Токсические свойства кадмия реферат

Обновлено: 04.07.2024

Металлический кадмий не обладает токсическими свойствами. Соединения же кадмия, независимо от их агрегатного состояния (пыль, дым окиси кадмия, пары, туман), ядовиты. Отравления кадмием могут происходить при нагревании металла или его сплавов, плавке руд и при производстве и применении красок и сплавов, в состав которых он входит. По своей токсичности кадмий аналогичен ртути или мышьяку. Менее растворимые Соединения его действуют в первую очередь на дыхательные пути и желудочно-кишечный тракт, а более растворимые — после всасывания в кровь — поражают центральную нервную систему (сильное отравление), вызывают дегенеративные изменения во внутренних органах (главным образом — в печени и почках) и нарушают фосфорно-кальциевый обмен. Симптомы отравления кадмием зависят от пути его поступления в организм.

Для острых отравлений обычен более или менее длительный (10—36 час, иногда — 30 мин. 2 час.) скрытый период. Начальные симптомы — сухость слизистых оболочек, неприятное вяжущее сладковатое ощущение на губах, медный вкус во рту, горловые спазмы, бледность, слабость, головокружение и головная боль (в области лба), тошнота и боль в подложечной области. Возможны дерматиты и изъязвление кожи; в тяжелых случаях наблюдаются боли в грудной клетке и брюшной полости, с последующей рвотой . Затем развиваются трахеит, бронхит с приступами болезненного судорожного кашля и сильной одышкой, повышается температура.

Для человека смертельной дозой является вдыхание в течение 1 мин. воздуха с содержанием 2500 мг/м3 окиси кадмия (или 30 сек. при концентрации 5000 мг/м 3 ) . Максимально допустимое количество CdO в воздухе — 0,1 мг/м 3 ; для пыли кадмиевого сплава — 0,3—0,4 мг/ м 3 .

В качестве первой помощи при остром кадмиевом отравлении рекомендуется свежий воздух, полный покой, предотвращение охлаждения. При раздражении дыхательных путей — теплое молоко с содой, ингаляции 2 %-ным раствором NaHCO ₃ . При упорном кашле — кодеин, дионин, горчичники на грудную клетку; необходима врачебная помощь. Противоядием при отравлении, вызванном приемом во внутрь кадмиевых солей, служит альбумин с карбонатом натрия. Специфическое лечение кадмиевых отравлений — применение комплексообразующих препаратов (2,3-димеркапто-пропанол-1, двойной этилендиаминтетрацетат кальция и натрия); но клинический опыт их использования еще недостаточен. Выделение кадмия из организма (через почки и кишечник) происходит чрезвычайно медленно; введение 2,3-димеркаптопропанола-1 увеличивает его примерно в 3 раза. Механизм токсического действия кадмия заключается, по-видимому, в связывании карбоксильных, аминных и особенно сульфгидрильных групп белковых молекул, в результате чего угнетается активность ферментных систем. В связи с ядовитостью кадмия и его соединений их контакт с пищевыми продуктами недопустим .

При оценке экологических следствий жизнедеятельности городского населения ученые вывели так называемый экологический эквивалент современного человека. Это территория с частично или полностью разрушенными экосистемами, требуемая для обеспечения одного горожанина необходимыми условиями существования, а также для удаления отходов его жизнедеятельности. Например, для стран Балтийского региона она составляет от 4 до 12 га на человека.

Содержание работы

Введение ………………………………………………………………………………….3
История открытия кадмия…………………………………………………………5
Характеристика загрязняющего вещества – кадмия………………..6
Кадмий как токсикант окружающей среды……………………………. 8
Влияние кадмия на человека……………………………………………………11
Заключение…………………………………………………

Файлы: 1 файл

кадмий как токсикант окр.среды.docx

И СОЦИАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ РФ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Кафедра бионеорганической и биоорганической химии

Кадмий как токсикант окружающей среды.

факультета 146 группы

ассистент кафедры
общей, бионеорганической
и биоорганической химии

Характеристика загрязняющего вещества – кадмия………………..6

Кадмий как токсикант окружающей среды……………………………. 8

Влияние кадмия на человека……………………………………………………11

Почему на фоне относительного благополучия и экономического процветания, на фоне впечатляющих успехов научно-технического прогресса 60—70-х годов прошлого века возникает вопрос об устойчивом развитии цивилизации?

