Cadmio

Cadmio
48 Cd                                                                                                                                                                                                                                               argento ← cadmio → indio
Aspetto
Aspetto dell'elemento metallo bianco argenteo
Linea spettrale Linea spettrale dell'elemento
Generalità
Nome, simbolo, numero atomico	cadmio, Cd, 48
Serie	metalli di transizione
Gruppo, periodo, blocco	12, 5, d
Densità	8 650 kg/m³
Durezza	2
Configurazione elettronica	Configurazione elettronica
Termine spettroscopico	1S0
Proprietà atomiche
Peso atomico	112,411
Raggio atomico (calc.)	155(161) pm
Raggio covalente	148 pm
Raggio di van der Waals	158 pm
Configurazione elettronica	[Kr]4d10 5s2
e− per livello energetico	2, 8, 18, 18, 2
Stati di ossidazione	2 (debolmente basico)
Struttura cristallina	esagonale
Proprietà fisiche
Stato della materia	solido
Punto di fusione	594,22 K (321,07 °C)
Punto di ebollizione	1 040 K (770 °C)
Volume molare	13,00×10−6 m³/mol
Entalpia di vaporizzazione	100 kJ/mol
Calore di fusione	6,192 kJ/mol
Tensione di vapore	14,8 Pa a 597 K
Velocità del suono	2310 m/s a 293,15 K
Altre proprietà
Numero CAS	7440-43-9
Elettronegatività	1,69 (scala di Pauling)
Calore specifico	233 J/(kg·K)
Conducibilità elettrica	13,8×106/(m·Ω)
Conducibilità termica	96,8 W/(m·K)
Energia di prima ionizzazione	867,8 kJ/mol
Energia di seconda ionizzazione	1 631,4 kJ/mol
Energia di terza ionizzazione	3 616 kJ/mol
Isotopi più stabili
iso NA TD DM DE DP 108Cd 0,89% Cd è stabile con 60 neutroni 109Cd sintetico 462,6 giorni ε 0,214 109Ag 110Cd 12,49% Cd è stabile con 62 neutroni 111Cd 12,8% Cd è stabile con 63 neutroni 112Cd 24,13% Cd è stabile con 64 neutroni 113Cd 13,47% 7,7×1015 anni β− 0,316 113In 113mCd sintetico 14,1 anni β− IT 0,580 0,264 113In   114Cd 28,73% Cd è stabile con 66 neutroni 116Cd 7,49% Cd è stabile con 68 neutroni
iso: isotopo NA: abbondanza in natura TD: tempo di dimezzamento DM: modalità di decadimento DE: energia di decadimento in MeV DP: prodotto del decadimento

Il cadmio è l'elemento chimico di numero atomico 48 e il suo simbolo è Cd. Di aspetto metallico, è tossico e relativamente raro; tenero, bianco-argenteo con riflessi azzurrognoli. Si trova nei minerali dello zinco e trova largo impiego nelle pile ricaricabili.

Caratteristiche

Il cadmio è un metallo bivalente dall'aspetto argenteo con riflessi azzurrognoli; è malleabile, duttile e tenero al punto che può essere tagliato con un normale coltello. Sotto molti aspetti assomiglia allo zinco ma tende a formare composti più esotici di quest'ultimo; così come lo zinco è simile al calcio, il cadmio ha caratteristiche simili allo stronzio, ma una minore reattività.

Come lo zinco, nei suoi composti ha numero di ossidazione +2. Sono noti alcuni rari casi in cui ha numero di ossidazione +1.

Applicazioni

Circa tre quarti della quantità di cadmio prodotta vengono usati nelle pile al nichel-cadmio, mentre il quarto rimanente è principalmente usato per produrre pigmenti, rivestimenti e stabilizzanti per materie plastiche.

Tra gli altri usi si annoverano:

• L'impiego in leghe metalliche bassofondenti e per saldatura
• L'impiego in leghe metalliche ad alta resistenza all'usura
• L'impiego nelle cadmiature, ovvero nel rivestimento di materiali con una pellicola di cadmio metallico tramite elettrodeposizione
• Come barriera per controllare le reazioni di fissione nucleare
• Composti del cadmio sono usati per produrre i fosfori dei televisori in bianco e nero e i fosfori blu e verdi dei televisori a colori
• Il solfuro di cadmio è un pigmento giallo
• L'impiego in alcuni semiconduttori
• Alcuni composti del cadmio sono degli stabilizzanti per il PVC
• È stato usato per costruire il primo rivelatore di neutrini

Storia

Il cadmio (dal latino cadmia, a sua volta dal greco καδμεία kadméia, calamina = scaglia di laminazione) fu scoperto nel 1817 in Germania da Friedrich Stromeyer, che lo individuò tra le impurità della calamina, un minerale a base di carbonato di zinco, notando che alcuni campioni impuri di calamina cambiavano colore per riscaldamento, a differenza della calamina pura.

