Cádmio (Cd)

O cádmio é um metal pertencente ao grupo 12 da tabela periódica e, por isso, é muito semelhante quimicamente ao zinco (Zn). O cádmio apresenta coloração cinza-prateada e é relativamente resistente à corrosão. Seu principal estado de oxidação é o +2. É um metal não tão abundante na crosta terrestre, mas que tem capacidade de substituir sódio e cálcio em minerais, sendo considerado um composto calcófilo.

É obtido a partir de minerais de zinco, pois os compostos de cádmio são mais voláteis. Boa parte do cádmio é destinado para a produção das baterias de níquel-cádmio, as quais são muito estáveis e de boa duração. Contudo, as crescentes preocupações quanto à saúde e ao meio ambiente (por ser um metal bioacumulador e tóxico) estão fazendo com que diversos países desincentivem a utilização do cádmio. Alguns compostos de cádmio são até considerados carcinogênicos. O cádmio também pode ser usado como semicondutor e como pigmento.

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Resumo sobre o cádmio

• O cádmio, símbolo Cd, número atômico 48, é um elemento metálico que pertence ao grupo 12 da tabela periódica e é quimicamente semelhante ao zinco (Zn).

• É de coloração cinza-prateada, relativamente resistente à corrosão e apresenta, na maioria das vezes, estado de oxidação +2 quando em compostos.

• É obtido como subproduto da mineração do zinco, não sendo tão abundante na crosta terrestre (67º lugar).

• É muito danoso para a saúde humana, sendo lentamente eliminado e podendo ficar por até 30 anos nos rins. Causa danos severos, e alguns compostos são até carcinogênicos.

• É um elemento que se acumula ao longo da cadeia alimentar e que polui facilmente solos e corpos hídricos por atividades antropogênicas.

• É utilizado para a fabricação de baterias NiCd, pigmentos e para semicondutores.

• Foi descoberto durante o século XIX.

Propriedades do cádmio

• Símbolo: Cd.

• Número atômico: 48.

• Massa atômica: 112,411 u.m.a.

• Ponto de fusão: 321,07 °C.

• Ponto de ebulição: 767 °C.

• Eletronegatividade: 1,69.

• Densidade: 8,69 g.cm^-3 (20 °C).

• Distribuição eletrônica: [Kr] 5d¹⁰ 4s².

• Série química: metais, elementos de transição, elementos do bloco d, grupo 12, metais pesados.

Características do cádmio

Cádmio é um metal cinza-prateado; brilhante, porém capaz de ficar embaçado; quimicamente similar ao zinco (Zn) e ao estanho (Sn). No caso do zinco, quaisquer diferenças em relação ao átomo de cádmio (e ao íon Cd²⁺) são atribuídas ao maior tamanho das espécies de cádmio. Uma diferença clássica em relação ao zinco é o fato de o cádmio não apresentar caráter anfótero em solução. Ainda em relação ao zinco, o cádmio é mais maleável e pode ser facilmente laminado, extrudado e processado. Quando uma barra de cádmio é dobrada, um som característico (como se fosse um grito) é produzido.

O cádmio metálico apresenta certa estabilidade em contato com o ar seco, mas na presença de umidade é lentamente coberto por uma camada de óxido. Quando aquecido em contato com o ar, o Cd forma o óxido de cádmio II, o CdO. De certa forma, o cádmio metálico é resistente à corrosão e possui um baixo ponto de fusão e uma excelente condução elétrica.

Em termos de reatividade, o cádmio é um metal que se dissolve em ácidos oxidantes e não oxidantes, mas, diferentemente do zinco, não se dissolve em bases. Quando aquecido, o cádmio pode reagir com os halogênios e com o enxofre.

Apresentando dois elétrons de valência no subnível s (5s²), é muito comum que o cádmio apresente o estado de oxidação +2. Contudo, espécies Cd⁺ são também conhecidas.

Onde o cádmio é encontrado?

A presença de cádmio na crosta terrestre é estimada entre 0,11 e 0,15 μg.g^-1 (67º elemento em ordem de abundância).

Pelo fato de o íon Cd²⁺ ter um tamanho (0,97 Å) similar aos íons Ca²⁺ (0,99 Å) e Na⁺ (0,99 Å), é esperado que íons Cd²⁺ sejam encontrados como substituintes de Ca²⁺ e Na⁺ em seus minerais. Além disso, Cd²⁺ apresenta grande afinidade por calcita e comportamento calcófilo (grande afinidade por cálcio).

Poucos são os minerais de cádmio, sendo os principais greenockita (CdS), otavita (CdCO₃) e monteponita (CdO). A greenockita, em particular, é formada como uma camada amarela na esfalerita (ZnS). O Cd²⁺ pode substituir o zinco em diversos minerais, fazendo com que a presença de CdS na ZnS chegue a cerca de 0,5%.

Em condições naturais, o cádmio pode ainda ser encontrado na atmosfera (em concentrações de 0,1 a 5 ng.m^-3), como consequência de emissões vulcânicas e liberações das vegetações.

Obtenção de cádmio

Quase todo cádmio produzido é obtido como subproduto da metalurgia do zinco. Uma das formas de se recuperar o cádmio dos minerais de zinco é por meio dos fumos de CdO, pois estes são mais voláteis que o ZnO (processo pirometalúrgico), ou ainda como um precipitado de soluções de zinco usadas na produção eletrolítica do zinco (processo hidrometalúrgico).