Потому что ученые и исследователи поняли: человечество подошло к некоему критическому пределу, столкнувшись в своем развитии с внешними границами.

Правда, поначалу такого рода ограничения воспринимались в основном как ресурсные. Однако занимавшие наиболее последовательные позиции экологи пришли к выводу, что границы эти определяются не столько ресурсами недр или доступными источниками энергии, сколько потенциальными возможностями биосферы по нейтрализации растущего антропогенного давления. А последнее неизбежно связано с достижением такого критического момента, когда этот ее потенциал окажется исчерпанным, что мы, по сути, и переживаем в настоящий период времени.

При этом не справляющаяся с антропогенным прессом биосфера вступает в стадию своей деградации (поначалу, быть может, и обратимой), которая будет, очевидно, продолжаться до тех пор, пока не исчезнет самая ее причина — человеческая цивилизация, не сумевшая ввести свое развитие в приемлемое для окружающей среды русло. И все это может случиться намного раньше, чем разразится реальный кризис по какому-либо из жизненно важных для человечества ресурсов.

Человек в процессе своей хозяйственной деятельности постоянно подрывает сложившиеся природные взаимоотношения.

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ КАДМИЯ

В 1817 году окружной врач Магдебурга Иоганн Ролов заподозрил, что в оксиде цинка, который производили на шёнебекской фабрике Германа, содержится ядовитая примесь – мышьяк. И действительно, при пропускании сероводорода через раствор, полученный растворением производимого на фабрике оксида цинка в кислоте, выпадал желтый осадок, очень похожий на сульфид мышьяка As2S2. Герман же утверждал, что мышьяка в производимом им веществе нет. Разрешить спор был призван генеральный инспектор ганноверских аптек Фридрих Штромейер (1776 – 1835), который по совместительству занимал кафедру химии Геттингенского университета.

ХАРАКТЕРИСТИКА ЗАГРЯЗНЯЮЩЕГО ВЕЩЕСТВА - КАДМИЯ

кадмий химический металл загрязнение

Тяжелые металлы - металлы с удельным весом свыше 4,5 г/см3. Среди них есть и жизненно необходимые для человека (цинк, железо, марганец, медь). По степени опасности для здоровья человека тяжелые металлы относятся к первым трем классам опасности:

I класс: кадмий, ртуть, бериллий, селен, свинец, цинк;

II класс: кобальт, хром, медь, молибден, никель, сурьма;

III класс: ванадий, барий, вольфрам, марганец, стронций.

Тяжелые металлы попадают в окружающую среду со сточными водами, газообразными отходами промышленных предприятий и ТЭЦ, выхлопами автотранспорта, в результате чего содержание их в атмосфере города в 5-20 раз выше, чем в атмосфере над лесным массивом, удаленном от города. Загрязнение почв тяжелыми металлами происходит также при внесении фосфорных удобрений, в которых они содержатся как примеси. Тяжелые металлы могут подвергаться биологической концентрации, особенно в тканях рыб и грибов. Возможно повышенное содержание их в печени и почках домашних животных.

Кадмий – химический элемент II группы периодической системы Менделеева, металл. Кадмий – редкий и рассеянный элемент с кларком литосферы 1,3х10-5% по массе. При нагреве, в присутствии воздуха, сгорает с образованием коричневых, дурно пахнущих, сильно ядовитых паров окиси кадмия. В чистой природной среде кадмий встречается лишь в очень малых количествах. Именно поэтому его отравляющее действие было выявлено лишь недавно. Дело в том, что только в последние десятилетия кадмий стал находить все большее техническое применение. В результате содержание его в окружающей среде в последние годы возросло, что связано с развитием горнорудной, металлургической, химической промышленности, а также с производством ракетной и атомной техники, полимеров. В районах промышленных выбросов кадмий депонируется в почве и растениях. Его почти невозможно изъять из природной среды, поэтому он все больше накапливается в ней и попадает различными путями в пищевые цепи человека и животных. Кадмий содержится в мазуте и дизельном топливе (освобождается при его сжигании), его используют в качестве присадки к сплавам, при нанесении гальванических покрытий, для получения кадмиевых пигментов, нужных при производстве лаков, эмалей и керамики, в качестве стабилизатора для пластмасс и т. д. В результате всего этого, а также при сжигании кадмий содержащих пластмассовых отходов кадмий может поступать в воздух. Чаще всего причиной повышенного содержания кадмия в пище бывают промышленные газообразные выбросы.

