Cádmio (Cd): história, propriedades, estrutura, usos

Cádmio (Cd): história, propriedades, estrutura, usos

O cádmio  (Cd) é um metal de transição ou número atômico pós – transicional 48 e prata. É maleável e dúctil, com pontos de fusão e ebulição relativamente baixos. O cádmio é um elemento raro e possui uma concentração de apenas 0,2 g / ton da crosta terrestre.

A greenockita (CdS) é o único minério principal de cádmio com uma coloração amarela profunda. O cádmio está associado ao zinco na esfalerita (ZnS), que contém entre 0,1 e 03% de cádmio como um cátion Cd2 + .

Ao processar a esfalerita para obter, derreter e refinar o zinco, o cádmio é obtido de forma secundária, sendo esta a sua principal fonte de produção.

Este metal foi descoberto em 1817, de forma independente por Friedrich Stromayer e Karl Hermann. Stromayer batizou o novo elemento com o nome de cádmio, originário da palavra latina “cadmia”, conhecido como calamina (carbonato de zinco).

O cádmio é um elemento muito útil e tem muitas aplicações, como anticorrosivo para ferro, aço e metais não ferrosos; use como pigmento; estabilização de PVC; elemento em ligas usadas em soldas; pilhas recarregáveis ​​de níquel-cádmio, etc.

No entanto, é um elemento muito tóxico que causa graves danos aos pulmões, rins e ossos, e até uma ação carcinogênica foi apontada, razão pela qual seu uso foi limitado. Mas, apesar disso, ele continuou a ser usado com cuidado em algumas aplicações.

História

– Dupla descoberta

O cádmio foi descoberto por Friedrich Stromayer, um químico alemão, no ano de 1817 em uma amostra de carbonato de zinco (calamina). Nesse mesmo ano, KSL Hermann e JCH Roloff fizeram a mesma descoberta de maneira independente em um experimento com sulfeto de zinco.

Foi relatado que Stromayer fez sua descoberta enquanto cumpria uma solicitação do governo para inspecionar farmácias na cidade de Hildesheim, Alemanha. O óxido de zinco, como agora, foi usado no tratamento de certas condições da pele.

Parece que as farmácias não emitiram óxido de zinco, mas venderam carbonato de zinco – a matéria- prima para a produção de óxido de zinco. Os fabricantes de óxido de zinco argumentaram que o aquecimento do carbonato de zinco produzia um “óxido de zinco” amarelo.

Óxido de cádmio

Eles não podiam vender esse “óxido de zinco”, pois a cor do composto era normalmente branca; e eles venderam carbonato de zinco, também de cor branca. Diante dessa situação, Stromayer decidiu estudar o suposto óxido de zinco amarelo.

Para fazer isso, ele aqueceu amostras de carbonato de zinco (calamina) e produziu um óxido de zinco amarelo, conforme relatado. Depois de analisá-lo, ele concluiu que a cor amarela era produzida pela presença de um óxido metálico de um novo elemento.

Após extrair esse novo óxido metálico, produziu sua redução, conseguindo isolamento do cádmio. Stromayer determinou sua densidade e obteve um valor de 8,75 g / cm 3 , próximo ao valor atualmente conhecido para esse parâmetro (8,65 g / cm 3 ).

Além disso, Stromayer apontou que o novo elemento tinha uma aparência semelhante à platina e também estava presente em muitos compostos de zinco, e até mesmo no zinco purificado.

Stromayer sugeriu o nome “cádmio” da palavra latina “cadmia”, o nome pelo qual a calamina foi chamada ZnCO 3 .

Cádmio em sulfeto de zinco

Karl Hermann (1817) encontrou uma inesperada cor amarela ao processar o sulfeto de zinco e achou que poderia ser uma contaminação com arsênico. Mas uma vez descartada essa possibilidade, Hermann percebeu que estava na presença de um novo elemento.

– Formulários

1840-1940

Na década de 1840, o uso de cádmio como pigmento começou a ser explorado comercialmente. O British Pharmaceutical Codex destaca em 1907 o uso de iodeto de cádmio como remédio para o tratamento de “articulações aumentadas”, glândulas escrofulosas e frieiras.

