КАДМІЙ (Cadmium) Cd, - хімічний елемент II групи періодичної системи. Атомний номер 48, відносна атомна маса 112,41. Природний кадмій складається з восьми стабільних ізотопів: 106 Cd (1,22%), 108 Cd (0,88%), 110 Cd (12,39%), 111 Cd (12,75%), 112 Cd (24,07 %), 113 Cd (12,26%), 114 Cd (28,85%) і 116 Cd (7,58%). Ступінь окислення +2, рідко +1.
Кадмій був відкритий в 1817 німецьким хіміком Фрідріхом Штромейер (Stromeyer Friedrich) (1776-1835).
При перевірці оксиду цинку. виробляється однією з шенебекскіх фабрик, з'явилася підозра, що він містить домішки миш'яку. При розчиненні препарату в кислоті і пропущенні через розчин сірководню випадав жовтий осад, схожий на сульфіди миш'яку, однак більш ретельна перевірка показала, що цього елемента немає. Для остаточного висновку зразок підозрілого оксиду цинку і інші цинкові препарати (в тому числі карбонат цинку) з цієї ж фабрики послали Фрідріху Штромейер, який займав з 1802 кафедру хімії в Геттінгенському університеті і посаду генерального інспектора ганноверських аптек.
Прокалив карбонат цинку, Штромейер отримав оксид, але не білий, як це повинно було бути, а жовтуватий. Він припустив, що забарвлення викликана домішкою заліза, однак виявилося, що заліза немає. Штромейер повністю проаналізував цинкові препарати і встановив, що жовте забарвлення з'явилася завдяки новому елементу. Він отримав назву на честь цинкової руди, в якій був знайдений: грецьке слово kadmeia. «Кадмієва земля» - давня назва смитсонита ZnCO3. Це слово, за переказами, походить від імені фінікійці Кадма, який нібито першим знайшов цинковий камінь і помітив його здатність надавати міді (при виплавці її з руди) золотистий колір. Так само звали героя давньогрецької міфології: за однією з легенд, Кадм переміг у важкому поєдинку Дракона і на його землях побудував фортеця Кадмею, навколо якої потім виріс семибрамних місто Фіви.
Поширеність кадмію в природі і його промислове витяг.
У кадмію є власні мінерали - гринокіт CdS, отаву CdCO3. Монтепоні CdO. Однак своїх родовищ вони не утворюють. Єдиним промислово значущим джерелом кадмію є руди цинку, де він міститься в концентрації 0,01-5%. Кадмій накопичується також в галеніті (до 0,02%), халькопірит (до 0,12%), піриті (до 0,02%), станете (до 0,2%). Загальні світові ресурси кадмію оцінюються в 20 млн. Т, промислові - в 600 тис. Т.
Характеристика простого речовини і промислове отримання металевого кадмію.
Кадмій - сріблясте тверда речовина з блакитним блиском на свіжій поверхні, м'який, ковкий, тягучий метал, добре прокочується в листи, легко піддається поліруванню. Подібно олова палички кадмію при згинанні видають тріск. Плавиться при 321,1 ° С, кипить при 766,5 ° С, щільність - 8,65 г / см 3. що дозволяє віднести його до важких металів.
У сухому повітрі кадмій стійкий. У вологому повітрі він швидко тьмяніє, а при нагріванні легко взаємодіє з киснем, сіркою, фосфором і галогенами. З воднем, азотом, вуглецем, кремнієм і бором кадмій не реагує.
Пари кадмію взаємодіють з парами води з виділенням водню. Кислоти розчиняють кадмій з утворенням солей цього металу. Кадмій відновлює нітрат амонію в концентрованих розчинах до нітриту амонію. Він окислюється в водному розчині катіонами деяких металів, наприклад міді (II) і заліза (III). З розчинами лугів, на відміну від цинку, кадмій не взаємодіє.
Основні джерела кадмію - проміжні продукти цинкового виробництва. Опади металів, отримані після очистки розчинів сульфату цинку дією цинкового пилу, містять 2-12% кадмію. У фракціях, що утворюються при дистиляційному отриманні цинку, міститься 0,7-1,1% кадмію, а у фракціях, одержаних при ректифікації очищенні цинку - до 40% кадмію. Кадмій витягають і з пилу свинцевих і мідеплавильних заводів (вона може містити до 5% і 0,5% кадмію, відповідно). Пил зазвичай обробляють концентрованою сірчаною кислотою, а потім сульфат кадмію витравлюють водою.
З розчинів сульфату кадмію дією цинкового пилу осаджують кадмієві губку, потім її розчиняють в сірчаної кислоти і очищають розчин від домішок дією оксиду цинку або карбонату натрію, а також методами іонного обміну. Металевий кадмій виділяють електролізом на алюмінієвих катодах або відновленням цинком.
У рік виробляється близько 20 тис. Т кадмію. Обсяг його виробництва в великій мірі пов'язаний з масштабами виробництва цинку.
Найважливішою областю застосування кадмію є виробництво хімічних джерел струму. Кадмієві електроди використовуються в батареях і акумуляторах. Негативні пластини нікель-кадмієвих акумуляторів виготовлені із залізних сіток з губчастим кадмієм в якості активного агента. Позитивні пластини покриті гідроксидом нікелю. Електролітом служить розчин гідроксиду калію. На основі кадмію і нікелю виготовляють і компактні акумулятори для керованих ракет, тільки в цьому випадку в якості основи встановлюють не залізні, а нікелеві сітки.
Процеси, які відбуваються в нікель-кадмиевом лужному акумуляторі, можна описати сумарним рівнянням:
Нікель-кадмієві лужні акумулятори більш надійні, ніж свинцеві (кислотні). Ці джерела струму відрізняються високими електричними характеристиками, стабільністю роботи, тривалим терміном експлуатації. Їх можна зарядити всього за одну годину. Однак нікель-кадмієві акумулятори можна заряджати без повної попередньої розрядки (в цьому відношенні вони поступаються металогідридним акумуляторів).
Кадмій широко використовується для нанесення антикорозійного покриття на метали, особливо у випадках їх контакту з морською водою. Кадміруются найбільш важливі деталі кораблів, літаків, а також різні вироби, призначені для роботи в умовах тропічного клімату. Раніше залізо та інші метали кадміровалі зануренням виробів у розплавлений кадмій, зараз кадмієві покриття наносять електролітично.
У кадмієвих покриттів є деякі переваги в порівнянні з цинковими: вони більш стійкі до корозії, їх легше зробити рівними і гладкими. Висока пластичність таких покриттів забезпечує герметичність різьбових з'єднань. До того ж кадмій, на відміну від цинку, стійкий в лужному середовищі.
Однак у кадмирования є свої проблеми. При електролітичному нанесенні кадмію на сталеву деталь в метал може проникнути що міститься в електроліті водень. Він викликає у високоміцних сталей так звану водневу крихкість, що приводить до несподіваного руйнування металу під навантаженням. Для запобігання цьому явищу в кадмієві покриття вводять добавку титану.
Крім того, кадмій токсичний. Тому, хоча кадмірованную жесть застосовують досить широко, для виготовлення кухонного начиння і тари для харчових продуктів використовувати її заборонено.