Кадмий как токсикант окружающей среды.

Тяжелый металл кадмий вообще представляет собой один из самых опасных токсикантов (токсичнее свинца). В природной среде кадмий встречается лишь в очень малых количествах, поэтому его отравляющее действие выявлено лишь недавно. Он содержится в мазуте и дизельном топливе, в сплавах (в качестве присадки), в гальванических покрытиях, в кадмиевых пигментах (используемых в производстве лаков, эмалей, керамики), в пластмассах (как стабилизатор), электрических батарейках и т.д. В результате сжигания отходов пластмасс и промышленных производств кадмий попадает в воздух. В Балтийское море (по данным Хаянена, 1993) ежегодно поступает около 200 тонн кадмия. А во всем мире в окружающую среду ежегодно выбрасывается около 5000 тонн этого металла.

Кадмий опасен в любой форме. Доза в 30 - 40 мг смертельна. Даже питье лимонада из сосудов, содержащих кадмий в эмали, чревато опасностью. Выводится из организма очень плохо, лишь 0,1% в сутки. Ранними симптомами отравления кадмием являются поражение почек и нервной системы, белок в моче, нарушение функции половых органов (воздействие на семенники), острые костные боли в спине и ногах. Кроме того, кадмий вызывает нарушение функции легких и обладает канцерогенным действием, накапливается в почках (содержание 0,2 мг Cd на 1 г массы почек вызывает тяжелое отравление).

Недопустимо использовать ил донных отложений при очистке русла рек в качестве удобрений, так как сахарная свекла, картофель, сельдерей концентрируют кадмий.

Источники загрязнения кадмием:

- сжигание каменного угля (1 тонна угля содержит 2 г кадмия);

- отходы производства пластмасс;

- почки животных. Содержание кадмия в почках животных накапливается с возрастом. С повышением дозы удобрений повышается содержание кадмия в почве, а затем и в растениях, которыми питаются животные.

Источники загрязнения окружающей нас среды кадмием весьма многообразны – например, кадмий попадает в воздух при сжигании каменного угля. Каждая тонна каменного угля содержит в среднем 2 г кадмия (в нефти его намного меньше). В последние 10. 20 лет уменьшение потребления каменного угля (за счет использования нефти) уже заметно способствовало снижению загрязненности воздуха кадмием. Правда, если теперь снова возрастет применение каменного угля, то из-за большой примеси кадмия следовало бы не прямо сжигать уголь, а, например, использовать в качестве топлива жидкие продукты его сухой перегонки.

В настоящее время очень важным источником загрязнений обширных территорий среды кадмием служат также фосфатные удобрения, с которыми в почву – а, следовательно, и в пищевые продукты – всегда попадает некоторое количество кадмия. Речь идет об удобрениях, которые содержат лишь следы кадмия. Это означает, что загрязнение растений, связанное с данным источником кадмия, настолько мало, что определяемые остаточные количества должны лежать намного ниже предела, установленного ВОЗ.

Что же касается ила из очистных сооружений Мюнхена, то в этом случае имеются различные источники кадмия (в том числе и предприятия, производящие поливинилхлорид, где кадмий используют в качестве катализатора).

В 1817 году окружной врач Магдебурга Иоганн Ролов заподозрил, что в оксиде цинка, который производили на шёнебекской фабрике Германа, содержится ядовитая примесь – мышьяк. И действительно, при пропускании сероводорода через раствор, полученный растворением производимого на фабрике оксида цинка в кислоте, выпадал желтый осадок, очень похожий на сульфид мышьяка As₂ S₂ . Герман же утверждал, что мышьяка в производимом им веществе нет. Разрешить спор был призван генеральный инспектор ганноверских аптек Фридрих Штромейер (1776 – 1835), который по совместительству занимал кафедру химии Геттингенского университета.

РАСПРОСТРАНЕНИЕ В ПРИРОДЕ,

ПЕРЕРАБОТКА РУД, ПОЛУЧЕНИЕ

Кадмий – редкий и весьма рассеянный элемент. Его содержание в земной коре составляет 1,1∙10 -5 %. Из-за сильного рассеяния он не образует самостоятельных рудных скоплений промышленного значения, а встречается в рудах тяжелых цветных металлов в качестве примеси и извлекается из них как побочный продукт.

