Separace zinku a kadmia. Metoda extrakce zinku a kadmia z vodných roztoků elektrolytů. Sedm barev duhy

V přírodě se vyskytují ve formě sulfidických rud: ZnS - zinková směs, ZnS . CdS je greenockit, ZnCO 3 je galmium. Proces získávání zinku a kadmia z rud probíhá ve dvou fázích. Nejprve se sulfid přemění na oxid spalováním na vzduchu a poté se oxid kovu redukuje uhlím:

2ZnS + 302 = 2ZnO + 2SO2

ZnO + C = CO + Zn

Kovové páry vzniklé při poslední reakci jsou unášeny proudem CO a kondenzují v kondenzátorech.

Kromě redukce oxidu zinečnatého uhlíkem se k izolaci kovu často používá elektrolýza. V tomto případě se kalcinovaný oxid rozpustí v kyselině sírové. Výsledný roztok ZnSO 4 slouží jako elektrolyt, ze kterého se na katodě ukládá zinek.

Chemické vlastnosti

1. Zinek a kadmium jsou aktivní kovy. Reagovat s halogeny, kyslíkem, sírou. Neinteragujte s dusíkem, vodíkem, uhlíkem.

2. Snadno rozpustný ve zředěných kyselinách:

4Zn + 10HNO 3 = 4Zn(NO 3) 2 + NH4NO3 + 3H20

3. Pouze zinek se rozpouští v alkáliích:

Zn + 2NaOH + 2H20 \u003d Na2 + H2

4. Oxidy zinku a kadmia – žáruvzdorné bílé prášky, špatně rozpustné ve vodě. Získává se tepelným rozkladem hydroxidů nebo uhličitanů:

Cd (OH) 2 \u003d CdO + H20

5. Hydroxid zinečnatý amfoterní:

Zn(OH)2 + 2NaOH \u003d Na2

6. Soli zinku a kadmia jsou většinou bezbarvé, kromě sulfidu kademnatého CdS (světle žlutá), který se používá jako nátěrová hmota. Získání CDS:

CdCl2 + Na2S \u003d CdS + 2NaCl

Jako bílá barva je použita směs ZnS + BaSO 4 - lithopon a zinková běloba - ZnO. Zn a Cd se používají ve slitinách (bronz, mosaz) a jako ochranné povlaky na oceli.

Rtuť

V přírodě se vyskytuje ve formě minerálu HgS - rumělka a v nativním stavu. Získává se pražením sulfidu:

HgS + O2 \u003d Hg + SO2

Páry rtuti jsou velmi toxické, jejich MPC ve vzduchu je 0,005 mg/m 3 .

Pomoc

Každá zkušební otázka může mít více odpovědí od různých autorů. Odpověď může obsahovat text, vzorce, obrázky. Autor zkoušky nebo autor odpovědi na zkoušku může otázku smazat nebo upravit.

