Во есента 1817 г При проверка на некои аптеки во областа Магдебург во Германија, откриен е цинк оксид кој содржи некаква нечистотија. Окружниот лекар Р. Ролов се посомневал во присуство на арсен и ја забранил продажбата на лекот. Сопственик на фабрика за цинк оксид К. Херманне се согласи со оваа одлука и почна да го истражува несреќниот производ. Како резултат на неговите експерименти, тој заклучил дека цинк оксидот произведен од неговата фабрика содржи мешавина од некој непознат метал. К. Херман ги објавил податоците добиени во април 1818 година во написот „За шлезискиот цинк оксид и веројатно сè уште непознатиот метал пронајден во него“. Во исто време, поволен заклучок беше објавен од Ф. Штромајер, кој ги потврди заклучоците на Херман и предложи новиот метал да се нарече кадмиум.

Ф. Штромајер, кој беше генерален инспектор на аптеките на провинцијата Хановер, објави детален напис за новиот метал во друго списание. Написот од 26 април 1818 година е објавен во издание со 1817 година на корицата. датумот и авторот на откритието.

Физички својства.

кадмиум - сребрено бело, светкаво сино метал, кој избледува во воздухот поради формирање на заштитна оксидна фолија. Точка на топење – 321°C, точка на вриење – 770°C. Стап од чист кадмиум крцка како калај кога се свиткува, но сите нечистотии во металот го уништуваат овој ефект. Кадмиумот е потврд од калај, но помек од калај - може да се исече со нож. Кога се загрева над 80°C, кадмиумот ја губи својата еластичност до тој степен што може да се здроби во прав.

Кадмиумот формира легури и соединенија со многу метали и е многу растворлив во жива.

Општо хемиска карактеризацијакадмиум

Кога се загрева, оксидацијата станува поинтензивна и металот може да се запали. Кадмиум во прав лесно се запали во воздух со светло црвен пламен, формирајќи оксид.

Ако кадмиумот во прав енергично се меша со вода, водородот се ослободува и може да се открие присуство на водороден пероксид.

Разредена сол и сулфурна киселинакога се загреваат, тие постепено реагираат со кадмиум, ослободувајќи водород. Сувиот водород хлорид реагира со кадмиум на температура од 440 °C. Сувиот сулфур диоксид, исто така, реагира со металот, што резултира со формирање на кадмиум сулфид CdS и делумно неговиот сулфат CdSO 4. Азотна киселина, во интеракција со кадмиум во нормални услови, ослободува амонијак, а кога се загрева, азотни оксиди.

Кадмиумот, за разлика од цинкот, нерастворлив во каустични алкалии, но се раствора и во амониум хидроксид. Кога кадмиумот реагира со раствор на амониум нитрат, се формираат нитрати.

Алуминиумот, цинкот и железото го отстрануваат кадмиумот од растворите на неговите соединенија. Тој самиот таложи бакар и други поелектропозитивни елементи од растворите. Кога се загрева, кадмиумот директно се комбинира со фосфор, сулфур, селен, телуриум и халогени, но не е можно да се добијат неговите хидрид и нитрид со директна интеракција со водород и азот.

Најважните соединенија на кадмиум.

Кадмиум оксидCdOможе да се добие со согорување на металот во воздух или кислород, печење на неговиот сулфид или термичко распаѓање на одредени соединенија. Ова е прашок со различни бои, во зависност од температурата на која се добива: зеленикаво-жолта (350-370 °C), густа темно сина (800 °C), кафеава, црна.

Кадмиум хидроксидCd(О) 2 Се ослободува во форма на бел желатинозен талог од растворите на неговите соли под дејство на алкалии.

Кадмиум сулфидCdS- еден од најважните врскикадмиум Во зависност од физичко-хемиските услови на производство, може да биде од лимонско жолто до црвено.

ХалогенитиКадмиумот лесно се добива со директна интеракција на елементите, како и со растворање на кадмиумот, неговиот оксид или карбонат во соодветни киселини. Сите соли кои формираат се безбојни кристални материи.

Кадмиум карбонатЦДЦО 3Се таложи во форма на бел аморфен талог од растворите на кадмиум кога на нив се додаваат алкални карбонати.

Суровини извори на кадмиум. Производство на кадмиум.

Кадмиумот е отсутнаелемент, т.е. речиси и да не формира свои минерали, а наоѓалиштата на таквите минерали воопшто не се познати. Кадмиумот е присутен во рудите на други метали во концентрации од стотинки и илјадити проценти. Некои руди кои содржат 1-1,5% кадмиум се сметаат за исклучително богати со овој метал.

Единствениот минерал од кадмиум од кој било интерес е неговиот природен сулфид, гринокит или мешавина од кадмиум. При развивање на наоѓалишта на цинкова руда, гренокитот се ископува заедно со огнитот и завршува во фабриките за цинк. За време на обработката, кадмиумот се концентрира во некои меѓупроизводи од процесот, од кои потоа се екстрахира.

Така, вистинските суровини за производство на кадмиум се колачи од постројки за електролити на цинк, топилници за олово и бакар.

