ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Кадмий - сорок восьмой элемент Периодической таблицы. Обозначение - Cd от латинского «cadmium». Расположен в пятом периоде, IIB группе. Относится к металлам. Заряд ядра равен 48.

По своим свойствам кадмий сходен с цинком и обычно содержится как примесь в цинковых рудах. По распространенности в природе он значительно уступает цинку: содержание кадмия в земной коре составляет всего около 10 -5 % (масс.).

Кадмий представляет собой серебристо-белый (рис. 1), мягкий, ковкий, тягучий металл. В ряду напряжений он стоит дальше цинка, но впереди водорода и вытесняет последний из кислот. Поскольку Cd(OH) 2 - слабый электролит, то соли кадмия гидролизуются и их растворы имеют кислую реакцию.

Рис. 1. Кадмий. Внешний вид.

Атомная и молекулярная масса кадмия

Относительной молекулярная масса вещества (M r) - это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (A r) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.

Поскольку в свободном состоянии кадмий существует в виде одноатомных молекул Cd, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 112,411.

Изотопы кадмия

Известно, что в природе кадмий может находиться в виде восьми стабильных изотопов, два из которых являются радиоактивными (113 Cd, 116 Cd): 106 Cd, 108 Cd, 110 Cd, 111 Cd, 112 Cd и 114 Cd. Их массовые числа равны 106, 108, 110, 111, 112, 113, 114 и 116 соответственно. Ядро атома изотопа кадмия 106 Cd содержит сорок восемь протонов и пятьдесятвосемь нейтронов, а остальные изотопы отличаются от него только числом нейтронов.

Ионы кадмия

На внешнем энергетическом уровне атома кадмия имеется два электрона, которые являются валентными:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 5s 2 .

В результате химического взаимодействия кадмий отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:

Cd 0 -2e → Cd 2+ .

Молекула и атом кадмия

В свободном состоянии кадмий существует в виде одноатомных молекул Cd. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу кадмия:

Сплавы кадмия

Кадмий входит как компонент в некоторые сплавы. Например, сплавы меди, содержащие около 1% кадмия (кадмиевая бронза), служат для изготовления телеграфных, телефонных, троллейбусных проводов, так как эти сплавы обладают большой прочностью и износостойкостью, чем медь. Ряд легкоплавных сплавов, например, применяющихся в автоматических огнетушителях, содержат кадмий.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2

Задание	Какой комплекс преобладает в растворе, содержащем 1×10 -2 М кадмия (II) и 1М аммиака?
Решение	В растворе, содержащем ионы кадмия и аммиак устанавливаются следующие равновесия: Cd 2+ + NH 3 ↔Cd(NH 3) 2+ ; Cd(NH 3) 2+ + NH 3 ↔ Cd(NH 3) 2 2+ ; Cd(NH 3) 3 2+ + NH 3 ↔ Cd(NH 3) 4 2+ . Из справочных таблиц b 1 = 3,24×10 2 , b 2 = 2,95×10 4 , b 3 = 5,89×10 5 , b 4 = 3,63×10 6 . Учитывая, что с(NH 3) >>c(Cd), полагаем, что = с(NH 3) = 1М. Рассчитываем a 0:

