Где используется кадмий металлический
Название одного элемента переводится как «цинковая руда», в которой несколько составляющих. Почему?
Потому что впервые кадмий выделили именно из цинкосодержащей руды. Произошло это в 1817-ом году в Германии.
Профессор Штромейер изучал оксид цинка . Он показался ученому нечистым, мужчина заподозрил в составе вещества наличие еще и мышьяка .
Отделив его от общей массы, профессор понял, что перед ним металл. Цвет был серебристо- белым , а не оранжевым, как у мышьяка.
Обнаруженный элемент назвали кадмий в честь руды, из которой он был получен.
Правда, некоторые источники трактуют имя металла иначе, вспоминая крепость Кадмея, построенную в древнем Египте.
Якобы в честь ее крепости и нерушимости и был наречен металл кадмий. Похожее слово есть и в мифологии Греции.
Бог Кадмос основал Фивы, победил дракона и, кстати, по приданию первым нашел и показал людям цинковую руду.
Небожитель соединил породу с медью , открыв народу свойство цинка изменять ее цвет.
Но, про кадмий его теска тогда умолчал. Поэтому, наверное, и открыли металл только в 19-ом столетии.
Добыча кадмия
То, что металл содержится не только в цинкосодержащийх породах, но и в некоторых минералах.
Примеси кадмия обнаружили в гриноките, отавите, хоулиите, кадмоселите, монтемпоните и ксантохроите.
Все 6 камней крайне редкие и не могут стать подмогой в промышленной добыче металла №48.
Есть кадмий и в морях в пропорции 0,00011 миллиграммов на литр воды. Обнаружен элемент также в воздухе.
В городах содержание металла в атмосфере от 2-х до 15-ти нанограммов на кубический метр.
В сельском воздухе кадмия и того меньше. Интересно, что гораздо больше, чем в воздухе или воде, кадмия в почках и печени.
Эти органы накапливают металл. Но, естественно, добывать элемент из живых тканей никто не собирается.
Месторождения кадмия
Поэтому, основным источником редкого вещества, по-прежнему, остаются цинковые руды.
Общие запасы кадмия на месторождениях планеты оцениваются всего в 600 тысяч тонн. 100 из них в КНР; 60 в Австралии; 50 в Перу; по 40 в России и Мексике.
Остальные страны довольствуются малым, на них примерно равномерно распределены оставшиеся 300 тысяч тонн.
В год на нужды человечества уходит 20 тысяч тонн редкого металла. Если не открыть новые месторождения, хватит всего на 3 десятилетия. На что же тратят дефицитный элемент?
Применение кадмия
-В чистом виде кадмий пластичный, тягучий, мягкий. Цвет у металла белый с серебристым отливом. Эстетика металла пригождается при изготовлении аккумуляторов. Их декоративные покрытия сделаны на основе элемента №48.
-В атомных реакторах важнее стойкость кадмия к коррозии.
-Износостойкость сделала «героя статьи » материалом для машинных подшипников.
-Живописцы ценят сульфид металла. Его используют в качестве краски, поскольку соединение ярко-желтое.
— Ювелиры используют кадмий, правда, лишь в качестве примеси к золоту . Элемент делает его более пластичным, послушным в руках мастера.
Сам по себе серебристый металл тоже красив. Загвоздка в том, что на воздухе он моментально тускнеет, покрывается мутной пленкой. Сохраняют сияние кадмиевые поверхности только в среде без кислорода.
Добавляя кадмий к золоту, главное, точно соблюдать пропорции. Излишек элемента под номером 48 придает сплаву зеленоватый оттенок.
К тому же, кадмий снижает температуру плавление состава, ведь и сам металл закипает уже при 700 градусов Цельсия.
— В ювелирной промышленности кадмий используют и как припой . Вещество идеально соединяет детали украшений из золота и серебра . Сцепление получается надежным, долговечным.
-В перспективе – рынок солнечных батарей. Пока, они используются в порядке исключения. Однако, в скором времени, прогнозируют эксперты, будут устанавливаться повсеместно. Пленки для установок, аккумулирующие лучи, делают именно из кадмия.
Влияние соединений на организм сравнимо с действием паров ртути или мышьяка. Угнетается дыхание, поражается нервная система и органы человеческого тела.
