθαρισμού, είναι δυνατό να ληφθεί μεταλλικό κάδμιο με περιεκτικότητα στις κύριες ακαθαρσίες (ψευδάργυρος, χαλκός και άλλα) μόνο 10-5% κατά βάρος. Επιπλέον, για τον καθαρισμό του σαράντα όγδοου στοιχείου, μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι μέθοδοι ηλεκτρομεταφοράς σε υγρό κάδμιο, ηλεκτρο-διύλισης σε τήγμα υδροξειδίου του νατρίου NaOH και ηλεκτρόλυση αμαλγάματος. Όταν συνδυάζεται τήξη ζώνης με ηλεκτρομεταφορά, μπορεί να συμβεί διαχωρισμός ισοτόπων καδμίου μαζί με τον καθαρισμό.

Η παγκόσμια παραγωγή καδμίου σχετίζεται σε μεγάλο βαθμό με την κλίμακα παραγωγής ψευδαργύρου και έχει αυξηθεί σημαντικά τις τελευταίες δεκαετίες - σύμφωνα με τα στοιχεία του 2006, περίπου 21 χιλιάδες τόνοι καδμίου παρήχθησαν στον κόσμο, ενώ το 1980 ο αριθμός αυτός ήταν μόνο 15 χιλιάδες τόνοι . Η αύξηση της κατανάλωσης του σαράντα όγδοου στοιχείου συνεχίζεται μέχρι σήμερα. Οι κύριοι παραγωγοί αυτού του μετάλλου είναι οι χώρες της Ασίας: Κίνα, Ιαπωνία, Κορέα, Καζακστάν. Αποτελούν 12 χιλιάδες τόνους της συνολικής παραγωγής. Η Ρωσία, ο Καναδάς και το Μεξικό μπορούν επίσης να θεωρηθούν σημαντικοί παραγωγοί καδμίου. Η στροφή στη μαζική παραγωγή καδμίου προς την Ασία οφείλεται στο γεγονός ότι στην Ευρώπη σημειώθηκε μείωση της χρήσης του σαράντα όγδοου στοιχείου, και στην περιοχή της Ασίας, αντίθετα, η ζήτηση για στοιχεία νικελίου-καδμίου αυξάνεται , η οποία αναγκάζει πολλούς να μεταφέρουν την παραγωγή σε ασιατικές χώρες.

Φυσικές ιδιότητες

Το κάδμιο είναι ένα ασημί-λευκό μέταλλο που ρίχνει μπλε σε μια νέα κοπή, αλλά αμαυρώνεται στον αέρα λόγω του σχηματισμού μιας προστατευτικής μεμβράνης οξειδίου. Το κάδμιο είναι ένα μάλλον μαλακό μέταλλο - είναι πιο σκληρό από τον κασσίτερο, αλλά πιο μαλακό από τον ψευδάργυρο, είναι πολύ πιθανό να το κόψετε με ένα μαχαίρι. Μαζί με την απαλότητα, το σαράντα όγδοο στοιχείο έχει τόσο σημαντικές ιδιότητες για τη βιομηχανία όπως η ελατότητα και η ολκιμότητα - κυλά τέλεια σε φύλλα και εκτείνεται σε σύρμα και μπορεί να γυαλιστεί χωρίς προβλήματα. Όταν θερμαίνεται πάνω από 80 ° C, το κάδμιο χάνει την ελαστικότητά του και τόσο πολύ ώστε να μπορεί εύκολα να αλεσθεί σε σκόνη. Η σκληρότητα Mohs του καδμίου είναι δύο, η σκληρότητα Brinell (για το ανόπτηση δείγματος) είναι 200-275 MPa. Αντοχή εφελκυσμού 64 MN / m2 ή 6,4 kgf / mm2, επιμήκυνση 50% (στους 20 ° C), αντοχή απόδοσης 9,8 MPa.

Το κάδμιο έχει ένα εξαγωνικό κρυστάλλινο πλέγμα σε στενή συσκευασία με περιόδους: a = 0,296 nm, c = 0,563 nm, λόγος c / a = 1,882, z = 2, ενέργεια κρυσταλλικού πλέγματος 116 μJ / kmol. Διαστημική ομάδα C6 / mmm, ατομική ακτίνα 0,156 nm, ιοντική ακτίνα Cd2 + 0,099 nm, ατομικός όγκος 13,01 ∙ 10-6 m3 / mol. Μια ράβδος καθαρού καδμίου, όταν λυγίζει, εκπέμπει ένα αμυδρό τρίξιμο όπως ο κασσίτερος ("κραυγή κασσίτερου") - πρόκειται για μεταλλικούς μικροκρυστάλλους που τρίβονται μεταξύ τους, αλλά τυχόν ακαθαρσίες στο μέταλλο καταστρέφουν αυτό το αποτέλεσμα. Γενικά, όσον αφορά τις φυσικές, χημικές και φαρμακολογικές του ιδιότητες, το κάδμιο ανήκει στην ομάδα των βαρέων μετάλλων, έχοντας τις περισσότερες ομοιότητες με τον ψευδάργυρο και τον υδράργυρο.

Το σημείο τήξης του σαράντα όγδοου στοιχείου (321,1 ° C) είναι αρκετά χαμηλό και μπορεί να συγκριθεί με τα σημεία τήξης του μολύβδου (327,4 ° C) ή του θαλίου (303,6 ° C). Ωστόσο, διαφέρει από τις θερμοκρασίες τήξης μετάλλων παρόμοιες σε πολλές ιδιότητες - χαμηλότερες από αυτές του ψευδαργύρου (419,5 ° C), αλλά υψηλότερες από αυτές του κασσίτερου (231,9 ° C). Το σημείο βρασμού του καδμίου είναι επίσης χαμηλό - μόνο 770 ° C, το οποίο είναι αρκετά ενδιαφέρον - για τον μόλυβδο, όπως και τα περισσότερα άλλα μέταλλα, η διαφορά μεταξύ των σημείων τήξης και βρασμού είναι μεγάλη. Έτσι, ο μόλυβδος έχει σημείο βρασμού (1745 ° C) 5 φορές υψηλότερο από το σημείο τήξης του και ο κασσίτερος, του οποίου το σημείο βρασμού είναι 2 620 ° C, είναι 11 φορές υψηλότερος από το σημείο τήξης του! Ταυτόχρονα, ο ψευδάργυρος, παρόμοιος με το κάδμιο, έχει σημείο βρασμού μόλις 960 ° C σε σημείο τήξης 419,5 ° C. Ο συντελεστής θερμικής διαστολής για το κάδμιο είναι 29,8 10-6 (σε θερμοκρασία 25 ° C). Κάτω από 0,519 Κ, το κάδμιο γίνεται υπεραγωγός. Η θερμική αγωγιμότητα του σαράντα όγδοου στοιχείου στους 0 ° C είναι 97,55 W / (m K) ή 0,233 cal / (cm sec ° C). Η ειδική θερμική ικανότητα του καδμίου (σε θερμοκρασία 25 ° C) είναι 225,02 J / (kg K) ή 0,055 cal / (g ° C). Ο συντελεστής θερμοκρασίας της ηλεκτρικής αντίστασης του σαράντα όγδοου στοιχείου στην περιοχή θερμοκρασιών από 0 ° C έως 100 ° C είναι 4,3 10-3, η ειδική ηλεκτρική αντίσταση του σαράντα όγδοου στοιχείου (σε θερμοκρασία 20 ° C) είναι 7,4 10-8 ohm m (7,4 10-6 ohm cm). Το κάδμιο είναι διαμαγνητικό, η μαγνητική του ευαισθησία είναι -0.176.10-9 (σε θερμοκρασία 20 ° C). Το τυπικό δυναμικό ηλεκτροδίου είναι -0,403 V. Η ηλεκτροαρνητικότητα του καδμίου είναι 1,7. Αποτελεσματικός διατομήσύλληψη θερμικών νετρονίων 2450-2900-10 ~ 28 m2. Συνάρτηση εργασίας ηλεκτρονίων = 4,1 eV.

Η πυκνότητα (σε θερμοκρασία δωματίου) του σαράντα όγδοου στοιχείου είναι 8,65 g / cm3, γεγονός που καθιστά δυνατή την ταξινόμηση του καδμίου ως βαρύ μέταλλο. Σύμφωνα με την ταξινόμηση του Ν. Ράιμερς, μέταλλα με πυκνότητα μεγαλύτερη από 8 g / cm3 θα πρέπει να θεωρούνται βαριά. Έτσι, τα βαρέα μέταλλα περιλαμβάνουν Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg. Και παρόλο που το κάδμιο είναι ελαφρύτερο από μόλυβδο (πυκνότητα 11,34 g / cm3) ή υδράργυρο (13,546 g / cm3), είναι βαρύτερο από τον κασσίτερο (7,31 g / cm3).

Χημικές ιδιότητες

Σε χημικές ενώσεις, το κάδμιο εμφανίζει πάντα σθένος 2 (διαμόρφωση του εξωτερικού στρώματος ηλεκτρονίων 5s2) - το γεγονός είναι ότι τα άτομα των στοιχείων της δευτερεύουσας υποομάδας της δεύτερης ομάδας (ψευδάργυρος, κάδμιο, υδράργυρος), όπως τα άτομα των στοιχείων της υποομάδας χαλκού, έχουν το d-υποεπίπεδο του δεύτερου έξω από το ηλεκτρονικό το στρώμα είναι πλήρως γεμάτο. Ωστόσο, για στοιχεία της υποομάδας ψευδαργύρου, αυτό το υποεπίπεδο είναι ήδη αρκετά σταθερό και η αφαίρεση των ηλεκτρονίων από αυτό απαιτεί μια πολύ μεγάλη δαπάνη ενέργειας. Ένα άλλο χαρακτηριστικό των στοιχείων της υποομάδας ψευδαργύρου, που τα φέρνει πιο κοντά στα στοιχεία της υποομάδας χαλκού, είναι η τάση τους να σχηματίζουν σύμπλοκα.

