Kadmiyni kashf etish tarixi

Tabiatda bo'lish

Kadmiy odatda kam uchraydigan va etarlicha tarqoq element bo'lib, bu metalning er qobig'idagi o'rtacha miqdori (klark) og'irligi bo'yicha taxminan 1,3 * 10-5% yoki 1,6 * 10-5% ni tashkil qiladi, natijada kadmiy litosferasida taxminan 130 mg / ga teng t. Bizning sayyoramizning ichaklarida juda kam kadmiy mavjud bo'lib, hatto kamdan-kam uchraydigan germaniy ham 25 baravar ko'p! Kadmiy uchun boshqa noyob metallar bilan bir xil nisbat: berilyum, seziy, skandiy va indiy. Kadmiy antimonga juda ko'p (2 * 10-5%) va simobdan (8 * 10-6%) ikki baravar ko'p.

Kadmiy, issiq er osti suvlarida rux bilan birga (kadmiy ko'p minerallarda izomorfik aralashma shaklida va har doim rux minerallarida mavjud) va boshqa xalkofil elementlar, ya'ni tabiiy sulfidlar, selenidlar, telluridlar, sulfosoltslar va ba'zan hosil bo'lishga moyil bo'lgan kimyoviy elementlar bilan ajralib turadi. mahalliy davlatda sodir bo'lgan. Bundan tashqari, kadmiy gidrotermik konlarda jamlangan. Vulqon jinslari kadmiyga ancha boy bo'lib, har kg uchun 0,2 mg gacha kadmiy o'z ichiga oladi; Cho'kindi jinslar orasida loy qirq sakkizinchi elementga eng boy - 0,3 mg / kg gacha (taqqoslash uchun ohaktoshda kadmiy 0,035 mg / kg, qumtoshlar - 0,03 mg / kg). Tuproqdagi kadmiyning o'rtacha miqdori 0,06 mg / kg ni tashkil qiladi.

Shuningdek, ushbu noyob metall suvda - eritilgan holda (sulfat, xlorid, kadmiyum nitrat) va to'xtatilgan holda organo-mineral komplekslar tarkibida mavjud. Tabiiy sharoitda kadmiy yer osti suvlariga rangli metall rudalarini eritib olish natijasida, shuningdek suv o'simliklari va uni to'plashga qodir organizmlarning parchalanishi natijasida kiradi. 20-asrning boshidan boshlab kadmiy bilan tabiiy suvlarning antropogen ifloslanishi kadmiyning suv va tuproqqa kirib kelishining asosiy omiliga aylandi. Kadmiyning suvdagi tarkibiga muhitning pH qiymati (gidroksidi muhitda kadmiy gidroksid shaklida cho'kadi), shuningdek sorbsiya jarayonlari sezilarli ta'sir ko'rsatadi. Xuddi shu antropogen sababga ko'ra kadmiy ham havoda mavjud.

Qishloq joylarda havodagi kadmiy miqdori 0,1-5,0 ng / m3 (1 ng yoki 1 nanogram \u003d 10-9 gramm), shaharlarda - 2-15 ng / m3, sanoat hududlarida - 15 dan 150 ng gacha. / m3. Asosan, kadmiyning atmosfera havosiga kirib borishi, issiqlik elektr stantsiyalarida yoqilgan ko'plab ko'mirlarda ushbu element borligi bilan bog'liq. Kadmiy havodan cho'kkanida, u suv va tuproqqa tushadi. Mineral o'g'itlardan foydalanish tuproqdagi kadmiy tarkibining ko'payishiga yordam beradi, chunki ularning deyarli barchasida ushbu metalning oz miqdordagi aralashmalari mavjud. Suv va tuproqdan kadmiy o'simliklar va tirik organizmlarga kirib boradi va oziq-ovqat zanjiri bo'ylab odamlarga "etkazib berish" mumkin.

Kadmiyning o'ziga xos minerallari bor: holeyit, otavit CdCO3, montemponit CdO (tarkibida 87,5% Cd), greenokit CdS (77,8% Cd), ksantoxroit CdS (H2O) x (77,2% Cd) kadmoselit CdSe (47% Cd) ). Ammo ular o'zlarining konlarini hosil qilmaydi, ammo kadmiyning sanoat ishlab chiqarishining asosiy manbai bo'lgan rux, mis, qo'rg'oshin va polimetall rudalarida (50 dan ortiq) aralashmalar shaklida mavjud. Bundan tashqari, asosiy rolni kadmiy kontsentratsiyasi 0,01 dan 5% gacha (sfalerit ZnS da) bo'lgan rux rudalari o'ynaydi. Ko'p hollarda sfaleritdagi kadmiy miqdori 0,4 - 0,6% dan oshmaydi. Kadmiy galenada (0,005 - 0,02%), stannitda (0,003 - 0,2%), piritda (0,02% gacha), xalkopiritda (0,006 - 0,12%) to'planadi; kadmiy bu sulfidlardan olinadi.

