К а дмий (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. kadm é ia — нечистая окись цинка, также цинковая руда). Независимо от него нем. учёные К. Герман, К. 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 кадмия 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.
можно ли получить цвет кадмия оранжевого смешав жёлтый и красный кадмий ?
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 кадмия — карбонат CdCO3 (отавит), окись CdO (монтепонит) и селенид CdSe.
Физические и химические свойства. Кристаллическая решётка кадмия гексагональная, а = 2,97311 , с = 5,60694 (при 25 °С); атомный радиус 1,56 , ионный радиус Cd 2+ 1,03 . Плотность 8,65 г/см 3 (20 °С), tпл 320,9° С, tkип 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 -8 ом × м (7,4 × 10 -6 ом × см); температурный коэффициент электросопротивления 4,3 × 10 -3 (0—100 °С). Предел прочности при растяжении 64 Мн/м 2 (6,4 кгс/мм 2 ), относительное удлинение 20%, твёрдость по Бринеллю 160 Мн/м 2 (16 кгс/мм 2 ).
В соответствии с внешней электронной конфигурацией атома 4d 10 5s 2 валентность кадмия в соединениях равна 2 (впрочем, имеются указания на образование ионов Cd2 2+ при растворении кадмия 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/см 3 ; 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).
кадмий лимонный. оригинал или имитация ?
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 кадмия 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 Cd 2+ 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 кадмия. Соединения кадмия 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% кадмия) обрабатывают разбавленной серной кислотой, которая растворяет окиси кадмия и цинка. Из раствора осаждают кадмий цинковой пылью; губчатый остаток (смесь кадмия 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 кадмия (кадмиевая жёлтая) — краска для живописи. Сульфат и амальгама кадмия используются в нормальном элементе Вестона.
Кадмий в организме. Содержание кадмия 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 кадмием печень. Физиологическое значение кадмия 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.
Источник: xumuk.ru
Желтый кадмий для масляной живописи: свойство и получение красок
Знаете ли вы о кадмиевых красках? Как думаете, имеют ли они что-то общее с металлом? Каков их химический состав? Почему эти красители так популярны у живописцев прошлого и настоящего? Во всем этом мы предлагаем разобраться вместе.
Познакомимся с желтым кадмием и его свойствами.
Натуральный кадмий
Давайте прежде всего разберемся с основами. Кадмий как металл по своим свойствам напоминает цинк. Они и соседствуют друг с другом в толще цинковой руды. В чистом виде кадмий был получен сравнительно недавно — в 1817 году.
В природе мы можем встретить сернистые соединения этого вещества в виде гринокита (название минерала). Что интересно, по своим свойствам он совпадает с характеристиками желтого кадмия, столь популярного у живописцев. Гринокит отличается красивейшими оттенками тоновой палитры — от солнечного до коричневого. Но, увы, в природе он встречается настолько редко, что о каком-то его практическом применении нет и речи.
Искусственный кадмий и живопись
А вот сернистые соединения желтого кадмия получаются искусственным путем. Первый такой опыт был произведен в 1829 году испытателем Меландри. Этот год и стал стартовым для использования оранжевого и желтого кадмия в художественном искусстве.
Эти краски пригодны для всех направлений художественного искусства. Но мастера, как правило, предпочитают цвет желтого кадмия именно в живописи. Для нее, кстати, и создавался краситель самим изобретателем. Вещество совершенно не ядовито, обладает способностью хорошо крыть базу для рисунка.
Химический состав красящего материала
А теперь к сути желтого кадмия (среднего, темного и светлого), то есть к его химическому составу.
При первых опытах с сернистыми соединениями кадмия исследователи предполагали, что одна молекула такой краски состоит из пяти частей серы, приходящихся всего на одну часть кадмия. Но дальнейшие опыты предоставили совсем иные, но достаточно любопытные выводы: наблюдается только одно соединение серы и кадмия. А в его состав оба элемента входят практически в равных долях.