КАДМИЙ , Cadmium, хим. элемент, симв. Cd, атомного веса 112,41, порядковый номер 48. Содержится в малых количествах в большинстве цинковых руд и при добывании цинка получается в качестве побочного продукта; может быть также получен электролитическим путем из растворов ZnS0 4 , содержащих кадмий. Белый блестящий металл, уд. в. 8,6-8,7, тверже олова, но режется ножом, плавится при 320,9 е. В сухом воздухе не изменяется, во влажном же покрывается очень тонким слоем основного углекислого К. В НС1 и разведенной H 2 S0 4 растворяется медленнее, чем цинк; в азотной кислоте легко растворяется с образованием окислов азота. В соединениях К. двухвалентен. Растворимые его соединения ядовиты. По своим физ., хим. и фармакологич. свойствам К. принадлежит к группе тяжелых металлов, имея более всего сходства с цинком и ртутью. В медицине применяются его соли. При местном воздействии они осаждают белки (которые образуют с К. соединения, растворимые в избытке NaCl), а также нек-рые липоиды, напр. лецитины. Местное действие проявляется раздражением и гиперемией, в слабых же растворах К. оказывает вяжущее действие. Бактерицидные свойства не очень велики, т.к. лишь 2%-ный раствор солей К. угнетает рост или убивает бактерии; простейшие к нему более чувствительны и погибают в растворе 1:300.000. В опытах на животных (собаки, кролики, мыши) соли Cd (напр. CdCl 2) оказались мало токсичными при даче их per os, например у собак введение 1,0 pro die 14 дней подряд вызвало лишь небольшое падение веса тела. Чувствительность лягушек к солям К. повидимому значительно выше. Острое отравление у теплокровных проявляется рвотой, поносом, гастроэнтеритом (тенезмы, выделение гноя и слизи), явлениями раздражения почек; далее отмечено возбуждение центр, нервной системы (клонические судороги) с исходом в паралич, предшествуемый потерей сознания. Смерть наступает от остановки дыхания. Действие На сердечно-сосудистую систему не резкое. На вскрытии- дегенеративные изменения в паренхиме почек, резкая гиперемия и кровоизлияния во всех брюшных органах, особенно в кишечнике и половых органах.-Растворимые соединения К. (сернокислые, углекислые соли, окись К.), вводимые в организм животных ежедневно в небольших колич., вызывают по данным ряда авторов хрон. отравление, выражающееся в резком похудании, уменьшении количества НЪ, жировом перерождении печени и сердечной мышцы, воспалении почек; у кошек наблюдалась также усиленная, секреция в верхних дыхательных путях и в конъюнктиве. В общем кадмий по своему действию на организм напоминает отчасти ртуть, отчасти цинк(Косптапп); токсичность его в 2-3 раза сильнее таковой цинка. Соли К. применяются клинически мест-но (вяжущее и антисептическое действие), а за последнее время также и с целью ре-зорптивного действия. Подобно солям других тяжелых металлов (Hg, Bi, Au и пр.) соли К. предложены для лечения сифилиса. Активность их оказалась ниже, чем у солей Hg и Bi, но в комбинации с сальварсаном они дают чрезвычайно сильный эффект. Сделаны также попытки лечения солями К. и других протозойных заболеваний (напр. малярии), но с меньшим успехом. В технике соли К. находят широкое применение в фотографии, красильном деле и пр. Кристаллы сернокислого К. входят в состав элемента Вестона (см. Веотона нормальный элемент). Легкоплавкие сплавы металлического К. с висмутом, с оловом или оловом и висмутом применяются в зубной практике (кадмиева амальгама); К. входит в состав сплава Вуда. Препараты. 1. Cadmium sa li су lieu m 2 Cd-бесцветные кристаллы очень слабой кислой или нейтральной реакции, растворяющиеся в 68 частях холодной и в 24 ч. горячей воды, в алкоголе, эфире и в теплом глицерине. Предложен (но мало применяется) снаружи в виде глазных мазей (0,1:10,0) и глазных примочек (0,2:12,0) при гнойных офтальмитах, воспалениях роговицы и конъюнктивитах, в растворе 1:1.000-для спринцеваний при гонорее и вагинитах. 2. Cadmium sulfu-ricum (3CdS0 4 -r-8HaO)-бесцветные, прозрачные кристаллы, выветривающиеся на воздухе, терпкого вкуса, растворяются в двух частях воды, нерастворимы в алкоголе. Водные растворы слабокислой реакции. Снаружи-как вяжущие в глазной практике (особенно при conjunctivitis catarrhalis) в водном растворе (0,05-0,2:10,0) и в мазях «3 (0,1-0,2:10,0 жира), а также для спринцеваний при гонорее и оторее (1 %-ный водный раствор). Внутрь в пилюлях (по 0,005-0,01) при сифилисе и ревматизме (мало применяется). 