Nas décadas de 1930 e 1940, a produção de cádmio era para chapear aço e ferro para protegê-los da corrosão. Na década de 1950, compostos de cádmio como sulfeto de cádmio e seleneto de cádmio foram usados ​​como fontes de pigmentos vermelho, laranja e amarelo.

1970-1990

Nas décadas de 1970 e 1980, os compostos laurato de cádmio e estearato de cádmio foram considerados estabilizadores do PVC, levando ao aumento da demanda por cádmio. No entanto, as regulamentações ambientais devido à toxicidade do cádmio causaram uma diminuição no seu consumo.

Nas décadas de 1980 e 1990, o cádmio não era mais usado em muitas de suas aplicações, mas sua produção foi posteriormente aumentada com a criação de baterias recarregáveis ​​de níquel-cádmio, responsáveis ​​por 80% do consumo de cádmio nos Estados Unidos. .

Propriedades físicas e químicas de cádmio

Aparência

Branco acinzentado prateado com brilho metálico macio. Torna-se quebradiço devido à exposição a 80 ºC e pode ser cortado com uma faca. É maleável e podem ser formados rolos.

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Peso atômico padrão

112.414 u

Número atômico (Z)

48.

Categoria do item

Metal pós-transição, considerado alternativamente um metal de transição. A definição IUPAC de um metal de transição é aquela cujos átomos possuem uma subcamada d incompleta ou que pode dar origem a cátions com uma subcamada d incompleta.

De acordo com essa definição, o cádmio não é um metal de transição, uma vez que seu cátion Cd 2+ possui seus orbitais 4d completamente cheios de elétrons (4d 10 ).

Odor

Banheiro

Ponto de fusão

321,07 ºC

Ponto de ebulição

767 ºC

Densidade

Temperatura ambiente: 8.65 g / cm 3

No ponto de fusão (líquido): 7,996 g / cm 3

Calor de fusão

6,21 kJ / mol

Calor da vaporização

99,87 kJ / mol

Capacidade calórica molar

26.020 J / (mol · K)

Eletro-negatividade

1.6 na escala de Pauling

Energias de ionização

Primeiro: 867,8 kJ / mol (Cd + gasoso)

Segundo: 1631,4 kJ / mol (Cd 2+ gasoso)

Terceiro: 3616 kJ / mol (Cd 3+ gasoso)

Condutividade térmica

96,6 W / (m · K)

Resistividade elétrica

72,7 n · m a 22 ºC

Dureza

2.0 na escala de Mohs. É um metal, embora denso, consideravelmente macio.

Estabilidade

É lentamente oxidado pelo ar úmido para formar óxido de cádmio, que mancha o brilho metálico. Não é inflamável, mas em pó pode queimar e sofrer ignição automática.

Auto-ignição

250 ºC para cádmio é uma forma de pó.

Índice de refração

1,8 a 20 ºC

Reatividade

O cádmio pode queimar no ar para formar óxido de cádmio (CaO), um pó marrom amorfo, enquanto a forma cristalina é vermelha escura.

O cádmio reage rapidamente com o ácido nítrico diluído e lentamente com o ácido clorídrico quente. Também é capaz de reagir com ácido sulfúrico, mas não reage com álcalis. Em todas essas reações, formam-se sais de cádmio de seus ânions correspondentes (Cl ) ou oxoanions (NO 3 e SO 4 2- ).

Estrutura e configuração eletrônicas

Os átomos de cádmio em seu cristal estabelecem uma ligação metálica a partir de seus elétrons de valência, localizados nos orbitais 4d e 5s de acordo com sua configuração eletrônica:

[Kr] 4d 10 5s 2

No entanto, embora os orbitais 4d estejam cheios de elétrons e o “mar de elétrons” também possa ser considerado abundante o suficiente para manter coesos os átomos de Cd, as interações são realmente fracas. Isso pode ser demonstrado experimentalmente com seu baixo ponto de fusão (321 ºC), comparado ao de outros metais de transição.

