Кадмият е химичен елемент с атомен номер 48 и символ Cd в периодичната таблица. Той е принадлежност на група 12, известна като цинкова група, и е разположен под цинка и живак. Кадмият е метал с бледосив цвят, който е твърд при нормални условия и показва значителна пластичност.
| Кадмий | |
 | |
| Информационна таблица | |
| Параметър | Информация |
|---|---|
| Име на елемента (български) | Кадмий |
| Латинско / международно наименование | Cadmium |
| Химичен символ | Cd |
| Пореден номер (атомно число) | 48 |
| Период и група в таблицата | 5-ти период, 12-та група |
| Блок (s, p, d, f) | d-блок |
| Категория / тип елемент | Преходен метал (мека, токсична тежка метална категория) |
| Атомна маса | 112.414 u |
| Изотопи | Cd-106, Cd-108, Cd-110, Cd-111, Cd-112, Cd-113, Cd-114, Cd-116 |
| Средна атомна маса | 112.414 |
| Плътност | 8.65 g/cm³ при 20°C |
| Температура на топене | 321.07 °C |
| Температура на кипене | 767 °C |
| Кристална структура | Хексагонална плътно подредена (hcp) |
| Цвят / външен вид | Синьо-сребрист, лъскав, мек метал |
| Агрегатно състояние при 20°C | Твърдо |
| Откривател / година на откриване | Фридрих Щромайер, 1817 г. |
| Място на откриване | Гьотинген, Германия |
| Етимология на името | От латинското cadmia (цинкова руда) и гръцкото kadmeia – каламин, вид минерал |
| Химическа формула | Cd |
| Окислителни степени | +2 (основна) |
| Електронна конфигурация | [Kr] 4d¹⁰ 5s² |
| Електроотрицателност (по Полинг) | 1.69 |
| Йонизационна енергия | 867.8 kJ/mol |
| Ковалентен радиус | 144 pm |
| Атомен радиус | 161 pm |
| Топлопроводимост | 96.8 W/m·K |
| Електрическа проводимост | Средна |
| Магнитни свойства | Диамагнитен |
| Състояние на електрони при възбуждане | Запълнен d-слой, активен s-слой |
| Спектрален цвят / линии | Силни линии в синьо-зеления диапазон |
| Честота в земната кора | ~0.1 ppm |
| Наличие във Вселената | Образуван при супернови и звезден синтез |
| Основни минерали и съединения | Грийнокит (CdS), смесени руди с цинк и олово |
| Разпространение в природата | Обикновено се среща като примес в цинкови руди |
| Начини за получаване / добив | Страничен продукт при добива и рафинирането на цинк |
| Основни производители в света | Китай, Южна Корея, Япония, Казахстан |
| Основни приложения | Производство на батерии, сплави, покрития, стабилизатори и пигменти |
| Участие в сплави / съединения | С мед и сребро за устойчивост на корозия |
| Биологично значение | Няма; счита се за токсичен метал |
| Токсичност и безопасност | Високо токсичен при вдишване и поглъщане; натрупва се в бъбреците и черния дроб |
| Пределно допустима концентрация | 0.01 mg/m³ (въздух) |
| Влияние върху човешкия организъм | Причинява увреждане на бъбреците, костите и белите дробове; канцерогенен при хронично излагане |
| Роля в биохимичните процеси | Замества цинк в ензими, което нарушава нормалната им функция |
| Използване в индустрията | Никел-кадмиеви батерии, галванизация, пигменти, стабилизатори за PVC |
| Използване в електрониката / енергетиката | В батерии и акумулатори; ограничена употреба поради токсичност |
| Използване в медицината / фармацията | Няма терапевтично приложение; изучава се за токсикологични ефекти |
| Ядрени свойства | Някои изотопи (напр. Cd-113) са слабо радиоактивни |
| Полуживот на радиоактивни изотопи | Cd-113 – 7.7×10¹⁵ години |
| Тип радиоактивен разпад | β⁻ (бета минус) |
| Енергия на връзката | 8.52 MeV на нуклон |
| Наличие в атмосферата / океаните | Следи от промишлени процеси |
| Влияние върху околната среда | Замърсител на почви и води; трудно се разгражда |
| Методи за рециклиране / повторна употреба | Отработени батерии и индустриални отпадъци |
| Глобално годишно производство | Около 25 000 тона |
| Годишна консумация | Предимно в батерии и индустриални покрития |
| Основни вносители / износители | Китай, Япония, САЩ, Канада |
| Историческо значение | Изолиран при изследвания на цинков оксид в началото на XIX век |
| Научна дисциплина | Химия, токсикология, материалознание |
| Интересни факти | Кадмият е един от първите метали, свързани с индустриалното отравяне („Итай-итай болест“ в Япония) |
| CAS номер | 7440-43-9 |
| PubChem CID | 23973 |
| UN номер / код за транспортна безопасност | UN 2570 (като прах или съединение) |
| Периодични тенденции | В групата на цинка и живака; химически по-реактивен от живак |
| Спектър на излъчване | Силен синьо-зелен диапазон |
| Енергийно ниво на външния електрон | 5s² |
| Промишлени рискове и мерки за безопасност | Работа с добра вентилация и предпазни средства; забранено използване в някои потребителски продукти |
| Състояние при стандартни условия (STP) | Твърдо |
| Класификация по IUPAC | Преходен метал, токсичен тежък метал |
| Символика и културно значение | Символ на индустриалната епоха и екологичните рискове |
Въпреки че е открит през 1817 година от германския химик Фридрих Стромейер, значението на кадмия в индустриалната и екологичната сфера стана ясно едва през 20-ти век.
