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De símbolo químico Cd y número atómico 48, el cadmio forma parte del grupo 12 y del período 5. En estado puro o de cuerpo simple, se presenta en forma de metal. Se utiliza en la fabricación de aleaciones o para el revestimiento en capa fina de diversos objetos, lo que les confiere la calificación de “cadmiados”. Metal pobre en sentido estricto, este elemento químico está clasificado como un metal de transición en numerosos manuales y obras.
El cadmio es un elemento químico del grupo del zinc. Este último también se denomina grupo IIB. Los elementos que lo componen se distinguen por dos electrones a nivel de la subcapa s más allá de una subcapa d completa. Está constituido por 30Zn, 48Cd y 80Hg. Los dos primeros son metales electropositivos bastante similares. La configuración electrónica del Cd es [Kr] 4d10 5s2.
La primicia del descubrimiento del cadmio fue atribuida a Magnus Martin af Pontin. El químico sueco lo detectó hacia 1809 en el marco de los primeros estudios en electroquímica. Sin embargo, Friedrich Stromeyer, profesor de química analítica de la universidad de Goettingen, lo redescubrió en 1817. Le dio su nombre actual “das Cadmium” derivado del latín medieval “cadmia”. El químico alemán preparó el cadmio a partir de ZnCO3 impuro y recubierto de manchas de color amarillento. Para obtener el cuerpo simple, un metal blando y blanco, recurrió a un procedimiento de química mineral clásico. Investigaciones sobre la base de óxidos de zinc realizadas por tres químicos alemanes, Carl Hermann, Karl Johann Bernhard Karsten y Paul Traugott Meissner, confirmaron los resultados de sus trabajos.
Cadmio podría derivar de la palabra greco-latina “kadmeia”. Se trata de la antigua denominación del carbonato de zinc antes de que fuera definitivamente renombrado “smithsonita” por François Sulpice Beudant en 1832. Conviene recordar que la extracción de este mineral se remonta a la época de Tebas en Beocia. El ZnCO3 era utilizado en la fabricación de latones y bronces. Según la leyenda, esta ciudad antigua habría sido fundada por Cadmos, un guerrero extranjero, de donde viene el nombre dado a su reino, “Kadmeia”.
Por su raíz, este nombre estaría también asociado al mineral definido calamina y a la mezcla del mismo nombre. En Europa, cadmia servía anteriormente para designar los diferentes tipos de minerales de zinc oxidado. Están constituidos por calaminas descritas de manera sabia y cadmias. Estas últimas son depósitos de óxidos metálicos y de polvos que se adhieren a las paredes de hornos metalúrgicos. El diccionario Larousse del siglo XX, editado después de 1920, define la cadmia como el residuo que se constituye a nivel de la pared de la boca de los altos hornos.
Por otra parte, tomado en el sentido de mineral definido, el término cadmia hace referencia a la calamina en relación con el compuesto “carbonato de cadmio”. En estado puro, este último es llamado smithsonita. La idea según la cual el término cadmio encuentra su origen en la palabra cadmia reposa sobre la producción del metal en Alta Silesia a partir de 1852. La industria local utilizó un procedimiento de reducción de los polvos que contienen cadmio y zinc. Es seguido de una destilación para obtener Cd metal despojado del máximo de impurezas.
38 isótopos y 12 isómeros nucleares del cadmio son conocidos hasta hoy. Su número de masa varía de 95 a 132. Solo seis de sus isótopos son estables: 106Cd, 108Cd, 110Cd, 111Cd, 112Cd y 114Cd. Forman con los 113Cd y 116Cd, dos radionucleidos primordiales, la totalidad del cadmio presente naturalmente. Su masa atómica estándar es de 112,411(8) u. El 114Cd, el más representado, representa el 28,73% del cadmio natural. En cambio, el 108Cd es el menos abundante y no constituye más que el 0,89%. Los isótopos 106Cd, 108Cd y 114Cd son sospechosos de ser radioactivos aunque ninguna desintegración ha sido observada hasta ahora. Poseen vidas medias de diez millones de veces superiores a la edad del universo, incluso más.
Con un clarke de 0,15 g/t, el cadmio es considerado como un elemento químico relativamente raro. Por otra parte, es difícil encontrarlo en estado nativo. Geólogos rusos solo lo descubrieron en 1979 en los traps de Siberia oriental. En la naturaleza, generalmente está asociado a otros elementos como el zinc, el cobre y el plomo.
