O cádmio foi descoberto em 1817 quase simultaneamente por dois químicos que trabalhavam de forma independente no carbonato de zinco. O químico alemão Friedrich Stromeyer (1776-1835), inspetor de farmácias do reino de Hanôver, analisava amostras impuras de carbonato de zinco que ficavam amareladas ao serem aquecidas, em vez de branquearem como esperado. Ele conseguiu isolar um novo metal, que chamou de cádmio, do latim cadmia, antigo nome da calamina (carbonato de zinco), que por sua vez deriva do grego kadmeia.
Quase simultaneamente, o químico alemão Karl Samuel Leberecht Hermann (1765-1846) também descobriu o cádmio em minérios de zinco da Silésia, e o químico francês Auguste-Armand de la Rive o identificou de forma independente pouco depois. No entanto, Stromeyer publicou seus resultados primeiro e recebeu o reconhecimento oficial pela descoberta.
O cádmio permaneceu como uma curiosidade de laboratório por quase um século. Só no início do século XX suas aplicações industriais foram desenvolvidas, primeiro como pigmento (amarelo e vermelho de cádmio), depois para revestimentos eletrolíticos anticorrosão e, finalmente, em baterias de níquel-cádmio na década de 1950.
O cádmio (símbolo Cd, número atômico 48) é um metal de transição do grupo 12 da tabela periódica, junto com o zinco e o mercúrio. Seu átomo possui 48 prótons, geralmente 66 nêutrons (para o isótopo mais abundante \(\,^{114}\mathrm{Cd}\)) e 48 elétrons com a configuração eletrônica [Kr] 4d¹⁰ 5s².
O cádmio é um metal branco prateado brilhante, levemente azulado, com aparência semelhante ao zinco. Tem uma densidade de 8,65 g/cm³, o que o torna moderadamente pesado. O cádmio cristaliza em uma estrutura hexagonal compacta (hc) à temperatura ambiente. É macio, dúctil e maleável, podendo ser facilmente cortado com uma faca e laminado em folhas finas.
O cádmio funde a 321 °C (594 K) e ferve a 767 °C (1040 K). Essas temperaturas relativamente baixas facilitam seu processamento metalúrgico. O cádmio possui uma resistência à corrosão notável em muitos ambientes, até superior à do zinco em certas condições (atmosferas marinhas e alcalinas). Essa propriedade foi historicamente explorada para revestimentos protetores.
Uma propriedade única do cádmio é sua seção transversal de captura de nêutrons excepcionalmente alta (cerca de 2500 barns para nêutrons térmicos), o que o torna um excelente absorvedor de nêutrons. Essa propriedade é explorada nas barras de controle de reatores nucleares para regular a reação em cadeia.
Ponto de fusão do cádmio: 594 K (321 °C).
Ponto de ebulição do cádmio: 1040 K (767 °C).
O cádmio possui uma seção transversal de captura de nêutrons muito alta (2500 barns).
| Isótopo / Notação | Prótons (Z) | Nêutrons (N) | Massa atômica (u) | Abundância natural | Meia-vida / Estabilidade | Decaimento / Observações |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Cádmio-106 — \(\,^{106}\mathrm{Cd}\,\) | 48 | 58 | 105,906459 u | ≈ 1,25 % | Estável | Isótopo estável mais leve e raro do cádmio natural. |
| Cádmio-108 — \(\,^{108}\mathrm{Cd}\,\) | 48 | 60 | 107,904184 u | ≈ 0,89 % | Estável | Segundo isótopo estável mais raro do cádmio natural. |
| Cádmio-110 — \(\,^{110}\mathrm{Cd}\,\) | 48 | 62 | 109,903002 u | ≈ 12,49 % | Estável | Terceiro isótopo estável mais abundante do cádmio natural. |
| Cádmio-111 — \(\,^{111}\mathrm{Cd}\,\) | 48 | 63 | 110,904178 u | ≈ 12,80 % | Estável | Quarto isótopo estável mais abundante. Possui um spin nuclear usado em RMN. |
| Cádmio-112 — \(\,^{112}\mathrm{Cd}\,\) | 48 | 64 | 111,902757 u | ≈ 24,13 % | Estável | Segundo isótopo mais abundante do cádmio, representando quase um quarto do total. |
| Cádmio-113 — \(\,^{113}\mathrm{Cd}\,\) | 48 | 65 | 112,904402 u | ≈ 12,22 % | ≈ 8,04 × 10¹⁵ anos | Radioativo (β⁻). Meia-vida extremamente longa, considerado quase estável. Seção transversal de captura de nêutrons recorde. |
| Cádmio-114 — \(\,^{114}\mathrm{Cd}\,\) | 48 | 66 | 113,903358 u | ≈ 28,73 % | Estável | Isótopo mais abundante do cádmio, representando mais de um quarto do total. |
| Cádmio-116 — \(\,^{116}\mathrm{Cd}\,\) | 48 | 68 | 115,904756 u | ≈ 7,49 % | ≈ 3,0 × 10¹⁹ anos | Radioativo (β⁻β⁻). Decaimento beta duplo extremamente lento, considerado quase estável. |
N.B. :
Camadas eletrônicas: Como os elétrons estão organizados ao redor do núcleo.
O cádmio possui 48 elétrons distribuídos em cinco camadas eletrônicas. Sua configuração eletrônica completa é: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s², ou simplificada: [Kr] 4d¹⁰ 5s². Essa configuração também pode ser escrita como: K(2) L(8) M(18) N(18) O(2).
Camada K (n=1): contém 2 elétrons na subcamada 1s. Essa camada interna está completa e é muito estável.
Camada L (n=2): contém 8 elétrons distribuídos como 2s² 2p⁶. Essa camada também está completa, formando uma configuração de gás nobre (neônio).
Camada M (n=3): contém 18 elétrons distribuídos como 3s² 3p⁶ 3d¹⁰. Essa camada completa contribui para a blindagem eletrônica.
Camada N (n=4): contém 18 elétrons distribuídos como 4s² 4p⁶ 4d¹⁰. A subcamada 4d completa é particularmente estável.
Camada O (n=5): contém 2 elétrons na subcamada 5s. Esses dois elétrons são os elétrons de valência do cádmio.
O cádmio possui 2 elétrons de valência em sua subcamada 5s². O estado de oxidação mais comum e praticamente exclusivo é +2, onde o cádmio perde seus dois elétrons 5s para formar o íon Cd²⁺ com a configuração [Kr] 4d¹⁰, que é extremamente estável com a subcamada d completa.
O estado +2 domina absolutamente a química do cádmio e aparece em todos os seus compostos importantes: óxido de cádmio (CdO), cloreto de cádmio (CdCl₂), sulfeto de cádmio (CdS) e inúmeros complexos de coordenação. Os estados de oxidação +1 e 0 são extremamente raros e existem apenas em alguns compostos muito especializados e instáveis. O cádmio metálico corresponde ao estado de oxidação 0.
O cádmio metálico é relativamente estável no ar seco à temperatura ambiente, cobrindo-se lentamente com uma fina camada de óxido protetora. No ar úmido ou na presença de dióxido de carbono, ele escurece mais rapidamente, formando um carbonato básico. Em altas temperaturas (acima de 300 °C), o cádmio queima no ar com uma chama amarelo-marrom característica, formando óxido de cádmio marrom: 2Cd + O₂ → 2CdO.
O cádmio reage lentamente com ácidos diluídos para formar sais de cádmio(II) e liberar hidrogênio: Cd + 2HCl → CdCl₂ + H₂. Ele se dissolve mais rapidamente em ácidos oxidantes como o ácido nítrico: 3Cd + 8HNO₃ → 3Cd(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O. O cádmio também reage com halogênios para formar haletos de cádmio(II).
O sulfeto de cádmio (CdS) é um composto particularmente importante, insolúvel em água e de cor amarela brilhante. Foi historicamente usado como pigmento (amarelo de cádmio) em tintas artísticas. O seleneto de cádmio (CdSe) também é importante em optoeletrônica como semicondutor para células solares e pontos quânticos.
O cádmio é um dos metais pesados mais tóxicos. Não tem nenhum papel biológico benéfico conhecido e é altamente tóxico para humanos, animais e plantas. A exposição ao cádmio ocorre principalmente por inalação de fumos e poeira (indústria, tabagismo) e por ingestão (alimentos contaminados, água).
O cádmio se acumula no corpo, principalmente nos rins e no fígado, com uma meia-vida biológica de 10 a 30 anos. A exposição crônica causa danos renais graves e irreversíveis (disfunção tubular renal), osteomalácia (amolecimento dos ossos) e osteoporose. O cádmio é classificado como carcinogênico certo pela Agência Internacional de Pesquisa sobre o Câncer (IARC), causando principalmente câncer de pulmão.
A doença de Itai-itai no Japão, descoberta na década de 1950, foi causada por envenenamento crônico por cádmio proveniente de arrozais irrigados com água contaminada por minas. Essa doença causava dores ósseas atrozes, fraturas múltiplas e insuficiência renal. Essa tragédia sanitária levou a uma conscientização global sobre a toxicidade do cádmio.
Devido à sua toxicidade, o uso do cádmio é agora estritamente regulamentado em muitos países. A União Europeia proibiu o cádmio na maioria das aplicações (diretivas RoHS), com algumas exceções para aplicações críticas sem alternativas viáveis. Os limites de exposição ocupacional são extremamente rigorosos (0,01 mg/m³ durante 8 horas).
As baterias de níquel-cádmio (Ni-Cd) foram durante décadas (1950-2000) a tecnologia dominante para baterias recarregáveis portáteis. Inventadas em 1899 pelo sueco Waldemar Jungner, atingiram seu auge nas décadas de 1980-1990 para ferramentas elétricas portáteis, telefones sem fio, brinquedos e aplicações profissionais.
As baterias Ni-Cd apresentavam várias vantagens: robustez excepcional (até 1000 ciclos de carga), desempenho em baixas temperaturas, alta taxa de descarga e custo moderado. No entanto, sofriam do efeito memória (perda de capacidade se recarregadas antes de uma descarga completa), densidade energética modesta (40-60 Wh/kg) e, acima de tudo, a toxicidade do cádmio.
O advento das baterias de níquel-metal hidreto (Ni-MH) na década de 1990, seguido pelas baterias de íons de lítio na década de 2000, combinado com crescentes preocupações ambientais, levou ao rápido declínio das baterias Ni-Cd. A União Europeia proibiu as baterias Ni-Cd portáteis em 2009 (Diretiva 2006/66/CE), exceto para aplicações críticas (equipamentos médicos de emergência, iluminação de emergência, ferramentas profissionais).
Hoje, as baterias Ni-Cd representam apenas uma fração mínima do mercado de baterias recarregáveis, confinadas a alguns nichos (aviação, ferrovias, sistemas de backup). A demanda global por cádmio para baterias caiu mais de 80% desde seu pico na década de 1990.
O cádmio é sintetizado nas estrelas principalmente através do processo s (captura lenta de nêutrons) em estrelas do ramo assintótico das gigantes (AGB), com contribuições do processo r (captura rápida de nêutrons) durante supernovas e fusões de estrelas de nêutrons. Os oito isótopos naturais do cádmio refletem as contribuições desses diferentes processos.
A abundância cósmica do cádmio é de cerca de 1,6×10⁻⁹ vezes a do hidrogênio em número de átomos. Essa abundância relativamente alta para um elemento pesado é explicada pela estabilidade nuclear particular da região de massa atômica A ≈ 110-116, onde existem vários isótopos mágicos ou semimágicos.
Variações isotópicas do cádmio em meteoritos primitivos fornecem informações sobre a heterogeneidade da nebulosa solar e as contribuições relativas dos processos s e r. Alguns meteoritos mostram anomalias em isótopos ricos em nêutrons do cádmio, sugerindo contribuições variáveis de materiais do processo r.
Linhas espectrais do cádmio neutro (Cd I) e ionizado (Cd II) são observáveis nos espectros de certas estrelas frias e gigantes. A análise dessas linhas permite determinar a abundância do cádmio e rastrear o enriquecimento químico das galáxias ao longo de sua evolução.
N.B. :
O cádmio está presente na crosta terrestre com uma concentração média de cerca de 0,15 ppm, tornando-o relativamente raro, cerca de 1000 vezes mais raro que o zinco. O cádmio não forma seus próprios minérios economicamente exploráveis, mas está sempre associado ao zinco em minerais de esfalerita (sulfeto de zinco), com concentrações típicas de 0,1 a 0,5% de cádmio.
A produção mundial de cádmio é de cerca de 25.000 toneladas por ano, inteiramente como subproduto do refino do zinco. A China domina a produção com cerca de 80% do total global, seguida por Coreia do Sul, Japão, Cazaquistão e Canadá. O cádmio é recuperado dos fumos e resíduos da ustulação e eletrólise do zinco.
A demanda por cádmio diminuiu significativamente desde a década de 1990 devido a restrições regulatórias e ao declínio das baterias Ni-Cd. A aplicação principal atual é o revestimento anticorrosão para aplicações aeroespaciais e militares (cerca de 30% da demanda), seguida por pigmentos (25%, em declínio), baterias (20%, em rápido declínio) e painéis solares de CdTe (15%, em crescimento). A reciclagem do cádmio é importante, representando cerca de 20% da oferta.
Berílio (Z=4): um metal
raro com propriedades excepcionais 
