Кадмий

Периодическая система хим. элементов Менделеева

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. kadmeia - нечистая окись цинка, также цинковая руда). Независимо от него нем. учёные К. Герман, К. Карстен и В. Мейснер в 1818 открыли К. в силезских цинковых рудах.

Распространение в природе. К. - редкий и рассеянный элемент с кларком литосферы 1,3x10^-5 % по массе. Для К. 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 породах - сланцах (Мансфельд, ГДР), в песчаниках, в которых он также связан с цинком и др. халькофильными элементами. В биосфере известны 3 очень редких самостоятельных минерала К. - карбонат CdCO₃ (отавит), окись CdO (монтепонит) и селенид CdSe.

Физические и химические свойства. Кристаллическая решётка К. гексагональная, а = 2,97311 , с = 5,60694 ?(при 25 °C); атомный радиус 1,56 , ионный радиус Cd²⁺ 1,03 . Плотность 8,65 г/см³ (20 °C), t_пл 320,9? С, t_kип 767 °C, коэффициент термического расширения 29,8x10^-6 (при 25 °C); теплопроводность (при 0 ?C) 97,55 вт/(мxК) или 0.233 кал/(смxсек°C); удельная теплоёмкость (при 25 °C) 225,02 дж/(кгxК)или 0,055 кал/(гx°C); удельное электросопротивление (при 20?C) 7,4x10^-8омxм (7,4x10^-6 омxсм); температурный коэффициент электросопротивления 4,3x10^-3 (0-100 °C). 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 К. в соединениях равна 2 (впрочем, имеются указания на образование ионов Cd₂²⁺ при растворении К. в расплавленном CdCl₂). На воздухе К. тускнеет, покрываясь тонкой плёнкой окиси CdO, которая защищает металл от дальнейшего окисления. При сильном нагревании на воздухе К. сгорает в окись CdO - кристаллический порошок от светло-коричневого до темно-бурого цвета, плотность 8,15 г/см³; при 700 °C CdO возгоняется, не плавясь. К. 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 °C), CdF₂ растворим труднее (1 ч. в 25 ч. воды). С серой К. образует сульфид CdS от лимонно-жёлтого до оранжево-красного цвета, нерастворимый в воде и разбавленных кислотах. К. легко растворяется в азотной кислоте с выделением окислов азота и образованием нитрата, который даёт гидрат Cd (NO3)₂x4H₂O. Из кислот - соляной и разбавленной серной К. медленно выделяет водород, при выпаривании растворов из них кристаллизуются гидраты хлорида 2CdCl₂x5H₂O и сульфата 3CdSO₄x8H₂O. Растворы солей К. 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 К. Соединения К. ядовиты; особенно опасно вдыхание паров его окиси.

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

Металлический К. применяют в ядерных реакторах, для антикоррозионных и декоративных покрытий (см. Кадмирование), в аккумуляторах. К. 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 К. (кадмиевая жёлтая) - краска для живописи. Сульфат и амальгама К. используются в нормальном элементе Вестона.

К. в организме. Содержание К. в растениях составляет 10^-4% (на сухое вещество); у некоторых животных (губок, кишечнополостных, червей, иглокожих и оболочников) - 4x10^-5-3x10^-3% сухого вещества. Обнаружен у всех позвоночных животных. Наиболее богата К. печень. Физиологическое значение К. изучено недостаточно, но известно, что К. 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.