Cadmio. Metal que no debes tocar

Hoy hablaremos de un elemento químico muy peligroso. Su nombre es cadmio (Cd) . Es metálico. El núcleo de cadmio tiene 48 protones y pertenece al grupo 12 de la tabla periódica de elementos. Las propiedades químicas del cadmio son muy similares a las del zinc y casi siempre tiene un estado de oxidación de +2. Normalmente se encuentra en minerales que contienen zinc (esfalerita), plomo (galena) y cobre (calcopirita).

El cadmio y sus compuestos son tóxicos. El elemento se considera un metal pesado. Por ello, las personas expuestas al cadmio deben tener mucho cuidado para evitar problemas graves de salud.

El cadmio se utiliza, entre otras cosas, en la producción de baterías de níquel-cadmio, colorantes y células fotovoltaicas.

Propiedades del cadmio

• Símbolo: Cd.
• Número atómico: 48
• Masa atómica: 112,411 g/mol.
• Electronegatividad: 1,69 en la escala de Pauling.
• Punto de fusión: 321°C.
• Punto de ebullición: 765°C.
• Densidad: 8,642 (a 26 °C).
• Configuración electrónica: 4d^105s^2
• Serie química: grupo 12, metales de transición, metales pesados.

Características del cadmio

El cadmio es un metal que en su forma metálica es de color blanco plateado o blanco azulado y es muy blando (se puede cortar con un cuchillo) y dúctil.

Al igual que el zinc, el cadmio forma una fina capa de película de óxido en la superficie, que proporciona una buena protección contra la corrosión. El metal tiene ocho isótopos naturales, de los cuales el más abundante es el 114 Cd (28,73%), seguido del 112 Cd (24,13%).

El cadmio es químicamente activo. El metal se disuelve lentamente en ácido clorhídrico o sulfúrico diluido, pero reacciona rápidamente con ácido nítrico diluido caliente. A diferencia del zinc, el cadmio no es anfótero y prácticamente insoluble en medios alcalinos.

Cuando se expone al aire húmedo, el Cd se oxida lentamente y forma óxido de cadmio CdO. El cadmio calentado es capaz de reaccionar con halógenos y azufre.

El estado de oxidación +2 del cadmio es el más común y casi único, ya que el estado +1 es extremadamente raro.

A pesar de las similitudes con el zinc mencionadas anteriormente, en forma de óxido, fluoruro, carbonatos y en condiciones oxidantes, el cadmio muestra propiedades similares a las del calcio. Una razón de esto es el hecho de que el radio iónico del Cd 2+ (103 pm) está muy cerca del radio iónico del Ca 2+ (100 pm). (Donde pm es el picómetro).

¿Dónde se puede encontrar cadmio?

La greenockita (CdS) es el mineral más común que contiene cadmio. Prácticamente nunca se encuentra en forma pura, y casi siempre se asocia con otros minerales, principalmente que contienen zinc, como la esfalerita (ZnS), que puede contener hasta un 5% en peso de impureza de greenockita.

Los minerales de plomo (p. ej., galena, PbS) y cobre (p. ej., calcopirita, CuFeS2) también pueden contener minerales de cadmio en concentraciones de aproximadamente 500 ppm. Ejemplos de tales minerales incluyen monteponita (CdO) y cadmoselita (CdSe).

Según diversas estimaciones, la corteza terrestre contiene entre 0,1 y 0,5 partes por millón de cadmio.

producción de cadmio

La principal forma de obtener cadmio es la minería del zinc. El cadmio también es un subproducto de la producción de plomo y cobre.

En términos generales (muy simplificados), en el primer caso se ve así: se procesa mineral de zinc (ZnS) que contiene cadmio para obtener un concentrado de zinc. El sulfuro de zinc/cadmio se convierte luego en óxido de zinc/cadmio mediante combustión en condiciones de exceso de oxígeno a temperaturas inferiores a 1000 °C. Esto elimina el azufre en forma de SO2. Posteriormente, este compuesto se utiliza normalmente para producir ácido sulfúrico.

Posteriormente, se extrae el zinc del compuesto químico resultante mediante electrólisis. El cadmio precipita durante este proceso. Este precipitado se somete a un tratamiento hidrometalúrgico, que elimina posibles restos de zinc y otras impurezas. Esto ocurre hasta que la extracción electrolítica produce cadmio de muy alta pureza (alrededor del 99,95–99,99%).

Aplicación de cadmio

La mayor parte del consumo mundial de cadmio proviene de la producción de baterías de níquel-cadmio (NiCd). Tienen un rendimiento inferior al de hidruro metálico de níquel o a las baterías de litio, principalmente debido a su posible toxicidad, pero aún se utilizan debido a algunas propiedades únicas.

El hecho es que las baterías de NiCd son menos susceptibles al sobrecalentamiento y menos propensas a sufrir defectos internos que pueden pasar desapercibidos durante las pruebas. Además, no son inflamables y funcionan en un amplio rango de temperaturas. Y, por supuesto, son relativamente baratos.

