Кадмий

Кадмий (Cadmium), Cd, химический элемент II группы периодической системы Менделеева; атомный номер 48, атомная масса 112,40; белый, блестящий, тяжёлый, мягкий, тягучий металл. Элемент состоит из смеси 8 стабильных изотопов с массовыми числами: 106 (1,215%), 108 (0,875%), 110 (12,39%), 111 (12,75%), 112 (24,07%), 113 (12,26%), 114 (28,86%), 116 (7,58%).

  Историческая справка. В 1817 нем. химик Ф. Штромейер, при ревизии одной из аптек, обнаружил, что имевшийся там карбонат цинка содержит примесь неизвестного металла, который осаждается в виде жёлтого сульфида сероводородом из кислого раствора. Штромейер назвал открытый им металл кадмием (от греч. kadméia — нечистая окись цинка, также цинковая руда). Независимо от него нем. учёные К. Герман, К. Карстен и В. Мейснер в 1818 открыли кадмий в силезских цинковых рудах.

  Распространение в природе. Кадмий — редкий и рассеянный элемент с кларком литосферы 1,3×10-5 % по массе. Для кадмия характерны миграция в горячих подземных водах вместе с цинком и др. халькофильными элементами и концентрация в гидротермальных месторождениях. Минерал сфелерит ZnS местами содержит до 0,5—1% Cd, максимально до 5%. Реже встречается гринокит CdS. Концентрируется кадмий в морских осадочных породахсланцах (Мансфельд, ГДР), в песчаниках, в которых он также связан с цинком и др. халькофильными элементами. В биосфере известны 3 очень редких самостоятельных минерала кадмиякарбонат CdCO3 (отавит), окись CdO (монтепонит) и селенид CdSe.

  Физические и химические свойства. Кристаллическая решётка кадмия гексагональная, а = 2,97311 , с = 5,60694  (при 25 °С); атомный радиус 1,56 , ионный радиус Cd2+ 1,03 . Плотность 8,65 г/см3 (20 °С), tпл 320,9° С, tkип 767 °С, коэффициент термического расширения 29,8×10-6 (при 25 °С); теплопроводность (при 0 °C) 97,55 вт/(м×К) или 0.233 кал/(см×сек°С); удельная теплоёмкость (при 25 °С) 225,02 дж/(кг×К) или 0,055 кал/(г×°С); удельное электросопротивление (при 20°C) 7,4×10-8ом×м (7,4×10-6 ом×см); температурный коэффициент электросопротивления 4,3×10-3 (0—100 °С). Предел прочности при растяжении 64 Мн/м2(6,4 кгс/мм2), относительное удлинение 20%, твёрдость по Бринеллю 160 Мн/м2 (16 кгс/мм2).

  В соответствии с внешней электронной конфигурацией атома 4d10 5s2 валентность кадмия в соединениях равна 2 (впрочем, имеются указания на образование ионов Cd22+ при растворении кадмия в расплавленном CdCl2). На воздухе кадмий тускнеет, покрываясь тонкой плёнкой окиси CdO, которая защищает металл от дальнейшего окисления. При сильном нагревании на воздухе кадмий сгорает в окись CdO — кристаллический порошок от светло-коричневого до темно-бурого цвета, плотность 8,15 г/см3; при 700 °С CdO возгоняется, не плавясь. Кадмий непосредственно соединяется с галогенами; эти соединения бесцветны; CdCl2, CdBr2 и Cdl2 очень легко растворимы в воде (около 1 ч. безводной соли в 1 ч. воды при 20 °С), CdF2 растворим труднее (1 ч. в 25 ч. воды). С серой кадмий образует сульфид CdS от лимонно-жёлтого до оранжево-красного цвета, нерастворимый в воде и разбавленных кислотах. Кадмий легко растворяется в азотной кислоте с выделением окислов азота и образованием нитрата, который даёт гидрат Cd (NO3)2×4H2O. Из кислот — соляной и разбавленной серной кадмий медленно выделяет водород, при выпаривании растворов из них кристаллизуются гидраты хлорида 2CdCl2×5H2O и сульфата 3CdSO4×8H2O. Растворы солей кадмия имеют кислую реакцию вследствие гидролиза; едкие щёлочи осаждают из них белую гидроокись Cd (OH)2, нерастворимую в избытке реактива; впрочем, при действии концентриров. растворов щёлочи на Cd (OH)2 были получены гидрооксокадмиаты, например Na2[Cd (OH)]. Катион Cd2+ легко образует комплексные ионы с аммиаком [Cd (NH3)4]2+ и с цианом [Cd (CN)4]2- и [Cd (CN)6]4-. Известны многочисленные основные, двойные и комплексные соли кадмия. Соединения кадмия ядовиты; особенно опасно вдыхание паров его окиси.

  Получение и применение. Кадмий получают из побочных продуктов переработки цинковых, свинцово-цинковых и медно-цинковых руд. Эти продукты (содержащие 0,2—7% кадмия) обрабатывают разбавленной серной кислотой, которая растворяет окиси кадмия и цинка. Из раствора осаждают кадмий цинковой пылью; губчатый остаток (смесь кадмия и цинка) растворяют в разбавленной серной кислоте и выделяют кадмий электролизом этого раствора. Электролитический кадмий переплавляют под слоем едкого натра и отливают в палочки; чистота металла — не менее 99,98%.

  Металлический кадмий применяют в ядерных реакторах, для антикоррозионных и декоративных покрытий (см. Кадмирование), в аккумуляторах. Кадмий служит основой некоторых подшипниковых сплавов, входит в состав легкоплавких сплавов (см., например, Вуда сплав). Легкоплавкие сплавы применяют для спайки стекла с металлом, в автоматических огнетушителях, для тонких и сложных отливок в гипсовых формах и др. Сульфид кадмия (кадмиевая жёлтая) — краска для живописи. Сульфат и амальгама кадмия используются в нормальном элементе Вестона.

  Кадмий в организме. Содержание кадмия в растениях составляет 10-4% (на сухое вещество); у некоторых животных (губок, кишечнополостных, червей, иглокожих и оболочников) — 4×10-5—3×10-3% сухого вещества. Обнаружен у всех позвоночных животных. Наиболее богата кадмием печень. Физиологическое значение кадмия изучено недостаточно, но известно, что кадмий влияет на углеводный обмен, на синтез в печени гиппуровой кислоты, на активность некоторых ферментов.

 

  Лит.: Погодин С. А., Кадмий, в кн.: Краткая химическая энциклопедия, т. 2, М., 1963; Реми Г., Курс неорганической химии, [пер. с нем.], т. 2, М., 1966, с, 476—486.

  С. А. Погодин.


ПраймКемикалсГрупп