3. Cadmiol (10%-ная масляная взвесь Cadmii subsalicylici), предложен за последнее время для лечения сифилиса; вводят внутримышечно по 0,5-1,0 см 3 2 раза в неделю; нек-рые авторы видели хороший успех. Применялся также и против различных форм малярии (Reitler), но без резкого эффекта; предлагают также комбинировать его применение с хинином для усиления действия последнего. М. Николаев. Открытие в суд. случаях и при проф. отравлениях. Для открытия К. (напр. в рвотных массах, моче и т. д.) разрушают органические вещества (см. Яды, - изолирование) и осаждают К. в виде желтого сернистого кадмия, нерастворимого в водном аммиаке и многосернистом аммонии. Сернистый кадмий растворяют в азотной к-те (концентрированной, разбавленной равным объемом воды), раствор выпаривают и растворяют остаток в воде. В полученном растворе водный аммиак дает белый осадок, растворимый без окрашивания в избытке реактива. При нагревании соединений К. с углем восстанавливающийся металлический К. сравнительно легко улетучивается. Для открытия паров К. (его окиси) в воздухе, определенный объем последнего протягивается при помощи аспиратора (см. Яды,- изолирование) через склянки с азотной кислотой. Жидкость выпаривается, и К. открывается, как описано выше. Для количественного определения полученный сернистый К. помещают в колбу с притертой пробкой, прибавляют определенный объем титрованного раствора иода (напр. п / 100), концентрированной НС1 и, спустя 15 минут, избыток иода обратно титруют гипосульфитом.А. Степанов. Кадмий как промышленный яд и вызываемые им пат. изменения проф. характера не вполне точно изучены, так как в большинстве случаев отравлений нельзя исключить действия свинца, цинка, мышьяка. Сернистый К. применяется в качестве краски (желтый цвет); К. входит в состав легкоплавких сплавов (напр. металл Вуда). К. и его соединения применяются в хим. и физ. лабораториях, в фотографии (при фотографировании в ультрафиолетовом свете определенной длины волны в электрической вольтовой дуге образуется нек-рое количество паров К.). Случаев проф. отравления К. описано немного, причем всюду причиной отравления являлось вдыхание паров К. В Саксонии в 1914 г. имело место отравление рабочего, занятого плавкой кадмиевых пластинок для электрич. рудничных ламп. Лег (Legge) описал три случая отравления лиц, работавших при плавке кадмия (из них один случай кончился летально). Симптомы: головная боль, рвота, озноб, тахикардия. При вскрытии найдены: гиперемия слизистой дыхательных путей, воспаление почек, желудка и кишок, жировое перерождение печени и сердечной мышцы. Сте-фенс (Stephens; 1920) при вскрытии лиц, работавших при плавке цинка в Уэльсе,об- наружил у них в печени цинк и К. Среди рабочих цинйоплавилен он отмечает много случаев отравления, в к-рых симптомы очень напоминают картину отравления кадмием: давление и боли в области желудка, тошнота, поносы и запоры, потеря аппетита, жажда, неприятный вкус во рту. Отравляются гл. обр. рабочие", занятые первоначальной выплавкой цинка; здесь в работу идет минерал галмей, в состав которого входит 0,5- 1,5% К.; последний как более легкоплавкий металл отдает в воздух пары в первую очередь. При добывании К. в Германии имело место несколько случаев отравления мышьяковистым водородом. Профилактические мероприятия те же, что и при работах с цинком: герметизация аппаратуры и мощная ВЫТЯЖНаЯ ВентИЛЯЦИЯ.Н. Розенбаум. Лит.: Carozzi L., Cadmium (Hygiene au travail, Encyclopedie, lasc. 102, Geneve, 1927); К о с h - mann M. u. G г о u v e n С, Pharmakologie u. therapeutische Anwendung des Cadmiums, Deutsche med. Wochenschr., 1925, № H; Eeitler R., t3ber die Behandlung der Malaria mit Cadmiumpraparaten, Wien. klin. Wochenschr., 1926, №33; Schwarz L. u. Otto A., 1st Cadmium ein gewerbliches Gift? Zeitschrift fur Hygiene, B. CIV, 1925 (лит.); Stephens G.. Cadmium poisoning, Journ. of industr. bygiene, 1920, №4.

