Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Поиск репетиторов
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий


КАДМИЙ

КАДМИЙ (от греч. kadmeia - цинковая руда; лат. Cadmium) Cd, хим. элемент II гр. периодич. системы, ат. н. 48, ат. м. 112,41. Прир. кадмий состоит из восьми стабильных изотопов: 106Cd (1,22%), 108Cd (0,88%), 110Cd (12,39%), 111Cd (12,75%), 112Cd (24,07%), 113Cd (12,26%), 114Cd (28,85%) и 116Cd (7,58%). Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов для прир. смеси 29.10-26 м2, для 113Cd 25.10-25 м2. Конфигурация внеш. электронной оболочки 4d105s2; степень окисления +2, редко +1; энергии ионизации при последоват. переходе от Cd0 к Cd3+ соотв. 8,9939, 16,9085 и 37,48 эВ; сродство к электрону — 0,27 эВ; электроотрицательность по Полингу 1,7; атомный радиус 0,146 нм, ионный радиус (в скобках указано координац. число) Cd2+ 0,092 нм (4), 0,101 нм (5), 0,109 нм (6), 0,117 нм (7), 0,145 нм (12). Содержание кадмия в земной коре 1,35.10-5% по массе, в воде морей и океанов 0,00011 мг/л. Известно неск. очень редких минералов, напр., гринокит CdS, oтавит CdCO3, монтепонит CdO. Кадмий накапливается в сульфидных рудах, в первую очередь в сфалерите (0,01-5,0%), особенно в маложелезистом, а также в галените (до 0,02%), халькопирите (до 0,12%), пирите (до 0,02%), блеклых рудах и станнине (до 0,2%). Извлекается попутно при переработке свинцово-цинковых и медных руд. Общие мировые ресурсы кадмия оцениваются в 20 млн. т, промышленные - в 600 тыс. т.
Свойства. Кадмий - серебристо-белый металл с гексагoн. плотноупакованной кристаллич. решеткой, а = 0,2979 нм, с = 0,5618 нм, z = 2, пространств. группа С6/mmm; т. пл. 321,1°С, т. кип. 766,5 °С; плотн. 8,65 г/см3; С0p 26,0 Дж/(моль.К); DH0пл 6,2 кДж/моль, DH0исп 99,6 кДж/моль; S0298 51,8 Дж/(моль.К); ур-ния температурной зависимости давления пара (в гПа): для твердого lgp = 10,173 — 5924Т + 0,172T2 + 0,642.10-2lgT (298-595 К), для жидкого lgp = 11,47 - 5406T + 0,975Т2 (594-1040 К); температурный коэф. линейного расширения 29,0.10-6 К-1 (273 K; теплопроводность 92,85 Вт/(м.К) при 293 К; r 7.10-6 Ом.м, температурный коэф. r 4,0.10-3 К-1 (0-100°С). Ниже 0,519 К - сверхпроводник. Диамагнитен; магн. восприимчивость -0,176.10-9 (20°С). Стандартный электродный потенциал -0,403 В. Мягкий ковкий тягучий металл, хорошо вальцуется в листы, легко поддается полированию. Палочки кадмия при сгибании издают треск подобно олову. Твердость по Моосу 2, по Бринеллю (для отожженного образца) 200-275 МПа; модуль Юнга 63 ГПа; предел текучести 9,8 МПа; sраст 69 МПа; относительное удлинение 50% (20 °С). В сухом воздухе кадмий устойчив, во влажном на его пов-сти медленно образуется тонкая пленка оксида, предохраняющая металл от дальнейшего окисления. На воздухе выше т-ры плавления кадмий сгорает с образованием бурого CdO (см. Кадмия оксид). Пары кадмия реагируют с парами воды с выделением водорода. Медленно взаимод. с минер. к-тами (легче всего с HNO3) с образованием солей. Соли кадмия бесцветны. В р-рах молекулы мн. солей, в частности галогенидов, сильно ассоциированы; р-ры имеют слабокислую р-цию вследствие гидролиза. При действии р-ров щелочей, начиная с рН 7-8, осаждаются гидроксосоли. Кадмий восстанавливает NH4NO3 в конц. р-рах до NH4NO2. Окисляется до Cd(II) р-рами СuСl2, солей Fe(III). С р-рами щелочей, в отличие от Zn, не взаимодействует. Выше т-ры плавления с галогенами образует кадмия галогениды, с халькогенами - кадмия сульфид, кадмия селенид, кадмия теллурид. С Н2, N2, С, Si и В не реагирует. Косвенными путями получены легко разлагающиеся при нагр. гидрид CdH2 и нитрид Cd3N2. При сплавлении кадмия с Р и As образуются соотв. фосфиды и арсениды составов Cd3Э2 и CdЭ2, с сурьмой - кадмия