Кадмій

Кадмій (Cd) – це хімічний елемент, що має атомний номер 48 та хімічний символ Cd. Це м’який, блідо-сірий метал, який може бути дуже токсичним у високих концентраціях.

Кадмій зазвичай знаходиться у природі разом з цинком, свинцем та іншими металами, і використовується у виробництві низки продуктів, таких як батарейки, пластмаси, фарби, лаки та інші. Висока концентрація кадмію може бути шкідливою для здоров’я людини та навколишнього середовища.

Фізичні властивості кадмію

Основні фізичні властивості кадмію належать до наступних категорій:

1. Фізичні властивості в твердому стані:

• Температура плавлення: 321,07 °C
• Температура кипіння: 767 °C
• Густина: 8,65 г/см³
• Твердість за шкалою Мооса: 2,0
• Модуль Юнга: 50 ГПа
• Коефіцієнт лінійного теплового розширення: 30,8 × 10^-6 К^-1
• Електрична провідність: 15,9×10⁶ См/м

2. Фізичні властивості в рідкому стані:

• Температура плавлення: 321,07 °C
• Температура кипіння: 767 °C
• Густина: 7,996 г/см³

3. Фізичні властивості у повітрі:

• Температура запалювання: 180 °C
• Тиск пари: 1 Па (при 427 °C)
• Швидкість звуку: 2310 м/с (при 20 °C)

4. Інші фізичні властивості:

• Є м’яким металом з низькою твердістю і добре обробляється.
• Може бути дуже токсичним, тому необхідно використовувати обережність при роботі з ним.
• Не має стійкої структури кристалів і може мати різні модифікації залежно від температури та умов отримання.

Хімічні властивості кадмію

Кадмій (Cd) є хімічним елементом, який має наступні хімічні властивості:

1. Реакція з киснем:

Кадмій не заряджається на повітрі, але утворює стійкий оксид, який покриває поверхню металу і запобігає подальшій реакції з киснем.

2. Реакція з кислотами:

Кадмій реагує з кислотами, утворюючи сіль та водень:

Cd + 2HNO₃ → Cd(NO₃)₂ + H₂↑

Cd + 2HCl → CdCl₂ + H₂↑

3. Реакція з лугами:

Кадмій реагує з лугами, утворюючи сіль і водень:

Cd + 2NaOH → Cd(OH)₂ + H₂↑

4. Реакція з солями:

Кадмій утворює сіль з більшостю інших металів, наприклад, з хлоридом натрію утворюється хлорид кадмію та натрію:

Cd + NaCl → CdCl₂ + Na

5. Реакція з іншими неорганічними сполуками:

Кадмій реагує з багатьма неорганічними сполуками, наприклад зі сульфідом кадмію утворюється сульфід кадмію:

Cd + H₂S → CdS + H₂↑

6. Реакція з органічними сполуками:

Кадмій може реагувати з деякими органічними сполуками, утворюючи ковалентні зв’язки, наприклад, з хлористими вуглеводнями:

Cd + CH₃Cl → Cd(CH₃)Cl

7. Комплексоутворення:

Кадмій може утворювати комплекси з багатьма органічними та неорганічними лігандами, наприклад з амоніаком:

Cd₂+ + 4NH₃ → [Cd(NH₃)₄]₂+

Ці хімічні властивості кадмію залежать від його окиснення, яке може бути +1 або +2, але частіше кадмій має окиснення +2. Крім того, кадмій є відносно м’яким металом, має низьку температуру плавлення і кипіння, а також він є токсичним для живих організмів, тому використовується з обережністю.

Інші важливі хімічні властивості кадмію включають:

• Кадмій може утворювати сплави з багатьма металами, наприклад зі залізом, нікелем та міддю.
• Він може взаємодіяти з воднем, утворюючи газову суміш.
• Може утворювати сполуки з галогенами, такими як хлор та бром.
• Може бути використаний як каталізатор в реакціях, таких як гідрогенування олефінів та окиснення алкоголів.

У зв’язку з його токсичністю та важкістю очищення, кадмій не є широко використовуваним металом в промисловості, але він все ще зустрічається в певних виробах, таких як батарейки, фарби, пластмаси та інші хімічні продукти.

Ізотопи кадмію

Кадмій має 8 стабільних ізотопів: ¹⁰⁶Cd, ¹⁰⁸Cd, ¹¹⁰Cd, ¹¹¹Cd, ¹¹²Cd, ¹¹³Cd, ¹¹⁴Cd та ¹¹⁶Cd. Крім того, відомо близько 30 радіоізотопів кадмію, з яких найбільш довготривалими є ¹⁰⁹Cd (з періодом напіврозпаду більше 1,5 року) та ¹¹⁵Cd (з періодом напіврозпаду більше 53 годин).

¹¹³Cd є єдиним природним ізотопом кадмію, який має значення в геохімії. Його відносна абундантність у земній корі становить близько 12%, що дозволяє використовувати його як геохімічний маркер для вивчення процесів формування мінеральних ресурсів.

Крім того, деякі радіоізотопи кадмію, такі як ¹⁰⁹Cd та ¹¹⁵Cd, використовуються в наукових дослідженнях, включаючи вивчення кінетики хімічних процесів, а також в аналізі матеріалів за допомогою ядерної спектроскопії. Оскільки є токсичним металом, радіоізотопи кадмію використовуються з обережністю і з дотриманням відповідних заходів безпеки.

Токсичність кадмію

Кадмій є дуже токсичним металом для людей та тварин. Він може викликати серйозні захворювання, такі як інтоксикація нирок, рак легень, артеріальну гіпертензію та інші захворювання.

Кадмій може входити в організм людини через різні джерела, включаючи харчові продукти, повітря, воду та промислові виробництва. Наприклад, кадмій може входити в зерно, фрукти та овочі через забруднення ґрунту, а також у воду з-за забруднення річок із промисловими відходами. Люди, які роблять роботи, пов’язані з виробництвом або використанням кадмію, можуть бути підвищеній ризиком впливу токсичного металу.

Токсичність кадмію пов’язана з його здатністю накопичуватися в організмі і забруднювати тканини, такі як нирки, печінка та легені. Це може призводити до погіршення функцій цих органів, а також до розвитку раку. Крім того, кадмій може сприяти появі кількох інших захворювань, таких як інфекції та алергії.

У зв’язку з його токсичністю, кадмій контролюється у багатьох країнах, і існують обмеження на його використання у промисловості та наявність у харчових продуктах. Люди повинні бути обережні при взаємодії з кадмієм, і за можливості уникати впливу на нього.

Застосування кадмію

Кадмій має ряд важливих застосувань в різних галузях, серед яких:

1. Виробництво акумуляторів: використовується як складова частина нікель-кадмієвих акумуляторів, які широко використовуються в електронних пристроях, таких як мобільні телефони, лаптопи та інші пристрої.
2. Хімічна промисловість: використовується в якості катализатора при виробництві полімерів, а також в якості компонента при виготовленні фарб, пігментів та інших хімічних продуктів.
3. Навколишнє середовище: використовується як фільтруючий матеріал для очищення повітря та води від забруднень.
4. Наука та технології: кадмій використовується в електроніці для виготовлення напівпровідникових пристроїв, а також в якості радіоактивного маркера при дослідженні хімічних процесів.
5. Металургія: кадмій використовується для виробництва сплавів, таких як паяльні сплави, а також в якості захисного покриття для сталі.

Варто зазначити, що кадмій є токсичним металом, тому його застосування повинно здійснюватися з обережністю та з дотриманням відповідних заходів безпеки.