Второе неверное предварительное утверждение: различные тона сернистого кадмия достигаются за счет разнообразия структур молекул краски. Дальнейшие исследования опровергли это. Различия между желтым кадмием (светлым, темным, средним, оранжевым) базируются не на разности химических структур, а на неодинаковых физических характеристиках молекул.
Художники могут увидеть это на практическом примере. Интенсивность красителя прямо зависит от размера зерен сернистого кадмия. Большое влияние оказывает и плотность используемого вещества. От этого зависит поглощающая и преломляющая особенности красок в отношении лучей солнечного света.
Производство краски
Как получают желтый кадмий — темный, светлый и средний? На сегодняшний день производство ведется по двум методикам:
- Сухой способ. Это прокаливание соединений кадмия в тиглях с серой. Способ неудобен тем, что позволяет получить только один оттенок краски — средний.
- Мокрый способ.Это осаждение солей кадмия сероводородом. Вначале такое воздействие позволяет получить яркую лимонную краску. Но это только старт процесса. При дальнейшем воздействии на вещество сероводорода оттенок начинает темнеть, пока не образуется итоговый — насыщенный, практически оранжевый.
Отметим важное свойство красок, которые изготавливаются мокрым способом: все оттенки подобного желтого кадмия приобретают при нагревании тот же цвет, что и краситель, полученный по сухой методике. Как же получается красивый оранжевый тон? Чтобы его получить, кадмий подвергают ударному воздействию, прессованию, продолжительному трению.
Чтобы получить на выходе качественный материал для творчества, в производстве необходимо использовать сернистый кадмий со следующими характеристиками:
- кадмий — 77,8 %;
- сера — 22,19 %.
Особенности светлых оттенков
Кадмий
Кадмий — элемент побочной подгруппы второй группы, пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 48. Обозначается символом Cd (лат. Cadmium). Простое вещество кадмий (CAS-номер: 7440-43-9) при нормальных условиях — мягкий ковкий тягучий переходный металл серебристо-белого цвета. Устойчив в сухом воздухе, во влажном на его поверхности образуется плёнка оксида, препятствующая дальнейшему окислению металла.
Открыт немецким профессором Ф. Штромейером в 1817. Провизоры Магдебурга при изучении оксида цинка ZnO заподозрили в нём примесь мышьяка. Штромейер выделил из ZnO коричнево-бурый оксид, восстановил его водородом и получил серебристо-белый металл, который получил название кадмий.
Происхождение названия
Штромейер назвал кадмий по греческому названию руды, из которой в Германии добывали цинк, — καδμεία. В свою очередь, руда получила своё название в честь Кадма, героя древнегреческой мифологии.
Нахождение в природе
Кадмий относится к редким, рассеянным элементам: он содержится в виде изоморфной примеси во многих минералах и всегда в минералах цинка. Весьма редкими минералами кадмия являются гринокит CdS, отавит CdCO3, монтемпонит CdO и кадмоселит CdSe.
Получение
Единственный минерал, который представляет интерес в получении кадмия — гринокит, так называемая «кадмиевая обманка». Его добывают вместе с фаеритом при разработке цинковых руд. В ходе переработки кадмий концентрируется в побочных продуктах процесса, откуда его потом извлекают. В настоящее время производится свыше 10³ тонн кадмия в год.
Физические свойства
Кадмий — серебристо-белый мягкий металл с гексагональной решёткой. Если кадмиевую палочку изгибать, то можно услышать слабый треск — это трутся друг о друга микрокристаллы металла (так же трещит и пруток олова).
Химические свойства
Кадмий расположен в одной группе периодической системы с цинком и ртутью, занимая промежуточное место между ними, поэтому некоторые химические свойства этих элементов сходны. Так, сульфиды и оксиды этих элементов практически нерастворимы в воде.