Όπως ήδη αναφέρθηκε, το σαράντα όγδοο στοιχείο βρίσκεται στην ίδια ομάδα του περιοδικού πίνακα με ψευδάργυρο και υδράργυρο, καταλαμβάνοντας μια ενδιάμεση θέση μεταξύ τους, για το λόγο αυτό μια σειρά χημικών ιδιοτήτων όλων αυτών των στοιχείων είναι παρόμοιες. Για παράδειγμα, τα οξείδια και τα σουλφίδια αυτών των μετάλλων είναι πρακτικά αδιάλυτα στο νερό.

Σε ξηρό αέρα, το κάδμιο είναι σταθερό, αλλά σε υγρό αέρα, μια λεπτή μεμβράνη οξειδίου CdO σχηματίζεται αργά στην επιφάνεια του μετάλλου, η οποία προστατεύει το μέταλλο από περαιτέρω οξείδωση. Με ισχυρή πυράκτωση, το κάδμιο καίγεται, μετατρέπεται επίσης σε οξείδιο καδμίου - μια κρυσταλλική σκόνη από ανοιχτό καφέ έως σκούρο καφέ (η διαφορά στο χρώμα οφείλεται εν μέρει στο μέγεθος των σωματιδίων, αλλά σε μεγαλύτερο βαθμό είναι αποτέλεσμα ελαττωμάτων στο κρυσταλλικό πλέγμα), η πυκνότητα του CdO είναι 8,15 g / cm3. πάνω από 900 ° C, το οξείδιο του καδμίου είναι πτητικό και στους 1570 ° C εξαχνώνεται εντελώς. Οι ατμοί καδμίου αντιδρούν με τους υδρατμούς για να παράγουν υδρογόνο.

Τα οξέα αλληλεπιδρούν με το κάδμιο για να σχηματίσουν άλατα αυτού του μετάλλου. Το νιτρικό οξύ HNO3 διαλύει εύκολα το σαράντα όγδοο στοιχείο, ενώ το νιτρικό οξείδιο απελευθερώνεται και σχηματίζεται νιτρικό άλας, το οποίο δίνει ένυδρο Cd (NO3) 2 4H2O. Από άλλα οξέα - υδροχλωρικό και αραιό θειικό - το κάδμιο μετατοπίζει αργά το υδρογόνο, αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι στη σειρά τάσεων το σαράντα όγδοο στοιχείο είναι μακρύτερα από τον ψευδάργυρο, αλλά μπροστά από το υδρογόνο. Σε αντίθεση με τον ψευδάργυρο, το κάδμιο δεν αλληλεπιδρά με αλκαλικά διαλύματα. Το κάδμιο μειώνει το νιτρικό αμμώνιο NH4NO3 σε συμπυκνωμένα διαλύματα σε νιτρώδες αμμώνιο NH4NO2. Πάνω από το σημείο τήξης, το κάδμιο συνδυάζεται απευθείας με αλογόνα για να σχηματίσει άχρωμες ενώσεις - αλογονίδια καδμίου. Τα CdCl2, CdBr2 και CdI2 διαλύονται πολύ εύκολα στο νερό (53,2% κατά βάρος στους 20 ° C), πολύ πιο δύσκολο να διαλυθεί το φθοριούχο κάδμιο CdF2 (4,06% κατά βάρος στους 20 ° C), το οποίο είναι εντελώς αδιάλυτο σε αιθανόλη. Μπορεί να ληφθεί με τη δράση φθορίου σε μέταλλο ή υδροφθορίου σε ανθρακικό κάδμιο. Το χλωριούχο κάδμιο λαμβάνεται με αντίδραση καδμίου με πυκνό υδροχλωρικό οξύ ή με χλωρίωση ενός μετάλλου στους 500 ° C. Το βρωμιούχο κάδμιο παράγεται με βρωμίωση μετάλλων ή από τη δράση του υδροβρωμίου σε ανθρακικό κάδμιο. Όταν θερμαίνεται, το κάδμιο αντιδρά με το θείο, σχηματίζοντας θειούχο CdS (από λεμονοκίτρινο έως πορτοκαλί-κόκκινο), αδιάλυτο στο νερό και αραιά οξέα. Κατά τη σύντηξη του καδμίου με φώσφορο και αρσενικό, σχηματίζονται φωσφίδια και αρσενίδια των συνθέσεων Cd3P2 και CdAs2, αντίστοιχα, και αντιμονίδιο καδμίου με αντιμόνιο. Το κάδμιο δεν αντιδρά με υδρογόνο, άζωτο, άνθρακα, πυρίτιο και βόριο. Έμμεσα, ελήφθη CdH2 υδρίδιο και Cd3N2 νιτρίδιο, που αποσυντίθενται εύκολα κατά τη θέρμανση.

Τα διαλύματα αλάτων καδμίου έχουν όξινη αντίδραση λόγω υδρόλυσης, τα καυστικά αλκάλια καθιζάνουν από αυτά το λευκό υδροξείδιο Cd (OH) 2. Όταν εκτίθεται σε πολύ συμπυκνωμένα διαλύματα αλκαλίων, μετατρέπεται σε υδροξωκαδμικά όπως το Na2. Το υδροξείδιο του καδμίου αντιδρά με την αμμωνία για να σχηματίσει διαλυτά σύμπλοκα:

Cd (OH) 2 + 6NH3H2O ​​→ (OH) 2 + 6H2O

Επιπλέον, το Cd (OH) 2 μπαίνει σε διάλυμα υπό τη δράση κυανιδίων αλκαλίων. Πάνω από 170 ° C, αποσυντίθεται σε CdO. Η αλληλεπίδραση υδροξειδίου του καδμίου με υπεροξείδιο του υδρογόνου σε υδατικό διάλυμα οδηγεί στο σχηματισμό υπεροξειδίων διαφόρων συνθέσεων.

Το 1968, μια σημείωση εμφανίστηκε σε γνωστό περιοδικό που ονομάζεται "Κάδμιο και καρδιά". Είπε ότι ο Δρ Carroll, αξιωματικός υγείας των ΗΠΑ, είχε βρει μια σχέση μεταξύ του ατμοσφαιρικού καδμίου και της συχνότητας θανάτων από καρδιαγγειακές παθήσεις. Εάν, ας πούμε, στην πόλη Α το περιεχόμενο καδμίου στον αέρα είναι μεγαλύτερο από αυτό στην πόλη Β, τότε οι πυρήνες της πόλης Α πεθαίνουν νωρίτερα από ό, τι αν ζούσαν στην πόλη Β. Ο Κάρολ κατέληξε σε ένα τέτοιο συμπέρασμα μετά την ανάλυση δεδομένων για 28 πόλεις. Παρεμπιπτόντως, στην ομάδα Α υπήρχαν κέντρα όπως η Νέα Υόρκη, το Σικάγο, η Φιλαδέλφεια ...
Έτσι, για άλλη μια φορά, κατηγορήθηκαν για δηλητηρίαση ενός στοιχείου που ανακαλύφθηκε σε μπουκάλι φαρμακείου!

Στοιχείο από μπουκάλι φαρμακείου

Είναι απίθανο κάποιος από τους φαρμακοποιούς του Μαγδεμβούργου να είπε την περίφημη φράση του δημάρχου: "Σας κάλεσα, κύριοι, για να σας πω δυσάρεστα νέα", αλλά είχαν ένα κοινό χαρακτηριστικό μαζί του: φοβόντουσαν τον επιθεωρητή.
Ο συνοικιακός γιατρός Rolov διακρίθηκε από μια σκληρή διάθεση. Έτσι, το 1817, διέταξε την απόσυρση από την πώληση όλων των παρασκευασμάτων με οξείδιο του ψευδαργύρου που παρήχθησαν στο εργοστάσιο Shenbeck του Hermann. Με την εμφάνιση των σκευασμάτων, υποψιάστηκε ότι υπήρχε αρσενικό σε οξείδιο του ψευδαργύρου! (Το οξείδιο του ψευδαργύρου εξακολουθεί να χρησιμοποιείται για δερματικές παθήσεις · από αυτό παρασκευάζονται αλοιφές, σκόνες και γαλακτώματα.)
Για να αποδείξει την περίπτωσή του, ο αυστηρός επιθεωρητής διέλυσε το ύποπτο οξείδιο σε οξύ και πέρασε υδρόθειο μέσω αυτού του διαλύματος: ένα κίτρινο ίζημα έπεσε έξω. Τα σουλφίδια του αρσενικού είναι απλώς κίτρινα!

Ο ιδιοκτήτης του εργοστασίου άρχισε να αμφισβητεί την απόφαση του Ρολόφ. Himselfταν ο ίδιος χημικός και, έχοντας αναλύσει προσωπικά τα δείγματα του προϊόντος, δεν βρήκε αρσενικό σε αυτά. Ανέφερε τα αποτελέσματα της ανάλυσης στον Ρολόφ, και ταυτόχρονα στις αρχές της πολιτείας του Ανόβερου. Οι αρχές ζήτησαν φυσικά δείγματα για να τα στείλουν για ανάλυση σε έναν από τους έγκριτους χημικούς. Αποφασίστηκε ότι ο δικαστής στη διαφορά μεταξύ Rolow και Hermann θα πρέπει να είναι ο καθηγητής Friedrich Stromeyer, ο οποίος από το 1802 κατείχε το Τμήμα Χημείας στο Πανεπιστήμιο του Göttingen και τη θέση του Γενικού Επιθεωρητή όλων των φαρμακείων του Ανόβερο.
Ο Stromeyer απέστειλε όχι μόνο οξείδιο ψευδαργύρου, αλλά και άλλα σκευάσματα ψευδαργύρου από το εργοστάσιο του Hermann, συμπεριλαμβανομένου του ZnC0 3, από το οποίο ελήφθη αυτό το οξείδιο. Έχοντας συμπυκνωμένο ανθρακικό ψευδάργυρο, ο Stromeyer έλαβε οξείδιο, αλλά όχι λευκό, όπως θα έπρεπε, αλλά κιτρινωπό. Ο ιδιοκτήτης του εργοστασίου εξήγησε το χρώμα με ένα μείγμα σιδήρου, αλλά ο Stromeyer δεν ήταν ικανοποιημένος με αυτήν την εξήγηση. Έχοντας αγοράσει περισσότερα σκευάσματα ψευδαργύρου, έκανε μια πλήρη ανάλυση αυτών και, χωρίς ιδιαίτερη δυσκολία, απομόνωσε το στοιχείο που προκάλεσε το κιτρίνισμα. Η ανάλυση είπε ότι δεν ήταν αρσενικό (όπως υποστήριξε ο Rolov), αλλά όχι σίδηρος (όπως υποστήριξε ο Herman).

