Cd · Elemento 48 · Metal de transição
Um metal macio e tóxico que deu ao mundo as células recarregáveis de NiCd e o amarelo brilhante das tintas antigas.
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 rodar. O azul e o violeta indicam 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 atómicas padrão da IUPAC de 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Os valores marcados com ~ são previstos, e não medidos.
Tamanho, em escala
Raio de 151 pm — isso corresponde a 0,151 nm, portanto cerca de 3,31 milhões deles lado a lado cobririam um milímetro.
Faixa térmica
Cádmio permanece líquido em uma faixa de 446 K, de 594 K a 1040 K.
Onde está localizado
A história
Um metal macio e tóxico que deu ao mundo as células recarregáveis de NiCd e o amarelo brilhante das tintas antigas.
O cádmio foi descoberto em 1817 pelo químico alemão Friedrich Stromeyer enquanto investigava 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 era causada por 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 isolou com sucesso uma pequena quantidade de cádmio metálico ao reduzir o composto amarelo com carvão vegetal. O novo metal era branco-prateado, maleável e possuía propriedades incomuns. Ele o chamou de "cadmium", em referência à palavra grega "kadmeia" (calamina), que designava o minério de zinco do qual foi extraído.
É notável que dois outros químicos tenham feito descobertas semelhantes aproximadamente na mesma época. Karl Samuel Leberecht Hermann, na Alemanha, e Jöns Jacob Berzelius, na Suécia, também isolaram cádmio independentemente em 1818, confirmando o trabalho de Stromeyer. Essa descoberta paralela destacou a abordagem sistemática da química do início do século XIX.
Em 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 de Itai-itai", no Japão durante as décadas de 1950-60, causada pela poluição por cádmio proveniente de operações de mineração, evidenciou os efeitos perigosos do elemento para a 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. As pesquisas sobre os efeitos biológicos do cádmio contribuíram significativamente para a 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 sobre a saúde.
Aplicações
Devido à toxicidade do cádmio, muitos usos tradicionais foram descontinuados ou fortemente regulamentados. A UE proibiu o cádmio na maioria dos produtos de consumo, e muitos países impõem limites rigorosos às emissões e ao descarte de cádmio.
As baterias NiCd eram 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. Atualmente, 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 capacidade excepcional do cádmio de absorver neutrões o torna valioso em reatores nucleares como material para barras de controle e blindagens de neutrões. O cádmio-113 tem uma das maiores seções de choque de absorção de neutrões entre 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 apresentam excelentes relações de retorno energético e são recicláveis. Eles representam uma das poucas aplicações do cádmio em crescimento.
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 gerenciamento de resíduos.
Devido à toxicidade do cádmio, a maioria dos usos cotidianos foi descontinuada ou fortemente regulamentada. Atualmente, os consumidores 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 de níquel-hidreto metálico. A reciclagem adequada de baterias NiCd antigas é crucial 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 frequentemente 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 corretamente 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 do uso com alimentos.
Alguns equipamentos industriais especializados podem conter componentes revestidos com cádmio para oferecer resistência à corrosão. Trabalhadores dessas indústrias recebem treinamento e monitoramento especiais. A exposição dos consumidores é mínima devido às práticas de contenção industrial.
O cádmio pode se acumular no solo e nas plantas, especialmente em vegetais folhosos e grãos. 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 provém 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 da crosta terrestre · mais abundante do que 43% dos elementos
O cádmio é um dos elementos estáveis mais raros na 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 faz com que ele quase sempre ocorra junto a minerais de zinco. O mineral portador de cádmio mais importante é a greenockita (CdS), que se forma como uma camada sobre minérios de zinco. O cádmio normalmente constitui 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 a China (60% da produção mundial), a Coreia do Sul, o Canadá e o 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 principalmente de interesse científico, e não de importância econômica, 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 em 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. Moluscos 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 partes 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 seu gerenciamento.
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 surgir 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 interfere no metabolismo do cálcio, levando à desmineralização óssea, osteoporose e aumento do risco de fraturas. A famosa "doença de Itai-itai", no Japão, era caracterizada por dor óssea intensa e fraturas causadas pela contaminação por cádmio.
Vários tipos de câncer: A exposição ao cádmio está associada a cânceres de pulmão, próstata, rim e bexiga. O mecanismo envolve danos ao DNA, estresse oxidativo e perturbação dos mecanismos de reparo celular. Nenhum limite seguro de exposição foi estabelecido.
Controles rigorosos são 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, roupas de proteção e 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 em 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 cuidadosamente 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 (símbolo Cd) é o elemento 48 da tabela periódica, um Metal de transição do período 5, grupo 12. Um metal macio e tóxico que deu ao mundo as células recarregáveis de NiCd e o amarelo brilhante das tintas antigas. À temperatura ambiente, é um sólido.
[Kr] 4d¹⁰ 5s², resultando em 5 camadas ocupadas com a distribuição 2, 8, 18, 18, 2.Cádmio derrete a 594.2 K (321.1 °C) e entra em ebulição a 1040 K (766.9 °C).
A massa atómica padrão de Cádmio é 112.414 u. Trata-se de uma média ponderada dos seus isótopos que ocorrem naturalmente, por isso raramente é um número inteiro.
Cádmio tem densidade de 8.65 g/cm³. A água tem 1.0 g/cm³, portanto um bloco de Cádmio é aproximadamente 8.7× mais pesado.
Cádmio tem eletronegatividade de Pauling igual a 1.69. A escala vai de 0,70 (frâncio, o menos ávido por eletrões) a 3,98 (flúor, o mais ávido). Valores nessa faixa intermediária tendem a formar ligações covalentes, em vez de ligações fortemente iónicas.
Cádmio foi descoberto em 1817 por Stromeyer & Hermann. Recebe esse nome em homenagem a latim cadmia, "calamina".
Cádmio constitui sobre 0.15 mg/kg da crosta terrestre — é realmente raro, por isso é caro.