La extracción del cadmio depende de la del zinc con una proporción que varía entre 1,8 y 6 kg/t de zinc elaborado, es decir, una media de 3 kg/t. En efecto, el Cd es un subproducto de la metalurgia del Zn. Casi todos los minerales de zinc contienen cadmio con una composición variable del 0,01 al 0,05%. En la práctica, se obtiene a partir de los residuos de la producción electrolítica del Zn o de los polvos que se mezclan con el gas de tostado de los minerales sulfurados, por mencionar solo las blendas ZnS.
También es posible encontrar cadmio en los minerales de cobre y de plomo, así como en los fosfatos naturales. El contenido en Cd varía entonces según su origen. Por ejemplo, los fosfatos tunecinos contienen 380 ppm del elemento 48, mientras que los fosfatos jordanos solo contienen 34 ppm. En cambio, los minerales que contienen potencialmente un porcentaje elevado de cadmio son raros y poco explotables o inexplotados. Tal es el caso de la greenockita o CdSβ (78%) y de la otavita.
Las características físicas del cadmio y del zinc son similares. Posee una masa molar atómica de 112,4 g/mol y una masa específica de 8.650 kg/m3. El Cd tiene un coeficiente de dilatación lineal de 30,6 × 10−6. Si su densidad aparente es de 8,6, puede llegar hasta 8,69 por endurecimiento. En la escala de Mohs, su dureza es estable a 2.
En cambio, comparado con el zinc, el cadmio metal es más volátil. A una presión atmosférica normal, su temperatura de fusión se eleva a 320°C, mientras que su temperatura de ebullición es de aproximadamente 767°C. Cuando alcanza su punto de ebullición, se desprenden vapores tóxicos y sofocantes. Son de color amarillo, naranja o amarillo anaranjado.
El cadmio, como cuerpo simple metálico, presenta un color blanco plateado brillante como el del estaño, con un ligero matiz azulado. Maleable y dúctil, este elemento químico también es tierno y blando en comparación con el zinc y el estaño. Se dobla sin dificultad, emite un sonido agudo cuando se pliega. También tiene la capacidad de engrasar las limas y deja una marca gris cuando se frota sobre papel.
El cadmio está dotado de una buena capacidad para ser moldeado (maleabilidad) y para ser estirado (ductilidad), así como de una fuerte resistencia a la corrosión atmosférica. Es adecuado como capa protectora para los metales ferrosos, sobre todo en la realización de revestimientos galvanoplásticos. Por ejemplo, el cadmiado es una solución eficaz para recubrir aceros en entornos marinos. El cadmio se utiliza en los procedimientos de electro-galvanización donde el depósito del revestimiento del acero se hace por electrolito. Sin embargo, aunque resiste a la corrosión atmosférica, una exposición al aire libre le hace perder su brillo y se empaña progresivamente. En cuanto al aire húmedo, solo provoca pocas alteraciones. Insoluble en las bases, el Cd lo es igualmente en el agua. El agua pura, incluso en ebullición, no tiene ningún efecto sobre el elemento 48.
Según Henri Sainte-Claire Deville, la densidad del vapor de cadmio es cercana a 3,94 y su presión de vapor se vuelve significativa desde 400°C. El vapor cristaliza en octaedros regulares al enfriarse. En cambio, el vapor de Cd confinado al vacío (lámpara) produce una luz intensa con un tono base azul-verde en equilibrio. Por último, comparado con el cobre, el cadmio presenta una resistividad eléctrica cuatro veces mayor.
El cadmio tiene propiedades químicas comparables a las del zinc. El elemento 48 es calcófilo, lo que significa que tiene afinidad por el azufre. La prueba clásica consiste en precipitar sulfuro de cadmio amarillo por sulfuro de hidrógeno o un sulfuro alcalino:
Cd metal sólido + H2S gas hidrógeno sulfurado → H2 gas + CdS polvo sólido amarillo
A temperatura ambiente, la oxidación del Cd es muy débil. Cuando se calienta, una llama naranja es visible en el aire y desprende un humo tóxico de color marrón. En realidad, se trata de un óxido anhidro amarillo marrón o CdO que no se disuelve en un exceso de hidróxido de sodio. La reacción química libera energía:
2 Cd metal sólido + O2 gas oxígeno del aire → 2 CdO sólido amarillo marrón con Δ H = −513 kJ/mol
El Cd en forma de vapor disocia las moléculas de agua con un desprendimiento de gas dihidrógeno y un depósito de CdO:
Cd vapor + H2O vaporizado → H2 gas + CdO polvo sólido amarillo marrón
El cadmio se absorbe en los ácidos fuertes concentrados y a veces diluidos. Aunque el metal es poco soluble en el ácido sulfúrico y el ácido clorhídrico, se disuelve fácilmente en el ácido nítrico y el ácido acético que es un ácido débil.
