CdO+3S=2CdS+SO2
начинается при 283° и при 424° проходит с большой скоростью.
Известны три модификации CdS: аморфный (желтый) и две кристаллических (красный и желтый) .Красная разновидность кристаллического сульфида тяжелее (уд. вес 4,5) желтой (уд. вес 3). Аморфный CdS при нагревании до 450° переходит в кристаллический.
Сульфид кадмия при нагревании в окислительной атмосфере окисляется до сульфата или окиси в зависимости от температуры обжига.
Сульфат кадмия
Сульфат кадмия (CdSO4, молекулярный вес 208,47) представляет собой
белый кристаллический порошок, кристаллизующийся в ромбической системе. Он легко растворим в воде, но нерастворим в спирте. Сульфат кристаллизуется из водного раствора в моноклинной системе с 8/3 молекулами воды (CdSO4·8/3H2O), устойчив до 74°, но при более высокой температуре переходит в одноводный сульфат (CdSO4·H2O). [4]
Применение кадмия
Область применения кадмия благодаря его ценным свойствам расширяется с каждым годом.
Большая часть производимого в мире кадмия расходуется на электропокрытия и для приготовления сплавов. Кадмий в качестве защитного покрытия обладает существенными приемуществами перед цинком и никелем, так как он более коррозионностоек в тонком слое; кадмий плотно связан с поверхностью металлического изделия и не отстает от нее при ее повреждении.
До недавних пор у кадмиевых покрытий имелся «недуг», время от времени дававший о себе знать. Дело в том, что при электролитическом нанесении кадмия на стальную деталь в металл может проникнуть содержащийся в электролите водород. Этот весьма нежеланный гость вызывает у высокопрочных сталей опасное «заболевание» - водородную хрупкость, приводящую к неожиданному разрушению металла под нагрузкой. Получалось, что, с одной стороны, кадмирование надежно предохраняло деталь от коррозии, а с другой - создавало угрозу преждевременного выхода детали из строя. Вот почему конструкторы часто были вынуждены отказываться от «услуг» кадмия.
Ученым Института физической химии Академии наук СССР удалось устранить эту «болезнь» кадмиевых покрытий. В роли лекарства выступил титан. Оказалось, что, если в слое кадмия на тысячу его атомов приходится всего один атом титана, стальная деталь застрахована от возникновения водородной хрупкости, поскольку титан в процессе нанесения покрытия вытягивает из стали весь водород.
Кадмий, также, используется у английских криминалистов: с помощью тончайшего слоя этого металла, напыленного на обследуемую поверхность, удается быстро выявить четкие отпечатки пальцев.
Кадмий, также, применяют в изготовлении кадмиево-никелевых аккумуляторов. Роль отрицательного электрода в них выполняют железные сетки с губчатым кадмием, а положительного пластины покрыты окисью никеля; электролитом служит раствор едкого калия. Такие источники тока отличаются высокими электрическими характеристиками, большой надежностью, длительным сроком эксплуатации, а их подзарядка занимает всего 15 минут.
Свойство кадмия поглощать нейтроны обусловило еще одну область применения кадмия - в атомной энергетики.
Подобно тому, как автомобиль не обходится без тормозов, реактор не может работать без регулирующих стержней, увеличивающих или уменьшающих поток нейтронов.
В каждом реакторе предусмотрен также массивный аварийный стержень, который приступает к делу в том случае, если регулирующие стержни почему- либо не справляются с возложенными на них обязанностями.
Поучительный случай возник на АЭС в Калифорнии. Из-за каких-то конструктивных неполадок аварийный стержень не смог своевременно погрузиться в котел - цепная реакция стала неуправляемой, возникла серьезная авария. Реактор с разбушевавшимися нейтронами представлял огромную опасность для окрестного населения. Пришлось срочно эвакуировать людей из опасной зоны, пока ядерный «костер» не погас. К счастью, обошлось без жертв, но убытки были очень велики, да и реактор на некоторое время вышел из строя.
Главное требование, предъявляемое к материалу регулирующих и аварийных стержней, - способность поглощать нейтроны, а кадмий - один из «крупнейших специалистов» в этой области. С одной только оговоркой: если речь идет о тепловых нейтронах, энергия которых очень мала (она измеряется сотыми долями электрон-вольта). В первые годы атомной эры ядерные реакторы работали именно на тепловых нейтронах и кадмий долгое время считался «первой скрипкой» среди стержневых материалов. Позднее, правда, ему пришлось уступить ведущую роль бору и его соединениям. Но для кадмия физики- атомщики находят все новые и новые сферы деятельности: так, например, с помощью кадмиевой пластинки, устанавливаемой на пути нейтронного пучка, исследуют его энергетический спектр, определяют, насколько он однороден, какова в нем доля тепловых нейтронов.
Особый интерес ученых вызывало выращивание в невесомости кристалла КРТ, представляющего собой твердый раствор теллуридов кадмия и ртути. Этот полупроводниковый материал незаменим для изготовления теплэвизиров - точнейших инфракрасных приборов, применяемых в медицине, геологии, астрономии, электронике, радиотехнике и многих других важных областях науки и техники. Получить это соединение в земных условиях чрезвычайно трудно: его компоненты из-за большой разницы в плотности ведут себя как герои известной басни И.А. Крылова - лебедь, рак и щука, и в результате вместо однородного сплава получается слоеный «пирог». Ради крохотного кристаллика КРТ приходится выращивать большой кристалл и вырезать из него тончайшую пластинку пограничного слоя, а все остальное идет в отходы. Иначе нельзя: ведь чистота и однородность кристалла КРТ оцениваются в стомиллионных долях процента. Немудрено, что на мировом рынке один грамм этих кристаллов стоит «всего» восемь тысяч долларов.
Самая лучшая желтая краска представляет собой соединение кадмия с серой. Большие количества кадмия расходуются на изготовление этой краски.
4. Кадмиевые краски
Металл кадмий, как известно, близок по своим свойствам цинку и находится совместно с ним в цинковой руде. В чистом виде он получен в 1817 г. Сернистые соединения кадмия находятся в природе в виде минерала гренокита. По химическому составу он тождествен с кадмиевыми красками, которыми пользуются живописцы. Гренокит имеет различные оттенки - от желтого до оранжевого, но так редок, что никакого практического применения иметь не может. Сернистые соединения кадмия получены искусственным путем в 1829 г., после чего и началось применение желтых и оранжевых кадмиевых красок в живописи.
Все кадмиевые краски содержат в своем составе сернистый кадмий, отличаются красотой и интенсивностью цвета, прочны, за исключением лимонно-желтых оттенков, и пригодны во всех почти способах живописи. Лучшее применение их, однако же, - масляная живопись, для которой они и предназначались изобретателем; обладают способностью хорошо крыть и не ядовиты.
.1 Кадмий желтый
Применение в живописи получил в начале прошлого века. По химическому составу представляет собой сернистый кадмий (CdS). Пигмент может быть получен различных оттенков, от темно-желтого до лимонного, при одном и том же химическом составе, но различной структуре вещества.
Сырьем для производства желтого кадмия служат сернокислый кадмий, гипосульфит и кальцинированная сода; для лимонного - сернокислый кадмий, гипосульфит и цинковые белила.
Вначале расплавляют гипосульфит в своей кристаллизационной воде при температуре 60-75° С, затем к разбавленному гипосульфиту добавляют измельченную смесь сернокислого кадмия с кальцинированной содой, а для получения лимонного кадмия добавляют смесь сернокислого кадмия с цинковыми белилами. После непродолжительной варки шихту прокаливают в эмалированных противнях при температуре для лимонного кадмия не выше 500° С, а для желтого не выше 600° С в течение 1-2 часов.
Мокрым способом можно также получать ряд различных оттенков. Пигмент, приготовленный осаждением, значительно уступает по прочности прокалочным.[2]
Желтый кадмий - очень красивая и прочная краска. Светостойкость кадмиевых красок желтых оттенков зависит от их химического состава, чистоты соединения, способов изготовления и структуры пигмента.
При получении краски мокрым путем в ней содержится большое количество углекислого кадмия и почти всегда свободная сера, особенно в светлых тонах. Сера, как известно, легко вступает в реакцию со связующими веществами, соединениями, содержащими свинец, медь и железо, меняя при этом свой яркий оттенок на буроватый и черный.
Оранжевые и темно-желтые более прочные краски. Краски, получаемые прокалочным способом, при точном соблюдении технологического режима, хорошо освобожденные от серы и растворимых солей, представляют собой вполне прочные вещества, как при употреблении в чистом виде, так и в смесях с другими красками. Способом осаждения образуются мало прочные соединения в виде Cd2(S04)S, быстро выцветающие благодаря окислению серы сернистого кадмия до сернокислого белого цвета. Лимонные и светло-желтые кадмиевые краски иногда не выдерживают смеси с белилами (цинковыми и свинцовыми), охрами, кобальтовыми, ультрамарином и др. Это явление опять-таки более всего проявляется у пигментов, полученных мокрым способом.
Очень редко, но наблюдается слабая светостойкость у прокалочных пигментов, плохо освобожденных от посторонних примесей. Кроющая способность средняя и увеличивается от светлых оттенков к темным.
.2 Кадмий красный
Красные кадмиевые краски относятся к новейшим искусственным краскам. Впервые они появились у нас около 1912 г. Как художественная масляная краска красный кадмий является большим техническим достижением.
В производстве можно получать разнообразные оттенки кадмия от оранжевого до темно-красного и пурпурового. Светло-красные и оранжево-красные тона с успехом могут заменять на палитре художника нестойкие свинцовые краски и киноварь. По химическому составу это сернисто-селенистое соединение кадмия CdSe CdS с некоторым количеством сернокислых солей бария.
Сырьем для приготовления красного кадмия служат углекислый кадмий, сера, селен и бланфикс. Смесь четырех составных частей помещают в шамотовые тигли и прокаливают при температуре 500-550° С без доступа воздуха в течение 30-50 минут в зависимости от количества шихты. Полученный продукт промывается и сушится. Варьируя содержание отдельных составных частей в шихте, изменяя условия технологического режима, можно получить разнообразные цвета этого прекрасного пигмента для живописи. Чтобы получить пигмент красного цвета и интенсивного по тону, необходимым условием является введение в процессе прокалки или при перетире с маслом наполнителя- бланфикса.
Красный кадмий, безусловно, прочная краска, как в чистом виде, так и в смесях с другими красками, и может полностью заменить все оттенки киновари.
Укрывистость, интенсивность и светостойкость его очень высокие, последнее свойство весьма важно для применения в живописи.
Некоторое изменение цвета смеси красного кадмия со свинцовыми белилами, сиеной и зеленой землей наблюдаются в тех случаях, когда применяются пигменты, недостаточно хорошо освобожденные от посторонних примесей:
красный кадмий от свободной серы и селена, а свинцовые белила от ацетата свинца.
масляный краска кадмий
Заключение
Знакомство с теоретическими трудами по теме «Химия и искусство: получение Сd-красок» дало мне возможность достижения поставленных в проекте целей, позволило познакомиться с получением и свойствами кадмиевых красок.
Анализ научной литературы по данной проблеме дал возможность решения главных задач моего курсового проекта. А именно, детально были изучены некоторые аспекты в уже известной научной концепции, что позволило создать наиболее полное общее представление об масляных кадмиевых красках. Также были выявлены новейшие разработки в данной области, с описанием общего механизма их действия, рассмотрены перспективы развития, основанные на глубоких исследованиях в химии и ее смежных областях.
Список литературы
1. А.М. Лентовский "Технология живописных материалов". Государственное издательство „ИСКУССТВО" Ленинград 1949 [стр 6]
. В. Слётов. Минеральные пигменты для написания икон. [cтр 26]
. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. М.: Высш. шк. 2002. [стр 17]
. Карапетьянц М.Х., Дракин С.И. Общая и неорганическая химия. М.: Химия. 2000. [стр 21]