Ка́дмий (лат.Cadmium; обозначается символом Cd) — элемент12-й группы, пятого периода периодической системы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы второй группы, II-B) с атомным номером 48. Как простое вещество кадмий при нормальных условиях представляет собой мягкий ковкий тягучий металл серебристо-белого цвета. Устойчив в сухом воздухе, во влажном на его поверхности образуется плёнка оксида, препятствующая дальнейшему окислению металла. Кадмий и многие его соединения ядовиты. Хроническое отравление приводит к анемии и разрушению костей.
Кадмий открыл в 1817 году немецкий профессор Штромейер. Провизоры Магдебурга при изучении промышленной партии оксида цинка ZnO заподозрили в нём примесь мышьяка и запросили детального анализа реактива. Штромейер выделил примесь: коричнево-бурый оксид, затем восстановил его водородом и получил серебристо-белый металл, которому дал название кадмий по греческому названию руды, из которой в Германии добывали цинк, — καδμεία. В свою очередь, руда получила своё название в честь греческого героя Кадма, мифологического основателя древних Фив.
Кадмий относится к редким, рассеянным элементам: он содержится в виде изоморфной примеси во многих минералах и всегда — в минералах своего аналога, цинка. Кадмий не образует самостоятельных месторождений, а входит в состав руд месторождений других металлов. Относительно высоко содержание кадмия в рудах среднетемпературных свинцово-цинковых и частично медно-колчеданных месторождений. Из восьми природных изотопов кадмия шесть стабильны, для двух изотопов обнаружена слабая радиоактивность.
Очень часто в текстах соответствующей тематики под словом «кадмий» имеют в виду не химический элемент, а — краску или пигмент целого спектра тонов от светло-жёлтого до ярко-красного или даже зелёного.
Все растворимые в воде и в разбавленных кислотах соединения кадмия ядовиты. Весьма опасно также вдыхание воздуха, содержащего «дым» оксида кадмия.[3]:605
...сплавы меди, содержащие около 1% Cd (кадмиевая бронза), служат для изготовления телеграфных, телефонных, троллейбусных проводов, так как эти сплавы обладают большей прочностью и износостойкостью, чем медь.[3]:605
Автомобиль еще только замедляет ход перед въездом на заводскую территорию, а ворота перед ним уже распахиваются, будто «по щучьему велению». Сигнал открыть ворота дала маленькая таблетка сульфида кадмия...[4]
...не могу отлить её в особом бронзовом сплаве с добавкой серебра и кадмия, открытом мастерами древности. Он не даёт усадки, точно воспроизводит форму, стоек, твёрд...[6]
Эксперименты, проведенные на крысах в специальных лабораториях, построенных вдали от города, показали, что если грызунам давать пить воду с примесью кадмия, то артериальное давление у них повышается, а продолжительность жизни снижается.[9]
— Борис Горзев, «Кадмий ― причина гипертонии?», 1968
...сплав, в состав которого вместе с индием входят висмут, свинец, олово и кадмий, плавится при 46,5° C и применяется для пожарной сигнализации.[10]
Вскоре после Штромейера другой немецкий химик Г. Керстен нашел новый элемент в силезской цинковой руде и назвал его меллином (от латинского mellinus ― «желтый, как айва», ― из-за цвета осадка, образующегося под действием сероводорода). Но это был уже открытый Штромейером кадмий.[14]
...неточно утверждение <...>, что для изготовления стержней и регулировки потока нейтронов кадмий ― самый подходящий материал. Если бы перед словом «нейтронов» было ещё и «тепловых», вот тогда это утверждение стало бы действительно точным.[14]
...для предохранения железа от коррозии применяют не только цинкование, но и кадмирование. <...> Несмотря на сходство свойств кадмия и цинка, у кадмиевого покрытия есть несколько преимуществ: оно более устойчиво к коррозии, его легче сделать ровным и гладким. <...> Кадмированную жесть применяют довольно широко, закрыт ей доступ только в производство тары для пищевых продуктов, потому что кадмий токсичен.[15]
У кадмиевых покрытий есть ещё одна любопытная особенность: в чистой атмосфере сельских местностей они обладают значительно большей коррозийной устойчивостью, чем в атмосфере промышленных районов.[15]
Сильнейшее отравление кадмием. Состояние критическое. Шансов — один из ста. Мы делаем все возможное, но, сами понимаете… — врач тяжело вздохнул и развел руками.[18]
Ума не приложу — откуда в супермаркете кадмий? — пожал плечами врач. — Во всяком случае мы немедленно сообщим о происшествии в СЭС. Они проведут во всех помещениях магазина необходимые исследования. Нужно обязательно выявить источник отравления. Иначе, сами понимаете, могут быть другие жертвы.[18]
Кадмий, кадмий, кадмий! — крутилось в его голове. — При непосредственном контакте! Бред какой-то, ей богу! Откуда ему взяться? — Моисеев вдруг замер. — Ну да, кадмий. В его практике уже был такой случай — известного банкира отравили каким-то тяжёлым металлом...[18]
В верхнем колпачке “Паркера” оказался крохотный контейнер с кадмием. В ручке был хитроумный, не видимый на первый взгляд механизм, который открывал контейнер только тогда, когда владелец “Паркера” начинал писать, надавливая на перо.[18]
Потребление следовых количеств кадмия неизбежно, потому что он содержится в пищевых сельскохозяйственных культурах.[20]
— Джо Шварц, «Загадки современной химии. Правда и домыслы», 2008
Воду реки использовали для орошения рисовых полей, а так как рис эффективно поглощает кадмий, то металл накапливался в продовольствии и в организмах местных жителей. Результатом стала эпидемия болезни итай-итай.[20]
— Джо Шварц, «Загадки современной химии. Правда и домыслы», 2008
В 1966 году в Англии один строительный рабочий умер, а несколько других тяжело заболели в результате отравления дымом, содержавшим соединения кадмия.[20]
— Джо Шварц, «Загадки современной химии. Правда и домыслы», 2008
Самый лёгкий из наиболее токсичных элементов – кадмий, чья дурная слава восходит к истории древних копей, расположенных в центральной Японии. <...> через двенадцать веков после того, как в Камиоке начали разрабатывать первую жилу, шахтеры приступили к добыче кадмия. Вскоре копи превратились в одно из самых опасных мест в Японии, которое стало ассоциироваться с криком «итай-итай!» – это междометие в японском языке выражает сильную боль.[21]
Кадмий расположен в периодической системе прямо под цинком, и два этих металла смешиваются в земной коре так, что их практически невозможно отличить друг от друга. Для очистки цинка, добытого в Камиоке, рудокопы поджаривали его, как кофе, и вываривали в кислоте, удаляя кадмий. По привычкам того времени, они сливали образовавшуюся кадмиевую взвесь прямо в реки или на землю. Оттуда кадмий проникал в грунтовые воды.[21]
Кадмий в научной и научно-популярной литературе[править]
Триметилуксусный кадмий получен был, насыщая <разбавленную водой> кислоту углекислым кадмием. Он довольно легко растворим и кристаллизуется в иглах, соединённых пучками.[22]
— Александр Бутлеров, «Свойства триметилуксусной кислоты и её производные», 5 апреля 1874
После различных проб я заметил, что кадмиевая соль высшей кислоты трудно растворима и может быть получаема в виде белого осадка, между тем как по прежним моим опытам я знал, что триметилуксусный кадмий сравнительно легко растворим в воде. Я думал воспользоваться этим свойством для получения высшей кислоты в чистом виде, но опыт не вполне оправдал мои ожидания; кадмиевая соль высшей кислоты, осаждая, увлекает за собой много триметилуксусного кадмия. Порции маслообразной кислоты, собранные при перегонке приблизительно в пределах 180-215°, были нейтрализованы углекислым калием, осаждены раствором сернокислого кадмия и собранный осадок разложен <серной> кислотой. Уже неполная одинаковость вида тех порций кадмиевой соли, которые осаждаются сначала, и тех, которые получаются под конец осаждения, указывала на то, что предположенная цель не была вполне достигнута.[22]
По своим свойствам кадмий сходен с цинком и обычно содержится как примесь в цинковых рудах. По распространенности в природе он значительно уступает цинку; содержание кадмия в земной коре составляет всего около 10-5% (масс.)
Получают кадмий из отходов цинкового производства путём обработки последних серной кислотой с последующим выделением металлического кадмия цинком.[3]:604
Кадмий представляет собой серебристо-белый, мягкий, ковкий, тягучий металл. В ряду напряжений он стоит дальше цинка, но спереди водорода и вытесняет последний из кислот. Поскольку Cd(OH)2 — слабый электролит, то соли кадмия гидролизуются и их растворы имеют кислую реакцию.[3]:605
Несмотря на сравнительно высокую стоимость, кадмий применяется для кадмированиястальных изделий, так как он несёт на своей поверхности оксидную пленку, обладающую защитным действием. В морской воде и в некоторых других условиях кадмирование более эффективно, чем цинкование.
При сильном накаливании кадмий сгорает, превращаясь в бурый оксид кадмия CdO. Гидроксид кадмия Cd(OH)2 в отличие от гидроксида цинка не обладает заметно выраженными кислотными свойствами и практически не растворяется в щелочах.[3]:605
Кадмий используется в щелочных аккумуляторах <...>, входит как компонент в некоторые сплавы. Например, сплавы меди, содержащие около 1% Cd (кадмиевая бронза), служат для изготовления телеграфных, телефонных, троллейбусных проводов, так как эти сплавы обладают большей прочностью и износостойкостью, чем медь.[3]:605
При делении урана цепной процесс может приобрести характер взрыва: именно это и происходит при взрыве атомной бомбы. Для получения же управляемой реакции деления необходимо регулировать скорость процесса, меняя число нейтронов, способных продолжать реакцию. Это достигается введением в реакционный объем стержней, содержащих элементы, ядра которых интенсивно поглощают нейтроны (к подобным элементам принадлежит, например, кадмий).[3]:108
Электролитическое выделение металла из раствора называется электроэкстракцией. Руда или обогащенная руда — концентрат — подвергается обработке определёнными реагентами, в результате которой металл переходит в раствор. После очистки от примесей раствор направляют на электролиз. Металл выделяется на катоде и в большинстве случаев характеризуется высокой чистотой. Этим методом получают главным образом цинк, медь и кадмий.[3]:291
Сплавы галлия с кадмием и оловом могли бы заменить ртуть в лампах дневного света, потому что весь их спектр лежит в видимой области, а ртутные лампы расходуют значительную часть энергии на невидимое, ультрафиолетовое излучение.[23]
— Евгений Свердлов, Владимир Василевский, «Рассеянные элементы», 1965
Роль отдельных микроэлементов далеко еще не изучена. Непонятно, скажем, зачем железы внутренней секреции накапливают уран. Какое отношение к интенсивности жизненных процессов имеет радий? Почему некоторые виды простейших организмов пристрастны к определенным элементам: лучевики ― к стронцию, корненожки ― к барию, моллюски, гребешки ― к кадмию? Классифицировать по составу! Эти факты пока ждут объяснения. Но уже сейчас очевидно, что химия организмов разных видов настолько индивидуальна, что могла бы быть использована, как полагает академик А. П. Виноградов, для биологической систематики.[7]
Изготовление «медного рубина» затрудняется непостоянством окраски, оттенок сильно зависит от условий варки. При изготовлении «селенового рубина» трудности создает выгорание самого селена и серы из сернистого кадмия, который также вводится в шихту.[24]
— Борис Казаков, «Элемент № 79 — золото», 1966
...настало время, когда техника тоже потребовала особо чистых веществ. Без них не могло, например, развиваться производство люминофоров. Наиболее распространенные люминофоры ― сульфиды цинка и кадмия. На их светоотдачу пагубно влияют примеси железа и меди. Содержание этих примесей необходимо было понизить до 0,0005%.[8]