Производството првпат било организирано во Горна Шлезија во 1829 година.

Во моментов, светот произведува над 10.000 тони кадмиум годишно.

Примена на кадмиум.

Најголемиот дел од индустриската потрошувачка на кадмиум доаѓа од кадмиумот заштитни облоги, заштитувајќи ги металите од корозија. Овие премази имаат значителна предност во однос на никелот, цинкот или калајот, бидејќи... не се одлепувајте од деловите кога се деформирани.

Кадмиумските облоги во некои случаи се супериорни во однос на сите други: 1) во заштитата од морска вода, 2) за делови кои работат во затворени простори со висока влажност, 3) за заштита на електрични контакти.

Втората област на примена на кадмиум е производство на легура. Легурите на кадмиум се сребрено-бели, еластични и лесни за обработка. Легурите на кадмиум со мали додатоци на никел, бакар и сребро се користат за изработка на лежишта за моќни мотори на бродови, авиони и автомобили.

Бакарната жица со додавање само 1% кадмиум е двојно посилна, додека нејзината електрична спроводливост малку се намалува.

Легурата на бакар-кадмиум со додавање на циркониум има уште поголема цврстина и се користи за високонапонски далноводи.

Чистиот кадмиум, поради неговата извонредна особина - висок термички пресек за зафаќање на неутрони, се користи за производство на контролни и итни шипки нуклеарни реакторина бавните неутрони.

ВО накитСе користат легури на злато и кадмиум. Со менување на односот на компонентите се добиваат различни нијанси на бои.

Никел-кадмиум батерии, дури и целосно испразнетите не стануваат целосно неупотребливи.

Се користи кадмиум амалгам во стоматологијатаза правење пломби.

Биолошки својства на кадмиум.

Кадмиумските облоги не се прифатливи кога мора да дојдат во контакт со храна. Самиот метал е нетоксичен, но исклучително отровенрастворливи соединенија на кадмиум. Згора на тоа, секој начин на нивно влегување во телото и во која било состојба (раствор, прашина, чад, магла) е опасен. Во однос на токсичноста, кадмиумот не е инфериорен во однос на живата и арсенот. Соединенијата на кадмиум имаат депресивно дејство врз нервен систем, влијаат на респираторниот тракт и предизвикуваат промени во внатрешните органи.

Големите концентрации на кадмиум може да доведат до акутно труење: минута престој во просторија која содржи 2500 mg/m 3 од неговите соединенија доведува до смрт. При акутно труење, симптомите на оштетување не се развиваат веднаш, туку по одреден латентен период, кој може да трае од 1-2 до 30-40 часа.

И покрај неговата токсичност, кадмиумот е докажано дека е елемент во трагови од витално значење за развојот на живите организми. Неговите функции сè уште се нејасни. Хранењето на растенијата има корисен ефект врз нивниот развој.

Во 1968 година, во едно добро познато списание се појави статија наречена „Кадмиумот и срцето“. Се вели дека д-р Керол, американски здравствен службеник, открил врска помеѓу нивоата на кадмиум во атмосферата и инциденцата на смртни случаи од кардиоваскуларни болести. Ако, да речеме, во градот А содржината на кадмиум во воздухот е поголема отколку во градот Б, тогаш срцевите болни од градот А умираат порано отколку ако живееле во градот Б. Керол го донел овој заклучок откако ги анализирал податоците за 28 градови. Инаку, во групата А беа центри како Њујорк, Чикаго, Филаделфија...
Така уште еднаш наполнија елемент отворен во фармацевтско шише со труење!

Елемент од шише во аптека

Малку е веројатно дека некој од фармацевтите од Магдебург ја изговорил познатата фраза на градоначалникот: „Ве поканив, господа, да ви кажам некоја непријатна вест“, но тие имаа една заедничка работа со него: се плашеа од ревизорот.
Окружниот лекар Ролов имаше тврд темперамент. Така, во 1817 година, тој наредил повлекување од продажба на сите препарати кои содржат цинк оксид произведени во фабриката Херман Шенебек. Од страна на изгледдрога, се посомневал дека во цинк оксид има арсен! (Цинк оксидот сè уште се користи за кожни болести; од него се прават масти, прашоци и емулзии.)
За да докаже дека бил во право, строг ревизор го растворил сомнителниот оксид во киселина и пропуштил водород сулфид низ овој раствор: се формирал жолт талог. Сулфидите на арсен се само жолти!

