Cd · Elemento 48 · Metal de transición
Un metal blando y tóxico que dio al mundo las celdas recargables de NiCd y el amarillo brillante de las pinturas antiguas.
Estructura
No es un diagrama de puntos sobre anillos — es una muestra de Monte Carlo de la densidad de probabilidad real |ψ|² de cada subcapa ocupada. Arrastra para girar. El azul y el violeta indican signos opuestos de la función de onda, lo que permite la formación de enlaces.
Valores medidos
Cada barra muestra dónde se sitúa cadmio entre los 118 elementos según 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
Radio de 151 pm: es decir, 0,151 nm, por lo que aproximadamente 3,31 millones de ellos, uno al lado del otro, abarcarían un milímetro.
Intervalo térmico
Cadmio es líquido en un intervalo de 446 K, desde 594 K hasta 1040 K.
Dónde se encuentra
Cadmio se encuentra en el periodo 5, grupo 12. Todos los elementos del grupo 12 tienen el mismo número de electrones externos, por lo que se comportan de forma muy similar.
Otros Metales de transición
Todos los metales de transiciónLa historia
Un metal blando y tóxico que dio al mundo las celdas recargables de NiCd y el amarillo brillante de las pinturas antiguas.
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 en el óxido de zinc utilizado con fines medicinales. Los farmacéuticos se habían quejado de que algunos lotes de óxido de zinc se volvían amarillos al calentarse, lo que los hacía inadecuados 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 varios 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 aisló con éxito una pequeña cantidad de cadmio metálico al reducir el compuesto amarillo con carbón vegetal. El nuevo metal era blanco plateado, maleable y poseía propiedades inusuales. Lo llamó «cadmio» por la palabra griega «kadmeia» (calamina), en referencia al mineral de zinc del que se extrajo.
De forma notable, otros dos químicos realizaron descubrimientos similares aproximadamente en la misma época. Karl Samuel Leberecht Hermann, en Alemania, y Jöns Jacob Berzelius, en Suecia, aislaron cadmio de forma independiente en 1818 y confirmaron el trabajo de Stromeyer. Este descubrimiento paralelo destacó el enfoque sistemático de la química de comienzos 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 por sus colores brillantes y resistentes a la luz. Estos pigmentos eran más intensos y estables que los colorantes amarillos y naranjas anteriores.
La grave toxicidad del cadmio no se reconoció ampliamente hasta mediados del siglo XX. La trágica «enfermedad de Itai-itai» en Japón durante las décadas de 1950 y 1960, causada por la contaminación procedente de operaciones 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.
Hoy, 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 comienzos 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 contribuyó 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 estrictamente regulados. La UE ha prohibido el cadmio en la mayoría de los productos de consumo y muchos países establecen 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-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 usaron amarillos de cadmio. Hoy 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 usan 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 blindajes 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 relaciones de recuperación energética 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 aperturas 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 estrictamente regulados. Los consumidores modernos 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. Se están sustituyendo por baterías de ion-litio y de níquel-metal hidruro. El reciclaje adecuado de las baterías antiguas de NiCd es crucial para evitar la contaminación ambiental.
Los artistas profesionales todavía pueden usar 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 usar 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 usarlas con alimentos.
Algunos equipos industriales especializados pueden contener componentes recubiertos de cadmio para resistir la corrosión. Los trabajadores de estas industrias reciben capacitación y supervisión especiales. La exposición de los consumidores es mínima debido a las prácticas de contención industrial.
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 de la corteza terrestre · más abundante que el 43 % de los elementos
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 minerales de zinc, plomo y cobre.
La similitud química del cadmio con el zinc significa que casi siempre aparece junto a minerales de zinc. El mineral que contiene cadmio más importante es la greenockita (CdS), que se forma como recubrimiento sobre minerales 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.
Las principales regiones productoras de cadmio incluyen 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 minería del zinc. Los yacimientos de Mount Isa y Broken Hill, en Australia, también contienen reservas considerables de cadmio.
Los minerales de cadmio puro 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 y no económico, 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 considerablemente 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 daños pulmonares irreversibles, enfisema y un mayor riesgo de cáncer de pulmón.
Órgano diana principal: El cadmio se acumula en los riñones y tiene 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 daños renales irreversibles.
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 causados por la contaminación por 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 de exposición segura.
Se requieren controles estrictos: La OSHA limita la exposición laboral a 0.005 mg/m³ durante una jornada de 8 horas. Los trabajadores deben usar 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: La eliminación adecuada de las baterías y los dispositivos electrónicos que contienen cadmio es esencial. El control agrícola evita la acumulación de cadmio en los cultivos alimentarios. La rehabilitación de lugares contaminados requiere técnicas especializadas y un seguimiento a largo plazo.
Medidas inmediatas: Retirar a la persona de la exposición, proporcionarle aire fresco y buscar atención médica inmediata en caso de inhalación. Lavar bien la piel tras el contacto. Puede considerarse la terapia de quelación para una intoxicación aguda, aunque su eficacia es limitada. Es esencial realizar un seguimiento médico a largo plazo tras cualquier exposición significativa.
Respuestas rápidas
Cadmio (símbolo Cd) es el elemento 48 de la tabla periódica, un Metal de transición del periodo 5, grupo 12. Un metal blando y tóxico que dio al mundo las celdas recargables de NiCd y el amarillo brillante de las pinturas antiguas. A temperatura ambiente es un sólido.
[Kr] 4d¹⁰ 5s², con 5 capas ocupadas y la distribución 2, 8, 18, 18, 2.Cadmio se funde a 594.2 K (321.1 °C) y hierve a 1040 K (766.9 °C).
La masa atómica estándar de Cadmio es 112.414 u. Es un promedio ponderado de sus isótopos naturales, por lo que rara vez es un número entero.
Cadmio tiene una densidad de 8.65 g/cm³. El agua tiene una densidad de 1.0 g/cm³, por lo que un bloque de Cadmio es aproximadamente 8.7 veces más pesado.
Cadmio tiene una electronegatividad de Pauling de 1.69. La escala va de 0.70 (francio, el que menos atrae a los electrones) a 3.98 (flúor, el que más). Los valores de esta franja intermedia tienden a formar enlaces covalentes en lugar de enlaces fuertemente iónicos.
Cadmio fue descubierto en 1817 por Stromeyer & Hermann. Recibe su nombre de latín cadmia, «calamina».
Cadmio constituye aproximadamente 0.15 mg/kg de la corteza terrestre; es realmente raro, por lo que resulta caro.