Сегодня наряду со свинцовыми пользуются аккумуляторамижелезо-никелевыми, кадмий-никелевыми, серебряно-цинковыми и серебряно-кадмиевыми. <...> У так называемых безламельных кадмий-никелевых аккумуляторов (ими пользуются в радиотехнике) среднее количество циклов приближается к 3000 (а это ― 10 лет работы электромобиля), и удельные характеристики совсем не плохи. Кажется, чего же лучше? Но есть одно неумолимое требование к массовому источнику энергии ― доступная цена. К сожалению, существует очень простая закономерность: чем лучше характеристики аккумулятора, тем он дороже. <...> Что же касается безламельных кадмий-никелевых батарей, их стоимость определяется сложной технологией изготовления электродов, основанной на методах порошковой металлургии. Здесь уже ничего не поделаешь.[25]
Еще одно замечательное свойство ртути: способность растворять другие металлы, образуя твердые или жидкие растворы ― амальгамы. Некоторые из них, например амальгамы серебра и кадмия, химически инертны и тверды при температуре человеческого тела, но легко размягчаются при нагревании. Из них делают зубные пломбы[26]
— Борис Казаков, «Ртуть», 1968
К примеру, индий достаточно хорошо захватывает тепловые нейтроны, можно было бы использовать его как материал для регулирующих стержней в реакторах. Однако в справочнике по редким металлам он не фигурирует даже в числе возможных конструкционных материалов атомной техники ― слишком непрочен. (Правда, есть сведения, что за рубежом пытались делать регулирующие стержни из сплава серебра, кадмия и индия). <...> Индий нашёл применение и в производстве некоторых сплавов, особенно легкоплавких. Известен, например, сплав индия с галлием (соответственно 24 и 76%), который при комнатной температуре находится в жидком состоянии. Его температура плавления всего 16°C. Другой сплав, в состав которого вместе с индием входят висмут, свинец, олово и кадмий, плавится при 46,5° C и применяется для пожарной сигнализации.[10]
Бор ― не единственный элемент, хорошо поглощающий тепловые нейтроны, образующиеся при цепной ядерной реакции. Большей, чем у бора, способностью к захвату нейтронов обладают шесть элементов: самарий, европий, гадолиний, диспрозий, плутоний (изотопы Pu259 и Pu241) и кадмий. Но перед каждым из них у бора есть преимущества. Он стабилен, термостоек, не ядовит и достаточно распространён. Кадмий же плавится уже при 321°C, к тому же он токсичен. <...> Так что практически «конкурентом» бора при изготовлении регулирующих систем атомных реакторов может быть только кадмий, да и то не всегда.[12]
— Борис Горзев, «Что вы знаете и чего не знаете о боре и его соединениях», 1969
Конечно, сейчас писать о том, что к такому-то и такому-то месторождению привязались такие-то и такие-то древние металлические изделия, не так уж сложно. «Привязывать» было куда сложнее. Ведь хотя состав изделия и можно назвать зеркалом руды, но зеркало это ― кривое, и изображение в нем получается искаженное. Многие элементы, например цинк, кадмий, во время плавки <бронзы> улетучиваются; железо, молибден, титан переходят в шлак; мышьяк, сурьма, золото, серебро, наоборот, накапливаются в меди в бо́льших концентрациях, чем в руде. Иногда в меди появляются искусственные добавки, а при переплавке изделий металл из разных руд перемешивается… Всё это приходится учитывать. Но так или иначе, эта длительная, кропотливая работа теперь позади.[13]
Современные процессы очистки позволяют получать висмут, в котором примесь серебра минимальна ― не больше трех атомов на миллион. Зачем это нужно? Серебро, попади оно в зону ядерной реакции, будет, по существу, гасить ее. Ядра стабильного изотопа серебро-109 (на его долю в природном серебре приходится 48,65%) захватывают нейтроны и превращаются в бета-активное серебро-110. А бета-распад, как известно, приводит к увеличению атомного номера излучателя на единицу. Таким образом, элемент №47 превращается в элемент №48 ― кадмий, а кадмий ― один из сильнейших гасителей цепной ядерной реакции.[11]
— Борис Казаков, «Серебро», 1969
Окружной врач Ролов отличался крутым нравом. Так, в 1817 году он приказал изъять из продажи все препараты с окисью цинка, вырабатываемой на шенебекской фабрике Германа. По внешнему виду препаратов он заподозрил, что в окиси цинка есть мышьяк! (Окись цинка до сих пор применяют при кожных заболеваниях; из нее делают мази, присыпки, эмульсии.) Чтобы доказать свою правоту, строгий ревизор растворил заподозренный окисел в кислоте и через этот раствор пропустил сероводород: выпал жёлтый осадок… Сульфиды мышьяка как раз жёлтые!.. Владелец фабрики стал оспаривать решение Ролова. Он сам был химиком и, собственноручно проанализировав образцы продукции, никакого мышьяка в них не обнаружил. Результаты анализа он сообщил Ролову, а заодно и властям земли Ганновер. Власти, естественно, затребовали образцы, чтобы отправить их на анализ кому-либо из авторитетных химиков. Решили, что судьей в споре Ролова и Германа должен выступить профессор Фридрих Штромейер, занимавший с 1802 года кафедру химии в Геттингенском университете и должность генерального инспектора всех ганноверских аптек. Штромейеру послали не только окись цинка, но и другие цинковые препараты с фабрики Германа, в том числе ZnC03, из которого эту окись получали. Прокалив углекислый цинк, Штромейер получил окись, но не белую, как это должно было быть, а желтоватую, владелец фабрики объяснял окраску примесью железа, но Штромейера такое объяснение, не удовлетворило. Закупив побольше цинковых препаратов, он произвел полный их анализ и без особого труда выделил элемент, который вызывал пожелтение. Анализ говорил, что это не мышьяк (как утверждал Ролов), но и не железо (как утверждал Герман). Это был новый, не известный прежде металл, по химическим свойствам очень похожий на цинк. Только гидроокись его в отличие от Zn(OH)2 не была амфотерной, а имела ярко выраженные основные свойства. В свободном виде новый элемент представлял собой белый металл, мягкий и не очень прочный, сверху покрытый коричневатой пленкой окисла. Металл этот Штромейер назвал кадмием, явно намекая на его «цинковое» происхождение: греческим словом καδμεία издавна обозначали цинковые руды и окись цинка.[14]