Сопственикот на фабриката почна да ја оспорува одлуката на Ролов. Тој самиот бил хемичар и, откако лично ги анализирал примероците на производи, не нашол арсен во нив. Резултатите од анализата ги пријавил на Ролов, а во исто време и на властите на покраината Хановер. Надлежните, нормално, побараа мострите да се испратат на анализа кај некој од угледните хемичари. Одлучено е судија во спорот меѓу Ролов и Херман да биде професорот Фридрих Штромајер, кој од 1802 година го зазема одделот за хемија на Универзитетот во Гетинген и позицијата генерален инспектор на сите аптеки во Хановер.
На Strohmeyer му бил испратен не само цинк оксид, туку и други препарати од цинк од фабриката на Херман, вклучувајќи го и ZnC0 3, од кој бил добиен овој оксид. Имајќи калциниран цинк карбонат, Стромајер добил оксид, но не бел, како што требало, туку жолтеникав. Сопственикот на фабриката бојата ја објаснил како нечистотија од железо, но Штромајер не бил задоволен со ова објаснување. Откако купил повеќе препарати од цинк, тој извршил целосна анализа на нив без специјална работаго истакна елементот што го предизвика пожолтувањето. Анализата рече дека не е арсен (како што тврдеше Ролов), но не е и железо (како што тврдеше Херман).

Фридрих Штромаер (1776-1835)

Тоа беше нов, претходно непознат метал, многу сличен по хемиски својства на цинкот. Само неговиот хидроксид, за разлика од Zn(OH) 2, не бил амфотеричен, но имал изразени основни својства.
Во својата слободна форма, новиот елемент беше бел метал, мек и не многу силен, покриен одозгора со кафеава фолија од оксид. Штромајер го нарече овој метал кадмиум, јасно укажувајќи на неговото „цинково“ потекло: грчкиот збор долго време се користи за означување на цинкови руди и цинк оксид.
Во 1818 година, Стромајер објави детални информации за новиот хемиски елемент и речиси веднаш почна да се навлегува во неговиот приоритет. Првиот што зборуваше беше истиот Ролов, кој претходно веруваше дека лековите од фабриката на Херман содржат арсен. Набргу по Штромајер, друг германски хемичар, Керстен, пронашол нов елемент во шлезиската цинкова руда и го нарекол мелин (од латинскиот мелинус - „жолт како дуња“) поради бојата на талогот формиран од дејството на водород сулфид. Но, тоа веќе беше откриено од Стромајер кадмиум. Подоцна, уште две имиња беа предложени за овој елемент: клапротиум - во чест на познатиот хемичар Мартин Клапрот и јунониум - по астероидот Јуно откриен во 1804 година. Но, името дадено на елементот од неговиот откривач сепак стана воспоставено. Точно, во руската хемиска литература првиот половина на 19 векВ. кадмиумот често се нарекувал кадмиум.


Седум бои на виножитото

Кадмиум сулфид CdS веројатно беше првото соединение на елементот бр. 48 за кое индустријата се заинтересира. CdS е кубни или шестоаголни кристали со густина од 4,8 g/cm3. Нивната боја се движи од светло жолта до портокалово-црвена (во зависност од начинот на готвење). Овој сулфид е практично нерастворлив во вода, исто така е отпорен на дејството на алкалните раствори и повеќето киселини. А добивањето CdS е прилично едноставно: само поминете, како што направија Стромајер и Ролов, водород сулфид низ закиселениот раствор кој содржи јони Cd 2+. Може да се добие и во реакција на размена помеѓу растворлива солкадмиум, на пример CdS04, и кој било растворлив сулфид.
CdS е важна минерална боја. Порано се нарекуваше кадмиум жолта. Ова го напишаа за кадмиум жолтото во првата руска „Техничка енциклопедија“, објавена на почетокот на 20 век.
„Светложолтите тонови, почнувајќи од лимоновата, се добиваат од чисти слабо кисели и неутрални раствори на кадмиум сулфат, а кога кадмиум сулфидот се таложи со раствор од натриум сулфид, се добиваат потемни жолти тонови. Значајна улога во производството на кадмиум жолта игра присуството на нечистотии на други метали во растворот, како што е цинкот. Ако вториот е присутен заедно со кадмиум во раствор, тогаш при таложење добиената боја е досадна жолта нијанса со белузлава нијанса... На еден или друг начин, можете да добиете жолта кадмиум во шест нијанси, кои се движат од лимонова жолта до портокалова ... Оваа готова боја има многу убава сјајна жолта. Тој е доста константен на слаби алкалии и киселини и е целосно нечувствителен на водород сулфид; затоа се меша суво со ултрамарин и дава одлична зелена боја, која во трговијата се нарекува кадмиум зелена.
Кога се меша со масло за сушење, работи како маслена боја во сликарството; Многу е непроѕирен, но поради високата пазарна цена се користи главно во сликарството како боја во масло или акварел, како и за печатење. Поради големата отпорност на пожар, се користи за боење на порцелан“.
Останува само да се додаде дека подоцна кадмиум жолтата почна да се користи пошироко „во сликарската индустрија“. Конкретно, со него се бојадисаа патничките автомобили бидејќи, покрај другите предности, оваа боја добро се спротивставуваше на чадот од локомотивата. Како средство за боење, кадмиум сулфидот се користел и во производството на текстил и сапун.