Основные минералы кадмия гренокит (CdS) и отавит (CdCO₃ ) находятся в рассеянном состоянии и, как отмечалось выше, самостоятельных месторождений промышленного значения не образуют. Оксид кадмия (CdO) встречается в виде тонкого налета на гальмее и самостоятельных оруденений промышленного значения также не образует. Самородный кадмий в природе не встречается.

Наиболее богаты кадмием цинковые руды: в них содержится от сотых до десятых долей процента кадмия. В свинцовых и медных рудах концентрация кадмия не превышает сотых долей процента.

В процессе пирометаллургической переработки цинковых руд кадмий концентрируется в пылях, улавливаемых из газов спекательных машин (до 5%), и в первых порциях пуссьеры дистилляционных печей (до 10%). Кроме того, при рафинировании цинка в ректификационных колоннах получают пуссьеру, содержащую около 40% кадмия.

На гидрометаллургических цинковых и литопонных заводах получают медно-кадмиевые кеки, содержащие от 3 до 12% кадмия. При шахтной свинцовой плавке кадмий возгоняется и переходит в выносимую с газами из печи пыль, содержащую десятые доли процента кадмия. Аналогично ведет себя кадмий и при плавке медных руд и концентратов.

Таким образом, сырьем для производства кадмия служат следующие полупродукты:

1) медно-кадмиевые кеки гидрометаллургических цинковых заводов;

2) кадмийсодержащие отходы литопонных заводов;

3) пыли и пуссьеры цинковых дистилляционных заводов;

4) пыли медеплавильных заводов;

5) пыли свинцовых заводов.

Способы получения кадмия – пирометаллургический, гидрометаллургический и комбинированный – обуславливаются характером перерабатываемого сырья.

Пирометаллургический (сухой) способ производства кадмия, основанный на большой разнице температур кипения кадмия и цинка и на восстановительной способности окислов этих металлов , применяли с 1829 г. Этим способом перерабатывали пуссьеры цинковых дистилляционных печей. Кадмий извлекали из первых порций пуссьеры, богатых кадмием, а пуссьеру, бедную кадмием, возвращали в шихту дистилляции.

Сухой способ получения кадмия заключается в многократной дистилляции смеси пуссьеры с восстановителем в ретортных печах при 700-800 °[1] . Процесс дистилляции длится от 12 до 70 часов, и в результате двух-трех перегонок получается чистый металл. Однако извлечение кадмия не превышает 30-40%. Данный метод связан с тяжелыми условиями труда и с большими безвозвратными потерями металла, поэтому теперь не применяется.

Гидрометаллургический способ заключается в следующем . Кадмийсодержащее сырье выщелачивают раствором серной кислоты или отработанным электролитом цинкового производства и затем осаждают из раствора кадмиевую губку цинковой пылью и приготовляют кадмиевый раствор, обрабатывая губку разбавленной серной кислотой или отработанным кадмиевым электролитом. Кадмий из полученного раствора осаждают электролизом, а катодный осадок плавят под слоем каустической соды.

Комбинированный способ состоит из сочетания гидрометаллургических и пирометаллургических операций. Этим способом перерабатывают пуссьеры и пыли на некоторых цинковых дистилляционных заводах, а также пыли на свинцовых заводах.

Пыли после соответствующей подготовки выщелачивают разбавленной серной кислотой; из полученного раствора кадмий осаждают в виде губки цинковой пылью или на цинковых пластинках. Губку брикетируют и подвергают дистилляции. Дистилляционный кадмий рафинируют от цинка и талия. На некоторых заводах брикетированную губку плавят под слоем каустической соды, а затем металл рафинируют от цинка, таллия и никеля.

ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Кадмий – элемент второй группы пятого периода периодической системы элементов, его порядковый номер 48, атомный вес 112,41; он кристаллизуется в гексагональной сингонии. Первая энергия ионизации равна 867 кДж/моль. Стандартный ионный потенциал = -0,4 В. Удельный вес кадмия при комнатной температуре 8,65, в точке плавления в твердом состоянии 8,366, в жидком – 8,017. С повышением температуры удельный вес снижается так как указано в таблице 1.

Температура, С О	339	378	416	466	500	545	559	700
Плотность, г/см 3	8,00	7,96	7,90	7,82	7,79	7,74	7,68	7,56

При переходе из твердого состояния в жидкое 1 г кадмия расширяется на 0,0064 см 3 . Прессованный под давлением 10000кг/см 2 кадмий имеет уд. вес 8,64766, непрессованный – 8,6482. Удельный вес при заданной температуре можно определить по формуле Хонгнесса:

Температура плавления кадмия, по данным разных исследователей, колеблется от 320,7 до 321,01°, в современной справочной литературе при нормальном давлении она принимается равной 320,9.

Также было установлено, что с увеличением давления температура плавления повышается. Так, под гидростатическим давлением 30000 кг/см 2 точка плавления повышается на 187°. Во всем исследованном интервале давления температура плавления повышается равномерно(6,2° на каждые 1000 кг/см 2 ).

Точка кипения кадмия принимается равной 765°.

Пары кадмия темно-желтого цвета, ядовиты и обладают большей упругостью, чем пары цинка.

Теплоемкость жидкого кадмия С_р =7,13 (5%, 594-973° К).

Зависимость теплоемкости кадмия от температуры приведены в таблице 2.

Т, °К	10	25	50	100	150	200	293,16
С_р , кал/град·моль	0,22	1,71	3,9	5,32	5,73	5,93	6,19

Электрохимический эквивалент кадмия равен 0,5824 мг/кулон. За 1а-ч на электроде выделяется 2,0980 г металла.

Металлический кадмий имеет серебристо-белый цвет синеватым отливом, он мягче цинка, но тверже олова, режется ножом, хорошо кусается, протягивается в проволоку и прокатывается в листы. Чистый кадмий аналогично олову, при изгибании издает характерный треск, утрачиваемый при наличии примесей.

По химическим свойствам кадмий близок к цинку. Он хорошо растворяется в азотной кислоте с выделением оксидов азота:

А также растворяется в водном растворе нитрата аммония с образованием метааммина:

Значительно хуже растворяется он в серной и соляной кислотах, выделяя водород:

Металлический кадмий при красном калении разлагает пары воды. Сухой воздух при обычной атмосферной температуре на кадмий практически не действует, так как кадмий покрывается поверхностной пленкой, препятствующей окислению. Это свойство металла широко используется при кадмировании.

Окисление твердого кадмия (99,98%) на воздухе при 300° в течении первых 40 часов протекает приблизительно по параболическому закону с коэффициентом скорости К_р =3,2∙10 -14 г 2 ·см -4 ∙сек -1 , а затем прекращается. При 500° константа скорости равняется 1,0·10 -9 г 2 ·см -4 ∙сек -1 , а поверхностная пленка имеет темно-серый оттенок, а не коричневый, какой обычно имеет СdO.

Водород в кадмии не растворяется и гидридов не образует. Азот в кадмии также не растворяется, однако образует с ним химическое соединение Cd₃ N₂ , представляющий собой порошок черного цвета плотностью 6,85 г/см 3 . Предполагается существование весьма непрочного соединения CdN₂ .

С углеродом кадмий не взаимодействует и карбидов не образует; с фосфором взаимодействует, образуя Cd₃ P₂

и, вероятно, малопрочный фосфид CdP₂ . С мышьяком и сурьмой кадмий образует соединения Cd₃ As₂ и CdSb₂ :

Гидроксид кадмия

Состав и строение гидроксида кадмия (молекулярный вес 146,41) до сих пор твердо не установлены. Хюттиг считает, что гидроокись является оксигидратом и отвечает формуле CdO∙H₂ O. По Фику, Cd(OH)₂ ∙H₂ O. Паскаль показал, что при нормальных условиях вода вступает с окисью в обычное соединение, а при высоких температурах получается смесь CdOс Cd(OH)₂ .[1]

Гидроокись кадмия представляет собой мелкокристаллическое вещество. Ее мелкокристаллическое строение является результатом очень большой скорости зарождения центров кристаллизации и очень малой скорости роста кристаллов.

Воздушно-сухая гидроокись имеет состав Cd(OH)₂ ∙H₂ O. При 20° она содержит 78,05% CdO и 21,95% H₂ O, при 95° - 89,25% CdO и 10,75 H₂ O и имеет светло-желтый цвет, при 240° состоит из чистой CdO темно-коричневого цвета.

Едкие щелочи осаждают из растворов солей кадмия мелкокристалический студенистый, белый осадок гидроксида, не растворимый в избытке реагента. Гидроокись хорошо растворяется в кислотах, аммиаке и в растворах цианидов щелочных металлов:

Осаждение из растворов Cd(OH)₂ начинается при pH=8. В присутствии NH₄ Cl гидроокись не выпадает вследствие образования тетрааммина Cd(NH₃ )₄ ; винная и лимонная кислоты также препятствуют ее осаждению.

