Cd · Élément 48 · Métal de transition
Un métal doux et toxique qui a donné au monde les accumulateurs rechargeables NiCd et le jaune éclatant des anciennes peintures.
Structure
Il ne s’agit pas d’un diagramme de points sur des anneaux — mais d’un échantillon de Monte-Carlo de la véritable densité de probabilité |ψ|² pour chaque sous-couche occupée. Faites glisser pour faire pivoter. Le bleu et le violet indiquent les signes opposés de la fonction d’onde, ce qui rend la liaison possible.
Valeurs mesurées
Chaque barre indique où se situe le cadmium parmi les 118 éléments pour cette propriété.
Sources : masses atomiques standard de l’IUPAC 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Les valeurs marquées ~ sont prédites plutôt que mesurées.
Même élément, neutrons différents
Tous les atomes de cadmium ont le même nombre de protons, 48, et ne diffèrent que par leur nombre de neutrons : ces variantes sont ses isotopes. Le plus courant, Cd-114, a 66 neutrons et représente 28,754 % du cadmium naturel.
| ISOTOPE | Neutrons | Abondance naturelle | Demi-vie | Mode de désintégration |
|---|---|---|---|---|
| Cd-106 | 58 | 1,245 % | Stable | — |
| Cd-108 | 60 | 0,888 % | Stable | — |
| Cd-110 | 62 | 12,470 % | Stable | — |
| Cd-111 | 63 | 12,795 % | Stable | — |
| Cd-112 | 64 | 24,109 % | Stable | — |
| Cd-113 | 65 | 12,227 % | 8,04 × 10¹⁵ ans | β⁻ |
| Cd-114 le plus courant | 66 | 28,754 % | Stable | — |
| Cd-116 | 68 | 7,512 % | 3,3 × 10¹⁹ an | 2β⁻ |
Le raccourci scolaire, masse atomique arrondie moins numéro atomique, donne 64 pour le cadmium, mais son atome le plus courant a 66 neutrons : la masse atomique, 112,414, est une moyenne sur tous les isotopes naturels.
Modes de désintégration
Données : IAEA Nuclear Data Section, LiveChart of Nuclides, évaluations des états fondamentaux, consultées le 10 octobre 2026. L’abondance est la part des atomes dans l’élément naturel ; un tiret signifie que l’isotope n’a pas d’abondance naturelle de référence.
Taille, à l’échelle
Rayon de 151 pm — soit 0,151 nm ; il en faudrait donc environ 3,31 millions côte à côte pour couvrir un millimètre.
Plage thermique
Entre 594 K et 1040 K, le cadmium est liquide : une plage de 446 K.
Où il se trouve
Dans le tableau, le cadmium occupe la période 5, groupe 12. Tous les éléments du groupe 12 possèdent le même nombre d’électrons externes, ce qui explique qu’ils se comportent de manière si similaire.
Autres métaux de transition
Tous les métaux de transitionL’histoire
Le cadmium (Cd) est l’élément 48, un métal mou d’un blanc bleuté du groupe 12, situé sous le zinc et au-dessus du mercure. Il fond à 321 °C (594,22 K), bout à 767 °C (1 040 K) et a une masse volumique de 8,65 g/cm³. Le cadmium et ses composés sont toxiques et classés cancérogènes pour l’homme, ce qui a conduit à limiter strictement son utilisation.
Le cadmium possède 48 électrons répartis sur cinq couches, selon la distribution 2, 8, 18, 18, 2, avec la configuration [Kr] 4d¹⁰ 5s². Comme le zinc, il forme presque toujours l’ion Cd²⁺.
Le cadmium naturel comprend huit isotopes ; le plus abondant est le cadmium-114, avec environ 29 %. Le cadmium-113 absorbe très fortement les neutrons lents, ce qui explique l’emploi du cadmium pour contrôler les réactions nucléaires. Deux des isotopes naturels, le cadmium-113 et le cadmium-116, sont radioactifs, avec des demi-vies bien plus longues que l’âge de l’univers.
En 1817, Friedrich Stromeyer, professeur à Göttingen qui inspectait aussi les pharmacies, a étudié des échantillons de carbonate de zinc qui jaunissaient à la chaleur alors qu’ils ne contenaient pas de fer. Il a attribué cette couleur à un nouveau métal, qu’il a nommé cadmium, du latin cadmia, l’ancien nom du minerai de carbonate de zinc (calamine).
La même année, Karl Samuel Leberecht Hermann a découvert l’élément de façon indépendante dans de l’oxyde de zinc de Silésie, et la découverte est attribuée aux deux hommes.
Le cadmium a été peu utilisé jusqu’à la fin du XIXe siècle, lorsque le sulfure de cadmium est devenu un pigment jaune apprécié. Son usage s’est développé au XXe siècle dans les revêtements, les batteries et les plastiques, jusqu’à ce que sa toxicité, mise en évidence par la maladie itai-itai au Japon, entraîne des restrictions à partir des années 1970.