Kadmiy o'simliklarda (asosan zamburug'larda) va tirik organizmlarda (ayniqsa, suvda) to'planishi mumkin, shu sababli kadmiy dengiz cho'kindi jinslarida - slanetsda (Mansfeld, Germaniya) uchraydi.

Ilova

Kadmiyning asosiy iste'molchisi kimyoviy quvvat manbalarini ishlab chiqarishdir: nikel-kadmiy va kumush-kadmiy batareyalar, zaxira batareyalardagi qo'rg'oshin-kadmiy va simob-kadmiy elementlari, Weston normal hujayralari. Sanoatda ishlatiladigan kadmiy-nikel akkumulyatorlari (ACN) boshqa kimyoviy oqim manbalari orasida eng mashhurlaridan biri hisoblanadi.

Bunday batareyalarning manfiy plitalari faol razvedka sifatida shimgich kadmiy bilan temir panjaralardan yasalgan va musbat plitalar nikel oksidi bilan qoplangan. Elektrolit - bu gidroksidi kaliy (kaliy gidroksidi) eritmasi. Nikel-kadmiyum gidroksidi batareyalar qo'rg'oshin kislotali batareyalarga qaraganda ancha ishonchli. Kadmiyumdan foydalanadigan kimyoviy quvvat manbalari uzoq umr ko'rish, barqaror ishlash va yuqori elektr xususiyatlari bilan ajralib turadi. Boshqa narsalar qatori, ushbu batareyalarni qayta zaryadlash bir soatdan kam davom etadi! Biroq, AKNlarni to'liq zaryadsizlantirishsiz zaryadlash mumkin emas va bunda ular, albatta, metall gidridli akkumulyatorlardan kam.

Kadmiyni qo'llashning yana bir keng doirasi bu metallarga (kadmiy) himoya antikorozif qoplamalarni qo'llashdir. Kadmiy qoplamasi temir va po'lat buyumlarni atmosfera korroziyasidan ishonchli himoya qiladi. Ilgari kadmiy qoplash metallni eritilgan kadmiyga botirish orqali amalga oshirilgan bo'lsa, zamonaviy jarayon faqat elektrolitik usulda amalga oshiriladi. Samolyotlarning, kemalarning eng muhim qismlari, shuningdek, tropik iqlim sharoitida ishlash uchun mo'ljallangan qismlar va mexanizmlar kadmiy qoplamasiga uchraydi.

Ma'lumki, sink va kadmiyning ba'zi xususiyatlari o'xshashdir, ammo kadmiy qoplamasi galvanizliga nisbatan ma'lum afzalliklarga ega: birinchidan, korroziyaga chidamli, ikkinchidan, uni bir tekis va silliq qilish osonroq. Bundan tashqari, sinkdan farqli o'laroq, kadmiy gidroksidi muhitda barqarordir. Kadmiy kalayidan keng foydalaniladi, ammo kadmiy qoplamasidan foydalanish qat'iyan man qilinadigan maydon mavjud - bu oziq-ovqat sanoati. Bu kadmiyning yuqori toksikligi bilan bog'liq.

Ma'lum bir nuqtaga qadar kadmiy qoplamalarining tarqalishi boshqa sababga ko'ra cheklangan edi - kadmiyning po'lat qismiga elektrolitik cho'kmasi paytida elektrolit tarkibidagi vodorod metallga kirib borishi mumkin va siz bilganingizdek, bu element kuchli po'latlarda vodorodning mo'rtlashishiga olib keladi, bu esa metallni yuk ostida kutilmagan tarzda yo'q qilishga olib keladi. ... Muammoni SSSR Fanlar akademiyasi Fizik kimyo institutining sovet olimlari hal qilishdi. Ma'lum bo'lishicha, titaniumning ahamiyatsiz qo'shilishi (ming kadmiy atomiga bitta titanium atomi) kadmiy po'lat qismini vodorodning mo'rtlashuvidan himoya qiladi, chunki titanium qoplama jarayonida barcha vodorodni po'latdan yutadi.