Friedrich Stromeyer (1776-1835)

Ταν ένα νέο, άγνωστο μέχρι τώρα μέταλλο, χημικά πολύ παρόμοιο με τον ψευδάργυρο. Μόνο το υδροξείδιο του, σε αντίθεση με το Zn (OH) 2, δεν ήταν αμφοτερικό, αλλά είχε έντονες βασικές ιδιότητες.
Σε ελεύθερη μορφή, το νέο στοιχείο ήταν ένα λευκό μέταλλο, μαλακό και όχι πολύ ισχυρό, καλυμμένο με μεμβράνη καφετί οξειδίου στην κορυφή. Ο Stromeyer ονόμασε αυτό το μέταλλο κάδμιο, υπονοώντας σαφώς την προέλευση του "ψευδαργύρου": η ελληνική λέξη χρησιμοποιείται εδώ και καιρό για να δηλώσει μεταλλεύματα ψευδαργύρου και οξείδιο ψευδαργύρου.
Το 1818, ο Stromeyer δημοσίευσε λεπτομερείς πληροφορίες σχετικά με το νέο χημικό στοιχείο και σχεδόν αμέσως άρχισαν να καταπατούν την προτεραιότητά του. Ο πρώτος που μίλησε ήταν ο ίδιος ο Ρολόφ, ο οποίος είχε πιστέψει προηγουμένως ότι τα σκευάσματα από το εργοστάσιο του Χέρμαν περιείχαν αρσενικό. Λίγο μετά τον Stromeyer, ένας άλλος Γερμανός χημικός, ο Kersten, βρήκε ένα νέο στοιχείο στο μεταλλεύμα ψευδαργύρου της Σιλεσίας και το ονόμασε mellin (από το λατινικό mellinus - "κίτρινο σαν κυδώνι") λόγω του χρώματος του ιζήματος που σχηματίζεται από τη δράση του υδρόθειου. Αλλά είχε ήδη ανακαλυφθεί από τον Stromeyer κάδμιο... Αργότερα, προτάθηκαν δύο ακόμη ονόματα για αυτό το στοιχείο: Klaprothium - προς τιμήν του διάσημου χημικού Martin Klaproth και Junonium - μετά τον αστεροειδή Juno που ανακαλύφθηκε το 1804. Παρ 'όλα αυτά, το όνομα που δόθηκε στο στοιχείο από τον ανακαλυφτή του έχει εδραιωθεί σταθερά. Είναι αλήθεια ότι στη ρωσική χημική βιβλιογραφία του πρώτου μισού του 19ου αιώνα. το κάδμιο συχνά ονομαζόταν κάδμιο.

Επτά χρώματα του ουράνιου τόξου

Το θειούχο κάδμιο CdS ήταν ίσως η πρώτη ένωση του στοιχείου # 48 που ενδιαφέρθηκε για τη βιομηχανία. Τα CdS είναι κυβικοί ή εξαγωνικοί κρύσταλλοι με πυκνότητα 4,8 g / cm 3. Το χρώμα τους είναι από ανοιχτό κίτρινο έως πορτοκαλί-κόκκινο (ανάλογα με τη μέθοδο παρασκευής). Αυτό το σουλφίδιο πρακτικά δεν διαλύεται στο νερό · είναι επίσης ανθεκτικό στη δράση διαλυμάτων αλκαλίων και των περισσότερων οξέων. Και είναι αρκετά απλό να αποκτήσετε CdS: αρκεί να παραλείψετε, όπως έκαναν οι Stromeyer και Rolow, το υδρόθειο μέσω ενός οξινισμένου διαλύματος που περιέχει ιόντα Cd 2+. Μπορεί επίσης να ληφθεί σε μια αντίδραση ανταλλαγής μεταξύ ενός διαλυτού άλατος καδμίου, για παράδειγμα CdSO4, και οποιουδήποτε διαλυτού σουλφιδίου.
Το CdS είναι μια σημαντική μεταλλική βαφή. Προηγουμένως, ονομαζόταν κίτρινο κάδμιο. Ιδού τι έγραψαν για το κίτρινο κάδμιο στην πρώτη ρωσική "Τεχνική Εγκυκλοπαίδεια", που δημοσιεύτηκε στις αρχές του 20ού αιώνα.
«Οι ανοιχτό κίτρινοι τόνοι, ξεκινώντας από το κίτρινο του λεμονιού, λαμβάνονται από καθαρά, ασθενώς όξινα και ουδέτερα διαλύματα θειικού καδμίου και όταν το θειούχο κάδμιο καταβυθίζεται με διάλυμα θειούχου νατρίου, αποκτούν πιο σκούροι κίτρινους τόνους. Σημαντικό ρόλο στην παραγωγή κίτρινου καδμίου παίζει η παρουσία στο διάλυμα ακαθαρσιών άλλων μετάλλων, όπως ο ψευδάργυρος. Εάν το τελευταίο είναι σε διάλυμα μαζί με κάδμιο, τότε κατά την εναπόθεση λαμβάνεται ένα θαμπό κίτρινο χρώμα με υπόλευκη απόχρωση ... όμορφο λαμπερό κίτρινο χρώμα. Είναι αρκετά σταθερό σε αδύναμα αλκάλια και οξέα και είναι εντελώς αναίσθητο στο υδρόθειο. Ως εκ τούτου, αναμιγνύεται στεγνό με ultramarine και δίνει ένα υπέροχο πράσινο χρώμα, το οποίο ονομάζεται πράσινο καδμίου στο εμπόριο.
Αναμειγνύεται με λινέλαιο, μοιάζει με λαδομπογιά στη ζωγραφική. πολύ αδιαφανές, αλλά λόγω της υψηλής τιμής της αγοράς καταναλώνεται κυρίως στη ζωγραφική ως βαφή λαδιού ή ακουαρέλας, καθώς και για εκτύπωση. Λόγω της μεγάλης πυκνότητάς του χρησιμοποιείται για ζωγραφική σε πορσελάνη ».
Απομένει μόνο να προσθέσουμε ότι στη συνέχεια το κίτρινο κάδμιο έχει χρησιμοποιηθεί ευρύτερα "στη ζωγραφική". Συγκεκριμένα, χρησιμοποιήθηκε για τη βαφή επιβατικών αυτοκινήτων, επειδή, μεταξύ άλλων πλεονεκτημάτων, αυτό το χρώμα αντιστάθηκε καλά στον καπνό της ατμομηχανής ατμού. Το θειούχο κάδμιο χρησιμοποιήθηκε επίσης ως βαφή στη βιομηχανία κλωστοϋφαντουργίας και σαπουνιού.

Αλλά σε τα τελευταία χρόνιαΗ βιομηχανία χρησιμοποιεί καθαρό θειούχο κάδμιο όλο και λιγότερο - είναι ακόμα ακριβό. Αντικαθίσταται από φθηνότερες ουσίες - κάδμοπον και λιθοπόνη ψευδαργύρου -καδμίου.
Η αντίδραση λήψης καδμοπονίου είναι ένα κλασικό παράδειγμα σχηματισμού δύο ιζημάτων ταυτόχρονα, όταν πρακτικά τίποτα δεν παραμένει στο διάλυμα εκτός από το νερό:
CdSO 4 4- BaS (και τα δύο άλατα είναι διαλυτά στο νερό) _ * CdS J + BaS04 J.
Το Cadmopon είναι ένα μείγμα θειούχου καδμίου και θειικού βαρίου. Η ποσοτική σύνθεση αυτού του μείγματος εξαρτάται από τη συγκέντρωση των διαλυμάτων. Είναι εύκολο να αλλάξετε τη σύνθεση και, κατά συνέπεια, τη σκιά της βαφής.
Η λιθοπόνη ψευδάργυρου-καδμίου περιέχει επίσης θειούχο ψευδάργυρο. Στην κατασκευή αυτής της βαφής, τρία άλατα καταβυθίζονται ταυτόχρονα. Κρέμα λιθοπόνης ή χρώμα ελεφαντόδοντου.
Όπως έχουμε ήδη δει, απτά πράγματα μπορούν να βαφτούν σε τρία χρώματα με τη βοήθεια θειούχου καδμίου: πορτοκαλί, πράσινο (πράσινο καδμίου) και όλες τις αποχρώσεις του κίτρινου, αλλά το σουλφίδιο του καδμίου δίνει διαφορετικό χρώμα στη φλόγα - μπλε. Αυτή η ιδιότητα χρησιμοποιείται στην πυροτεχνία.
Έτσι, με έναν μόνο συνδυασμό του στοιχείου 48, μπορείτε να πάρετε τέσσερα από τα επτά χρώματα του ουράνιου τόξου. Το μόνο που απομένει είναι κόκκινο, μπλε και μοβ. Μπορείτε να φτάσετε σε ένα μπλε ή ιώδες χρώμα της φλόγας συμπληρώνοντας τη λάμψη του θειούχου καδμίου με διάφορα πυροτεχνικά πρόσθετα - για έναν έμπειρο πυροτεχνουργό δεν θα είναι δύσκολο.
Και το κόκκινο χρώμα μπορεί να ληφθεί με τη βοήθεια μιας άλλης ένωσης του στοιχείου 48 - του σεληνιδίου του. Το CdSe χρησιμοποιείται ως καλλιτεχνικό χρώμα, παρεμπιπτόντως πολύ πολύτιμο. Το ρουμπινί γυαλί είναι λερωμένο με σεληνίδιο καδμίου. και όχι οξείδιο του χρωμίου, όπως στο ίδιο το ρουμπίνι, αλλά το σεληνίδιο του καδμίου έκανε τα αστέρια του Κρεμλίνου της Μόσχας να ροδοκόκκινα.
Παρ 'όλα αυτά, η αξία των αλάτων καδμίου είναι μεγάλη λιγότερη αξίατο ίδιο το μέταλλο.

