Kadmijum metalni ili nemetalni. Kadmijum: dejstvo na ljudski organizam. Trovanje teškim metalima. Biološka uloga kadmijuma

Kadmijum je element bočne podgrupe druge grupe, petog perioda periodnog sistema hemijskih elemenata D. I. Mendeljejeva, sa atomskim brojem 48. Označen je simbolom Cd (lat. Cadmium). Mekani savitljivi duktilni srebrno-bijeli prijelazni metal.

Istorija otkrića kadmijuma

Okružnog doktora Rolova odlikovao je oštar temperament. Tako je 1817. godine naredio da se svi preparati sa cink oksidom proizvedeni u Hermanovoj fabrici Šenebek povuku iz prodaje. Po izgledu preparata posumnjao je da u cink oksidu ima arsena! (Cinkov oksid se još uvijek koristi za kožne bolesti; od njega se prave masti, puderi, emulzije.)

Da bi dokazao svoj slučaj, strogi revizor je rastvorio sumnjivi oksid u kiselini i kroz ovu otopinu propuštao sumporovodik: ispao je žuti talog. Arsen sulfidi su samo žuti!

Vlasnik fabrike počeo je da osporava Rolovovu odluku. I sam je bio hemičar i, nakon što je lično analizirao uzorke proizvoda, nije u njima našao nikakav arsen. On je rezultate analize prijavio Rolovu, a istovremeno i vlastima zemlje Hanovera. Nadležni su, naravno, tražili uzorke kako bi ih poslali na analizu nekom od renomiranih hemičara. Odlučeno je da sudija u sporu između Rolova i Hermana bude profesor Friedrich Stromeyer, koji je od 1802. godine bio katedra za hemiju na Univerzitetu u Getingenu i mesto glavnog inspektora svih hanoverskih apoteka.

Stromeyeru je poslat ne samo cink oksid, već i drugi preparati cinka iz tvornice Hermann, uključujući ZnCO 3 , iz kojeg se ovaj oksid dobija. Kalcinirajući cink karbonat, Strohmeyer je dobio oksid, ali ne bijeli, kako je trebao biti, već žućkast. Vlasnik fabrike je bojanje objasnio dodatkom gvožđa, ali Stromeyer nije bio zadovoljan ovim objašnjenjem. Kupivši još preparata cinka, napravio je potpunu analizu i bez većih poteškoća izolovao element koji je izazvao žutilo. Analiza je pokazala da nije riječ o arsenu (kako je tvrdio Rolov), ali ni o gvožđu (kako je tvrdio Herman).

Bio je to novi, ranije nepoznati metal, hemijski vrlo sličan cinku. Samo njegov hidroksid, za razliku od Zn(OH) 2 , nije bio amfoteričan, već je imao izražena bazična svojstva.

U slobodnom obliku, novi element je bio bijeli metal, mekan i ne baš jak, prekriven smeđkastim oksidnim filmom na vrhu. Stromeyer je ovaj metal nazvao kadmijumom, jasno aludirajući na njegovo "cinkovo" porijeklo: grčka riječ καδμεια dugo je označavala rude cinka i cink oksid.

Stromeyer je 1818. objavio detaljne informacije o novom hemijskom elementu i gotovo odmah se počelo zadirati u njegov prioritet. Prvi je progovorio isti Rolov, koji je ranije vjerovao da u preparatima iz njemačke fabrike ima arsena. Ubrzo nakon Stromeyera, drugi njemački hemičar, Kersten, otkrio je novi element u šleskoj rudi cinka i nazvao ga mellin (od latinskog mellinus, “žuta poput dunje”) zbog boje taloga nastalog djelovanjem sumporovodika. Ali to je bio kadmijum koji je već otkrio Strohmeyer. Kasnije su predložena još dva imena za ovaj element: klaprotium - u čast poznatog hemičara Martina Klaprotha i junonium - po asteroidu Juno otkrivenom 1804. godine. Ali ime koje je elementu dao njegov pronalazač je ipak utvrđeno. Istina, u ruskoj hemijskoj literaturi prvi polovina XIX in. kadmijum se često nazivao kadmijum.

Kadmijum u životnoj sredini

Prosječan sadržaj kadmijuma u zemljine kore 130 mg/t. Kadmijum je jedan od retkih elemenata u tragovima: nalazi se kao izomorfna nečistoća u mnogim mineralima i uvek u mineralima cinka. Poznato je samo 6 minerala kadmijuma. Veoma rijetki minerali kadmijuma su zelenokit CdS (77,8% Cd), howliit (isto), otavit CdCO 3, montemponit CdO (87,5% Cd), kadmozelit CdSe (47% Cd), ksantokroit CdS (H 2,2%) x (77 Cd). Najveći dio kadmijuma je raspršen veliki brojevi minerali (više od 50), uglavnom u sulfidima cinka, olova, bakra, gvožđa, mangana i žive.

Iako su poznati nezavisni minerali kadmijuma - greenockite(CdS), otavite(CdCO 3), monteponite(CdO) i selenid(CdSe), ne formiraju vlastita ležišta, već su prisutne kao nečistoće u rudama cinka, olova, bakra i polimetalnih ruda, koje su glavni izvor industrijske proizvodnje kadmijuma. Maksimalna koncentracija zabilježena je u mineralima cinka i, prije svega, u sfaleritu (do 5%). U većini slučajeva, sadržaj kadmijuma u sfaleritu ne prelazi 0,4 - 0,6%. U ostalim sulfidima, na primjer, u okviru, sadržaj kadmijuma je 0,003 - 0,2%, u galenitu 0,005 - 0,02%, u halkopiritu 0,006 - 0,12%; kadmijum se obično ne dobija iz ovih sulfida.
Kadmijum je, inače, prisutan u određenim količinama u vazduhu. Prema stranim podacima, sadržaj kadmijuma u vazduhu je 0,1-5,0 ng/m 3 u ruralnim područjima (1 ng ili 1 nanogram = 10 -9 grama), 2 - 15 ng/m 3 - u gradovima i od 15 do 150 ng / m 3 - u industrijskim područjima. To je posebno zbog činjenice da mnogi ugljevi sadrže kadmijum kao nečistoću i kada se sagore u termoelektranama, on ulazi u atmosferu. Istovremeno, značajan dio se taloži na tlu. Takođe, povećanju sadržaja kadmijuma u zemljištu doprinosi i upotreba mineralnih đubriva, jer. gotovo svi sadrže manje nečistoće kadmijuma.
Kadmijum je sposoban da se akumulira u biljkama (najviše u gljivama) i živim organizmima (posebno u vodi) i dalje duž lanca ishrane može da se „opskrbi“ ljudima. Puno kadmijuma u dimu cigareta.

U prirodnim uslovima, kadmijum ulazi u podzemne vode kao rezultat ispiranja ruda obojenih metala, kao i kao rezultat razgradnje vodenih biljaka i organizama koji su sposobni da ga akumuliraju. Posljednjih decenija prevladava antropogeni faktor zagađenja prirodnih voda kadmijumom. Kadmijum je prisutan u vodi u rastvorenom obliku (sulfat, hlorid, kadmijum nitrat) iu suspendovanom obliku kao deo organo-mineralnih kompleksa. Na sadržaj kadmijuma u vodi značajno utiče pH sredine (u alkalnoj sredini kadmijum se taloži u obliku hidroksida), kao i procesi sorpcije.

Dobivanje kadmijuma

Jedini mineral koji je od interesa za dobijanje kadmijuma je zelenokit, takozvana "cadmium blende". Iskopava se zajedno sa faeritom u razvoju ruda cinka. Tokom prerade, kadmijum se koncentriše u nusproizvodima procesa, odakle se zatim obnavlja. Trenutno se godišnje proizvodi preko 10³ tona kadmijuma.

U preradi polimetalnih ruda, on, analog cinka, uvijek se ispostavlja uglavnom u koncentratu cinka. A kadmijum se još lakše redukuje od cinka i ima nižu tačku ključanja (767 odnosno 906°C). Stoga, na temperaturi od oko 800°C, nije teško odvojiti cink i kadmijum.

Fizička svojstva kadmijuma

Srebrno bijeli mekani metal sa heksagonalnom rešetkom. Ako je kadmijumski štap savijen, onda se može čuti lagano pucanje - to su metalni mikrokristali koji se trljaju jedan o drugi (takođe puca limena šipka).

Kadmijum je mekan, savitljiv, lako se obrađuje. To je također olakšalo i ubrzalo njegov put do atomske tehnologije. Visoka selektivnost kadmijuma, njegova osjetljivost na termalne neutrone, također je igrala na ruku fizičarima. A prema glavnoj karakteristici performansi - presjeku hvatanja termičkih neutrona - kadmijum zauzima jedno od prvih mjesta među svim elementima periodnog sistema - 2400 barn. (Podsjetite se da je poprečni presjek hvatanja sposobnost da se "uhvate" neutroni, mjereno u konvencionalnim jedinicama štale.)

Prirodni kadmij se sastoji od osam izotopa (sa masenim brojevima 106, 108, 110, 111, 112, 113, 114 i 116), a presjek hvatanja je karakteristika u kojoj se izotopi jednog elementa mogu jako razlikovati. U prirodnoj mešavini izotopa kadmijuma, glavni "žderač neutrona" je izotop masenog broja 113. Njegov pojedinačni presek hvatanja je ogroman - 25.000 štala!

Pričvršćivanjem neutrona, kadmijum-113 se pretvara u najčešći (28,86% prirodne smeše) izotop elementa br. 48 - kadmijum-114. Sam udio kadmijuma-113 iznosi samo 12,26%. Nažalost, odvajanje osam izotopa kadmijuma je mnogo teže od razdvajanja dva izotopa bora.

Kristalna rešetka kadmijuma je heksagonalna, a = 2,97311 Å, c = 5,60694 Å (na 25 °C); atomski radijus 1,56 Å, jonski radijus Cd 2+ 1,03 Å. Gustina 8,65 g/cm 3 (20 °C), t pl 320,9 °C, t kip 767 °C, koeficijent toplinske ekspanzije 29,8 10 -6 (na 25 °C); toplotna provodljivost (na 0°C) 97,55 W/(m K) ili 0,233 cal/(cm sec °C); specifični toplotni kapacitet (na 25 °C) 225,02 J/(kg K) ili 0,055 cal/(g °C); električna otpornost (na 20 °C) 7,4 10 -8 ohm m (7,4 10 -6 ohm cm); temperaturni koeficijent električnog otpora 4,3 10 -3 (0-100°C). Vlačna čvrstoća 64 MN / m 2 (6,4 kgf / mm 2), izduženje 20%, tvrdoća po Brinelu 160 MN / m 2 (16 kgf / mm 2).

Hemijska svojstva kadmijuma

Kadmijum se nalazi u istoj grupi periodnog sistema sa cinkom i živom, zauzimajući međupoziciju između njih, pa su neka hemijska svojstva ovih elemenata slična. Dakle, sulfidi i oksidi ovih elemenata su praktično netopivi u vodi. Kadmijum ne stupa u interakciju sa ugljenikom, pa iz toga sledi da kadmijum ne stvara karbide.

