КА́ДМИЙ
-
Рубрика: Химия
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
КА́ДМИЙ (лат. Cadmium), Cd, химич. элемент II группы короткой формы (12-й группы длинной формы) периодич. системы, ат. н. 48, ат. м. 112,411. В природе восемь стабильных изотопов: $\ce{^{106}Cd}$ (1,25%), $\ce{^{108}Cd}$ (0,89%), $\ce{^{110}Cd}$ (12,49%), $\ce{^{111}Cd}$ (12,80%), $\ce{^{112}Cd}$ (24,13%), $\ce{^{113}Cd}$ (12,22%), $\ce{^{114}Cd}$ (28,73%), $\ce{^{116}Cd}$ (7,49%). Искусственно получены радиоизотопы с массовыми числами 97–130.
К. относится к рассеянным элементам; содержание в земной коре составляет 1, 35·10–5% по массе, в воде морей и океанов – 0,00011 кг/м3. В природе К. присутствует в сульфидных рудах, в первую очередь в сфалерите (0,01–5,0% по массе), особенно в маложелезистом, а также в галените (до 0,02%), пирите (до 0,02%), халькопирите (до 0,12%), блёклых рудах и станнине (до 0,2%); собственные минералы – гринокит $\ce{CdS}$, отавит $\ce{CdCO_3}$, кадмоселит $\ce{CdSe}$ – очень редки. Открыт в 1817 нем. химиком Ф. Штромейером при анализе химич. препаратов оксида цинка. Назв. происходит от греч. ϰαδμεία – цинковая руда.
Конфигурация внешних электронных оболочек атома К. $4d^{10}5s^2$; в соединениях обычно проявляет степень окисления +2, редко +1; энергии ионизации $\ce{Cd^0→Cd^{+}→Cd^{2+}→Cd^{3+}}$ соответственно $\ce{Cd^0→Cd^+→Cd^{2+}→Cd^{3+}}$ равны 8,99, 16,91 и 37,48 эВ; электроотрицательность по Полингу 1,69; атомный радиус 155 пм, радиус ионов $\ce{Cd{2+}}$ 92 пм (координац. число 4), 109 пм (координац. число 6). Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов для природной смеси изотопов 29·10–26 м2, для $\ce{^{113}Cd}$ 25·10–25 м2. К. – серебристо-белый мягкий, ковкий, тягучий металл; кристаллич. решётка гексагoнальная; $t_{\text{пл}}$ 321,07 °С, $t_{\text{кип}}$ 767 °С; плотность 8650 кг/м3; твёрдость по Бринеллю (для отожжённого образца) 200–275 МПа. К. хорошо вальцуется в листы, легко поддаётся полированию.
Металлич. К. с $\ce{Н_2}$, $\ce{N_2}$, $\ce{C}$, $\ce{Si}$ и $\ce{B}$ не взаимодействует. При нормальных условиях устойчив на воздухе, во влажном воздухе пассивируется. При нагревании выше темп-ры плавления К. взаимодействует с кислородом (образуется оксид $\ce{CdO}$), галогенами (галогениды, напр. хлорид $\ce{CdCl_2}$), халькогенами (сульфид $\ce{CdS}$, селенид $\ce{CdSe}$, теллурид $\ce{CdTe}$). С фосфором, мышьяком и сурьмой образует соответственно фосфиды, арсениды и антимониды состава $\ce{Cd_3Э_2}$ и $\ce{CdЭ_2}$ (где Э – $\ce{P}$, $\ce{As}$, $\ce{Sb}$).
К. медленно взаимодействует с минер. кислотами (легче с $\ce{HNO_3}$) с образованием соответствующих солей. С растворами щелочей не взаимодействует. Простые соли К., напр. сульфат $\ce{CdSO_4}$, гидролизуются водой – их растворы имеют слабокислую реакцию, при $\ce{рНO}$ 7–8 из таких растворов осаждаются гидроксопроизводные, напр. $\ce{CdSO_4· 3,5Cd(OH)_2· H_2O}$. Для К. характерно образование комплексных соединений, в частности аммиачных, содержащих от 1 до 6 молекул аммиака. Так, гидроксид $\ce{Cd(OH)_2}$ взаимодействует с раствором $\ce{NH_3}$ с образованием комплекса $\ce{[Cd(NH3)4]^{2+}}$; аммиачные комплексы К. при кипячении их растворов разлагаются. Плохо растворимый в воде цианид $\ce{Cd(CN)_2}$ при взаимодействии с избытком цианидов щелочных металлов образует хорошо растворимые в воде комплексы состава $\ce{M_2[Cd(CN)_4]}$ и $\ce{M_4[Cd(CN)_6]}$, где М – щелочной металл.
Осн. источники К. – промежуточные продукты цинкового произ-ва: медно-кадмиевые «кеки» (содержание К. 2–12% по массе), пуссьеры (0,7–1,1%), летучие фракции, выделенные при ректификац. очистке $\ce{Zn}$ (до 40%), пыли свинцовых (0,5–5%) и медеплавильных (0,2–0,5%) заводов. Сырьё, содержащее К., растворяют в $\ce{H_2SO_4}$ в присутствии окислителей, затем цинковой пылью осаждают металлич. К. в виде т. н. кадмиевой губки, которую растворяют в $\ce{H_2SO_4}$. Полученный раствор очищают разл. способами, напр. методом ионного обмена. Из кислых растворов металлич. К. выделяют электролизом или вытесняют металлич. цинком. Металлич. К. высокой чистоты получают электролитич. рафинированием, ректификацией металла, зонной плавкой и др. Сочетанием этих способов получают К. с содержанием осн. примесей ($\ce{Zn}$, $\ce{Сu}$ и др.) менее 10–5% по массе.
К. используют для нанесения антикоррозионных покрытий на металлы, изготовления электродов для аккумуляторов, получения пигментов, изготовления спец. припоев, полупроводниковых материалов, стабилизаторов пластмасс, регулирующих и аварийных стержней ядерных реакторов, как компонент антифрикционных, легкоплавких и ювелирных сплавов. Объём мирового произ-ва К. ок. 20 тыс. т/год (2000).
Пары́ К. и его соединений токсичны. Растворимые соединения К. при попадании внутрь организма поражают центр. нервную систему, печень и почки. Хронич. отравление К. приводит к анемии и разрушению костей.