Estrutura
Não é um diagrama de pontos em anéis — é uma amostra de Monte Carlo da densidade de probabilidade real |ψ|² para cada subcamada ocupada. Arraste para girar. Azul e violeta marcam sinais opostos da função de onda, o que torna possível a ligação química.
Valores medidos
Cada barra mostra onde cádmio se situa entre todos os 118 elementos para essa propriedade.
Fontes: massas atômicas padrão da IUPAC de 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Os valores marcados com ~ são previstos, não medidos.
Tamanho, em escala
Radius 151 pm — that is 0.151 nm, so about 3311 million of them side by side would span a millimetre.
Faixa térmica
Cádmio is liquid over a 446 K window, from 594 K to 1040 K.
A história
A soft, toxic metal that gave the world rechargeable NiCd cells and the brilliant yellow of old paint.
O cádmio foi descoberto em 1817 pelo químico alemão Friedrich Stromeyer, durante a investigação de um composto amarelo peculiar que contaminava preparações medicinais de zinco. Essa descoberta acidental revelaria um dos elementos mais tóxicos da tabela periódica.
Friedrich Stromeyer, professor da Universidade de Göttingen, foi encarregado de investigar relatos de descoloração amarela no óxido de zinco usado para fins medicinais. Farmacêuticos reclamavam que alguns lotes de óxido de zinco ficavam amarelos quando aquecidos, tornando-os inadequados para uso médico. Stromeyer suspeitou da presença de uma substância desconhecida.
Stromeyer analisou metodicamente as amostras contaminadas de óxido de zinco. Ele as dissolveu em ácido e realizou reações de precipitação para separar diferentes componentes. A cor amarela persistiu após vários tratamentos químicos, indicando que não vinha de impurezas conhecidas, como ferro ou arsénio. Seu cuidadoso trabalho analítico revelou que se tratava de algo completamente novo.
Por meio de uma série de separações químicas, Stromeyer conseguiu isolar uma pequena quantidade de cádmio metálico reduzindo o composto amarelo com carvão. O novo metal era branco-prateado, maleável e apresentava propriedades incomuns. Ele o chamou de "cádmio", em referência à palavra grega "kadmeia" (calamina), referente ao minério de zinco do qual foi extraído.
Surpreendentemente, dois outros químicos fizeram descobertas semelhantes na mesma época. Karl Samuel Leberecht Hermann, na Alemanha, e Jöns Jacob Berzelius, na Suécia, isolaram cádmio de forma independente em 1818, confirmando o trabalho de Stromeyer. Essa descoberta paralela destacou a abordagem sistemática da química do início do século XIX.
Poucas décadas após sua descoberta, o cádmio passou a ser usado como pigmento. O amarelo de cádmio (sulfeto de cádmio) e o vermelho de cádmio (seleneto de cádmio) tornaram-se valorizados pelos artistas por suas cores brilhantes e resistentes à luz. Esses pigmentos eram mais vibrantes e estáveis que os colorantes amarelos e laranjas anteriores.
Foi somente em meados do século XX que a grave toxicidade do cádmio passou a ser amplamente reconhecida. A trágica "doença Itai-itai" no Japão durante as décadas de 1950-60, causada pela poluição por cádmio proveniente de operações de mineração, destacou os efeitos perigosos do elemento à saúde. Isso levou a regulamentações rigorosas e à eliminação gradual de muitas aplicações do cádmio.
Atualmente, o cádmio serve como modelo para o estudo da toxicidade de metais pesados e da contaminação ambiental. A pesquisa sobre os efeitos biológicos do cádmio contribuiu significativamente para nossa compreensão do estresse celular, dos danos ao DNA e da saúde ambiental. Apesar de sua toxicidade, o cádmio continua importante em aplicações especializadas, como barras de controle nucleares e células solares avançadas.
A descoberta do cádmio por Stromeyer exemplifica a cuidadosa química analítica do início do século XIX. Sua abordagem sistemática para isolar e caracterizar substâncias desconhecidas tornou-se um modelo para a descoberta de elementos. O reconhecimento posterior da toxicidade do cádmio também ajudou a estabelecer o campo da toxicologia ambiental e a importância de estudar os efeitos dos elementos à saúde.
Aplicações
Devido à toxicidade do cádmio, muitos usos tradicionais foram abandonados ou passaram a ser rigorosamente regulamentados. A UE proibiu o cádmio na maioria dos produtos de consumo, e muitos países têm limites rigorosos para as emissões e o descarte de cádmio.
As baterias NiCd já foram comuns em aplicações recarregáveis devido à sua durabilidade e capacidade de fornecer correntes elevadas. Elas alimentavam telefones sem fio, iluminação de emergência e ferramentas elétricas. No entanto, preocupações ambientais levaram à sua substituição por baterias de íons de lítio e NiMH na maioria das aplicações.
O sulfeto de cádmio produz pigmentos amarelos brilhantes, enquanto o seleneto de cádmio cria vermelhos e laranjas vibrantes. Esses pigmentos eram valorizados pelos artistas por sua intensidade e resistência à luz. Pintores famosos como Monet e Van Gogh usaram amarelos de cádmio. Hoje, alternativas mais seguras são preferidas na maioria das aplicações.
O revestimento de cádmio oferece excelente resistência à corrosão, especialmente em ambientes marinhos. Ele era amplamente usado em componentes de aeronaves, parafusos e componentes eletrônicos. Aplicações militares e aeroespaciais ainda utilizam revestimentos de cádmio quando as alternativas não alcançam o mesmo desempenho, mas sob controles rigorosos.
A excepcional capacidade do cádmio de absorver neutrões o torna valioso em reatores nucleares, como barras de controle e blindagens contra neutrões. O cádmio-113 tem uma das maiores seções de choque de absorção de neutrões entre todos os isótopos estáveis, sendo essencial para sistemas de segurança nuclear.
Células solares de película fina de telureto de cádmio (CdTe) são altamente eficientes e econômicas. Apesar das preocupações ambientais relacionadas ao cádmio, esses painéis solares têm excelentes índices de retorno energético e são recicláveis. Eles representam uma das poucas aplicações do cádmio que estão em expansão.
Ligas de cádmio de baixo ponto de fusão são usadas em aplicações especializadas, como sistemas automáticos de sprinklers contra incêndio e tampões de segurança em vasos de pressão. Essas ligas fundem a temperaturas predeterminadas, proporcionando liberações automáticas de segurança em situações de emergência.
Compostos de cádmio servem como ferramentas de pesquisa em estudos de bioquímica e toxicologia. O cloreto de cádmio é usado para estudar respostas celulares ao estresse e a toxicologia ambiental. Essas aplicações exigem protocolos rigorosos de segurança e procedimentos de gestão de resíduos.
Devido à toxicidade do cádmio, a maioria dos usos cotidianos foi abandonada ou passou a ser rigorosamente regulamentada. Os consumidores modernos raramente entram em contato direto com o cádmio, pois alternativas mais seguras substituíram a maioria das aplicações tradicionais.
Baterias recarregáveis antigas usadas em ferramentas elétricas, iluminação de emergência e telefones sem fio continham cádmio. Elas estão sendo substituídas por baterias de íons de lítio e hidreto metálico de níquel. A reciclagem adequada de baterias NiCd antigas é essencial para evitar a contaminação ambiental.
Artistas profissionais ainda podem usar tintas à base de cádmio por suas excepcionais propriedades de cor, mas muitos fabricantes agora oferecem alternativas sem cádmio. Estudantes de arte geralmente aprendem a usar substitutos mais seguros que imitam os amarelos, laranjas e vermelhos vibrantes do cádmio.
Alguns painéis solares de película fina contêm telureto de cádmio, embora os consumidores não interajam diretamente com esse material. Esses painéis são selados e devem ser reciclados adequadamente ao fim de sua vida útil para evitar a liberação de cádmio no ambiente.
Cerâmicas e esmaltes antigos às vezes contêm pigmentos de cádmio, que podem migrar para alimentos e bebidas. Atualmente, os regulamentos proíbem o cádmio em superfícies que entram em contato com alimentos. Louças antigas ou importadas devem ser testadas antes de serem usadas com alimentos.
Alguns equipamentos industriais especializados podem conter componentes revestidos com cádmio para oferecer resistência à corrosão. Os trabalhadores dessas indústrias recebem treinamento e acompanhamento especiais. A exposição dos consumidores é mínima devido às práticas industriais de contenção.
O cádmio pode se acumular no solo e nas plantas, especialmente em vegetais folhosos e grãos. As práticas agrícolas modernas monitoram os níveis de cádmio para garantir a segurança dos alimentos. Fumar tabaco é uma fonte significativa de exposição ao cádmio para fumantes.
Órgãos reguladores como a EPA e a FDA limitam rigorosamente o cádmio em produtos de consumo. A maior parte da exposição cotidiana vem de alimentos e tabaco, e não do contato direto com produtos que contêm cádmio. A reciclagem e o descarte adequados evitam o acúmulo ambiental.
De onde vem
0.15 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 43% of elements
O cádmio é um dos elementos estáveis mais raros da crosta terrestre, ocorrendo em uma concentração média de apenas 0.1-0.2 partes por milhão. Esse metal pesado tóxico raramente forma seus próprios minerais; em vez disso, ocorre como componente secundário em minérios de zinco, chumbo e cobre.
A semelhança química do cádmio com o zinco significa que ele quase sempre ocorre junto de minerais de zinco. O mineral mais importante que contém cádmio é a greenockita (CdS), que se forma como uma camada sobre minérios de zinco. O cádmio normalmente representa 0.1-0.5% dos concentrados de zinco, tornando o refino de zinco a principal fonte de produção de cádmio.