No processo pirometalúrgico, 90 a 99% do cádmio pode ser recuperado. Já no processo hidrometalúrgico, o mineral de zinco é dissolvido em ácido sulfúrico, com eliminação de arsênio e cobre. O cádmio é precipitado com poeira de zinco e então lixiviado novamente com ácido sulfúrico. O cádmio é obtido por processos eletrolíticos e depois purificado.

Para que serve o cádmio?

Boa parte do cádmio produzido é destinado para a fabricação dos eletrodos de níquel-cádmio (NiCd). As baterias NiCd são recarregáveis e foram desenvolvidas em 1899, entregando um potencial de 1,2 volts. São robustas, estáveis e apresentam boa durabilidade. Já estiveram presentes em celulares, computadores portáteis, brinquedos, entre diversos outros dispositivos eletrônicos. Contudo, com as maiores regulações envolvendo cautela quanto às questões ambientais advindas do cádmio, essas baterias vêm sendo gradativamente substituídas por outras menos perigosas, como as de íon de lítio.

O sulfeto de cádmio, CdS, é um importante pigmento amarelo. É utilizado por artistas desde o século XIX, sendo reconhecido pelo seu brilho, estabilidade, entre outras características que o fazem ser muito empregado em pinturas industriais. Como é capaz de resistir a temperaturas da ordem de 3000 °C, pigmentos de cádmio podem ser utilizados para pintar vidros ou tubos quentes. Uma curiosidade sobre onde foram aplicados pigmentos de cádmio é que eles estão nos detalhes em amarelo das estrelas do Kremlin, em Moscou, Rússia.

O cádmio, mais especificamente o isótopo ¹¹³Cd, pode ser usado em varas de controle de nêutrons em usinas nucleares, já que o isótopo citado tem grande afinidade por nêutrons, protegendo e controlando reações nucleares.

CdS, CdSe e CdTe são semicondutores e podem ser empregados na indústria de eletrônicos, como na fabricação de células solares.

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Cádmio e o corpo humano

A exposição do ser humano ao cádmio ocorre principalmente pela comida e causa diferentes problemas. Há uma doença conhecida como “itai-itai”, causada pela ingestão de arroz contaminado por cádmio. O cádmio também é absorvido pelo trato respiratório, e fumantes podem absorver de 10-40% do cádmio inalado. Fumo de cádmio é extremamente irritante, e quando aspirado, edemas pulmonares se desenvolvem rapidamente.

No caso de envenenamento agudo, o trato gastrointestinal absorve apenas uma pequena quantidade de cádmio, apesar de poder ocorrer salivação, tosse, náusea, vômito, convulsão e colapso. O cádmio tende a se acumular no fígado e nos rins. Os compostos de cádmio, aliás, causam danos aos rins e ao sistema nervoso central, além de serem carcinogênicos (ao tecido conjuntivo, aos pulmões, ao fígado) e, provavelmente, teratogênicos. Uma relação direta entre envenenamento por cádmio e disfunção da tireoide já foi estabelecida.

O cádmio compete com o zinco, um elemento essencial ao ser humano. Ambos possuem carga +2, e um excesso de cádmio faz com que o elemento interfira na presença de Zn²⁺ e outras enzimas, redistribuindo o Zn²⁺ em nosso corpo. Apesar de o cádmio não ultrapassar a barreira placentária (ou seja, bebês nascem praticamente livros de cádmio), a exposição a ele, como dito anteriormente, se dá pelo alimento. A eliminação é lenta, com um tempo de meia-vida na faixa de 30 anos nos rins para os íons Cd²⁺, permitindo a acumulação dessa espécie por bastante tempo.

Cádmio e os impactos ambientais

Extremamente nocivo à nossa saúde e de difícil eliminação por nosso corpo, o cádmio pode atingir solos e corpos hídricos por meio de ações antropogênicas, como exploração mineral, incineração de borracha e queima de combustíveis fósseis. Além disso, fertilizantes também podem conter quantidades desse elemento.

A presença de altos níveis de cádmio no solo e na água, mais a interferência do pH e outros fatores, pode levar à bioacumulação em plantas e animais, fazendo com que o cádmio entre na cadeia alimentar.

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História do cádmio

No começo do século XIX, na Prússia, o controle de qualidade de insumos farmacêuticos foi confiado a médicos nomeados pelo governo. Em 1817, um desses médicos, Johann Roloff, suspeitou de um lote de óxido de zinco, o qual viria da fábrica de Karl Hermann. Os testes iniciais de Roloff apontavam para arsênio, e Hermann, preocupado com a sua reputação, decidiu investigar mais a fundo. Ele e outros, então, descobriram que nada tinha a ver com o arsênio, mas com um novo metal.

Enquanto isso, Friedrich Stromeyer, inspetor-geral dos boticários na região do reinado de Hanover e professor na Universidade de Göttingen, estava investigando um verdadeiro desafio que envolvia amostras de carbonato de zinco que, após aquecimento, deixavam óxidos amarelos. Ele seguiu até chegar em um novo metal.

Roloff, Hermann e Stromeyer trabalharam na descoberta do novo metal, o que dificulta dar o crédito para uma única pessoa. Posteriormente, novas pessoas foram publicando acerca da descoberta. Diversos nomes foram sugeridos para o novo metal, incluindo “klaprothium” (em homenagem ao cientista Martin Klaproth) e “melínio”, em referência ao termo em latim melinus, aludindo à cor de marmelo. Contudo, o nome cádmio, proposto por Stromeyer, ficou. O nome veio de cadmia, a palavra em latim para calamina, um termo para diversos minerais de zinco.