Por esse e outros motivos químicos, o cádmio às vezes não é considerado um metal de transição. Existem tantos (doze) elétrons envolvidos em sua ligação metálica, que eles começam a perturbar em maior grau suas repulsões negativas; que, juntamente com a diferença de energia entre os orbitais 4d e 5s completos, enfraquecem a interação Cd-Cd.

Os átomos de Cd acabam definindo uma estrutura cristalina hexagonal compacta (hcp), que não sofre transições de fase antes do seu ponto de fusão. Quando os cristais de cádmio hcp são submetidos a uma pressão equivalente a 10 GPa, a estrutura apenas se deforma; mas sem nenhuma alteração de fase relatada.

Números de oxidação

O cádmio não pode perder todos os doze elétrons de valência; na verdade, você não pode perder nem um de seus orbitais 4d, mais estável em energia em comparação com o orbital 5s. Portanto, ele só pode perder os dois elétrons do orbital 5s 2 , sendo consequentemente um metal divalente; como zinco, mercúrio e metais alcalino-terrosos (Sr. Becambara).

Quando a existência do cátion Cd2 + é assumida em seus compostos, diz-se que o cádmio possui um número ou estado de oxidação de +2. Este é o seu principal número de oxidação. Por exemplo, os seguintes compostos contêm cádmio como +2: CdO (Cd 2+ O 2- ), CdCl 2 (Cd 2+ Cl 2 ), CdSO 4 (Cd 2+ SO 4 2- ) e Cd (NO 3 ) 2 .

Além deste número de oxidação, existem também +1 (Cd + ) e -2 (Cd 2- ). O número de oxidação +1 é observado na indicação de Cd 2 2+ , na qual cada átomo de cádmio possui uma carga positiva. Enquanto isso, -2 é bastante estranho e se aplicaria ao ânion “cadmide”.

Onde está e obtendo

O cádmio é um elemento raro que possui uma concentração de 0,2 g / ton da crosta terrestre. O único mineral importante para o cádmio é a greenockita (CdS), que não é explorável em minas e comercialmente.

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O cádmio está associado ao zinco na esfalerita mineral (ZnS), que geralmente o contém em uma concentração que varia de 0,1% a 0,3%; mas em alguns casos a concentração de cádmio na esfalerita pode chegar a 1,4%.

As rochas processadas para obter fertilizantes com fósforo podem ter uma concentração de cádmio de 300 mg / kg de fertilizante. O carbono também pode conter quantidades pequenas, mas significativas, de cádmio.

Uma fonte importante de cádmio são as emissões vulcânicas que podem levar ao cádmio nas águas superficiais. O uso de fertilizantes com fósforo em solos agrícolas levou à sua contaminação com cádmio.

O cádmio presente em solos ácidos é absorvível pelas plantas. Alguns vegetais são usados ​​pelo homem como alimento, o que explica como a ingestão de água e alimentos é a principal fonte de ingestão de cádmio em pessoas ou fumantes não expostos profissionalmente.

Tratamento de esfalerita

Durante a mineração, fundição e refino do zinco presente na esfalerita, o cádmio é geralmente obtido como produto secundário. Um evento semelhante também ocorre, embora em menor grau, durante o processamento de cobre e chumbo.

Da mesma forma, pequenas quantidades de cádmio podem ser obtidas a partir da reciclagem de resíduos de ferro e aço.

A esfalerita é torrada para que o sulfeto de zinco seja transformado em seu óxido, o ZnO. A mesma reação é sofrida pelo sulfeto de cádmio:

2 ZnS + 3 O 2  → 2 ZnO + 2 SO 2

Se essa mistura de óxido for aquecida com carbono, elas serão reduzidas aos seus respectivos metais:

ZnO + CO → Zn + CO 2

Além disso, o zinco e o cádmio podem ser produzidos por eletrólise, dissolvendo os óxidos em ácido sulfúrico.

Qualquer um dos métodos gera um zinco contaminado com cádmio. Após a fusão, o cádmio pode ser destilado sob vácuo devido ao seu ponto de fusão mais baixo (321 ° C) em comparação com o zinco (420 ° C).

