Struttura
Non è un diagramma di punti su anelli, ma un campionamento Monte Carlo della densità di probabilità effettiva |ψ|² per ogni sottolivello occupato. Trascinate per ruotare. Il blu e il viola indicano segni opposti della funzione d'onda, rendendo possibile il legame.
Valori misurati
Ogni barra mostra dove si colloca cadmio tra tutti i 118 elementi per quella proprietà.
Fonti: masse atomiche standard IUPAC 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. I valori contrassegnati da ~ sono predetti anziché misurati.
Dimensioni, in scala
Radius 151 pm — that is 0.151 nm, so about 3311 million of them side by side would span a millimetre.
Intervallo termico
Cadmio is liquid over a 446 K window, from 594 K to 1040 K.
Dove si trova
La storia
A soft, toxic metal that gave the world rechargeable NiCd cells and the brilliant yellow of old paint.
Il cadmio fu scoperto nel 1817 dal chimico tedesco Friedrich Stromeyer mentre studiava uno strano composto giallo che contaminava preparati medicinali di zinco. Questa scoperta accidentale avrebbe rivelato uno degli elementi più tossici della tavola periodica.
Friedrich Stromeyer, professore all'Università di Göttingen, fu incaricato di studiare le segnalazioni di una colorazione gialla nell'ossido di zinco usato per scopi medicinali. I farmacisti si erano lamentati del fatto che alcuni lotti di ossido di zinco diventassero gialli quando riscaldati, rendendoli inadatti all'uso medico. Stromeyer sospettò la presenza di una sostanza sconosciuta.
Stromeyer analizzò metodicamente i campioni contaminati di ossido di zinco. Li sciolse in acido ed eseguì reazioni di precipitazione per separare i diversi componenti. Il colore giallo persisteva attraverso vari trattamenti chimici, indicando che non era dovuto a impurità note come ferro o arsenico. Il suo attento lavoro analitico rivelò che si trattava di qualcosa di completamente nuovo.
Attraverso una serie di separazioni chimiche, Stromeyer riuscì a isolare una piccola quantità di cadmio metallico riducendo il composto giallo con carbone. Il nuovo metallo era bianco-argenteo, malleabile e dotato di proprietà insolite. Lo chiamò "cadmio" dalla parola greca "kadmeia" (calamina), in riferimento al minerale di zinco da cui era stato estratto.
Sorprendentemente, altri due chimici fecero scoperte simili nello stesso periodo. Karl Samuel Leberecht Hermann in Germania e Jöns Jacob Berzelius in Svezia isolarono entrambi il cadmio indipendentemente nel 1818, confermando il lavoro di Stromeyer. Questa scoperta parallela mise in evidenza l'approccio sistematico della chimica dell'inizio del XIX secolo.
Entro alcuni decenni dalla sua scoperta, il cadmio trovò impiego come pigmento. Il giallo di cadmio (solfuro di cadmio) e il rosso di cadmio (seleniuro di cadmio) furono apprezzati dagli artisti per i loro colori brillanti e resistenti alla luce. Questi pigmenti erano più vivaci e stabili dei precedenti coloranti gialli e arancioni.
Fu solo verso la metà del XX secolo che la grave tossicità del cadmio venne ampiamente riconosciuta. La tragica "malattia Itai-itai" in Giappone negli anni 1950-60, causata dall'inquinamento da cadmio delle attività minerarie, mise in evidenza i pericolosi effetti dell'elemento sulla salute. Ciò portò a rigide regolamentazioni e all'eliminazione graduale di molte applicazioni del cadmio.
Oggi il cadmio serve come modello per studiare la tossicità dei metalli pesanti e la contaminazione ambientale. La ricerca sui suoi effetti biologici ha contribuito significativamente alla comprensione dello stress cellulare, dei danni al DNA e della salute ambientale. Nonostante la sua tossicità, il cadmio rimane importante in applicazioni specializzate come le barre di controllo nucleari e le celle solari avanzate.
La scoperta del cadmio da parte di Stromeyer esemplifica l'attenta chimica analitica dell'inizio del XIX secolo. Il suo approccio sistematico all'isolamento e alla caratterizzazione di sostanze sconosciute divenne un modello per la scoperta degli elementi. Il successivo riconoscimento della tossicità del cadmio contribuì inoltre alla nascita della tossicologia ambientale e all'importanza dello studio degli effetti degli elementi sulla salute.
Applicazioni
A causa della tossicità del cadmio, molti usi tradizionali sono stati eliminati o sottoposti a rigide regolamentazioni. L'UE ha vietato il cadmio nella maggior parte dei prodotti di consumo e molti Paesi hanno stabilito limiti severi alle emissioni e allo smaltimento del cadmio.
Le batterie NiCd erano un tempo comuni nelle applicazioni ricaricabili grazie alla loro durata e alla capacità di fornire correnti elevate. Alimentavano telefoni cordless, illuminazione di emergenza e strumenti elettrici. Tuttavia, le problematiche ambientali hanno portato alla loro sostituzione con batterie agli ioni di litio e NiMH nella maggior parte delle applicazioni.