Applications
Les accumulateurs rechargeables nickel-cadmium (NiCd) ont longtemps été la principale utilisation du cadmium. Robustes et performants par temps froid, ils sont encore utilisés dans l’aviation, le ferroviaire et les systèmes d’alimentation de secours. L’Union européenne les a interdits dans la plupart des appareils portables, où les batteries lithium-ion et nickel-hydrure métallique les ont remplacés.
Le tellurure de cadmium (CdTe) est le principal matériau des cellules solaires en couches minces et équipe de grandes centrales solaires.
En raison de sa toxicité, la directive européenne RoHS limite le cadmium dans les équipements électriques et électroniques à 0,01 % en masse, et de nombreux pays le restreignent dans les plastiques, les bijoux et les jouets.
Le cadmium est moins présent dans les foyers qu’autrefois. On peut encore le trouver dans d’anciens accumulateurs NiCd et outils sans fil, dans les peintures d’artiste à base de cadmium, dans certaines céramiques et certains verres colorés, et dans les panneaux solaires au tellurure de cadmium. Il atteint aussi l’organisme par l’alimentation et le tabac : la fumée de cigarette est l’une des principales sources d’exposition au cadmium chez les fumeurs.
D’où il vient
0,15 mg/kg de la croûte terrestre · plus abondant que 43 % des éléments
Le cadmium est rare : il représente environ 0,15 partie par million de la croûte terrestre. Son seul minéral notable, la greenockite (sulfure de cadmium), est peu courant et n’est pas exploité pour lui-même.
Chimiquement proche du zinc, le cadmium le remplace dans ses minerais, surtout la sphalérite (sulfure de zinc). Presque tout le cadmium est récupéré comme sous-produit du raffinage du zinc, si bien que son offre suit la production de zinc. La Chine, la Corée du Sud, le Japon et le Canada figurent parmi les principaux raffineurs (USGS).
Le cadmium pénètre dans les sols et les eaux à partir de l’extraction et de la fonte du zinc, des engrais phosphatés et des déchets. Des plantes comme le riz, les légumes-feuilles et le tabac l’absorbent depuis le sol, et c’est ainsi qu’il entre dans la chaîne alimentaire.
Manipulation
Le cadmium et ses composés sont toxiques. Le Centre international de recherche sur le cancer les classe comme cancérogènes pour l’homme (groupe 1), principalement en raison du cancer du poumon. L’inhalation des fumées d’oxyde de cadmium, produites lorsqu’un métal cadmié ou contenant du cadmium est chauffé, soudé ou découpé, peut provoquer des lésions pulmonaires graves, parfois mortelles, qui peuvent n’apparaître que plusieurs heures après l’exposition.
Le cadmium s’accumule dans les reins et reste dans l’organisme pendant des décennies. Une exposition prolongée endommage les reins et fragilise les os. Dans le bassin de la rivière Jinzū, au Japon, le cadmium d’une mine de zinc a contaminé des rizières et provoqué la maladie itai-itai, une maladie osseuse douloureuse officiellement reconnue comme liée à la pollution en 1968.
Pour aller plus loin
Réponses rapides
Le cadmium (symbole Cd) est l’élément 48 du tableau périodique, un métal de transition de la période 5, groupe 12. Un métal doux et toxique qui a donné au monde les accumulateurs rechargeables NiCd et le jaune éclatant des anciennes peintures. À température ambiante, c’est un solide.
[Kr] 4d¹⁰ 5s² ; elle comporte 5 couches occupées, avec la répartition 2, 8, 18, 18, 2.Le cadmium fond à 594,2 K (321,1 °C) et bout à 1040 K (766,9 °C).
La masse atomique standard du cadmium est de 112,414 u. Il s’agit d’une moyenne pondérée de ses isotopes présents naturellement, ce qui explique qu’elle soit rarement un nombre entier.
L’atome de cadmium le plus courant, Cd-114, a 66 neutrons : son nombre de masse, 114, moins son numéro atomique, 48. Il représente 28,754 % du cadmium naturel. Le raccourci scolaire, masse atomique arrondie (112,414) moins numéro atomique, donne 64, car la masse atomique est une moyenne sur tous les isotopes naturels du cadmium.
La masse volumique du cadmium est de 8,65 g/cm³. L’eau a une masse volumique de 1,0 g/cm³ ; un bloc de cadmium est donc environ 8,7× plus lourd.
L’électronégativité du cadmium sur l’échelle de Pauling est de 1,69. L’échelle va de 0,70 (le francium, qui attire le moins les électrons) à 3,98 (le fluor, qui les attire le plus). Les valeurs de cette plage intermédiaire tendent à former des liaisons covalentes plutôt que des liaisons fortement ioniques.
La découverte du cadmium remonte à 1817 ; on la doit à Stromeyer & Hermann. Origine du nom : latin cadmia, « calamine ».
Le cadmium constitue environ 0,15 mg/kg de la croûte terrestre — véritablement rare, ce qui explique son prix élevé.