Физични и химични свойства
Кадмият е мекият метал, който лесно може да се реже с нож, а температурата на топене е 321,1 °C, а температурата на кипене - 767 °C. Металът е относително устойчив на корозия и не реагира с вода при стайна температура.
Кадмият е добър проводник на електричество и топлина, което го прави подходящ за различни технически приложения. Въпреки че не е толкова широко разпространен, колкото други метали, кадмият притежава уникални свойства, които го правят ценен за индустриалната употреба.
Кадмият съществува в природата в различни минерали, най-често в сулфидни съединения, като минерала кадмиев халцедон. В химично отношение, кадмият образува разнообразие от соли и комплекси, включително оксиди, сулфиди и хлориди.
Той може да образува съединения с почти всички халогени и много метали. Кадмият е известен със своята способност да образува стабилни съединения с органични молекули, което увеличава риска от натрупване в живите организми.
Източници и добив
Кадмият не се среща в свободно състояние в природата, а обикновено се извлича като副продукт от минната дейност на цинкови и оловни руди. Основните находища на кадмий се намират в страни като Китай, Япония, Канада и Австралия.
Процесът на добив на кадмий е сложен и включва фази на дробене, смилане и флотация на рудите, последвани от химически обработки за отделяне на кадмия от другите метали. След извличането си, кадмият често се преработва в различни съединения, като кадмиев оксид, кадмиев сулфид и други.
Тези съединения се използват в множество индустриални приложения, сред които производството на батерии, пигменти и покрития. Кадмиевият сулфид, например, е основен компонент в производството на кадмиеви соларни клетки, известни със своята висока ефективност.
Приложения
Кадмият намира приложение в редица индустриални и технологични сфери. Най-значителното му приложение е в производството на никел-кадмиеви (NiCd) батерии, които се използват в мобилни телефони, лаптопи и електрически инструменти.
Тези батерии предлагат висока плътност на енергията и дълъг живот, но с нарастващата загриженост за екологичните ефекти от кадмия, много производители преминават към алтернативи, като литиево-йонни батерии.
Друго важно приложение на кадмия е в производството на пигменти. Кадмиевите пигменти, известни със своите ярки и дълготрайни цветове, се използват в бои, мастила и пластмаси.
Те предлагат отлична устойчивост на светлина и термични условия, което ги прави предпочитани за художествени и промишлени приложения. Въпреки това, поради токсичността на кадмия, употребата на тези пигменти е ограничена в много държави.
Кадмият също така играе роля в електронната индустрия, където се използва в производството на полупроводници, а също така и в покрития за защита от корозия на различни метали. Кадмиевите покрития осигуряват добра защита и удължават живота на компоненти, но поради опасения за здравето и околната среда, в много случаи се търсят безопасни алтернативи.
Токсичност и влияние върху здравето
Кадмият е известен със своята висока токсичност, което го прави опасен за човешкото здраве и околната среда. Възможностите за експозиция включват вдишване на прах, прием на замърсена храна и вода, както и контакт с кожи, особено в индустриални условия.
Кадмият може да предизвика редица здравословни проблеми, включително респираторни заболявания, бъбречни увреждания и карциногенни ефекти. Острата интоксикация с кадмий може да доведе до симптоми като коремна болка, повръщане и диария.
Хроничната експозиция обаче е особено опасна, тъй като кадмият се натрупва в организма, особено в бъбреците и костите. Дългосрочната експозиция може да доведе до остеопороза и бъбречна недостатъчност. Токсичността на кадмия е основна причина за строгото регулиране на неговото използване и освобождаване в околната среда.
Влияние върху околната среда
Кадмият е един от елементите, които оказват значително влияние върху околната среда. При промишлени дейности, свързани с добив и преработка на руди, кадмият може да попадне в почвата и водните ресурси, причинявайки замърсяване.
Водите, замърсени с кадмий, могат да предизвикат сериозни екологични проблеми, включително смърт на водни организми и нарушаване на екосистемите. Устойчивото развитие изисква от индустриите да намалят използването на кадмий и да намерят безопасни алтернативи.
Развитието на нови технологии за рециклиране на батерии и пигменти, както и иновации в производството на безопасни материали, са от съществено значение за минимизиране на риска от кадмиево замърсяване.
Регулаторни мерки и безопасност
Поради токсичността на кадмия, много страни са въвели строги регулации относно неговото производство и употреба. Европейският съюз, например, е приел директиви, които ограничават използването на кадмий в електронната и електрическа продукция, както и в играчки и бои.
Тези мерки целят да защитят здравето на хората и околната среда, като насърчават безопасни практики и иновации. Работниците, ангажирани в индустрии, свързани с кадмия, трябва да спазват строги мерки за безопасност, включително носене на защитно облекло, маски и респиратори.
Важно е също така да се извършват редовни медицински прегледи за откриване на потенциални здравословни проблеми, свързани с експозицията на кадмий.