Η υπερβολή βλάπτει τη φήμη σας

Εάν φτιάξετε ένα γράφημα, σχεδιάζοντας τις ημερομηνίες κατά μήκος του οριζόντιου άξονα και τη ζήτηση καδμίου κατά μήκος του κατακόρυφου άξονα, θα έχετε μια ανοδική καμπύλη. Η παραγωγή αυτού του στοιχείου αυξάνεται και το πιο έντονο "άλμα" πέφτει στα 40 του αιώνα μας. Thisταν εκείνη τη στιγμή που το κάδμιο μετατράπηκε σε στρατηγικό υλικό - άρχισαν να κατασκευάζουν ράβδους ελέγχου και έκτακτης ανάγκης πυρηνικών αντιδραστήρων από αυτό.

Στη δημοφιλή βιβλιογραφία, μπορεί κανείς να βρει τη δήλωση ότι αν δεν υπήρχαν αυτές οι ράβδοι που απορροφούν περίσσεια νετρονίων, ο αντιδραστήρας θα είχε "ξεφύγει" και θα είχε μετατραπεί σε ατομική βόμβα. Αυτό δεν είναι απολύτως αλήθεια. Για να συμβεί μια ατομική έκρηξη, πρέπει να πληρούνται πολλές προϋποθέσεις (αυτό δεν είναι το μέρος για να μιλήσουμε γι 'αυτές λεπτομερώς και η ΕΤ0 δεν μπορεί να εξηγηθεί εν συντομία). Ο αντιδραστήρας, στον οποίο η αλυσιδωτή αντίδραση έχει γίνει ανεξέλεγκτη, δεν εκρήγνυται απαραίτητα, αλλά σε κάθε περίπτωση, συμβαίνει ένα σοβαρό ατύχημα, γεμάτο τεράστιο υλικό κόστος. Και μερικές φορές όχι μόνο τα υλικά ... Ο ρόλος λοιπόν των ρυθμιστικών και
Η δήλωση είναι εξίσου ανακριβής (βλ., Για παράδειγμα, διάσημο βιβλίο II R. Taube και E. I. Rudenko "From hydrogen to ...". Μ., 1970) ότι το κάδμιο είναι το καταλληλότερο υλικό για την κατασκευή ράβδων και τη ρύθμιση της ροής νετρονίων. Εάν υπήρχαν επίσης "θερμικά" πριν από τη λέξη "νετρόνια", τότε αυτή η δήλωση θα γινόταν πραγματικά ακριβής.
Όπως γνωρίζετε, τα νετρόνια μπορεί να διαφέρουν πολύ σε ενέργεια. Υπάρχουν νετρόνια χαμηλής ενέργειας - η ενέργειά τους δεν υπερβαίνει τα 10 keV (keV). Υπάρχουν γρήγορα νετρόνια - με ενέργεια πάνω από 100 keV. Και υπάρχουν, αντίθετα, χαμηλής ενέργειας - θερμικά και "κρύα" νετρόνια. Η ενέργεια του πρώτου μετριέται σε εκατοστά του ηλεκτρονίου βολτ, ενώ στο δεύτερο είναι μικρότερη από 0,005 eV.
Στην αρχή, το κάδμιο αποδείχθηκε ότι ήταν το κύριο υλικό "πυρήνα" κυρίως επειδή απορροφά καλά τα θερμικά νετρόνια. Όλοι οι αντιδραστήρες της αρχής της «ατομικής εποχής» (και ο πρώτος από αυτούς κατασκευάστηκε από τον Enrnko Fermi το 1942) λειτουργούσαν με θερμικά νετρόνια. Μόνο πολλά χρόνια αργότερα έγινε σαφές ότι οι γρήγοροι αντιδραστήρες νετρονίων είναι πιο ελπιδοφόροι τόσο για τη μηχανική ισχύος όσο και για την παραγωγή πυρηνικού καυσίμου - πλουτώνιο -239. Και ενάντια στα γρήγορα νετρόνια, το κάδμιο είναι ανίσχυρο, δεν τα καθυστερεί.
Επομένως, ο ρόλος του καδμίου στην κατασκευή αντιδραστήρα δεν πρέπει να υπερβάλλεται. Και επίσης επειδή οι φυσικοχημικές ιδιότητες αυτού του μετάλλου (αντοχή, σκληρότητα, αντοχή στη θερμότητα - το σημείο τήξης του είναι μόνο 321 ° C) αφήνουν πολλά να είναι επιθυμητά. Και επίσης επειδή, χωρίς υπερβολή, ο ρόλος που έπαιξε και παίζει το κάδμιο στην πυρηνική τεχνολογία είναι αρκετά σημαντικός.
Το κάδμιο ήταν το πρώτο υλικό πυρήνα. Στη συνέχεια, το βόριο και οι ενώσεις του άρχισαν να αναλαμβάνουν τους πρωταγωνιστικούς ρόλους. Αλλά το κάδμιο είναι ευκολότερο να ληφθεί σε μεγαλύτερες ποσότητες από το βόριο: το κάδμιο αποκτήθηκε και λαμβάνεται ως υποπροϊόν της παραγωγής ψευδαργύρου και μολύβδου. Κατά την επεξεργασία πολυμεταλλικών μεταλλευμάτων, αυτό - ανάλογο ψευδαργύρου - εμφανίζεται πάντοτε κυρίως σε συμπύκνωμα ψευδαργύρου. Και το κάδμιο μειώνεται ακόμη πιο εύκολα από τον ψευδάργυρο και το σημείο βρασμού είναι χαμηλότερο (767 και 906 ° C, αντίστοιχα). Επομένως, σε θερμοκρασία περίπου 800 ° C, δεν είναι δύσκολο να διαχωριστεί ο ψευδάργυρος και το κάδμιο.

Το κάδμιο είναι μαλακό, εύπλαστο, εύκολο στη μηχανή επεξεργασίας. Αυτό διευκόλυνε και επιτάχυνε επίσης την πορεία του στην ατομική μηχανική. Η υψηλή επιλεκτικότητα του cad-) IYA, η ευαισθησία του στα θερμικά νετρόνια έπαιξαν επίσης στα χέρια των φυσικών. Και σύμφωνα με το κύριο χαρακτηριστικό λειτουργίας - τη διατομή θερμικής σύλληψης νετρονίων - το κάδμιο καταλαμβάνει μία από τις πρώτες θέσεις μεταξύ όλων των στοιχείων του περιοδικού συστήματος - 2400 αχυρώνας. (Θυμηθείτε ότι η διατομή σύλληψης είναι η ικανότητα "απορρόφησης" νετρονίων, μετρημένη σε συμβατικές μονάδεςσιταποθήκη.)
Το φυσικό κάδμιο αποτελείται από οκτώ ισότοπα (με αριθμούς μάζας 106, 108, 110, 111, 112, IZ, 114 και 116) και η διατομή σύλληψης είναι ένα χαρακτηριστικό με το οποίο τα ισότοπα ενός στοιχείου μπορεί να διαφέρουν πολύ. Σε ένα φυσικό μείγμα ισοτόπων καδμίου, ο κύριος «απορροφητής νετρονίων» είναι ένα ισότοπο με αριθμό μάζας IZ. Το μεμονωμένο τμήμα σύλληψης είναι τεράστιο - 25 χιλιάδες αχυρώνας!
Συνδέοντας ένα νετρόνιο, το κάδμιο-113 μετατρέπεται στο πιο διαδεδομένο (28,86% του φυσικού μείγματος) ισότοπο του στοιχείου 48-κάδμιο-114. Το μερίδιο του ίδιου του καδμίου-113 είναι μόνο 12,26%.
Ράβδοι ελέγχου πυρηνικού αντιδραστήρα.

Δυστυχώς, ο διαχωρισμός των οκτώ ισοτόπων του καδμίου είναι πολύ πιο δύσκολος από τα δύο ισότοπα του βορίου.
Οι ράβδοι ρύθμισης και έκτακτης ανάγκης δεν είναι το μόνο μέρος της "ατομικής υπηρεσίας" του στοιχείου 48. Η ικανότητά του να απορροφά νετρόνια αυστηρά καθορισμένων ενεργειών βοηθά στη μελέτη των ενεργειακών φάσματος των λαμβανόμενων δέσμων νετρονίων. Με τη βοήθεια μιας πλάκας καδμίου, η οποία τοποθετείται στη διαδρομή της δέσμης νετρονίων, προσδιορίζεται πόσο ομοιογενής είναι αυτή η δέσμη (από άποψη ενεργειακών τιμών), ποιο είναι το κλάσμα των θερμικών νετρονίων σε αυτήν κ.λπ.
Όχι πολλά, αλλά υπάρχουν
Και τέλος, σχετικά με τους πόρους καδμίου. Τα δικά του ορυκτά, όπως λένε, είναι ένα ή δύο και πάρα πολλά. Μόνο ένα έχει μελετηθεί επαρκώς - το σπάνιο πράσινο CdS που δεν σχηματίζει συμπλέγματα. Δύο ακόμη ορυκτά του στοιχείου 48 - το otavite CdCO 3 και το monteponite CdO - είναι πολύ σπάνια. Αλλά το κάδμιο δεν είναι «ζωντανό» από τα δικά του μέταλλα. Ορυκτά ψευδάργυρου και πολυμεταλλικά μεταλλεύματα αποτελούν μια αρκετά αξιόπιστη βάση πρώτων υλών για την παραγωγή του.

Κάδμιο

Όλοι γνωρίζουν γαλβανισμένο λαμαρίνα, αλλά δεν γνωρίζουν όλοι ότι όχι μόνο ο γαλβανισμός, αλλά και η επένδυση καδμίου χρησιμοποιείται για την προστασία των ταράνδων από τη διάβρωση. Η επικάλυψη καδμίου εφαρμόζεται πλέον μόνο ηλεκτρολυτικά · τα λουτρά με κυάνιο χρησιμοποιούνται συχνότερα σε βιομηχανικές συνθήκες. Προηγουμένως, ο σίδηρος και άλλα μέταλλα επιμεταλλώθηκαν με κάδμιο βυθίζοντας αντικείμενα σε λιωμένο κάδμιο.