Pozice prvků ze skupiny zinku jako členů řady přechodných kovů byla diskutována dříve (viz část. Podskupina IB a Přechodové prvky). Valenční elektron, který je odlišuje od prvků podskupiny IB, sice vstupuje do ns-úrovně a každý z nich má vyplněný (n1)d 10-orbital, přesto se od podskupin B velmi liší svými chemickými a fyzikální vlastnosti; zároveň je zde jistá podobnost s přechodnými kovy. Existuje tedy analogie s prvky podskupiny IIA, všechny vykazují oxidační stav II. Tyto přechodné kovy mají relativně nízkou hustotu, nízké teploty tání a varu, takže vykazují podobnosti s nepřechodnými kovy. Teploty tání a varu se obecně zvyšují směrem ke středu řady přechodných kovů a poté postupně, ale nepravidelně klesají, proto by kovy, které doplňují řadu přechodných prvků, měly mít relativně nízké hodnoty těchto hodnot, které vidíme v tabulce. 18. Je však překvapivé, že u těchto prvků jsou iontové poloměry M2+ menší než iontové poloměry M+ prvků podskupiny IB, ačkoliv kovový poloměr je znatelně větší. Neočekávané zvýšení atomového poloměru zinku porušuje vzor kontrakce počínaje podskupinou IIIB podél řad přechodných kovů. Velké hodnoty ionizačních potenciálů (energie vynaložené na uvolnění vnějších elektronů z atomu v plynném stavu) pro prvky podskupiny IIB vypadají podivně na pozadí snadnosti, s jakou Zn a Cd reagují s redukujícími kyselinami (např. s HC1), vytěsnění vodíku. Vyčerpávající vysvětlení je nad rámec této diskuse, důvod však souvisí se skutečným množstvím energie uvolněné při tvorbě iontů v roztoku (energie hydratace).
Dalším trendem, který je odlišuje od netranzitivních prvků, tzn. prvků podskupin A je, že zinek vykazuje pouze oxidační stupeň II a kadmium realizuje oxidační stupeň II jako nejstabilnější, ale může poskytovat sloučeniny s oxidačním stavem I, a konečně oba oxidační stavy jsou stabilní pro rtuť (I a II). Tato tendence vykazovat nízké oxidační stavy není charakteristická pro nepřechodné prvky. Elektronový pár 6s2 rtuti je svým chováním blízký inertnímu elektronovému páru. Například v bismutu inertní elektronový pár stabilizuje stav v nejnižším oxidačním stavu III a destabilizuje stav V. Každý prvek si zachovává vnitřní vyplněnou vrstvu 18 elektronů, protože tyto elektrony se nepodílejí na tvorbě chemické vazby. V této podskupině je větší podobnost mezi Zn a Cd než mezi Cd a Hg, přičemž u netranzitivních prvků se naopak první člen podskupiny liší od ostatních. Zinek a kadmium nejsou tak jasně odlišeny jako měď a stříbro. Mezi podskupinami IB a IIB je malá podobnost, přičemž prvky podskupiny IIB jsou reaktivnější. První členy skutečně mají výrazně vyšší potenciál elektrod.
Extrakce kovů z jejich sulfidických rud není příliš obtížná, protože všechny sulfidy lze snadno oxidovat na oxidy a poté jsou oxidy redukovány uhlíkem nebo kovem během tepelného zpracování. Před zpracováním se ruda sulfidu zinečnatého (sfalerit nebo zinková směs) obohatí, po hrubém mletí na velikost štěrku se přidá k homogennímu kalu (ve velkých nádržích) sestávajícím z ferosilicia FeSi (získaného v pecích ocelářského průmyslu) . Hustota této kapalné kaše je dostatečná pro plavení křemičitého materiálu z těžších sulfidových rud ZnS v přítomnosti nečistot PbS. Dalšího obohacení rudy se dosáhne po pěnové flotaci. Sulfid zinečnatý je přeměněn na ZnO pražením a poté redukován na kov koksem při teplotách dostatečných k odpaření zinku z redukční zóny. Pokud bylo v rudě přítomno kadmium, dochází k jeho oddělení kvůli jeho větší těkavosti. Čistý zinek se získává elektrolýzou, podobnou procesu rafinace mědi. Rtuť může být jak ve volném stavu, tak vázaná ve formě rumělky HgS. Při výpalu na vzduchu se kov z pece vypařuje, protože HgO je při teplotách výpalu nestabilní a za uvolňování kyslíku se rozkládá na rtuť. Sulfidová síra tvoří SO2. Znečištěný materiál se čistí vymačkáním přes semišový filtr, následuje ošetření kyselinou dusičnou a opakovaná destilace bez přístupu vzduchu.
viz také ZINKOVÝ PRŮMYSL.
Aplikace. Kovy podskupiny nacházejí různé využití. Velké množství zinku se používá pro ochranu železa a oceli proti korozi. Kovový zinek je poměrně aktivní, ale zpočátku se ze základního uhličitanu Zn2(OH)2CO3 vytvoří za přirozených podmínek inertní ochranný povlak. Zinkový povlak lze získat různými způsoby ponořením do horka, jako u elektrolytických metod, odpařováním zinku s následnou kondenzací na povrchu, který má být chráněn, stříkáním, stříkáním, stříkáním a sušením formovaného materiálu ve velkých pecích. Hodně zinku se spotřebuje při výrobě bronzů a mosazí z mědi a zinku (viz tabulka 17b). Tyto slitiny se používají pro zajištění vysoké odolnosti proti korozi, například manganový bronz (90 % Cu, 5 % Zn, 3 % Sn a 2 % Mn) je zvláště odolný proti korozi. Kadmium je jednou z metod protikorozní ochrany ocelových povrchů, ale tento povlak není odolný vůči kyselinám. Kadmium se používá v technologii nízkotavitelných slitin, například Woodova slitina (12,5% Cd), Lipovichova slitina (10% Cd). Kromě toho se kadmium často přidává do ložiskových slitin. Všechny kovy podskupiny IIB jsou široce používány v technologii akumulátorů a baterií. Například zinek se používá jako plášť v suchých bateriích, kde plní dvojí funkci nádoby a anody; kadmium se používá jako anoda v nikl-kadmiových článcích, jako je Edisonova alkalická baterie, ve které je umístěna kadmiová anoda místo železné; oxid rtuťnatý (II) se používá v rtuťových článcích; ve standardním Westonově článku je anodou Cd-Hg amalgám a elektrolytem je roztok CdSO4, tento článek má stabilní a dobře udržované napětí. Rtuť je jediný kov, který je za běžných teplot kapalný (kromě rtuti mají velmi nízké (asi 29°C) body tání jen gallium a cesium, ale při pokojové teplotě jsou pevné). Rtuť se vyznačuje vysokou chemickou inertností, vysokou elektrickou vodivostí a nachází různé aplikace v elektrických řídicích a měřicích zařízeních, plynových výbojkách, spínačích a kontaktech. Kadmium je součástí slitiny, ze které jsou vyrobeny regulační tyče v aktivních zónách jaderných reaktorů, protože jádro atomu kadmia má velký průřez pro záchyt neutronů.
Reakce. Zinek a kadmium aktivně reagují se všemi kyselinami a dokonce i s vodou (pokud je dostatečně zahřátá) a vytěsňují z nich H2. Reakce s kyselinami probíhají následovně:

Zinek se rozpouští v alkáliích za vývoje vodíku a tvorby zinečnatého iontu Zn(OH)42. Rtuť reaguje pouze se silnými oxidačními kyselinami, jako je HNO3 a Aqua regia. V tomto případě mohou vznikat dusičnany rtuťnaté(I) a rtuťnaté(II), Hg2(NO3)2 a Hg(NO3)2. V tom se liší zejména od mědi, která je také schopna vykazovat oxidační stavy I a II, ale s kyselinou dusičnou tvoří pouze Cu(NO3)2. V závislosti na řadě faktorů (velikost reakčních částic, koncentrace kyseliny a teplota) měď reaguje s HNO3 za vzniku různých sloučenin. Z roztoku se uvolňují plynné oxidy dusíku, dusíku a částečně vodíku, v roztoku vznikají ionty Cu(II), NH2OH, N2H4, NH4+, může vznikat sraženina CuO.
Oxidy. Všechny kovy podskupiny (Zn, Cd, Hg) reagují při zahřívání s kyslíkem. Zinek tvoří bílý ZnO, který se zvyšující se teplotou žloutne. Bílý ZnO se získává tepelnou disociací solí oxokyselin; používá se jako pigment. Kadmium při přímé oxidaci vytváří hnědý oxid CdO, který se při zvýšení teploty na 700° C rozkládá na kadmium a kyslík. RODINA ZINKU. Naproti tomu ZnO je výjimečně stabilní (viz Tabulka 18 pro zápornější entalpii tvorby ZnO). Rtuť pomalu oxiduje na vzduchu na HgO při teplotě 300 °C ZINC FAMILY a při teplotách těsně nad touto hranicí se rozkládá zpět na kov. HgO má žluté a červené modifikace. Neexistují žádné údaje o tvorbě Hg2O.
Amfoterní. Oxid zinečnatý vykazuje typické amfoterní vlastnosti, reaguje se zásadami i kyselinami a tvoří zinečnatý iont Zn(OH)42 a Zn2+. Hydroxid zinečnatý Zn (OH) 2 se získává reakcí s bází, ale v přebytku báze se rozpouští za vzniku rozpustného zinečnatého:
Zn (OH) 2 + 2OH- \u003d Zn (OH) 4 2-Při použití roztoku amoniaku jako báze se také nejprve tvoří hydroxid, který v nadbytku NH3 tvoří tetraammin zinkový komplex ion: Zn (OH) 2 + 4NH3 \u003d [] 2+ + 2OH
Kadmium tvoří podobný tetraamminekadmiový iont []2.
Oxid a hydroxid kademnatý, na rozdíl od stejných sloučenin zinku, nevykazují amfoterní vlastnosti. Kadmát CdO22 vzniká pouze při tavení oxidu kademnatého s alkálií. Oxid rtuťnatý je rovněž odolný vůči působení zásad, ale amfoterní charakter rtuti se projevuje tím, že HgS se rozpouští v roztoku Na2S za vzniku thiomerkurátového iontu HgS22.
interakce s kyselinami. Při působení kyselin na oxidy prvků podskupiny IIB vznikají soli dusičnanů, síranů, halogenidů, fosforečnanů a uhličitanů. Uhličitany, dusičnany a sírany se během tepelné disociace rozkládají za vzniku CO2, NO2, SO3 (SO2 + O2). Uhličitan rtuťnatý Hg2CO3 se získává smícháním roztoků Hg2(NO3)2 a uhličitanu alkalického kovu. Tvorba Hg2CO3 ukazuje na absenci hydrolýzy Hg(I) iontu.
halogenidy. Všechny kovy podskupiny reagují s halogeny za vzniku halogenidů; halogenidy se také získávají působením halogenovodíků na oxidy a hydroxidy těchto kovů. Chlorid zinečnatý ZnCl2 získaný chlorací Zn se používá pro konzervaci dřeva. Tavenina ZnCl2 je střední elektrolyt, což ukazuje na částečně iontovou povahu vazby. Fluorid zinečnatý ZnF2 se získává přímou fluorací zinku nebo reakcí HF se ZnO nebo ZnCl2. Kadmium tvoří CdIIX2 se všemi halogeny, stejně jako CdICl. Rtuť tvoří halogenidy rtuti (I) a rtuti (II). Chlorid rtuťnatý (sublimát) je na rozdíl od chloridu rtuťnatého Hg2Cl2 rozpustný ve vodě. HgCl2 se získává výměnnou reakcí HgSO4 + 2NaCl -> HgCl2 + Na2SO4 Z roztoku se izoluje sublimací. Sublimát je vysoce toxická látka. Chlorid rtuťnatý (kalomel) je nerozpustný ve vodě, netoxický a má omezené použití v lékařství jako projímadlo. Calomel dodává vodní vrstvě nad sedimentem krásný hedvábný odstín. Iont rtuti (I) Hg22+ neboli []2+ má pro kovové ionty neobvyklé složení, ale existuje, což potvrzují výsledky chemických, elektrochemických a spektrálních studií. Kovová rtuť a HgCl2 jsou v rovnováze s Hg2Cl2: Hg0 + HgCl2 = Hg2Cl2
Chlorid rtuťnatý je téměř zcela neiontová sloučenina s typem kovalentní vazby. Skutečnost, že při působení H2S na roztok HgCl2 nebo na roztok s iontem Hg22+ se uvolňuje pouze HgS, potvrzuje přítomnost určitého množství iontů Hg2+. Podobně při působení hydroxidového iontu vzniká pouze hydroxid rtuťnatý Hg(OH)2. Halogenidy kovů podskupiny IIB mají tendenci vytvářet halogenové a pseudohalogenové komplexy při reakcích rozpustných halogenidů nebo pseudohalogenidů, například:

Tvorba komplexů je u Cd tak výrazná, že v roztocích solí kadmia existují autokomplexy (například v roztoku CdCl2): 2CdCl2 = Cd[] zinek nebo kadmium. V roztoku HgCl2 tedy převažují ionty HgCl+ a Cl a přidání iontu Cl do roztoku HgCl2 nezvyšuje stabilitu komplexních iontů typu HgCl42. Při interakci halogenidů (a také jiných solí) rtuti s amoniakem se v závislosti na jejím fyzikálním stavu (plyn nebo roztok) získá bílá tavitelná nebo netavitelná sraženina: HgCl2 + 2NH3 (plyn) \u003d Hg (NH3) 2Cl2 (tavitelný bílá sraženina) HgCl2 + 2NH3 (aq.) = NH4Cl + HgNH2Cl (netavitelná bílá sraženina) Druhá reakce je inhibována v přítomnosti velkého množství chloridu amonného NH4Cl. K detekci amoniaku ve vodě se kromě jiných reakcí používá alkalický roztok Nesslerova činidla K2[]. Při interakci s NH3 a amonnými solemi vzniká červenohnědá sraženina: 2[]2+ NH3 + 3OH -> []I + 7I+ 2H2O Tvorba této sraženiny je možná i při zanedbatelném množství amoniaku v roztoku. Tímto způsobem je možné odhalit počátek rozkladu (hnití) produktů živočišného nebo rostlinného původu. Známé jsou i další sloučeniny rtuti s dusíkem, např. čpavkové komplexy typu tetraamminrtuťnatý(II) ion []2+, získaný z amoniaku a iontové soli: Hg(ClO4)2 + 4NH3 []2+ + 2ClO4
Je zřejmé, že rtuť má koordinační číslo 2 (jako v HgCl2 nebo []2+, obě lineární struktury) nebo 4, jako v []2+ (tetraedrická struktura).
Hydridy. Všechny kovy podskupiny IIB tvoří hydridy o složení MH2. Tak se hydrid zinečnatý ZnH2 získá reakcí ZnI2 s LiAlH4 nebo LiH. Všechny hydridy reagují s vodou a uvolňují vodík, podobně jako se chovají hydridy prvků podskupin IA a IIA. Tepelná stabilita hydridů klesá v řadě ZnH2 > CdH2 > HgH2 a HgH2 se začíná rozkládat při 125 °C.
Sulfidy. Sulfidy dvojmocných kovů vznikají přímou syntézní reakcí a také působením sirovodíku na roztoky solí. Sulfid zinečnatý ZnS je bílá a v kyselinách rozpustná látka, svého času se hojně používal jako pigment ve směsi s plnivem BaSO4 (litopon) pro přípravu nátěrových hmot, při výrobě plastů, linolea atd. Jako pigment se používá také sulfid kademnatý CdS, světle žlutá látka, která se však rozpouští pouze v silných kyselinách nebo s oxidačními činidly. U rtuti je znám pouze sirník HgS, protože Hg22+ při zpracování se sirovodíkem tvoří pouze HgS:
Hg22+ + H2S -> Hg0 + HgS + 2H+ Výše ​​uvedená reakce je disproporcionační reakcí a dobrým důkazem extrémní nerozpustnosti HgS: tento sulfid rozpouští pouze směs HNO3 + HCl.
Lewisovy reakce. Všechny ionty uvažovaných kovů Zn, Cd, Hg mají vysokou afinitu k elektronovému páru, a proto lze předpokládat, že jde o silné Lewisovy kyseliny, ale rtuti je méně než zinku a kadmia. Koordinační číslo zinku je převážně 4, ale může dosáhnout i 6. Příprava dvou 6-koordinačních komplexních iontů s oktaedrickou strukturou je uvedena níže: Zn2+ + 6NH3 = []2+ Zn2+ + 3NH2CH2CH2NH2 = []2+
Posledně jmenovaná sloučenina je komplexní iont s bidentátními ligandy: en je molekula ethylendiaminu NH2CH2CH2NH2, donor dvou elektronových párů.

Vzhledem k tomu, že oba kovy mají relativně nízký bod varu, je třeba věnovat zvláštní pozornost jejich vnášení do tavenin stříbra. Tyto kovy jsou nejdůležitějšími legujícími složkami při výrobě pájek a v tomto ohledu je třeba podrobněji zvážit jejich vliv na vlastnosti slitin.

Ag-Zn. Ve stříbře se v pevném stavu rozpouští až 20 % zinku, ale prakticky by obsah zinku ve slitině neměl přesáhnout 14 %. Takové slitiny se nekazí, jsou dobře leštěné a mají dobrou tažnost.

Ag-CD. Hranice rozpustnosti kadmia ve stříbře je asi 30 %. Tyto slitiny jsou tvárné a odolné vůči korozi na vzduchu.

Ag-Zn-Cd. Slitiny mají nízkou teplotu tání a v některých případech se používají jako pájky. Slitiny mají širokou oblast krystalizace a pájený šev má nízké mechanické vlastnosti, což vede k omezenému použití pájek založených na tomto systému.

Ag-Cu-Cd. Měď kadmium vůbec nerozpouští, ale tvoří s ním křehkou sloučeninu Cu 2 Cd. S dostatečně vysokým obsahem stříbra ve slitině, kadmium, které se rozpouští ve stříbře, činí slitinu viskózní, tažnou a velmi odolnou vůči matování.

Slitiny stříbra a mědi s malým přídavkem kadmia jsou zvláště vhodné pro hluboké tažení a ražbu mincí.

Ag-Cu-Zn. Několik setin procenta zinku, zavedeného do taveniny před litím, výrazně zvyšuje tekutost slitin stříbra a mědi. Malé přídavky zinku však činí slitiny odolnějšími vůči matování a tažnějšími. Měď rozpouští až 39 % zinku. Při vyšším obsahu zinku ve slitinách stříbra a mědi vznikají ternární slitiny s nízkou teplotou tání. Takové slitiny jsou široce používány jako pájky.

K získání pájek se používá slitina stříbra - mědi eutektického složení s přísadami zinku, která snižuje bod tání slitiny.

Ag-Cu-Zn-Cd. Slitiny tohoto čtyřsložkového systému mají nízkou teplotu tání a v důsledku toho našly široké uplatnění jako pájky. Velký pokles teploty tání těchto slitin se vysvětluje tím, že zinek a kadmium tvoří eutektikum s nízkou teplotou tání.

Vést. Stříbro a olovo tvoří eutektikum s bodem tání 304°C. Tyto eutektické sloučeniny, které se nacházejí podél hranic zrn, činí slitinu červenokřehkou. Podle GOST 6836-72 by obsah olova ve slitinách stříbra neměl překročit 0,005%.

Cín. Přítomnost cínu v malých množstvích výrazně snižuje bod tání slitin systému stříbro-měď. V čistém stříbře se rozpustí až 19 % cínu. Vznikají tak slitiny, které jsou měkčí a tažnější než slitiny stříbra a mědi, ale tyto slitiny mají matnou barvu. Při obsahu cínu ve slitinách stříbra a mědi nad 9 % a při teplotě 520 °C vzniká křehká sloučenina Cu 4 Sn. V důsledku tvorby oxidu cíničitého SnO 2 během tavení se však zvyšuje křehkost.

Hliník. Ve slitinách stříbra a mědi v pevném stavu se hliník rozpouští až z 5 %, přičemž struktura a vlastnosti slitiny zůstávají téměř nezměněny. Při vyšším obsahu hliníku ve slitině vzniká křehká sloučenina Ag 3 Al 2. Při tavení a žíhání také vzniká oxid hlinitý A1 2 O 3, který se nachází podél hranic zrn. Tyto sloučeniny činí slitinu křehkou za studena a nevhodnou pro zpracování.

