Il cadmio è un metallo del blocco d appartenente al Gruppo 12 e al 5° Periodo avente configurazione elettronica [Kr] 4d105s2.
Nell’ambito dei suoi studi sulla calamina, minerale contenente un miscuglio di carbonati e silicati, il chimico tedesco Friedrich Strohmeyer nel 1817 notò che alcuni campioni di calamina, a caldo, avevano un colore giallo diversamente da altri e dedusse che dovevano contenere un elemento sconosciuto.
In natura è rinvenuto in minerali contenenti zinco e pertanto è ottenuto come sottoprodotto dell’industria dello zinco oltre che del piombo e rame.
Proprietà
Si presenta tenero, duttile e malleabile e si presenta di colore bianco-argenteo con riflessi azzurrognoli. Sebbene sia spesso incluso tra i metalli pesanti presenta una densità, un peso atomico e un numero atomico paragonabili con quelli di altri metalli. La sua densità è infatti pari a 8.64 g/cm3 mentre l’oro che non è considerato un metallo pesante ha una densità di 19.3 g/cm3.
Presenta numero di ossidazione +2 salvo taluni casi in cui ha numero di ossidazione +1.
Forma numerosi sali poco solubili tra cui l’arseniato Cd3(AsO4)2 , il carbonato CdCO3, l’idrossido Cd(OH)2, il solfuro di cadmio CdS e il fosfato Cd3(PO4)2.
Reazioni
Brucia in presenza di aria per dare l’ossido di cadmio secondo la reazione:
2 Cd(s) + O2(g) → 2 CdO(s)
A 700 °C reagisce con l’arsenico in fase gassosa per dare il solfuro di arsenico:
3 Cd(s) + 2 As(g) → Cd3As2(s)
Reazioni con gli alogeni
Reagisce con il fluoro per dare un solido bianco di fluoruro di cadmio:
Cd(s) + F2(g) → CdF2(s)
mentre reagisce con il cloro presente in soluzione per dare lo ione cadmio:
Cd(s) + Cl2(g) → Cd2+(aq) + 2 Cl–(aq)
Reagisce con il bromo presente in soluzione per dare lo ione Cd2+:
Cd(s) + Br2(g) → Cd2+(aq) + 2 Br–(aq)
mentre reagisce a caldo con il bromo gassoso per dare un solido giallo di bromuro di cadmio:
Cd(s) + Br2(g) → CdBr2(s)
Reagisce con lo iodio presente in soluzione per dare lo ione Cd2+:
Cd(s) + I2(aq) → Cd2+(aq) + 2 I–(aq)
Se la reazione avviene in presenza dei due componenti in fase gassosa si forma lo ioduro di cadmio:
Cd(g) + I2(g) → CdI2(g)
Se la reazione avviene ad alta pressione oltre che ad alta temperatura si forma lo ioduro di cadmio (I):
2 Cd(g) + I2(g) → 2 CdI(g)
Reazione con ammoniaca
Lo ione Cd2+ reagisce con una soluzione ammoniacale per dare un precipitato di idrossido di cadmio che, in presenza di un eccesso ammoniaca, si solubilizza per dare il complesso tetrammino cadmio (II):
Cd2+(aq) + 2 NH3(aq) + 2 H2O(l) ⇌ Cd(OH)2(s) + 2 NH4+(aq)
Cd(OH)2(s) + 4 NH3(aq) ⇌ [Cd(NH3)]42+(aq) + 2 OH–(aq)
Altre reazioni
L’acido solfidrico reagisce con lo ione cadmio per dare un precipitato giallo-arancio di solfuro di cadmio:
Cd2+(aq) + H2S(aq) → CdS(s) + 2 H+(aq)
Il solfuro è solubile in acido nitrico secondo la reazione:
3 CdS(s) + HNO3(aq) + 6 H+(aq) → 3 Cd2+(aq) + 2 NO(g) + 3 S(s)+ 4 H2O(l)
Usi
Il solfuro di cadmio, noto come giallo cadmio, è usato come pigmento; dotato di elevata brillantezza e durevolezza nel tempo è stato usato da artisti come Matisse, Monet e van Gogh.
Altri composti trovano utilizzo quali pigmenti tra cui il rosso cadmio costituito da seleniuro di cadmio CdSe e solfuro di cadmio CdS; a seconda della composizione il pigmento ha una tonalità che può variare dall’arancio chiaro al porpora ed è dotato di elevato potere coprente.
Il solfuro di zinco e cadmio è usato per le sue proprietà fluorescenti.
Tra i composti più importanti di interesse industriale vi è l’ossido CdO che viene usato nei bagni di cadmiatura che viene preferita alla zincatura per parti di aerei, attrezzature elettriche e strumenti di precisione. L’ossido inoltre trova utilizzo negli elettrodi per batterie, come catalizzatore e negli smalti ceramici.
L’idrossido Cd(OH)2 è usato come elettrodo nelle batterie Ni-Cd usate in apparecchi portatili nell’elettronica di consumo e nei giocattoli. Trovano utilizzo anche nel settore ferroviario e aereo per l’alimentazione di emergenza.
È presente in alcuni composti metallorganici in cui è presente il legame C-Cd come il dimetil e il dietilcadmio che hanno formula rispettivamente CH3CdCH3 e CH3CH2CdCH2CH3.
Lo stearato CH3(CH2)16COOCd(CH2)16CH3 è usato come lubrificante; lo stearato e il laurato CH3(CH2)10COOCd(CH2)10CH3 vengono usati come stabilizzanti nelle plastiche ed in particolare nel PVC.
Negli ultimi anni, tuttavia, l’uso dell’elemento e dei suoi derivati si è notevolmente ridimensionato a causa della sua tossicità. Generalmente l’intossicazione da cadmio è di tipo cronico e si manifesta soprattutto con patologie a livello delle ossa, reni, cuore, fino a giungere anche a forme tumorali.
Una limitazione al suo uso e parimenti di altri metalli quali piombo e mercurio è quindi auspicabile in quanto essi si diffondono nel terreno e nelle acque e le piante ne sono i primi accumulatori. La presenza di cadmio nei vegetali e di conseguenza negli animali costituisce quindi un rischio alla salute dell’uomo in quanto esso può essere presente nei cibi sia di origine animale che vegetale.