КАДМИЙ (Cadmium, Cd ) - химический элемент второй группы периодической системы Д. И. Менделеева. Специфическое физиол, значение не установлено, но известно его влияние на обмен цинка, меди и железа и токсическое действие на организм человека. К. применяется в промышленности для защиты поверхности стальных изделий от коррозии в условиях их соприкосновения с морской водой или другой агрессивной средой. Сплавы К. с другими металлами легко подвергаются механической обработке, поэтому они широко используются в технике. Некоторые соединения К. очень ядовиты и представляют значительную профвредность.

Порядковый номер К. 48, атомный вес 112,41. Известно 8 стабильных изотопов К. с массовыми числами 106, 108, 110, 111, 112, ИЗ, 114, 116 и несколько радиоактивных изотопов. К. был открыт как примесь к окиси цинка нем. химиком Штромейером (F. Strohmeyer) в 1817 г. В природе известны кадмийсодержащие минералы гринокит (CdS) и карбонат К., находящиеся в цинковых рудах.

К. обладает выраженными щелочными свойствами, растворяется в азотной, слабее - в серной и соляной к-тах, образуя соответствующие соли (бесцветные кристаллические вещества), легко образующие комплексные соединения.

К.- серебристо-белый металл, ковкий и тягучий, уд. вес 8,65 г/см 3 (при t° 20°), t° пл 320,9°, t° кип 767°, удельная электропроводность 13,2 10 4 ом -1 см -1 . По хим. свойствам К. подобен цинку. В соединениях двухвалентен; при повышенной влажности на воздухе покрывается пленкой окисла. При нагревании в токе воздуха К. окрашивает пламя в красный цвет, горит с образованием бурой окиси К. (CdO), нерастворимой в воде, но растворяющейся в к-тах. Вулканические породы содержат 0,2 мг К. на 1 кг, осадочные породы - глины 0,3 мг/кг, песчаники - 0,03 мг/кг, известняки - 0,035 лег К. на 1 кг. Почвы, образующиеся на кристаллических породах, обычно богаче К. В среднем в почвах содержится 0,06 мг К. на 1 кг. В пресных водах содержится ок. 0,08 мг К. на 1 л, в морских - 0,00011 мг на 1 л. В воздухе также находят К., особенно много его в воздухе городов - до 0,062 мг/м3. Наземные растения богаче К., чем морские,- 0,6 мг/кг по сравнению с 0,4 мг/кг; грибы (концентраторы К.) содержат до 4 К. на 1 кг. Наземные животные организмы более однородны по содержанию К. (в среднем ок. 0,5 мг/кг), чем морские (0,15-3 мг/кг). Способностью концентрировать К. обладают моллюски - устрицы, иногда рыбы.

Важным звеном в биогенных циклах хим. элементов в биосфере являются корма и пищевые продукты, которые определяют поступление К. в организм животных и человека (табл. 1).

В организме человека весом 70 кг содержится ок. 0,03 г К. Распределение К. по органам и тканям человека показано в таблице 2.

Всасывание К. происходит в тонком отделе кишечника (особенно в двенадцатиперстной и подвздошной кишке); он легко адсорбируется легкими. К. депонируется в печени и почках. У человека К. выделяется с мочой 20% от принятого количества при нормальной нагрузке и с калом - ок. 80%.

При введении в организм избыточных количеств кадмия нарушается обмен фосфора, кальция, железа, меди, угнетается синтез гемоглобина (гипохромная микроцитарная анемия), резко снижаются запасы меди в печени и других органах. Повышенное потребление К. при недостатке в рационе меди приводит к гибели животных. Введение в организм К. в последние сроки беременности может стать причиной токсикоза беременности. К. влияет на воспроизводительную функцию, вызывая дегенерацию семенников и бесплодие самцов. Введение К. в рацион кур-несушек прекращает яйценоскость. Медь и цинк нивелируют или задерживают токсическое действие К. Между К. и цинком во многих случаях наблюдается антагонизм.