антимонид. Для кадмия характерно образование амминов и др. комплексных соединений. Сухие соли кадмия поглощают большие кол-ва NН3 - до 6 молекул на 1 молекулу соли и более. Гидроксид Cd(OH)2 растворяется в р-рах NH3 с образованием ионов [Cd(NH3)4]2+; при действии NH3 на р-ры солей кадмия в зависимости от условий могут образовываться амминокомплексы, содержащие от 1 до 6 молекул аммиака; при кипячении р-ров они разлагаются. Труднорастворимый цианид Cd(CN)2 с избытком цианидов щелочных металлов дает легкорастворимые комплексные цианиды типов M2[Cd(CN)4] и M4[Cd(CN)6]. Водные р-ры амминов, комплексных цианидов, а также комплексов кадмия с орг. и смешанными лигандами используют в качестве электролитов при кадмировании - нанесении на пов-сть металлич. изделий слоя кадмия. Кадмирование осуществляют также пиролизом кадмийорганических соединений. При растворении кадмия в расплаве его галогенидов образуется Со+ ; расплавы при этом приобретают красно-черную окраску. При добавлении к расплаву АlНаl3 он становится желто-зеленым. В таких р-рах обнаружен ион Cd22+ . Выделено твердое желтое соед. Cd2[AlCl4]2, к-рое при действии воды диспропорционирует с образованием Cd0 и Cd2+ . Ион Cd+ образуется также при анодной поляризации р-ров CdCl2 в ацетамиде и при импульсном радиолизе водных р-ров, содержащих Cd2+ . Важнейшим соед. кадмия посвящены отдельные статьи, ниже приводятся сведения о нек-рых других. Арсенид Cd3As2 - серые кристаллы с тетрагон. решеткой (а = 1,267 нм, с = 2,548 нм, z = 8, пространств. группа I41cd); т. пл. 721 °С; плотн. 6,21 г/см3; DH0пл 32,1 кДж/моль, DH0обр - 92 кДж/моль; S0298 206,8 Дж/(моль.К). Известны и др. полиморфные модификации. Устойчив на воздухе и к действию воды, к-тами медленно разлагается. Полупроводник; при 300 К ширина запрещенной зоны 0,425 эВ, подвижность электронов 18000 см2/(В.с). Материал для магнеторезисторов, ИК детекторов, датчиков эффекта Холла и др. Фосфид Cd3P2 - серые кристаллы с тетрагон. решеткой (а = 0,8746 нм, с = 1,228 нм, z = 8, пространств. группа Р42/nmс); т. пл. 742 °С (с разл.); плотн. 5,60 г/см3; DH0обр — 155,2 кДж/моль. Устойчив на воздухе и в воде, к-тамй разлагается, с конц. HNO3 реагирует со взрывом. Полупроводник; при 300 К ширина запрещенной зоны 0,52 эВ, подвижность электронов 1500-3600 cм2/(В.с), концентрация носителей тока (3-6).1017 см-3. Получают сплавленисм Р и Cd или их взаимод. в парах. Перспективный лазерный и полупроводниковый материал. Известны также CdP2, CdP4, Cd7P10 и Cd6P7. Карбонат CdCO3 осаждается из р-ров солей кадмия при действии карбонатов или гидрокарбонатов щелочных металлов и аммония; аморфный осадок содержит примесь гидроксокарбонатов. Безводный карбонат кристаллизуется в ромбоэдрич. решетке типа кальцита (а = 0,6112 нм, a = 47,4°, z = 2, пространств. группа 261_280-52.jpg); плотн. 5,02 г/см3; DH0обр -755 кДж/моль; S0298 97 Дж/(моль.К). Мало раств. в воде (2,76.10-6 % по массе при 20 °С), раств. в разб. к-тах, р-рах NH3, солей аммония и цианидов щелочных металлов. Применяется для получения др. соед. кадмия.
Получение. Осн. источники кадмия - промежут. продукты цинкового произ-ва: медно-кадмиевые кеки (осадки металлич. Cd, Сu и Zn, полученные после очистки р-ров ZnSO4 действием цинковой пыли; содержат 2-12% кадмия), пуссьеры (летучие фракции при дистилляц. получении Zn; 0,7-1,1% кадмия), летучие фракции, выделенные при ректификац. очистке Zn (до 40% кадмия). Кадмий извлекают также из пылей свинцовых (содержат 0,5-5% кадмия) и медеплавильных (0,2-0,5% кадмя) заводов. Пыли обычно обрабатывают конц. H2SO4, а затем выщелачивают водой; из р-ров кадмий осаждают в виде кека вместе с медью. Из медно-кадмиевых кеков и др. продуктов с высоким содержанием кадмия его обычно выщелачивают