Žehlička. Nerozpouští se ve stříbře a ve slitinách stříbra je vždy škodlivou nečistotou. Železné částice, které se dostanou do slitiny, v ní zůstávají ve formě cizích pevných inkluzí. Současně železo interaguje s materiálem kelímku, částicemi uhlí, smirkem, solemi používanými při tavení a tvoří tvrdé a křehké sloučeniny. Tyto sloučeniny, které se dostanou na povrch ingotu nebo výrobku, se během broušení vylamují z kovu a zanechávají na povrchu výrobku charakteristické protáhlé stopy.

Křemík. Křemík se ve stříbře nerozpouští a při obsahu 4,5 % ve slitině vzniká eutektikum křemík-stříbro s teplotou tání 830°C. Tyto eutektické precipitáty, umístěné podél hranic zrn, výrazně snižují tažnost slitiny a ve většině případů činí slitinu zcela nevhodnou pro zpracování plastickou deformací. Křemík se do slitiny může dostat z křemene, který slouží jako materiál pro výrobu kelímků.

Síra. S hlavními složkami slitin tvoří síra tvrdé a křehké sloučeniny Ag 2 S a Cu 2 S, které, umístěné mezi krystaly a uvnitř zrn, způsobují křehkost slitin. Pro vzhled křehkosti slitiny postačuje přítomnost 0,05% síry v ní. Síra často obsahuje dřevěné uhlí, pod kterým se provádí žíhání, hořlavé materiály, plyny, leptadla atd.

Přítomnost síry nebo sloučenin síry ve slitině vede k jejímu ztmavnutí v důsledku tvorby sulfidu stříbrného.

Fosfor. Slitiny stříbra se před litím dezoxidují ve většině případů fosforovou mědí obsahující 10 až 15 % fosforu. Fosfor rychle reaguje s oxidy slitin, přidává do nich kyslík a tvoří plynnou sloučeninu, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ buď těká, nebo reaguje s jinými částicemi oxidů mědi za vzniku struskových sloučenin metafosfátu mědi. Vzhledem k tomu, že se fosforová měď přidává zpravidla v přebytku, protože obsah oxidů v kovu není znám, vstupuje do kovu fosfor. Malé množství fosforu stačí k vytvoření křehkých intermetalických sloučenin AgP 2 a Ag 3 P, které se nacházejí podél hranic zrn ve formě eutektik. Teplota tání ternárního eutektika Ag - Cu - P je 641°C. V důsledku tvorby fosfidů slitiny červenavě křehnou, rychle se kazí a špatně na nich ulpívají galvanické povlaky.

Uhlík. Uhlík nereaguje se stříbrem a nerozpouští se v něm. Uhlíkové částice, které se dostanou do taveniny, v ní zůstávají ve formě cizích inkluzí.

Níže je uvedeno složení, vlastnosti a jakosti některých pájek na bázi stříbra.

Zinek a kadmium. - koncepce a typy. Klasifikace a vlastnosti kategorie "Zinek a kadmium." 2017, 2018.

VLASTNOSTI KOVŮ

Další prvek čtvrté periody po mědi, jeho vnější obal atomu je vyplněn d-elektrony a má strukturu 3d 10 4s 2, proto je jediný stabilní oxidační stav prvku dva.

Je mu velmi podobný, nachází se ve stejné podskupině a jako prvek čtvrté periody má podobnou atomovou strukturu, dokončenou podle schématu 4d 10 5s 2. V jednoduchých sloučeninách je také dvojmocný, má však větší atom, vykazuje také oxidační stav (I), známý u řady nestabilních solí.

Rýže. Teplotní závislost tlaku par kovu

Někteří autoři s odkazem na výplň d-vrstvy je neřadí mezi přechodné kovy s tím, že teploty agregátních přeměn jsou pro období IV a V také nečekaně nízké. Teploty tání a varu jsou 419,5 a 907 °C (Zn); 321 a 767 °C (Cd). Ve skutečnosti, pokud jde o tání, var a tlak par, a výrazně se liší od ostatních těžkých kovů (tabulka 2, obr.).

Redoxní potenciály obou prvků jsou zápornější než vodík a zvyšují se s komplikací atomu (viz tabulka 4); zinek a kadmium se však snadno redukují na katodě ze středně kyselých roztoků v důsledkuvysoké přepětí vodíku, zejména kadmia. Zinek cementuje kadmium z roztoků:

Hydroxid kademnatý vykazuje výrazné zásadité vlastnosti, zatímco v zinku je amfoterní a rozpouští se nejen v kyselinách, ale také v zásadách:

Zn + 2OH - \u003d ZnO 2 2 - + H 2

Správnější je reprezentovat zinečnatý ion v pevných solích jako Zn (OH) - 3 nebo Zn (OH) 2 4 - a v roztocích, aniž bychom měli přesnějšíinformace, je podmíněně přijata reakcí.

Jednoduché, získané oxidací kovů na vzduchu, netavením. Hnědý CdO je stabilní do 900 ° C a bílý ZnO sublimuje při teplotách nad 1800 ° C. První z nich je jedovatý a toxicita ZnO je relativně nízká.

Oba kovy jsou nerozpustné ve vodě. Krystaly ZnS lze získat a v přírodě se vyskytují ve dvou modifikacích: (α) a wurtzit (β), struktura druhého z nich je nepravdivá, méně stabilní a méně častá. Produkt rozpustnosti sfaleritu 1,6 10-24, wurtzit-2,5 10-22. Sulfid kademnatý je izomorfní se sfaleritem a jako samostatný minerál - howlit je velmi vzácný.

Z komplexních sloučenin pro metalurgii jsou zajímavé ty důlní: Zn (NH 3) 2 n + (n od 1 do 4) a Cd(NH 4) 2 + ( t od 1 do 6). nejstabilnější jsou Zn(NH 3) 2 4 +; pK=SJ0 a Cd(NH3)2+; p K = 6,56.

