Cadmio

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48
Cd
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
Tabla completaTabla ampliada
Cd,48.jpg
Plateado gris metálico
Información general
Nombre, símbolo, número Cadmio, Cd, 48
Serie química Metales de transición
Grupo, período, bloque 12, 5, d
Masa atómica 112,411 u
Configuración electrónica [Kr]4d10 5s2
Dureza Mohs 2
Electrones por nivel 2, 8, 18, 18, 2 (imagen)
Propiedades atómicas
Radio medio 155 pm
Electronegatividad 1,69 (Pauling)
Radio atómico (calc) 161 pm (Radio de Bohr)
Radio covalente 148 pm
Radio de van der Waals 158 pm
Estado(s) de oxidación +1, +2
Óxido Levemente básico
1.ª Energía de ionización 867,8 kJ/mol
2.ª Energía de ionización 1631,4 kJ/mol
3.ª Energía de ionización 3616 kJ/mol
Propiedades físicas
Estado ordinario Sólido
Densidad 8650 kg/m3
Punto de fusión 594,22 K (321 °C)
Punto de ebullición 1041 K (768 °C)
Entalpía de vaporización 100 kJ/mol
Entalpía de fusión 6,192 kJ/mol
Presión de vapor 14,8 Pa a 597 K
Varios
Estructura cristalina Hexagonal
N° CAS 7440-43-9
N° EINECS 231-152-8
Calor específico 233 J/(K·kg)
Conductividad eléctrica 13,8 × 106 S/m
Conductividad térmica 96,8 W/(K·m)
Velocidad del sonido 2310 m/s a 293,15 K (20 °C)
Isótopos más estables
Artículo principal: Isótopos del cadmio
iso AN Periodo MD Ed PD
MeV
108Cd 0,89% Estable con 60 neutrones
109Cd Sintético 462,6 d e 0,214 109Ag
110Cd 12,49% Estable con 62 neutrones
111Cd 12,8% Estable con 63 neutrones
112Cd 24,13% Estable con 64 neutrones
113Cd Sintético 7,7 × 1015 a ß- 0,316 113In
113Cd Sintético 14,1 a ß-
TI
0,580
0,264
113In
 
114Cd 28,73% Estable con 66 neutrones
116Cd 7,49% Estable con 68 neutrones
Valores en el SI y condiciones normales de presión y temperatura, salvo que se indique lo contrario.
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El cadmio es un elemento químico de número atómico 48 situado en el grupo 12 de la tabla periódica de los elementos. Su símbolo es Cd. Es un metal pesado, blanco azulado, relativamente poco abundante. Es uno de los metales más tóxicos. Normalmente se encuentra en menas de cinc y se emplea especialmente en pilas.

Historia[editar]

El cadmio (en latín, cadmia, y en griego kadmeia, que significa "calamina", el nombre que recibía antiguamente el carbonato de zinc) fue descubierto en Alemania en 1817 por Friedrich Strohmeyer,

Lo encontró como impureza de algunas muestras de carbonato de zinc. Strohmeyer observó que esas muestras, en particular, cambiaban el color al calentarlas, lo cual no le ocurría al carbonato de zinc puro. Strohmeyer fue lo suficientemente persistente para continuar la observación consiguiendo aislar el elemento mediante tostación y posterior reducción del sulfuro.

Características[editar]

El cadmio es un metal pesado, de color blanco azulado, el cual podemos encontrar en toda la corteza terrestre.

Su estado de oxidación más común es el +2. Puede presentar el estado de oxidación +1, pero es muy inestable.

No se encuentra en la naturaleza en estado puro sino que por afinidad química  está asociado con metales como el zinc, el plomo y el cobre.

