Кадмий и его характеристики
Общая характеристика кадмия
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.).
Кадмий представляет собой серебристо-белый (рис. 1), мягкий, ковкий, тягучий металл. В ряду напряжений он стоит дальше цинка, но впереди водорода и вытесняет последний из кислот. Поскольку Cd(OH)2 – слабый электролит, то соли кадмия гидролизуются и их растворы имеют кислую реакцию.
Рис. 1. Кадмий. Внешний вид.
Атомная и молекулярная масса кадмия
Относительной молекулярная масса вещества (Mr) – это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (Ar) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.
Поскольку в свободном состоянии кадмий существует в виде одноатомных молекул Cd, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 112,411.
Изотопы кадмия
Известно, что в природе кадмий может находиться в виде восьми стабильных изотопов, два из которых являются радиоактивными (113Cd, 116Cd): 106Cd, 108Cd, 110Cd, 111Cd, 112Cd и 114Cd. Их массовые числа равны 106, 108, 110, 111, 112, 113, 114 и 116 соответственно. Ядро атома изотопа кадмия 106Cd содержит сорок восемь протонов и пятьдесятвосемь нейтронов, а остальные изотопы отличаются от него только числом нейтронов.
Ионы кадмия
На внешнем энергетическом уровне атома кадмия имеется два электрона, которые являются валентными:
1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s2.
В результате химического взаимодействия кадмий отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:
Cd0 -2e → Cd2+.
Молекула и атом кадмия
В свободном состоянии кадмий существует в виде одноатомных молекул Cd. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу кадмия:
|
Энергия ионизации атома, эВ |
8,99 |
|
Относительная электроотрицательность |
1,69 |
|
Радиус атома, нм |
0,154 |
Сплавы кадмия
Кадмий входит как компонент в некоторые сплавы. Например, сплавы меди, содержащие около 1% кадмия (кадмиевая бронза), служат для изготовления телеграфных, телефонных, троллейбусных проводов, так как эти сплавы обладают большой прочностью и износостойкостью, чем медь. Ряд легкоплавных сплавов, например, применяющихся в автоматических огнетушителях, содержат кадмий.
Примеры решения задач
| Задание | Запишите уравнение гидролиза сульфата кадмия в ионной и молекулярной формах. |
| Ответ | Сульфат кадмия – средняя соль, образованная сильно кислотой – серной (H2SO4) и слабым основанием – гидроксидом кадмия (II) (Cd(OH)2). Гидролизуется по катиону. Характер среды – кислый. Теоретически возможна вторая ступень.
Первая ступень: CdSO4 ↔ Cd2+ + SO42-; Cd2+ + SO42- + HOH ↔ CdOH+ + SO42- + H+; CdSO4 + HOH ↔ [Cd(OH)]2SO4 + H2SO4. Вторая ступень: [Cd(OH)]2SO4 ↔ 2CdOH+ + SO42-; CdOH++ SO42 + HOH ↔ Cd(OH)2 + SO42 + HOH. [Cd(OH)]2SO4 + HOH ↔Cd(OH)2 + H2SO4. |
| Задание | Какой комплекс преобладает в растворе, содержащем 1×10-2М кадмия (II) и 1М аммиака? |
| Решение | В растворе, содержащем ионы кадмия и аммиак устанавливаются следующие равновесия:
Cd2+ + NH3↔Cd(NH3)2+; Cd(NH3)2+ + NH3↔ Cd(NH3)22+; ………… Cd(NH3)32+ + NH3↔ Cd(NH3)42+. Из справочных таблиц b1 = 3,24×102, b2 = 2,95×104, b3 = 5,89×105, b4 = 3,63×106. Учитывая, что с(NH3) >>c(Cd), полагаем, что [NH3] = с(NH3) = 1М. Рассчитываем a0: a0 = [Cd] / c(Cd) = 1 / (1 + b1×[NH3] + … + b4×[NH3]4); a0 = 1 / (1+ 3,24×102 + 2,95×104×12 + 5,89×105×13 + 3,63×106×14) = 2,35×10-7. a1 = [Cd(NH3)2+] / c(Cd) = b1×[NH3]×a0; a1 = 3,24×102×1× 2,35×10-7 = 8×10-7 = 8×10-3%. a2 = [Cd(NH3)22+] / c(Cd) = b2×[NH3]2×a0; a2 = 2,95×104×12× 2,35×10-7 = 7×10-3 = 0,7%. a3 = [Cd(NH3)32+] / c(Cd) = b3×[NH3]3×a0; a3 = 5,89×105×13× 2,35×10-7 = 0,140 = 14,0%. a4 = [Cd(NH3)42+] / c(Cd) = b4×[NH3]4×a0; a4 = 3,63×106×14× 2,35×10-7 = 0,853 = 85,3%. |
| Ответ | В растворе преобладает комплекс состава Cd(NH3)42+. |