Вскоре после Штромейера другой немецкий химик Г. Керстен нашел новый элемент в силезской цинковой руде и назвал его меллином (от латинского mellinus ― «желтый, как айва», ― из-за цвета осадка, образующегося под действием сероводорода). Но это был уже открытый Штромейером кадмий. Позже этому элементу предлагали еще два названия ― клапротий, в честь известного химика Мартина Клапрота, и юнонин ― по имени открытого в 1804 году астероида Юноны. Но утвердилось все-таки название, данное элементу его первооткрывателем. Правда, в русской химической литературе первой половины XIX века кадмий нередко называли кадмом.[14]
Сульфид кадмия, CdS был, вероятно, первым соединением элемента №48, которым заинтересовалась промышленность. <...> Цвет ― от светло-желтого до оранжево-красного (в зависимости от способа приготовления). В воде этот сульфид практически не растворяется, к действию растворов щелочей и большинства кислот он тоже устойчив. А получить CdS довольно просто: достаточно пропустить, как это делали Штромейер и Ролов, сероводород через любой раствор, содержащий ионы Cd2+. <...> CdS ― важный минеральный краситель. Раньше его называли кадмиевой желтью.[14]
Наиболее резкий скачок в производстве этого элемента пришелся на сороковые годы нашего столетия. Именно в это время кадмий превратился в стратегический материал, из него стали делать регулирующие и аварийные стержни атомных реакторов. В популярной литературе можно встретить утверждение, что если бы не эти стержни, поглощающие избыток нейтронов, то реактор пошел бы «вразнос» и превратился в атомную бомбу. Это не совсем так. Для того, чтобы произошел атомный взрыв, нужно соблюдение многих условий <...>. Столь же неточно утверждение <...>, что для изготовления стержней и регулировки потока нейтронов кадмий ― самый подходящий материал. Если бы перед словом «нейтронов» было ещё и «тепловых», вот тогда это утверждение стало бы действительно точным.[14]
Кадмий на первых порах оказался главным «стержневым» материалом прежде всего потому, что он хорошо поглощает тепловые нейтроны. Все реакторы начала «атомного века» (а первый из них был построен Энрико Ферми в 1942 году) работали на тепловых нейтронах. Лишь спустя много лет выяснилось, что реакторы на быстрых нейтронах более перспективны ― и для энергетики, и как производители ядерного горючего ― плутония-239. А против быстрых нейтронов кадмий бессилен, он их не задерживает. Поэтому не следует преувеличивать роль кадмия в реакторостроении. А ещё потому, что физико-химические свойства этого металла (прочность, твёрдость, термостойкость ― его температура плавления всего 321°C) оставляют желать лучшего. <...> Кадмий был первым «стержневым» материалом. Затем на первые роли стали выдвигаться бор и его соединения.[14]
Всем известна оцинкованная жесть, но далеко не все знают, что для предохранения железа от коррозии применяют не только цинкование, но и кадмирование. Кадмиевое покрытие сейчас наносят только электролитически, чаще всего в промышленных условиях применяют цианидные ванны. Раньше кадмировали железо и другие металлы и погружением изделий в расплавленный кадмий.[15]
Несмотря на сходство свойств кадмия и цинка, у кадмиевого покрытия есть несколько преимуществ: оно более устойчиво к коррозии, его легче сделать ровным и гладким. К тому же кадмий, в отличие от цинка, устойчив в щелочной среде. Кадмированную жесть применяют довольно широко, закрыт ей доступ только в производство тары для пищевых продуктов, потому что кадмий токсичен. У кадмиевых покрытий есть еще одна любопытная особенность: в чистой атмосфере сельских местностей они обладают значительно большей коррозийной устойчивостью, чем в атмосфере промышленных районов. Особенно быстро такое покрытие выходит из строя, если в воздухе повышенное содержание сернистого или серного ангидридов.[15]
Поскольку кадмий недостаточно стоек к действию кислот, в том числе, и содержащихся в смазочных материалах органических кислот, иногда подшипниковые сплавы на основе кадмия покрывают индием. Припои, содержащие элемент № 48, довольно устойчивы к температурным колебаниям. Легирование меди небольшими добавками кадмия позволяет делать более износостойкие провода на линиях электрического транспорта. Медь с добавкой кадмия почти не отличается по электропроводности от чистой меди, но зато заметно превосходит ее прочностью и твёрдостью.[15]
К сожалению, разделить восемь изотопов кадмия намного сложнее, чем два изотопа бора… Регулирующие и аварийные стержни не единственное место «атомной службы» элемента№ 48. Его способность поглощать нейтроны строго определенных энергий помогала и помогает исследовать энергетические спектры полученных нейтронных пучков. С помощью кадмиевой пластинки, которую ставят на пути пучка нейтронов, определяют, насколько этот пучок однороден (по величинам энергии), какова в нем доля тепловых нейтронов...[14]
Твёрдые растворы ― это редкость. Если в солёную воду бросить кусок сахара, он превосходно растворится. Выпарим воду; на дне чашки обнаружатся мельчайшие кристаллики соли и сахара. Соль с сахаром не дают твердых растворов. Можно расплавить в одном тигле кадмий с висмутом. После охлаждения мы увидим в микроскоп смесь кристалликов кадмия и висмута. Висмут и кадмий тоже не образуют твёрдых растворов.[27]
Токсичность разных соединений кадмия может очень сильно отличаться. Например, оксид кадмия – очень ядовит, вдыхание его паров или пыли опасно даже в малых концентрациях. В то же время тысячи художников по всему миру использовали и используют краски жёлтых и красных оттенков, состоящие преимущественно из сульфида кадмия, хотя симптомов острого отравления этим металлом у них обычно не наблюдается, почему?