Παρά την ομοιότητα των ιδιοτήτων καδμίου και ψευδαργύρου, η επένδυση καδμίου έχει πολλά πλεονεκτήματα: είναι πιο ανθεκτική στη διάβρωση, είναι ευκολότερο να γίνει ομοιόμορφη και λεία. Επιπλέον, το κάδμιο, σε αντίθεση με τον ψευδάργυρο, είναι σταθερό σε αλκαλικό περιβάλλον. Ο κασσίτερος χρησιμοποιείται αρκετά ευρέως · δεν έχει πρόσβαση μόνο στην παραγωγή δοχείων τροφίμων, επειδή το κάδμιο είναι τοξικό. Ένα άλλο περίεργο χαρακτηριστικό των επιχρισμάτων καδμίου είναι ότι είναι πολύ πιο ανθεκτικά στη διάβρωση σε αγροτικά περιβάλλοντα παρά σε βιομηχανικά περιβάλλοντα. Ιδιαίτερα γρήγορα, μια τέτοια επικάλυψη διασπάται εάν αυξηθεί η περιεκτικότητα σε θείο ή θειικό ανυδρίτη στον αέρα.

Κάδμιο σε κράματα

Η παραγωγή κραμάτων αντιπροσωπεύει περίπου το ένα δέκατο της παγκόσμιας παραγωγής καδμίου. Τα κράματα καδμίου χρησιμοποιούνται κυρίως ως αντιτριβικά υλικά και κολλήσεις. Ένα πολύ γνωστό κράμα με σύνθεση 99% Cd και 1% N χρησιμοποιείται για την κατασκευή ρουλεμάν που λειτουργούν σε κινητήρες αυτοκινήτων, αεροσκαφών και θαλάσσιων κινητήρων σε υψηλές θερμοκρασίες. Επειδή η το κάδμιο δεν είναι αρκετά ανθεκτικό στα οξέα, συμπεριλαμβανομένων των οργανικών οξέων που περιέχονται σε λιπαντικά, μερικές φορές κράματα έδρασης με βάση κάδμιο επικαλύπτονται με ίνδιο.
Τα συγκολλητικά που περιέχουν το στοιχείο 48 είναι αρκετά ανθεκτικά στις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας.
Η συγκόλληση χαλκού με μικρές προσθήκες καδμίου καθιστά δυνατή την κατασκευή καλωδίων πιο ανθεκτικών στη φθορά σε ηλεκτρικές γραμμές μεταφοράς. Ο χαλκός με την προσθήκη καδμίου σχεδόν δεν διαφέρει στην ηλεκτρική αγωγιμότητα από τον καθαρό χαλκό, αλλά ξεπερνά αισθητά τη δύναμη και τη σκληρότητά του.

ΜΠΑΤΑΡΙΑ ACN ΚΑΙ ΚΑΝΟΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ VESTONA.

Μεταξύ των χημικών πηγών που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία, μια εξέχουσα θέση ανήκει στις μπαταρίες καδμίου-νικελίου (ACN). Οι αρνητικές πλάκες αυτών των μπαταριών είναι κατασκευασμένες από πλέγματα σιδήρου με ενεργό παράγοντα το σπογγώδες κάδμιο. Οι θετικές πλάκες είναι επινικελωμένες. Ο ηλεκτρολύτης είναι ένα διάλυμα καυστικού καλίου. Οι αλκαλικές μπαταρίες καδμίου-νικελίου διαφέρουν από τις μπαταρίες μολύβδου (οξέος) σε μεγαλύτερη αξιοπιστία. Με βάση αυτό, το ζεύγος κατασκευάζει πολύ συμπαγείς μπαταρίες για κατευθυνόμενους πυραύλους. Μόνο σε αυτή την περίπτωση, όχι σαν σίδερο, αλλά πλέγματα νικελίου εγκαθίστανται ως βάση.

Το στοιχείο 48 και οι ενώσεις του χρησιμοποιούνται σε μια ακόμη πηγή χημικού ρεύματος. Τόσο το αμάλγαμα καδμίου, οι κρύσταλλοι θειικού καδμίου, όσο και ένα διάλυμα αυτού του άλατος λειτουργούν στην κατασκευή ενός κανονικού στοιχείου Weston.

Τοξικότητα καδμίου

Τα δεδομένα για την τοξικότητα του καδμίου είναι μάλλον αντιφατικά. Μάλλον, το γεγονός ότι το κάδμιο είναι δηλητηριώδες είναι αδιαμφισβήτητο: οι επιστήμονες διαφωνούν για τον βαθμό κινδύνου του καδμίου. Είναι γνωστές περιπτώσεις θανατηφόρων δηλητηριάσεων από τους ατμούς αυτού του μετάλλου και των ενώσεών του - έτσι οι ατμοί αυτοί αποτελούν σοβαρό κίνδυνο. Εάν εισέλθει στο στομάχι, το κάδμιο είναι επίσης επιβλαβές, αλλά οι περιπτώσεις θανατηφόρων δηλητηριάσεων με ενώσεις καδμίου που λαμβάνονται από τα τρόφιμα είναι άγνωστες στην επιστήμη. Προφανώς, αυτό οφείλεται στην άμεση απομάκρυνση του δηλητηρίου από το στομάχι, που αναλαμβάνει το ίδιο το σώμα. ] Ωστόσο, σε πολλές χώρες, η χρήση επικαλύψεων καδμίου για την κατασκευή δοχείων τροφίμων απαγορεύεται από το νόμο.

Το κάδμιο είναι ένα στοιχείο μιας δευτερεύουσας υποομάδας της δεύτερης ομάδας, της πέμπτης περιόδου του περιοδικού συστήματος χημικών στοιχείων του D. I. Mendeleev, με ατομικό αριθμό 48. Ορίζεται από το σύμβολο Cd (Λατινικό κάδμιο). Ένα μαλακό εύπλαστο όλκιμο μεταβατικό μέταλλο ασημί-λευκού χρώματος.

Η ιστορία της ανακάλυψης του καδμίου

Ο συνοικιακός γιατρός Rolov διακρίθηκε από μια σκληρή διάθεση. Έτσι, το 1817, διέταξε την απόσυρση από την πώληση όλων των παρασκευασμάτων με οξείδιο του ψευδαργύρου που παρήχθησαν στο εργοστάσιο Shenbeck του Hermann. Με την εμφάνιση των σκευασμάτων, υποψιάστηκε ότι υπήρχε αρσενικό σε οξείδιο του ψευδαργύρου! (Το οξείδιο του ψευδαργύρου εξακολουθεί να χρησιμοποιείται για δερματικές παθήσεις · από αυτό παρασκευάζονται αλοιφές, σκόνες και γαλακτώματα.)

Για να αποδείξει την περίπτωσή του, ο αυστηρός επιθεωρητής διέλυσε το ύποπτο οξείδιο σε οξύ και πέρασε υδρόθειο μέσω αυτού του διαλύματος: ένα κίτρινο ίζημα έπεσε έξω. Τα σουλφίδια του αρσενικού είναι απλώς κίτρινα!

Ο ιδιοκτήτης του εργοστασίου άρχισε να αμφισβητεί την απόφαση του Ρολόφ. Himselfταν ο ίδιος χημικός και, έχοντας αναλύσει προσωπικά δείγματα προϊόντων, δεν βρήκε κανένα αρσενικό σε αυτά. Ανέφερε τα αποτελέσματα της ανάλυσης στον Ρολόφ, και ταυτόχρονα στις αρχές της πολιτείας του Ανόβερου. Οι αρχές ζήτησαν φυσικά δείγματα για να τα στείλουν για ανάλυση σε έναν από τους έγκριτους χημικούς. Αποφασίστηκε ότι ο δικαστής στη διαφορά μεταξύ Rolow και Hermann θα πρέπει να είναι ο καθηγητής Friedrich Stromeyer, ο οποίος από το 1802 κατείχε το Τμήμα Χημείας στο Πανεπιστήμιο του Göttingen και τη θέση του Γενικού Επιθεωρητή όλων των φαρμακείων του Ανόβερο.

Ο Stromeyer απέστειλε όχι μόνο οξείδιο ψευδαργύρου, αλλά και άλλα σκευάσματα ψευδαργύρου από το εργοστάσιο του Hermann, συμπεριλαμβανομένου του ZnCO 3, από το οποίο ελήφθη αυτό το οξείδιο. Έχοντας συμπυκνωμένο ανθρακικό ψευδάργυρο, ο Stromeyer έλαβε οξείδιο, αλλά όχι λευκό, όπως θα έπρεπε, αλλά κιτρινωπό. Ο ιδιοκτήτης του εργοστασίου εξήγησε το χρώμα με ένα μείγμα σιδήρου, αλλά ο Stromeyer δεν ήταν ικανοποιημένος με αυτήν την εξήγηση. Έχοντας αγοράσει περισσότερα σκευάσματα ψευδαργύρου, έκανε μια πλήρη ανάλυση αυτών και, χωρίς ιδιαίτερη δυσκολία, απομόνωσε το στοιχείο που προκάλεσε το κιτρίνισμα. Η ανάλυση είπε ότι δεν ήταν αρσενικό (όπως υποστήριξε ο Rolov), αλλά όχι σίδηρος (όπως υποστήριξε ο Herman).

Ταν ένα νέο, άγνωστο μέχρι τώρα μέταλλο, χημικά πολύ παρόμοιο με τον ψευδάργυρο. Μόνο το υδροξείδιο του, σε αντίθεση με το Zn (OH) 2, δεν ήταν αμφοτερικό, αλλά είχε έντονες βασικές ιδιότητες.

Σε ελεύθερη μορφή, το νέο στοιχείο ήταν ένα λευκό μέταλλο, μαλακό και όχι πολύ ισχυρό, καλυμμένο με μεμβράνη καφετί οξειδίου στην κορυφή. Ο Stromeyer ονόμασε αυτό το μέταλλο κάδμιο, υπονοώντας σαφώς την προέλευση του "ψευδαργύρου": η ελληνική λέξη καδμεια χρησιμοποιείται εδώ και πολύ καιρό για να δηλώσει μεταλλεύματα ψευδαργύρου και οξείδιο ψευδαργύρου.