Металлоферменты, содержащие К., не известны, но установлена возможность образования in vitro комплексов К. с нек-рыми ферментами (напр., с карбоксипептидазой).

Ингибирующее действие К. на активность ряда ферментов объясняется его связыванием с активными центрами ферментов, вероятно с их сульфгидрильными (SH-) группами.

К. значительно усиливает и удлиняет гипергликемическое действие адреналина.

Для определения содержания К. в ткани или биол, жидкости (кровь, моча, навеска любой ткани) пробу сжигают в тугоплавкой колбе с серной или азотной к-той. Для качественного и количественного определения К. используют реактив кадион, щелочной р-р к-рого при наличии К. окрашивается в оранжево-красный цвет; с этой целью используют также дитизон и дифенилкарбазид. Количество К. определяют по величине поглощения в ультрафиолетовом свете.

Профессиональные вредности

Большое практическое значение имеют проблемы токсикологии К. Их значение определяется ростом его промышленного получения и использования. К. и его соединения могут поступать в воздух производственных помещений при производстве щелочных аккумуляторов, люминофоров, электроконтактов; при использовании К. и его соединений в качестве краски для стекла, фарфора и пластмасс, стабилизаторов для поливинилхлорида, при нанесении антикоррозионных и декоративных покрытий, при сварке металлов, содержащих К. Особенно неблагоприятны с точки зрения профессиональной вредности термические процессы при получении К. и его сплавов, при которых в воздух попадает окись К., а также сушка, измельчение и расфасовка готовой продукции.

Все соединения К. токсичны. Особенно высокотоксичны окись К. (CdO) и соли К. (сернокислая, хлористая, азотнокислая); умеренно токсичны - металлический К. в виде аэрозоля, органические соединения К. (стеарат, каприлат, лаурат, салицилат); плохо растворимые соединения К.- сернистый К. и сульфоселенид К. малотоксичны. К. обладает выраженными кумулятивными свойствами, накапливаясь в основном в печени и почках. Он медленно выводится из организма, дефицит кальция в организме увеличивает задержку К. Затравка аэрозолем окиси К. экспериментальных животных в концентрации 1,8-2 мг/м 3 в течение 1-2 час. в день через месяц приводит к нарушениям в обмене белка, липидов, витаминов (С и B 1), нарушению условных рефлексов. Соли К. обладают прижигающим действием на кожу и слизистые оболочки.

Предельно допустимые концентрации: окиси К. и стеарата К. 0,1 мг/м 3 (по К.).

Определение кадмия в воздухе производится полярографическим, фотометрическим методом с дитизоном, турбидиметрическим методом с трифенилтетразолийхлоридом, колориметрическим методом с бромбензтиазониевым красителем.

При отравлениях К. или его соединениями при аутопсии наблюдают резкое вздутие желудка и кишечника, полнокровие и кровоизлияния во внутренних органах, дистрофические изменения в печени и почках, некротические изменения в яичках, десквамацию эпителия желудка.

Клиническая картина острой интоксикации кадмием характеризуется нарушениями со стороны жел.-киш. тракта (боли в животе, кровавая рвота и понос) и органов дыхания (трахеит, бронхит, бронхиолит с приступами болезненного судорожного кашля с мокротой), появляется резкая слабость, головная боль. В тяжелых случаях развивается бронхопневмония и отек легких. Основными симптомами хрон, интоксикации К. и его соединениями являются желтая кайма на зубах, аносмия, катар верхних дыхательных путей, гипохромная анемия, ускоренная РОЭ, нарушения обмена кальция, протеинурия, нарушение аппетита, похудание. При выраженных формах интоксикации поражаются печень и почки, наблюдаются изменения в структуре костной ткани, пневмосклероз, неврастенический синдром.