Во-первых, сульфид кадмия – весьма инертное вещество, нерастворимое в воде и устойчивое к высоким температурам. Это, собственно, и определило его роль как распространённого жёлтого, красного или оранжевого пигмента. Поэтому, просто потрогав руками такой краситель, получить сколь-либо опасную дозу кадмия, скорее всего, не получится. Хотя можно повысить «усвояемость» сульфида кадмия, растерев его в порошок, либо сжигая в костре холсты с осенними пейзажами и находясь при этом с подветренной стороны от костра.[19]
— Максим Абаев, «Кадмий», 2007
Самый лёгкий из наиболее токсичных элементов – кадмий, чья дурная слава восходит к истории древних копей, расположенных в центральной Японии. Рудокопы начали добывать драгоценные металлы на приисках в Камиоке в 710 году. В течение следующих веков оттуда извлекали золото, свинец, серебро и медь, пока страной владели сначала многочисленные сёгуны, а потом – промышленные магнаты. Но только через двенадцать веков после того, как в Камиоке начали разрабатывать первую жилу, шахтеры приступили к добыче кадмия. Вскоре копи превратились в одно из самых опасных мест в Японии, которое стало ассоциироваться с криком «итай-итай!» – это междометие в японском языке выражает сильную боль.[21]
...через десять лет Япония вступила в Первую мировую войну. Страна остро нуждалась в металлах, в особенности в цинке – для изготовления брони, самолетов и амуниции. Кадмий расположен в периодической системе прямо под цинком, и два этих металла смешиваются в земной коре так, что их практически невозможно отличить друг от друга. Для очистки цинка, добытого в Камиоке, рудокопы поджаривали его, как кофе, и вываривали в кислоте, удаляя кадмий. По привычкам того времени, они сливали образовавшуюся кадмиевую взвесь прямо в реки или на землю. Оттуда кадмий проникал в грунтовые воды.
Сегодня никто не стал бы избавляться от кадмия таким примитивным способом. Кадмий очень ценен, так как используется для антикоррозионной защиты батарей и деталей компьютеров. Кроме того, кадмий издавна применяют в красителях, дубильных добавках и припоях. В XX веке блестящей кадмиевой оболочкой украшали модные столовые сервизы. Но основная причина запрета на выброс кадмия в окружающую среду заключается в том, что этот металл чрезвычайно токсичен.[21]
Кадмий в публицистике и документальной литературе[править]
Электронная формула кадмия
Автомобиль еще только замедляет ход перед въездом на заводскую территорию, а ворота перед ним уже распахиваются, будто «по щучьему велению». Сигнал открыть ворота дала маленькая таблетка сульфида кадмия ― прибор, называемый полупроводниковым фотосопротивлением. Это первая продукция завода полупроводниковых приборов, недавно созданного в Таллине. Принцип работы здесь тот же, что и у обычного фотоэлемента. Подъехав к воротам, машина пересекла световой луч, идущий от электрической лампочки к маленькой трубочке с заключенным внутри фотосопротивлением. Лишенный света полупроводниковый прибор дал сигнал открыть ворота.[4]
Поиски первопричины гипертонической болезни продолжаются. В последнее время подозрения некоторых врачей падают на элемент кадмий. Он обладает способностью накапливаться в почках, принимающих важное участие в регуляции артериального давления в организме человека. Кадмий в довольно больших количествах содержится в задымленном городском воздухе. В тех городах, где его содержание в воздухе особенно велико (Нью-Йорк, Чикаго, Филадельфия), смертность от сердечно-сосудистых заболеваний весьма высока. У некоторых жителей Африканского нагорья в крови и почках гораздо меньше кадмия, чем у их соплеменников, живущих в городах, и гипертония у них встречается весьма редко. Эксперименты, проведенные на крысах в специальных лабораториях, построенных вдали от города, показали, что если грызунам давать пить воду с примесью кадмия, то артериальное давление у них повышается, а продолжительность жизни снижается.[9]
— Борис Горзев, «Кадмий ― причина гипертонии?», 1968
Два года назад в одном известном журнале появилась заметка, которая называлась «Кадмий и сердце». В ней говорилось, что доктор Кэррол ― сотрудник службы здравоохранения США ― обнаружил зависимость между содержанием кадмия в атмосфере и частотой смертельных случаев от сердечно-сосудистых заболеваний. Если, скажем, в городе А содержание кадмия в воздухе больше, чем в городе Б, то и сердечники города А помирают раньше, чем если бы они жили в городе Б… Такой вывод Кэррол сделал, проанализировав данные по 28 городам. Между прочим, в группе «А» оказались такие центры, как Нью-Йорк, Чикаго, Филадельфия… Так в очередной раз предъявили обвинение в отравительстве элементу, открытому в аптечной склянке![14]
Отмечено, что уже загрязнённые участки чрезвычайно медленно освобождаются от тяжёлых металлов. Для кадмия период полувыведения из почвы (т. е. уменьшения его концентрации вдвое) составляет более 1000 лет. <...>
Число пострадавших от отравления кадмием и ртутью людей составляет много сотен, из которых более 10 процентов погибло, многие остались инвалидами. Эти трагические события служат грозным сигналом против бездумного обращения с тяжёлыми металлами. Тем более, что вредное воздействие не носит эпизодического характера. В течение многих десятков лет после загрязнения ртуть поступает в воду и организм ее обитателей из донных отложений.[16]
Доказано, что при наличии в атмосфере около трех микрограммов свинца в кубометре его содержание в крови достигает 30 микрограммов на 100 миллилитров. Уровни загрязнения воздуха кадмием ниже, чем свинцом. Установлено, что в организме женщин кадмия больше, чем у мужчин, а свинца меньше, что связывают с различным метаболизмом этих металлов. В целом поражение воздушного бассейна городов прямо пропорционально степени урбанизации, плотности населения и интенсивности транспортных потоков. На Северную Америку и Европу тяжёлых металлов с атмосферными осадками выпадает до одного килограмма на квадратный километр.[16]
В середине апреля нынешнего <1997> года в нашей ядерной столице Арзамасе-16 произошла авария. В лаборатории стабильных изотопов разгерметизировалась вакуумная линия, и демитил кадмия вырвался наружу. Мгновенно соединяясь с воздухом, он поражает дыхательные пути. Людей госпитализировали. Кадмий в первую очередь повинен в болезни итаи-итаи, которую обнаружили японские врачи. Происходит размягчение костей, деформация скелета. Кадмий вызывает атеросклероз, поражает почки и половые органы. Как и свинец, он накапливается в организме и не любит его покидать. Опять-таки, как свинец, лучше всего он выводится с материнским молоком, что ещё раз доказывает его коварство. Помочь справиться с этой отравой может цинк. Биохимики приметили: чем больше в организме цинка, тем меньше свинца. Цинк, очевидно, элемент для нас очень важный.[17]
Кадмий является ядом с кумулятивным действием, и Всемирная Организация Здравоохранения установила минимальный порог допустимого попадания кадмия в желудочно-кишечный тракт на уровне 70 микрограммов в сутки. Потребление следовых количеств кадмия неизбежно, потому что он содержится в пищевых сельскохозяйственных культурах. Как он туда попадает? Осадок сточных вод и фосфаты, применяемые в качестве удобрений, могут содержать и содержат кадмий. В результате в одном гамбургере может содержаться до 30 микрограммов кадмия, потому что кадмий содержится в траве, растущей на пастбищах, а в траву кадмий, естественно, попадает из почвы. Каменный уголь также содержит соединения кадмия, которые попадают в атмосферу, а затем вместе с осадками выпадают на землю и проникают в почву. Кадмий может выделяться из никель-кадмиевых аккумуляторов, хотя современные средства контроля позволяют сводить эти потери к минимуму. Кадмий также содержится в виде примесей в цинковой руде, и некоторое количество кадмия выделяется в атмосферу при добыче руды и при выплавке цинка.[20]
— Джо Шварц, «Загадки современной химии. Правда и домыслы», 2008
Классический случай токсичности кадмия, находящегося в окружающей среде, произошел в самом начале двадцатого века, хотя его причина была выяснена только в шестидесятые годы. Было совершенно очевидно, что что-то неладное происходило в бассейне реки Дзиндзу и ее притоков в префектуре Тояма <Япония>. Люди заболевали, кричали от боли и преждевременно умирали. Подозрение пало на реку и компанию «Мицуи», которая в течение многих лет сбрасывала сточные воды своих предприятий в реку. Земли гор вверх по течению реки богаты полезными ископаемыми, рудами, содержащими серебро, свинец, медь и цинк. Шахты в этой местности работали несколько столетий. Потребность в этих металлах резко возросла в двадцатом веке, и сточные воды предприятий все в больших масштабах сбрасывались в реку, включая и отходы кадмиевой руды.
Воду реки использовали для орошения рисовых полей, а так как рис эффективно поглощает кадмий, то металл накапливался в продовольствии и в организмах местных жителей. Результатом стала эпидемия болезни итай-итай. Истинная причина заболевания — отравление кадмием, была выявлена только в 1965 году, но уже в сороковые годы стало ясно, что болезнь каким-то образом связана с употреблением речной воды, и горнодобывающие компании стали сохранять отходы, перестав сбрасывать их в реку. Заболеваемость резко снизилась, но никто не знает, сколько жертв на счету местных шахт, которые загрязняли окружающую среду с шестнадцатого века, когда началась добыча металлов на реке Дзиндзу.[20]
— Джо Шварц, «Загадки современной химии. Правда и домыслы», 2008
В 1966 году в Англии один строительный рабочий умер, а несколько других тяжело заболели в результате отравления дымом, содержавшим соединения кадмия. Рабочие использовали автоген для удаления болтов при разборке вспомогательных конструкций, возведенных при строительстве моста. Распространенная практика при строительстве мостов заключается в нанесении электролитического покрытия стальных болтов кадмием, в особенности, болтов, контактирующих с соленой водой, так как кадмий реагирует с солью, образуя непроницаемую пленку хлорида кадмия. В этом случае люди вдохнули кадмий, испарившийся с поверхности болтов, что и вызвало острое отравление.[20]
— Джо Шварц, «Загадки современной химии. Правда и домыслы», 2008
Кадмий в мемуарах, письмах и дневниковой прозе[править]
Дрожит деревянное здание дробилки, мощные щёки из марганцовистой стали сжимают в своих неумолимых тисках серую, невзрачную руду. Грязный водный поток увлекает растёртую руду по желобам на большие столы, ― они медленно, как-то неверно качаются, то содрогаясь судорожными движениями, то снова плавно покачиваясь на своих неустойчивых осях. Дрожат, мечутся в беспорядке кусочки руды: одни, что полегче, уносятся в потоках воды, другие тяжело падают на дно, расстилаясь по поверхности стола. Вот полоса чёрной цинковой руды, она занимает почти весь стол, ― руда редких металлов: кадмия, галлия и индия.[2]
Я не упомянул о новых таинственных применениях кадмия, скрыл от читателей замечательные лечебные свойства атомов таллия ― и все они толпились около меня, недовольные, сердитые, полные задора и требований…[2]
Дискуссия и разговор с Зин<овием> Григ<орьевичем> Пинскером и его помощницей Людм<илой> Ив<ановной> Татариновой о кристаллизации йодистого кадмия CdJ2. Я ясно увидел насколько я отстал в оценке достижений кристаллохимии. По-видимому, накопился материал, который в корне заставляет переработать мои давным-давно сложившиеся представления о полиморфизме как физическом состоянии кристаллического вещества. CdJ2 даёт два тела <и даже одновременно> одинаковых по симметрии относ<ящихся> к одному и тому же кристалл<ическому> классу, но разного строения. Надо глубже продумать. CdJ2 взят как модель для каолина.[28]
На курсе был парень с недостатком речи: ко всем согласным, кроме шипящих, привязывалось «х» ― последствие волчьей пасти в младенчестве. Для обычного, разговорного общения ― лёгкие помехи, не больше. Но на экзаменах или на таких зачетах, как анализ, он сводил артикуляцию до уровня невоспринимаемого и непереносимого. Подходил с листочком к преподавателю и, не выпуская из рук, произносил: «Хахий, хахий, хахий и хохий». Это должно было значить «калий, натрий, магний и кобальт». Это могло значить «кальций, барий, кадмий и молибден». Даже на купрум и висмут годились хахий и хохий.[29]
— Анатолий Найман, «Славный конец бесславных поколений», 1994
Кадмий в беллетристике и художественной прозе[править]
Кадмий в гранулах
И вдруг подавил он трубочку белую, ― из неё так и выскочила, как червячок, оранжевая краска. Старик повозил ее кисточкой по дощечке и ляп-ляп ― вдруг загорелись, как живые, макушки собора. От удивления, от крайнего восторга у Кольки как разинулся рот, так и не хотел очень долго закрыться. Эта яркая краска, от которой, как живая, стала церковь, эта золотая краска в серебряной трубочке его приковала… Тут же, около ящичка с другими красками, была на землю брошена эта трубочка. И вот Колька присел на корточки так, что прочный большой палец его правой ноги пришелся как раз к этой трубочке, и он, не сводя глаз своих с незлых чёрных глаз художника, занятого своим этюдом, начал осторожно двигать этим пальцем, чтобы подтянуть трубочку под ступню. Все не закрывая рта, как причарованный, глядел он на художника, и, заметив его взгляд, самодовольно говорил старик:
― Да-с… Вот так-то, брат Колька… Называется это ― жи-во-пись… Живопись называется… От тебя же я все-таки смиренно жду, что ты мне такое велемудрое расскажешь…
― На кой? ― хрипло выдавил из себя Колька, чувствуя уже трубочку под ногою.
― Как «на кой»?.. В поученье! ― балагурил художник. А Колька, все не сводя с него глаз, уже захватил осторожно серебряную трубочку с золотой краской левой рукою, но, захвативши, он не мог усидеть спокойно. Он вскочил и бросился бежать, и тут же заметил у него в руке свой тюбик кадмия художник, и он тоже вскочил.
― Ку-да-а?.. Куда взял?.. Ты-ы!..[30]
― Посадите на моей могилке желтые цветы. Яростно люблю кадмий.
Реплика означает выздоровление; Черимов терпеливо прислушивается к стариковской воркотне. Выздоравливающие болтливы, как дети.
― Вы еще порядком побузите на этом свете, Сергей Андреич.[1]
Там, за голыми сучьями тополей, падая с зенитной высоты, наступала ночь, и только где-то вдали, на закраинах горизонта, еще желтела смутная полоска неба, жёлтая ― как жёлт по осени тугой гусиный жирок. То был любимый его цвет, кадмий; он напоминал ему о природе, о гусиных перелетах, об охотах, на которые езживал в молодости, о сугробистых перелесках с можжевелиной на опушке, о том жадном, головокружительном волненье, с каким смотрит горожанин на незатоптанные одуванчиковые полянки.[1]
Оно уже скрылось, но все еще длилось воспаление неба; сумерки были ― точно осыпался огненный цветок; и на всем ― на листве ближнего дерева и на одинокой кровле за ним, на облачках и даже в самом воздухе ― еще тлели пламенные его лепестки. Федор молчал, он ничего не мог прибавить к этому, уже сказанному.
― Что это? ― спросил брат, ткнув свечкой в направлении холста.
― Это?.. закат. ― И смутился.
― Нет, я не о том. Краска какая?
― Это кадмий.
― Хм, не узнаю кадмия, ― грубовато отрезал Сергей Андреич. ― С чем ты его мешал?
― Может быть, со старостью моей? ― тихо спросил Фёдор.[1]
Чёрная бронза ― особенно твёрдый сплав меди с редким металлом. Древние металлурги умели путём прибавления к бронзе цинка, кадмия и других металлов получать сплавы высокой твёрдости.[31]
― Что? Нет, нет! Это не дневной свет, не лампы дневного света, которые освещают подземный вестибюль метро. Здесь краски… Что? Вы слышали? Даже видели, как стена и платье светятся красками в темноте? Но это вовсе не то. Стена, стул, платье… если к их окраске подмешать соли кадмия и цинка и облучить ультрафиолетовыми лучами, станут светиться. Это люминесценция.[32]
― Вам когда-нибудь приходилось заниматься научной работой?
― А вам когда-нибудь давали задание найти за год залежи, допустим, кадмия?
Они посмотрели друг другу в глаза и засмеялись.
― Вы ждёте, чтобы я назвал срок? ― спросил Богдановский.[5]
Во всяком случае, то, что представляет для нас ценность, что добывается из недр земных, несомненно, хранит в себе и океан. Бесспорно, что найдутся и многие другие элементы: просто пока мы еще не научились анализировать столь слабые растворы. Но, некоторые из них, как, например, кадмий и титан, хром и германий и многие другие, обнаружены в тканях растений и животных ― обитателей моря. Где же они взяли их, как не в морской воде?[33]
Можно бы для скорости обработать камень копировальной машиной и потом уж довести, но долго искать материал и… нужны деньги. По той же причине не могу отлить ее в особом бронзовом сплаве с добавкой серебра и кадмия, открытом мастерами древности. Он не даёт усадки, точно воспроизводит форму, стоек, твёрд и обладает цветом кожи Тиллоттамы. Но, может быть, наберу в долг на обычную бронзу. Дымок сигарет тянулся в окно, и все смотрели на погрустневшего индийца, не отводившего глаз от своего творения.[6]
— Что? — Сергей вдруг понял, что с Владимиром Генриховичем что-то очень серьезное.
— Сильнейшее отравление кадмием. Состояние критическое. Шансов — один из ста. Мы делаем все возможное, но, сами понимаете… — врач тяжело вздохнул и развел руками.
— Кадмием? — удивился Сергей. — Откуда он взялся?
— Это вы у меня спрашиваете? Отравление такой степени может произойти только при непосредственном контакте с металлом. Судя по всему, через слизистую полости рта. Не дома, конечно. Это исключено. Такое возможно только где-нибудь на заводе, в цехах по переработке цинковых руд, не знаю… Где работает больной?
— Он директор супермаркета, — сказал, поражённый известием Моисеев.
— Ума не приложу — откуда в супермаркете кадмий? — пожал плечами врач. — Во всяком случае мы немедленно сообщим о происшествии в СЭС. Они проведут во всех помещениях магазина необходимые исследования. Нужно обязательно выявить источник отравления. Иначе, сами понимаете, могут быть другие жертвы.[18]
“Кадмий, кадмий, кадмий! — крутилось в его голове. — При непосредственном контакте! Бред какой-то, ей богу! Откуда ему взяться? — Моисеев вдруг замер. — Ну да, кадмий. В его практике уже был такой случай — известного банкира отравили каким-то тяжёлым металлом, зарядив его в телефонную трубку. Умер, не приходя в себя. “Мадам Бовари”, мышьяк, судороги… Тихая смерть на больничной койке, и не надо никаких киллеров с автоматами и винтовками, автомобильных аварий, крушений самолётов и прочих дурацких эффектов.[18]
Сергей вышел из дверей СЭС, пересек тротуар и поднял руку, ловя машину. Ему нужно было срочно в больницу. В СЭС подтвердили его худшие опасения. В верхнем колпачке “Паркера” оказался крохотный контейнер с кадмием. В ручке был хитроумный, не видимый на первый взгляд механизм, который открывал контейнер только тогда, когда владелец “Паркера” начинал писать, надавливая на перо. Барышни В СЭС слегка охренели, когда открылась тайна ручки. Тут же стали звонить в милицию, чтобы сообщить о случившемся. Уголовное преступление было на лицо. Теперь оставалось выяснить только одно — кто подарил Владимиру Генриховичу эту ручку. Впрочем, Сергей догадывался — кто. Ну, а если найдутся свидетели и удастся доказать, что Евгений Викторович в день рождения преподнес своему директору смертельно опасный подарок, тогда ему долго горевать возле тюремной параши. Попытка убийства — это вам не шуточки! А, может, уже и не попытка…! Сергей нахмурился.[18]
↑ 12345Леонов Л.М., Собрание сочинений в 10-ти томах. Том 5. - М.: «Художественная литература», 1983 г.
↑ 123А.Е.Ферсман. «Воспоминания о камне». — М.: Издательство Академии Наук СССР, 1958 г.
↑ 12345678Н. Л. Глинка. Общая химия: Учебное пособие для вузов (под. ред. В.А.Рабиновича, издание 16-е, исправленное и дополненное). ― Л.: Химия, 1973 г. ― 720 стр.
↑ 12Н. Храброва. Есть полупроводниковые приборы! — М.: «Огонёк», № 2, 1959 г.
.JPG)