Το 1818, ο Stromeyer δημοσίευσε λεπτομερείς πληροφορίες σχετικά με το νέο χημικό στοιχείο και σχεδόν αμέσως άρχισαν να καταπατούν την προτεραιότητά του. Ο πρώτος που μίλησε ήταν ο ίδιος ο Ρολόφ, ο οποίος είχε πιστέψει προηγουμένως ότι τα σκευάσματα από το εργοστάσιο του Χέρμαν περιείχαν αρσενικό. Λίγο μετά τον Stromeyer, ένας άλλος Γερμανός χημικός, ο Kersten, βρήκε ένα νέο στοιχείο στο μεταλλεύμα ψευδαργύρου της Σιλεσίας και το ονόμασε mellin (από το λατινικό mellinus - "κίτρινο σαν κυδώνι") λόγω του χρώματος του ιζήματος που σχηματίζεται από τη δράση του υδρόθειου. Wasταν όμως κάδμιο που είχε ήδη ανακαλύψει ο Stromeyer. Αργότερα, προτάθηκαν δύο ακόμη ονόματα για αυτό το στοιχείο: claprothium - προς τιμή του διάσημου χημικού Martin Klaproth και Junonium - μετά τον αστεροειδή Juno που ανακαλύφθηκε το 1804. Παρ 'όλα αυτά, το όνομα που δόθηκε στο στοιχείο από τον ανακαλυφτή του έχει εδραιωθεί σταθερά. Είναι αλήθεια ότι στη ρωσική χημική βιβλιογραφία του πρώτου μισού του 19ου αιώνα. το κάδμιο συχνά ονομαζόταν κάδμιο.

Κάδμιο στο περιβάλλον

Η μέση περιεκτικότητα καδμίου στον φλοιό της γης είναι 130 mg / t. Το κάδμιο είναι ένα από τα σπάνια, ιχνοστοιχεία: βρίσκεται ως ισόμορφη ακαθαρσία σε πολλά μέταλλα και πάντα σε μέταλλα ψευδαργύρου. Μόνο 6 μέταλλα καδμίου είναι γνωστά. Πολύ σπάνια ορυκτά καδμίου είναι το greenockite CdS (77,8% Cd), το howleyite (το ίδιο), το otavite CdCO 3, το montemponite CdO (87,5% Cd), το cadmoselite CdSe (47% Cd), το ξανθοχρωϊτικό CdS (H 2 O) x (77,2%) CD). Το μεγαλύτερο μέρος του καδμίου διασκορπίζεται σε μεγάλο αριθμό ορυκτών (περισσότερα από 50), κυρίως σε σουλφίδια ψευδαργύρου, μολύβδου, χαλκού, σιδήρου, μαγγανίου και υδραργύρου.

Αν και είναι γνωστά ανεξάρτητα μέταλλα καδμίου - greenockit(CdS), otavit(CdCO 3), μοντεπονίτης(CdO) και σεληνίδη(CdSe), δεν σχηματίζουν τις καταθέσεις τους, αλλά υπάρχουν με τη μορφή προσμείξεων σε ψευδάργυρο, μόλυβδο, χαλκό και πολυμεταλλικά μεταλλεύματα, τα οποία αποτελούν την κύρια πηγή βιομηχανικής παραγωγής καδμίου. Η μέγιστη συγκέντρωση σημειώνεται σε ορυκτά ψευδαργύρου και, πρώτα απ 'όλα, σε σφαλερίτη (έως 5%). Στις περισσότερες περιπτώσεις, η περιεκτικότητα καδμίου σε σφαλερίτη δεν υπερβαίνει το 0,4 - 0,6%. Σε άλλα σουλφίδια, για παράδειγμα, στην κλίνη, η περιεκτικότητα σε κάδμιο είναι 0,003 - 0,2%, στη γαλένα 0,005 - 0,02%, σε χαλκοπυρίτη 0,006 - 0,12%. το κάδμιο συνήθως δεν ανακτάται από αυτά τα σουλφίδια.
Παρεμπιπτόντως, το κάδμιο υπάρχει σε ορισμένες ποσότητες στον αέρα. Σύμφωνα με ξένα δεδομένα, η περιεκτικότητα καδμίου στον αέρα είναι 0,1-5,0 ng / m 3 σε αγροτικές περιοχές (1 ng ή 1 nanogram = 10 -9 γραμμάρια), 2 - 15 ng / m 3 - στις πόλεις και από 15 έως 150 ng / m 3 - σε βιομηχανικές περιοχές. Αυτό οφείλεται, ιδίως, στο γεγονός ότι πολλά κάρβουνα περιέχουν κάδμιο με τη μορφή ακαθαρσίας και, όταν καίγεται σε θερμικούς σταθμούς, εισέρχεται στην ατμόσφαιρα. Ταυτόχρονα, ένα σημαντικό μέρος του εγκαθίσταται στο έδαφος. Επίσης, η χρήση ορυκτών λιπασμάτων συμβάλλει στην αύξηση της περιεκτικότητας σε κάδμιο στο έδαφος, γιατί σχεδόν όλα περιέχουν μικρές ακαθαρσίες καδμίου.
Το κάδμιο είναι ικανό να συσσωρεύεται στα φυτά (κυρίως σε μύκητες) και στους ζωντανούς οργανισμούς (ειδικά στους υδρόβιους οργανισμούς) και περαιτέρω κατά μήκος της τροφικής αλυσίδας μπορεί να "παρέχεται" στους ανθρώπους. Υπάρχει πολύ κάδμιο στον καπνό του τσιγάρου.

Υπό φυσικές συνθήκες, το κάδμιο εισέρχεται στα υπόγεια ύδατα ως αποτέλεσμα της έκπλυσης μεταλλευμάτων μη σιδηρούχων μετάλλων, καθώς και ως αποτέλεσμα της αποσύνθεσης υδρόβιων φυτών και οργανισμών ικανών να το συσσωρεύσουν. Τις τελευταίες δεκαετίες, ο ανθρωπογενής παράγοντας της ρύπανσης των φυσικών υδάτων από κάδμιο έχει επικρατήσει. Το κάδμιο υπάρχει στο νερό σε διαλυμένη μορφή (θειικό, χλωριούχο, νιτρικό κάδμιο) και σε αιωρούμενη μορφή ως μέρος οργανο-ορυκτών συμπλεγμάτων. Η περιεκτικότητα του καδμίου στο νερό επηρεάζεται σημαντικά από το pH του μέσου (σε ένα αλκαλικό μέσο, ​​το κάδμιο καθιζάνει με τη μορφή υδροξειδίου), καθώς και από τις διαδικασίες απορρόφησης.

Απόκτηση καδμίου

Το μόνο ορυκτό που ενδιαφέρει την απόκτηση καδμίου είναι το greenockite, το λεγόμενο "blend κάδμιο". Εξορύσσεται μαζί με τον φαερίτη στην ανάπτυξη μεταλλευμάτων ψευδαργύρου. Κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας, το κάδμιο συμπυκνώνεται σε υποπροϊόντα της διαδικασίας, από όπου στη συνέχεια ανακτάται. Επί του παρόντος, παράγονται πάνω από 10³ τόνοι καδμίου ετησίως.

Κατά την επεξεργασία πολυμεταλλικών μεταλλευμάτων, αυτό - ανάλογο ψευδαργύρου - εμφανίζεται πάντοτε κυρίως σε συμπύκνωμα ψευδαργύρου. Και το κάδμιο μειώνεται ακόμη πιο εύκολα από τον ψευδάργυρο και το σημείο βρασμού είναι χαμηλότερο (767 και 906 ° C, αντίστοιχα). Επομένως, σε θερμοκρασίες περίπου 800 ° C, δεν είναι δύσκολο να διαχωριστεί ο ψευδάργυρος και το κάδμιο.

Φυσικές ιδιότητες του καδμίου

Ένα ασημί λευκό μαλακό μέταλλο με ένα εξαγωνικό πλέγμα. Εάν το ραβδί καδμίου είναι λυγισμένο, τότε μπορείτε να ακούσετε ένα αμυδρό τρίξιμο - είναι οι μεταλλικοί μικροκρυστάλλοι που τρίβονται μεταξύ τους (η ράβδος κασσίτερου σπάει επίσης).

Το κάδμιο είναι μαλακό, εύπλαστο, εύκολο στη μηχανή επεξεργασίας. Αυτό διευκόλυνε και επιτάχυνε επίσης την πορεία του στην ατομική μηχανική. Η υψηλή επιλεκτικότητα του καδμίου, η ευαισθησία του στα θερμικά νετρόνια έπαιξαν επίσης στα χέρια των φυσικών. Και όσον αφορά το κύριο χαρακτηριστικό λειτουργίας - τη διατομή θερμικής σύλληψης νετρονίων - το κάδμιο καταλαμβάνει μία από τις πρώτες θέσεις μεταξύ όλων των στοιχείων του περιοδικού συστήματος - 2400 αχυρώνας. (Θυμηθείτε ότι η διατομή σύλληψης είναι η ικανότητα "απορρόφησης" νετρονίων, μετρούμενη σε συμβατικές μονάδες αχυρώνων.)

Το φυσικό κάδμιο αποτελείται από οκτώ ισότοπα (με μάζα 106, 108, 110, 111, 112, 113, 114 και 116) και η διατομή σύλληψης είναι ένα χαρακτηριστικό με το οποίο τα ισότοπα ενός στοιχείου μπορεί να διαφέρουν πολύ. Σε ένα φυσικό μείγμα ισοτόπων καδμίου, ο κύριος "απορροφητής νετρονίων" είναι ένα ισότοπο με αριθμό μάζας 113. Η μεμονωμένη διατομή σύλληψης είναι τεράστια - 25 χιλιάδες αχυρώνας!

Συνδέοντας ένα νετρόνιο, το κάδμιο-113 μετατρέπεται στο πιο διαδεδομένο (28,86% του φυσικού μείγματος) ισότοπο του στοιχείου 48-κάδμιο-114. Το μερίδιο του ίδιου του καδμίου-113 είναι μόνο 12,26%. Δυστυχώς, ο διαχωρισμός των οκτώ ισοτόπων του καδμίου είναι πολύ πιο δύσκολος από τα δύο ισότοπα του βορίου.

