Cadmio

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) + O_2(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) →  Cd₃As_2(s)

Reazioni con gli alogeni

Reagisce con il fluoro per dare un solido bianco di fluoruro di cadmio:

Cd_(s) + F_2(g) → CdF_2(s)

mentre reagisce con il cloro presente in soluzione per dare lo ione cadmio:

Cd_(s) + Cl_2(g) → Cd²⁺_(aq) + 2 Cl^–_(aq)
Reagisce con il bromo presente in soluzione per dare lo ione cadmio:

Cd_(s) + Br_2(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) + Br_2(g) → CdBr_2(s)

Reagisce con lo iodio presente in soluzione per dare lo ione cadmio:

Cd_(s) + I_2(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) + I_2(g) → CdI_2(g)

Se la reazione avviene ad alta pressione oltre che ad alta temperatura si forma lo ioduro di cadmio (I):

2 Cd_(g) + I_2(g) → 2 CdI_(g)

Reazione con ammoniaca

Lo ione cadmio 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 NH_3(aq) + 2 H₂O_(l) ⇌ Cd(OH)_2(s) + 2 NH₄⁺_(aq)

Cd(OH)_2(s) + 4 NH_3(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) + HNO_3(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 di cadmio 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 del cadmio 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.