Первая помощь и лечение

При остром отравлении соединениями К. пострадавшего необходимо немедленно перенести на свежий воздух и обеспечить ему максимальный покой. Необходимо предотвратить переохлаждение. При раздражении дыхательных путей - тепловлажные ингаляции 2% р-ром питьевой соды, питье теплого молока с содой или щелочной минеральной водой. При упорном кашле - кодеин, дионин, горчичники на грудную клетку; для профилактики пневмонии - сульфаниламиды, антибиотики. При начинающемся отеке легких - кислородная терапия, внутривенное введение хлорида кальция (по 10-20 мл 10% р-ра), 40% р-ра глюкозы (20 мл) с аскорбиновой к-той (500 мг), бессолевая диета, сердечные средства. Специфическое лечение отравлений К.- использование комплексонобразующих препаратов, связывающих К. (ЭДТА и др.).

Индивидуальные защитные приспособления

Для защиты от пыли К. используют респираторы или фильтрующие промышленные противогазы с дополнительными фильтрами при работе с аэрозолями (дымами) К., резиновые перчатки и передники.

Меры предупреждения

Оздоровление условий труда в тех производствах, где используются и образуется в технологическом процессе соединения К., может быть достигнуто усовершенствованием технологического процесса, использованием современных герметичных конструкций, оборудования, эффективной вентиляции, гидрообеспыливания, применением средств индивидуальной защиты. Необходимо профилактически принимать витамин D.

Кадмий в судебно-медицинском отношении

При отравлении соединениями К. экспертное значение имеют следующие клин, симптомы: резкие боли в области живота, тошнота, рвота, иногда кровавая, понос, появление эритроцитов и белка в моче, увеличение печени.

При вскрытии трупа отмечаются следующие изменения: жировая дистрофия печени и почек, отек и полнокровие легких. Могут быть обнаружены кровоизлияния в легкие (частичный ателектаз). При тяжелых отравлениях соединениями К. описаны жировая инфильтрация поджелудочной железы, полнокровие селезенки.

Суд.-хим. определение К. производится в различных органах и костях трупа человека дробным методом после окисления органического субстрата в смеси концентрированных серной и азотной к-т или в хлорной к-те в присутствий серной и азотной к-т. Определенный объем минерализата, освобожденного от окислителей, экстрагируют в присутствии диэтилдитиокарбамата натрия хлороформом, затем реэкстрагируют 1 н. р-ром соляной к-ты.

При суд.-хим. определениях К. предварительно связывают медь, почти всегда сопровождающую К. Для этого к исследуемой жидкости добавляют избыток цианистого калия, переводящего медь в комплексное соединение, и р-р насыщают сероводородом или обрабатывают сульфидом натрия. При наличии К. образуется желтый осадок - CdS.

Обнаружение К. производится при помощи макро- и микрометодов.

Макрометод позволяет обнаруживать К. при его содержании 4 мг в 100 г органа.

С насыщенным р-ром бруцина в присутствии бромида калия в р-ре, содержащем К., образуются бесцветные призматические кристаллы, собранные в сфероиды. При действии бромида калия в присутствии пиридина образуются кристаллы в виде сфероидов.

Количественное определение К. производится при помощи комплексона III в присутствии хромогена черного EТ-00 или эриохрома синего.

В печени и почках К. может быть определен в количестве от 0,64 до 6,68 мг и от 1,32 до 8,48 мг в 100 г ткани соответственно. Естественно содержащееся количество К. в организме человека должно учитываться при суд.-мед. оценке результатов определения К. в органах человека.

Таблица 1. СОДЕРЖАНИЕ КАДМИЯ В НЕКОТОРЫХ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТАХ (по Геннигу, 1976)

Таблица 2 СОДЕРЖАНИЕ КАДМИЯ В ОРГАНАХ И ТКАНЯХ ЧЕЛОВЕКА (в мкг на 1 г веса ткани)

Ткань, орган
Тонкая кишка
Поджелудочная железа
Щитовидная железа
Предстательная железа
Селезенка
Грудная мышца
Тощая кишка
Двенадцатиперстная кишка
Диафрагма
Ободочная, слепая, прямая кишка
кочевой пузырь