Asociado a la contaminación ambiental e industrial, es uno de los mayores tóxicos , ya que reúne las cuatro características básicas más peligrosas de un tóxico:

  • Bioacumulación
  • Persistencia en el medio ambiente
  • Efectos desfavorables para el hombre y el medio ambiente
  • Es fácilmente transportable mediante los cursos de agua y el viento

Aplicaciones[editar]

  • Se emplea en baterías níquel-cadmio recargables
  • Es componente de aleaciones de bajo punto de fusión. Se emplea en aleaciones de cojinetes, con bajo coeficiente de fricción y gran resistencia a la fatiga.
  • Se utiliza mucho en electrodeposición: recubrimiento de rectificadores y acumuladores.
  • Utilizado en  barras de control del flujo de neutrones en los reactores nucleares.
  • El hidróxido de cadmio se emplea en galvanotecnia y en la fabricación de electrodos negativos de baterías de níquel-cadmio.
  • El óxido de cadmio se usa como catalizador para la hidrogenación y la síntesis de metano. Además, se emplea para fabricación de esmaltes y en sinterización.
  • El cloruro de cadmio se utiliza en galvanotecnia, fotografía y tintorería.
  • El sulfuro de cadmio se utiliza como pigmento amarillo.
  • El estearato de cadmio se emplea para mejorar la estabilidad de materiales de PVC frente a la luz y a los agentes atmosféricos.

Concentraciones[editar]

Las concentraciones de cadmio en los diferentes compartimentos de la naturaleza son las siguientes:

  • Agua:En ríos la concentración de cadmio disuelto es relativamente alta (10 -500 mg/l) encontrándose por lo general unido a materia participada. En zonas oceánicas abiertas la concentración está entre 0,5 y 10 mg/l; estos niveles puede ser superiores en áreas marinas cerradas, especialmente en las desembocaduras de los ríos que están contaminados.
  • Aire:El transporte a los diferentes compartimentos ambientales se realiza a través del aire , donde tiene poca persistencia (días o semanas). Las concentraciones en zonas rurales son de 0,1 mg/m3 aumentando hasta 5 veces en zonas urbanas e industriales.
  • Suelo:El suelo es el primero en ser objeto de inmisión del cadmio, por la caída de partículas difundidas en el aire por actividades industriales, actividades antropogénicas o por su acumulación después de los incendios. En suelos la concentración media de cadmio es de 0,06-0,5 mg/kg aumentando hasta 100 veces en zonas contaminadas. Hay estudios basados en que con la aplicación de fertilizantes procedentes de rocas fosfatadas aumenta la concentración desde 0,3 a 38g por hectárea y año. La persistencia del cadmio en suelos es de hasta 300 años y el 90% permanece sin transformarse. Estas concentraciones de cadmio en el suelo dependen en su mayor parte del pH de la tierra, que controla la solubilidad y movilidad del metal.

Cadmio en el Medio Ambiente[editar]

Podemos hallar cadmio en la atmósfera, el agua y el suelo. De forma natural grandes cantidades de cadmio son liberadas al medio ambiente, aproximadamente 25.000 toneladas al año, de las cuales gran parte son vertidas a los ríos procedente de la descomposición de las rocas, mientras que una pequeña parte es liberada a la atmósfera a través de los incendios forestales, actividad volcánica, quema de combustibles fósiles y residuos urbanos e industriales.

En este apartado detallaremos como llega el cadmio a los diferentes ecosistemas:

Actualmente se relaciona la contaminación de este metal con la industria del zinc y del plomo. También se producen emisiones de cadmio, aunque en menor grado, en la combustión de basuras, combustión de carbón, producción de cementos y en la industria del acero

Los daños a nivel global del cadmio son poco importantes, en este metal se ha observado que la relación de contaminación es de regional a local.

Emisiones atmosféricas[editar]

La concentración de cadmio,  procedente de las fuentes citadas previamente,  es elevada alrededor de las minas,  zonas industriales y  áreas urbanas, disminuyendo a medida que nos alejamos de éstas hacia   las zonas rurales.

Contaminación del agua[editar]

El cadmio que llega al agua principalmente es de vertidos urbanos e industriales. Esta contaminación depende de la cercanía  de las zonas acuáticas a las zonas urbanas.  Por otro lado parte del cadmio atmosférico es depositado en la superficie acuática y figura como el 23% del cadmio contaminante, siendo la vía principal de entrada en agua.

Contaminación del suelo[editar]

La mayor parte del cadmio vertido por el ser humano va a depositarse en el suelo. Al igual que ocurre en el agua la vía principal de deposición es la vía atmosférica, seguida de los vertidos humanos y el uso de fertilizantes.

La concentración de cadmio en el suelo sigue aumentando con el tiempo, debido al incremento de los índices de emisión de origen humano, creyéndose que esta concentración se doblará cada 50 – 80 años.

Toxicocinética[editar]

El cadmio produce efectos tóxicos en los organismos vivos, aun en concentraciones muy pequeñas.

Es el conjunto de fenómenos que experimenta el cadmio desde su entrada en el organismo hasta su eliminación. Consta de los siguientes procesos:

Absorción[editar]

El cadmio se puede absorber por tres vías diferentes; oral, respiratoria o dérmica. Sin embargo la exposición dérmica es relativamente insignificante, es la absorción tras la vía inhalatoria y oral las de mayor interés.

La alimentación es una de las fuentes importantes de entrada de cadmio en el organismo. Una dieta deficiente en hierro según los resultados experimentales de Flanagan et al. (1978) puede acelerar su velocidad de absorción, así como la falta de otras sustancias como es el calcio o la proteína. Podemos concluir que la fisiología del individuo (edad, reservas de hierro, calcio, zinc, embarazos…) determina la absorción tras la exposición oral.

Se ha observado mediante estudios experimentales que la concentración de cadmio está entre el 2-3% en una persona sana y asciende a un 6-8% en personas con deficiencia de hierro.

La inhalación representa una importante vía de entrada de este metal, y la absorción de este metal es mayor si el organismo presenta una deficiencia de hierro calcio y zinc.

El cadmio y sus sales presentan baja volatilidad y existen en el aire como materia finamente particulada. Cuando son inhaladas, una parte de estas partículas se deposita en el tracto respiratorio y los pulmones, mientras que el resto son exhaladas. El tamaño de partícula determina la absorción pulmones; las partículas mayores de 10 µm de diámetro  se eliminan fácilmente mientras que las de  0,1 µm penetran en los alveolos absorbiéndose y transportándose por el organismo. En el caso del tabaco las partículas son de pequeño tamaño teniendo como consecuencia una deposición mayor a nivel alveolar.

Distribución[editar]

Una vez es absorbido por los pulmones o por el tracto intestinal el cadmio es transportado por la sangre a otras partes del cuerpo, concentrándose principalmente en el  hígado y el riñón. La acumulación de Cd en riñón e hígado depende de la intensidad, del tiempo de exposición y del estado óptimo de la función de excreción renal

La metalotioneína (MT) es el medio de transporte del cadmio en el plasma sanguíneo. Estas Son un grupo de proteínas que unen metales, ricas en residuos de cisteína, cuya síntesis ocurre principalmente en hígado y riñón. El complejo Cadmio - metalotioneína se considera menos tóxico que el Cadmio sin enlazar, por tanto esta proteína tiene efecto detoxificante. La liberación de este complejo a la sangre es lenta, lo que provoca una acumulación del complejo Cd-MT en el hígado. A continuación el cadmio unido a MT se transporta por la sangre hasta el riñón, donde se filtra a través del glomérulo y se reabsorbe  en el túbulo proximal, se produce una catálisis del complejo cadmio-MT en los lisosomas, liberándose iones de cadmio que inducen nuevamente la síntesis de MT en la célula renal. Por este motivo el cadmio tiene una media de vida biológica bastante larga.

Metabolismo[editar]

Del metabolismo hay poco que decir ya que el cadmio no sufre ninguna conversión metabólica directa tales como oxidación, reducción o alquilación.