Isótopos

Entre os isótopos naturais e estáveis ​​de cádmio que temos, com suas respectivas abundâncias aqui na Terra:

106 Cd (1,25%)

108 Cd (0,89%)

110 Cd (12,47%)

111 Cd (12,8%)

112 Cd (24,11%)

114 Cd (28,75%)

113 Cd (12,23%)

A 113 CD é radioactivo, mas por causa de um valor tão grande meia – vida ( t 1/2 = 7,7 x 10 15 anos) pode ser considerada estável. E existem 116 Cd, também radioativos, com meia-vida de 3,1 · 10 19 anos; portanto, pode ser considerado um isótopo estável, representando 7,51% de cádmio.

Observe que a massa atômica média é 112.414 u, mais próximo do que 114. O cádmio não mostra a existência de um isótopo predominante acima dos outros.

Riscos

Generais

A absorção de cádmio ocorre principalmente através dos alimentos, especialmente fígado, cogumelos, mariscos, cacau em pó e algas secas.

Um caso emblemático ocorreu na China no século passado, onde houve significativa contaminação por cádmio na população. A contaminação por cádmio ocorreu devido à sua alta concentração no arroz, causada pela presença de cádmio nos solos de cultivo de cereais.

Um fumante médio tem uma ingestão de 60 µg / dia. A concentração máxima permitida de cádmio no sangue é de 15 µg / dia. Não-fumantes têm uma concentração de cádmio no sangue de cerca de 0,5 µg / L.

Os pulmões absorvem entre 40 e 60% do cádmio presente na fumaça do tabaco. O cádmio absorvido nos pulmões é transportado no sangue, formando complexos com proteínas, cisteína e glutationa, que acabam no fígado, rins, etc.

Uma inalação aguda de cádmio pode produzir sintomas semelhantes aos observados em um processo de influenza; como frio, febre e dores musculares, que podem causar danos nos pulmões. Enquanto isso, a exposição crônica ao cádmio pode causar doenças nos pulmões, rins e ossos.

Efeito nos rins

Nos rins, o cádmio geralmente causa uma alteração no metabolismo do fósforo e do cálcio, evidenciada por um aumento na produção de cálculos renais. Além disso, causa danos renais manifestados na urina da proteína transportadora de retinol e da β-2-microglobulina.

Efeito na reprodução

A exposição materna ao cádmio está associada a um baixo peso ao nascer da criança e um aumento na taxa de aborto.

Lesão óssea

O cádmio está relacionado no Japão à presença da doença Itai-Itai no século passado. Esta doença é caracterizada por baixa mineralização óssea, fragilidade óssea com alta taxa de fraturas, aumento da osteoporose e dor óssea.

Carcinogênese

Embora experimentos em ratos tenham estabelecido uma relação entre o cádmio e o câncer de próstata, isso não foi demonstrado em seres humanos. Uma associação entre o cádmio e o câncer de rim foi revelada e também tem sido associada ao câncer de pulmão.

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Formulários

Bactérias recarregáveis ​​de níquel-cádmio

O hidróxido de cádmio foi utilizado como cátodo nas baterias de Ni-Cd. Estes foram utilizados na indústria ferroviária e aeronáutica, bem como em instrumentos para uso coletivo, incluindo telefones celulares, filmadoras, laptops, etc.

O consumo de cádmio na fabricação de baterias de Ni-Cd representou 80% da produção de cádmio. No entanto, devido à toxicidade desse elemento, as baterias de Ni-Cd foram gradualmente substituídas por baterias de hidreto de níquel-metal.

Pigmentos

O sulfeto de cádmio é usado como pigmento amarelo e o seleneto de cádmio é usado como pigmento vermelho, conhecido pelo nome de vermelho de cádmio. Estes pigmentos são caracterizados por seu brilho e intensidade, razão pela qual foram utilizados em plásticos, cerâmica, vidro, esmaltes e cores artísticas.

Assinalou-se que o pintor Vincent Van Gogh usava pigmentos de cádmio em suas pinturas, o que lhe permitiu obter uma variedade de vermelhos, laranjas e amarelos brilhantes.