Но во последните годинииндустријата користи чист кадмиум сулфид се помалку и помалку - сепак е скап. Се заменува со поевтини материи - кадмопон и цинк-кадмиум литопон.
Реакцијата за производство на кадмопон е класичен пример за формирање на два талог истовремено, кога практично ништо не останува во растворот освен вода:
CdSO 4 4- BaS (двете соли се растворливи во вода) _*CdS J + BaS04 J.
Кадмопон е мешавина од кадмиум сулфид и бариум сулфат. Квантитативниот состав на оваа смеса зависи од концентрацијата на растворите. Лесно е да се менува составот, а со тоа и сенката на бојата.
Цинк-кадмиум литопон исто така содржи цинк сулфид. При правењето на оваа боја, три соли се таложат истовремено. Бојата на литопонот е крем или слонова коска.
Како што веќе видовме, опипливите работи можат да се обојат со помош на кадмиум сулфид во три бои: портокалова, зелена (кадмиум зелена) и сите нијанси на жолта, но кадмиум сулфидот му дава на пламенот различна боја - сина. Ова својство се користи во пиротехниката.
Така, само со комбинирање на елементот 48, можете да добиете четири од седумте бои на виножитото. Останаа само црвена, сина и виолетова боја. Можете да постигнете сина или виолетова боја на пламен со дополнување на сјајот на кадмиум сулфид со одредени пиротехнички адитиви - ова нема да биде тешко за искусен пиротехничар.
А црвената боја може да се добие со користење на друго соединение на елементот бр. 48 - неговиот селенид. CdSe се користи како уметничка боја, која патем е многу вредна. Рубиното стакло е обоено со кадмиум селенид; и тоа не беше хром оксид, како во самиот рубин, туку кадмиум селенид што ги направи ѕвездите на московскиот Кремљ рубин.
Сепак, вредноста на солите на кадмиум е многу помала од вредноста на самиот метал.


Претерувањата ја уништуваат репутацијата

Ако изградите дијаграм со датуми на хоризонталната оска и побарувачка за кадмиум на вертикалната оска, ќе добиете растечка крива. Производството на овој елемент расте, а најостриот „скок“ се случи во 40-тите години на нашиот век. Во тоа време кадмиумот се претвори во стратешки материјал - од него почнаа да се прават контролни и итни шипки на нуклеарни реактори.

Во популарната литература може да се најде изјава дека да не беа овие шипки кои го апсорбираат вишокот неутрони, реакторот ќе излезе „нарушен“ и ќе се претвори во атомска бомба. Ова не е сосема точно. За да се случи нуклеарна експлозија, мора да се исполнат многу услови (ова не е место за детално да се зборува за нив, но не можете накратко да го објасните ET0). Реактор во кој верижната реакција станала неконтролирана не мора да експлодира, но во секој случај се случува сериозна несреќа, полн со огромни материјални трошоци. И понекогаш не само материјално... Значи улогата на регулирање и регулирање прачки, и без претерување, е прилично
Изјавата е подеднакво неточна (види, на пример, позната книга II. Р. Таубе и Е. И. Руденко „Од водород до...“. М., 1970), дека кадмиумот е најсоодветен материјал за правење прачки и прилагодување на неутронскиот флукс. Ако пред зборот „неутрони“ имало и „термички“, тогаш оваа изјава би станала навистина точна.
Неутроните, како што е познато, може многу да се разликуваат по енергија. Постојат неутрони со ниска енергија - нивната енергија не надминува 10 килоелектронволти (keV). Постојат брзи неутрони - со енергија поголема од 100 keV. И, напротив, има нискоенергетски - термички и „ладни“ неутрони. Енергијата на првата се мери во стотинки од електронволт, додека за втората е помала од 0,005 eV.
Отпрвин се покажа дека кадмиумот е главниот материјал „прачка“, првенствено затоа што добро ги апсорбира термичките неутрони. Сите реактори на почетокот на „атомската ера“ (а првиот од нив беше изграден од Енрих Ферми во 1942 година) работеа на термички неутрони. Само многу години подоцна стана јасно дека брзите неутронски реактори се повеќе ветувачки и за енергија и за производство на нуклеарно гориво - плутониум-239. И против брзи неутроникадмиумот е немоќен, не ги одложува.
Затоа, улогата на кадмиумот во изградбата на реакторот не треба да се преувеличува. И, исто така, затоа што физичко-хемиски карактеристикиОвој метал (јачина, цврстина, отпорност на топлина - неговата точка на топење е само 321 ° C) остава многу да се посакува. И, исто така, затоа што, без претерување, улогата што кадмиумот ја одигра и продолжува да ја игра во нуклеарната технологија е доста значајна.
Кадмиумот беше првиот јадро материјал. Тогаш борот и неговите соединенија почнаа да заземаат централно место. Но, кадмиумот полесно се добива во големи количини од борот: кадмиумот се добивал и се добива како нуспроизвод од производството на цинк и олово. Кога се обработуваат полиметални руди, тој - аналог на цинк - секогаш завршува главно во концентрат на цинк. А кадмиумот се намалува уште полесно од цинкот и има пониска точка на вриење (767 и 906 ° C, соодветно). Затоа, на температура од околу 800 ° C не е тешко да се одвојат цинкот и кадмиумот.