Las reacciones del Cd con los ácidos desprenden hidrógeno y dan un depósito de sales de cadmio incoloras. Diferentemente hidratadas, son solubles en agua. Cuando una sal del elemento 48 se deposita sobre una lámina de zinc, desencadena en consecuencia el par redox que provoca un depósito cristalino de Cd metal:
Zn0 + Cd2+ → Zn2+ + Cd0metal con Δε0 ≈ 0,36 V
Sin embargo, la reacción en las soluciones de ácido sulfuroso y las de nitrato de amonio no provoca ningún desprendimiento de gas hidrógeno. En el primer caso, la disociación permite obtener un compuesto de sulfito de cadmio soluble y de precipitado de sulfuro de cadmio. Por último, responde a los cuerpos simples halógenos como el fósforo y el selenio.
La metalurgia del cadmio está estrechamente ligada a la del zinc, del plomo o, más raramente, del cobre. Se obtiene en parte por filtración del gas proveniente del tostado de filtración.
La pirometalurgia del zinc forma parte de los procedimientos de recuperación del cadmio. Produce una esponja de Cd que, posteriormente, es refinada por un proceso de fusión a 450°C en presencia de sosa. El zinc o el plomo en forma de zincato y plombato son así excluidos de la preparación que va a sufrir una destilación a 770°C. Entonces se tendrá cadmio puro.
En el proceso de electrólisis, el Cd se encuentra en solución a una concentración de 0,2 a 0,3 g/l. Posteriormente, se obtiene por endurecimiento de las superficies, llamado cementación, un procedimiento realizado con zinc después del agotamiento de los iones Zn2+. Da lodos de color azul que contienen un mínimo de 6% de Cadmio y 15% de Cu. Los polvos recuperables contienen del 7 al 10%.
Luego, los lodos y/o los polvos son tratados con ácido sulfúrico, antes de sufrir una nueva cementación con ayuda de polvo de zinc para reducir los iones Cd2+ en metal. Conviene señalar que el cadmio metálico se obtiene, pero coexiste con otros sulfatos e impurezas como el zinc, el cobre y el níquel en el cemento. El procedimiento para disociarlos se hace por destilación o vaporización a 400°C.
Se puede obtener cadmio puro al 99,97% por lixiviación o lavado con ácido sulfúrico. Se emplean productos purificados provenientes del proceso electrolítico de producción de zinc para neutralizar la solución. Entonces se observa una precipitación de las principales impurezas como el plomo, el cobre o el arsénico.
La electrólisis se efectúa en recipientes de plástico y con electrodos rotativos. Los ánodos son de plomo, mientras que los cátodos son de aluminio. Para generar depósitos electrolíticos de cadmio de una pureza elevada, se necesita una tensión de baño de 3,5 V y una densidad de corriente de 200 A/m². Al final de la operación, son recuperados y fundidos. El cadmio propuesto en el mercado se presenta bajo diversas formas: varillas, barras, bolas, etc.
El elemento 48 entra en una gran variedad de aleaciones, principalmente con el Zn, el Cu, el Sn, el Bi, el Pb y el Ag. Las amalgamas cadmio-platino u otros platinoides son quebradizas. Lo mismo ocurre con el oro o el cobre. En cambio, la asociación del Cd con plomo, plata o estaño se distinguen por su ductilidad y su maleabilidad. Para información, la aleación del cadmio con el oro (AuCd) forma parte de las primeras aleaciones metálicas con memoria de forma conocidas. Además, una cantidad mínima de Cd da a este metal precioso un brillo distintivo.
Por otra parte, la presencia de Cd en una aleación le confiere propiedades antifricción y permite disminuir el punto de fusión. Se encuentra comúnmente en las aleaciones de fricción, de imprenta o de Wood (Cd2Pb2Sn4 para los moldeos). Antes, las combinaciones CdZn eran utilizadas en la soldadura de aluminio. También entra en la composición de las aleaciones para soldadura típica como la aleación Ag30Cu45Zn30Cd5 y la aleación Ag30Cu26Zn21Cd18. La primera tiene un punto de fusión de 615°C, mientras que la segunda, menos cobriza y más cadmiada, funde a aproximadamente 607°C. Finalmente, la amalgama mercurio-cadmio (HgCd) se encuentra en la composición del cátodo de la pila de Weston con CdSO4 como solución de electrolito.
