Кадмият е химичен елемент с атомен номер 48 и символ Cd, принадлежащ към 12 група и 5 период на периодичната система. Той представлява мек, ковък и силно токсичен сребристобял метал, който в химично отношение е близък до цинка и живака.
| Кадмий | |
 |
|
| Основна информация за химичния елемент | |
| Chemical Element UID | element-kadmiy-11588-cce638 |
| Име на елемента (български) | Кадмий |
| Латинско / международно наименование | Cadmium |
| Алтернативни имена | Cadmium metal |
| Химичен символ | Cd |
| Пореден номер (атомно число) | 48 |
| Период и група в таблицата | Период 5, Група 12 |
| Блок (s, p, d, f) | d-блок |
| Категория / тип елемент | Постпреходен метал |
| Класификация по IUPAC | Post-transition metal (Group 12) |
| Състояние при стандартни условия (STP) | Твърдо |
| Агрегатно състояние при 20°C | Твърдо |
| Цвят / външен вид | Сребристо-сив метал |
| Етимология на името | От гръцкото „kadmeia“ – название на цинкова руда |
| Атомна и квантова структура | |
| Атомна маса | 112.414 u |
| Средна атомна маса | 112.414 |
| Изотопи | ¹⁰⁶Cd, ¹⁰⁸Cd, ¹¹⁰Cd, ¹¹¹Cd, ¹¹²Cd, ¹¹³Cd, ¹¹⁴Cd, ¹¹⁶Cd |
| Средна атомна маса (CIAAW референция) | 112.414(4) |
| Електронна конфигурация | [Kr] 4d¹⁰ 5s² |
| Електронни обвивки (shell distribution) | 2, 8, 18, 18, 2 |
| Брой валентни електрони | 2 |
| Квантови числа на външния електрон | n=5, l=0, m=0, s=±1/2 |
| Енергийно ниво на външния електрон | 5s² |
| Електронен афинитет | ~0 kJ/mol (практически нулев) |
| Йонизационна енергия (първа) | 867.8 kJ/mol |
| Йонизационна енергия (втора) | 1631.4 kJ/mol |
| Йонизационна енергия (трета) | 3616 kJ/mol |
| Електроотрицателност | 1.69 (Pauling) |
| Физични свойства и материалознание | |
| Плътност | 8.65 g/cm³ |
| Атомен радиус | 155 pm |
| Ковалентен радиус | 144 pm |
| Ван дер Ваалсов радиус | 158 pm |
| Атомен обем | 12.996 cm³/mol |
| Кристална структура | Шестоъгълна плътноопакована (HCP) |
| Кристална система | Шестоъгълна |
| Решетъчни константи (lattice constants) | a = 2.98 Å, c = 5.62 Å |
| Твърдост (Mohs) | 2 |
| Модул на Юнг | 50 GPa |
| Модул на срязване | 19 GPa |
| Обемен модул (bulk modulus) | 42 GPa |
| Температура на топене | 321.22 °C |
| Температура на кипене | 767 °C |
| Топлина на топене | 6.21 kJ/mol |
| Топлина на изпарение | 99.87 kJ/mol |
| Специфичен топлинен капацитет | 230 J/kg·K |
| Топлинно разширение (коефициент) | 30.8 × 10⁻⁶ K⁻¹ |
| Топлопроводимост | 96.6 W/m·K |
| Електрическа проводимост | 1.4 × 10⁷ S/m |
| Магнитни свойства | Диамагнитен |
| Температура на Кюри / Неел | Неприложимо |
| Химично поведение и реактивност | |
| Химическа формула | Cd |
| Окислителни степени | +2 (основна), +1 |
| Стандартен електроден потенциал | -0.403 V (Cd²⁺/Cd) |
| Типични съединения | CdO, CdS, CdCl₂, CdSO₄, Cd(OH)₂ |
| Основни минерали и съединения | Гринокит (CdS) |
| Разтворимост и поведение във вода | Металът е неразтворим; разтворими соли |
| Реактивност с кислород | Образува CdO при нагряване |
| Реактивност с вода | Не реагира при стайна температура |
| Реактивност с халогени | Образува халогениди CdCl₂, CdBr₂ |
| Корозионно поведение | Пасивира се чрез оксиден слой |
| Ядрени свойства и радиационен профил | |
| Стабилни изотопи | ¹⁰⁶Cd, ¹⁰⁸Cd, ¹¹⁰Cd, ¹¹¹Cd, ¹¹²Cd, ¹¹³Cd, ¹¹⁴Cd, ¹¹⁶Cd |
| Радиоактивни изотопи | ¹⁰⁹Cd, ¹¹⁵Cd и др. |
| Полуживот на радиоактивни изотопи | ¹⁰⁹Cd – 462.6 дни |
| Тип радиоактивен разпад | β⁻, електронен захват |
| Енергия на разпад | β⁻ до 1.54 MeV |
| Ядрен спин | 1/2 (¹¹¹Cd) |
| Енергия на връзката | 8.60 MeV/нуклон |
| Сечение за неутронно поглъщане | 2450 barn (¹¹³Cd) |
| Скорост на неутронен захват | Висока |
| Ядрени свойства (общо описание) | Един от най-силните естествени абсорбатори на топлинни неутрони |
| Разпространение, геохимия и добив | |
| Честота в земната кора | 1.3 × 10⁻⁵ % |
| Наличие във Вселената | 0.16 ppm |
| Наличие в атмосферата / океаните | Следи в морска вода |
| Разпространение в природата | Примес в цинкови руди |
| Геохимично поведение | Халкофилен елемент |
| Основни находища и региони | Китай, Южна Корея, Канада |
| Начини за получаване / добив | Страничен продукт при рафиниране на Zn |
| Методи за рафиниране | Електролитна рафинация |
| Основни производители в света | Китай, Южна Корея |