Причем, не важно, попало вещество на кожу , в воздух, было съедено или выпито.
В период второй мировой войны противоборствующие стороны резко увеличили добычу свинцовых руд, дабы производить из них оружие.
Одно из месторождений было в Японии. Население страны восходящего солнца сутками трудилось в шахтах, ело рыбу из близлежащей реки и рис с окрестных полей.
Люди стали умирать. Причем здесь кадмий? Притом, что именно он, просачиваясь в воду, попадая в растения, а потом и желудки рабочих, стал причиной смертей.
Болезнь назвали итай-итай. 10 лет ученые не могли понять, в чем ее причина, греша на свинец .
Однако, некоторые соединения кадмия способны и спасать. Металл используют при лечении опухолей. Кадмий если не побеждает то, по крайней мере, приостанавливает болезнь.
Без нее орган не сможет обезвреживать яды. Произойдет сбой и в обмене углеводов, цинка, кальция и меди.
Ряд ферментов в организме человека так же не вырабатываются без присутствия кадмия.
КАДМИЙ — токсичный, тяжелый и редкий
При почти детективных условиях был открыт металл кадмий.
Бдительный аптекарь
История началась в Магдебурге с окружного врача-инспектора. Он приказал изъять из продажи препараты с оксидом цинка — якобы, там содержится мышьяк. Аптекари возмутились, обратились к Ф. Штромейеру — главному инспектору по аптекам.
Препараты исследовали, мышьяка не нашли. Зато обнаружили оксид нового элемента. Штромейер назвал открытый элемент «кадмий», в честь героя древнегреческого мифа.
Свойства Кадмия
Кадмий относится к переходным металлам. Он мягкий, тягучий и ковкий.
- Кристаллическая структура решетки гексагональная.
- У элемента рекордная для металлов теплопроводность в области абсолютного нуля.
- Цвет белый, серебристый.
Кадмий тяжелый металл, наряду с осмием, свинцом, молибденом.
Имеет три модификации; отличить их можно некоторым физическим параметрам.
- Оксиды и сульфиды кадмия почти не растворяются в воде.
- В условиях влажного воздуха на поверхности образуется оксидная пленка. Она препятствует дальнейшему окислению.
- Не образует карбидов.
- В нагретых разбавленных H2SO4 и HNO3 (формулы серной и соляной кислот) кадмий растворяется с выделением водорода.
Где находят
Месторождения кадмиевых руд в природе отсутствуют, это рассеянный металл. Кадмиевые минералы существуют, но промышленного значения не имеют.
Известно 6 кадмиевых минералов:
- гринокит;
- отавит;
- ксантохроит;
- хоулиит;
- монтемпонит;
- кадмоселит.
Металл почти всегда присутствует в медных, цинковых, свинцовых рудах.
Как производят
Производство связано с получением цинка. Кадмий является побочным продуктом извлечения цинка из его минералов. Этот способ получения амальгамный.
Гидроэлектрометаллургический способ состоит из стадий:
- выщелачивание руды;
- очистка раствора от примесей;
- цементация или электролитическое осаждение металла;
- плавка полученной губки.
Далее при надобности металл рафинируют, доводят до высокой чистоты.
Сплавы
Кадмиевые сплавы делятся на:
- антифрикционные;
- легкоплавкие;
- припои;
- сплавы с драгметаллами.
В составе припоев 1 часть кадмия заменяет 5 частей олова.
Медно-кадмиевые сплавы почти полностью сохраняют электропроводность меди, и обладают повышенной прочностью к истиранию и высоким сопротивлением на разрыв.
Плюсы и минусы
| Достоинства кадмированных изделий | Недостатки |
| Отлично проявляют себя в среде, содержащей Cl (например, морской воде) | Бесполезно кадмировать изделия, работающие в присутствии серы и ее соединений |
| Обладают высокой пластичностью | Сварка разрушает кадмиевые покрытия |
| Допускается сопряжение с оксидированным алюминием и цинком | Кадмий и его соединения опасны для здоровья |
Применение
Большая часть кадмиевых покрытий применяется для защиты:
- изделий, эксплуатируемых в морской воде;
- деталей машин, которые работают в условиях высокой влажности;
- защищают электрические контакты от коррозии.
Важно: применение кадмиевых покрытий в изделиях домашнего обихода запрещено из-за высокой токсичности металла.