Existen similitudes entre la química del cadmio y la del zinc, así como la del plomo, pero a pequeña escala. El número de oxidación más extendido es II. Aunque el Cd monovalente es más bien raro, el hidruro de cadmio (I) y el tetracloroaluminato de cadmio (I) son más comunes. Por otra parte, el zinc metálico en solución libera el ion cadmio divalente, ya que es menos reactivo. Así, al contacto con Zn0 o Al0, las soluciones salinas de Cd II liberan metal Cd en forma de precipitado.
Las sales de cadmio (II) tienen una hidratación menos pronunciada que las sales de zinc. Además, los halogenuros del elemento 48 tienen una ionización más débil, a excepción del fluoruro de cadmio que presenta una estructura iónica. Producen rápidamente complejos cuando están en solución. La tendencia de las sales de Cd a la formación de complejos, generalmente de coordinación 4, es muy elevada: Zn(Cl)42−, Zn(CN)42−, Cd(NH3)62+, Cd(C2O4)22−, Cd(C4H4O6)22−, Cd(EDTA)2−. Por otra parte, en presencia del ditiocarbamato, este elemento químico forma compuestos importantes.
Existe una gran variedad de cuerpos compuestos que contienen cadmio. Entre los más conocidos figuran, entre otros:
Esta lista no es exhaustiva. El cadmio también puede formar numerosos otros cuerpos compuestos un poco menos conocidos, por mencionar solo:
Por último, ciertos cuerpos compuestos corrientes requieren cadmio, como los cristales líquidos y los compuestos organocadmicos.
Es posible determinar la concentración en cadmio por gravimetría en el análisis químico tradicional. Implica poner el sulfuro de cadmio o CdS en medio H2S, luego se pesa el precipitado obtenido. La medida física por espectrometría constituye igualmente una alternativa. Este procedimiento comporta una decena de métodos que son de gran precisión llegando hasta algunas ppb.
El Cd encuentra numerosas aplicaciones en diversos campos. En galvanoplastia, se utiliza para la realización de soldaduras especiales en los circuitos eléctricos y electrónicos. En electroquímica, es esencial en la fabricación de los cátodos de los acumuladores de cadmio y/o de plomo. Además, el cadmio se emplea en el procedimiento de cadmiado para proteger los metales y las aleaciones de la oxidación. Finalmente, juega un papel importante en la elaboración de colorantes (esmaltes, glaseado de cerámica…), de pantallas de televisión o de barras de control para los reactores o las pilas nucleares.
El elemento 48 está presente en las aleaciones de bajo punto de fusión. Por ejemplo, la aleación compuesta de plata (50%), de Cd (18%), de Zn (16%) y de Cu (15%) sirve para fabricar las soldaduras de conductores eléctricos. Fundiendo a 70°C, la aleación Bi (50%), Pb (27%), Sn (13%) y Cd (10%), es corriente en la fabricación de fusibles. Algunas de estas aleaciones participan igualmente en la realización de sistemas de protección contra incendios. Finalmente, el cadmio forma con el oro aleaciones con memoria de forma, que están clasificadas en la familia de los “metales inteligentes”. Estas amalgamas son esenciales para la fabricación de tubos para las centrales nucleares, de gafas irrompibles, etc.
El uso del cadmio en la fabricación de pilas recargables era común hasta que fueron reemplazadas por dispositivos como las baterías de iones de litio y de níquel-hidruro metálico. Los más extendidos en aquella época eran los acumuladores eléctricos del tipo Ni-Cd, Ag2O-Cd, HgO-Cd y ONi(OH)-Cd. Para información, este elemento químico también se emplea en la captación de energía solar.
Las baterías Ni-Cd se distinguen por la composición de su electrodo negativo. Está constituido de 75 a 80% de cadmio y de 20 a 25% de hierro. El electrodo positivo es una mezcla de grafito e hidróxido de níquel. Bolsitas de acero niquelado de 10 mm de ancho y perforadas por agujeros de 0,1 mm reciben las materias activas. El electrolito utilizado es una solución acuosa de hidróxido de potasio (KOH) con una concentración de 6 a 8 moles por litro. La ecuación tipo para la reacción de descarga (e inversamente de recarga) es:
Cd cuerpo simple metal en el ánodo + 2 NiO(OH)acuoso fuertemente básico + 2 H2O → Cd(OH)2 acuoso fuertemente básico + 2 Ni(OH)2 hidróxido de níquel del cátodo
Además de la toxicidad del cadmio, el efecto memoria a nivel de los electrodos es el principal defecto de una batería de tipo Ni-Cd. Exige así un cierto respeto de los procedimientos de carga y descarga. Sin embargo, el Cd sigue siendo utilizado en aplicaciones que requieren una baja resistencia interna como un motor eléctrico y un walkie-talkie. En 1992, 1,3 mil millones de unidades de baterías Ni-Cd fueron fabricadas: 60% por Japón y 15% por Francia.