Dunyoda kadmiy ishlab chiqarishning o'ndan bir qismi qotishma ishlab chiqarishga sarflanadi. Past erish nuqtasi kadmiyni kam eritadigan qotishmalarda keng qo'llanilishining sabablaridan biridir. Masalan, 12,5% kadmiyni o'z ichiga olgan Vudning qotishmasi. Bunday qotishmalar yupqa va murakkab to'qimalarni ishlab chiqarish uchun material sifatida, yong'inga qarshi avtomatik tizimlarda, shishadan metallga lehim uchun lehim sifatida ishlatiladi. Kadmiyni o'z ichiga olgan plyonkalar haroratning o'zgarishiga ancha chidamli.

Kadmiy qotishmalarining yana bir o'ziga xos xususiyati ularning yuqori antifriktsiya xususiyatidir. Shunday qilib, 99% kadmiy va 1% nikel o'z ichiga olgan qotishma avtomobil, samolyot va dengiz dvigatellarida ishlaydigan podshipniklarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. Kadmiyum kislotalarga, shu jumladan moylash materiallari tarkibidagi organik kislotalarga etarlicha chidamli bo'lmaganligi sababli kadmiy asosidagi rulman qotishmalari indiy bilan qoplanadi. Kadmiyning kichik qo'shimchalari (1% dan kam) bilan misning qotishmasi elektr transport liniyalarida ko'proq aşınmaya bardoshli simlar qilish imkonini beradi. Kadmiyning bunday ahamiyatsiz qo'shimchalari misning kuchini va qattiqligini sezilarli darajada oshirishi mumkin, deyarli uning elektr xossalari yomonlashmaydi. Kadmiyum amalgami (kadmiyning simobdagi eritmasi) stomatologik texnologiyada tish plomba tayyorlashda ishlatiladi.

XX asrning qirqinchi yillarida kadmiy yangi rolga ega bo'ldi - ular undan yadro reaktorlarini boshqarish va avariya tayoqchalarini yasashga kirishdilar. Kadmiyning eng qisqa vaqt ichida strategik materialga aylanishining sababi shundaki, u termal neytronlarni juda yaxshi singdiradi. Ammo "atom asri" boshidagi birinchi reaktorlar faqat termal neytronlarda ishlagan. Keyinchalik ma'lum bo'lishicha, tez neytronli reaktorlar elektrotexnika uchun ham, yadro yoqilg'isini olish uchun ham ko'proq umid baxsh etadi - 239Pu, kadmiy esa tez neytronlarga qarshi kuchsiz, ularni kechiktirmaydi. Issiqlik reaktorlari davrida kadmiy o'z dominant rolini yo'qotib, bor va uning birikmalariga (aslida - ko'mir va grafit) yo'l qo'ydi.

Anorganik bo'yoqlarni ishlab chiqarish uchun taxminan 20% kadmiy (aralashmalar shaklida) ishlatiladi. Kadmiy sulfidi CdS ilgari kadmiy sarig'i deb nomlangan muhim mineral rang beruvchi moddadir. 20-asrning boshlarida allaqachon kadmiy sarig'ini limon sarig'idan to'q sariq ranggacha bo'lgan oltita soyada olish mumkinligi ma'lum bo'lgan. Olingan bo'yoqlar zaif gidroksidi va kislotalarga chidamli bo'lib, vodorod sulfidiga to'liq ta'sir qilmaydi.

CdS asosidagi bo'yoqlar ko'plab sohalarda - bo'yash, bosib chiqarish, chinni bo'yashda ishlatilgan, ular yo'lovchi vagonlarini qoplashda, ularni parovoz tutunidan himoya qilishda ishlatilgan. Kadmiy sulfidini o'z ichiga olgan bo'yoqlardan to'qimachilik va sovun sanoatida foydalanilgan. Ammo, hozirgi vaqtda ancha qimmat kadmiy sulfidi ko'pincha arzonroq bo'yoqlar bilan almashtiriladi - kadmopon (kadmiyum sulfid va bariy sulfat aralashmasi) va rux-kadmiyum litopon (kadmopon bilan bir xil tarkib, ortiqcha sink sulfid).

Yana bir kadmiy aralashmasi, kadmiy selenid CdSe, qizil bo'yoq sifatida ishlatiladi. Biroq, nafaqat bo'yoqlarni ishlab chiqarishda, kadmiy birikmalari - kadmiy sulfidi, masalan, plyonka quyosh xujayralarini ishlab chiqarish uchun ham foydalaniladi, ularning samaradorligi taxminan 10-16% ni tashkil qiladi. Bundan tashqari, CdS juda yaxshi termoelektrik material bo'lib, u yarimo'tkazgichli materiallar va fosforlarning tarkibiy qismi sifatida ishlatiladi. Ba'zan kadmiyum kriyogen texnologiyada absolyut nolga (vakuumga) yaqin bo'lgan maksimal issiqlik o'tkazuvchanligi (boshqa metallarga nisbatan) tufayli ishlatiladi.