Гидроксид кадмия относится к числу труднорастворимых соединений. Произведению растворимости даны значения от 1·10 -14 до 2,62 -15 . Если в растворе присутствуют ионы, образующие с кадмием комплексные соединения, то равновесие реакции Cd(OH)₂ 4OH - +Cd 2+ смещается вправо, т.е. в сторону растворения осадка, например при действии KCN на осадок Cd(OH)₂ образуется комплексный анион [Cd(CN)₄ ] 2- , в растворе которого концентрация иона Cd 2+ значительно меньшая, чем в насыщенном растворе Cd(OH)₂ . В последнем составляет 1,3·10 -5 .

Ион CN - образует с кадмием комплексный анион [Cd(CN)₄ ] 2- константа нестойкости которого равна:

K=[Cd 2+ ][CN - ] 4 /[Cd(CN)₄ ] 2- =1·10 -7 .

Энтропия Cd(OH)₂ S₂₉₈ =21,2 кал/град. Равновесный потенциал реакции 2OH - +Cd 2+ =Cd(OH)₂ +2e, в щелочной среде принимается равным 0,815 в.

Оксид кадмия ( II )

При нагревании на воздухе кадмий загорается, образуя оксид кадмия CdO (молекулярный вес 128,41). Окись можно получить также прокаливанием азотнокислой или углекислой солей кадмия. Этим путем оксид получается в виде бурого порошка, имеющего две модификации: аморфную и кристаллическую. Аморфная окись при нагревании переходит в кристаллическую, кристаллизуясь в кубической системе: она адсорбирует углекислый газ и ведет себя как сильное основание. Теплота превращения CdO_АМОРФН CdO_КРИСТ

Плотность искусственно приготовленной окиси колеблется от 7,28 до 8,27 г/см 3 . В природе CdO образует черный налет на галмее, обладающий плотностью 6,15 г/см 3 . Температура плавления 1385°.

Оксид кадмия восстанавливается водородом, углеродом и окисью углерода. Водород начинает восстанавливать CdO при 250-260° по обратимой реакции:

Которая быстро заканчивается при 300°.

Оксид кадмия хорошо растворяется в кислотах и в растворе сульфата цинка по обратимой реакции:

Сульфид кадмия

Сульфид (CdS, молекулярный вес 144,7) является одним из важных соединений кадмия. Он растворяется в концентрированных растворах соляной и азотной кислот, в кипящей разбавленной серной кислоте и в растворах трехвалентного железа; на холоду в кислотах растворяется плохоЮ а в разбавленной серной кислоте нерастворим. Произведение растворимости сульфида 1,4·10 -28 . Кристаллический сульфид в природе встречается в виде гренакита как примесь к рудам тяжелых и цветных металлов. Искусственно его можно получить путем сплавления серы с кадмием или с окисью кадмия. При сплавлении металлического кадмия с серой развитие реакции сульфидообразования тормозится предохранительными пленками CdS. Реакция

начинается при 283° и при 424° проходит с большой скоростью.

Известны три модификации CdS: аморфный (желтый) и две кристаллических (красный и желтый) .Красная разновидность кристаллического сульфида тяжелее (уд. вес 4,5) желтой (уд. вес 3). Аморфный CdS при нагревании до 450° переходит в кристаллический.

Сульфид кадмия при нагревании в окислительной атмосфере окисляется до сульфата или окиси в зависимости от температуры обжига.

Сульфат кадмия

Сульфат кадмия (CdSO₄ , молекулярный вес 208,47) представляет собой белый кристаллический порошок, кристаллизующийся в ромбической системе. Он легко растворим в воде, но нерастворим в спирте. Сульфат кристаллизуется из водного раствора в моноклинной системе с 8/3 молекулами воды (CdSO₄ ·8/3H₂ O), устойчив до 74°, но при более высокой температуре переходит в одноводный сульфат (CdSO₄ ·H₂ O).С повышением температуры растворимость сульфата несколько возрастает, но при дальнейшем повышении температуры снижается как показано в таблице 3:

t,°C	-18	0	20	40	60	74	77	85	100	112
CdSO₄ %	43,35	43,37	43,37	43,99	45,00	46,70	42,20	39,60	37,80	37,00

Было установлено существование трех модификаций сульфата: α, β и γ. После выделения последней молекулы воды при 200° из кристаллогидрата 3CdSO₄ ·8H₂ Oобразуется α-модификация, устойчивая до 500°; при дальнейшем повышении температуры возникает β-модификация, которая при температуре выше 735° переходит в γ-модификацию. Высокотемпературные модификации (β и γ) при охлаждении переходят в α-модификацию.