Кадмиумот е мек, податлив и лесен за обработка. Ова исто така го олесни и забрза неговиот пат кон нуклеарната технологија. Високата селективност на CAD и неговата чувствителност конкретно на термички неутрони беа исто така во корист на физичарите. И во однос на главната работна карактеристика - пресекот за термичко зафаќање неутрони - кадмиумот зазема едно од првите места меѓу сите елементи периодниот систем- 2400 штала. (Потсетиме дека пресекот за фаќање е способноста да се „апсорбираат“ неутрони, мерено во конвенционални единици на штали.)
Природниот кадмиум се состои од осум изотопи (со масовни броеви 106, 108, 110, 111, 112, IZ, 114 и 116), а пресекот на зафаќање е карактеристика во која изотопите на еден елемент може многу да се разликуваат. Во природна мешавина на изотопи на кадмиум, главниот „неутронски голтач“ е изотоп со масен број на кадмиум. Нејзиниот индивидуален дел за фаќање е огромен - 25 илјади амбари!
Со додавање на неутрон, кадмиум-113 се претвора во најчестиот (28,86% од природната смеса) изотоп на елементот бр. 48 - кадмиум-114. Уделот на самиот кадмиум-113 е само 12,26%.
Контролни прачки на нуклеарен реактор.

За жал, одвојувањето на осум изотопи на кадмиум е многу потешко отколку одвојувањето на два изотопи на бор.
Контролните и итни шипки не се единственото место за „атомска услуга“ на елементот бр. 48. Неговата способност да апсорбира неутрони со строго дефинирани енергии помага да се проучуваат енергетските спектри на добиените неутронски зраци. Со помош на кадмиумова плоча, која е поставена на патеката на неутронскиот зрак, се утврдува колку овој зрак е хомоген (во однос на енергетските вредности), колкав е процентот на топлинските неутрони во него итн.
Не многу, но има
И конечно - за ресурсите на кадмиум. Сопствените минерали, како што велат, се побројни. Само еден е доволно целосно проучен - реткиот, неагрегирачки гренокит CdS. Уште два минерали на елементот бр. 48 - отавит CdCO 3 и монтепонит CdO - се многу ретки. Но, кадмиумот не „живее“ од сопствените минерали. Цинк минералите и полиметалните руди се прилично сигурна суровина база за неговото производство.

Позлата со кадмиум

Секој знае поцинкуван лим, но не секој знае дека за заштита на мов од корозија, не се користи само галванизација, туку и кадмиум. Кадмиумската обвивка сега се нанесува само електролитски, цијанидните бањи најчесто се користат во индустриски услови. Претходно, кадмиумот се користеше за потопување на железо и други метали во стопениот кадмиум.


И покрај сличните својства на кадмиум и цинк, облогата со кадмиум има неколку предности: поотпорна е на корозија и полесно е да се направи рамномерна и мазна. Покрај тоа, кадмиумот, за разлика од цинкот, е стабилен во алкална средина. Кадмиумски лим се користи доста широко, неговиот пристап е ограничен само на производство на контејнери за храна, бидејќи кадмиумот е токсичен. Кадмиумските облоги имаат уште една интересна карактеристика: во атмосферата на руралните области тие имаат значително поголема отпорност на корозија отколку во атмосферата на индустриските области. Таквата обвивка особено брзо пропаѓа ако содржината на сулфур диоксид или сулфурни анхидриди во воздухот е висока.

Кадмиум во легури

Производството на легури троши приближно една десетина од светското производство на кадмиум. Легурите на кадмиум се користат главно како материјали против триење и лемење. Добро познатата легура со состав 99% Cd и 1% Ni се користи за производство на лежишта кои работат во автомобилски, авионски и поморски мотори на високи температури. Затоа што кадмиумот не е доволно отпорен на киселини, вклучувајќи ги и органските киселини содржани во лубрикантите, понекогаш легурите на лежиштата на кадмиум се обложени со индиум.
Лемите што го содржат елементот бр. 48 се доста отпорни на температурни флуктуации.
Легурата на бакар со мали додатоци на кадмиум овозможува да се направат жици поотпорни на абење на електрични транспортни линии. Бакарот со додавање на кадмиум речиси не се разликува по електричната спроводливост од чистиот бакар, но е забележливо супериорен по јачина и цврстина.

AKN БАТЕРИЈА И WESTON НОРМАЛНА ЌЕЛИЈА.

Меѓу хемиските извори на струја што се користат во индустријата, истакнато место им припаѓа на никел-кадмиумските батерии (ACN). Негативните плочи на таквите батерии се направени од железни мрежи со кадмиум сунѓер како активен агенс. Позитивните плочи се обложени со никел оксид. Електролитот е раствор на калиум хидроксид. Никел-кадмиумските алкални батерии се разликуваат од оловните (киселински) батерии по тоа што се посигурни. Врз основа на овој пар, се прават многу компактни батерии за наведувани проектили. Само во овој случај, не се користи железна, туку никелна мрежа како основа.

Елементот бр. 48 и неговите соединенија се користат во друг хемиски извор на струја. Дизајнот на нормалниот елемент на Вестон користи и кадмиумски амалгам, кристали на кадмиум сулфат и раствор од оваа сол.

Токсичност на кадмиум

Информациите за токсичноста на кадмиумот се доста контрадикторни. Или подобро кажано, фактот дека кадмиумот е отровен е неоспорен: научниците расправаат за степенот на опасност од кадмиумот. Познати се случаите на смртоносно труење со пареа на овој метал и неговите соединенија - така што таквите испарувања претставуваат сериозна опасност. Ако навлезе во желудникот, кадмиумот е исто така штетен, но случаите на фатално труење со соединенија на кадмиум кои влегуваат во телото од храната се непознати за науката. Очигледно, ова се објаснува со итно отстранување на отровот од желудникот, преземено од самото тело. Меѓутоа, во многу земји употребата на кадмиумски облоги за производство на контејнери за храна е забранета со закон.

ДЕФИНИЦИЈА

Кадмиум- четириесет и осмиот елемент од Периодниот систем. Ознака - Cd од латинскиот „кадмиум“. Лоциран во петтиот период, група IIB. Се однесува на метали. Нуклеарното полнење е 48.

Кадмиумот е сличен по својствата на цинкот и обично се наоѓа како нечистотија во цинковите руди. Во однос на распространетоста во природата, тој е значително инфериорен во однос на цинкот: содржината на кадмиум во земјината корае само околу 10 -5% (маса.).

Кадмиумот е сребрено-бел (сл. 1), мек, податлив, податлив метал. Во серијата на напони, тој стои подалеку од цинкот, но пред водородот и го поместува вториот од киселините. Бидејќи Cd(OH) 2 е слаб електролит, солите на кадмиум се хидролизираат и нивните раствори имаат кисела реакција.

Ориз. 1. Кадмиум. Изглед.

Атомска и молекуларна маса на кадмиум

Релативна молекуларна тежина на супстанцијата(M r) е број кој покажува колку пати масата на дадена молекула е поголема од 1/12 од масата на јаглеродниот атом, и роднина атомска масаелемент(A r) - колку пати од просечната маса на атомите хемиски елементповеќе од 1/12 од масата на јаглеродниот атом.

Бидејќи кадмиумот во слободна состојба постои во форма на монатомски Cd молекули, вредностите на неговите атомски и молекуларни маси се совпаѓаат. Тие се еднакви на 112.411.

Изотопи на кадмиум

Познато е дека во природата кадмиумот може да се најде во форма на осум стабилни изотопи, од кои два се радиоактивни (113 Cd, 116 Cd): 106 Cd, 108 Cd, 110 Cd, 111 Cd, 112 Cd и 114 Cd. Нивните масовни броеви се 106, 108, 110, 111, 112, 113, 114 и 116, соодветно. Јадрото на атомот на изотопот на кадмиум 106 Cd содржи четириесет и осум протони и педесет и осум неутрони, а останатите изотопи се разликуваат од него само по бројот на неутрони.

Кадмиум јони

На надворешното енергетско ниво на атомот на кадмиум има два електрони, кои се валентни:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 5s 2 .

Како резултат хемиска интеракцијакадмиумот се откажува од своите валентни електрони, т.е. е нивен донатор и се претвора во позитивно наелектризиран јон:

Cd 0 -2e → Cd 2+ .

Молекула и атом на кадмиум

Во слободна состојба, кадмиумот постои во форма на моноатомски Cd молекули. Еве неколку својства што ги карактеризираат атомот и молекулата на кадмиум:

Легури на кадмиум

Кадмиумот е вклучен како компонента во некои легури. На пример, бакарни легури кои содржат околу 1% кадмиум (кадмиум бронза) се користат за производство на жици за телеграф, телефон и тролејбус, бидејќи овие легури имаат поголема цврстина и отпорност на абење од бакарот. Голем број лесни легури, на пример, оние што се користат во автоматските противпожарни апарати, содржат кадмиум.

Примери за решавање проблеми

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2

Вежбајте Кој комплекс преовладува во раствор кој содржи 1×10 -2 M кадмиум (II) и 1 M амонијак?
Решение Во раствор кој содржи јони на кадмиум и амонијак, се воспоставуваат следните рамнотежи:

Cd2+ + NH3 ↔Cd(NH3) 2+;

Cd(NH3) 2+ + NH3 ↔ Cd(NH3) 2 2+;

Cd(NH 3) 3 2+ + NH 3 ↔ Cd(NH 3) 4 2+.

Од референтните табели b 1 = 3,24 × 10 2, b 2 = 2,95 × 10 4, b 3 = 5,89 × 10 5, b 4 = 3,63 × 10 6. Имајќи предвид дека c(NH 3) >>c(Cd), претпоставуваме дека = c(NH 3) = 1M. Пресметуваме 0:

Поголемиот дел од кадмиумот произведен во светот се користи за електрични облоги и за подготовка на легури. Кадмиумот како заштитна обвивка има значителни предности во однос на цинкот и никелот, бидејќи е поотпорен на корозија во тенок слој; кадмиумот е цврсто врзан за површината на метален производ и не го остава кога е оштетен.

До неодамна, кадмиумските облоги имаа „болест“ што се чувствуваше одвреме-навреме. Факт е дека кога кадмиумот електролитски се нанесува на челичен дел, водородот содржан во електролитот може да навлезе во металот. Овој многу несакан гостин предизвикува опасна „болест“ кај челиците со висока јачина - водородна кршливост, што доведува до неочекувано уништување на металот под оптоварување. Се покажа дека, од една страна, кадмиумското обложување сигурно го заштити делот од корозија, а од друга, создава закана од предвремено откажување на делот. Затоа дизајнерите честопати беа принудени да ги одбијат „услугите“ на кадмиум.

Научниците на Институтот физичка хемијаАкадемијата на науките на СССР успеа да ја елиминира оваа „болест“ на кадмиумските облоги. Титаниумот делуваше како лек. Се испостави дека ако има само еден атом на титаниум на илјада негови атоми во слојот на кадмиум, челичниот дел е заштитен од појава на водородна кршливост, бидејќи титаниумот го извлекува целиот водород од челикот за време на процесот на обложување.

Кадмиумот го користат и англиските криминолози: со помош на тенок слој од овој метал испрскан на површината што се испитува, можно е брзо да се идентификуваат јасните отпечатоци од прсти.

Кадмиумот се користи и во производството на батерии од кадмиум-никел. Улогата на негативната електрода во нив ја вршат железни решетки со сунѓерест кадмиум, а позитивните плочи се обложени со никел оксид; Електролитот е раствор на калиум хидроксид. Ваквите тековни извори се карактеризираат со високи електрични карактеристики, голема сигурност, долг работен век, а нивното полнење трае само 15 минути.

Својството на кадмиумот да апсорбира неутрони доведе до друга област на примена на кадмиумот - во нуклеарната енергија.

Како што автомобилот не може да работи без сопирачки, реакторот не може да работи без контролните шипки кои го зголемуваат или намалуваат флуксот на неутроните.

Секој реактор е опремен и со масивна прачка за итни случаи, која стапува во акција ако контролните шипки поради некоја причина не успеат да се справат со своите должности.

Поучен случај се појави во нуклеарна централа во Калифорнија. Поради некои проблеми во дизајнот, шипката за итни случаи не можеше навремено да се потопи во котелот - верижната реакција стана неконтролирана и се случи сериозна несреќа. Реактор со бесни неутрони претставуваше огромна опасност за околното население. Моравме итно да ги евакуираме луѓето од опасната зона пред да изгасне нуклеарниот „пожар“. За среќа немаше жртви, но загубите беа многу големи, а реакторот извесно време не беше во функција.

Главниот услов за материјалот за контрола и прачки за итни случаи е способноста да апсорбира неутрони, а кадмиумот е еден од „најголемите специјалисти“ во оваа област. Со само едно предупредување: ако зборуваме за термички неутрони, чија енергија е многу мала (се мери во стотинки од електрон волт). Во првите години од атомската ера, нуклеарните реактори работеа токму на термички неутрони, а кадмиумот долго време се сметаше за „прва виолина“ меѓу материјалите од прачка. Подоцна, сепак, тој мораше да се откаже од водечката улога на борот и неговите соединенија. Но, за кадмиумот, нуклеарните физичари наоѓаат се повеќе и повеќе нови области на активност: на пример, користејќи кадмиумска плоча инсталирана на патеката на неутронскиот зрак, тие го проучуваат неговиот енергетски спектар, одредуваат колку е хомогена, колкав е процентот на топлинска неутрони во него.

Од особен интерес за научниците беше растот на бестежинската состојба на кристалот на МРТ, кој е цврст раствор на кадмиум и жива телуриди. Овој полупроводнички материјал е неопходен за производство на термички слики - високопрецизни инфрацрвени уреди кои се користат во медицината, геологијата, астрономијата, електрониката, радио инженерството и многу други важни области на науката и технологијата. Исклучително е тешко да се добие ова соединение под копнени услови: неговите компоненти, поради големата разлика во густината, се однесуваат како хероите од познатата басна на И. А. Крилов - лебед, рак и штука, и како резултат на тоа, наместо од хомогена легура, се добива слоевит „пита“. За доброто на ситен MCT кристал, треба да се израсне голем кристал и да се отсече од него најтенка плоча на граничниот слој, а сè друго оди на отпад. Не може да биде поинаку: на крајот на краиштата, чистотата и хомогеноста на кристалот MCT се проценува во сто милионити дел од процентот. Не е ни чудо што на светскиот пазар еден грам од овие кристали чини „само“ осум илјади долари.

Најдобрата жолта боја е комбинација од кадмиум и сулфур. За изработка на оваа боја се користат големи количини кадмиум.