Библиография Воробьева Р. С. и Шабалина Л. П. Экспериментальное исследование токсических свойств различных соединений кадмия, Гиг. и сан., № 2, с. 102, 1975; Радиационная защита, пер. с англ., под ред. М. А. Смирнова, с. 171, М., 1961; Тарасенко Н. Ю. и Воробьева Р. С. Гигиенические проблемы при использовании кадмия, Вестн. АМН СССР, № 10, с. 37, 1973; Тарасенко Н. Ю. и др. Кадмий во внешней среде и его влияние на обмен кальция, Гиг. и сан., № 9, с. 22, 1975, библиогр.; Токсикология редких металлов, под ред. 3. И. Израэльсона, с. 135, М., 1963; X e н н и г А. Минеральные вещества, витамины, биостимуляторы в кормлении сельскохозяйственных животных, пер. с нем., с. 197, М., 1976; Швайкова М. Д. Токсикологическая химия, с. 337, М., 1975; AnkeM. а. о. Cadmium and its influence on plants, animals and man, в кн.: Trace substances in environm, health, ed. by D. D. Hemphill, v. 10, p. 105, Univ. Missouri, Columb., 1976; F r i-b e rgL. a. o. Cadmium in the environment, Cleveland, 1974; Malcolm D. Potential carcinogenic effect of cadmium in animals and men, Ann. Occup. Hyg., v. 15, p. 33, 1972, bibliogr.; Nordberg G. F. Cadmium metabolism and toxicity, Stockholm, 1972, bibliogr.; U n d e r w o o d E. J. Trace elements in human and animal nutrition, p . 243, N. Y., 1977.

В. В. Ковальский; P. С. Воробьева (гиг.), А. Ф. Рубцов (суд.).

Свойства кадмия

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 . Он показался ученому нечистым, мужчина заподозрил в составе вещества наличие еще и .

Отделив его от общей массы, профессор понял, что перед ним металл. Цвет был серебристо-, 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 и, кстати, по приданию первым нашел и показал людям цинковую руду.

Небожитель соединил породу с , открыв народу свойство цинка изменять ее цвет.

Но, про кадмий его теска тогда умолчал. Поэтому, наверное, и открыли металл только в 19-ом столетии.

Кадмий с атомной массой 112,41 поставили на 48-е место во второй группе периодической .

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 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 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 отливом. Эстетика металла пригождается при изготовлении аккумуляторов. Их декоративные покрытия сделаны на основе элемента №48.

В атомных реакторах важнее стойкость кадмия к коррозии.

Высоковольтные провода сделаны из сплава кадмия с медью. Всего один процент 48-го элемента делает медь в два раза прочнее. На проводимость же тока, добавка практически не влияет.

Износостойкость сделала «героя » материалом для машинных подшипников.

Живописцы ценят сульфид металла. Его используют в качестве краски, поскольку соединение ярко-желтое.

— используют кадмий, правда, лишь в качестве примеси к . Элемент делает его более пластичным, послушным в руках мастера.

Сам по себе 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 зеленоватый оттенок.

К тому же, кадмий снижает температуру плавление состава, ведь и сам металл закипает уже при 700 градусов Цельсия.

— В промышленности кадмий используют и как . Вещество идеально соединяет детали из и . Сцепление получается надежным, долговечным.

В перспективе – 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.

Металл безвреден. Чего не скажешь о растворимых соединениях 48-го элемента. Они крайне токсичны.

Влияние соединений на организм сравнимо с действием паров или мышьяка. Угнетается дыхание, поражается система и органы человеческого тела.

Причем, не важно, попало вещество на , 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 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 .

Однако, некоторые соединения кадмия способны и спасать. Металл используют при лечении опухолей. Кадмий если не побеждает то, по крайней мере, приостанавливает болезнь.

В лечении рака кадмий используют с середины прошлого века. Более того, если в сутки организм человека с пищей или при дыхании не будет получать от 1-го до 5-ти микрограмма 48-го элемента, нарушится выработка гиппуровой в печени.

Без нее орган не сможет обезвреживать яды. Произойдет сбой и в обмене углеводов, цинка, и меди.

Ряд ферментов в организме человека так же не вырабатываются без присутствия кадмия .