Το κρυσταλλικό πλέγμα του καδμίου είναι εξαγωνικό, a = 2.97311 Å, c = 5.60694 Å (στους 25 ° C). ατομική ακτίνα 1,56 Å, ιοντική ακτίνα Cd 2+ 1,03. Πυκνότητα 8,65 g / cm 3 (20 ° C), σημείο τήξης 320,9 ° C, σημείο βρασμού 767 ° C, συντελεστής θερμικής διαστολής 29,8 · 10 -6 (στους 25 ° C). θερμική αγωγιμότητα (στους 0 ° C) 97,55 W / (m K) ή 0,233 cal / (cm sec ° C). ειδική θερμότητα (στους 25 ° C) 225,02 J / (kg K) ή 0,055 cal / (g ° C). ηλεκτρική αντίσταση (στους 20 ° C) 7,4 · 10 -8 ohm · m (7,4 · 10 -6 ohm · cm) · συντελεστής θερμοκρασίας ηλεκτρικής αντίστασης 4,3 · 10 -3 (0-100 ° C). Αντοχή εφελκυσμού 64 MN / m 2 (6,4 kgf / mm 2), επιμήκυνση 20%, σκληρότητα Brinell 160 MN / m 2 (16 kgf / mm 2).

Χημικές ιδιότητες του καδμίου

Το κάδμιο βρίσκεται στην ίδια ομάδα του περιοδικού πίνακα με ψευδάργυρο και υδράργυρο, καταλαμβάνοντας μια ενδιάμεση θέση μεταξύ τους, επομένως, μερικές από τις χημικές ιδιότητες αυτών των στοιχείων είναι παρόμοιες. Έτσι, τα σουλφίδια και τα οξείδια αυτών των στοιχείων είναι πρακτικά αδιάλυτα στο νερό. Το κάδμιο δεν αλληλεπιδρά με τον άνθρακα, επομένως προκύπτει ότι το κάδμιο δεν σχηματίζει καρβίδια.

Σύμφωνα με την εξωτερική ηλεκτρονική διαμόρφωση του ατόμου 4d 10 5s 2, το σθένος του καδμίου στις ενώσεις είναι 2. Στον αέρα, το κάδμιο αμαυρώνεται, καλύπτεται με ένα λεπτό φιλμ οξειδίου CdO, το οποίο προστατεύει το μέταλλο από περαιτέρω οξείδωση. Σε έντονη θέρμανση στον αέρα, το κάδμιο καίγεται σε οξείδιο CdO - μια κρυσταλλική σκόνη από ανοιχτό καφέ έως σκούρο καφέ χρώμα, πυκνότητα 8,15 g / cm 3. στους 700 ° C, το CdO εξαχνώνεται χωρίς τήξη. Το κάδμιο συνδέεται απευθείας με αλογόνα. Αυτές οι ενώσεις είναι άχρωμες. Τα CdCl2, CdBr 2 και CdI 2 είναι πολύ εύκολα διαλυτά στο νερό (περίπου 1 μέρος άνυδρου άλατος σε 1 μέρος νερού στους 20 ° C), το CdF 2 είναι πιο δύσκολο να διαλυθεί (1 μέρος σε 25 μέρη νερού). Με το θείο, το κάδμιο σχηματίζει θειούχο CdS από λεμονοκίτρινο έως πορτοκαλί-κόκκινο χρώμα, αδιάλυτο στο νερό και αραιά οξέα. Το κάδμιο διαλύεται εύκολα σε νιτρικό οξύ με την απελευθέρωση οξειδίων του αζώτου και το σχηματισμό νιτρικού άλατος, το οποίο δίνει στο ένυδρο Cd (NOa) 2 5H 2 O και θειικό 3CdSO 4 · 8H 2 O. Τα διαλύματα άλατος καδμίου έχουν όξινη αντίδραση λόγω υδρόλυσης. καυστικά αλκάλια καθιζάνουν από αυτά το λευκό υδροξείδιο Cd (OH) 2, αδιάλυτο σε περίσσεια του αντιδραστηρίου. Ωστόσο, υπό την επίδραση συμπυκνωμένων διαλυμάτων αλκαλίων σε Cd (OH) 2, ελήφθησαν υδροξυκαδμιτικά, για παράδειγμα, Na2. Το κατιόν Cd 2+ σχηματίζει εύκολα σύνθετα ιόντα με αμμωνία 2+ και με κυανογόνο 2- και 4-. Είναι γνωστά πολλά βασικά, διπλά και σύνθετα άλατα καδμίου. Οι ενώσεις καδμίου είναι δηλητηριώδεις. η εισπνοή των ατμών του οξειδίου του είναι ιδιαίτερα επικίνδυνη.

Εφαρμογή καδμίου

Το κάδμιο κέρδισε δημοτικότητα στη δεκαετία του '40 του 20ού αιώνα. Thisταν εκείνη τη στιγμή που το κάδμιο μετατράπηκε σε στρατηγικό υλικό - άρχισαν να κατασκευάζουν ράβδους ελέγχου και έκτακτης ανάγκης πυρηνικών αντιδραστήρων από αυτό.

Στην αρχή, το κάδμιο αποδείχθηκε ότι ήταν το κύριο υλικό "πυρήνα" κυρίως επειδή απορροφά καλά τα θερμικά νετρόνια. Όλοι οι αντιδραστήρες της αρχής της «ατομικής εποχής» (και ο πρώτος από αυτούς κατασκευάστηκε από τον Enrico Fermi το 1942) λειτουργούσαν με θερμικά νετρόνια. Μόνο πολλά χρόνια αργότερα έγινε σαφές ότι οι γρήγοροι αντιδραστήρες νετρονίων είναι πιο ελπιδοφόροι τόσο για τη μηχανική ισχύος όσο και για την παραγωγή πυρηνικού καυσίμου - πλουτώνιο -239. Και ενάντια στα γρήγορα νετρόνια, το κάδμιο είναι ανίσχυρο, δεν τα καθυστερεί.

Ωστόσο, ο ρόλος του καδμίου στην κατασκευή αντιδραστήρων δεν πρέπει να είναι υπερβολικός, αφού οι φυσικοχημικές ιδιότητες αυτού του μετάλλου (δύναμη, σκληρότητα, αντοχή στη θερμότητα - το σημείο τήξης του είναι μόνο 321 ° C) αφήνουν πολλά να είναι επιθυμητά. Το κάδμιο ήταν το πρώτο υλικό πυρήνα. Στη συνέχεια, το βόριο και οι ενώσεις του άρχισαν να αναλαμβάνουν τους πρωταγωνιστικούς ρόλους. Αλλά το κάδμιο είναι ευκολότερο να ληφθεί σε μεγάλες ποσότητες.

Κράματα καδμίου

Η παραγωγή κραμάτων αντιπροσωπεύει περίπου το ένα δέκατο της παγκόσμιας παραγωγής καδμίου. Τα κράματα καδμίου χρησιμοποιούνται κυρίως ως αντιτριβικά υλικά και κολλήσεις. Ένα πολύ γνωστό κράμα με σύνθεση 99% Cd και 1% Ni χρησιμοποιείται για την κατασκευή ρουλεμάν που λειτουργούν σε κινητήρες αυτοκινήτων, αεροσκαφών και θαλάσσιων κινητήρων σε υψηλές θερμοκρασίες. Δεδομένου ότι το κάδμιο δεν είναι αρκετά ανθεκτικό στα οξέα, συμπεριλαμβανομένων των οργανικών οξέων που περιέχονται σε λιπαντικά, μερικές φορές τα κράματα εδράνων με βάση κάδμιο επικαλύπτονται με ίνδιο.

Η συγκόλληση χαλκού με μικρές προσθήκες καδμίου καθιστά δυνατή την κατασκευή καλωδίων πιο ανθεκτικών στη φθορά σε ηλεκτρικές γραμμές μεταφοράς. Ο χαλκός με την προσθήκη καδμίου σχεδόν δεν διαφέρει στην ηλεκτρική αγωγιμότητα από τον καθαρό χαλκό, αλλά ξεπερνά αισθητά τη δύναμη και τη σκληρότητά του.

Κράμα καδμίου με χρυσό έχει πρασινωπό χρώμα. Ένα κράμα καδμίου με βολφράμιο, ρήνιο και 0,15% ουράνιο 235 - ένα μπλε ουρανό χρώμα αποκτήθηκε από Ισπανούς επιστήμονες το 1998.

Προστατευτικές επικαλύψεις με κάδμιο

Όλοι γνωρίζουν γαλβανισμένο λαμαρίνα, αλλά δεν γνωρίζουν όλοι ότι όχι μόνο ο ψευδάργυρος, αλλά και το κάδμιο χρησιμοποιείται για την προστασία του σιδήρου από τη διάβρωση. Η επικάλυψη καδμίου εφαρμόζεται πλέον μόνο ηλεκτρολυτικά · τα λουτρά με κυάνιο χρησιμοποιούνται συχνότερα σε βιομηχανικές συνθήκες. Προηγουμένως, ο σίδηρος και άλλα μέταλλα επιμεταλλώθηκαν με κάδμιο βυθίζοντας αντικείμενα σε λιωμένο κάδμιο.

Παρά την ομοιότητα των ιδιοτήτων καδμίου και ψευδαργύρου, η επένδυση καδμίου έχει πολλά πλεονεκτήματα: είναι πιο ανθεκτική στη διάβρωση, είναι ευκολότερο να γίνει ομοιόμορφη και λεία. Επιπλέον, το κάδμιο, σε αντίθεση με τον ψευδάργυρο, είναι σταθερό σε αλκαλικό περιβάλλον. Ο κασσίτερος χρησιμοποιείται αρκετά ευρέως · δεν έχει πρόσβαση μόνο στην παραγωγή δοχείων τροφίμων, επειδή το κάδμιο είναι τοξικό. Ένα άλλο ενδιαφέρον χαρακτηριστικό των επιχρισμάτων καδμίου είναι ότι είναι σημαντικά πιο ανθεκτικά στη διάβρωση σε αγροτικά περιβάλλοντα από ό, τι σε βιομηχανικά περιβάλλοντα. Ιδιαίτερα γρήγορα, μια τέτοια επικάλυψη διασπάται εάν αυξηθεί η περιεκτικότητα σε θείο ή θειικό ανυδρίτη στον αέρα.