As principais regiões produtoras de cádmio incluem China (60% da produção mundial), Coreia do Sul, Canadá e Cazaquistão. A mina Red Dog, no Alasca, produz quantidades significativas de cádmio como subproduto da mineração de zinco. Os depósitos de Mount Isa e Broken Hill, na Austrália, também contêm reservas substanciais de cádmio.
Minerais puros de cádmio são extremamente raros. Além da greenockita (CdS), outros minerais de cádmio incluem a otavita (CdCO₃) e a monteponita (CdO). Esses minerais são de interesse principalmente científico, e não econômico, pois o cádmio é quase exclusivamente recuperado como subproduto da produção de outros metais.
As atividades humanas aumentaram significativamente os níveis ambientais de cádmio. A queima de carvão, a fundição de metais e os processos industriais liberam cádmio no ar, na água e no solo. A incineração de resíduos urbanos e o uso de fertilizantes fosfatados também contribuem para a contaminação ambiental por cádmio.
O cádmio se bioacumula nos organismos vivos, especialmente nos rins e no fígado. As plantas podem absorver cádmio de solos contaminados, e vegetais folhosos e grãos apresentam concentrações mais elevadas. Mariscos e algumas espécies de peixes concentram cádmio da água, tornando os frutos do mar uma possível fonte de exposição.
A água do mar contém aproximadamente 0.1 parte por bilhão de cádmio, enquanto as águas doces normalmente apresentam concentrações menores. A poluição por cádmio proveniente da mineração e de atividades industriais pode elevar significativamente as concentrações em rios e lagos próximos a locais contaminados.
O cádmio é transportado pela atmosfera por longas distâncias, permitindo que a poluição de áreas industriais afete regiões remotas. A atividade vulcânica também libera cádmio natural na atmosfera. A persistência e a toxicidade do elemento fazem dele uma preocupação ambiental global que exige cooperação internacional para sua gestão.
Manuseio
O cádmio é classificado como carcinógeno do Grupo 1 pela Agência Internacional de Pesquisa sobre o Câncer (IARC). Ele apresenta sérios riscos à saúde por inalação, ingestão e contato com a pele. A exposição deve ser minimizada e rigorosamente controlada.
Inalação aguda: Os vapores de cádmio podem causar irritação pulmonar grave, edema pulmonar e pneumonite potencialmente fatal. Os sintomas podem aparecer 4-24 horas após a exposição. Exposição crônica: A inalação prolongada causa danos pulmonares irreversíveis, enfisema e aumento do risco de câncer de pulmão.
Principal órgão-alvo: O cádmio se acumula nos rins, com meia-vida biológica de 10-30 anos. A exposição crônica causa disfunção renal, proteinúria e eventual insuficiência renal. Mesmo a exposição a baixos níveis ao longo do tempo pode causar danos renais irreversíveis.
Interferência no cálcio: O cádmio altera o metabolismo do cálcio, levando à desmineralização óssea, osteoporose e aumento do risco de fraturas. A conhecida "doença Itai-itai" no Japão caracterizava-se por dores ósseas intensas e fraturas causadas pela contaminação por cádmio.
Múltiplos tipos de câncer: A exposição ao cádmio está relacionada a cânceres de pulmão, próstata, rim e bexiga. O mecanismo envolve danos ao DNA, estresse oxidativo e alterações nos mecanismos de reparo celular. Nenhum limite seguro de exposição foi estabelecido.
Controles rigorosos necessários: A OSHA limita a exposição ocupacional a 0.005 mg/m³ durante uma jornada de trabalho de 8 horas. Os trabalhadores devem usar proteção respiratória e roupas de proteção, além de passar por monitoramento regular da saúde. É proibido comer, beber e fumar nas áreas de trabalho com cádmio.
Prevenção da contaminação: O descarte adequado de baterias e componentes eletrônicos que contêm cádmio é essencial. O monitoramento agrícola evita o acúmulo de cádmio nas culturas alimentares. A remediação de locais contaminados exige técnicas especializadas e monitoramento de longo prazo.
Ações imediatas: Retire a pessoa da exposição, forneça ar fresco e procure atendimento médico imediato em caso de inalação. Lave bem a pele após o contato. A terapia de quelação pode ser considerada em casos de intoxicação aguda, embora sua eficácia seja limitada. O monitoramento médico de longo prazo é essencial após qualquer exposição significativa.
Respostas rápidas
Cádmio (symbol Cd) is element 48 on the periodic table, a metal de transição 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.Cádmio melts at 594.2 K (321.1 °C) and boils at 1040 K (766.9 °C).
The standard atomic weight of Cádmio is 112.414 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
Cádmio has a density of 8.65 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of cádmio is about 8.7× heavier.
Cádmio 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.
Cádmio was discovered in 1817 by Stromeyer & Hermann. It is named after latin cadmia, "calamine".
Cádmio makes up about 0.15 mg/kg of the Earth's crust — genuinely rare, which is why it is expensive.