| Глобално годишно производство | 25 000 тона (2025) |
| Икономика, пазари и стратегическо значение | |
| Годишна консумация | 24 000 тона (2025) |
| Основни вносители / износители | Китай, ЕС, САЩ |
| Глобални резерви (оценка) | 500 000 тона |
| Пазарна цена (EUR) | 2.8 EUR/kg – средна индустриална цена (2026) |
| Пазарна цена (BGN) | 5.48 BGN/kg – средна индустриална цена (2026) |
| Критичен материал (ЕС) | Регулиран поради токсичност |
| Критичен материал (САЩ) | Стратегически за батерийни технологии |
| Индекс на риск по веригата на доставки | 60 |
| Индекс на стратегическа значимост | 70 |
| Процент рециклиране (оценка) | 35% |
| Методи за рециклиране / повторна употреба | Хидрометалургия, пирометалургия |
| Приложения и технологични домейни | |
| Основни приложения | Ni-Cd батерии, покрития, пигменти |
| Участие в сплави / съединения | Нискотопими сплави |
| Използване в индустрията | Антикорозионни покрития |
| Използване в електрониката / енергетиката | Акумулатори |
| Използване в медицината / фармацията | Ограничено поради токсичност |
| Използване в научни инструменти | He-Cd лазери |
| Технологични платформи (laser, optics, sensors) | UV лазерни системи |
| Биологично значение, токсикология и безопасност | |
| Биологично значение | Няма установена биологична роля |
| Роля в биохимичните процеси | Инхибира ензими чрез заместване на Zn²⁺ |
| Влияние върху човешкия организъм | Нефротоксичност, костни увреждания |
| Токсичност и безопасност | Силно токсичен тежък метал |
| Пределно допустима концентрация | 0.005 mg/L (питейна вода) |
| Промишлени рискове и мерки за безопасност | Контрол на прах и пари |
| Екологичен риск и поведение в средата | Биоакумулира се |
| Влияние върху околната среда | Замърсява почви и води |
| История, откриване и културен контекст | |
| Откривател / година на откриване | Фридрих Щромайер, 1817 |
| Място на откриване | Германия |
| Метод на откриване | Анализ на цинкови съединения |
| Първа изолация (как) | Термична редукция |
| Историческо значение | Ключов за развитието на акумулаторните технологии |
| Символика и културно значение | Свързан с индустриалната токсикология |
| Интересни факти | Изключително високо неутронно поглъщане |
| Научна дисциплина | Химия, токсикология, материалознание |
| Идентификатори и външни регистри | |
| CAS номер | 7440-43-9 |
| PubChem CID | 23973 |
| Wikidata ID | Q1091 |
| CRC Handbook reference | CRC Handbook of Chemistry and Physics |
| IUPAC Element ID | Cd-48 |
| UN номер / код за транспортна безопасност | Неприложимо за масивен метал; регулиран за съединения |
| AbleBump семантична класификация | |
| AbleBump Entity Type | Chemical Element |
| AbleBump Periodic Table Category | Post-Transition Metal |
| AbleBump Element Class | Toxic Industrial Metal |
| AbleBump Matter State Class | Solid Metallic |
| AbleBump Reactivity Class | Moderate Reactivity |
| AbleBump Technological Importance Class | Energy Storage Relevant |
| AbleBump Economic Importance Class | Industrial Support Metal |
| AbleBump Strategic Material Class | Battery Technology Relevant |
| AbleBump Environmental Risk Class | High Environmental Risk |
| AbleBump Supply Risk Class | Medium Supply Risk |
| AbleBump Global Tier | Tier 2 – Regulated Metal |
| AbleBump Archival Value Score | 94 |
| Semantic Profile | |
| Reactivity Index | 45 |
| Industrial Importance Index | 75 |
| Scientific Importance Index | 82 |
| Economic Importance Index | 70 |
| Technological Criticality Index | 68 |
| Environmental Risk Index | 96 |
| Supply Risk Index | 60 |
| Abundance Index | 30 |
| Strategic Importance Index | 72 |
| Radioactivity Risk Index | 10 |
| Material Stability Index | 65 |
| Energy Application Index | 70 |
| Electronics Application Index | 60 |
| Medical Application Index | 20 |
| Recycling Potential Index | 75 |
| Future Technology Relevance Index | 60 |
| Knowledge Graph Connectivity Index | 94 |
| Search Demand Index | 88 |
Макар да е сравнително рядък в земната кора, кадмият придобива значителна индустриална стойност през XX век, особено в производството на батерии, покрития и пигменти. Наред с технологичната му употреба обаче, той се утвърждава като един от най-опасните тежки метали по отношение на човешкото здраве и екологичната безопасност.