La utilización en masa del cadmio concierne más bien a sus compuestos. Entran en la realización de revestimientos anticorrosión, la preparación de colorantes y la fabricación de estabilizadores.
La aplicación de Cd en capa fina sobre el acero permite protegerlo contra la corrosión en un entorno salino. El procedimiento de cadmiado es elegido debido a la inalterabilidad del metal al aire y su resistencia en medio marino. Esta técnica se realiza por electrólisis. También encuentra aplicaciones en la aeronáutica para revestir los remaches de ensamblaje.
Los colorantes se preparan a partir de sulfuro de cadmio, a veces combinado con sulfuro de zinc. Estos cristales mixtos de CdS amarillo y de ZnS blanco mezclados con CdSe rojo dan Cd(S,Se) naranja. Dispersándose fácilmente, estas mezclas de cuerpos simples ofrecen una fuerte resistencia a la luz, a los rayos ultravioletas, al calor y a la intemperie. Han sido ampliamente empleados en las pinturas y las materias plásticas a una escala importante
En los años 1960 y 1970, estos pigmentos minerales eran utilizados como colorantes de las materias plásticas como las poliolefinas y el poliestireno. Los más populares eran el amarillo 35 y el amarillo 37 (a base de ZnS y de CdS), el naranja 20 (a base de Cd(S,Se)) y el rojo 108 x CdS.y CdSe. Sin embargo, cayeron en desuso en los años 1990, cuando el cadmio fue clasificado entre los metales pesados muy tóxicos. Ya sea por alteración térmica o degradación lenta, el Cd y sus compuestos pueden desprenderse de las pinturas, los plásticos y las mezclas de polímeros.
Asociados a otros compuestos metálicos a base de Zn, de Ba o de Sr, los complejos de Cd como los carboxilatos de cadmio pueden servir de estabilizantes. Los compuestos a base de organo-cadmios también son utilizados como estabilizadores del PVC o como agente de moldeo.
El Cd presenta una absorción elevada de los neutrones térmicos, con una sección eficaz de captura de aproximadamente 2.400 barns para la mezcla de isótopos. Esta propiedad lo convierte en un material ideal para prevenir el embalamiento de la reacción de fisión. Así, es comúnmente utilizado en la fabricación de las barras de control de los reactores nucleares. El Cd también se aplica como una protección biológica contra las fuentes de neutrones.
Finalmente, el elemento 48 también es utilizado en catálisis heterogénea bajo la forma de esponja de cadmio. Proviene de la reacción entre el sulfato de Cd y de Zn, que se combinan.
El cadmio, elemento químico extremadamente tóxico, supera al plomo y al mercurio en términos de nocividad. Está notablemente asociado a la enfermedad de Itai-itai. En efecto, el Cd forma parte de los elementos traza metálicos y de los metales pesados, lo que lo hace ecotóxico. Cuenta entre los más peligrosos para el medio ambiente. Por ejemplo, los análisis geoestadísticos han revelado una presencia natural de Cd a un contenido elevado en ciertos suelos sedimentarios marinos. De este hecho, aumenta los riesgos de contaminación del agua y de la fauna.
Durante su descubrimiento y desde las primeras observaciones, Friedrich Stromeyer anticipó la fuerte toxicidad del cadmio. Los productos solubilizados, por ingestión o inhalación, penetran en la circulación sanguínea, se concentran en el hígado y provocan importantes trastornos renales. En efecto, el Cd se mezcla con la urea para formar compuestos metálicos.
Está fuertemente desaconsejado inhalar los humos de óxidos del elemento 48, ya que presentan un peligro comparable al del fosgeno. A concentraciones elevadas, pueden causar un edema pulmonar. Su inhalación, incluso a baja concentración, provoca la “fiebre de los metales”, también llamada “fiebre de los fundidores” o “fiebre de las fundiciones”, que persiste en el tiempo. El umbral tolerado en medio profesional es de 0,004 miligramos de CdO por metro cúbico.
Teniendo un catión bivalente con un radio iónico similar al del Ca, el cadmio reacciona con el calcio presente en la estructura ósea. Siendo fuertemente retenido en los organismos vivos durante un largo período, suplanta fácilmente este elemento y altera las propiedades mecánicas de los huesos. Por consiguiente, un exceso de Cd en el cuerpo provoca numerosos problemas de salud como la porosidad ósea, la deformación del esqueleto y fracturas múltiples. Eso genera progresivamente un encogimiento del cuerpo que es irreversible e incurable. Por otra parte, este hecho ha sido constatado en las etapas ulteriores de la enfermedad Itai-itai, descrita por los profesionales de la salud japoneses en 1955. Debe su nombre a los gritos emitidos por los pacientes que sufren atroces dolores articulares. Acaban falleciendo, totalmente paralizados debido a la atrofia ósea.
Ya sean voluntarios o accidentales, los vertidos de materias cadmiadas en la naturaleza tienen consecuencias perjudiciales para el medio ambiente. Cuando se encuentran en los ríos, la fauna acuática se ve gravemente impactada. Una contaminación ligera provoca una mortalidad elevada entre diferentes especies de peces.
En las aguas marinas parcialmente contaminadas por el cadmio, las ostras pueden acumular cadmio hasta 5 mg/kg de materia seca. Sin embargo, no mueren debido a la presencia más elevada del zinc. En un entorno acuático menos contaminado, contienen una cantidad mínima de 0,05 mg/kg de materia seca.
La presencia del cadmio en las cadenas alimentarias, como la del arroz, se explica por la dispersión de lodos que contienen metales pesados (mercurio, plomo, cadmio). Estos elementos se encuentran en cantidades no despreciables. Por consiguiente, el reciclaje controlado de este metal y de sus sales reviste una importancia estratégica para el medio ambiente. Es necesario tratar las aguas residuales y los gases de escape.
En Francia, a través de su vertiente “perinatal”, el programa nacional de biovigilancia ha evaluado la exposición de las mujeres embarazadas al cadmio y otros metales pesados, así como ciertos contaminantes orgánicos. El seguimiento se hizo sobre una cohorte de 4.145 mujeres llamada “Cohorte Elfe”. Los resultados publicados en 2018 revelaron que el 88% de las muestras de orina de 990 mujeres embarazadas, a su llegada a la maternidad, contenían cadmio. La media geométrica era de 0,12 µg/L. Este nivel es similar al descubierto en Estados Unidos entre 2003 y 2010. En estas mujeres, el contenido en cadmio de las orinas excedía el umbral HBM-II de 1 a 4 µg/L. El valor de esta cadmiuria baja con el índice de masa corporal (IMC) y el nivel de educación, pero tiende a aumentar con la edad.
Por otra parte, la exposición al Cd es más importante en los sujetos que consumen muchas hortalizas de raíz, como zanahorias, puerros, cebollas, etc. Contrariamente a lo que se podría pensar, no era más elevada en las grandes consumidoras de patata o de pescado.
Además, no se pueden deducir los impactos de estos índices de impregnación por el cadmio sobre el feto. Por un lado, la literatura es contradictoria sobre los efectos potenciales de la gestación sobre la excreción urinaria del Cd. Por otro lado, el impacto de las recomendaciones de cese del tabaquismo durante el embarazo es poco conocido.
Desde la revolución industrial hasta hoy, el Cd ha contaminado fuertemente al ser humano. Los análisis efectuados, desde principios de los años 1980, sobre huesos de diferentes épocas lo prueban. Las fuentes de contaminación son numerosas, por mencionar solo el consumo de tabaco, la utilización de fertilizantes ricos en Cadmio, las actividades industriales y los alimentos (mariscos y conservas en latas).
Tóxico para el organismo, el elemento 48 afecta especialmente al sistema renal y es potencialmente cancerígeno. Por otra parte, el Cd está en el origen de trastornos músculo-esqueléticos y en el adulto, puede provocar una deformación significativa del cuerpo. En el embrión, la contaminación por vía placentaria es posible, aunque la madre viva en un entorno débilmente contaminado.
Para prevenir los efectos nefastos del cadmio sobre la salud, en particular en las personas sensibles, la Comisión alemana de biovigilancia ha fijado en 4 µg/L el valor del umbral HBM-II. Los datos disponibles indican que el riesgo es elevado más allá de esta tasa. Finalmente, para reforzar la prevención, los profesionales de la salud preconizan la adición de un perfil metálico en el balance de salud individual.
El cadmio presenta una toxicidad, incluso a niveles bajos, para un gran número de especies vegetales. Impide, especialmente, la germinación del polen de las gimnospermas así como el desarrollo de los tubos polínicos. Las causas fisiológicas siguen siendo poco conocidas hasta hoy.