U skladu sa spoljašnjom elektronskom konfiguracijom atoma 4d 10 5s 2, valencija kadmijuma u jedinjenjima je 2. Kadmijum tamni na vazduhu, prekriven je tankim filmom CdO oksida, koji štiti metal od dalje oksidacije. Kada se jako zagreje na vazduhu, kadmijum sagoreva u CdO oksid – kristalni prah od svetlo smeđe do tamno smeđe boje, gustine 8,15 g/cm 3 ; na 700°C CdO sublimira bez topljenja. Kadmijum se direktno kombinuje sa halogenima; ova jedinjenja su bezbojna; CdCl 2 , CdBr 2 i CdI 2 su vrlo lako rastvorljivi u vodi (oko 1 deo bezvodne soli u 1 delu vode na 20°C), CdF 2 se teže rastvara (1 deo u 25 delova vode). Kadmijum sa sumporom stvara limun-žuti do narandžasto-crveni CdS sulfid, nerastvorljiv u vodi i razblaženim kiselinama. Kadmijum se lako otapa u azotnoj kiselini uz oslobađanje azotnih oksida i stvaranje nitrata, koji daje hidrat Cd (NOa) 2 4H 2 O. Iz kiselina - hlorovodonične i razblažene sumporne kadmij polako oslobađa vodonik, kada se rastvori isparavaju, hlorid hidratizuje 2CdCl 2 kristaliziraju iz njih 5H 2 O i sulfat 3CdSO 4 8H 2 O. Rastvori soli kadmija su kiseli zbog hidrolize; kaustične alkalije iz njih talože bijeli hidroksid Cd (OH) 2, nerastvorljiv u višku reagensa; međutim, pod dejstvom koncentrovanih rastvora alkalija na Cd (OH) 2, dobijaju se hidrookskadmati, na primer Na 2. Kation Cd 2+ lako formira kompleksne jone sa amonijakom 2+ i sa cijan 2- i 4-. Poznate su brojne bazične, dvostruke i kompleksne soli kadmija. Jedinjenja kadmijuma su otrovna; posebno opasno je udisanje para njegovog oksida.

Primjena kadmijuma

Kadmijum je stekao popularnost 40-ih godina 20. veka. U to vrijeme kadmijum se pretvorio u strateški materijal - od njega su počeli izrađivati ​​upravljačke i hitne šipke nuklearnih reaktora.

Kadmijum se isprva pokazao kao glavni "jezgro" materijal, prvenstveno zato što dobro apsorbuje toplotne neutrone. Svi reaktori s početka "atomskog doba" (a prvi od njih je izgradio Enrico Fermi 1942.) radili su na termalnim neutronima. Tek mnogo godina kasnije postalo je jasno da su reaktori na brzim neutronima perspektivniji i za energiju i za dobijanje nuklearnog goriva - plutonijum-239. A kadmijum je nemoćan protiv brzih neutrona, ne odlaže ih.

Međutim, ne treba preuveličavati ulogu kadmijuma u izgradnji reaktora, jer fizička i hemijska svojstva ovog metala (čvrstoća, tvrdoća, otpornost na toplinu - njegova tačka topljenja je samo 321 ° C) ostavljaju mnogo da se požele. Kadmijum je bio prvi materijal za jezgro. Tada su bor i njegovi spojevi počeli igrati vodeću ulogu. Ali kadmijum je lakše dobiti u velikim količinama.

Legure kadmijuma

Otprilike desetina svjetske proizvodnje kadmijuma troši se na proizvodnju legura. Legure kadmija se uglavnom koriste kao antifrikcioni materijali i lemovi. Dobro poznati sastav legure od 99% Cd i 1% Ni koristi se za proizvodnju ležajeva koji rade u automobilskim, avionskim i brodskim motorima na visokim temperaturama. Budući da kadmijum nije dovoljno otporan na kiseline, uključujući organske kiseline sadržane u mazivima, ponekad su legure na bazi kadmijuma presvučene indijem.

Legiranje bakra sa malim dodacima kadmijuma omogućava izradu žica otpornijih na habanje na električnim transportnim linijama. Bakar s dodatkom kadmijuma gotovo se ne razlikuje po električnoj vodljivosti od čistog bakra, ali ga primjetno nadmašuje u snazi ​​i tvrdoći.

Legura kadmijuma sa zlatom ima zelenkastu boju. Leguru kadmijuma sa volframom, renijumom i 0,15% uranijuma 235 - nebeskoplavi su dobili španski naučnici 1998. godine.

Zaštitni premazi sa kadmijumom

Svi znaju pocinčani lim, ali ne znaju svi da se za zaštitu željeza od korozije koristi ne samo pocinčavanje, već i kadmij. Kadmijumski premaz se sada nanosi samo elektrolitički, najčešće se u industrijskim uslovima koriste cijanidne kupke. Ranije su se gvožđe i drugi metali kadmijumom prevlačili uranjanjem proizvoda u rastopljeni kadmijum.

Unatoč sličnim svojstvima kadmijuma i cinka, kadmijski premaz ima nekoliko prednosti: otporniji je na koroziju, lakše ga je učiniti ravnomjernim i glatkim. Osim toga, kadmijum je, za razliku od cinka, stabilan u alkalnoj sredini. Kadmijum kalaj ima dosta široku upotrebu, zabranjen mu je pristup samo za proizvodnju ambalaže za hranu, jer je kadmijum toksičan. Kadmijumski premazi imaju još jednu zanimljivu osobinu: u atmosferi ruralnih područja, oni su mnogo otporniji na koroziju nego u atmosferi industrijskih područja. Takav premaz posebno brzo propada ako se u zraku poveća sadržaj sumpornih ili sumpornih anhidrida.

Kadmijum u proizvodnji hemijskih izvora struje

Najvažnije polje primene kadmijuma je proizvodnja hemijskih izvora struje. Kadmijum elektrode se koriste u baterijama i akumulatorima. Negativne ploče nikl-kadmijum baterija su napravljene od gvozdenih mreža sa sunđerastim kadmijumom kao aktivnim agensom. Pozitivne ploče obložene nikl hidroksidom. Elektrolit je rastvor kalijum hidroksida. Na bazi kadmijuma i nikla izrađuju se i kompaktne baterije za vođene rakete, samo što se u ovom slučaju kao osnova postavljaju ne željezne, već niklovane rešetke.

Nikl-kadmijum alkalne baterije su pouzdanije od olovnih (kiselinskih) baterija. Ovi izvori struje odlikuju se visokim električnim karakteristikama, stabilnim radom i dugim vijekom trajanja. Mogu se napuniti za samo sat vremena. Međutim, nikl-kadmijumske baterije se ne mogu puniti bez prethodnog potpunog pražnjenja (u tom su pogledu inferiorne od metal-hidridnih baterija).

Oko 20% kadmijuma se koristi za proizvodnju kadmijumskih elektroda koje se koriste u baterijama (nikl-kadmijum i srebro-kadmijum), normalnim Weston ćelijama, u rezervnim baterijama (olovno-kadmijumske ćelije, živino-kadmijumske ćelije, itd.).

Pigmenti

Oko 20% kadmijuma se koristi za proizvodnju neorganskih boja (sulfida i selenida, miješanih soli, na primjer kadmijum sulfid - kadmijum limun).

Upotreba kadmijuma u medicini
  • Kadmijum se ponekad koristi u eksperimentalnoj medicini.

Kadmijum se koristi u homeopatskoj medicini.

  • AT poslednjih godina kadmijum je počeo da se koristi u stvaranju novih antitumorskih nano-lekova. U Rusiji su početkom 1950-ih izvedeni prvi uspješni eksperimenti vezani za razvoj antitumorskih lijekova na bazi spojeva kadmija.
Druge primjene kadmijuma
  • Kadmijum sulfid se koristi za proizvodnju filmskih solarnih ćelija sa efikasnošću od oko 10-16%, a takođe i kao veoma dobar termoelektrični materijal.
  • Koristi se kao komponenta poluvodičkih materijala i fosfora.
  • Toplotna provodljivost metala blizu apsolutne nule je najveća među svim metalima, pa se kadmijum ponekad koristi za kriogenu tehnologiju.

Uticaj kadmijuma na ljudski organizam

Kadmijum je jedan od najotrovnijih teških metala i stoga ga je ruski SanPiN svrstao u 2. klasu opasnosti.

Jedinjenja kadmijuma su otrovna. Posebno opasan slučaj je udisanje para njegovog oksida (CdO). Kadmijum je kumulativni otrov (sposoban da se akumulira u telu). U vodi za piće MPC za kadmijum je 0,001 mg/dm³

Rastvorljiva jedinjenja kadmijuma, nakon što se apsorbuju u krv, utiču na centralnu nervni sistem, jetra i bubrezi, remete metabolizam kalcijum-fosfora. Kronično trovanje dovodi do anemije i razaranja kostiju.

Kadmijum je normalno prisutan u malim količinama u organizmu zdrave osobe. Kadmijum se lako akumulira u ćelijama koje se brzo razmnožavaju (na primer, u tumorskim ili polnim ćelijama). Veže se za citoplazmatski i nuklearni materijal ćelija i oštećuje ih. Mijenja aktivnost mnogih hormona i enzima. To je zbog njegove sposobnosti da veže sulfhidrilne (-SH) grupe.

Godine 1968. u jednom poznatom časopisu pojavio se članak pod nazivom "Kadmijum i srce". U njemu se navodi da je dr. Carroll, američki službenik za javno zdravstvo, otkrio vezu između atmosferskog kadmijuma i stope smrti od kardiovaskularnih bolesti. Ako je, recimo, u gradu A sadržaj kadmijuma u vazduhu veći nego u gradu B, tada jezgra grada A umiru ranije nego da su živela u gradu B. Kerol je ovaj zaključak doneo nakon analize podataka za 28 gradova.

Prema USEPA, WHO i Health Canada, ukupan dnevni unos kadmijuma u ljudskom tijelu iz svih izvora je 10-50 mcg. Glavni i najstabilniji izvor je hrana – u prosjeku 10 do 30-40 mikrograma kadmijuma dnevno. Povrće, voće, meso životinja, riba obično sadrže 10-20 mikrograma kadmijuma po kilogramu tjelesne težine. Međutim, nema pravila bez izuzetaka. Žitarice koje se uzgajaju na tlu kontaminiranom kadmijumom ili zalijevano vodom koja sadrži kadmijum mogu sadržavati povećanu količinu kadmijuma (više od 25 µg/kg).

Značajno "povećanje" kadmijuma dobijaju pušači. Jedna cigareta sadrži 1 mikrogram (a ponekad i više - do 2 mikrograma) kadmijuma. Zato razmislite – osoba koja popuši kutiju cigareta dnevno izlaže svoje tijelo dodatnom dejstvu od najmanje 20 mikrograma kadmijuma, koje, za referencu, ne zadržava čak ni karbonski filter.
Takođe treba napomenuti da se kadmijum lakše apsorbuje u organizmu kroz pluća – do 10-20%. One. iz jedne kutije cigareta apsorbiraće se 2-4 mikrograma kadmijuma. Kada se uzima kroz gastrointestinalni trakt, postotak svarljivosti je samo 4-7% (0,2 - 5 μg kadmijuma dnevno u apsolutnom iznosu). Dakle, pušač najmanje 1,5-2 puta povećava "opterećenje" svog tijela kadmijumom, što je preplavljeno štetnim zdravstvenim posljedicama.

Svjetsko tržište kadmijuma

Godišnje se proizvodi oko 20 hiljada tona kadmijuma. Obim njegove proizvodnje je u velikoj mjeri vezan za obim proizvodnje cinka.