Por ello, las baterías de NiCd todavía se utilizan en sistemas electrónicos de arranque de motores que funcionan en regiones extremadamente frías y calientes de la Tierra, así como en dispositivos de almacenamiento de energía solar o eólica, principalmente en zonas remotas, ya que no requieren mucho mantenimiento.

El cadmio también se utiliza a veces en la producción de tintes inorgánicos, que suelen ser de color dorado y pueden variar del amarillo brillante al marrón.

Debido a su buena resistencia a la corrosión, el cadmio se utiliza como material anticorrosión en las industrias militar y aeroespacial.

El telururo de cadmio (CdTe) es un semiconductor utilizado en detectores fotoeléctricos y células solares.

Hasta mediados de los años 1990, era habitual que el PVC (utilizado en tuberías y conexiones) incluyera sales orgánicas de cadmio para estabilizarlos, es decir, evitar su degradación por el calor, los rayos ultravioleta (sol) o las influencias atmosféricas.

El cadmio tiene una excelente capacidad para capturar neutrones. Y por eso fue muy utilizado en los primeros reactores nucleares para la fabricación de varillas diseñadas para controlar las reacciones nucleares.

Cadmio en la naturaleza

El cadmio y sus compuestos son tóxicos. Debido a esto, existen serias preocupaciones ambientales sobre su eliminación.

El cadmio puede encontrarse naturalmente en concentraciones relativamente altas en algunos tipos de rocas. La erosión y la meteorización provocan la liberación natural de aproximadamente 15.000 toneladas de cadmio por año en los océanos. La actividad volcánica también es una fuente natural de cadmio liberado a la atmósfera, al igual que los incendios forestales.

La eliminación de productos humanos que contienen cadmio puede provocar la contaminación del aire, el suelo y el agua.

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La conexión entre el cadmio y la salud humana

El cadmio, a diferencia del zinc, no es un elemento considerado esencial para el ser humano. E incluso tóxico para él. Sin embargo, podemos entrar en contacto fácilmente con el metal al comerlo, al inhalarlo a través de los pulmones o de alguna otra forma como resultado de nuestras actividades profesionales.

El consumo de dosis bajas de cadmio durante un período prolongado puede afectar la función renal. Este elemento puede acumularse en ellos durante 20 a 30 años. En dosis elevadas, el cadmio también puede tener efectos adversos sobre el sistema respiratorio y los huesos, haciéndolos quebradizos. El consumo de alimentos con alto contenido de cadmio puede provocar irritación estomacal, provocando vómitos, diarrea o incluso la muerte.

Los trabajadores que trabajan con fertilizantes fosfatados, combustibles fósiles o en la producción de acero siempre están expuestos al cadmio. Se han informado repetidamente casos de cáncer de pulmón en estudios sobre la salud de los trabajadores expuestos al cadmio en el aire.

Esto llevó a organizaciones médicas de todo el mundo a reconocer el cadmio y sus compuestos como carcinógenos. La Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (Iarc) también ha determinado que este elemento es venenoso para los humanos.

Historia del cadmio

El descubrimiento del cadmio se produjo a principios del siglo XIX en Prusia. Sucedió así: de repente, el gobierno ordenó a los médicos que realizaran controles de calidad de los productos farmacéuticos. Uno de estos médicos, Johann Roloff, en 1817 entrecerró repentinamente los ojos y sospechó algo de un lote de óxido de zinc procedente de la fábrica de Karl Hermann.

Las pruebas preliminares de Roloff mostraron que las muestras contenían arsénico. El fabricante fue acusado. Y entonces Hermann (preocupado por la reputación de su negocio) decidió ir a lo seguro. E identifique el problema usted mismo. Mientras realizaban una investigación, sus químicos se dieron cuenta de repente de que el arsénico no tenía nada que ver con la situación. Y que se trata de un metal previamente desconocido.

Mientras tanto, el inspector general de farmacias del vecino Reino de Hannover y profesor a tiempo parcial en la Universidad de Göttingen, Friedrich Strohmeier, también intentaba resolver el misterio del zinc: las muestras de carbonato de zinc dejaban al calentarse un extraño óxido amarillo. No había nada que hacer y el profesor tuvo que aislar el origen de este color amarillento. Mediante sencillas manipulaciones obtuvo el óxido de un nuevo metal.

Así, los esfuerzos simultáneos, pero nada conjuntos, de Roloff, Hermann y Strohmeyer (que publicaron de forma independiente los resultados de su investigación) hicieron imposible atribuir el descubrimiento de un nuevo metal a una persona concreta.

Se han propuesto varios nombres para el nuevo elemento químico. Como, por ejemplo, klaprovium (en honor al químico y descubridor de los elementos Martin Klaproth) y melinium (del latín melinus, que denota el color del fruto del membrillo).

Sin embargo, al final se mantuvo el nombre “cadmio”, propuesto por Strohmeier. Proviene del término latino calamina, utilizado tradicionalmente para referirse a un grupo de minerales a base de zinc.