Кадмий (Cadmium), Cd, химический элемент II группы периодической системы Менделеева; атомный номер 48, атомная масса 112,40; белый, блестящий, тяжелый, 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 году немецкий химик Ф. Штромейер, при ревизии одной из аптек, обнаружил, что имевшийся там карбонат цинка содержит примесь неизвестного металла, который осаждается в виде желтого сульфида сероводородом из кислого раствора. Штромейер назвал открытый им металл кадмием (от греч. kadmeia - нечистый оксид цинка, также цинковая руда). Независимо от него немецкие ученые К. Герман, К. Карстен и В. Мейснер в 1818 году открыли Кадмий в силезских цинковых рудах.

Распространение Кадмия 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 других 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, Германия), в песчаниках, в которых он также связан с цинком и другими халькофильными элементами. В биосфере известны три очень редких самостоятельных минерала Кадмия - карбонат CdCO 3 (ставит), оксид CdO (монтепонит) и селенид CdSe.

Физические свойства Кадмия. Кристаллическая решетка Кадмия гексагональная, а = 2,97311 Å, с = 5,60694 Å (при 25 °C); атомный радиус 1,56 Å, ионный радиус Cd 2+ 1,03Å. Плотность 8,65 г/см 3 (20 °C), t пл 320,9° С, t кип 767 °C, коэффициент термического расширения 29,8·10 -6 (при 25 °C); теплопроводность (при 0°C) 97,55 вт/(м·К) или 0,233 кал/(см·сек·°С); удельная теплоемкость (при 25 °C) 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%, твердость по Бринеллю 160 Мн/м 2 (16 кгс/мм 2).

Химические свойства Кадмия. В соответствии с внешней электронной конфигурацией атома 4d 10 5s 2 валентность Кадмия в соединениях равна 2. На воздухе Кадмий тускнеет, покрываясь тонкой пленкой оксида CdO, которая защищает металл от дальнейшего окисления. При сильном нагревании на воздухе Кадмий сгорает в оксид CdO - кристаллический порошок от светло-коричневого до темно-бурого цвета, плотность 8,15 г/см 3 ; при 700°C CdO возгоняется, не плавясь. Кадмий непосредственно соединяется с галогенами; эти соединения бесцветны; CdCl 2 , CdBr 2 и CdI 2 очень легко растворимы в воде (около 1 части безводной соли в 1 части воды при 20 °C), CdF 2 растворим труднее (1 часть в 25 частях воды). С серой Кадмий образует сульфид CdS от лимонно-желтого до оранжево-красного цвета, нерастворимый в воде и разбавленных кислотах. Кадмий легко растворяется в азотной кислоте с выделением оксидов азота и образованием нитрата, который дает гидрат Cd(NOa) 2 ·4H 2 O. Из кислот - соляной и разбавленной серной Кадмий медленно выделяет водород, при выпаривании растворов из них кристаллизуются гидраты хлорида 2CdCl 2 ·5H 2 O и сульфата 3CdSO 4 ·8H 2 O. Растворы солей Кадмия имеют кислую реакцию вследствие гидролиза; едкие щелочи осаждают из них белый гидрооксид Cd(OH) 2 , нерастворимый в избытке реактива; впрочем, при действии концентрированных растворов щелочи на Cd(OH) 2 были получены гидрооксокадмиаты, например Na 2 . Катион Cd 2+ легко образует комплексные ионы с аммиаком 2+ и с цианом 2- и 4- . Известны многочисленные основные, двойные и комплексные соли Кадмия. Соединения Кадмия ядовиты; особенно опасно вдыхание паров его оксида.

Получение Кадмия. 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 оксиды 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%.

Применение Кадмия. Металлический Кадмий применяют в ядерных реакторах, для антикоррозионных и декоративных покрытий, в аккумуляторах. Кадмий служит основой некоторых подшипниковых сплавов, входит в состав легкоплавких сплавов (например, сплав Вуда). Легкоплавкие сплавы применяют для спайки стекла с металлом, в автоматических огнетушителях, для тонких и сложных отливок в гипсовых формах и других. Сульфид Кадмия (кадмиевая желтая) - 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. Кадмий влияет на углеводный обмен, на синтез в печени гиппуровой кислоты, на активность некоторых ферментов.