Oko 82% svjetske nabavke rafiniranog kadmijuma dolazi iz nikl-kadmijumskih izvora napajanja, ali nakon ograničenja njihove proizvodnje u Evropi, jedna trećina potrošnje kadmijuma će biti pogođena. Kao rezultat povećanja proizvodnje cinka u Evropi i smanjenja upotrebe kadmijuma, može biti „slobodnog“ kadmija, najčešće u obliku čvrstog otpada, ali proizvodnja nikl-kadmijum baterija raste u Aziji, dolazi do transfera proizvodnje u Aziju i, kao rezultat, potražnje za kadmijumom u azijskom regionu. To će za sada omogućiti održavanje svjetske potrošnje kadmijuma na sadašnjem nivou. U 2007. godini cijene kadmijuma, počevši od 4,18 USD/kg, porasle su na 13 USD/kg, ali su do kraja godine bile 7 USD/kg.

Godine 2010. južnokorejska Young Poong Corp. povećala je proizvodnju kadmijuma za 75% na 1.400 tona godišnje i planira uskoro pokrenuti nova postrojenja, rekao je zvaničnik kompanije.

DEFINICIJA

Kadmijum je četrdeset osmi element periodnog sistema. Oznaka - Cd od latinskog "kadmijum". Nalazi se u petom periodu, IIB grupa. Odnosi se na metale. Punjenje jezgra je 48.

Kadmijum je po svojim svojstvima sličan cinku i obično se nalazi kao nečistoća u rudama cinka. Što se tiče rasprostranjenosti u prirodi, značajno je inferioran u odnosu na cink: sadržaj kadmijuma u zemljinoj kori je samo oko 10-5% (tež.).

Kadmijum je srebrnobeli (Sl. 1), mekan, savitljiv, savitljiv metal. U nizu napona je dalje od cinka, ali ispred vodonika i istiskuje posljednju od kiselina. Budući da je Cd (OH) 2 slab elektrolit, soli kadmija su hidrolizirane i njihove otopine su kisele.

Rice. 1. Kadmijum. Izgled.

Atomska i molekularna težina kadmijuma

Relativna molekulska težina supstance(M r) je broj koji pokazuje koliko je puta masa date molekule veća od 1/12 mase atoma ugljika, i relativna atomska masa elementa(A r) - koliko puta Prosječna masa atoma hemijskog elementa je više od 1/12 mase atoma ugljika.

Budući da kadmij postoji u slobodnom stanju u obliku jednoatomskih molekula Cd, vrijednosti njegove atomske i molekularne mase se poklapaju. One su jednake 112.411.

Izotopi kadmijuma

Poznato je da se u prirodi kadmijum može naći u obliku osam stabilnih izotopa, od kojih su dva radioaktivna (113 Cd, 116 Cd): 106 Cd, 108 Cd, 110 Cd, 111 Cd, 112 Cd i 114 Cd. Njihovi maseni brojevi su 106, 108, 110, 111, 112, 113, 114 i 116. Jezgro atoma izotopa kadmija 106 Cd sadrži četrdeset osam protona i pedeset osam neutrona, a preostali izotopi se od njega razlikuju samo po broju neutrona.

Kadmijum joni

Na vanjskom energetskom nivou atoma kadmija postoje dva elektrona koji su valentni:

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

Kao rezultat hemijske interakcije, kadmijum odustaje od svojih valentnih elektrona, tj. je njihov donor, i pretvara se u pozitivno nabijeni ion:

Cd 0 -2e → Cd 2+.

Molekul i atom kadmijuma

U slobodnom stanju, kadmijum postoji u obliku jednoatomskih molekula Cd. Evo nekih svojstava koja karakteriziraju atom i molekulu kadmijuma:

Legure kadmijuma

Kadmijum je uključen kao komponenta u nekim legurama. Na primjer, legure bakra koje sadrže oko 1% kadmija (kadmijum bronza) koriste se za proizvodnju telegrafskih, telefonskih, trolejbuskih žica, jer te legure imaju veću čvrstoću i otpornost na habanje od bakra. Brojne lake legure, poput onih koje se koriste u automatskim aparatima za gašenje požara, sadrže kadmijum.

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1

PRIMJER 2

Vježba Koji kompleks prevladava u rastvoru koji sadrži 1×10 -2 M kadmijuma (II) i 1 M amonijaka?
Odluka U otopini koja sadrži ione kadmija i amonijak uspostavljaju se sljedeće ravnoteže:

Cd 2+ + NH 3 ↔Cd (NH 3) 2+;

Cd (NH 3) 2+ + NH 3 ↔ Cd (NH 3) 2 2+;

Cd (NH 3) 3 2+ + NH 3 ↔ Cd (NH 3) 4 2+.

Iz preglednih tabela b 1 = 3,24×10 2 , b 2 = 2,95×10 4 , b 3 = 5,89×10 5 , b 4 = 3,63×10 6 . Uzimajući u obzir da je c(NH 3) >> c(Cd), pretpostavljamo da je \u003d c (NH 3) \u003d 1M. Računamo 0:

U jesen 1817 prilikom provjere nekih ljekarni u okrugu Magdeburg u Njemačkoj, pronađen je cink oksid koji sadrži neku vrstu nečistoće. Okružni lekar R. Rolov posumnjao je na prisustvo arsena u njemu i zabranio prodaju leka. Vlasnik fabrike koja je proizvodila cink oksid, K. Hermann nije se složio s ovom odlukom i počeo je proučavati nesrećni proizvod. Kao rezultat svojih eksperimenata, zaključio je da cink oksid proizveden u njegovoj tvornici sadrži primjesu nekog nepoznatog metala. Dobivene podatke objavio je K. Hermann u aprilu 1818. godine u članku "O šleskom cink oksidu i o jednom vjerovatno još nepoznatom metalu pronađenom u njemu." Istovremeno je povoljan zaključak objavio F. Stromeyer, koji je potvrdio Hermannove zaključke i predložio da se novi metal nazove kadmijum.

F. Stromeyer, koji je bio glavni inspektor apoteka u pokrajini Hanover, objavio je detaljan članak o novom metalu u drugom časopisu. U broju je objavljen članak od 26. aprila 1818. na čijoj je korici naznačena 1817. Očigledno je ta okolnost, u kombinaciji sa činjenicom da je Stromeyer (uz pristanak Hermanna) dao ime otkrivenom metalu, a dovelo do grešaka u određivanju i datuma i autora otkrića.

fizička svojstva.

kadmijum - srebrno bijela blistavo plavo metal, koji tamni na zraku zbog stvaranja zaštitnog oksidnog filma. Tačka topljenja - 321 ° C, tačka ključanja - 770 ° C. Štap čistog kadmijuma škripi poput kalaja kada se savija, ali sve nečistoće u metalu uništavaju ovaj efekat. Kadmijum je tvrđi od kalaja, ali mekši od brane - može se rezati nožem. Kada se zagrije iznad 80°C, kadmijum gubi svoju elastičnost do te mjere da se može samljeti u prah.

Kadmijum stvara legure i jedinjenja sa mnogim metalima i veoma je rastvorljiv u živi.

Generale hemijska karakterizacija kadmijum.

Kada se zagrije, oksidacija postaje intenzivnija i moguće je paljenje metala. Kadmijum u prahu se lako zapali u vazduhu sa jarko crvenim plamenom, formirajući oksid.

Ako se kadmij u prahu snažno pomiješa s vodom, uočava se evolucija vodika i može se otkriti prisustvo vodikovog peroksida.

Razrijeđena hlorovodonična i sumporna kiselina kada se zagreju, postepeno reaguju sa kadmijumom, oslobađajući vodonik. Suvi hlorovodonik reaguje sa kadmijumom na temperaturi od 440 °C. Suvi sumpordioksid takođe reaguje sa metalom, formirajući kadmijum sulfid CdS i delimično njegov sulfat CdSO 4 . Dušična kiselina, u interakciji sa kadmijumom u normalnim uslovima, oslobađa amonijak, a kada se zagreva, azotne okside.

Kadmijum, za razliku od cinka, nerastvorljiv u kaustičnim alkalijama, ali i rastvorljiv u amonijum hidroksidu. Kada kadmijum reaguje sa rastvorom amonijum nitrata, nastaju nitrati.

Aluminijum, cink i gvožđe istiskuju kadmijum iz rastvora njegovih jedinjenja. On sam taloži bakar i druge elektropozitivnije elemente iz rastvora. Kadmijum se kada se zagreva direktno kombinuje sa fosforom, sumporom, selenom, telurom i halogenima, ali se njegov hidrid i nitrid ne mogu dobiti direktnom interakcijom sa vodonikom i azotom.

Najvažnija jedinjenja kadmijuma.

kadmijum oksidCdO može se dobiti sagorevanjem metala u vazduhu ili kiseoniku, prženjem njegovog sulfida ili termičkom razgradnjom određenih jedinjenja. Ovo je prah različitih boja, zavisno od temperature na kojoj je dobijen: zelenkasto-žuta (350-370°C), gusta tamnoplava (800°C), smeđa, crna.

kadmijum hidroksidCD(Oh) 2 u obliku bijelog želatinoznog taloga oslobađa se iz otopina njegovih soli pod djelovanjem lužina.

Kadmijum sulfidCDS- jedan od najvažnijih jedinjenja kadmijum. U zavisnosti od fizičko-hemijskih uslova dobijanja, može biti od limun žute do crvene boje.

Halogeniti kadmij se prilično lako dobija direktnom interakcijom elemenata, kao i otapanjem kadmijuma, njegovog oksida ili karbonata u odgovarajućim kiselinama. Sve formirane soli su bezbojne kristalne supstance.

Kadmijum karbonatCDCOko 3 u obliku bijelog amorfnog taloga precipitira iz otopina kadmija kada im se dodaju alkalni karbonati.

Sirovi izvori kadmijuma. Dobivanje kadmijuma.

Kadmijum je rasuti element, tj. gotovo da ne stvara svoje minerale, a nalazišta takvih minerala uopće nisu poznata. Kadmijum je prisutan u rudama drugih metala u koncentracijama od stotih i hiljaditih delova procenta. Neke rude koje sadrže 1-1,5% kadmijuma smatraju se izuzetno bogatim ovim metalom.

Jedini mineral kadmija od nekog interesa je njegov prirodni sulfid, zelenokit ili kadmijum blenda. Prilikom razvoja ležišta ruda cinka, zelenokit se iskopava zajedno sa feritom i završava u postrojenjima cinka. Kadmijum se tokom prerade koncentriše u nekim međuproizvodima procesa iz kojih se potom ekstrahuje.

Tako su kolači cink-elektrolitnih postrojenja, topionica olova i bakra prava sirovina za dobijanje kadmijuma.

Prva proizvodnja organizirana je u Gornjoj Šleziji 1829. godine.

Trenutno se u svijetu proizvodi preko 10.000 tona kadmijuma godišnje.

Primjena kadmijuma.

Glavni dio industrijske potrošnje kadmijuma otpada na kadmij zaštitni premazi zaštita metala od korozije. Ovi premazi imaju značajnu prednost u odnosu na premaze od nikla, cinka ili kalaja. nemojte se ljuštiti sa delova tokom deformacije.

Kadmijumski premazi su superiorniji od svih ostalih u nekim slučajevima: 1) za zaštitu od morske vode, 2) za delove koji rade u zatvorenim prostorima sa visokom vlažnošću, 3) za zaštitu električnih kontakata.