A coloração dos pigmentos de cádmio deve ser atenuada antes de ser moída com óleos ou misturada em aquarelas e acrílicos.

Televisão

Componentes contendo cádmio foram utilizados no fósforo das televisões em preto e branco, bem como nos fósforos azuis e verdes dos tubos de imagem colorida da televisão.

O fósforo fazia parte da tela irradiada por raios catódicos, sendo responsável pela formação da imagem. O cádmio, apesar de sua toxicidade, começou a ser usado em televisões QLED recém-criadas.

Estabilização de PVC

Os compostos de cádmio formados com carboxilato, laurato e estearato foram utilizados como estabilizadores do cloreto de polivinil, pois atrasam a degradação produzida pela exposição ao calor e à luz ultravioleta que decompõem o PVC durante seu processo de fabricação.

Devido à toxicidade do cádmio, novamente, os estabilizadores de PVC ligados ao cádmio foram substituídos por outros estabilizadores, como bário-zinco, cálcio-zinco e organotina.

Ligas

O cádmio tem sido utilizado em ligas de rolamentos devido à sua alta resistência à fadiga e ao baixo coeficiente de atrito. O cádmio tem um ponto de fusão relativamente baixo, razão pela qual é usado em ligas de baixo ponto de fusão e é um componente além de muitos tipos de soldas.

O cádmio também pode ser usado em ligas com condutividade elétrica, condutividade térmica e contato elétrico.

Cobertura

O cádmio é usado para a proteção de fixadores de aço, alumínio e outros metais não ferrosos, bem como peças móveis. O revestimento de cádmio fornece proteção contra corrosão nos meios salinos e alcalinos. Além disso, serve como lubrificante.

O cádmio também é usado em muitas aplicações elétricas e eletrônicas que exigem resistência à corrosão e baixa resistividade elétrica.

Reatores nucleares

O cádmio é usado em reatores nucleares por sua capacidade de capturar nêutrons, o que permite controlar o excesso de nêutrons produzidos pela fissão nuclear, evitando fissões nucleares adicionais.

Semicondutores

Seleneto de cádmio e telureto são compostos que desempenham o papel de semicondutores na detecção de luz e em células solares. O HgCdTe é sensível à luz infravermelha e é usado como um detector de movimento e também como um interruptor para dispositivos de controle remoto.

biologia

O hélio-Cd intervém na formação de um raio laser de luz azul-violeta com comprimento de onda variando de 325 a 422 nm, utilizável em microscópios de fluorescência.

O cádmio é usado na biologia molecular para bloquear os canais de cálcio, dependendo do potencial da membrana.

Referências

  1. Wikipedia. (2019). Cádmio. Recuperado de: en.wikipedia.org
  2. Selva VR e outros. (2014). Estrutura de alta pressão e temperatura de Cd líquido e sólido: implicações para a curva de fusão de Cd. Recuperado em: researchgate.net
  3. Dr. Dough Stewart. (2019). Fatos do elemento cádmio. Recuperado de: chemicool.com
  4. Centro Nacional de Informação Biotecnológica. (2019). Cádmio. Banco de Dados PubChem. CID = 23973. Recuperado de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
  5. Godt, J., Scheidig, F., Grosse-Siestrup, C., Esche, V., Brandenburg, P., Reich, A., & Groneberg, DA (2006). A toxicidade do cádmio e os riscos resultantes para a saúde humana. Jornal de medicina do trabalho e toxicologia (Londres, Inglaterra)1 , 22. doi: 10.1186 / 1745-6673-1-22
  6. Ros Rachel. (30 de julho de 2018). Fatos sobre camium. Recuperado de: livescience.com
  7. Os editores da Encyclopaedia Britannica. (06 de setembro de 2018). Cádmio. Encyclopædia Britannica. Recuperado de: britannica.com
  8. Associação Internacional de Cádmio. (sf). Aplicações de cádmio. Recuperado de: cadmium.org
  9. Lenntech BV (2019). Cádmio. Recuperado de: lenntech.com

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