Применение
Сплавы
Кадмий используется как компонент твёрдых припоев (сплавов на основе серебра, меди, цинка) для снижения их температуры плавления. Около 10 % производимого кадмия — компонент ювелирных и легкоплавких сплавов. Сплав кадмия с золотом — единственный металлический сплав зелёного цвета. Сплав кадмия с вольфрамом, рением и 0,15 % урана 235 — небесно-голубого цвета был получен испанскими учеными в 1998 году.
Защитные покрытия
40 % производимого кадмия используется для нанесения антикоррозионных покрытий на металлы.
Химические источники тока
Около 20 % кадмия идет на изготовление кадмиевых электродов, применяемых в аккумуляторах (никель-кадмиевых и серебряно-кадмиевых), нормальных элементах Вестона, в резервных батареях (свинцово-кадмиевый элемент, ртутно-кадмиевый элемент и др.
Пигменты
Около 20 % кадмия используется для производства неорганических красящих веществ (сульфиды и селениды, смешанные соли, например, сульфид кадмия — кадмий лимонный).
Медицина
- Иногда кадмий применяется в экспериментальной медицине.
Кадмий используется в гомеопатической медицине
- В последние годы кадмий стал применяться при создании новых противоопухолевых нано-медикаментов. В России в начале 1950-х годов были проведены первые успешные эксперименты, связанные с разработкой противоопухолевых медикаментов на основе соединений кадмия.
Другие сферы применения
- Сульфид кадмия применяется для производства плёночных солнечных батарей с КПД около 10—16 %, а также как очень хороший термоэлектрический материал.
- Кадмий используется как компонент полупроводниковых материалов и люминофоров.
- Кадмий очень хорошо захватывает тепловые нейтроны и служит для изготовления регулирующих стержней для атомных реакторов и в качестве защиты от нейтронов. Иногда эти свойства используются в экспериментальных моделях противоопухолевой терапии Neutron Capture Therapy
- Фтороборат кадмия — важный флюс, применяемый для пайки алюминия и других металлов.
- Теплопроводность кадмия вблизи абсолютного нуля наивысшая среди всех металлов, поэтому кадмий иногда применяется для криогенной техники.
Физиологическое действие
Острая токсичность
Пары кадмия, все его соединения токсичны, что связано, в частности, с его способностью связывать серосодержащие ферменты и аминокислоты.
Симптомы острого отравления солями кадмия — рвота и судороги.
Хроническая токсичность
Кадмий — кумулятивный яд (способен накапливаться в организме).
Санитарно-экологические нормативы
В питьевой воде ПДК для кадмия 0,001 мг/дм3 (СанПиН 2.1.4.1074-01).
Механизм токсического действия
Растворимые соединения кадмия после всасывания в кровь поражают центральную нервную систему, печень и почки, нарушают фосфорно-кальциевый обмен. Хроническое отравление приводит к анемии и разрушению костей.
Кадмий в норме в небольших количествах присутствуют в организме здорового человека. Кадмий легко накапливается в быстроразмножающихся клетках (например в опухолевых или половых). Он связывается с цитоплазматическим и ядерным материалом клеток и повреждает их. Он изменяет активность многих гормонов и ферментов. Это обусловлено его способностью связывать сульфгидрильные (-SH) группы.
Изотопы
Из восьми природных изотопов кадмия шесть стабильны, для двух изотопов обнаружена слабая радиоактивность. Это 113 Cd (изотопная распространённость 12,22 %, бета-распад с периодом полураспада 7,7×10 15 лет) и 116 Cd (изотопная распространённость 7,49 %, двойной бета-распад с периодом полураспада 3,0×10 19 лет).
