Химический элемент Кадмий

         Ион CN- образует с  кадмием комплексный анион [Cd(CN)4]2- константа нестойкости которого равна:

K=[Cd2+][CN-]4/[Cd(CN)4]2-=1·10-7.

Энтропия Cd(OH)2 S298=21,2 кал/град. Равновесный потенциал  реакции 2OH-

+Cd2+=Cd(OH)2+2e, в щелочной среде принимается  равным 0,815 в.

         Оксид кадмия (II)

         При нагревании на воздухе  кадмий загорается, образуя оксид  кадмия CdO (молекулярный вес 128,41). Окись можно получить также прокаливанием азотнокислой или углекислой солей кадмия. Этим путем оксид получается в виде бурого порошка, имеющего две модификации: аморфную и кристаллическую. Аморфная окись при нагревании переходит в кристаллическую, кристаллизуясь в кубической системе: она адсорбирует углекислый газ и ведет себя как сильное основание. Теплота превращения CdOАМОРФН CdOКРИСТ равна 540 кал.

         Плотность искусственно приготовленной окиси колеблется от 7,28 до 8,27 г/см3. В природе CdO образует черный налет на галмее, обладающий плотностью 6,15 г/см3. Температура плавления 1385°.

         Оксид кадмия восстанавливается  водородом, углеродом и окисью углерода. Водород начинает восстанавливать CdO при 250-260° по обратимой реакции: CdO+H2 Cd+H2O, которая быстро заканчивается при 300°.

         Оксид кадмия хорошо растворяется в кислотах и в растворе сульфата цинка по обратимой реакции: CdO + H2O+ZnSO4 CdSO4+Zn(OH)2. 

         Сульфид кадмия.

         Сульфид (CdS, молекулярный вес 144,7) является одним из важных соединений кадмия. Он растворяется в концентрированных  растворах соляной и азотной  кислот, в кипящей разбавленной серной кислоте и в растворах трехвалентного железа; на холоду в кислотах растворяется плохоЮ а в разбавленной серной кислоте  нерастворим. Произведение растворимости  сульфида 1,4·10-28. Кристаллический сульфид  в природе встречается в виде гренакита как примесь к рудам  тяжелых и цветных металлов. Искусственно его можно получить путем сплавления серы с кадмием или с окисью кадмия. При сплавлении металлического кадмия с серой развитие реакции  сульфидообразования тормозится предохранительными пленками CdS. Реакция 2CdO+3S=2CdS+SO2 начинается при 283° и при 424° проходит с большой скоростью.

         Известны три модификации CdS: аморфный (желтый) и две кристаллических (красный и желтый) .Красная разновидность кристаллического сульфида тяжелее (уд. вес 4,5) желтой (уд. вес 3). Аморфный CdS при нагревании до 450° переходит в кристаллический.

         Сульфид кадмия при  нагревании в окислительной атмосфере  окисляется до сульфата или окиси  в зависимости от температуры  обжига. 

         Сульфат кадмия.

         Сульфат кадмия (CdSO4, молекулярный вес 208,47) представляет собой  белый кристаллический порошок, кристаллизующийся в ромбической  системе. Он легко растворим в  воде, но нерастворим в спирте. Сульфат  кристаллизуется из водного раствора в моноклинной системе с 8/3 молекулами воды (CdSO4·8/3H2O), устойчив до 74°, но при более высокой температуре переходит в одноводный сульфат (CdSO4·H2O). С повышением температуры растворимость сульфата несколько возрастает, но при дальнейшем повышении температуры снижается как показано в таблице 3:

Таблица 3

|Cd |Pb |Sn |Bi | |

|3 |8 |4 |15 |60 |

|1 |2 |1 |4 |65,5 |

|10 |4 |3 |8 |75 |

|1 |- |2 |3 |95 |

|2 |2 |4 |- |86,1 | 

5. ПРИМЕНЕНИЕ  КАДМИЯ

 

         Область применения кадмия благодаря его ценным свойствам  расширяется с каждым годом.

         Большая часть производимого  в мире кадмия расходуется на электропокрытия  и для приготовления сплавов. Кадмий в качестве защитного покрытия обладает существенными преимуществами перед цинком и никелем, так как он более коррозионностоек в тонком слое; кадмий плотно связан с поверхностью металлического изделия и не отстает от нее при ее повреждении.

         До недавних пор  у кадмиевых покрытий имелся «недуг», время от времени дававший о себе знать. Дело в том, что при электролитическом  нанесении кадмия на стальную деталь в металл может проникнуть содержащийся в электролите водород. Этот весьма нежеланный гость вызывает у высокопрочных  сталей опасное «заболевание»—водородную хрупкость, приводящую к неожиданному разрушению металла под нагрузкой. Получалось, что, с одной стороны, кадмирование надежно предохраняло деталь от коррозии, а с другой —  создавало угрозу преждевременного выхода детали из строя. Вот почему конструкторы часто были вынуждены  отказываться от «услуг» кадмия.

         Ученым Института  физической химии Академии наук СССР удалось устранить эту «болезнь»  кадмиевых покрытий. В роли лекарства  выступил титан. Оказалось, что, если в слое кадмия на тысячу его атомов приходится всего один атом титана, стальная деталь застрахована от возникновения водородной хрупкости, поскольку титан в процессе нанесения покрытия вытягивает из стали весь водород.

         Кадмий, также, используется у английских криминалистов: с помощью  тончайшего слоя этого металла, напыленного  на обследуемую поверхность, удается  быстро выявить четкие отпечатки  пальцев.

         Кадмий, также, применяют  в изготовлении кадмиево-никелевых  аккумуляторов. Роль отрицательного электрода  в них выполняют железные сетки  с губчатым кадмием, а положительного пластины покрыты окисью никеля; электролитом служит раствор едкого калия. Такие  источники тока отличаются высокими электрическими характеристиками, большой  надежностью, длительным сроком эксплуатации, а их подзарядка занимает всего 15 минут.

         Свойство кадмия поглощать нейтроны обусловило еще  одну область применения кадмия- в  атомной энергетики.

         Подобно тому как  автомобиль не обходится без тормозов, реактор не может работать без  регулирующих стержней, увеличивающих  или уменьшающих поток нейтронов. В каждом реакторе предусмотрен также массивный аварийный стержень, который приступает к делу в том случае, если регулирующие стержни почему- либо не справляются с возложенными на них обязанностями. Поучительный случай возник на АЭС в Калифорнии. Из-за каких-то конструктивных неполадок аварийный стержень не смог своевременно погрузиться в котел — цепная реакция стала неуправляемой, возникла серьезная авария. Реактор с разбушевавшимися нейтронами представлял огромную опасность для окрестного населения. Пришлось срочно эвакуировать людей из опасной зоны, пока ядерный «костер» не погас. К счастью, обошлось без жертв, но убытки были очень велики, да и реактор на некоторое время вышел из строя.

         Главное требование, предъявляемое к материалу регулирующих и аварийных стержней, — способность  поглощать нейтроны, а кадмий—один  из «крупнейших специалистов» в  этой области. С одной только оговоркой: если речь идет о тепловых нейтронах, энергия которых очень мала (она  измеряется сотыми долями электрон-вольта). В первые годы атомной эры ядерные  реакторы работали именно на тепловых нейтронах и кадмий долгое время  считался «первой скрипкой» среди стержневых материалов. Позднее, правда, ему пришлось уступить ведущую роль бору и его соединениям. Но для кадмия физики- атомщики находят все новые и новые сферы деятельности: так, например, с помощью кадмиевой пластинки, устанавливаемой на пути нейтронного пучка, исследуют его энергетический спектр, определяют, насколько он однороден, какова в нем доля тепловых нейтронов.

         Особый интерес  ученых вызывало выращивание в невесомости  кристалла КРТ, представляющего собой твердый раствор теллуридов кадмия и ртути. Этот полупроводниковый материал незаменим для изготовления теплэвизиров — точнейших инфракрасных приборов, применяемых в медицине, геологии, астрономии, электронике, радиотехнике и многих других важных областях науки и техники. Получить это соединение в земных условиях чрезвычайно трудно: его компоненты из-за большой разницы в плотности ведут себя как герои известной басни И. А. Крылова — лебедь, рак и щука, и в результате вместо однородного сплава получается слоеный «пирог». Ради крохотного кристаллика КРТ приходится выращивать большой кристалл и вырезать из него тончайшую пластинку пограничного слоя, а все остальное идет в отходы. Иначе нельзя: ведь чистота и однородность кристалла КРТ оцениваются в стомиллионных долях процента. Немудрено, что на мировом рынке один грамм этих кристаллов стоит «всего» восемь тысяч долларов.

         Самая лучшая желтая краска представляет собой соединение кадмия с серой. Большие количества кадмия расходуются на изготовление этой краски. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 

         В многогранной деятельности кадмия есть и негативные стороны.

         Несколько лет назад  один из сотрудников службы здравоохранения  США установил, что существует прямая связь между смертностью от сердечно- сосудистых заболеваний и... содержанием  кадмия в атмосфере. Этот вывод был  сделан после тщательного обследования жителей 28 американских городов. В четырех  из них — Чикаго, Нью-Йорке, Филадельфии  и Индианополисе — содержание кадмия в воздухе оказалось значительно  выше, чем в остальных городах; более высокой была здесь и  доля смертных случаев в результате болезней сердца.

         Пока медики и  биологи определяют, вреден ли кадмий, и ищут пути снижения его содержания в окружающей среде, представители  техники принимают все меры к  увеличению его производства. Если за всю вторую половину прошлого столетия было добыто лишь 160 тонн кадмия, то в  конце 20-х годов нашего века ежегодное  производство его в капиталистических  странах составляло уже примерно 700 тонн, а в 50-х годах оно достигло 7000 тонн (ведь именно в это время кадмий обрел статус стратегического материала, предназначенного для изготовления стержней атомных реакторов). И в XXI веке использование кадмия только возрастет, благодаря его незаменимым свойствам. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ  ЛИТЕРАТУРА 

1) Дзлиев  И.И. Металлургия кадмия. М.: Металлургиздат, 1962. 

2) Крестовников  А.Н. Кадмий. М.: Цветметиздат, 1956. 

3) Крестовников  А.Н. Каретникова В. П. Редкие  металлы. М.: 

Цветметиздат, 1966. 

4) Лебедев  Б.Н. Кузнецова В.А. Цветные  металлы. М.: Наука, 1976. 

5) Любченко  В.А. Цветные металлы. М.: Наука, 1963. 

6) Максимова  Г.В. Кадмий // Журнал неорганическая  химия, № 3, 1959, С- 

98. 

7) Плаксин  И.Н. Юхтанов Д.М. Гидрометаллургия. М.: Металлургиздат, 

1949. 

8) Пейсахов  И.Л. Цветные металлы. М.: Наука, 1950. 

9) Планер  В.И. Кадмий как предохранитель  от коррозии. М.: 

Цветметиздат, 1952. 

10) Славинский  М.П. Физико-химические свойства  элементов. М.: 

Металлургиздат, 1952. 

11) Хан  О.К. Цветные металлы. М.: Наука, 1957.