Il solfuro di cadmio produce pigmenti gialli brillanti, mentre il seleniuro di cadmio crea rossi e arancioni intensi. Questi pigmenti erano apprezzati dagli artisti per la loro intensità e resistenza alla luce. Pittori famosi come Monet e Van Gogh usavano i gialli di cadmio. Oggi, per la maggior parte delle applicazioni, si preferiscono alternative più sicure.
La cadmiatura offre un'eccellente resistenza alla corrosione, soprattutto negli ambienti marini. Era ampiamente usata per componenti aeronautici, bulloni e componenti elettronici. Le applicazioni militari e aerospaziali utilizzano ancora la cadmiatura quando le alternative non offrono prestazioni equivalenti, ma sotto stretti controlli.
L'eccezionale capacità del cadmio di assorbire neutroni lo rende prezioso nei reattori nucleari come materiale per barre di controllo e schermature contro i neutroni. Il cadmio-113 ha una delle più alte sezioni d'urto di assorbimento dei neutroni tra tutti gli isotopi stabili, rendendolo essenziale per i sistemi di sicurezza nucleare.
Le celle solari a film sottile di tellururo di cadmio (CdTe) sono molto efficienti ed economiche. Nonostante le problematiche ambientali legate al cadmio, questi pannelli solari hanno eccellenti tempi di recupero energetico e sono riciclabili. Rappresentano una delle poche applicazioni del cadmio in crescita.
Le leghe di cadmio a basso punto di fusione sono usate in applicazioni specializzate, come i sistemi automatici antincendio a sprinkler e i tappi di sicurezza per recipienti a pressione. Queste leghe fondono a temperature prestabilite, garantendo dispositivi automatici di scarico della pressione in situazioni di emergenza.
I composti del cadmio sono strumenti di ricerca negli studi di biochimica e tossicologia. Il cloruro di cadmio è usato per studiare le risposte cellulari allo stress e la tossicologia ambientale. Queste applicazioni richiedono rigorosi protocolli di sicurezza e procedure di gestione dei rifiuti.
A causa della tossicità del cadmio, la maggior parte degli usi quotidiani è stata eliminata o sottoposta a rigide regolamentazioni. I consumatori moderni entrano raramente in contatto diretto con il cadmio, poiché alternative più sicure hanno sostituito la maggior parte delle applicazioni tradizionali.
Le vecchie batterie ricaricabili di strumenti elettrici, impianti di illuminazione di emergenza e telefoni cordless contenevano cadmio. Vengono sostituite con batterie agli ioni di litio e al nichel-metallo idruro. Il corretto riciclaggio delle vecchie batterie NiCd è fondamentale per prevenire la contaminazione ambientale.
Gli artisti professionisti possono ancora usare vernici a base di cadmio per le loro eccezionali proprietà cromatiche, ma molti produttori offrono oggi alternative prive di cadmio. Agli studenti d'arte viene spesso insegnato a usare sostituti più sicuri che imitano i gialli, gli arancioni e i rossi intensi del cadmio.
Alcuni pannelli solari a film sottile contengono tellururo di cadmio, sebbene i consumatori non entrino direttamente in contatto con questo materiale. Questi pannelli sono sigillati e devono essere correttamente riciclati al termine della loro vita utile per prevenire il rilascio di cadmio nell'ambiente.
Talvolta le ceramiche e gli smalti d'epoca contengono pigmenti di cadmio, che possono trasferirsi negli alimenti e nelle bevande. Le normative vietano oggi il cadmio nelle superfici a contatto con gli alimenti. Le stoviglie antiche o importate devono essere sottoposte a test prima di essere usate con gli alimenti.
Alcune apparecchiature industriali specializzate possono contenere componenti cadmiati per garantire la resistenza alla corrosione. I lavoratori di questi settori ricevono una formazione specifica e sono sottoposti a monitoraggio. L'esposizione dei consumatori è minima grazie alle pratiche di contenimento industriale.
Il cadmio può accumularsi nel suolo e nelle piante, in particolare nelle verdure a foglia e nei cereali. Le moderne pratiche agricole monitorano i livelli di cadmio per garantire la sicurezza alimentare. Il fumo di tabacco è una fonte significativa di esposizione al cadmio per i fumatori.
Le agenzie di regolamentazione come EPA e FDA limitano rigorosamente il cadmio nei prodotti di consumo. La maggior parte dell'esposizione quotidiana proviene dagli alimenti e dal tabacco, non dal contatto diretto con prodotti contenenti cadmio. Un corretto riciclaggio e smaltimento prevengono l'accumulo ambientale.
Da dove proviene
0.15 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 43% of elements
Il cadmio è uno degli elementi stabili più rari nella crosta terrestre, con una concentrazione media di appena 0.1-0.2 parti per milione. Questo metallo pesante tossico forma raramente minerali propri, ma si trova come componente minore nei minerali di zinco, piombo e rame.
La somiglianza chimica del cadmio con lo zinco fa sì che si trovi quasi sempre insieme ai minerali di zinco. Il più importante minerale contenente cadmio è la greenockite (CdS), che si forma come rivestimento sui minerali di zinco. Il cadmio costituisce tipicamente lo 0.1-0.5% dei concentrati di zinco, rendendo la raffinazione dello zinco la principale fonte di produzione del cadmio.