СПЛАВЫ КАДМИЯ

Немало кадмия идет для приготовления сплавов. Присадка кадмия к меди существенно повышает ее механические свойства. При добавлении к электролитной меди от 0,5 до 1,2% Cd увеличивает ее сопротивление на разрыв более чем в два раза, твердость – на 20-22 ед. по Бринеллю, а прочность на истирание – в три раза. Проволока из меднокадмиевого сплава обладает механическими свойствами фосфористой или кремнистой бронзы при сохранении 96% электропроводности чистой меди. Добавка кадмия в подшипниковые сплавы (от 2,75 до 18%) существенно снижает их коэффициент трения.

Кадмий входит в состав многих припоев и легкоплавких сплавов. В припоях 1 часть кадмия заменяет 5 частей олова. Кадмийсодержащим припоем можно паять в горячей воде. Серию легкоплавких кадмиевых сплавов, имеющих температуру плавления от 60 до 300°, используют в замках для автоматического пожаротушения и электрических предохранителях.

В таблице4 приведен состав и температура плавления некоторых легкоплавких сплавов.

Температура плавления, °С

ПРИМЕНЕНИЕ КАДМИЯ

Область применения кадмия благодаря его ценным свойствам расширяется с каждым годом.

Большая часть производимого в мире кадмия расходуется на электропокрытия и для приготовления сплавов. Кадмий в качестве защитного покрытия обладает существенными приемуществами перед цинком и никелем, так как он более коррозионностоек в тонком слое; кадмий плотно связан с поверхностью металлического изделия и не отстает от нее при ее повреждении.

Кадмий, также, используется у английских криминалистов: с помощью тончайшего слоя этого металла, напыленного на обследуемую поверхность, удается быстро выявить четкие отпечатки пальцев.

Кадмий, также, применяют в изготовлении кадмиево-никелевых аккумуляторов. Роль отрицательного электрода в них выполняют железные сетки с губчатым кадмием, а положительного пластины покрыты окисью никеля; электролитом служит раствор едкого калия. Такие источники тока отличаются высокими электрическими характеристиками, большой надежностью, длительным сроком эксплуатации, а их подзарядка занимает всего 15 минут.

Свойство кадмия поглощать нейтроны обусловило еще одну область применения кадмия- в атомной энергетики.

Подобно тому как автомобиль не обходится без тормозов, реактор не может работать без регулирующих стержней, увеличивающих или уменьшающих поток нейтронов.

В каждом реакторе предусмотрен также массивный аварийный стержень, который приступает к делу в том случае, если регулирующие стержни почему-либо не справляются с возложенными на них обязанностями.

Самая лучшая желтая краска представляет собой соединение кадмия с серой. Большие количества кадмия расходуются на изготовление этой краски.

В многогранной деятельности кадмия есть и негативные стороны. Несколько лет назад один из сотрудников службы здравоохранения США установил, что существует прямая связь между смертностью от сердечно-сосудистых заболеваний и. содержанием кадмия в атмосфере. Этот вывод был сделан после тщательного обследования жителей 28 американских городов. В четырех из них — Чикаго, Нью-Йорке, Филадельфии и Индианополисе — содержание кадмия в воздухе оказалось значительно выше, чем в остальных городах; более высокой была здесь и доля смертных случаев в результате болезней сердца.

Пока медики и биологи определяют, вреден ли кадмий, и ищут пути снижения его содержания в окружающей среде, представители техники принимают все меры к увеличению его производства. Если за всю вторую половину прошлого столетия было добыто лишь 160 тонн кадмия, то в конце 20-х годов нашего века ежегодное производство его в капиталистических странах составляло уже примерно 700 тонн, а в 50-х годах оно достигло 7000 тонн (ведь именно в это время кадмий обрел статус стратегического материала, предназначенного для изготовления стержней атомных реакторов). И в XXI веке использование кадмия только возрастет, благодаря его незаменимым свойствам.

