Cadmium : présentation

Elément Cadmium

Cd (Z =48)

 

Structure électronique, configuration de l'état fondamental

Le cadmium a pour structure électronique (1s)2(2s)2(2p)6(3s)2(3p)6(3d)10(4s)2(4p)6 (4d)10(5s)2

Place dans la classification périodique

Le cadmium appartient à la 5ème ligne et à la 12ème  colonne de la classification périodique (celle du zinc), soit à  la 10ème colonne du bloc d, bloc des métaux de transition.

Abondance dans la nature

La teneur moyenne du cadmium dans l'écorce terrestre est de 0,15 ppm.

Préparation

Le cadmium est principalement associé au zinc dans les minerais de zinc, avec une teneur en Cd comprise entre 0,01 et 0,05 %. c'est un co-produit de la métallurgie de ce métal qui donne de 1,8 à 6 kg de cadmium par tonne de zinc élaboré et en moyenne 3 kg/t de Zn. Sa production est en conséquence proportionnelle à celle du zinc.

Propriétés chimiques

La structure électronique des derniers niveaux d’énergie de l’atome de cadmium (4d)10(5s)2 permet la formation d’ions Cd2+ par perte des deux électrons (5s) et de 2 liaisons iono-covalentes (CdS).

Le cadmium métal est peu réactif. Il réagit lentement à l'air humide et, en chauffant, avec l'oxygène, le soufre, le phosphore et les halogènes. Il est attaqué par les acides non oxydants. Il est très semblable au zinc avec un rayon ionique plus important (151pm pour le métal en coordinence 12 et 95 pm pour Cd2+)

Principaux degrés d'oxydation

Le cadmium existe essentiellement aux degrés d’oxydation 0 (métal) et +II. ce qui rend discutable sa classification parmi les métaux de transition.

Principaux composés

L’oxyde de cadmium CdO, est utilisé comme catalyseur, comme pigment dans les émaux (avec Cd(OH)2) . Sa couleur (vert-jaune, marron, rouge, noir) dépend des défauts dans le réseau.

Le sulfure de cadmium CdS est utilisé comme pigment et stablilisant notamment dans le PVC.

Le chlorure de cadmium CdCl2 sert dans la teinture, la galvanoplastie.

Le fluorure de cadmium CdF2 , le séléniure de cadmium CdSe sont des composants des écrans de télévisions, d’ordinateurs.

Il existe de nombreux complexes avec des liaisons

Cd-C : Cd(Et)2 linéaire   

Cd-X : [CdCl4]2- tétraèdrique ; [CdCl5 ]3- bipyramide trigonale

Cd-N : [Cd(NH3)6]2+

 Cd-O, Cd-S

Principales propriétés physicochimiques

Les  données sur les énergies d'ionisation, l'électronégativité, la nature des liaisons figurent dans les adresses données dans la sitographie.

http://www.chemicool.com/

Propriétés atomiques et isotopes

Le cadmium comporte huit isotopes stables : 106Cd(1,25 % des atomes), 108Cd  (0,9%), 110Cd (12,25%), 111Cd  (12,8%), 112Cd  (24,15%),113Cd  (12,2%),114Cd  (28,7%),116Cd  (7,5%).

Importance industrielle et économique

Accumulateurs (piles rechargeables) Ni-Cd. La présence de cadmium interdit un usage grand public. Ces accumulateurs sont très fiables et utilisés industriellement avec des mesures de recyclage adaptées.

Les pigments à base de sulfure de cadmium, jaune avec CdS, rouge avec Cd(S,Se) ou orange par mélange des précédents ont été utilisés à grande échelle dans les matières plastiques (gilets de sauvetage, casques de chantiers), verres, céramiques. Le jaune des tournesols de Van Gogh est donné par le sulfure de cadmium.
La Communauté européenne a adopté une directive qui n'interdit pas l'emploi des pigments de cadmium, mais restreint leur utilisation aux cas ils ne peuvent être remplacés, en particulier dans des polymères.

Cadmiage : le cadmium est inaltérable à l'air et a un bon comportement en milieu marin. Le cadmiage est effectué par électrolyse. Utilisé, en particulier pour protéger les rivets d'assemblage en aéronautique.

Alliages à bas point de fusion, pour brasures de conducteurs électriques (Ag : 50 %, Cd : 18 %, Zn : 16 %, Cu : 15 %), pour fusibles (Bi : 50 %, Pb : 27 %, Sn : 13 %, Cd : 10 %, fond à 70°C).

Le cadmium a un fort pouvoir d'absorption des neutrons thermiques. Une solution de chlorure de cadmium a ainsi servi à capter des meutrons pour mettre en évidenc el'antineutrino de l'électron (F. Reines, prix Nobel 1995).

Stabilisant du PVC, sous forme de CdS.

Le taux de recyclage, est estimé, à l'échelle mondiale, à 23 %, principalement à partir des accumulateurs Ni-Cd, qui sont pratiquement 100 % recyclables..

Source : http://www.societechimiquedefrance.fr/extras/Donnees/acc.htm

Toxicité - importance biologique

Toxicité, d'après les fiches de l'INERIS : les principaux risques d'intoxication par le cadmium sont actuellement liés aux expositions prolongées et à de faibles doses.
Les intoxications par le cadmium résultent d'une absorption par voies respiratoires ou digestives. L'absorption dépend de la solubilité des sels. Par inhalation elle varie de 10 % pour le sulfure à 90-100 % pour le chlorure ; par voie digestive l'absorption est de 5 %. L'absorption par voie digestive de plus de 0,9 g ou par voie respiratoire de poussières à des concentrations > 200 mg/m3 peut entraîner des troubles graves. En France, la valeur limite d'exposition est fixée à 0,05 mg/m3, pour les fumées d'oxyde.
Transporté par l'hémoglobine, le cadmium se concentre préférentiellement, à 50-70 %, dans le foie et les reins, mais aussi dans le pancréas, la thyroïde, les testicules et les glandes salivaires. Dans les tissus, le cadmium se fixe sélectivement sur des thioprotéines, les métallothionéines où il se substitue au zinc. La demi-vie du cadmium est de 20 à 30 ans dans le rein et de 30 jours dans le sang.
Dans le rein, la fixation du cadmium, entraîne des néphropathies irréversibles, une perte anormale de protéines par les urines (protéinurie), caractéristiques des insuffisances rénales.
Le cadmium se fixe également dans le squelette, par substitution du calcium de l'apatite, constituant minéral des os, donnant de l'ostéoporose avec des douleurs osseuses intenses observées lors de la maladie "d'itaï-itaï" survenue dans les années 50, au Japon, après consommation de riz contaminé.
L'intoxication chronique par le cadmium se traduit également par des cancers pulmonaires et prostatiques.

Sources de pollution : d'après les données du CITEPA, les émissions atmosphériques de cadmium ont été, en 2008, en France, de 3,8 tonnes, en diminution constante depuis 1990 où elles étaient de 20 t. L'origine des émissions est principalement dans la combustion de combustibles minéraux solides, de fioul lourd et de biomasse.

Histoire, Date de la mise en évidence

En 1817, F. Stromeyer l’identifie à Götttingen (Allemagne) en analysant un carbonate de zinc.

Origine du nom et du symbole 

Vient du grec kadmeia, nom du minerai de zinc extrait près de la ville de Kadmos.

L'élément en un clin d'œil

Informations essentielles sur l'élément cadmium

     Nom : cadmium

     Symbole : Cd

     Numéro atomique: 48

     Masse atomique : 112,4

     Etat standard : solide

     Couleur : blanc bleuté

     Dans la classification périodique

     Nom du groupe : groupe du zinc

     Période : 5

     Bloc : d

     Classification: métaux de transition

Pour en savoir davantage :

- Le site des prix Nobel :

La mise en évidence de la détection de l'antineutrino de l'électron par F. Reines à l'aide d'une solution de chlorure de cadmium.

http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1995/#

- Sitographie

- Bibliographie

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