Le principali regioni produttrici di cadmio comprendono Cina (60% della produzione mondiale), Corea del Sud, Canada e Kazakistan. La miniera Red Dog in Alaska produce quantità significative di cadmio come sottoprodotto dell'estrazione dello zinco. Anche i giacimenti australiani di Mount Isa e Broken Hill contengono riserve considerevoli di cadmio.
I minerali puri di cadmio sono estremamente rari. Oltre alla greenockite (CdS), tra gli altri minerali di cadmio vi sono l'otavite (CdCO₃) e la monteponite (CdO). Questi minerali hanno soprattutto interesse scientifico, più che economico, poiché il cadmio viene recuperato quasi esclusivamente come sottoprodotto della produzione di altri metalli.
Le attività umane hanno aumentato significativamente i livelli ambientali di cadmio. La combustione del carbone, la fusione dei metalli e i processi industriali rilasciano cadmio nell'aria, nell'acqua e nel suolo. Anche l'incenerimento dei rifiuti urbani e l'uso di fertilizzanti fosfatici contribuiscono alla contaminazione ambientale da cadmio.
Il cadmio si bioaccumula negli organismi viventi, soprattutto nei reni e nel fegato. Le piante possono assorbire cadmio dai suoli contaminati; le verdure a foglia e i cereali mostrano concentrazioni più elevate. Molluschi e alcune specie di pesci concentrano il cadmio presente nell'acqua, rendendo i prodotti ittici una potenziale fonte di esposizione.
L'acqua marina contiene circa 0.1 parti per miliardo di cadmio, mentre le acque dolci presentano in genere concentrazioni inferiori. L'inquinamento da cadmio causato dalle attività minerarie e industriali può aumentare significativamente le concentrazioni nei fiumi e nei laghi vicini ai siti contaminati.
Il cadmio è soggetto a trasporto atmosferico a lunga distanza, permettendo all'inquinamento delle aree industriali di colpire regioni remote. Anche l'attività vulcanica rilascia cadmio naturale nell'atmosfera. La persistenza e la tossicità dell'elemento ne fanno una problematica ambientale globale che richiede cooperazione internazionale per la gestione.
Manipolazione
Il cadmio è classificato come cancerogeno di Gruppo 1 dall'Agenzia internazionale per la ricerca sul cancro (IARC). Comporta gravi rischi per la salute attraverso inalazione, ingestione e contatto con la pelle. L'esposizione deve essere ridotta al minimo e rigorosamente controllata.
Inalazione acuta: I fumi di cadmio possono causare grave irritazione polmonare, edema polmonare e polmonite potenzialmente fatale. I sintomi possono comparire 4-24 ore dopo l'esposizione. Esposizione cronica: L'inalazione prolungata causa danni polmonari irreversibili, enfisema e aumento del rischio di cancro ai polmoni.
Organo bersaglio principale: Il cadmio si accumula nei reni con un tempo di dimezzamento biologico di 10-30 anni. L'esposizione cronica causa disfunzione renale, proteinuria e infine insufficienza renale. Anche un'esposizione a bassi livelli nel tempo può causare danni renali irreversibili.
Interferenza con il calcio: Il cadmio altera il metabolismo del calcio, causando demineralizzazione ossea, osteoporosi e aumento del rischio di fratture. La famigerata "malattia Itai-itai" in Giappone era caratterizzata da forti dolori ossei e fratture dovuti alla contaminazione da cadmio.
Molteplici tipi di cancro: L'esposizione al cadmio è associata a tumori del polmone, della prostata, del rene e della vescica. Il meccanismo coinvolge danni al DNA, stress ossidativo e alterazione dei meccanismi di riparazione cellulare. Non è stata stabilita alcuna soglia di esposizione sicura.
Sono necessari controlli rigorosi: OSHA limita l'esposizione professionale a 0.005 mg/m³ per una giornata lavorativa di 8 ore. I lavoratori devono usare protezioni respiratorie e indumenti protettivi e sottoporsi a regolari controlli sanitari. È vietato mangiare, bere e fumare nelle aree di lavoro con cadmio.
Prevenzione della contaminazione: Il corretto smaltimento delle batterie e dei dispositivi elettronici contenenti cadmio è essenziale. Il monitoraggio agricolo previene l'accumulo di cadmio nelle colture alimentari. La bonifica dei siti contaminati richiede tecniche specializzate e un monitoraggio a lungo termine.
Azioni immediate: Allontanare dalla fonte di esposizione, fornire aria fresca e richiedere immediatamente assistenza medica in caso di inalazione. Lavare accuratamente dopo il contatto con la pelle. In caso di avvelenamento acuto può essere presa in considerazione la terapia chelante, sebbene la sua efficacia sia limitata. Per qualsiasi esposizione significativa è essenziale un monitoraggio medico a lungo termine.
Risposte rapide
Cadmio (symbol Cd) is element 48 on the periodic table, a metallo di transizione 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.