Где используется кадмий металлический

Обновлено: 04.10.2024

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: