Cadmio: Elemento Propiedades y usos

Introducción al cadmio

El cadmio (número atómico 48, abreviatura Cd) es un metal blando de color blanco azulado que se distingue por sus excepcionales propiedades físicas y su toxicidad ampliamente documentada. El cadmio se aisló por primera vez en el siglo XIX y desde entonces se ha convertido en un material clave en diversos procesos industriales, desde las pilas hasta los pigmentos. Se fabrica principalmente como subproducto de la fundición de zinc, con una producción mundial en 2022 de unas 23.000 toneladas métricas, concentradas sobre todo en países como China, Corea del Sur y Japón. Debido a su toxicidad, el cadmio está muy regulado en la mayoría de las industrias.

Propiedades químicas del cadmio

Elcadmio tiende a presentar un estado de oxidación +2 (Cd²⁺), que abarca la mayor parte de su comportamiento químico. Aunque es muy inerte en comparación con otros elementos de transición, el cadmio reacciona con el oxígeno, el azufre y los halógenos para formar compuestos como el óxido de cadmio (CdO) y el sulfuro de cadmio (CdS). Estos compuestos son la base de la galvanoplastia, los pigmentos y los semiconductores.

Entre sus principales propiedades químicas destacan

- Resistencia a la reacción en el aire a temperatura ambiente, aunque se oxida lentamente por la formación de una capa protectora.

- Solubilidad en ácido para poder participar en la electroquímica.

- Capacidad de absorción para formar compuestos coloreados brillantes, en particular con azufre y selenio, lo que anteriormente lo hacía valioso para los pigmentos.

Para más detalles químicos, véase Materiales Avanzados de Stanford (SAM).

Aplicaciones industriales clave con ejemplos y estadísticas

1. Baterías de níquel-cadmio (Ni-Cd)

• Lasbaterías de Ni-Cd se han utilizado ampliamente en la electrónica portátil, las herramientas eléctricas y la tecnología aeronáutica.
• Una pila típica de Ni-Cd de 1,2 V contiene alrededor de un 5-10% de cadmio en peso.

Aunque son estables y capaces de soportar cientos de ciclos de carga y descarga, la preocupación por el medio ambiente ha hecho que disminuya su uso. Por ejemplo, la Unión Europea restringió la aplicación de las baterías de Ni-Cd con la Directiva sobre baterías (2006/66/CE).

2.Pigmentos de plástico, cerámica y vidrio

• El CdS produce pigmentos de color amarillo intenso, mientras que el CdSe produce pigmentos de color rojo anaranjado.
• Ejemplo: Los pigmentos de CdS se aplicaron a los plásticos de construcción en los años 90, proporcionando productos de color inalterable que duran más de 20 años sin deteriorarse.
• En la actualidad, los pigmentos de CdS están regulados y su contenido de cadmio está limitado a menos del 0,01% en los productos de consumo de la mayoría de los países.

3. Galvanoplastia y resistencia a la corrosión

La galvanoplastia de cadmio se utiliza en el sector aeroespacial y de defensa por su alta resistencia a la corrosión, especialmente en ambientes marinos.

Ejemplo: Las fijaciones militares recubiertas de cadmio resisten la corrosión por niebla salina durante más de 1.000 horas, mientras que las alternativas zincadas fallan tras 200-300 horas.

4.Semiconductores y energía fotovoltaica

• El teluro de cadmio (CdTe) se utiliza en células solares de película fina, que son una alternativa eficaz y rentable al silicio.
• Datos del caso: Los módulos solares de CdTe pueden alcanzar eficiencias de hasta el 22% en condiciones de prueba estándar con costes de producción por vatio inferiores a los del silicio cristalino.

Preocupación por el medio ambiente y la salud

El cadmio es muy tóxico para los animales y los seres humanos. La exposición prolongada en pequeñas cantidades provoca:

-Deterioro renal y descalcificación de los huesos.

-Enfermedades respiratorias y cáncer de pulmón (por inhalación de polvo o humo de cadmio).

-Bioacumulación en la cadena alimentaria, sobre todo en verduras de hoja, cereales y mariscos.

Sus peligros se exponen a través de sucesos medioambientales:

-En la enfermedad japonesa de Itai-Itai (años 60), el arroz contaminado con cadmio causó graves dolencias óseas y renales a más de 200 víctimas.

- Las emisiones de cadmio de la minería y la fundición están ahora estrictamente reguladas; por ejemplo, la EPA limita el cadmio de las aguas residuales a 0,005 mg/L, lo que demuestra lo estricto que debe ser el control para evitar daños ecológicos y humanos.

Debido a estos riesgos, las industrias están realizando una transición hacia alternativas sin cadmio, por ejemplo, baterías de iones de litio para sustituir a las baterías de Ni-Cd y pigmentos sin cadmio para plásticos y pinturas. Sin embargo, el cadmio no tiene sustitutos en las células solares de alto rendimiento y en las aplicaciones de galvanoplastia especializada debido a sus características únicas.

Preguntas más frecuentes

¿Cuál es el número atómico del cadmio?

El número atómico del cadmio es 48, por lo que pertenece a la serie de los metales de transición.

¿Es tóxico el cadmio?

Es muy tóxico; la exposición prolongada provoca daños en riñones, huesos y pulmones. Las dosis reguladas son drásticas en un intento de restringir el riesgo humano y medioambiental.

¿Cuáles son sus principales usos industriales en la actualidad?

Las baterías de Ni-Cd, los pigmentos, la galvanoplastia de cadmio y las células solares de CdTe siguen siendo usos importantes.

¿Cómo se fabrica el cadmio?

Se fabrica principalmente como subproducto de la fundición de zinc, normalmente mediante procesos de tostación, destilación y electrolíticos.

¿Existe alguna alternativa más segura?

Sí. El NiMH y el litio-ion sustituyen al Ni-Cd, mientras que los pigmentos sin cadmio reducen la exposición medioambiental. No obstante, el cadmio es necesario en determinados usos de alto rendimiento, como los revestimientos aeroespaciales y la fotovoltaica CdTe.