Кадмий

Общие сведения и методы получения

Кадмий ( Cd )—серебристо-белый металл с синеватым отливом.

Открыт в 1817 г. немецким химиком Штромейером при минералоги­ческом исследовании карбоната цинка. Свое название получил от гре­ческого слова kadmeia , что значит нечистый оксид, а также цинковая руда. Независимо от Штромейера немецкие ученые Герман, Карстен и Мейснер в 1818 г. обнаружили кадмий в силезских цинковых рудах.

Первые упоминания о промышленном производстве металлического кадмия относятся к концу 20-х годов прошлого столетия, однако масш­табы этого производства до 1870 г. были ничтожно малы (не более 125 кг в год).

Заметно расширилось производство и применение кадмия к началу текущего столетия.

Содержание кадмия в земной коре 0,00005 % (по массе).

Минералы кадмия — гринокит CdS и отавит CdC 0₃; встречается кад­мий также в морских осадочных породах — сланцах, песчаниках и др.

Основной источник получения кадмия—полиметаллические цинко­вые руды. Его выделяют из отходов цинкового производства, содержа­щих 0,2—0,7 % Cd , путем их обработки разбавленной серной кислотой, растворяющей оксиды кадмия н циика. Из раствора кадмий осаждают цинковой пылью. Губчатый остаток (смесь кадмия и цннка) растворя­ют в разбавленной серной кислоте и выделяют кадмий электролизом этого раствора. Электролитический кадмий переплавляют под слоем ед­кого натра и затем отливают в слитки. Металл высокой чистоты полу­чают электрохимическим способом, применяя глубокую очистку элект­ролита от микропримесей, перегонкой кадмия и зонной плавкой. Чисто­та кадмия после такой обработки 99,99995 %.

Оксид кадмия (аэрозоль) и пыль кадмия, а также растворы его сое­динений токсичны и относятся к веществам 1-го класса опасности Осо­бую опасность представляют пары кадмия и его соединений. Признаки отравления: сладковатый вкус во рту, сухость, боль в горле, кашель, головная боль с головокружением, лихорадочное состояние, слабость, боль в подложечной области. Пострадавшего следует вывести из зара­женного места, облегчить доступ свежего воздуха и вызвать врача.

Предельно допустимая концентрация оксида кадмия в помещении (ПДК) не более 0,1/0,3 мг/м³.

Физические свойства

Атомные характеристики. Атомный номер 48, атомная масса 112,40 а. е. м., атомный объем 13,01*10-⁶ м³/моль, атомный радиус 0,156 нм, ионный радиус Cd ² + 0,099 нм.

Потенциалы ионизации / (эВ): 8,991; 16,904; 44,5. Кристаллическая решетка гексагональная с периодами а=0,296 нм, с=0,563 им, отноше­ние с/а= 1,882; энергия кристаллической решетки 116 мкДж/кмоль. Коор­динационное число 6; 6. Электронная конфигурация 4d¹⁰5s² .

Природный кадмий состоит из смесн восьми стабильных изотопов с массовыми числами: 106(1,215%), 108 (0,875 %), 110 (12,39%), 111 (12,75%), 112 (24,07 %), 113(12,26%), 114 (28,86 %}, 116(7,58%). Эффективное поперечное сечение захвата тепловых нейтронов 2450— 2900-10~²⁸ м². Работа выхода электронов <р=4,1 эВ. Электроотрицатель­ность 1,7.

Плотность. Плотность кадмия при 293 К р=8,650 Мг/м³.

Химические свойства

 Степень окисления +2. Электрохимический эквивалент 0,5824 мг/Кл.

При обычной температуре на воздухе кадмий устойчив. Во влажном воздухе он покрывается пленкой оксидов, которая предохраняет металл от окисления При нагреве на воздухе до 300 °С на поверхности кадмия образуются цвета побежалости, при дальнейшем нагреве кадмий сгорает.

При нормальных условиях с водородом, азотом, углеродом кадмий не взаимодействует. При нагреве образует с азотом химическое соеди­нение CdaN ₂ . Большинство неорганических кислот и некоторые органи­ческие кислоты растворяют кадмий. Он стоек в разбавленных растворах соляной кислоты, легко растворяется в азотной 'кислоте, значительно хуже в серной. В щелочах нерастворим. Кадмий при взаимодействии с галогенами образует галогениды; наиболее активным является хлор.

При нагревании с серой кадмий образует сульфид CdS . Известны основные, двойные и комплексные соли кадмия. Соединения кадмия ядовиты!

Кадмий взаимодействует с золотом, кальцием, литием, магнием, нат­рием, мышьяком, ртутью, никелем и другими элементами, образуя твер­дые растворы, химические соединения, эвтектики и т. д. Кадмий не об­разует твердых растворов с алюминием, кремнием, висмутом, галлием, железом, свинцом.

Для повышения коррозионной стойкости кадмиевых покрытий ис­пользуют хроматирование.

Технологические свойства

Кадмий — пластичный и мягкий металл, хорошо куется, прокатывается на листы и протягивается в проволоку. При нагреве до 80 °С становит­ся хрупким.

Области применения

Кадмий входит в состав антифрикционных сплавов, сплавов на основе меди (кадмиевая бронза) и магния, а также в состав припоев (сплав Вуда). Кадмий используется в ядерных реакторах для управления цеп­ной реакцией. Амальгаму кадмия применяют в зубоврачебном деле. Не­большие добавки кадмия способствуют увеличению вибростойкости свинца, используемого для бронирования кабеля. Одно из важнейших назначений кадмия — антикоррозионные и декоративные покрытия же­леза и стали, однако такие покрытия нельзя применять для деталей, ра­ботающих в атмосфере, содержащей S0₂, а также для водопроводных труб и предметов домашнего обихода. Сернистый кадмий и сульфат кадмия используют для изготовления красок, резниы, а также в тек­стильном производстве н мыловареннн.

Некоторые соединения кадмия (теллуриды, селениды и др.) представ­ляют интерес в качестве полупроводниковых материалов.