Κάδμιο στην παραγωγή χημικών πηγών ρεύματος

Ο πιο σημαντικός τομέας εφαρμογής του καδμίου είναι η παραγωγή χημικών πηγών ρεύματος. Τα ηλεκτρόδια καδμίου χρησιμοποιούνται σε μπαταρίες και συσσωρευτές. Οι αρνητικές πλάκες μπαταρίας νικελίου καδμίου είναι κατασκευασμένες από πλέγματα σιδήρου με ενεργό παράγοντα σφουγγαράκι κάδμιο. Οι θετικές πλάκες είναι επικαλυμμένες με υδροξείδιο νικελίου. Ο ηλεκτρολύτης είναι ένα διάλυμα υδροξειδίου του καλίου. Οι συμπαγείς μπαταρίες για κατευθυνόμενους πυραύλους κατασκευάζονται επίσης με βάση το κάδμιο και το νικέλιο, μόνο που σε αυτή την περίπτωση, όχι σίδηρος, αλλά δίχτυα νικελίου είναι εγκατεστημένα ως βάση.

Οι αλκαλικές μπαταρίες νικελίου-καδμίου είναι πιο αξιόπιστες από τις μπαταρίες μολύβδου (οξέος). Αυτές οι πηγές ισχύος διακρίνονται από υψηλά ηλεκτρικά χαρακτηριστικά, σταθερότητα λειτουργίας και μεγάλη διάρκεια ζωής. Μπορούν να φορτιστούν σε μόλις μία ώρα. Ωστόσο, οι μπαταρίες νικελίου-καδμίου δεν μπορούν να επαναφορτιστούν χωρίς πλήρη προφόρτιση (είναι κατώτερες των μπαταριών υδριδίων μετάλλων από αυτή την άποψη).

Περίπου το 20% του καδμίου χρησιμοποιείται για την κατασκευή ηλεκτροδίων καδμίου που χρησιμοποιούνται σε μπαταρίες (νικέλιο-κάδμιο και ασήμι-κάδμιο), κανονικές κυψέλες Weston, σε εφεδρικές μπαταρίες (κύτταρα μολύβδου-καδμίου, κύτταρα υδραργύρου-καδμίου κ.λπ.)

Χρωστικές

Περίπου το 20% του καδμίου χρησιμοποιείται για την παραγωγή ανόργανων χρωστικών (σουλφίδια και σεληνίδια, μικτά άλατα, για παράδειγμα, θειούχο κάδμιο - κιτρικό κάδμιο).

Η χρήση του καδμίου στην ιατρική

• Μερικές φορές το κάδμιο χρησιμοποιείται στην πειραματική ιατρική.

Το κάδμιο χρησιμοποιείται στην ομοιοπαθητική ιατρική.

• Τα τελευταία χρόνια, το κάδμιο χρησιμοποιείται στη δημιουργία νέων αντικαρκινικών νανο-φαρμάκων. Στη Ρωσία, στις αρχές της δεκαετίας του 1950, πραγματοποιήθηκαν τα πρώτα επιτυχημένα πειράματα που σχετίζονται με την ανάπτυξη αντικαρκινικών φαρμάκων με βάση τις ενώσεις καδμίου.

Άλλες χρήσεις του καδμίου

• Το θειούχο κάδμιο χρησιμοποιείται για την παραγωγή φιλμ ηλιακών κυττάρων με απόδοση περίπου 10-16%, καθώς και ένα πολύ καλό θερμοηλεκτρικό υλικό.

• Χρησιμοποιείται ως συστατικό υλικών ημιαγωγών και φωσφόρων.

• Η θερμική αγωγιμότητα ενός μετάλλου κοντά στο απόλυτο μηδέν είναι η υψηλότερη μεταξύ όλων των μετάλλων · ως εκ τούτου, το κάδμιο χρησιμοποιείται μερικές φορές για κρυογονική τεχνολογία.

Η επίδραση του καδμίου στο ανθρώπινο σώμα

Το κάδμιο είναι ένα από τα πιο τοξικά βαρέα μέταλλα και ως εκ τούτου κατατάσσεται από το ρωσικό SanPiN ως κατηγορία κινδύνου 2.

Οι ενώσεις καδμίου είναι δηλητηριώδεις. Η εισπνοή των ατμών του οξειδίου (CdO) είναι ιδιαίτερα επικίνδυνη. Το κάδμιο είναι ένα σωρευτικό δηλητήριο (μπορεί να συσσωρευτεί στο σώμα). Σε πόσιμο νερό MPC για κάδμιο 0,001 mg / dm³

Οι διαλυτές ενώσεις καδμίου, αφού απορροφηθούν στο αίμα, επηρεάζουν το κεντρικό νευρικό σύστημα, το συκώτι και τα νεφρά και διαταράσσουν τον μεταβολισμό φωσφόρου-ασβεστίου. Η χρόνια δηλητηρίαση οδηγεί σε αναιμία και καταστροφή των οστών.

Το κάδμιο βρίσκεται κανονικά σε μικρές ποσότητες στο σώμα ενός υγιούς ατόμου. Το κάδμιο συσσωρεύεται εύκολα σε ταχέως πολλαπλασιαζόμενα κύτταρα (για παράδειγμα, καρκινικά ή αναπαραγωγικά κύτταρα). Συνδέεται με το κυτταροπλασματικό και πυρηνικό υλικό των κυττάρων και τα βλάπτει. Αλλάζει τη δραστηριότητα πολλών ορμονών και ενζύμων. Αυτό οφείλεται στην ικανότητά του να δεσμεύει ομάδες σουλφυδρυλίου (-SH).

Το 1968, μια σημείωση εμφανίστηκε σε γνωστό περιοδικό που ονομάζεται "Κάδμιο και καρδιά". Είπε ότι ο Δρ Carroll, αξιωματικός υγείας των ΗΠΑ, είχε βρει μια σχέση μεταξύ του ατμοσφαιρικού καδμίου και της συχνότητας θανάτων από καρδιαγγειακές παθήσεις. Εάν, ας πούμε, στην πόλη Α το περιεχόμενο καδμίου στον αέρα είναι μεγαλύτερο από αυτό στην πόλη Β, τότε οι πυρήνες της πόλης Α πεθαίνουν νωρίτερα από ό, τι αν ζούσαν στην πόλη Β. Ο Κάρολ κατέληξε σε ένα τέτοιο συμπέρασμα μετά την ανάλυση δεδομένων για 28 πόλεις.

Σύμφωνα με το USEPA, τον ΠΟΥ και την Υγεία του Καναδά, η συνολική ημερήσια πρόσληψη καδμίου από όλες τις πηγές είναι 10-50 μg. Η κύρια και πιο «σταθερή» πηγή είναι τα τρόφιμα - κατά μέσο όρο 10 έως 30-40 μg καδμίου την ημέρα. Λαχανικά, φρούτα, κρέας ζώων, ψάρια συνήθως περιέχουν 10-20 μg καδμίου ανά κιλό βάρους. Ωστόσο, δεν υπάρχουν κανόνες χωρίς εξαιρέσεις. Τα δημητριακά που καλλιεργούνται σε χώματα μολυσμένα με κάδμιο ή ποτίζονται με νερό που περιέχει κάδμιο μπορεί να περιέχουν αυξημένη ποσότητα καδμίου (πάνω από 25 μg / kg).

Οι καπνιστές λαμβάνουν σημαντική αύξηση του καδμίου. Ένα τσιγάρο περιέχει 1 μg (και μερικές φορές περισσότερο - έως 2 μg) καδμίου. Σκεφτείτε λοιπόν - ένα άτομο που καπνίζει ένα πακέτο τσιγάρα την ημέρα εκθέτει το σώμα του σε μια επιπλέον επίδραση τουλάχιστον 20 μg καδμίου, τα οποία, για αναφορά, δεν συγκρατούνται ούτε από ένα φίλτρο άνθρακα.
Πρέπει επίσης να σημειωθεί ότι μέσω των πνευμόνων, το κάδμιο απορροφάται πιο εύκολα από το σώμα - έως 10-20%. Εκείνοι. από ένα πακέτο τσιγάρα, θα απορροφηθούν 2 - 4 mcg καδμίου. Κατά την είσοδο μέσω του γαστρεντερικού σωλήνα, το ποσοστό αφομοίωσης είναι μόνο 4-7% (0,2-5 μg καδμίου την ημέρα σε απόλυτους αριθμούς). Έτσι, ένας καπνιστής τουλάχιστον 1,5-2 φορές αυξάνει το "φορτίο" στο σώμα του για κάδμιο, το οποίο είναι γεμάτο με δυσμενείς συνέπειες για την υγεία.

Παγκόσμια αγορά καδμίου

Περίπου 20 χιλιάδες τόνοι καδμίου παράγονται ετησίως. Ο όγκος παραγωγής του σχετίζεται σε μεγάλο βαθμό με την κλίμακα παραγωγής ψευδαργύρου.

Οι πηγές ενέργειας νικελίου-καδμίου αντιπροσωπεύουν περίπου το 82% της παγκόσμιας προμήθειας καδμίου στον κόσμο, αλλά μετά τους περιορισμούς στην παραγωγή τους στην Ευρώπη, θα επηρεαστεί το ένα τρίτο της κατανάλωσης καδμίου. Ως αποτέλεσμα της αύξησης της παραγωγής ψευδαργύρου στην Ευρώπη και της μείωσης της χρήσης καδμίου, μπορεί να υπάρχει «δωρεάν» κάδμιο, συχνότερα με τη μορφή στερεών αποβλήτων, αλλά η παραγωγή μπαταριών νικελίου-καδμίου αυξάνεται στην Ασία, η παραγωγή μεταφέρεται στην Ασία και, ως αποτέλεσμα, η ζήτηση καδμίου στην ασιατική περιοχή. Προς το παρόν, αυτό θα επιτρέψει τη διατήρηση της παγκόσμιας κατανάλωσης καδμίου στο τρέχον επίπεδο. Το 2007, οι τιμές του καδμίου, ξεκινώντας από $ 4,18 / kg, αυξήθηκαν σε $ 13 / kg, αλλά μέχρι το τέλος του έτους ανήλθαν σε $ 7 / kg.

Το 2010, η Νότια Κορέα Young Poong Corp. αύξησε την παραγωγή καδμίου κατά 75% στους 1.400 τόνους ετησίως και σχεδιάζει να ξεκινήσει σύντομα νέες εγκαταστάσεις, δήλωσε αξιωματούχος της εταιρείας.