H2SO4 при одновременной аэрации воздухом; процесс ведут в присут. окислителя - марганцевой руды или оборотного марганцевого шлама из электролизных ванн. Из р-ров одно- или двукратным осаждением цинковой пылью выделяют кадмиевую губку; растворяют губку в H2SO4, очищают р-р от примесей действием ZnO или Na2CO3, методами ионного обмена и др. Кадмий выделяют электролизом на алюминиевых катодах либо цементацией на цинке (вытеснением цинком Cd0 из р-ров CdSO4) с использованием центробежных реакторов-сепараторов. Рафинирование металлич. кадмий обычно заключается в переплавке металла под слоем щелочи (для удаления Zn и Рb), иногда с добавлением Na2CO3, обработке расплава алюминием (для удаления Ni) и NH4Cl (для удаления Тl). Кадмий высокой чистоты получают электролитич. рафинированием с промежут. очисткой электролита (ионным обменом, экстракцией и др.), ректификацией металла (обычно при пониж. давлении), зонной плавкой или др. кристаллизац. методами. Сочетанием этих способов получают кадмий с содержанием осн. примесей (Zn, Сu и др.) 10-5% по массе. Для очистки кадмия могут быть также использованы методы электропереноса в жидком кадмии, электрорафинирования в расплаве NaOH, амальгамного электролиза. При сочетании зонной плавки с электропереносом наряду с очисткой может происходить и разделение изотопов кадмия.
Определение. Качественно кадмий обнаруживают после отделения др. элементов по образованию желтого осадка CdS при действии H2S, с использованием капельных р-ций с динитро-n-дифенилкарбазидом (фиолетово-синее окрашивание) или реактивами группы кадионов (желтое или розовое окрашивание). Количественно определение осуществляют: комплексонометрически - с использованием в качестве индикаторов эриохрома Т (рН 10), ксиленолового оранжевого (рН 4,5) и др.; гравиметрически - осаждением из кислых р-ров в виде CdS (с послед. переводом в CdSO4) или в виде комплекса с b-нафтохинолином (C13H9NH)2CdI4; полярографически. Для определения малых концентраций кадмия применяют флуоресцентные, фотометрические, нейтронно-активационный, атомно-абсорбционный и др. методы.
Применение. Кадмий в основном (ок. 40%) используют для нанесения антикоррозионных покрытий на металлы. Высокая пластичность таких покрытий обеспечивает герметичность резьбовых соединений. Кадмиевые электроды применяют в аккумуляторах (~ 20% кадмия), нормальных элементах Вестона. Используют кадмий для получения пигментов (~ 20%) и спец. припоев, полупроводниковых материалов, стабилизаторов (~ 10%) пластмасс (напр., поливинилхлорида), как компонент антифрикционных, легкоплавких и ювелирных сплавов, для изготовления регулирующих и аварийных стержней ядерных реакторов. Мировое произ-во кадмия (без СССР) ок. 15000 т/год (1980). Осн. производители -Япония, США, Бельгия, Канада, ФРГ, Австралия, Перу. Пары кадмия и его соед. токсичны, причем кадмий может накапливаться в организме. Симптомы острого отравления солями кадмия рвота и судороги. Растворимые соед. кадмия после всасывания в кровь поражают центр. нервную систему, печень и почки, нарушают фосфорно-кальциевый обмен. Хронич. отравление приводит к анемии и разрушению костей. ПДК (рекомендованная) в сточных водах для солей 0,1 мг/л, в питьевой воде 0,01 мг/л. Кадмий открыл Ф. Штромейер в 1917
===
Исп. литература для статьи «КАДМИЙ»: Дзлиев И. И., Металлургия кадмия, М., 1962; Чижиков Д. М., Кадмий, 2 изд., М., 1967; Щербов Д. П., Матвеец М. А., Аналитическая химия кадмия, М., 1973; Арсенид и фосфид кадмия, Киш., 1976; Федоров П. И., Химия и технология малых металлов. Висмут и кадмий, М., 1986,
П. И. Федоров.

Страница «КАДМИЙ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.

Еще по теме:

     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн