Estructura
No es un diagrama de puntos sobre anillos, sino una muestra de Monte Carlo de la densidad de probabilidad real |ψ|² para cada subcapa ocupada. Arrastra para girar. El azul y el violeta indican signos opuestos de la función de onda, lo que hace posible el enlace químico.
Valores medidos
Cada barra muestra dónde se sitúa cadmio entre los 118 elementos para esa propiedad.
Fuentes: pesos atómicos estándar de la IUPAC de 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Los valores marcados con ~ son predichos y no medidos.
Tamaño, a escala
Radius 151 pm — that is 0.151 nm, so about 3311 million of them side by side would span a millimetre.
Intervalo térmico
Cadmio is liquid over a 446 K window, from 594 K to 1040 K.
Dónde se encuentra
La historia
A soft, toxic metal that gave the world rechargeable NiCd cells and the brilliant yellow of old paint.
El cadmio fue descubierto en 1817 por el químico alemán Friedrich Stromeyer mientras investigaba un peculiar compuesto amarillo que contaminaba preparados medicinales de zinc. Este descubrimiento accidental revelaría uno de los elementos más tóxicos de la tabla periódica.
Friedrich Stromeyer, profesor de la Universidad de Göttingen, recibió el encargo de investigar informes sobre una coloración amarilla del óxido de zinc utilizado con fines medicinales. Los farmacéuticos se habían quejado de que algunas partidas de óxido de zinc se volvían amarillas al calentarse, lo que las hacía inadecuadas para uso médico. Stromeyer sospechó la presencia de una sustancia desconocida.
Stromeyer analizó metódicamente las muestras contaminadas de óxido de zinc. Las disolvió en ácido y realizó reacciones de precipitación para separar los distintos componentes. El color amarillo persistió tras diversos tratamientos químicos, lo que indicaba que no procedía de impurezas conocidas como el hierro o el arsénico. Su cuidadoso trabajo analítico reveló que se trataba de algo completamente nuevo.
Mediante una serie de separaciones químicas, Stromeyer logró aislar una pequeña cantidad de cadmio metálico al reducir el compuesto amarillo con carbón vegetal. El nuevo metal era de color blanco plateado, maleable y tenía propiedades inusuales. Lo llamó «cadmio» por la palabra griega «kadmeia» (calamina), en referencia a la mena de zinc de la que se extrajo.
De manera notable, otros dos químicos realizaron descubrimientos similares aproximadamente al mismo tiempo. Karl Samuel Leberecht Hermann, en Alemania, y Jöns Jacob Berzelius, en Suecia, aislaron cadmio de forma independiente en 1818, confirmando el trabajo de Stromeyer. Este descubrimiento paralelo puso de relieve el enfoque sistemático de la química de principios del siglo XIX.
A las pocas décadas de su descubrimiento, el cadmio comenzó a utilizarse como pigmento. El amarillo de cadmio (sulfuro de cadmio) y el rojo de cadmio (seleniuro de cadmio) fueron muy valorados por los artistas debido a sus colores brillantes y resistentes a la luz. Estos pigmentos eran más intensos y estables que los colorantes amarillos y naranjas anteriores.
No fue hasta mediados del siglo XX cuando se reconoció ampliamente la grave toxicidad del cadmio. La trágica «enfermedad de Itai-itai» en Japón durante las décadas de 1950 y 1960, causada por la contaminación con cadmio procedente de actividades mineras, puso de relieve los peligrosos efectos del elemento sobre la salud. Esto condujo a normativas estrictas y a la eliminación gradual de muchas aplicaciones del cadmio.
Actualmente, el cadmio sirve como modelo para estudiar la toxicidad de los metales pesados y la contaminación ambiental. La investigación sobre sus efectos biológicos ha contribuido significativamente a comprender el estrés celular, el daño del ADN y la salud ambiental. A pesar de su toxicidad, el cadmio sigue siendo importante en aplicaciones especializadas, como las barras de control nuclear y las células solares avanzadas.
El descubrimiento del cadmio por Stromeyer ejemplifica la cuidadosa química analítica de principios del siglo XIX. Su enfoque sistemático para aislar y caracterizar sustancias desconocidas se convirtió en un modelo para el descubrimiento de elementos. El posterior reconocimiento de la toxicidad del cadmio también ayudó a establecer el campo de la toxicología ambiental y la importancia de estudiar los efectos de los elementos sobre la salud.
Aplicaciones
Debido a la toxicidad del cadmio, muchos usos tradicionales se han eliminado gradualmente o están sujetos a una regulación estricta. La UE ha prohibido el cadmio en la mayoría de los productos de consumo y muchos países tienen límites estrictos para las emisiones y la eliminación del cadmio.
Las baterías de NiCd fueron habituales en aplicaciones recargables debido a su durabilidad y capacidad para suministrar corrientes elevadas. Alimentaban teléfonos inalámbricos, iluminación de emergencia y herramientas eléctricas. Sin embargo, las preocupaciones ambientales han llevado a sustituirlas por baterías de ion de litio y NiMH en la mayoría de las aplicaciones.
El sulfuro de cadmio produce pigmentos amarillos brillantes, mientras que el seleniuro de cadmio crea rojos y naranjas intensos. Los artistas valoraban estos pigmentos por su intensidad y resistencia a la luz. Pintores famosos como Monet y Van Gogh utilizaron amarillos de cadmio. Actualmente, se prefieren alternativas más seguras para la mayoría de las aplicaciones.
El recubrimiento de cadmio proporciona una excelente resistencia a la corrosión, especialmente en ambientes marinos. Se utilizaba ampliamente en componentes de aeronaves, pernos y componentes electrónicos. Las aplicaciones militares y aeroespaciales todavía emplean recubrimientos de cadmio cuando las alternativas no igualan su rendimiento, pero bajo controles estrictos.
La excepcional capacidad del cadmio para absorber neutrones lo hace valioso en reactores nucleares como material para barras de control y escudos de neutrones. El cadmio-113 tiene una de las secciones eficaces de absorción de neutrones más altas de cualquier isótopo estable, por lo que es esencial para los sistemas de seguridad nuclear.
Las células solares de película delgada de telururo de cadmio (CdTe) son muy eficientes y rentables. A pesar de las preocupaciones ambientales relacionadas con el cadmio, estos paneles solares tienen excelentes tasas de retorno energético y son reciclables. Representan una de las pocas aplicaciones del cadmio que están creciendo.
Las aleaciones de cadmio de bajo punto de fusión se utilizan en aplicaciones especializadas, como sistemas automáticos de rociadores contra incendios y tapones de seguridad en recipientes a presión. Estas aleaciones se funden a temperaturas predeterminadas y proporcionan liberaciones automáticas de seguridad en situaciones de emergencia.
Los compuestos de cadmio sirven como herramientas de investigación en estudios de bioquímica y toxicología. El cloruro de cadmio se utiliza para estudiar las respuestas celulares al estrés y la toxicología ambiental. Estas aplicaciones requieren protocolos estrictos de seguridad y procedimientos de gestión de residuos.
Debido a la toxicidad del cadmio, la mayoría de los usos cotidianos se han eliminado gradualmente o están sujetos a una regulación estricta. Actualmente, los consumidores rara vez entran en contacto directo con el cadmio, ya que alternativas más seguras han sustituido la mayoría de las aplicaciones tradicionales.
Las baterías recargables antiguas de herramientas eléctricas, iluminación de emergencia y teléfonos inalámbricos contenían cadmio. Están siendo sustituidas por baterías de ion de litio y de níquel-metal hidruro. Reciclar correctamente las baterías antiguas de NiCd es crucial para evitar la contaminación ambiental.
Los artistas profesionales todavía pueden utilizar pinturas a base de cadmio por sus excepcionales propiedades cromáticas, pero muchos fabricantes ofrecen ahora alternativas sin cadmio. A menudo se enseña a los estudiantes de arte a utilizar sustitutos más seguros que imitan los amarillos, naranjas y rojos intensos del cadmio.
Algunos paneles solares de película delgada contienen telururo de cadmio, aunque los consumidores no interactúan directamente con este material. Estos paneles están sellados y deben reciclarse correctamente al final de su vida útil para evitar la liberación de cadmio al medio ambiente.
Las cerámicas y los esmaltes antiguos a veces contienen pigmentos de cadmio, que pueden filtrarse a los alimentos y las bebidas. Actualmente, las normativas prohíben el cadmio en las superficies en contacto con alimentos. Las vajillas antiguas o importadas deben analizarse antes de utilizarlas con alimentos.
Algunos equipos industriales especializados pueden contener componentes recubiertos de cadmio para resistir la corrosión. Los trabajadores de estas industrias reciben formación y supervisión especiales. La exposición de los consumidores es mínima debido a las prácticas industriales de contención.
El cadmio puede acumularse en el suelo y las plantas, especialmente en las verduras de hoja y los cereales. Las prácticas agrícolas modernas controlan los niveles de cadmio para garantizar la seguridad alimentaria. Fumar tabaco es una fuente importante de exposición al cadmio para los fumadores.
Los organismos reguladores, como la EPA y la FDA, limitan estrictamente el cadmio en los productos de consumo. La mayor parte de la exposición cotidiana procede de los alimentos y el tabaco, y no del contacto directo con productos que contienen cadmio. El reciclaje y la eliminación adecuados evitan la acumulación ambiental.
De dónde procede
0.15 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 43% of elements
El cadmio es uno de los elementos estables más raros de la corteza terrestre, con una concentración media de solo 0.1-0.2 partes por millón. Este metal pesado tóxico rara vez forma sus propios minerales; en cambio, aparece como componente minoritario en menas de zinc, plomo y cobre.
La similitud química del cadmio con el zinc hace que casi siempre aparezca junto a minerales de zinc. El mineral de cadmio más importante es la greenockita (CdS), que se forma como recubrimiento sobre menas de zinc. El cadmio suele constituir el 0.1-0.5% de los concentrados de zinc, por lo que el refinado del zinc es la principal fuente de producción de cadmio.
Entre las principales regiones productoras de cadmio se encuentran China (60% de la producción mundial), Corea del Sur, Canadá y Kazajistán. La mina Red Dog, en Alaska, produce cantidades importantes de cadmio como subproducto de la extracción de zinc. Los yacimientos de Mount Isa y Broken Hill, en Australia, también contienen reservas considerables de cadmio.
Los minerales puros de cadmio son extremadamente raros. Además de la greenockita (CdS), otros minerales de cadmio son la otavita (CdCO₃) y la monteponita (CdO). Estos minerales tienen principalmente interés científico, más que importancia económica, ya que el cadmio se recupera casi exclusivamente como subproducto de la producción de otros metales.
Las actividades humanas han aumentado significativamente los niveles ambientales de cadmio. La combustión del carbón, la fundición de metales y los procesos industriales liberan cadmio al aire, el agua y el suelo. La incineración de residuos municipales y el uso de fertilizantes fosfatados también contribuyen a la contaminación ambiental por cadmio.
El cadmio se bioacumula en los organismos vivos, especialmente en los riñones y el hígado. Las plantas pueden absorber cadmio de suelos contaminados, y las verduras de hoja y los cereales presentan concentraciones más elevadas. Los mariscos y algunas especies de peces concentran cadmio del agua, por lo que los productos del mar pueden ser una fuente potencial de exposición.
El agua de mar contiene aproximadamente 0.1 partes por mil millones de cadmio, mientras que las aguas dulces suelen presentar concentraciones menores. La contaminación por cadmio procedente de la minería y las actividades industriales puede elevar significativamente las concentraciones en ríos y lagos cercanos a lugares contaminados.
El cadmio experimenta transporte atmosférico a larga distancia, lo que permite que la contaminación de las zonas industriales afecte a regiones remotas. La actividad volcánica también libera cadmio natural a la atmósfera. La persistencia y toxicidad del elemento lo convierten en una preocupación ambiental mundial que requiere cooperación internacional para su gestión.
Manejo
El cadmio está clasificado como carcinógeno del Grupo 1 por la Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (IARC). Presenta graves riesgos para la salud por inhalación, ingestión y contacto con la piel. La exposición debe minimizarse y controlarse estrictamente.
Inhalación aguda: Los vapores de cadmio pueden causar irritación pulmonar grave, edema pulmonar y neumonitis potencialmente mortal. Los síntomas pueden retrasarse 4-24 horas después de la exposición. Exposición crónica: La inhalación prolongada causa daño pulmonar irreversible, enfisema y un mayor riesgo de cáncer de pulmón.
Órgano diana principal: El cadmio se acumula en los riñones, con un periodo de semidesintegración biológico de 10-30 años. La exposición crónica causa disfunción renal, proteinuria y finalmente insuficiencia renal. Incluso una exposición de bajo nivel a lo largo del tiempo puede causar daño renal irreversible.
Interferencia con el calcio: El cadmio altera el metabolismo del calcio, lo que provoca desmineralización ósea, osteoporosis y un mayor riesgo de fracturas. La conocida «enfermedad de Itai-itai» en Japón se caracterizó por dolor óseo intenso y fracturas causadas por la contaminación con cadmio.
Múltiples tipos de cáncer: La exposición al cadmio está relacionada con cánceres de pulmón, próstata, riñón y vejiga. El mecanismo implica daño del ADN, estrés oxidativo y alteración de los mecanismos de reparación celular. No se ha establecido ningún umbral seguro de exposición.
Se requieren controles estrictos: La OSHA limita la exposición laboral a 0.005 mg/m³ durante una jornada de 8 horas. Los trabajadores deben utilizar protección respiratoria y ropa protectora, y someterse a controles periódicos de salud. Está prohibido comer, beber y fumar en las áreas de trabajo con cadmio.
Prevención de la contaminación: Es esencial eliminar correctamente las baterías y los dispositivos electrónicos que contienen cadmio. El control agrícola evita la acumulación de cadmio en los cultivos alimentarios. La recuperación de lugares contaminados requiere técnicas especializadas y un seguimiento a largo plazo.
Medidas inmediatas: Alejarse de la fuente de exposición, proporcionar aire fresco y buscar atención médica inmediata en caso de inhalación. Lavar minuciosamente la piel tras el contacto. Puede considerarse la terapia de quelación en caso de intoxicación aguda, aunque su eficacia es limitada. Es esencial realizar un seguimiento médico a largo plazo tras cualquier exposición importante.
Respuestas rápidas
Cadmio (symbol Cd) is element 48 on the periodic table, a metal de transición in period 5, group 12. A soft, toxic metal that gave the world rechargeable NiCd cells and the brilliant yellow of old paint. At room temperature it is a solid.
[Kr] 4d¹⁰ 5s², giving 5 occupied shells holding 2, 8, 18, 18, 2 electrons respectively.Cadmio melts at 594.2 K (321.1 °C) and boils at 1040 K (766.9 °C).
The standard atomic weight of Cadmio is 112.414 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
Cadmio has a density of 8.65 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of cadmio is about 8.7× heavier.
Cadmio has a Pauling electronegativity of 1.69. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.
Cadmio was discovered in 1817 by Stromeyer & Hermann. It is named after latin cadmia, "calamine".
Cadmio makes up about 0.15 mg/kg of the Earth's crust — genuinely rare, which is why it is expensive.