Metabólicamente es importante la unión del cadmio a la metalotioneína  ya que deja inerte su toxicidad.

Excreción[editar]

El cadmio se excreta de manera escasa y muy lenta, esto explica la larga vida biológica de este elemento.

Tras la absorción la principal vía de eliminación de cadmio es a través de la orina, por lo que se considera que el cadmio urinario refleja la carga corporal de cadmio.

Toxicidad del cadmio en alimentos[editar]

El cadmio es uno de los metales tóxicos emitidos al medio ambiente que más tiende a acumularse en los alimentos. La principal fuente de contaminación de cadmio en el ser humano es la ingesta de vegetales contaminados con este metal (Norvell et al. 2000).

Una característica considerable del cadmio es su fácil traspaso del suelo a los vegetales, es uno de los metales que mejor se absorben por las plantas, siendo mayormente cereales como el trigo, arroz y, en menor medida el maíz. La retención del cadmio en la superficie vegetal depende de factores como: el tamaño de la partícula, factores climáticos, velocidad de deposición y características de las hojas.  El pH es considerado uno de los factores que más repercusión tienen en la relación cadmio – vegetal, una disminución del pH del suelo facilita el traspaso del metal a la planta.

El fenómeno de la lluvia ácida es de gran importancia en áreas industrializadas, ya que ésta disminuye el pH del suelo, y como consecuencia hace aument8ar la absorción por parte de las plantas, es decir, la acumulación.

En relación a la contaminación por agua, los que tienen mayor incidencia tienen son los crustáceos, peces y los moluscos bivalvos (Storelli 2009; Ololade y col. 2011).

El agua apta para beber no puede superar valores del orden de 2 µg/L, esto quiere decir que no es una vía considerable de exposición.

La tecnología alimentaria también juega un papel importante, ya que los productos pueden ser contaminados en el tratamiento de los alimentos y en la manipulación de estos, sobretodo en el caso de los embalajes.

Efectos en la salud[editar]

Los efectos de la toxicidad por Cd dependen del tipo de exposición, ya sea a través de la inhalación de aire contaminado (particularmente cerca de fundidoras, incineradoras o procedente del humo del cigarro) , consumo de alimentos y aguas contaminadas. En fumadores, se ha encontrado que la concentración de Cd en la sangre es de 1-4 µg/l, un valor de 4 a 5 a veces más alto que en los no fumadores.

  • Es nefrotóxico (L´ Azou et al. 2007), y el daño renal se manifiesta con proteinuria (Nogué et al. 2004)
  • Diarreas, dolor de estómago y vómitos severos,
  • Debilitamiento óseo
  • Fallos en la reproducción y posibilidad incluso de infertilidad
  • Daño al sistema nervioso central
  • Daño al sistema inmunológico
  • Desórdenes psicológicos
  • Se ha asociado la exposición de Cd con una alta mortalidad por cáncer (Akesso et al.2008)

Bibliografía[editar]

M.Jiménez Repetto, Manuel. Toxicología avanzada. Madrid: Díaz de santos, 1995.

Jiménez Repetto, Manuel; Kuhn Repetto, Guillermo. Toxicología fundamental. 4ª ed. Sevilla: Diaz de Santos,2009

M. Rodríguez-Serrana; N. Martínez-de la Casa; M.C. Romero-Puertas; L.A del Río; L.M Sandalio. Toxicidad del Cadmio en Plantas. Ecosistemas, vol. 17, (2008), p.139-146.

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R. Madeddu. Estudio de la influencia del cadmio sobre el medioambiente y el organismo humano. Granada: Editorial Universidad de Granada, 2005.

M. Lara-Delgado; G. Lozano-González, Toxicidad del Cadmio en las Plantas.

M. Díaz-Díaz,. Concentración del cadmio en sangre en una población hospitalaria y su relación con factores asociados. Madrid: Editorial Universidad Complutense de Madrid, 2014.