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1) Дзлиев И.И. Металлургия кадмия. М.: Металлургиздат, 1962.

2) Крестовников А.Н. Кадмий. М.: Цветметиздат, 1956.

3) Крестовников А.Н. Каретникова В. П. Редкие металлы. М.: Цветметиздат, 1966.

4) Лебедев Б.Н. Кузнецова В.А. Цветные металлы. М.: Наука, 1976.

5) Любченко В.А. Цветные металлы. М.: Наука, 1963.

6) Максимова Г.В. Кадмий // Журнал неорганическая химия, № 3, 1959, С-98.

7) Плаксин И.Н. Юхтанов Д.М. Гидрометаллургия. М.: Металлургиздат, 1949.

8) Пейсахов И.Л. Цветные металлы. М.: Наука, 1950.

9) Планер В.И. Кадмий как предохранитель от коррозии. М.: Цветметиздат, 1952.

10) Славинский М.П. Физико-химические свойства элементов. М.: Металлургиздат, 1952.

11) Хан О.К. Цветные металлы. М.: Наука, 1957.

[1] На тех заводах, где предпочитали возгонку при более высокой температуре, получали загрязненный металл.

ГОСТ

Кадмий. Источники загрязнения

Кадмий относится к группе особо опасных токсических веществ. Во внешней среде он присутствует в малых количествах. Сфера применения – в основном промышленная. Пути поступления в окружающую среду – вместе с отходами от предприятий металлургии, со сточными водами от гальванических и ряда других производств, где кадмий задействован в технологическом процессе, а также при использовании фосфатных удобрений.

В воздухе крупных городов, где есть металлургическое производство, имеется тенденцию к накапливанию кадмия. Воздушный бассейн пополняется пятью тоннами выбросов кадмия в год. В пятидесяти городах России ведется контроль за содержанием кадмия в воздухе.

Другой источник загрязнения – через питьевую воду загрязненных водных источников. В местах кадмийзагрязненных источников он может поступать в организм через продукцию сельского хозяйства, выращенную на загрязненных почвах.

Токсичность кадмия определяется непосредственным действием ионов на организм, а также влиянием на потомство.

Кадмий, усваиваясь из пищи и воды, способен проникать в органы и ткани, тем самым накапливаясь в организме. Попавшая внутрь доза от 30 до 40 мг может привести к смертельному исходу. Если же человек употреблял напитки из пластмассовой тары, в материале которой присутствовал кадмий, это также очень опасно для организма. Кадмий выводится из организма очень медленно, по этой причине возможно хроническое отравление, выражающееся уже на самых ранних стадиях поражением почек и нервной системы, нарушением функций легких, к этому присоединяются острые костные боли.

При накапливании в почках (а этот путь первоочередной) пороговой концентрации – около 0,2 мг кад¬мия на 1 г массы почек появляются симптомы тяжелого отравле¬ния, заболевание не поддается лечению.

Готовые работы на аналогичную тему

Кадмий почти не изымается из природной среды, он все в больших концентрациях накапливается в ней и попадает в пищевые цепи человека и животных. По большей части человек получает кадмий с растительной пищей.

Растения поглощают из почвы до 70 процентов кадмия, тогда как из воздуха поступает 30 процентов.

Токсикологическая характеристика кадмия

Даже при низких концентрациях кадмий токсичен. Наиболее необратимо страдают почки. Отравление кадмием ведет к изменению минерального состава костей. Загрязнение кадмием воздушным путем тяжело поражает легкие. Кадмий, проникая в клетку, оказывает влияние на обмен нуклеиновых кислот и белка.

Соединения кадмия (пыль, дым, окиси кадмия, пары, туман) ядовиты. Соединения менее растворимые воздействуют на органы дыхания, желудок и кишечник. Более растворимые – всасываются в кровь и ведут к сбою в работе нервной системы, печени, почек.

Репродуктивные функции организма также подвержены токсическому влиянию кадмия. В частности, кадмий:

уменьшает синтез тестостерона у мужчин;
у женщин становится причиной гормональных нарушений, препятствует оплодотворению, может вызывать кровотечения и приводит к смерти эмбрионов, накапливаясь в плаценте и повреждая ее.

Курение способствует поступлению кадмия в организм. Подсчитано, что в одной сигарете 1-2 мкг кадмия и около 10 процентов его попадает в органы дыхания, создавая токсическую нагрузку на организм.

Читайте также: