Кадмий

Определение "Кадмий" в Большой Советской Энциклопедии

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

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

Распространение в природе. Кадмий - редкий и рассеянный элемент с кларком литосферы 1,3×10^-5 % по массе. Для Кадмий 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 Кадмий - карбонат CdCO₃ (отавит), окись CdO (монтепонит) и селенид CdSe.

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

  В соответствии с внешней электронной конфигурацией атома 4d¹⁰ 5s² валентность Кадмий в соединениях равна 2 (впрочем, имеются указания на образование ионов Cd₂²⁺ при растворении Кадмий в расплавленном CdCl₂). На воздухе Кадмий тускнеет, покрываясь тонкой плёнкой окиси CdO, которая защищает металл от дальнейшего окисления. При сильном нагревании на воздухе Кадмий сгорает в окись CdO - кристаллический порошок от светло-коричневого до темно-бурого цвета, плотность 8,15 г/см³; при 700 °С CdO возгоняется, не плавясь. Кадмий непосредственно соединяется с галогенами; эти соединения бесцветны; CdCl₂, CdBr₂ и Cdl2 очень легко растворимы в воде (около 1 ч. безводной соли в 1 ч. воды при 20 °С), CdF₂ растворим труднее (1 ч. в 25 ч. воды). С серой Кадмий образует сульфид CdS от лимонно-жёлтого до оранжево-красного цвета, нерастворимый в воде и разбавленных кислотах. Кадмий легко растворяется в азотной кислоте с выделением окислов азота и образованием нитрата, который даёт гидрат Cd (NO₃)₂×4H₂O. Из кислот - соляной и разбавленной серной Кадмий медленно выделяет водород, при выпаривании растворов из них кристаллизуются гидраты хлорида 2CdCl₂×5H₂O и сульфата 3CdSO₄×8H₂O. Растворы солей Кадмий 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 Кадмий Соединения Кадмий ядовиты; особенно опасно вдыхание паров его окиси.

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

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

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

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