ЗАКЛУЧОК

Повеќеслојните активности на кадмиумот имаат и негативни страни. Пред неколку години, еден од американските здравствени службеници откри дека постои директна врска помеѓу смртноста од кардиоваскуларни болести и. содржина на кадмиум во атмосферата. Овој заклучок е донесен по темелно истражување на жителите на 28 американски градови. Во четири од нив - Чикаго, Њујорк, Филаделфија и Индијанаполис - содржината на кадмиум во воздухот беше значително повисока отколку во другите градови; Процентот на смртни случаи поради срцеви заболувања беше исто така поголем овде.

Додека лекарите и биолозите утврдуваат дали кадмиумот е штетен и бараат начини да ја намалат неговата содржина во животната средина, технолошките претставници ги преземаат сите мерки за зголемување на неговото производство. Ако во текот на целата втора половина на минатиот век беа ископани само 160 тони кадмиум, тогаш на крајот на 20-тите години на нашиот век неговото годишно производство во капиталистичките земји веќе беше приближно 700 тони, а во 50-тите достигна 7000 тони (по сè, токму во овој период Оттогаш, кадмиумот се здоби со статус на стратешки материјал наменет за производство на прачки од нуклеарни реактори). И во 21 век, употребата на кадмиум само ќе се зголемува, поради неговите незаменливи својства.

РЕФЕРЕНЦИ

1) Џлиев И.И. Металургија на кадмиум. М.: Металургиздат, 1962 година.

2) Крестовников А.Н. Кадмиум. М.: Цветметиздат, 1956 година.

3) Крестовников А.Н. Каретникова В.П. Ретки метали. М.: Цветметиздат, 1966 година.

4) Лебедев Б.Н. Кузнецова В.А. обоени метали. М.: Наука, 1976 година.

5) Љубченко В.А. обоени метали. М.: Наука, 1963 година.

6) Максимова Г.В. Кадмиум // Весник неорганска хемија, бр. 3, 1959 година, S-98.

7) Плаксин И.Н. Јухтанов Д.М. Хидрометалургија. М.: Металургиздат, 1949 година.

8) Пејсахов И.Л. обоени метали. М.: Наука, 1950 година.

9) едрилица В.И. Кадмиум како спречување на корозија. М.: Цветметиздат, 1952 година.

ДЕФИНИЦИЈА

Кадмиумкој се наоѓа во петтиот период од II група од секундарната (Б) подгрупа на Периодниот систем.

Се однесува на елементи г- семејства. Метал. Ознака - Cd. Сериски број - 48. Релативна атомска маса - 112,41 аму.

Електронска структура на атомот на кадмиум

Атомот на кадмиум се состои од позитивно наелектризирано јадро (+48), внатре во кое има 48 протони и 64 неутрони, а 48 електрони се движат наоколу во пет орбити.

Сл.1. Шематска структура на атомот на кадмиум.

Распределбата на електроните меѓу орбиталите е како што следува:

48Cd) 2) 8) 18) 18) 2 ;

1с 2 2с 2 2стр 6 3с 2 3стр 6 3г 10 4с 2 4стр 6 4г 10 5с 2 .

Валентните електрони на атом на кадмиум се сметаат за електрони лоцирани на 4 г- и 5 с-орбитали. Енергетскиот дијаграм на основната состојба ја има следната форма:

Валентните електрони на атом на кадмиум може да се карактеризираат со множество од четири квантни броеви: n(главен квантум), л(орбитална), m l(магнетна) и с(врти):

Подниво

Примери за решавање проблеми

ПРИМЕР 1

Вежбајте Колку атомски орбитали стр-поднивото се пополнува во елементи со сериски броеви 35 и 54? Запишете ги нивните електронски формули.
Одговори Елементите со атомски броеви 35 и 54 се бром и ксенон. Ајде да ги запишеме нивните електронски формули во основната состојба:

35 Br1 с 2 2с 2 2стр 6 3с 2 3стр 6 3г 10 4с 2 4стр 5 ;

54 Xe1 с 2 2с 2 2стр 6 3с 2 3стр 6 3г 10 4с 2 4стр 6 4г 10 5с 2 5стр 6 .

На p-поднивото има 3 орбитали, од кои секоја може да прими не повеќе од 2 електрони (вкупно 6). П-орбиталите на атомите на бром и ксенон се пополнети.

ПРИМЕР 2

Вежбајте Кои вредности можат да ги земат квантните броеви? n, л, m lИ Госпоѓица, карактеризирајќи ја состојбата на електроните во атомот. Кои вредности ги земаат за надворешните електрони на атомот на калциум?
Одговори Главниот квантен број n може да зема вредности од 1 до бесконечност, но во реалноста неговата граница е бројот 7. Орбиталниот квантен број l може да земе вредности од 0 до 3. Магнетен квантен број m lзема вредности од -l до 0 до +l. Спин квантен број Госпоѓицаможе да има само две вредности: +1/2 и -1/2.

Дозволете ни да ја запишеме електронската конфигурација на основната состојба на атомот на магнезиум (валентните електрони се означени со задебелени букви):

1с 2 2с 2 2стр 6 3с 2 3стр 6 4с 2 .

Електрони на надворешноста ниво на енергијаќе се карактеризира со следново множество квантни броеви:

Подниво