Drugo područje primjene kadmijuma je proizvodnja legure. Legure kadmijuma su srebrno-bijele, duktilne, dobro obradive. Legure kadmija sa malim dodatkom nikla, bakra i srebra koriste se za proizvodnju ležajeva za moćne brodske, avionske i automobilske motore.

Bakarna žica sa dodatkom samo 1% kadmijuma dvostruko je jača, dok njena električna provodljivost neznatno opada.

Bakar-kadmijum legura sa dodatkom cirkonija ima još veću čvrstoću i koristi se za visokonaponske dalekovode.

Čisti kadmijum, zbog svog izuzetnog svojstva - visokog poprečnog preseka hvatanja toplotnih neutrona, koristi se za proizvodnju kontrolnih i hitnih štapova. nuklearnih reaktora na sporim neutronima.

AT posao sa nakitom koriste se legure zlata i kadmijuma. Promjenom omjera komponenti dobijaju se različite nijanse boja.

Nikl-kadmijum akumulatori, čak i potpuno ispražnjeni ne postaju potpuno neupotrebljivi.

Koristi se kadmijum amalgam u stomatologiji za pravljenje punjenja.

Biološka svojstva kadmijuma.

Kadmijumske prevlake su neprihvatljive kada moraju doći u kontakt sa hranom. Sam metal je netoksičan, ali izuzetno otrovno rastvorljiva jedinjenja kadmijuma. Štaviše, opasan je bilo koji način na koji uđu u tijelo iu bilo kojem stanju (rastvor, prašina, dim, magla). U pogledu toksičnosti, kadmijum nije inferioran živi i arseniku. Jedinjenja kadmijuma deluju depresivno na nervni sistem, utiču na respiratorni trakt i izazivaju promene unutrašnje organe.

Velike koncentracije kadmijum može dovesti do akutnog trovanja: minut boravka u prostoriji koja sadrži 2500 mg/m 3 njegovih jedinjenja dovodi do smrti. Kod akutnog trovanja simptomi lezije se ne razvijaju odmah, već nakon određenog latentnog perioda, koji može trajati od 1-2 do 30-40 sati.

Uprkos toksičnosti, dokazano je da je kadmijum element u tragovima vitalan za razvoj živih organizama. Njegova funkcija je još uvijek nejasna. Prihranjivanje biljaka povoljno utiče na njihov razvoj.

Šta je kadmijum? To je teški metal koji nastaje topljenjem drugih metala kao što su cink, bakar ili olovo. Široko se koristi za proizvodnju nikl-kadmijum baterija. Osim toga, takav element sadrži i dim cigarete. Kao rezultat kontinuiranog izlaganja kadmijumu nastaju vrlo teška oboljenja pluća i bubrega. Razmotrite karakteristike ovog metala detaljnije.

Obim kadmijuma

Većina industrijske upotrebe ovog metala je za zaštitne premaze koji štite metale od korozije. Takav premaz ima veliku prednost u odnosu na cink, nikl ili kalaj, jer se ne ljušti prilikom deformacije.

Kakva još može biti upotreba kadmijuma? Koristi se za proizvodnju legura koje su izuzetno pogodne za mašinsku obradu. Legure kadmija sa manjim dodacima bakra, nikla i srebra koriste se za proizvodnju ležajeva za automobilske, avionske i brodske motore.

Gdje se još koristi kadmijum?

Zavarivači, metalurzi i radnici povezani s tekstilnom, elektronskom i baterijskom industrijom su najviše izloženi riziku od trovanja kadmijem. Upotrebljavaju se nikl-kadmijumske baterije mobilni telefoni i drugih elektronskih uređaja. Ovaj metal se takođe koristi u proizvodnji plastike, boja, metalnih premaza. Mnoga tla koja se redovno gnoje također mogu sadržavati ovaj otrovni metal u velikim količinama.

kadmijum: svojstva

Kadmijum kao i njegova jedinjenja su okarakterisani kao, ali nije dokazano da male količine elementa u životnoj sredini izazivaju rak. Udisanje metalnih čestica u industrijskoj proizvodnji doprinosi nastanku raka pluća, ali ako se konzumira kontaminirana hrana, one ne predstavljaju rizik od razvoja raka.

Kako kadmijum ulazi u ljudski organizam?

Svima je odavno poznato da dim cigareta sadrži kadmijum. Ovaj teški metal ulazi u tijelo pušača u dvostruko većoj količini nego u tijelo osobe koja nije podložna tako lošoj navici. Međutim, pasivno pušenje može biti štetno.

Lisnato povrće, žitarice i krompir uzgojeni u zemljištu koje sadrži visok nivo kadmijuma može biti opasno. Po povećanom sadržaju ovog metala poznati su i jetra i bubrezi morskog života i životinja.

Mnoga industrijska preduzeća, posebno metalurška, emituju velike količine kadmijuma u atmosferu. Ljudi koji žive u blizini takvih preduzeća automatski se uključuju u rizičnu grupu.

Neka poljoprivredna područja aktivno koriste fosfatna gnojiva, koja sadrže malu količinu kadmijuma. Proizvodi koji se uzgajaju na ovoj zemlji predstavljaju potencijalnu opasnost za ljude.

Uticaj kadmijuma na ljudski organizam

Dakle, analizirali smo šta je kadmijum. Utjecaj ovog teškog metala na ljudski organizam može izazvati negativne posljedice. U svakom živom organizmu nalazi se u malim količinama, a njegova biološka uloga još nije u potpunosti razjašnjena. Obično je kadmijum povezan sa negativnom funkcijom.

Njegovo toksično djelovanje temelji se na blokiranju aminokiselina koje sadrže sumpor, što dovodi do poremećaja metabolizma proteina i oštećenja ćelijskog jezgra. Ovaj teški metal podstiče uklanjanje kalcijuma iz kostiju i utiče na nervni sistem. Može se akumulirati u bubrezima i jetri, a vrlo sporo se izlučuje iz organizma. Ovaj proces može trajati decenijama. Kadmijum se obično izlučuje urinom i izmetom.

Udisanje kadmijuma

Ovaj element u organizam industrijskih radnika ulazi udisanjem. Da biste to spriječili, koristite efikasnu zaštitnu opremu. Zanemarivanje ovog pravila dovodi do tužnih posljedica. Ako udišete kadmijum, učinak takvog metala na ljudsko tijelo se očituje na sljedeći način: tjelesna temperatura raste, pojavljuje se zimica i bol u mišićima.

Nakon nekog vremena dolazi do oštećenja pluća, bolova u grudima, kratkog daha, kašlja. U teškim slučajevima ovo stanje uzrokuje smrt pacijenta. Udisanje vazduha koji sadrži kadmijum doprinosi razvoju bolesti bubrega i osteoporoze. Rizik od raka pluća se povećava nekoliko puta.

Unos kadmijuma hranom

Zašto je kadmijum opasan u vodi i hrani? Redovnom upotrebom kontaminirane hrane i vode ovaj metal počinje da se akumulira u organizmu, što dovodi do negativnih posledica: poremećena je funkcija bubrega, oslabljeno koštano tkivo, zahvaćena su jetra i srce, au teškim slučajevima dolazi do smrti.

Konzumiranje hrane kontaminirane kadmijumom može izazvati iritaciju želuca, mučninu, bol u stomaku, dijareju i povraćanje. Osim toga, pojavljuju se simptomi slični gripi, razvija se oticanje larinksa i trnci u rukama.

Uzroci trovanja kadmijumom

Trovanje teškim metalima najčešće se javlja kod djece, dijabetičara, trudnica i dojilja, osoba koje zloupotrebljavaju pušenje. U Japanu se intoksikacija kadmijem javlja kao rezultat konzumiranja kontaminirane riže. U tom slučaju se razvija apatija, bubrezi su zahvaćeni, kosti omekšaju i deformiraju.

Industrijalizovana područja, u kojima se nalaze rafinerije nafte i metalurška preduzeća, poznata su po tome što je tamošnje tlo kontaminirano kadmijumom. Ako se biljni proizvodi uzgajaju na takvim mjestima, postoji velika vjerovatnoća da će doći do trovanja teškim metalima.

Element se može akumulirati u velikim količinama u duhanu. Ako se sirovina suši, tada se sadržaj metala dramatično povećava. Ulazak kadmijuma u organizam nastaje kako tokom aktivnog, tako i tokom nastanka karcinoma pluća direktno zavisi od sadržaja metala u dimu.

Liječenje trovanja

kadmijum:

  • oštećenje centralnog nervnog sistema;
  • oštar bol u kostima;
  • protein u urinu;
  • kamenje u bubrezima;
  • genitalna disfunkcija.

Ako dođe do akutnog trovanja, žrtvu treba ugrijati, osigurati mu svjež zrak i mir. Nakon ispiranja stomaka treba mu dati toplo mlijeko u koje se doda malo sode bikarbone. Ne postoje antidoti za kadmijum. Za neutralizaciju metala koriste se Unitiol, steroidi i diuretici. Kompleksno liječenje uključuje upotrebu antagonista kadmijuma (cink, željezo, selen, vitamini). Liječnik može propisati opću dijetu za jačanje koja sadrži veliku količinu vlakana i pektina.

Moguće posljedice

Metal kao što je kadmijum ima veoma ozbiljan uticaj na ljudski organizam, a ako dođe do trovanja ovim elementom, posledice mogu biti opasne. On istiskuje kalcijum iz kostiju, doprinoseći razvoju osteoporoze. Kod odraslih i djece kičma se počinje savijati, a kosti se deformiraju. U djetinjstvu takvo trovanje dovodi do encefalopatije i neuropatije.

Zaključak

Stoga smo analizirali šta čini takav teški metal kao što je kadmijum. Učinak ovog elementa na ljudsko tijelo je prilično ozbiljan. Postepeno se akumulirajući u tijelu, dovodi do uništenja mnogih organa. Možete se čak i otrovati kadmijumom ako jedete kontaminiranu hranu u velikim količinama. Posljedice trovanja su također prilično opasne.

Kadmijum - neuobičajeno otrovan i nepoznat
širok spektar srebrnih opasnih metala
Otrovno i otrovno kamenje i minerali

Kadmijum(latinski kadmijum, označen simbolom Cd) je element sa atomskim brojem 48 i atomskom masom 112,411. To je element sekundarne podgrupe druge grupe, petog perioda periodnog sistema hemijskih elemenata D.I. Mendeljejev. U normalnim uslovima, jednostavna supstanca kadmijum je teški (gustine 8,65 g/cm3 - lakši od uranijuma) meki savitljivi duktilni prelazni metal srebrno bijela boje (ne proždire meso, poput "kamena Kerberskog" iz Žitomirske oblasti Ukrajine - ne smeđe od uranovog oksida, smeđe opasnog kamena). Na slici - kadmijum sulfid, greenockite(zemljane kore žuta boje).

Prirodni kadmij se sastoji od osam izotopa, od kojih je šest stabilnih: 106Cd (obilje izotopa 1,22%), 108Cd (0,88%), 110Cd (12,39%), 111Cd (12,75%), 112Cd (24,187%) (24,184%) %). Radioaktivnost je detektirana za još dva prirodna izotopa: 113Cd (izotopska zastupljenost 12,22%, β-raspad sa poluživotom od 7,7∙1015 godina) i 116Cd (izotopska zastupljenost 7,49%, dvostruki β-raspad sa poluživotom od 3.0∙3 1019 godina).

