КА́ДМИЙ

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.