Článek na téma Metalurgie zinku a kadmia

V roce 1968 se ve známém časopise objevil článek, který se jmenoval „Kadmium a srdce“. Píše se v ní, že Dr. Carroll, americký úředník pro veřejné zdraví, objevil vztah mezi atmosférickými hladinami kadmia a výskytem úmrtí na kardiovaskulární onemocnění. Pokud je řekněme ve městě A obsah kadmia ve vzduchu vyšší než ve městě B, pak jádra města A umírají dříve, než kdyby žili ve městě B. Carroll dospěl k tomuto závěru po analýze dat pro 28 měst. Mimochodem ve skupině A byla taková centra jako New York, Chicago, Philadelphia...
Takže byli znovu obviněni z otravy prvku otevřeného v lahvičce lékárny!

Prvek farmaceutické láhve

Je nepravděpodobné, že by některý z magdeburských lékárníků pronesl slavnou starostovu větu: „Pozval jsem vás, pánové, abych vám řekl nepříjemnou zprávu,“ ale měli s ním společný rys: báli se auditora.
Obvodní lékař Rolov se vyznačoval ostrou povahou. V roce 1817 tedy nařídil stáhnout z prodeje všechny přípravky s oxidem zinečnatým vyráběné v Heřmanově továrně Shenebek. Podle vzhledu přípravků měl podezření, že v oxidu zinečnatém je arsen! (Oxid zinečnatý se stále používá na kožní onemocnění, vyrábějí se z něj masti, prášky, emulze.)
Aby dokázal svůj případ, přísný auditor rozpustil podezřelý oxid v kyselině a nechal projít tímto roztokem sirovodík: vypadla žlutá sraženina. Sulfidy arsenu jsou prostě žluté!

Majitel továrny začal Rolovovo rozhodnutí napadat. Sám byl chemikem a po osobní analýze vzorků výrobků v nich nenašel žádný arsen. Výsledky rozboru oznámil Rolovovi a zároveň úřadům země Hannover. Úřady si samozřejmě vyžádaly vzorky, aby je mohly poslat na rozbor některému z renomovaných chemiků. Bylo rozhodnuto, že soudcem ve sporu mezi Rolovem a Hermanem by měl být profesor Friedrich Stromeyer, který byl od roku 1802 předsedou chemie na univerzitě v Göttingenu a funkcí generálního inspektora všech hannoverských lékáren.
Stromeyerovi byl zaslán nejen oxid zinečnatý, ale i další přípravky zinku z továrny Hermann, včetně ZnC0 3, ze kterého byl tento oxid získáván. Po kalcinovaném uhličitanu zinečnatém získal Strohmeyer oxid, ale ne bílý, jak by měl být, ale nažloutlý. Majitel továrny vysvětlil zbarvení nečistotou železa, ale Stromeyer se s tímto vysvětlením nespokojil. Po zakoupení dalších zinkových přípravků provedl jejich kompletní analýzu a bez větších potíží izoloval prvek, který způsoboval žloutnutí. Analýza uvedla, že to nebyl arsen (jak tvrdil Rolov), ale ani železo (jak tvrdil Herman).

Byl to nový, dříve neznámý kov, chemicky velmi podobný zinku. Pouze jeho hydroxid na rozdíl od Zn(OH) 2 nebyl amfoterní, ale měl výrazné zásadité vlastnosti.
Ve své volné podobě byl novým prvkem bílý kov, měkký a nepříliš pevný, pokrytý nahnědlým oxidovým filmem nahoře. Stromeyer nazval tento kov kadmium, čímž jasně narážel na jeho původ „zinek“: řecké slovo dlouho označovalo zinkové rudy a oxid zinečnatý.
V roce 1818 Stromeyer zveřejnil podrobné informace o novém chemickém prvku a téměř okamžitě se začalo zasahovat do jeho priority. Jako první promluvil tentýž Rolov, který dříve věřil, že v přípravcích z německé továrny je arsen. Krátce po Stromeyerovi objevil další německý chemik Kersten nový prvek ve slezské zinkové rudě a pojmenoval jej mellin (z latinského mellinus, „žlutá jako kdoule“) kvůli barvě sraženiny vzniklé působením sirovodíku. Ale to už objevil Strohmeyer kadmium. Později byly pro tento prvek navrženy další dva názvy: klaprotium - na počest slavného chemika Martina Klaprotha a junonium - po asteroidu Juno objeveném v roce 1804. Ale jméno, které prvku dal jeho objevitel, bylo přesto stanoveno. Pravda, v ruské chemické literatuře první poloviny 19. století. kadmium se často nazývalo kadmium.

Sedm barev duhy

Sulfid kademnatý CdS byl pravděpodobně první sloučeninou prvku #48, o kterou se průmysl zajímal. CdS jsou krychlové nebo šestihranné krystaly s hustotou 4,8 g/cm 3 . Jejich barva je od světle žluté po oranžovočervenou (v závislosti na způsobu přípravy). Tento sulfid je prakticky nerozpustný ve vodě, je odolný i vůči působení alkalických roztoků a většiny kyselin. A získat CdS je docela jednoduché: stačí projít, jako to udělali Stromeyer a Rolov, sirovodík okyseleným roztokem obsahujícím ionty Cd 2+. Může být také získán výměnnou reakcí mezi rozpustnou solí kadmia, jako je CdS04, a jakýmkoliv rozpustným sulfidem.
CdS je důležité minerální barvivo. Dříve se tomu říkalo kadmiová žluť. Zde je to, co napsali o kadmiové žluti v první ruské „Technické encyklopedii“, vydané na začátku 20. století.
„Světle žluté tóny, počínaje citrónovou žlutí, se získávají z čistých slabě kyselých a neutrálních roztoků síranu kademnatého, a když se sulfid kademnatý vysráží roztokem sulfidu sodného, ​​získají se tmavší žluté tóny. Významnou roli při výrobě kadmiové žluti hraje přítomnost dalších kovových nečistot v roztoku, jako je zinek. Pokud je kadmium přítomno společně s kadmiem v roztoku, pak se během srážení získá zakalená žlutá barva s bělavým odstínem... Tak či onak lze získat šest odstínů kadmiové žluti, od citrónově žluté po oranžovou. .. Tato barva v hotové podobě má velmi krásnou lesklou žlutou barvu. Je zcela konstantní vůči slabým zásadám a kyselinám a je zcela necitlivá na sirovodík; proto se za sucha smíchá s ultramarínem a vytváří jemné zelené barvivo, které se obchodně nazývá kadmiová zeleň.
Když se smíchá s vysychajícím olejem, jde to jako olejová barva v malbě; velmi krycí, ale vzhledem k vysoké tržní ceně se používá především v malbě jako olejová nebo akvarelová barva, ale také pro tisk. Pro svou velkou ohnivzdornost se používá k malování na porcelán.
Zbývá jen dodat, že následně se kadmiová žluť začala více používat „v malířském průmyslu“. Lakovaly se jím zejména osobní vozy, protože kromě jiných předností tento nátěr dobře odolával kouři lokomotiv. Jako barvivo se sulfid kademnatý používal také v textilním a mýdlářském průmyslu.

Ale v posledních letech průmysl používá čistý sulfid kademnatý stále méně – je to stále drahé. Nahrazují ho levnější látky - kadmopon a zinko-kadmiový lithopon.
Reakce pro získání kadmoponu je klasickým příkladem tvorby dvou sraženin současně, kdy v roztoku kromě vody nezůstává prakticky nic:
CdSO 4 4- BaS (obě soli jsou rozpustné ve vodě) _ * CdS J + BaS04 J.
Kadmopon je směs sulfidu kademnatého a síranu barnatého. Kvantitativní složení této směsi závisí na koncentraci roztoků. Je snadné obměňovat složení, a tedy i odstín barviva.
Kadmium zinkový lithopon obsahuje také sulfid zinečnatý. Při výrobě tohoto barviva se současně vysrážejí tři soli. Barva lithoponu je krémová nebo slonová kost.
Jak jsme již viděli, hmotné věci lze obarvit sirníkem kademnatým ve třech barvách: oranžová, zelená (kadmiová zelená) a všechny odstíny žluté, ale sulfid kademnatý dodává plameni jinou barvu – modrou. Tato vlastnost se využívá v pyrotechnice.
Takže pouze s jednou kombinací prvku 48 můžete získat čtyři ze sedmi barev duhy. Zůstala jen červená, modrá a fialová. Modré nebo fialové barvy plamene lze dosáhnout doplněním záře sulfidu kademnatého některými pyrotechnickými přísadami - to nebude pro zkušeného pyrotechnika těžké.
A červenou barvu lze získat pomocí další sloučeniny prvku č. 48 – jeho selenidu. CdSe se používá jako umělecká barva, mimochodem velmi cenná. Rubínové sklo je barveno selenidem kadmia; a ne oxid chrómu, jako v samotném rubínu, ale selenid kadmia udělal hvězdy moskevského Kremlu rubínově červenou.
Hodnota solí kadmia je však mnohem menší než hodnota samotného kovu.

Přehánění ničí pověst

Pokud vytvoříte graf s daty na vodorovné ose a poptávkou po kadmiu na svislé ose, získáte vzestupnou křivku. Produkce tohoto prvku roste a nejprudší „skok“ připadá na 40. léta našeho století. Právě v této době se kadmium proměnilo ve strategický materiál – začali z něj vyrábět řídicí a havarijní tyče jaderných reaktorů.

V populární literatuře se lze setkat s tvrzením, že nebýt těchto tyčí, které pohlcují přebytečné neutrony, pak by se reaktor „prodával“ a proměnil by se v atomovou bombu. Není to tak úplně pravda. Aby došlo k atomovému výbuchu, musí být splněno mnoho podmínek (zde se o nich podrobně mluvit nedá, ale ET0 nemůžete stručně vysvětlit). Reaktor, ve kterém se řetězová reakce stala neovladatelnou, nemusí nutně explodovat, ale v každém případě dojde k vážné havárii spojené s obrovskými náklady na materiál. A někdy nejen materiální ... Takže role regulační a;
Stejně nepřesné je tvrzení (viz např. známá kniha II. R. Taube a E. I. Rudenko „Od vodíku k ...“. M., 1970), že nejvhodnějším materiálem je kadmium. Pokud by před slovem „neutrony“ bylo také „tepelné“, pak by toto tvrzení bylo skutečně přesné.
Neutrony, jak je známo, se mohou velmi lišit v energii. Existují nízkoenergetické neutrony – jejich energie nepřesahuje 10 kiloelektronvoltů (keV). Existují rychlé neutrony - s energií vyšší než 100 keV. A jsou tam naopak nízkoenergetické – tepelné a „studené“ neutrony. Energie prvního se měří v setinách elektronvoltu, u druhého je menší než 0,005 eV.
Kadmium se nejprve ukázalo jako hlavní „jádrový“ materiál, především proto, že dobře absorbuje tepelné neutrony. Všechny reaktory na počátku „atomového věku“ (a první z nich postavil Enrnco Fermi v roce 1942) pracovaly na tepelných neutronech. Teprve o mnoho let později se ukázalo, že rychlé neutronové reaktory jsou perspektivnější jak pro energetiku, tak pro získávání jaderného paliva - plutonia-239. A kadmium je proti rychlým neutronům bezmocné, nezdržuje je.
Role kadmia při stavbě reaktorů by se proto neměla přehánět. A také proto, že fyzikálně-chemické vlastnosti tohoto kovu (pevnost, tvrdost, tepelná odolnost – jeho bod tání je pouze 321 °C) zanechávají mnoho přání. A také proto, že bez nadsázky je role, kterou kadmium hrálo a hraje v jaderné technologii, poměrně podstatná.
Kadmium bylo prvním základním materiálem. Poté začal hrát hlavní roli bór a jeho sloučeniny. Ale kadmium je snazší získat ve velkém množství než bor: kadmium se získávalo a získávalo jako vedlejší produkt při výrobě zinku a olova. Při zpracování polymetalických rud se to, analog zinku, vždy ukazuje hlavně v zinkovém koncentrátu. A kadmium se redukuje ještě snadněji než zinek a má nižší bod varu (767 a 906 °C). Proto při teplotě asi 800 °C není obtížné oddělit zinek a kadmium.

Kadmium je měkké, tvárné, snadno obrobitelné. To také usnadnilo a urychlilo jeho cestu k atomové technologii. Fyzikům hrála do karet také vysoká selektivita kad-)1IA, její citlivost specificky na tepelné neutrony. A podle hlavní výkonnostní charakteristiky - záchytného průřezu tepelných neutronů - kadmium zaujímá jedno z prvních míst mezi všemi prvky periodického systému - 2400 stodol. (Připomeňme, že záchytný průřez je schopnost „přijmout“ neutrony, měřeno v konvenčních jednotkách stodol.)
Přírodní kadmium se skládá z osmi izotopů (s hmotnostními čísly 106, 108, 110, 111, 112, IS, 114 a 116) a záchytný průřez je charakteristikou, ve které se izotopy jednoho prvku mohou velmi lišit. V přírodní směsi izotopů kadmia je hlavním „požíračem neutronů“ izotop s hmotnostním počtem IZ. Jeho individuální odchytový průřez je obrovský - 25 tisíc stodol!
Připojením neutronu se kadmium-113 promění v nejběžnější (28,86 % přírodní směsi) izotop prvku č. 48 - kadmium-114. Podíl samotného kadmia-113 je pouze 12,26 %.
Řídicí tyče jaderného reaktoru.

Bohužel, oddělení osmi izotopů kadmia je mnohem obtížnější než oddělení dvou izotopů boru.
Řídící a havarijní tyče nejsou jediným místem „atomové služby“ prvku č. 48. Jeho schopnost pohlcovat neutrony přesně definovaných energií napomáhá ke studiu energetických spekter výsledných neutronových paprsků. Pomocí kadmiové desky, která je umístěna v dráze paprsku neutronů, se zjišťuje, jak je tento paprsek homogenní (z hlediska energetických hodnot), jaký je v něm podíl tepelných neutronů atd.
Ne moc, ale tam
A konečně - o zdrojích kadmia. Jeho vlastní minerály, jak se říká, jedna nebo dvě a špatně spočítané. Pouze jeden z nich byl dostatečně plně prostudován – vzácný CdS greenockit, který netvoří shluky. Další dva minerály prvku č. 48 - otavit CdCO 3 a monteponit CdO - jsou velmi vzácné. Kadmium ale není „živé“ svými vlastními minerály. Zinkové minerály a polymetalické rudy jsou poměrně spolehlivou surovinovou základnou pro její výrobu.

Kadmium pokovování

Každý zná pozinkovaný cín, ale ne každý ví, že k ochraně yagelezu před korozí se používá nejen galvanizace, ale také kadmium. Kadmiový povlak se dnes nanáší pouze elektrolyticky, nejčastěji se v průmyslových podmínkách používají kyanidové lázně. Dříve se železo a další kovy pokovovaly kadmiem ponořením produktů do roztaveného kadmia.

Kadmium ve slitinách

Zhruba desetina světové produkce kadmia se vynakládá na výrobu slitin. Slitiny kadmia se používají hlavně jako antifrikční materiály a pájky. Známé složení slitiny 99% Cd a 1% No se používá pro výrobu ložisek pracujících v automobilových, leteckých a lodních motorech při vysokých teplotách. Pokud kadmium není dostatečně odolné vůči kyselinám, včetně organických kyselin obsažených v mazivech, někdy jsou ložiskové slitiny na bázi kadmia potaženy indiem.
Pájky obsahující prvek č. 48 jsou celkem odolné vůči kolísání teplot.
Legování mědi s malým přídavkem kadmia umožňuje vyrábět dráty odolnější proti opotřebení na elektrických dopravních tratích. Měď s přídavkem kadmia se elektrickou vodivostí téměř neliší od čisté mědi, ale znatelně ji předčí v pevnosti a tvrdosti.

AKUMULÁTOR AKN A NORMÁLNÍ PRVEK WESTON.

Mezi chemickými zdroji proudu využívanými v průmyslu zaujímají přední místo nikl-kadmiové baterie (NAC). Záporné desky těchto baterií jsou vyrobeny ze železných sítí s kadmiovou houbou jako aktivní látkou. Kladné desky jsou potaženy oxidem niklu. Elektrolytem je roztok hydroxidu draselného. Nikl-kadmiové alkalické baterie se liší od olověných (kyselinových) baterií větší spolehlivostí. Na základě toho dvojice vyrábí velmi kompaktní baterie pro řízené střely. Pouze v tomto případě nejsou jako základ instalovány železné, ale niklové mřížky.

Prvek č. 48 a jeho sloučeniny byly použity v ještě dalším chemickém zdroji proudu. Při konstrukci normálního Westonova prvku fungují jak amalgám kadmia, tak krystaly síranu kademnatého a roztok této soli.

Toxicita kadmia

Informace o toxicitě kadmia jsou značně rozporuplné. Spíše je nepopiratelný fakt, že kadmium je jedovaté: vědci se přou o stupeň nebezpečnosti kadmia. Případy smrtelné otravy výpary tohoto kovu a jeho sloučenin jsou známy - takové výpary tedy představují vážné nebezpečí. Pokud se kadmium dostane do žaludku, je také škodlivé, ale případy smrtelné otravy sloučeninami kadmia, které se do těla dostaly s potravou, věda nezná. Zjevně je to způsobeno okamžitým odstraněním jedu ze žaludku, které provádí samotné tělo. ] Nicméně v mnoha zemích je použití kadmiových povlaků pro výrobu obalů na potraviny zákonem zakázáno.