Историческо откриване и наименование
Кадмият е открит през 1817 година от германския химик Фридрих Щромайер, който установява нов елемент при изследване на примеси в цинков карбонат. Почти едновременно с него Карл Херман също идентифицира елемента. Името произлиза от гръцката дума „kadmeia“, с която в древността са обозначавали цинковите руди.
Това е логично, тъй като кадмият почти винаги се среща като примес в цинкови находища. За разлика от много други елементи, кадмият няма отделен период на „алхимическо“ познание – той се появява директно в ерата на аналитичната химия.
Атомна структура и електронна конфигурация
Кадмият има електронна конфигурация [Kr] 4d¹⁰ 5s². Пълният d-подслой обуславя относителната му химична стабилност и преобладаваща степен на окисление +2. Атомната му маса е 112,414 u, а електроотрицателността по Полинг е 1,69.
Кристалната му структура е шестоъгълна плътноопакована, което отличава кадмия от съседните му елементи в групата. Тази особеност влияе върху неговата механична мекота и ниска температура на топене.
Физични свойства
Кадмият е сравнително лек метал с плътност около 8,65 g/cm³. Температурата му на топене е 321,22 °C, а температурата на кипене – 767 °C. Той е мек и лесно се валцова, като притежава твърдост около 2 по Моос.
Електропроводимостта му е значително по-ниска от тази на медта или среброто, но достатъчна за специфични индустриални приложения. Магнитните му свойства са диамагнитни, което означава, че се отблъсква слабо от магнитно поле.
Химични свойства и реактивност
На въздух кадмият бавно се окислява, образувайки защитен слой от кадмиев оксид CdO. Той реагира с халогените, образувайки съединения като CdCl₂ и CdBr₂. В кисела среда се разтваря, но за разлика от цинка проявява устойчивост към алкални разтвори.
Кадмиевият сулфид CdS е яркожълто съединение, използвано като пигмент. Кадмиевият хидроксид Cd(OH)₂ показва основни свойства, а кадмиевите соли често са силно токсични.
Изотопен състав
Природният кадмий се състои от осем стабилни изотопа, сред които най-разпространени са ¹¹⁴Cd, ¹¹²Cd и ¹¹¹Cd. Изотопът ¹¹³Cd е с изключително дълъг полуживот от порядъка на 7,7 × 10¹⁵ години и се счита за практически стабилен. Някои радиоактивни изотопи на кадмия намират приложение в научни изследвания и ядрена физика.
Разпространение и добив
Съдържанието на кадмий в земната кора е приблизително 1,3 × 10⁻⁵ процента по маса. Той почти винаги се среща като примес в цинкови, оловни и медни руди. Основният минерал е гринокит – кристален кадмиев сулфид CdS.
Кадмият се извлича като страничен продукт при рафиниране на цинк чрез електролитни процеси. Основни производители са Китай, Южна Корея и Канада.
Индустриални приложения
В продължение на десетилетия кадмият се използва за антикорозионни покрития върху стомана и желязо. Най-значимото му приложение е в никел-кадмиевите акумулатори, които предлагат стабилност и дълъг цикъл на зареждане.
Кадмиевите пигменти осигуряват ярки жълти, оранжеви и червени цветове в художествени и индустриални бои. В ядрената индустрия кадмият се използва като материал за управляващи пръти поради способността му да поглъща неутрони.
Токсикология и въздействие върху здравето
Кадмият е един от най-опасните тежки метали. Той се натрупва в черния дроб и бъбреците и има биологичен полуживот над 10 години. Продължителното излагане води до увреждане на бъбреците, остеопороза и нарушения в калциевия метаболизъм.
Вдишването на кадмиеви пари може да предизвика белодробни увреждания и емфизем. Световните здравни организации определят допустимата концентрация във вода за питейни нужди на 0,005 mg/L. Тютюневият дим е значителен източник на експозиция за населението, тъй като растението тютюн акумулира кадмий от почвата.
Екологично значение
Кадмият е устойчив в околната среда и се натрупва в почви и седименти. Той преминава в хранителната верига чрез растенията и водните организми. Поради това индустриалните отпадъци и металургичните процеси представляват сериозен екологичен риск.
Съвременни регулации и ограничаване
В Европейския съюз употребата на кадмий в батерии и пластмаси е силно ограничена. Много държави въвеждат контрол върху промишлените емисии и рециклирането на никел-кадмиеви батерии.