Много произведенного кадмия используют в сплавах легкоплавких, антифрикционных, в сплавах с драгоценными металлами.
Пятая часть добытого металла применяется в батареях и аккумуляторах.
На подъеме производство солнечных батарей с CdTe.
Часть металла идет на производство красящих пигментов.
В ювелирном производстве используют сплавы с золотом. В зависимости от процентного содержания составляющих они имеют цвета от ярко-желтого до зеленоватого.
Радиоактивные изотопы используют в лечении онкологических болезней.
Стоимость
Цена кадмия марки КдО 1100 рублей за килограмм; марка 5N — 6500 рублей/кг; металл чистотой 99,9999% марки 6N стоит 15000 рубля/кг.
Мне 42 года и я специалист в области минералогии. Здесь на сайте я делюсь информацией про камни и их свойства — задавайте вопросы и пишите комментарии!
Кадмий – полезные свойства, особенности и опасность металла
Этот метал не особо «раскручен». Кадмий полезен промышленности, но опасен для человека.
Что представляет собой
Кадмий – элемент таблицы Менделеева №48:
- Мягкое, ковкое вещество серовато-серебристого цвета с голубоватостью.
- Относится к металлам тяжелой группы.
- Структура кристаллической решетки – гексагональ.
- Состоит из восьми изотопов, два из которых слаборадиоактивны, остальные стабильны.
Международное, научное обозначение и формула – Cadmium (Cd).
История открытия
«Отцами» элемента в историю науки вошли немецкие аптекари и химик Фридрих Штромейер.
В 1817 году провизоры, исследуя оксид цинка, усмотрели в его составе характеристики, присущие мышьяку. Штромейер провел по их просьбе цикл реакций. Конечным продуктом оказался не мышьяк, а новый серебристый металл.
Его окрестили кадмием – по названию местной цинкосодержащей руды.
Кадм – персонаж древнегреческой мифологии, легендарный основатель и царь Фив.
Нахождение в природе
Кадмиевых месторождений на планете не найдено: редкий элемент рассеян в толще земной коры, воде, воздухе.
Тонна земной коры содержит 130 мг кадмия, литр морской воды – 0,00011 мг.
Вторая форма нахождения металла в природе – шесть собственных минералов.
Чаще кадмий сопровождает другие минералы (полсотни). Так его и добывают – попутно с другими рудами. Особенно богаты цинковые (здесь кадмий есть всегда), свинцовые, медные залежи.
Технология получения
- Кадмий добывают из цинковых руд. Металл извлекают из побочных продуктов. Здесь он аккумулируется во время переработки руды.
- Второй способ получения – из медно-свинцовой пыли. На пыль воздействуют серной кислотой, затем водой выщелачивают сульфид кадмия. Чистый металл получают электролизом либо восстанавливая цинком.
Физико-химические характеристики
Кадмий как металл проявляет типичные характеристики: без проблем куется, тянется, полируется.
По твердости располагается между оловом и цинком. Режется ножом.
| Свойства атома | |
|---|---|
| Название, символ, номер | Ка́дмий / Cadmium (Cd), 48 |
| Атомная масса (молярная масса) | 112,411(8) а. е. м. (г/моль) |
| Электронная конфигурация | [Kr] 4d10 5s2 |
| Радиус атома | 154 пм |
| Химические свойства | |
| Ковалентный радиус | 148 пм |
| Радиус иона | (+2e) 97 пм |
| Электроотрицательность | 1,69 (шкала Полинга) |
| Электродный потенциал | −0,403 |
| Степени окисления | -2; +1; +2 |
| Энергия ионизации (первый электрон) | 867,2 (8,99) кДж/моль (эВ) |
| Термодинамические свойства простого вещества | |
| Плотность (при н. у.) | 8,65 г/см³ |
| Температура плавления | 594,1 K (321 °C) |
| Температура кипения | 1038 K (764,85 °C) |
| Уд. теплота плавления | 6,11 кДж/моль |
| Уд. теплота испарения | 59,1 кДж/моль |
| Молярная теплоёмкость | 26,0 Дж/(K·моль) |
| Молярный объём | 13,1 см³/моль |
| Кристаллическая решётка простого вещества | |
| Структура решётки | гексагональная |
| Параметры решётки | a=2,979 c=5,618 Å |
| Отношение c/a | 1,886 |
| Температура Дебая | 209 K |
| Прочие характеристики | |
| Теплопроводность | (300 K) 96,9 Вт/(м·К) |
| Номер CAS | 7440-43-9 |
При нагреве свыше 80°C легко становится порошком.