Kadmijum periodnog sistema djelimično je opisao njemački profesor Friedrich Stromeyer 1817. (razlikuje se od cinka). Magdeburški farmaceuti su, proučavajući preparate koji sadrže cink oksid ZnO, posumnjali na prisustvo arsena (oksidacijski katalizator iz sulfida) u njima. Budući da se cink oksid nalazi u mnogim mastima, prahovima i emulzijama koje se koriste za razne kožne bolesti, inspektori su kategorički zabranili prodaju sumnjivih lijekova.

Naravno, proizvođač lijekova je, braneći svoje lične interese, zahtijevao ispitivanje. Stromeyer je djelovao kao stručnjak. Iz ZnO je izolovao smeđe-smeđi oksid, redukovao ga vodonikom i dobio srebrno-bijeli metal, koji je nazvao "kadmijum" (od grčkog kadmeia - cinkov oksid, takođe ruda cinka). Bez obzira na profesora Stromeyera, kadmijum je u šleskim rudama cinka (satelit) otkrila grupa naučnika - K. Hermann, K. Carsten i W. Meisner 1818. godine.

Kadmijum apsorbuje spore neutrone, zbog čega se koriste kadmijumske šipke nuklearnih reaktora za kontrolu brzine lančane reakcije (ChNPP). Kadmijum se koristi u alkalnim baterijama i uključen je kao komponenta u neke legure. Tako se, na primjer, legure bakra koje sadrže oko 1% Cd (kadmijum bronza) koriste za proizvodnju telegrafskih, telefonskih, trolejbuskih i tramvajskih žica, kablova podzemne željeznice, jer ove legure imaju veću čvrstoću i otpornost na habanje od bakra.


Greenockite (žuta droga) na kalcitu. Yunnan, Kina. 7x5 cm Fotografija: A.A. Evseev.

Brojne topljive legure, poput onih koje se koriste u aparatima za gašenje požara, sadrže kadmijum. Osim toga, kadmijum je dio nestandardnih legura za nakit (lemljenje nakon isparavanja amalgamske komponente iz amalgamskih legura koje su pucale zbog temperature i koje su zabranjene u slobodnoj prodaji - amalgami zlata, srebra i platine sa toksičnom živom).

Ovaj metal se koristi za kadmijiranje čeličnih proizvoda, jer na svojoj površini nosi oksidni film koji ima zaštitni učinak. Poenta je da u morska voda i u brojnim drugim medijima, kadmijumsko prevlačenje je efikasnije od pocinčavanja. Kadmijum ima dugu istoriju upotrebe u homeopatskoj (osnovni tretman lekovitim biljem i mikrodozama - tzv. "Biološki aktivni suplementi u hrani" - dijetetski suplementi i hrana za životinje) medicini. Jedinjenja kadmijuma su takođe našla široku primenu - kadmijum sulfid se koristi za pravljenje žutih boja i obojenih stakla, a kadmijum fluoroborat je fluks koji se koristi za lemljenje aluminijuma i drugih metala.

Kadmijum se nalazi u organizmu kičmenjaka (kosti, ligamenti, tetive i mišići), utvrđeno je da utiče na metabolizam ugljenika, aktivnost niza enzima i sintezu hipurične kiseline u jetri. Međutim, spojevi kadmijuma su otrovni, a sam metal je kancerogen. Posebno je opasno udisanje para kadmij oksida CdO, smrtni slučajevi nisu rijetki. Štetan je i prodiranje kadmijuma u gastrointestinalni trakt, ali nisu zabilježeni slučajevi trovanja sa smrtnim ishodom, najvjerovatnije je to zbog činjenice da tijelo nastoji da se riješi toksina (povraćanje).

Biološka svojstva

Ispostavilo se da je kadmij prisutan u gotovo svim živim organizmima - u kopnenom sadržaju kadmijuma je približno jednak 0,5 mg na 1 kg mase, u morskim organizmima (spužvi, koelenterati, bodljikaši, crvi Tihog oceana) - od 0,15 do 3 mg/kg, sadržaj kadmijuma u biljkama je oko 10-4% (na suvu materiju). Uprkos prisustvu kadmijuma u većini živih organizama, njegov specifični fiziološki značaj nije u potpunosti utvrđen (hormon rasta). Naučnici su uspjeli otkriti da ovaj element utiče na metabolizam ugljikohidrata, sintezu hipurinske kiseline u jetri, aktivnost brojnih enzima, kao i na metabolizam cinka, bakra, gvožđa i kalcijuma u organizmu (omiljeni kamen bodibilderi koji povećavaju mišićnu masu i jačaju svoje kosti u sportu - u mikrodozama).


Greenockite (žuti). Kovrdžavi vulkan, otprilike. Iturup, Kurilska ostrva, Rusija. Foto: A.A. Evseev.
Može se izdati za talk, sumpor i druge minerale slične zelenoktitu

Postoji sugestija, podržana istraživanjem, da mikroskopske količine kadmijuma u hrani mogu stimulirati rast tijela kod sisara. Iz tog razloga, naučnici su kadmijum odavno rangirali kao uslovno esencijalni element u tragovima, odnosno vitalan, ali toksično u određenim dozama. Tijelo zdrave osobe sadrži malu količinu kadmijuma. Opjevano u starogrčkom i rimskom epu - Kadmej(mesto trgovina otrovima na jugoistoku Evrope ("Štit na vratima Caregrada", Istanbul), u Grčkoj (portici i amfiteatri) i na Mediteranu kod Turske - droga). Na sleng rudari i rudari kamena kadmijum zove se " zmijski otrov" (žargon).

Kadmijum je jedan od najvažnijih otrovnih teških metala- u Rusiji (metrologija) svrstan je u 2. klasu opasnosti - visoko opasne supstance - koje uključuju antimon, stroncij, fenol i druge otrovne tvari (ekvivalentno ADR opasna roba N 6 - otrov, lobanja i ukrštene kosti u rombu). U Biltenu Ruske Federacije o ekološkoj sigurnosti i tehnologijama transporta otrova "Problemi hemijske sigurnosti" od 29. aprila 1999. kadmijum se pojavljuje kao "najopasniji ekotoksikant na prelazu milenijuma"!

Kao i drugi teški metali, kadmijum je kumulativni otrov, odnosno može se akumulirati u organizmu - njegovo poluživot je od 10 do 35 godina. Do pedesete godine, ljudsko tijelo može akumulirati od 30 do 50 mg kadmijuma. Glavna "depozita" kadmijuma u ljudskom organizmu su bubrezi, koji sadrže od 30 do 60% ukupne količine ovog metala u organizmu, i jetra (20-25%). Kadmijum u manjoj meri mogu akumulirati: pankreas, slezena, tubularne kosti i drugi organi i tkiva. Male količine kadmijuma su prisutne čak i u krvi. Međutim, za razliku od olova ili žive, kadmijum ne ulazi u mozak.

Kadmijum je najvećim delom u organizmu u vezanom stanju – u kombinaciji sa proteinom metalotioneinom – ovo je svojevrsni zaštitni mehanizam, reakcija organizma na prisustvo teškog metala. U ovom obliku, kadmij je manje toksičan, međutim, čak i kada se veže, ne postaje bezopasan – akumulirajući se godinama, ovaj metal može dovesti do poremećaja u radu bubrega i povećane vjerovatnoće nastanka bubrežnih kamenaca. Mnogo opasniji je kadmijum, koji je u jonskom obliku, jer je hemijski veoma blizak cinku i može ga zameniti u biohemijskim reakcijama, delujući kao pseudoaktivator ili, obrnuto, inhibitor proteina i enzima koji sadrže cink.

Kadmijum se veže za citoplazmatski i nuklearni materijal ćelija živog organizma i oštećuje ih, menja aktivnost mnogih hormona i enzima, što se objašnjava njegovom sposobnošću da veže sulfhidrilne (-SH) grupe. Osim toga, kadmijum je, zbog blizine jonskih radijusa kalcijuma i kadmijuma, u stanju da zameni kalcijum u koštanom tkivu. Ista situacija je i sa gvožđem, koje kadmijum takođe može da zameni. Iz tog razloga, nedostatak kalcijuma, cinka i gvožđa u organizmu može dovesti do povećanja apsorpcije kadmijuma iz gastrointestinalnog trakta do 15-20%. Smatra se da je bezopasna dnevna doza kadmijuma za odraslu osobu 1 μg kadmijuma na 1 kg tjelesne težine, velike količine kadmijum je izuzetno opasan po zdravlje.

Koji su mehanizmi ulaska kadmijuma i njegovih jedinjenja u organizam? Do trovanja dolazi kada je voda za piće (maksimalna koncentracija za vodu za piće 0,01 mg/l) kontaminirana otpadom koji sadrži kadmijum, kao i kada se konzumira povrće i žitarice koje rastu na zemljištima u blizini rafinerija nafte i metalurških preduzeća. Upotreba gljiva s takvih područja je posebno opasna, jer, prema nekim informacijama, mogu akumulirati više od 100 mg kadmijuma po kg vlastite težine. Pušenje je još jedan izvor unosa kadmijuma u organizam, kako samog pušača, tako i ljudi oko njega, jer se metal nalazi u duvanskom dimu.

Karakteristični znakovi kroničnog trovanja kadmijem su, kao što je ranije spomenuto, oštećenje bubrega, bol u mišićima, destrukcija koštanog tkiva i anemija. Akutno trovanje hranom kadmijem nastaje kada se velike pojedinačne doze uzimaju s hranom (15-30 mg) ili vodom (13-15 mg). Istovremeno se uočavaju znaci akutnog gastroenteritisa - povraćanje, bol i konvulzije u epigastričnoj regiji, međutim slučajevi smrtonosnog trovanja spojevima kadmijuma koji su u organizam ušli hranom su nepoznati nauci, ali prema procjenama SZO, smrtonosna pojedinačna doza može biti 350-3500 mg.

Mnogo opasnije je trovanje kadmijumom udisanjem njegovih para (CdO) ili prašine koja sadrži kadmijum (u pravilu se to događa u industrijama koje se odnose na upotrebu kadmijuma) - slično kao tečna živa i crveni cinobar (po toksičnosti). Simptomi ovakvog trovanja su plućni edem, glavobolja, mučnina ili povraćanje, zimica, slabost i dijareja (proljev). Kao posljedica takvog trovanja zabilježeni su smrtni slučajevi.

Protuotrov za trovanje kadmijumom je selen, koji pomaže u smanjenju apsorpcije kadmijuma (rade na fotokopir aparatima i štampačima u modernim data centrima i pune kertridže za kancelarijsku opremu). Međutim, i dalje je potreban uravnotežen unos selena, to je zbog činjenice da njegov višak u tijelu dovodi do smanjenja sadržaja sumpora (formira sumpor sulfid - veže ga), a to će sigurno dovesti do činjenice da kadmij tijelo će ponovo biti apsorbirano.

Zanimljivosti

Utvrđeno je da jedna cigareta sadrži od 1 do 2 mikrograma kadmijuma. Ispostavilo se da osoba koja popuši kutiju cigareta dnevno (20 kom.) dobije oko 20 mikrograma kadmijuma! Opasnost leži u činjenici da se kadmijum apsorbuje kroz pluća maksimum- od 10 do 20%, dakle, u tijelu pušača se apsorbira od 2 do 4 mikrograma kadmijuma sa svakom kutijom cigareta! Kancerogeno dejstvo nikotina sadržanog u duvanskom dimu obično se povezuje sa prisustvom kadmijuma, a ne zadržavaju ga čak ni ugljeni filteri - karcinom pluća.

Primjer kroničnog trovanja kadmijem s brojnim smrtnim ishodima opisan je kasnih 1950-ih. Na teritoriji Japana zabilježeni su slučajevi bolesti koju su lokalni stanovnici nazvali "itai-itai" ("talijanska bolest"), što se može prevesti i na lokalni dijalekt kao "oh, kako boli!" (trovanja). Simptomi bolesti bili su jaki lumbalni bolovi, koji su, kako se kasnije ispostavilo, uzrokovani nepovratnim oštećenjem bubrega; jak bol u mišićima. Sveprisutno širenje bolesti i njen teški tok uzrokovani su velikim zagađenjem okruženje u Japanu tog vremena i specifičnosti japanske prehrane (pirinač i morski plodovi akumuliraju veliku količinu kadmijuma). Utvrđeno je da oni koji su oboljeli od ove bolesti dnevno unose oko 600 mikrograma kadmijuma!

Uprkos činjenici da je kadmijum prepoznat kao jedna od najotrovnijih supstanci, našao je primenu i u medicini! Tako, umetnuta u grudi pacijenta koji pati od zatajenja srca, nikl-kadmijum baterija daje energiju mehaničkom stimulatoru srca. Pogodnost takve baterije je u tome što pacijent ne mora ležati na operacijskom stolu da bi je napunio ili zamijenio. Za nesmetano trajanje baterije dovoljno je nositi posebnu magnetiziranu jaknu jednom sedmično na samo sat i po.

Kadmijum se koristi u homeopatiji, eksperimentalnoj medicini, a u novije vreme se koristi za stvaranje novih lekova protiv raka.

Drvena metalna legura, koja sadrži 50% bizmuta, 12,5% kositra, 25% olova, 12,5% kadmijuma, može se rastopiti u kipućoj vodi. Legura je izumljena 1860. godine od strane inženjera B. Wood) Nekoliko zanimljivih činjenica je povezano sa ovu leguru niskog taljenja: prvo, prva slova komponenti Woodove legure čine skraćenicu "WAX", a drugo, izum se pripisuje i imenjaku B. Wooda - američkom fizičaru Robertu Williamsu Woodu, koji je rođen osam godina kasnije. ( vršnjaci su se potukli kod VAK-a).

Kadmijum periodnog sistema je ne tako davno ušao u "naoružanje" policije i forenzičara: uz pomoć najtanjeg sloja kadmijuma taloženog na površini koja se ispituje, moguće je identifikovati ljudske otiske prstiju.

Naučnici su utvrdili zanimljiva činjenica: kadmijum kalaj u atmosferi ruralnih područja ima mnogo veću otpornost na koroziju nego u atmosferi industrijskih područja. Takav premaz posebno brzo propada ako se u zraku poveća sadržaj sumpornih ili sumpornih anhidrida.

Godine 1968., jedan od američkih zdravstvenih službenika (dr. Carroll) otkrio je direktnu vezu između smrtnosti od kardiovaskularnih bolesti i sadržaja kadmijuma u atmosferi. Do takvih zaključaka došao je analizirajući podatke 28 gradova. U četiri od njih - Njujorku, Čikagu, Filadelfiji i Indijanapolisu - sadržaj kadmijuma u vazduhu bio je veći nego u drugim gradovima; udio smrtnih slučajeva zbog srčanih bolesti je također bio veći.

Pored "standardnih" mjera za ograničavanje emisije kadmijuma u atmosferu, vodu i tlo (filteri i čistači u preduzećima, uklanjanje stambenih objekata i njiva iz takvih preduzeća), naučnici razvijaju i nove - obećavajuće. Tako su naučnici u zalivu rijeke Mississippi zasadili vodene zumbule, vjerujući da bi uz njihovu pomoć bilo moguće očistiti vodu od elemenata poput kadmijuma i žive.

Priča

Istorija poznaje mnoga "otkrića" koja su nastala tokom fiktivnih provjera, pregleda i revizija. Međutim, ovakvi nalazi su više kriminalne prirode nego naučne. Pa ipak, postojao je takav slučaj kada je započeta revizija na kraju dovela do otkrića novog hemijskog elementa. Desilo se u Nemačkoj početkom XIX veka. Okružni doktor R. Rolov je pregledao apoteke svog okruga, tokom revizije - u nizu apoteka u blizini Magdeburga - pronašao je cink oksid, izgledšto je izazvalo sumnju i sugerisalo sadržaj arsena u njemu (farmakolit). Kako bi potvrdio pretpostavke, Rolov je zaplijenjenu drogu otopio u kiselini i pustio je kroz otopinu sumporovodika, što je dovelo do taloženja žutog taloga, sličnog arsenovom sulfidu. Svi sumnjivi lijekovi - masti, praškovi, emulzije, prašci - odmah su povučeni iz prodaje.

Takav potez razbjesnio je vlasnika fabrike u Šenebeku, koja je proizvodila sve lekove koje je Rolov odbio. Ovaj biznismen - Herman, koji je po zanimanju hemičar, izvršio je sopstveni pregled robe. Isprobavši sav arsenal tada poznatih eksperimenata za otkrivanje arsena, bio je uvjeren da su njegovi proizvodi u tom pogledu čisti, a željezo, koje je zbunilo revizora, dalo je žutu boju cink-oksida.

Nakon što je rezultate svojih eksperimenata prijavio Rolovu i vlastima zemlje Hanovera, Herman je zahtijevao nezavisno ispitivanje i potpunu "rehabilitaciju" svog proizvoda. Kao rezultat toga, odlučeno je da se sazna mišljenje profesora Stromeyera, koji je vodio Odsjek za hemiju na Univerzitetu u Getingenu, a istovremeno je bio i na mjestu glavnog inspektora svih hanoverskih ljekarni. Naravno, Stromeyer je poslan na provjeru ne samo cinkovog oksida, već i drugih preparata cinka iz tvornice Shenebek, uključujući i cink karbonat iz kojeg je ovaj oksid dobijen.

Kalciniranjem cink karbonata ZnCO3 Friedrich Stromeyer je dobio oksid, ali ne bijeli, kako je trebao biti, već žućkast. Kao rezultat daljnjih istraživanja, pokazalo se da lijekovi ne sadrže ni arsen, kako je Rolov sugerirao, ni željezo, kako je njemački mislio. Razlog neobične boje bio je potpuno drugačiji metal - ranije nepoznat i po svojstvima vrlo sličan cinku. Jedina razlika je u tome što njegov hidroksid, za razliku od Zn (OH) 2, nije bio amfoteričan, već je imao izražena bazična svojstva.

Stromeyer je novi metal nazvao kadmijum, nagovještavajući snažnu sličnost novog elementa sa cinkom - grčka riječ καδμεια (kadmeia) dugo je označavala rude cinka (na primjer, smithsonite ZnCO3) i cink oksid. Zauzvrat, ova riječ dolazi od imena feničanskog Kadma, koji je, prema legendi, prvi pronašao cink kamen i otkrio njegovu sposobnost da bakru (kada se istopi iz rude) daje zlatnu boju. Prema starogrčkih mitova postojao je još jedan Kadmo - heroj koji je porazio Zmaja i sagradio tvrđavu Kadmej na zemlji neprijatelja kojeg je porazio, oko koje je kasnije izrastao veliki grad sa sedam vrata Teba. Na semitskim jezicima "kadmos" znači "istočni" ili "zmijolik" (Fergana, Kirgistan, srednja Azija- postoje mjesta nakupljanja zmija), što, možda, gradi ime minerala po mjestima njegovog vađenja ili izvoza iz bilo koje istočne zemlje ili pokrajine.

Friedrich Stromeyer je 1818. objavio detaljan opis metala čija je svojstva već dobro proučio. U slobodnom obliku, novi element je bio bijeli metal, mekan i ne baš jak, prekriven smeđkastim oksidnim filmom na vrhu. Ubrzo, kao što se često dešava, Strohmeyerov prioritet u otkriću kadmijuma počeo je da se dovodi u pitanje, ali su sve tvrdnje odbijene. Nešto kasnije, drugi hemičar, Kersten, pronašao je novi element u šleskoj rudi cinka i nazvao ga mellin (od latinskog mellinus, "žuta kao dunja"). Razlog za ovo ime bila je boja taloga nastalog pod djelovanjem sumporovodika.

Na Kersteninu žalost, ispostavilo se da je "mellin" Stromeyerov "kadmijum". Čak su i kasnije predložena i druga imena za četrdeset osmi element: 1821. John je predložio da se novi element nazove "klaprotium" - u čast poznatog hemičara Martina Klaprotha - otkrića uranijuma, cirkonija i titana, i Gilberta "junonium" - nakon asteroida otkrivenog 1804. Juno. Ali bez obzira na to koliko su velike Klaprothove zasluge za nauku, njegovom imenu nije bilo suđeno da se učvrsti na listi hemijskih elemenata: kadmijum je ostao kadmijum. Istina, u ruskoj hemijskoj literaturi prve polovine 19. veka kadmijum se često nazivao kadmijumom.

Biti u prirodi

Kadmijum je tipično redak i prilično rasuti element, prosečan sadržaj ovog metala u zemljinoj kori (klark) se procenjuje na oko 1,3*10–5% ili 1,6*10–5% po težini, ispostavilo se da je kadmijum u litosfera je približno 130 mg/t. U utrobi naše planete ima toliko malo kadmijuma da je čak i germanijuma, koji se smatra rijetkim, 25 puta više! Približno isti omjeri za kadmijum i druge rijetke metale: berilij, cezijum, skandij i indijum. Kadmijum je po obilju blizak antimonu (2*10–5%) i dvostruko češći od žive (8*10–6%).

Kadmijum karakteriše migracija u vrućim podzemnim vodama zajedno sa cinkom (kadmijum se nalazi kao izomorfna nečistoća u mnogim mineralima i uvek u mineralima cinka) i drugim halkofilnim elementima, tj. hemijski elementi, skloni stvaranju prirodnih sulfida, selenida, telurida, sulfosoli i ponekad se nalaze u prirodnom stanju. Osim toga, kadmijum je koncentrisan u hidrotermalnim naslagama. Vulkanske stijene su prilično bogate kadmijem, sadržavajući do 0,2 mg kadmijuma po kg; među sedimentnim stijenama, glina je najbogatija četrdeset osmim elementom - do 0,3 mg / kg (za poređenje, vapnenci sadrže kadmij 0,035 mg / kg, pješčenici - 0,03 mg / kg). Prosječan sadržaj kadmijuma u zemljištu je 0,06 mg/kg.

Takođe, ovaj rijedak metal je prisutan u vodi – u otopljenom obliku (sulfat, hlorid, kadmijum nitrat) iu suspenziji kao dio organo-mineralnih kompleksa. AT prirodni uslovi Kadmijum ulazi u podzemne vode kao rezultat ispiranja ruda obojenih metala, kao i kao rezultat razgradnje vodenih biljaka i organizama koji su sposobni da ga akumuliraju. Od početka 20. stoljeća antropogena kontaminacija prirodnih voda kadmijumom postala je dominantan faktor u ulasku kadmijuma u vodu i tlo. Na sadržaj kadmijuma u vodi značajno utiče pH sredine (u alkalnoj sredini kadmijum se taloži u obliku hidroksida), kao i procesi sorpcije. Iz istog antropogenog razloga, kadmijum je takođe prisutan u vazduhu.

U ruralnim područjima sadržaj kadmijuma u zraku je 0,1-5,0 ng/m3 (1 ng ili 1 nanogram = 10-9 grama), u gradovima - 2-15 ng/m3, u industrijskim područjima - od 15 do 150 ng /m3. Kadmijum se uglavnom ispušta u atmosferski vazduh zbog činjenice da mnogi ugljevi koji se sagorevaju u termoelektranama sadrže ovaj element. Kada se taloži iz vazduha, kadmijum ulazi u vodu i tlo. Povećanje sadržaja kadmijuma u tlu je olakšano upotrebom mineralnih đubriva, jer gotovo sva sadrže manje nečistoće ovog metala. Iz vode i tla kadmijum ulazi u biljke i žive organizme i dalje duž lanca ishrane može se „opskrbiti“ ljudima.

Kadmijum ima svoje minerale: howliit, otavit CdCO3, montemponit CdO (sadrži 87,5% Cd), zelenokit CdS (77,8% Cd), ksantohroit CdS(H2O)x (77,2% Cd) kadmozelit CdSe (47% CdSe). Međutim, oni ne formiraju svoja ležišta, već su prisutni kao nečistoće u rudama cinka, bakra, olova i polimetalnih ruda (više od 50), koje su glavni izvor industrijske proizvodnje kadmijuma. I vodeća uloga igraju rude cinka, gdje se koncentracija kadmijuma kreće od 0,01 do 5% (u sfaleritu ZnS). U većini slučajeva, sadržaj kadmijuma u sfaleritu ne prelazi 0,4 - 0,6%. Kadmijum se akumulira u galenit (0,005 - 0,02%), stanit (0,003 - 0,2%), pirit (do 0,02%), halkopirit (0,006 - 0,12%), kadmijum se ekstrahuje iz ovih sulfida.

Kadmijum se može akumulirati u biljkama (najviše u gljivama) i živim organizmima (posebno u vodi), zbog čega se kadmijum može naći u morskim sedimentnim stijenama - škriljcima (Mansfeld, Njemačka).

Aplikacija

Glavni potrošač kadmijuma je proizvodnja hemijskih izvora struje: nikl-kadmijum i srebro-kadmijum baterija, olovo-kadmijum i živo-kadmijum ćelija u rezervnim baterijama, normalne Weston ćelije. Kadmijum-nikl baterije (AKN) koje se koriste u industriji su jedne od najpopularnijih među ostalim hemijskim izvorima struje.

Negativne ploče takvih akumulatora su izrađene od željeznih rešetki sa kadmij spužvom kao aktivnim agensom, a pozitivne ploče su presvučene nikl oksidom. Elektrolit je rastvor kaustične potaše (kalijum hidroksida). Nikl-kadmijum alkalne baterije su pouzdanije od olovnih baterija. Kemijski izvori struje koji koriste kadmij odlikuju se dugim vijekom trajanja, stabilnim radom i visokim električnim karakteristikama. Osim toga, punjenje ovih baterija traje manje od jednog sata! Međutim, AKN se ne može napuniti bez potpunog preliminarnog pražnjenja, a u tome su, naravno, inferiorne u odnosu na metal-hidridne baterije.

Još jedno široko polje primjene kadmijuma je nanošenje zaštitnih antikorozivnih premaza na metale (kadmijuma). Kadmijumski premaz pouzdano štiti proizvode od željeza i čelika od atmosferske korozije. U prošlosti, kadmijum se vršio uranjanjem metala u rastopljeni kadmijum, savremeni proces vrši se isključivo elektrolizom. Kadmijum se nanosi na najkritičnije delove aviona, brodova, kao i na delove i mehanizme dizajnirane za rad u tropskim klimama.

Poznato je da su neka svojstva cinka i kadmijuma slična, ali kadmijski premaz ima određene prednosti u odnosu na pocinčani premaz: prvo, otporniji je na koroziju, a drugo, lakše ga je učiniti ravnomjernim i glatkim. Osim toga, za razliku od cinka, kadmijum je stabilan u alkalnoj sredini. Kadmijumski lim se koristi prilično široko, međutim, postoji područje u kojem je upotreba kadmijskog premaza strogo zabranjena - ovo prehrambena industrija. To je zbog visoke toksičnosti kadmijuma.

Do određenog trenutka širenje kadmijskih premaza bilo je ograničeno i iz još jednog razloga – kada se kadmij elektrolitički nanosi na čelični dio, vodik koji se nalazi u elektrolitu može prodrijeti u metal, a, kao što je poznato, ovaj element uzrokuje krhkost u vodi. čelika visoke čvrstoće, što dovodi do neočekivanog razaranja metala pod opterećenjem. Problem su riješili sovjetski naučnici sa Instituta fizička hemija Akademija nauka SSSR-a. Pokazalo se da zanemarljiv dodatak titana (jedan atom titana na hiljadu atoma kadmijuma) štiti kadmijumski obložen čelični deo od pojave vodonične krtosti, jer titanijum apsorbuje sav vodonik iz čelika tokom procesa oblaganja.

Oko desetine svjetske proizvodnje kadmijuma troši se na proizvodnju legura. Niska tačka topljenja je jedan od razloga za široku upotrebu kadmijuma u legurama niskog taljenja. Takva je, na primjer, Woodova legura koja sadrži 12,5% kadmija. Takve legure se koriste kao lemovi, kao materijal za dobijanje tankih i složenih odlivaka, u automatskim sistemima za gašenje požara, za lemljenje stakla sa metalom. Lemovi koji sadrže kadmijum prilično su otporni na temperaturne fluktuacije.

Još jedna karakteristična karakteristika legura kadmija je njihova visoka antifrikciona svojstva. Tako se legura koja sadrži 99% kadmijuma i 1% nikla koristi za proizvodnju ležajeva koji rade u automobilskim, avionskim i brodskim motorima. Budući da kadmij nije dovoljno otporan na kiseline, uključujući organske kiseline sadržane u mazivima, legure na bazi kadmijuma su obložene indijem. Legiranje bakra sa malim dodacima kadmijuma (manje od 1%) omogućava izradu žica otpornijih na habanje na električnim transportnim linijama. Ovako zanemarivi dodaci kadmijuma mogu značajno povećati čvrstoću i tvrdoću bakra, praktično bez pogoršanja njegovih električnih svojstava. Kadmijum amalgam (rastvor kadmija u živi) koristi se u stomatološkoj tehnologiji za izradu zubnih ispuna.

Četrdesetih godina XX veka kadmijum je dobio novu ulogu - od njega su počeli da prave kontrolne i hitne šipke nuklearnih reaktora. Razlog zašto je kadmijum brzo postao strateški materijal je taj što veoma dobro apsorbuje toplotne neutrone. Ali prvi reaktori s početka "atomskog doba" radili su isključivo na toplinskim neutronima. Kasnije se pokazalo da su reaktori na brzim neutronima perspektivniji i za energiju i za dobijanje nuklearnog goriva - 239Pu, a kadmijum je nemoćan protiv brzih neutrona, ne odlaže ih. U doba reaktora na termalnim neutronima kadmijum je izgubio svoju dominantnu ulogu, ustupajući mjesto boru i njegovim spojevima (zapravo, uglju i grafitu).

Oko 20% kadmijuma (u obliku jedinjenja) koristi se za proizvodnju neorganskih boja. Kadmijum sulfid CdS je važna mineralna boja koja se ranije zvala kadmijum žuta. Već početkom 20. vijeka se znalo da se kadmijum žuta može dobiti u šest nijansi, od limun žute do narandžaste. Dobijene boje su otporne na slabe alkalije i kiseline, a potpuno su neosjetljive na sumporovodik.

Boje na bazi CdS-a korišćene su u mnogim oblastima - farbanju, štampariji, farbanju porcelana, pokrivale su putničke automobile, štiteći ih od dima lokomotive. Boje koje sadrže kadmijum sulfid koristile su se u tekstilnoj industriji i industriji sapuna. Međutim, trenutno se prilično skupi kadmij sulfid često zamjenjuje jeftinijim bojama - kadmoponom (mješavina kadmijum sulfida i barijum sulfata) i cink-kadmijum litoponom (sastav, poput kadmopona, plus cink sulfid).

Još jedno jedinjenje kadmijuma, kadmijum selenid CdSe, koristi se kao crvena boja. Međutim, kadmijum jedinjenja su našla svoju primenu ne samo u proizvodnji boja - kadmijum sulfid se, na primer, koristi i za proizvodnju filmskih solarnih ćelija, čija je efikasnost oko 10-16%. Osim toga, CdS je prilično dobar termoelektrični materijal, koji se koristi kao komponenta poluvodičkih materijala i fosfora. Ponekad se kadmijum koristi u kriogenoj tehnologiji, što je povezano sa njegovom maksimalnom toplotnom provodljivošću (u odnosu na druge metale) blizu apsolutne nule (vakuum).

Proizvodnja

Glavni "dobavljači" kadmijuma su nusproizvodi prerade ruda cinka, bakra-cinka i olovo-cinka. Što se tiče prirodnih minerala kadmijuma, jedini interesantan za dobijanje kadmijuma je zelenokit CdS, takozvana "kadmijumska mešavina". Greenockite se vadi zajedno sa faeritom tokom razvoja rude cinka. Tokom procesa recikliranja, kadmijum se akumulira u nusproizvodima procesa, odakle se zatim obnavlja.

U preradi polimetalnih ruda, kao što je ranije spomenuto, kadmij je često nusproizvod proizvodnje cinka. To su ili bakar-kadmijum kolači (metalni precipitati dobiveni kao rezultat čišćenja otopina cink sulfata ZnSO4 djelovanjem cinkove prašine), koji sadrže od 2 do 12% Cd, ili pussieres (isparljive frakcije nastale destilacijom cinka) , koji sadrži od 0,7 do 1,1% kadmijuma.

Najbogatiji četrdeset osmim elementom su koncentrati dobijeni rektifikacionim prečišćavanjem cinka, mogu sadržati do 40% kadmijuma. Iz bakreno-kadmijumskih kolača i drugih proizvoda sa visokim sadržajem kadmijuma obično se luži sumpornom kiselinom H2SO4 uz istovremenu aeraciju vazduha. Proces se izvodi u prisustvu oksidacionog sredstva - manganove rude ili recikliranog manganskog mulja iz elektroliznih kupki.

Osim toga, kadmijum se dobija iz prašine iz topionica olova i bakra (može sadržavati 0,5 do 5% i 0,2 do 0,5% kadmijuma, respektivno). U takvim slučajevima, prašina se obično tretira koncentriranom H2SO4 sumpornom kiselinom, a zatim se nastali kadmijum sulfat ispira vodom. Kadmijum spužva se istaloži iz nastale otopine kadmij sulfata djelovanjem cink prašine, nakon čega se otapa u sumpornoj kiselini i otopina se pročišćava od nečistoća djelovanjem natrijevog karbonata Na2CO3 ili cink oksida ZnO, moguće je koristiti i metode jonske izmjene.

Metalni kadmij se izoluje elektrolizom na aluminijskim katodama ili redukcijom cinkom (izmještanje kadmijum oksida CdO iz otopina CdSO4 cinkom) pomoću reaktora sa centrifugalnim separatorom. Rafiniranje metala kadmijuma obično se sastoji u topljenju metala ispod sloja lužine (za uklanjanje cinka i olova), dok je moguća upotreba Na2CO3; tretman taline aluminijumom (za uklanjanje nikla) ​​i amonijum hloridom NH4Cl (za uklanjanje talijuma).

Kadmijum veće čistoće se dobija elektrolitičkom rafinacijom sa međupročišćavanjem elektrolita, koje se vrši jonskom izmjenom ili ekstrakcijom; rektifikacija metala (obično pod sniženim pritiskom), zonsko topljenje ili druge metode kristalizacije. Kombinacijom navedenih metoda prečišćavanja moguće je dobiti metalni kadmij sa sadržajem glavnih nečistoća (cink, bakar i druge) od samo 10-5% masenog udjela. Osim toga, metode elektrotransfera u tekućem kadmiju, elektrorafinacije u topljenju natrijum hidroksida NaOH i elektrolize amalgama mogu se koristiti za pročišćavanje kadmijuma. Kada se zonsko topljenje kombinuje sa elektrotransferom, može doći do razdvajanja izotopa kadmijuma zajedno sa prečišćavanjem.

Svetska proizvodnja kadmijuma je u velikoj meri povezana sa obimom proizvodnje cinka i značajno je porasla tokom proteklih decenija – prema podacima iz 2006. godine, u svetu je proizvedeno oko 21 hiljada tona kadmijuma, dok je 1980. ta brojka iznosila samo 15 hiljada tona. . Rast potrošnje kadmijuma se nastavlja i sada. Glavni proizvođači ovog metala su azijske zemlje: Kina, Japan, Koreja, Kazahstan. Oni čine 12 hiljada tona ukupne proizvodnje.

Rusija, Kanada i Meksiko se takođe mogu smatrati velikim proizvođačima kadmijuma. Pomeranje masovne proizvodnje kadmijuma ka Aziji posledica je činjenice da je u Evropi došlo do smanjenja upotrebe kadmijuma, au azijskom regionu, naprotiv, raste potražnja za nikl-kadmij elementima, što tera mnogi da prenesu proizvodnju u azijske zemlje.

Fizička svojstva

Kadmijum je srebrno-bijeli metal koji svjetluca plavo kad je svježe rezan, ali tamni na zraku zbog stvaranja zaštitnog oksidnog filma. Kadmijum je prilično mekan metal - tvrđi je od kalaja, ali mekši od cinka, sasvim ga je moguće rezati nožem. U kombinaciji sa mekoćom, kadmijum ima tako važne kvalitete za industriju kao što su duktilnost i duktilnost - savršeno se valja u listove i uvlači u žicu, bez posebne probleme poliranje.

Kada se zagrije iznad 80 o C, kadmijum gubi elastičnost, i to toliko da se lako može usitniti u prah. Tvrdoća kadmijuma prema Mohsu je jednaka dva, prema Brinellu (za žareni uzorak) 200-275 MPa. Zatezna čvrstoća 64 MN/m2 ili 6,4 kgf/mm2, relativno izduženje 50% (na 20 o C), granica tečenja 9,8 MPa.

Kadmijum ima heksagonalnu zbijenu kristalnu rešetku sa periodima: a = 0,296 nm, c = 0,563 nm, c/a odnos = 1,882, z = 2, energija kristalna rešetka 116 μJ/kmol. Prostorna grupa S6/mmm, atomski radijus 0,156 nm, jonski radijus Cd2+ 0,099 nm, atomska zapremina 13,01∙10-6 m3/mol.

Štap napravljen od čistog kadmijuma, kada se savija, emituje slabu pukotinu poput kalaja ("limeni vrisak") - to su metalni mikrokristali koji se trljaju jedan o drugi, međutim, sve nečistoće u metalu uništavaju ovaj efekat. Općenito, kadmijum po svojim fizičkim, hemijskim i farmakološkim svojstvima spada u grupu teških metala, koji ima najviše sličnosti sa cinkom i živom.

Tačka topljenja kadmijuma (321,1 o C) je prilično niska i može se uporediti sa tačkama topljenja olova (327,4 o C) ili talijuma (303,6 o C). Međutim, razlikuje se od tačaka topljenja metala sličnih po nizu svojstava - niže od one kod cinka (419,5 o C), ali veće od one kod kalaja (231,9 o C). Tačka ključanja kadmijuma je također niska - samo 770 o C, što je prilično zanimljivo - olovo, kao i većina drugih metala, ima veliku razliku između tačaka topljenja i ključanja.

Dakle, olovo ima tačku ključanja (1745 o C) 5 puta veću od tačke topljenja, a kalaj, čija je tačka ključanja 2620 o C, 11 puta više od tačke topljenja! Istovremeno, cink, slično kadmijumu, ima tačku ključanja od samo 960 o C pri tački topljenja od 419,5 o C. Koeficijent toplinske ekspanzije kadmijuma je 29,8 * 10-6 (na temperaturi od 25 o C) . Ispod 0,519 K, kadmijum postaje superprovodnik. Toplotna provodljivost kadmijuma na 0 o C je 97,55 W / (m * K) ili 0,233 cal / (cm * sec * o C).

Specifični toplotni kapacitet kadmijuma (na temperaturi od 25 o C) je 225,02 j/(kg * K) ili 0,055 cal/(g * o C). Temperaturni koeficijent električnog otpora kadmijuma u temperaturnom opsegu od 0 o C do 100 o C je 4,3 * 10-3, specifični električni otpor kadmijuma (na temperaturi od 20 o C) je 7,4 * 10-8 oma* m (7,4 * 10-6 ohm*cm). Kadmijum je dijamagnetičan, njegova magnetna susceptibilnost je -0,176,10-9 (na temperaturi od 20 o C). Standardni potencijal elektrode je -0,403 V. Elektronegativnost kadmijuma je 1,7. Efektivni presjek hvatanja toplotnih neutrona je 2450-2900-10 ~ 28 m2. Radna funkcija elektrona = 4,1 eV.

Gustina (na sobnoj temperaturi) kadmijuma je 8,65 g/cm3, što omogućava klasifikaciju kadmijuma kao teških metala. Prema klasifikaciji N. Reimersa, metale sa gustinom većom od 8 g/cm3 treba smatrati teškim. Dakle, teški metali uključuju Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg. Iako je kadmijum lakši od olova (gustina 11,34 g/cm3) ili žive (13,546 g/cm3), teži je od kalaja (7,31 g/cm3).

Hemijska svojstva

U hemijskim jedinjenjima kadmijum uvek pokazuje valenciju 2 (konfiguracija spoljašnjeg elektronskog sloja je 5s2) - činjenica je da su atomi elemenata sekundarne podgrupe druge grupe (cink, kadmij, živa), poput atoma elementi podgrupe bakra, imaju d-podnivo drugog vanjskog elektronskog sloja potpuno popunjen. Međutim, za elemente podgrupe cinka, ovaj podnivo je već prilično stabilan, a uklanjanje elektrona iz njega zahtijeva vrlo veliki utrošak energije. Druga karakteristična karakteristika elemenata podgrupe cinka, koja ih približava elementima podgrupe bakra, je njihova sklonost formiranju kompleksa.

Kao što je već pomenuto, kadmijum se nalazi u istoj grupi periodnog sistema sa cinkom i živom, zauzimajući međupoziciju između njih, iz tog razloga serija hemijska svojstva svi ovi elementi su slični. Na primjer, oksidi i sulfidi ovih metala su praktično netopivi u vodi.

Na suhom zraku kadmij je stabilan, ali u vlažnom zraku se na površini metala polako stvara tanak film CdO oksida, koji štiti metal od dalje oksidacije. S jakim žarenjem kadmij izgara, pretvarajući se i u kadmijum oksid - kristalni prah od svijetlosmeđe do tamno smeđe boje (razlika u rasponu boja dijelom je posljedica veličine čestica, ali je u većoj mjeri rezultat defekata kristalne rešetke ), gustina CdO 8,15 g/cm3; iznad 900 o C kadmijum oksid je isparljiv, a na 1570 o C potpuno sublimira. Pare kadmijuma reaguju sa vodenom parom i oslobađaju vodonik.

Kiseline reaguju sa kadmijumom i formiraju soli ovog metala. Dušična kiselina HNO3 lako otapa kadmijum, dok se azot oksid oslobađa i nastaje nitrat koji daje hidratu Cd (NO3) 2 * 4H2O. Od ostalih kiselina - hlorovodonične i razrijeđene sumporne - kadmij polako istiskuje vodonik, što se objašnjava činjenicom da je u nizu napona kadmij dalje od cinka, ali ispred vodonika. Za razliku od cinka, kadmijum ne stupa u interakciju sa alkalnim rastvorima. Kadmijum redukuje amonijum nitrat NH4NO3 u koncentrovanim rastvorima u amonijum nitrit NH4NO2.

Iznad tačke topljenja, kadmijum se direktno kombinuje sa halogenima, formirajući bezbojna jedinjenja - kadmijum halogenide. CdCl2, CdBr2 i CdI2 su vrlo lako rastvorljivi u vodi (53,2% masenih na 20 o C), mnogo teže rastvorljivi kadmijum fluorid CdF2 (4,06% maseni na 20 o C), koji je potpuno nerastvorljiv u etanolu. Može se dobiti djelovanjem fluora na metal ili fluorovodonika na kadmijum karbonat. Kadmijum hlorid se dobija reakcijom kadmijuma sa koncentrovanom hlorovodoničnom kiselinom ili hlorisanjem metala na 500 o C.

Kadmijum bromid se dobija bromiranjem metala ili delovanjem bromovodonika na kadmijum karbonat. Kada se zagrije, kadmijum reaguje sa sumporom i formira CdS sulfid (limunsko žuto do narandžasto crveno), nerastvorljiv u vodi i razblaženim kiselinama. Kada se kadmijum spoji sa fosforom i arsenom, formiraju se fosfidi i arsenidi sastava Cd3P2 i CdAs2, respektivno, sa antimonom - kadmijum antimonidom. Kadmijum ne reaguje sa vodonikom, azotom, ugljenikom, silicijumom i borom. CdH2 hidrid i Cd3N2 nitrid, koji se lako raspadaju pri zagrijavanju, dobiveni su indirektno.

Otopine soli kadmija su kisele zbog hidrolize, a kaustične alkalije iz njih talože bijeli hidroksid Cd (OH) 2. Pod dejstvom veoma koncentrisanih alkalnih rastvora, pretvara se u hidroksokadmate, kao što je Na2. Kadmijum hidroksid reaguje sa amonijakom da formira rastvorljive komplekse:

Cd(OH)2 + 6NH3 * H2O → (OH)2 + 6H2O

Osim toga, Cd(OH)2 ide u rastvor pod dejstvom alkalnih cijanida. Iznad 170 o Sa njim se razlaže do CdO. Interakcija kadmij hidroksida sa vodikovim peroksidom (peroksidom) u vodenoj otopini dovodi do stvaranja peroksida (peroksida) različitih sastava.

Korištenje materijala s web stranice http://i-think.ru/

ADR 6.1
Toksične supstance (otrov)
Rizik od trovanja udisanjem, kontaktom s kožom ili ako se proguta. Opasno po vodenu sredinu ili kanalizacioni sistem (slično kao opasna roba ADR žive, manje opasna)
Koristite masku za izlaz u slučaju nužde
Bijeli dijamant, ADR broj, crna lubanja i ukrštene kosti

ADR Fish
Supstance opasne po životnu sredinu (ekologija, uključujući topljive, rastvorljive, praškaste i tekuće materijale)
Opasno po vodenu sredinu ili kanalizacioni sistem (slično kao opasna roba ADR žive, manje opasna)

mob_info