El Cd también tiene la capacidad de alterar la morfología de los tubos polínicos de manera dependiente de la dosis. En las plantas contaminadas, la endocitosis está fuertemente obstaculizada. Por consiguiente, se constata una disminución del número de aparatos de Golgi y una formación anormal de orgánulos ácidos.
Por ejemplo, los pólenes de P. wilsonii son particularmente sensibles al cadmio, lo que obstaculiza su germinación y el crecimiento de los tubos polínicos. Esto se explica por la perturbación a nivel de los orgánulos endomembranarios, la inhibición de endocitosis y de exocitosis y la formación de vacuolas ácidas. Los tubos polínicos se hinchan y presentan diámetros ensanchados.
El cadmio muestra una toxicidad elevada para numerosas especies animales. En el piscardo, una exposición a una concentración de 7,5 μg de cadmio por litro de agua genera una deformación importante del esqueleto. Es consecutiva a fracturas espontáneas de las vértebras, generalmente cerca de la cola. Sin embargo, esta dosis es 5.200 veces inferior a la LC50 para una exposición de 96 h. Se trata del contenido en cadmio de los cursos de agua contaminados por el metal en las regiones bálticas donde se realizó el estudio.
En Japón, fertilizantes ricos en cadmio fueron intensamente utilizados a principios de los años 1950 para fertilizar suelos muy pobres. Arenosos y ácidos, estos últimos presentaban déficits importantes en zinc y en calcio. Las autoridades niponas impusieron el uso de estos fertilizantes bajo el pretexto de que había que modernizar las prácticas agrícolas ancestrales. Por consiguiente, los contenidos inéditos de Cd en el arroz (0,37 mg/kg seco) y la soja (3,36 mg/kg seco) estaban en el origen (disimulado) de la enfermedad Itai-itai.
En el sur de Australia, en los años 1970, agrónomos estudiaron tierras secas sujetas a ascensos de aguas salinas repetidos. Su temor se refería al reemplazo catiónico parcial del magnesio por el zinc y del calcio por el cadmio. En efecto, si tal fenómeno llegara a producirse, las consecuencias sobre la calidad de los cultivos serían desastrosas. Sin embargo, comprendieron que el Zn juega un papel vital, ya que restringe la acción tóxica del Cd limitando o impidiendo su fijación.
Ya sea en el pasado o más recientemente, las emisiones y la dispersión de cadmio pueden constituir una fuente de contaminación ambiental difusa. Se hace a través de la utilización de pigmentos o de cargas, así como la contaminación de las aguas de lluvia por el Cd proveniente de estructuras de zinc antiguas.
Para prevenir los riesgos de contaminación del medio ambiente, es esencial prohibir el empleo del cadmio en la composición de los fertilizantes. En efecto, los bajos contenidos en zinc de los suelos pobres y ácidos pueden ser compensados por la utilización de aguas más o menos salinas para irrigarlos. Los suelos enmendados o ricos en complejos arcillo-húmicos son menos vulnerables a esta forma de contaminación.
Finalmente, para reducir los riesgos de contaminación ambiental, los acumuladores que contienen cadmio han sido progresivamente reemplazados desde 2008 en el seno de la Unión Europea. Las pilas NiCd cedieron primero el lugar a las pilas NiMH y luego, fueron abandonadas en beneficio de las baterías de iones de litio en los terminales móviles.
Debido a su capacidad para reemplazar iones metálicos esenciales en las macromoléculas, el cadmio es muy tóxico. Los mecanismos de destoxificación intracelular se basan principalmente en proteínas que contienen residuos ricos en azufre, que también pueden unirse a otros metales pesados.
En 2019, un estudio de Liu et al. puso en evidencia la capacidad del Pseudomonas putida para neutralizar el cadmio. Para ello, activa una proteína específica llamada CadR que responde de manera selectiva a la presencia del Cd. Esta proteína, al unirse al ADN, asegura una transcripción positiva de otras proteínas de destoxicación del cadmio. Debe esta selectividad a los diferentes sitios de unión. El Cd es inicialmente capturado por un sitio que contiene cisteína, luego por otro rico en histidina. Esta doble unión va a aprisionar el cadmio.
A partir de los años 1980, la contaminación por cadmio ha disminuido considerablemente. Sin embargo, todavía está presente en los mariscos y otros organismos que forman parte de la parte alta de la cadena alimentaria. Por otra parte, tasas inquietantes persisten en ciertas localidades, como el centro de Bélgica y los antiguos países del Este. Además, en China, una parte importante de la producción arrocera estaría también contaminada. La contaminación por cadmio tiene múltiples orígenes.
En el sector de la agricultura, la contaminación es causada por los fertilizantes fosfatados, el agua, la “redeposición” de los polvos y los lodos de esparcimiento. Los fertilizantes fosfatados aportan por año entre 2 y 6 g de cadmio por hectárea. En Francia, este aporte representa 82 t/año. El metal se encuentra principalmente en las hojas de los vegetales: coles, lechugas, tabaco, etc.
La presencia de cadmio en la atmósfera está principalmente ligada a las actividades industriales: refinado del zinc, siderurgia, fabricación de acumuladores, etc. La contaminación atmosférica también es consecutiva a la combustión del carbón y de los productos petrolíferos, así como a la incineración de las basuras domésticas. En las zonas industriales, el contenido de Cd en el aire es más elevado (20 ng/m3) que en medio rural (1 ng/m3). En cambio, se eleva a 20 µg/m3 cerca del Etna.
La contaminación por cadmio de origen acuático tiene varias fuentes como el refinado del zinc, el cadmiado, la fabricación de pigmentos y la producción de fertilizantes fosfatados. Verdaderos azotes, estos últimos y los riesgos asociados son cada vez más tenidos en cuenta en la Unión Europea. La Comisión ha definido especialmente el porcentaje máximo del contenido en Cd autorizado en los fertilizantes por la publicación de varios textos y decisiones.
Debido a su toxicidad y a su ecotoxicidad, el uso del cadmio está limitado. El metal está incluso prohibido para ciertos usos. En la mayoría de los países, figura entre los elementos a controlar obligatoriamente en el agua potable.
Desde julio de 2006, el uso del cadmio en los diferentes productos comercializados en Europa es objeto de una regulación muy estricta. La directiva RoHS o Restriction of the use of certain Hazardous Substances in electrical and electronic equipment limita los metales como el mercurio, el cromo hexavalente, los PBDE o polibromodifeniléteres y los PBB o polibromobifenilos, al 0,1% del peso de material homogéneo. Para el Cd, es aún más baja (0,01%). Solo los acumuladores no están afectados por esta limitación. El campo de aplicación de esta directiva puede extenderse a otras sustancias consideradas tóxicas.
A principios de los años 1990, cerca de 18.000 t/año de cadmio en forma de metal puro fueron producidas en el mundo. Los usos económicos del metal estaban esencialmente en la fabricación de acumuladores, la preparación de pigmentos y estabilizantes y el cadmiado (aproximadamente un tercio). La realización de aleaciones solo representa una pequeña parte del consumo de Cd.
La siguiente tabla indica las producciones anuales en tonelada por país y por zona geográfica:
| País / Zona geográfica | 1994 | 1996 |
| Mundo | 18 882 | – |
| Canadá | 2 129 | – |
| China | 1 300 | – |
| Bélgica | 1 557 | – |
| México | 1 255 | – |
| Rusia | 1 407 | – |
| Alemania | 1 145 | – |
| Mundo occidental | – | 12 708 |
| Europa | – | 5 633 |
| Japón | – | 2 357 |
| Estados Unidos | – | 1 238 |
Entre el 10 y el 15% de la producción mundial de cadmio proviene del reciclaje de las baterías Ni-Cd y de las soldaduras. Este procedimiento asegura por ejemplo el 50% de las necesidades en Cd en Francia. Cada año, el país recicla aproximadamente 1.000 t.
Desde principios de los años 1980 hasta finales de los años 1990, el consumo de Cd por sector de actividad ha evolucionado mucho en el mundo occidental. En 1980, 30% del cadmio se utilizó para la fabricación de baterías Ni-Cd. En 1996, este porcentaje subió hasta 70%. Esto se explica por el desarrollo generalizado de las pilas y acumuladores electroquímicos. Lógicamente, los otros usos del metal registraron una disminución notable en el mismo período: del 25 al 13% para los pigmentos, del 25 al 8% para la galvanoplastia, del 15 al 7% para los estabilizantes, y del 5 al 2% para las aleaciones y diversos.
Los países industrializados son los mayores consumidores de cadmio. La siguiente tabla resume su nivel de consumo en 1994 por orden decreciente:
| País | Consumo (en tonelada) |
| Japón | 6 527 |
| Bélgica | 2 944 |
| Francia | 1 860 |
| Estados Unidos | 1 700 |
| Rusia | 900 |
| Alemania | 850 |
| Reino Unido | 664 |
| China | 600 |
En 1996, el mundo occidental consumió 13.803 t.
Según las cifras de las aduanas francesas, en 2014, el Hexágono era un país exportador neto de Cd. En esa época, su precio medio a la exportación era de 8.300 €/t.
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