ximia.org - сайт о химии для химиков
РАЗДЕЛЫ САЙТА
Разная химия
Неорганическая
Органическая
Биологическая
Наглядная биохимия
Токсикологическая

База знаний
Химическая энциклопедия
Справочник по веществам
Таблица Д.И. Менделеева
Гетероциклические соед.
Теплотехника
Углеводы

Партнёры по Химии
Всё об Алхимии

Химия в жизни
Каталог предприятий

Дополнительно
Лекарственные средства Фармацевтический справ.

 
Всё о Химии - Ximia.org

КАДМИЙ


Алфавитный указатель: А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я


КАДМИЙ (от греч. kadmeia - цинковая руда; лат. Cadmium) Cd, хим. элемент II гр. периодич. системы, ат. н. 48, ат. м. 112,41. Прир. К. 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 К. 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. К. 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 К. оцениваются в 20 млн. т, промышленные - в 600 тыс. т.
Свойства. К. - 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 К. 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 К. устойчив, во влажном на его пов-сти медленно образуется тонкая пленка оксида, предохраняющая металл от дальнейшего окисления. На воздухе выше т-ры плавления К. сгорает с образованием бурого CdO (см. Кадмия оксид). Пары К. реагируют с парами воды с выделением водорода. Медленно взаимод. с минер. к-тами (легче всего с HNO3) с образованием солей. Соли К. 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. К. 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 К. с Р и As образуются соотв. фосфиды и арсениды составов Cd3Э2 и CdЭ2, с сурьмой - кадмия антимонид. Для К. характерно образование амминов и др. комплексных соединений. Сухие соли К. 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 К. 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 К. с орг. и смешанными лигандами используют в качестве электролитов при кадмировании - нанесении на пов-сть металлич. изделий слоя К. Кадмирование осуществляют также пиролизом кадмийорганических соединений. При растворении К. 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. К. 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 К. 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. К.
Получение. Осн. источники К. - 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% К.), пуссьеры (летучие фракции при дистилляц. получении Zn; 0,7-1,1% К.), летучие фракции, выделенные при ректификац. очистке Zn (до 40% К.). К. извлекают также из пылей свинцовых (содержат 0,5-5% К.) и медеплавильных (0,2-0,5% К.) заводов. Пыли обычно обрабатывают конц. H2SO4, а затем выщелачивают водой; из р-ров К. осаждают в виде кека вместе с медью. Из медно-кадмиевых кеков и др. продуктов с высоким содержанием К. 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. К. выделяют электролизом на алюминиевых катодах либо цементацией на цинке (вытеснением цинком Cd0 из р-ров CdSO4) с использованием центробежных реакторов-сепараторов. Рафинирование металлич. К. 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). К. 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 К. с содержанием осн. примесей (Zn, Сu и др.) 10-5% по массе. Для очистки К. могут быть также использованы методы электропереноса в жидком К., электрорафинирования в расплаве NaOH, амальгамного электролиза. При сочетании зонной плавки с электропереносом наряду с очисткой может происходить и разделение изотопов К.
Определение. Качественно К. 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 К. применяют флуоресцентные, фотометрические, нейтронно-активационный, атомно-абсорбционный и др. методы.
Применение. К. 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% К.), нормальных элементах Вестона. Используют К. 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 К. (без СССР) ок. 15000 т/год (1980). Осн. производители -Япония, США, Бельгия, Канада, ФРГ, Австралия, Перу. Пары К. и его соед. токсичны, причем К. может накапливаться в организме. Симптомы острого отравления солями К. рвота и судороги. Растворимые соед. К. 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. К. 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.

 

Всё о Химии для учителей, учеников, студентов и просто химиков