Периодическая система химических элементов Менделеева
Классификация хим. элементов, устанавливающая зависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра. Система является графическим выражением периодического закона/
| IA | IIA | IIIB | IVB | VB | VIB | VIIB | —- | VIIIB | —- | IB | IIB | IIIA | IVA | VA | VIA | VIIA | VIIIA | |
| Период | ||||||||||||||||||
| 1 | 1 H Водород |
2 He Гелий |
||||||||||||||||
| 2 | 3 Li Литий |
4 Be Бериллий |
5 B Бор |
6 C Углерод |
7 N Азот |
8 O Кислород |
9 F Фтор |
10 Ne Неон |
||||||||||
| 3 | 11 Na Натрий |
12 Mg Магний |
13 Al Алюминий |
14 Si Кремний |
15 P Фосфор |
16 S Сера |
17 Cl Хлор |
18 Ar Аргон |
||||||||||
| 4 | 19 K Калий |
20 Ca Кальций |
21 Sc Скандий |
22 Ti Титан |
23 V Ванадий |
24 Cr Хром |
25 Mn Марганец |
26 Fe Железо |
27 Co Кобальт |
28 Ni Никель |
29 Cu Медь |
30 Zn Цинк |
31 Ga Галлий |
32 Ge Германий |
33 As Мышьяк |
34 Se Селен |
35 Br Бром |
36 Kr Криптон |
| 5 | 37 Rb Рубидий |
38 Sr Стронций |
39 Y Иттрий |
40 Zr Цирконий |
41 Nb Ниобий |
42 Mo Молибден |
(43) Tc Технеций |
44 Ru Рутений |
45 Rh Родий |
46 Pd Палладий |
47 Ag Серебро |
48 Cd Кадмий |
49 In Индий |
50 Sn Олово |
51 Sb Сурьма |
52 Te Теллур |
53 I Иод |
54 Xe Ксенон |
| 6 | 55 Cs Цезий |
56 Ba Барий |
* | 72 Hf Гафний |
73 Ta Тантал |
74 W Вольфрам |
75 Re Рений |
76 Os Осмий |
77 Ir Иридий |
78 Pt Платина |
79 Au Золото |
80 Hg Ртуть |
81 Tl Таллий |
82 Pb Свинец |
83 Bi Висмут |
(84) Po Полоний |
(85) At Астат |
86 Rn Радон |
| 7 | 87 Fr Франций |
88 Ra Радий |
** | (104) Rf Резерфордий |
(105) Db Дубний |
(106) Sg Сиборгий |
(107) Bh Борий |
(108) Hs Хассий |
(109) Mt Мейтнерий |
(110) Ds Дармштадтий |
(111) Rg Рентгений |
(112) Cp Коперниций |
(113) Uut Унунтрий |
(114) Uuq Унунквадий |
(115) Uup Унунпентий |
(116) Uuh Унунгексий |
(117) Uus Унунсептий |
(118) Uuo Унуноктий |
| 8 | (119) Uue Унуненний |
(120) Ubn Унбинилий |
||||||||||||||||
| Лантаноиды * | 57 La Лантан |
58 Ce Церий |
59 Pr Празеодим |
60 Nd Неодим |
(61) Pm Прометий |
62 Sm Самарий |
63 Eu Европий |
64 Gd Гадолиний |
65 Tb Тербий |
66 Dy Диспрозий |
67 Ho Гольмй |
68 Er Эрбий |
69 Tm Тулий |
70 Yb Иттербий |
71 Lu Лютеций |
|||
| Актиноиды ** | 89 Ac Актиний |
90 Th Торий |
91 Pa Протактиний |
92 U Уран |
(93) Np Нептуний |
(94) Pu Плутоний |
(95) Am Америций |
(96) Cm Кюрий |
(97) Bk Берклий |
(98) Cf Калифорний |
(99) Es Эйнштейний |
(100) Fm Фермий |
(101) Md Менделевий |
(102) No Нобелей |
(103) Lr Лоуренсий |
|||
| Щелочные металлы | Щёлочноземельные металлы | Лантаноиды | Актиноиды | Переходные металлы |
| Лёгкие металлы | Полуметаллы | Неметаллы | Галогены | Инертные газы |
198095, г.Санкт-Петербург, ул.Швецова, д.23, лит.Б, пом.7-Н, схема проезда
Источник: himsnab-spb.ru