Benché il cadmio e i suoi composti siano molto tossici, la farmacopea britannica (British Pharmaceutical Codex) del 1907 elenca lo ioduro di cadmio tra i medicinali per curare "le giunture ingrossate, la scrofola e i geloni".

Nel 1927 la Conferenza Internazionale dei Pesi e delle Misure ridefinì il metro come 1 553 164,13 volte la lunghezza d'onda della linea rossa dello spettro del cadmio e tale definizione restò in vigore fino a quando fu sostituita da quella basata sul kripton.

Il cadmio è stato anche il protagonista di un grande inquinamento del suolo e delle acque in Giappone che ha causato l'insorgere della malattia itai-itai.

Disponibilità

I minerali di cadmio sono rari e si trovano in piccole quantità. Esistono anche alcuni rari minerali del cadmio quali il solfuro (greenockite) e il carbonato basico (otavite). La greenockite (CdS), l'unico minerale di cadmio importante, è quasi sempre associata alla sfalerite (ZnS). Perciò il cadmio viene estratto in genere come sottoprodotto dell'estrazione e della raffinazione dello zinco e, in minor misura, del piombo e del rame. Piccole quantità di cadmio (circa il 10% del consumo totale) provengono dal riciclaggio di rottami di ferro e d'acciaio. La produzione di cadmio negli Stati Uniti cominciò nel 1907, ma l'uso corrente di questo elemento cominciò soltanto dopo la prima guerra mondiale.

Isotopi

Il cadmio che si trova in natura consiste di sei isotopi stabili. Del cadmio sono stati inoltre individuati 27 radioisotopi di cui i più stabili sono ¹¹³Cd con un'emivita di 7,7×10¹⁵ anni, ¹⁰⁹Cd (462,6 giorni) e ¹¹⁵Cd (53,46 ore). Tutti gli altri hanno tempi di dimezzamento inferiori a 2,5 ore e la maggior parte di loro inferiore a 5 minuti. Questo elemento ha inoltre 8 stati metastabili di cui i più stabili sono ^113mCd (emivita: 14,1 anni), ^115mCd (44,6 giorni) e ^117mCd (3,36 ore).

Gli isotopi del cadmio hanno numeri di massa che vanno da 97 (⁹⁷Cd) a 138 (¹³⁸Cd). La principale modalità di decadimento degli isotopi più leggeri di ¹¹²Cd è la cattura elettronica con conseguente trasformazione in argento, per gli altri è il decadimento beta con trasformazione in indio.

Precauzioni e tossicologia

Simboli di rischio chimico
pericolo
frasi H	330 - 341 - 350 - 361 - 372 - 410
frasi R	R 49-20/21/22
consigli P	201 - 273 - 304+340 - 308+310
frasi S	S 53-22-36/37-45
Le sostanze chimiche vanno manipolate con cautela
Avvertenze

Il cadmio non riveste alcun ruolo biologico nel corpo umano. Sia esso sia i suoi composti sono tossici perfino a basse concentrazioni e tendono ad accumularsi negli organismi e negli ecosistemi.

I lavoratori a rischio sono:

• Addetti alla produzione di leghe contenenti cadmio
• Addetti alla cadmiatura di oggetti metallici
• Addetti alla lavorazione di pigmenti contenenti cadmio
• Addetti alla saldatura ad elettrodi (elettrodi contenenti cadmio)

Nel maneggiare il cadmio e i suoi composti è perciò importante lavorare sotto una cappa aspirante in modo da non inalarne i vapori. L'esposizione a lungo termine al cadmio dei lavoratori dei bagni galvanici per cadmiatura produce seri problemi di tossicità. Le polveri di cadmio vengono assorbite soprattutto per via inalatoria e in minima parte tramite cute e mucose. Una volta assorbito, il cadmio si lega ai globuli rossi e alle proteine plasmatiche per poi accumularsi nel fegato e nei reni. In questi organi può permanere anche per diversi anni, rendendo difficile il monitoraggio biologico dell'esposizione acuta. Una volta depositato, il cadmio viene smaltito assai lentamente attraverso la via fecale e urinaria.

Patogenesi

Il cadmio plasmatico si lega principalmente alla metallotioneina, una proteina plasmatica contenente diversi gruppi sulfidrilici; la proteina contenente cadmio viene eliminata attraverso la filtrazione glomerulare per poi essere riassorbita dalle cellule del tubulo prossimale, nelle quali provoca tossicità. La larga quota riassorbita spiega perché nelle fasi iniziali dell'esposizione il cadmio venga debolmente escreto con le urine (escrezione comunque significativa); successive e durature esposizioni fanno sì che la tossicità sulle cellule tubulari porti all'incapacità da parte del rene di riassorbire il cadmio escreto, con cadmiuria rilevante.

Esposizione acuta

Un'esposizione a polveri di cadmio pari a 5 mg/m³ è letale in circa 8 ore; esposizioni pari a 1 mg/m³ possono invece dare una tossicità rilevante a livello dell'albero respiratorio, con dispnea, tosse, febbre e astenia. L'ingestione di alimenti contaminati con cadmio provoca invece una sindrome gastroenterica caratterizza da diarrea, nausea, vomito e disidratazione.

Esposizione cronica

Per la tipica patogenesi, il bersaglio principale del cadmio è il rene. La malattia derivante è una glomerulopatia e una tubulopatia e conseguente proteinuria. Con il tempo si instaura anche aminoaciduria, glicosuria, iperfosfaturia e calciuria. Quest'ultimo elemento è il principale responsabile dei quadri di osteoporosi, osteomalacia e calcolosi delle vie urinarie presenti nei soggetti cronicamente esposti al cadmio. Le polveri e i fumi di cadmio sono inoltre chiamati in causa come induttori di enfisema polmonare e carcinoma polmonare. Altri quadri caratteristici sono l'atrofia delle mucose nasali e conseguente anosmia. Vi può inoltre essere anemia ferrocarenziale per riduzione dell'assorbimento del ferro, epatopatia e colorazione giallognola dello smalto dentale.

Indicatori di dose

L'unico indicatore di dose disponibile è il cadmio urinario. Come descritto nel paragrafo "patogenesi", il cadmio urinario viene escreto sia nelle prime fasi di esposizione sia quando sopraggiunge il danno renale. Inoltre per l'immagazzinamento nel parenchima epatico e renale, la cadmiuria può rimanere elevata anche dopo molto tempo dall'esposizione. Per questo, la cadmiuria è un buon indicatore di dose solo se contestualizzato all'interno di una precisa anamnesi lavorativa.

Indicatori di effetto

La nefropatia da cadmio provoca l'escrezione di diverse proteine a basso peso molecolare. Per questo, se vi è cadmiuria, ritrovare queste proteine a livello renale è un indicatore tipico di danno renale. Tra queste hanno particolare importanza la N-acetil-glucosaminidasi e la proteina legante il retinolo; il danno renale cronico può essere sospettato ogni qualvolta la proteinuria rimanga elevata anche dopo cessata esposizione al cadmio.

Bibliografia

• Francesco Borgese, Gli elementi della tavola periodica. Rinvenimento, proprietà, usi. Prontuario chimico, fisico, geologico, Roma, CISU, 1993, ISBN 88-7975-077-1.
• R. Barbucci, A. Sabatini e P. Dapporto, Tavola periodica e proprietà degli elementi, Firenze, Edizioni V. Morelli, 1998, ISBN 88-10-20000-4 (archiviato dall'url originale il 22 ottobre 2010).
• Bonsignore Alfredo, Ottenga Franco, Medicina del lavoro, ECIG, 2002, ISBN 978-88-7545-929-1.

Voci correlate

• Cadmio nativo
• Normativa comunitaria RoHS
• Ossido di cadmio
• Tellururo di cadmio
• Nitrato di cadmio
• Solfato di cadmio

Altri progetti

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• Wikizionario
• Wikimedia Commons

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Collegamenti esterni

• cadmio, su Treccani.it – Enciclopedie on line, Istituto dell'Enciclopedia Italiana.
• (EN) cadmium, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.
• (EN, FR) Cadmio, su Enciclopedia canadese.
• Cadmio, su ing.unitn.it. URL consultato il 31 luglio 2010 (archiviato dall'url originale il 18 settembre 2008).
• (EN) Cadmium, su periodic.lanl.gov, Los Alamos National Laboratory. URL consultato il 2 marzo 2005 (archiviato dall'url originale il 28 febbraio 2009).
• (EN) Cadmium, su WebElements.com.
• (EN) Cadmium, su EnvironmentalChemistry.com.