При изгибе палочки из чистого кадмия слышно потрескивание. По этому признаку его легко отличить от других металлов (кроме олова).
Химические свойства также стандартны:
- В сухом микроклимате горение, взаимодействие с галогенами, серой возможно только при высоких температурах.
- Во влажной атмосфере покрывается пленкой.
- С растворенными щелочами не взаимодействует.
По физическим, химическим свойствам сходен с цинком и ртутью. Главный недостаток кадмия – токсичность.
Где используется
Токсичность ограничивает, но не обнуляет достоинства металла. Его используют во всех сегментах, кроме пищепрома.
Промышленность
Здесь нашлось применение металлу как самостоятельной единице и компонента сплавов:
- Антикоррозийные покрытия. Кадмирование обеспечивает самое прочное, цепкое соединение с основой. Применяется в экстремальных условиях: морская вода, тропики, щелочная среда.
- Производство батарей, аккумуляторов для ракет.
- Легирующая добавка к сплавам. Сплавы с кадмием пластичны, стойки к износу. Из них делают провода для линий электропередач, припои, подшипники для начинки морских и воздушных лайнеров. Сплавы используются при пайке стекла, металла, в огнетушителях.
- Компонент полупроводников, пленок солнечных батарей.
Соли металла становятся пигментами (желтый цвет). Но это приветствуется не всегда.
Coca-Cola изъяла с рынка США более 20 тысяч стаканов со своим логотипом. Причина – наличие кадмия в составе краски.
Важнейшая сфера применения – атомный комплекс:
- Кадмиевые стержни регулируют работу реактора.
- Из него состоят экраны, отсекающие нейтронное излучение.
В лабораториях металл используется как реактив.
Другие отрасли
Хорошая теплопроводность в условиях запредельно низких температур сделала металл незаменимым в криотехнике.
Ювелиры добавляют кадмий к золоту, чтобы получить зеленоватые оттенки.
Полезное свойство вещества аккумулироваться раковыми клетками используется в противоопухолевой терапии.
Ежегодное глобальное производство металла исчисляется 20 тысячами тонн.
Ограничения
Согласно Техническому регламенту Евразийского экономического союза и директиве Евросоюза, в изделиях сегмента электротехники и радиоэлектроники должно быть не более 0,01 % массовой доли кадмия.
Биологическое воздействие
Микродозы кадмия есть в биологических организмах: вещество содействует метаболизму.
Токсичность
Однако металл, его растворимые соединения токсичны:
- Наиболее ядовиты пары, запыленный, задымленный воздух.
- Вещество накапливается человеческим организмом, растениями, грибами.
- Тяжелый металл, его соединения провоцируют онкологию, угнетают работу гормональной, кровеносной, центральной нервной систем. Разрушаются кости.
По действию на организм напоминает ртуть, цинк, но токсичность вдвое-втрое превышает цинковую.
Кадмий классифицирован как вещество 2-го класса опасности. 7,50 г металла в кубометре воздуха убивают за двадцать секунд.
Нормы
Наличие металла в воде, продуктах питания регулируется санитарными стандартами РФ (мкг/кг):
- говядина, свинина – 16;
- хлеб – 30;
- рис – 60;
- рыба – 200;
- какао – 500;
- субпродукты – 1000.
Литр питьевой воды не может содержать более 0,001 мг кадмия.
Опасность отравления
Кадмиевая интоксикация актуальна для жителей мегаполисов и работников металлургических предприятий.
Симптомы отравления: расстройство ЖКТ (диарея, рвота), гастроэнтерит, почечные боли. Далее следует нервное возбуждение, судороги, обморок, паралич, остановка дыхания, смерть.
Отравление требует неотложной медицинской помощи.
Профессиональное заболевание работников металлургических предприятий – хроническое отравление. Опознается по резкому истощению, ожирению печени, сердечной мышцы, воспалению почек.
Кадмий металл. Свойства кадмия. Применение кадмия
Читайте также: