Els empèdocles moderns – Karl Samuel Leberecht Hermann (1817) i l’element 48 (Cd) – cadmi (nilquadocti, Nqo)

En el marc del règim neodraconià que pateix actualment el poble grec, s’aprovà en el 2011 la llei Kallikratis, es contemplaven fusions municipals que, els familiaritzats amb la història clàssica, podien considerar contra natura. Així el municipi de Teba (Θήβα) s’engrandí amb la incorporació de Platea (i de Thisvi i de Vagia). En la primera meitat del segle IV a.e.c., les querelles entre Tebes i Platea, entre l’aspiració d’unificació beòcia de la primera i en l’esperit d’independència de la segona (tradicional aliada d’Atenes), ocuparen un lloc no pas secundari en l’evolució que menà de les polis gregues a l’imperi macedònic. La historiografia actual ens parla dels nous anys d’hegemonia de l’oligarquia tebana, els que van de la victòria de Leuctra (371 a.e.c.) i la derrota de Mantinea (362 a.e.c.), com una “tercera via” entre la democràcia atenesa i el règim espartà. Foren aquests anys possiblement els més daurats, retrospectivament, de la identitat beòcia i eòlia. Però no han pogut tampoc prevaldre sobre la Tebes fundacional, la Tebes de les set portes. Se’ns dirà que Pelòpides i Epaminondes són personatges històrics, mentre aquella Tebes és un marc mític. Què ens diuen els registres arqueològics i documentals sobre aquella remota Tebes? L’arqueologia hi ha trobat cistes funeràries de la cultura micènica, amb armes i objectes ornamentals. En aquestes cistes hom ha trobat tabletes com la catalogada com a TH Ft 140, en la qual llegim Tʰēgʷai̮s. Hom ha identificat també aquest nom en registres egipcis de l’època d’Amenhotep III. No sembla forassenyat assumir que el mite té raó quan ens diu que Tebes fou una de les primeres comunitats hel•lenes en aixecar una ciutat fortificada. Tebes era per als grecs del segle VIII a.e.c. la ciutat per antonomàsia, i per aquesta raó projectaran aquest nom per a Waset, la principal ciutat de l’Alt Egipte (si Tebes de Beòcia era Θῆβαι ἑπτάπυλοι, la Tebes d’Egipte era Θῆβαι ἑκατόμπυλοι). El mite, mite és. Se’ns diu que el príncep Cadme, fill del rei Agenor de Tir, abandonà la pàtria per retornar sa germana Europa a casa. Cadme, acompanyat de la seva muller, Harmonia, realitzà un llarg periple fins arribar a Delfos, on consultà l’Oracle, que li manà que renunciés a trobar Europa i que per comptes d’això seguís el camí d’una vaca amb una taca en forma de mitja lluna, que el duria al lloc havia de fundar una nova ciutat. Cadme complí l’oracle, però per fundar la ciutat va haver d’occir el Drac que guardava l’indret. Per ordre d’Atena, Cadme sembrà la terra amb les dents del Drac mort, i d’allà nasqueren els Spartoi (els Sembrats), que l’ajudaren a aixecar la nova ciutat en un lloc elevat. Així fou fundada Cadmea. En el llinatge de reis tebans que seguiren a Cadme trobem encara testimoni de la successió matrilineal. Quan es morí Cadme, no el succeí el seu fill petit, Polidor, sinó el seu nét, per línia femenina, Penteu. El regnat de Penteu fou marcat per l’epifania de Dionisos, fill de Zeus i Sèmele (filla de Cadme). El descregut Penteu rebé un cruel càstig, i el seu oncle Polidor el succeí. Polidor es casà amb la filla de Nicteu, matrimoni del qual nasqué Làbdac. Polidor es morí encara jove, i Nicteu assumí la regència en nom del seu nét. Nicteu fou mort en la guerra contra Sició, i assumí la regència llavors el seu germà, Licos. Làbdac assumí el tron en arribar a la majoria d’edat. Làbdac, com en el seu temps Penteu, s’oposà al culte dionisíac, i en correspondència fou mort per les mènades. Licos reemprengué llavors la regència, ara en nom de Laios. Però els germans Amfió i Zetos prengueren el poder a Cadmea, occiren Licos i enviaren Laios a l’exili. Foren Amfió i Zetos els qui fortificaren Cadmea amb unes muralles, interrompudes en les famoses set portes. La desgràcia s’abatria sobre Amfió, com recordàvem fa unes setmanes, quan la seva dona, Níobe, féu un comentari desgraciat contra la mare d’Apol•lo i Artemisa. Fou així com Laios esdevingué rei de Cadmea. El nou rei carregava, però, la maledicció de Pèlop, qui l’havia acollit, i que s’havia sentit traït quant Laios seduí Crisip, el fill de Pèlop, conduint finalment a la mort de l’èfeb. Laios, per garantir els seus drets, es va casar amb Jocasta, filla de Meneci i, per tant, néta de Penteu. L’Oracle, però, l’advertí de tindre’n cap fill, sota l’advertiment que aquest fill mataria son pare i es casaria amb sa mare. La mala fortuna s’abatria sobre Cadmea. El rei Laios desaparegué i la contrada fou assolada per l’Esfinx. Un príncep corinti, Èdip, els en deslliurà, i esdevingué rei, casant-se amb la probablement vídua Jocasta. Anys després, una epidèmia castigà la ciutat. Ajudat de Tirèsies, Èdip n’investigà la causa, per a la seva desgràcia. Èdip era el fill suposadament mort de Laios i Jocasta, i era ell qui havia mort en una cruïlla son propi pare per casar-se inadvertidament amb la mare. Jocasta se suïcidà. Èdip s’encegà ell mateix i marxà a l’exili acompanyat de les seves filles. El germà de Jocasta, Creont, es féu càrrec de Cadmea el nom dels seus incestuosos nebots, Eteocles i Polinices. Un odi fratricida entre aquests dos germans afloraria després. Polinices, exiliat, conduí un exèrcit argiu amb Set Caps contra son germà. Els dos es mataren mútuament en la batalla. Creont decretà honors per a Eteocles i oprobi per a Polinices, i aquest decret, en desobeir-lo, conduí a la mort d’Antígona, la filla d’Èdip i promesa d’Hermió, el fill de Creont, que se suicidà. Els fills d’Eteocles i Polinices, Laodames i Tersandre, repetiren la guerra dels seus pares, i els Set fills dels Caps argius morts la generació anterior venjaren els seus pares. Tersandre, vencedor, esdevingué rei, i es moriria després, en el decurs de l’expecidió contra Troia. Tisàmenos succeí el seu pare, Tersandre. L’era heroica, però, es tancava. Cadmea deixava pas a Tebes de Beòcia. Nosaltres, en tot cas, arribem així al nombre 48 de la nostra sèrie.

Cadme venç el Drac, segons una àmfora d’Eubea de mitjan segle VI a.e.c.

Karl Samuel Leberecht Hermann i la descoberta del cadmi

Carl Samuel Leberecht Hermann (*Königerode, Anhalt, Regne de Prússia, 20.01.1765) era farmacèutic de formació i professió. Havia estudiat a Halberstadt i, en el 1792, establí apoteca pròpia a Groß Salze (Magdeburg). En aquells anys investigà l’aprofitament de residus de les Reials Salines de Schönebeck com a matèria primera per a la síntesi de productes químics. En el 1793, fundà amb aquesta finalitat Hermania, fàbrica que actualment és la degana de la indústria química alemanya. Entre els productes oferts per Hermania hi ha sals potàssiques i magnèsiques i àcid muriàtic (Salzsäure). Hermania fou pionera en la introducció del procés que havia desenvolupat Nicolas Leblanc en el 1791 per a la producció de sosa (carbonat sòdic). Les matèries primeres eren sal comuna, àcid sulfúric, carbó i carbonat càlcic, relativament abundants a la zona. La “Schönebecker Soda” esdevingué aviat el principal producte de Hermania. També era important la producció de la “Glaubersalz” (la sal de Glauber, o natró d’àcid sulfúric, és a dir, el sulfat sòdic), però el llistat total de productes era de 50. A banda de la recerca mineral, Hermania també tingué cura de la recerca botànica, amb nom com Friedrich Gottlob Hayne (1763-1832), que i troballa entre el 1801 i el 1808.

En el 1807, amb Napoleó com a senyor d’Europa, hom creà el Regne de Westfàlia, en benefici de Jeroni, el germà menor de l’Emperador dels Francesos, de manera que l’Elba assenyalà la frontera entre Westfàlia i Prússia. Aquest ordre de coses es perllongaria fins el 1813, quan de l’ensuliada napoleònica, Prússia en resultà una de les principals beneficiades. S’instituí a la zona la Província de Saxònia, que incloïa les terres d’Anhalt en les quals s’havia mogut Hermann.

En el 1817, Hermann, estudiant una partida de calamina (òxid de zinc) procedent de Silèsia, arribà a la conclusió que probablement contenia una quantitat d’un metall prèviament desconegut. Aquesta troballa fou publicada en els Annalen der Physik del 1818. Hermann era prudent en el llengua emprat (“ein gefundenes sehr wahrscheinlich nock unbekanntes Metall”) però oferia dades fonamentals de la reactivitat d’aquest metall.

Bala de cadmi

De manera independent a Hermann, Johann Christoff Heinrich Roloff (*Schönebeck, 1.5.1783 – m. Magdeburg, 16.2.1825), membre del Consell de la Facultat de Medicina de la Província de Saxònia, també s’havia interessat per l’òxid de zinc de Silèsia comercialitzat per Hermania. Roloff sospitava, arran de proves preliminars, de la possible presència d’arsènic en aquestes mostres. Si atenem que l’òxid de zinc es feia servir com a matèria primera de diferents preparats farmacèutics (“loció de calamina”), era comprensible la preocupació de Roloff. En col•laboració amb Heukenkamp, però, anàlisis posteriors determinaren que l’òxid de zinc en qüestió no contenia arsènic, però sí un metall de natura desconeguda. El febrer del 1818, Roloff trameté un report sobre el nou metall, amb una mostra, a Christoph W. Hufeland, per publicar-lo en el “Journal für die praktischen Heilkunde”, que el recollí en el mes d’abril.

La mostra tramesa per Roloff fou examinada per Kluge i Saberoth, que el 25 d’abril del 1818, signaren un report on confirmaven que es tractava d’un nou metall. Recomanaven d’anomenar-lo klaproti (Klaprothium) en honor del celebèrrim químic, Martin Heinrich Klaproth, traspassat l’1 de gener del 1817.

Friedrich Stromeyer

Friedrich Stromeyer (*Göttingen, 2.8.1776 – m. Göttinger, 18.8.1835) era professor de química a Göttingen, i reconegut pels seus reports sobre la composició química de minerals. De manera paral•lela a Hermann i Roloff, estudià una mostra de calamina. En essència, químicament, es tractava de carbonat de zinc, però contenia també, entre d’altres substàncies. La presència d’impureses es podia resseguir pel fet que el material canviava de color quan era escalfat, propietat que no presentava pas el carbonat de zinc pur. Entre aquestes impureses, una vegada el mineral era rostit, hi havia un sulfur metàl•lic desconegut. Stromeyer aconseguí de reduir aquest sulfur, i obtindre’n i estudiar el metall. A partir del nom llatí de la “calamina”, “cadmia” (al seu torn procedent del grec, καδμεία), Stromeyer recomanà per al nou metall el nom de “cadmi” (Cadmium). De la calamina ja vam parlar extensament en tractar del zinc. En les primeres dècades del segle XIX hom havia acabat d’escatir la natura mineralògica i química de les diferents substàncies que rebien aquest nom. La relació etimològica entre calamina i cadmea, assumida com a natural en l’època de Stromeyer, ha estat després discutida. Hom acabà per identificar el metall de Hermann amb el klaproti d’uns i el cadmi d’altres. La denominació de Stromeyer prengué, i el nom cadmi per designar aquest nou metall es va afermar. En els anys següents, es féu patent que el cadmi era present, en menor o major quantitat, en diferents minerals de zinc.

Carl Samuel Hermann es va morir l’1 de setembre del 1846, a 81 anys d’edat. Al capdavant de Hermania, el succeí el seu fill, Otto Julius Theodor Hermann. El 1870, s’ampliaren les instal•lacions, que es contemplaren ja en temps del fill d’Otto, Hans Hermann. En el 1876, Hans es va morir a 39 anys, i l’any següent l’empresa esdevingué una societat d’acció: Hermania A. G. L’empresa continuava a produir sobretot àcid clorhídrid, sosa i sulfat sòdic, però diversificà després la producció. A mitjan dels anys 1920, l’empresa entrà en concurs de creditors, arran del qual es refundà en el 1927 com a “Chemischen Werke Schönebeck AG”. Després de la guerra, l’empresa fou socialitzada com a VEB Chemisches Werk Hermania Schönebeck. La planta fou modernitzada i la producció s’orientà a alimentar la indústria ceràmica, del vidre i farmacèutica i, a partir del 1972, incorporà una línia d’herbicides. El 9 d’agost del 1988 tingué lloc una fuita de 812 tones de pesticides al riu Elba. El 1992, fou adquirida pel Schrim-Gruppe, sota el qual opera, des del 2001, com a Schrim GMBH Division Hermania.

El sulfur de cadmi (CdS) és la base més habituals dels pigments grocs de cadmi (a dalt), mentre que el seleniür de cadmi (CdSe) ho és dels vermells (a sota)

Des del anys 1840, hom tingué interès en aprofitar els compostos de cadmi en l’elaboració de pigments grocs. No obstant, el cadmi era massa rar, amb una producció limitada i concentrada en uns pocs llocs dels països germànics, com per dur aquestes propietats a una escala industrial. De mica en mica, però, aquestes limitacions serien superades i la indústria dels pigments va fer ús progressivament d’aquests compostos.

Cristalls de greenockita de la mina de Tsumeb, a Namíbia. En el 1840, en el decurs dels treballs per fer un túnel ferroviari a Bishopton (Scotland), en terrenys de Charles Cathcart (17893-1859), llavors Lord Greenock, hom descobrí aquest mineral, consistent en un sulfur de cadmi. La greenockita, coneguda com a “ocre de cadmi”, fou emprada com a pigment d’ocre, i també en l’obtenció de cadmi metàl•lic

La major disponibilitat de compostos de cadmi animà també el seu aprofitament per a d’altres finalitats. Des dels anys 1860, el iodur de cadmi (CdI2) era emprat per a tractar la inflamació d’articulacions, glàndules escrofuloses i penellons.

Com a símbol químic del cadmi (denominat en les diferents llengües a partir del nom llatí, cadmium), s’ha emprat Cd. La relació amb el zinc i el mercuri serví de base als diferents intents de sistematitzar els elements. Per exemple, en el 1865, John Newlands dóna el cadmi el nombre de 38, la qual cosa el posa en el grup d’elements del glucini (=beril•li), en el qual apareix metalls alcalino-terris, el zinc, el mercuri i el vanadi.

De manera independent, la taula de Mendeleev del 1869 presenta un esquema similar en aquest punt. El cadmi (“Cd = 112”) apareix com a element del cinquè període, dins del grup format pel beril•li (segon període), el magnesi (tercer període) i el zinc (quart període). La taula del 1871 encara s’assembla més a l’esquema de Newlands. El cadmi queda ara inclòs en el grup II, dins del setè període.

Els dissenys posteriors de la taula de Mendeleev, en separar els metalls de “transició”, deixen el cadmi com a element del cinquè període del grup del zinc (grup 12). Aquest grup 12 rebrà de vegades el nom de “metalls volàtils”, si bé hom reconeix també les seves afinitats amb els “metalls alcalino-terris”.

El cadmi fou emprat en espectroscòpia com a material de referència. En el 1907, la Unió Astronòmica Internacional aprovà una unitat de mesura de la longitud d’ona electromagnètica precisament basada en la línia espectral del cadmi en la banda de vermell (el “vermell cadmi”). Aquesta unitat de longitud rebé el nom d’ångström (abreviat, Å) en honor d’Anders Jonas Ångström (1814-1874). Fou definida de tal manera que 1 longitud d’ona de cadmi vermell es feia igual a 6438,46963 Å, de manera que coincidís, aproximativament, amb 10-10 m. En el 1927, l’ångström fou adoptat per la 7ª Conferència General de Pesos i Mesures com una unitat complementària de longitud. El caràcter poliisotòpic del cadmi, però, provocà que en el 1960, hom redefinís la unitat de longitud en relació a la transició entre els nivells 2p10 i 5d5 del criptó-86.

Mentrestant, la producció industrial de cadmi i dels seus compostos s’havia disparat, particular a partir dels anys 1930. En els anys 1940 i 1950, el 60% de la producció de cadmi als Estats Units es destinava al recobriment anticorrosiu d’estructures de ferro i d’acer. El 25% de la producció, d’altra banda, es destinava a l’obtenció de sulfurs i seleniürs de cadmi, aplicats a la producció de pigments vermells, taronges i grocs. En els anys 1970 i 1980 adquirí rellevància l’ús de compostos de cadmi (laureat de cadmi, estearat de cadmi, etc.) com a estabilitzant en plàstics de clorur de polivinil (PVC).

El riu Jinzu, al seu pas per Toyama

En el 1968, el Ministeri japonès de Salut i Benestar reconegué que la malaltia coneguda com a “itai-itai” (literalment, “em fa mal-em fa mal”), prevalent especialment en la conca del riu Jinzu, en la prefectura de Toyama, era deguda a una exposició crònica generalitzada a cadmi. L’explotació dels recursos minerals de la zona, especialment argent, però també plom, coure, i zinc, arrencà en el 1589, però ho féu a una escala molt més intensiva a partir del 1910, a través de la planta de Kamioka, de la companyia minera i metal•lúrgica Mitsui. La malaltia havia aparegut de fet en el 1912, com a dolors articulars i en l’espinada, que cursava sovint amb problemes renals (proteïnúria, glucosúria) i ossis (descalcificació). Hom responsabilitzà els abocaments de la companyia Mitsui, i això conduí a aquesta empresa a construir una bassa que rebés les aigües residuals de la mina. La malaltia, però, continuà, i hom cercà debades causes hereditàries o infeccioses. En el 1955, el doctor Hagino sospità de l’exposició a cadmi, a través del consum dels cultius (arròs, etc.) i dels peixos de la conca, contaminats per les aigües de la planta de Kamioka. La bioacumulació del cadmi assolia el principal impacte a uns 30 km riu avall de Kamioka, on més prevalença hi havia d’itai-itai. Les autoritats, doncs, trigaren tretze anys en acceptar la causa de la malaltia, i començaren a posar-hi remei. En el 1968 començà un procés judicial, promogut per 9 afectats i 20 familiars, que culminà amb una sentència condemnatòria per a la Mitsui el juny del 1971. En total, les autoritats han reconegut un total de 184 persones afectades. El procés de neteja de la conca del Jinzu no es va considerar conclòs fins el 17 de març del 2012, amb uns costos total de 40.700 milions de iens.

A partir dels anys 1980, s’introdueixen regulacions restrictives per frenar l’impacte del cadmi com a contaminant. El seu ús relatiu en pigments, estabilitzadors de plàstics, revestiments i aliatges, declinà, especialment en els anys 1990. Així, en l’any 2006, als Estats Units, el 80% del cadmi s’emprava en la construcció de bateries de níquel-cadmi, mentre que l’ús en pigments havia caigut al 10%, i en revestiments al 7%.

El cadmi: isòtops i abundància

La massa atòmica estàndard del cadmi és de 112,414 uma, valor que resulta de la mitjana ponderada dels seus isòtops observacionalment estables (114Cd, 112Cd, 111Cd, 110Cd, 113Cd, 116Cd, 106Cd i 108Cd). Un llistat complet dels isòtops coneguts faria:
– cadmi-95 (95Cd; 94,94987 uma). Nucli format per 48 protons i 47 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,005 s.
– cadmi-96 (96Cd; 95,93977 uma). Nucli format per 48 protons i 48 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida d’1 s. Decau a argent-96, amb emissió d’un positró.
– cadmi-97 (97Cd; 96,93494 uma). Nucli format per 48 protons i 49 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,8 s. Decau normalment (>99,9%) a argent-97 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (<0,1%), a pal•ladi-96, amb emissió d’un protó i d’un positró.
– cadmi-98 (98Cd; 97,92740 uma). Nucli format per 48 protons i 50 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 9,2 s. Decau normalment (99,975%) a argent-98 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (0,025%) a pal•ladi-97 (amb emissió d’un protó i d’un positró). Posseeix un estat metastable (98mCd) a 2427,5 keV, que té una semivida de 1,9•10-7 s.
– cadmi-99 (99Cd; 98,92501 uma). Nucli format per 48 protons i 51 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 16 s. Decau normalment (99,78%) a argent-99 (amb emissió d’un positró) o, alternativament, a pal•ladi-98 (0,21%; amb emissió d’un protó i d’un positró) o a rodi-94 (0,0001%; amb emissió d’un nucli de 4He i d’un positró).
– cadmi-100 (100Cd; 99,92029 uma). Nucli format per 48 protons i 52 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 49,1 s. Decau a argent-100, amb emissió d’un positró.
– cadmi-101 (101Cd; 100,91868 uma). Nucli format per 48 protons i 53 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 81,6 s. Decau a argent-101, amb emissió d’un positró.
– cadmi-102 (102Cd; 101,91446 uma). Nucli format per 48 protons i 54 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 330 s (5 minuts). Decau a argent-102, amb emissió d’un positró.
– cadmi-103 (103Cd; 102,913419 uma). Nucli format per 48 protons i 55 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 440 s (7 minuts). Decau a argent-103, amb emissió d’un positró.
– cadmi-104 (104Cd; 103,909849 uma). Nucli format per 48 protons i 56 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 3460 s (58 minuts). Decau a argent-104, amb emissió d’un positró.
– cadmi-105 (105Cd; 104,909468 uma). Nucli format per 48 protons i 57 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 3330 s (55 minuts). Decau a argent-105, amb emissió d’un positró.
– cadmi-106 (106Cd; 105,906459 uma). Nucli format per 48 protons i 58 neutrons. Teòricament, decau a pal•ladi-106, amb emissió de dos positrons. Ho faria, però, amb una semivida tan llarga, de 1,3•1028 s (deu ordres de magnitud superior a l’edat actual de l’univers), que és estable a efectes observacionals. La seva freqüència és de 1,25%.
– cadmi-107 (107Cd; 106,906618 uma). Nucli format per 48 protons i 59 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,34•104 s (7 hores). Decau a 107mAg, amb emissió d’un positró.
– cadmi-108 (108Cd; 107,904184 uma). Nucli format per 48 protons i 60 neutrons. Teòricament, decau a pal•ladi-108, amb emissió de dos positrons. Ho fariua, però, amb una semivida tan llarga, de 1,3•1025 s (set ordres de magnitud superior a l’edat actual de l’univers), que és estable a efectes observacionals. La seva freqüència és de 0,89%.
– cadmi-109 (109Cd; 108,904982 uma). Nucli format per 48 protons i 61 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 3,986•107 s (461 dies). Decau a argent-109, per captura electrònica. Posseeix dos estats metastable, un a 59,6 keV (109m1Cd; que té una semivida de 1,2•10-5s) i un altre a 463,0 keV (109m2Cd; que té una semivida de 1,09•10-5 s).
– cadmi-110 (110Cd; 109,9030021 uma). Nucli format per 48 protons i 62 neutrons. És un isòtop estable, per bé que teòricament susceptible de fissió espontània. La seva freqüència és de 12,49%.
– cadmi-111 (111Cd; 110,9041781 uma). Nucli format per 48 protons i 63 neutrons. És un isòtop estable, per bé que teòricament susceptible de fissió espontània. La seva freqüència és de 12,80%. És parcialment producte de la fissió d’isòtops radioactius pesants. Posseeix un estat metastable (111mCd) a 396,214 keV, que té una semivida de 2910 s, i que decau a l’estat basal.
– cadmi-112 (112Cd; 111,9027578 uma). Nucli format per 48 protons i 64 neutrons. És un isòtop estable, per bé que teòricament susceptible de fissió espontània. La seva freqüència és de 24,13%. És parcialment producte de la fissió d’isòtops radioactius pesants.
– cadmi-113 (113Cd; 112,9044017 uma). Nucli format per 48 protons i 65 neutrons. Decau a indi-113, amb emissió d’un positró. Ho fa, però, amb una semivida prou llarga, de 2,4•1023 s (5 ordres de magnitud superior a l’edat actual de l’univers), de manera que a efectes pràctics pot considerar-se’l estable. La seva freqüència és de 12,22%. És parcialment producte de la fissió d’isòtops radioactius pesants, i en part (radio)isòtop primordial de la Terra. Posseeix un estat metastable (113mCd) a 263,54 keV, que té una semivida de 4,45•108 s, i que decau bé a l’estat basal (0,139%) o directament a indi-113 (99,86%). La presència de 113mCd en mostres naturals, en forma de traça, és com a producte de la fissió d’isòtops radioactius.

Secció transversal del 113Cd d’acord amb l’energia incident d’una radiació de neutrons. El “tall del cadmi” serveix per a definir els “neutrons lents” que serien els fàcilment absorbits pel cadmi-113, mentre que els neutrons intermedis i ràpids no ho serien

– cadmi-114 (114Cd; 113,9033585 uma). Nucli format per 48 protons i 66 neutrons. Teòricament, decau a estany-114, amb emissió de dos electrons. Ho faria, però, amb una semivida tan llarga, de 2,0•1026 s (vuit ordres de magnitud superior a l’edat actual de l’univers) que és un isòtop observacionalment estable. Amb una freqüència de 28,73%, és l’isòtop més abundant del cadmi. És parcialment producte d’isòtops radioactius pesants.
– cadmi-115 (115Cd; 114,9054310 uma). Nucli format per 48 protons i 67 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,92•105 s (53 hores). Decau a 115mIn, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (115mCd) a 181 keV, que té una semivida de 3,850•106 s, i que decau a 115mIn.
– cadmi-116 (116Cd; 115,904756 uma). Nucli format per 48 protons i 68 neutrons. Decau a estany-116, amb emissió de dos electrons. Ho fa, però, amb una semivida tan llarga, de 9,8•1026 s (nou ordres de magnitud superior a l’edat actual de l’univers), que se’l pot considerar un isòtop pràcticament estable. La seva freqüència és de 7,49%. És parcialment producte de la fissió d’isòtops radioactius pesants i parcialment primordial.
– cadmi-117 (117Cd; 116,907219 uma). Nucli format per 48 protons i 69 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 8960 s (2 hores). Decau a 117mIn, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (117mCd) a 136,4 keV, que té una semivida de 1,21•104 s, i que decau a 117mIn.
– cadmi-118 (118Cd; 117,906915 uma). Nucli format per 48 protons i 70 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 3020 s (50 minuts). Decau a indi-118, amb emissió d’un electró.
– cadmi-119 (119Cd; 118,90992 uma). Nucli format per 48 protons i 71 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 161 s. Decau a 119mIn, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (119mCd) a 146,54 keV, que té una semivida de 132 s, i que decau a 119mIn.
– cadmi-120 (120Cd; 119,90985 uma). Nucli format per 48 protons i 72 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 50,80 s. Decau a indi-120, amb emissió d’un electró.
– cadmi-121 (121Cd; 120,91298 uma). Nucli format per 48 protons i 73 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 13,5 s. Decau a 121mIn, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (121mCd) a 214,86 keV, que té una semivida de 8,3 s, i que decau a 121mIn.
– cadmi-122 (122Cd; 121,91333 uma). Nucli format per 48 protons i 74 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 5,24 s. Decau a indi-122, amb emissió d’un electró.
– cadmi-123 (123Cd; 122,91700 uma). Nucli format per 48 protons i 75 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,10 s. Decau a 123mIn, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (123mCd) a 316,52 keV, que té una semivida de 1,82 s, i que decau bé a l’estat basal o a indi-123.
– cadmi-124 (124Cd; 123,91765 uma). Nucli format per 48 protons i 76 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,25 s. Decau a indi-124, amb emissió d’un electró.
– cadmi-125 (125Cd; 124,92125 uma). Nucli format per 48 protons i 77 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,65 s. Decau a 125mIn, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (125mIn) a 50 keV, que té una semivida de 0,57 s, i que decau a indi-125.
– cadmi-126 (126Cd; 125,92235 uma). Nucli format per 48 protons i 78 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,515 s. Decau a indi-126, amb emissió d’un electró.
– cadmi-127 (127Cd; 126,92644 uma). Nucli format per 48 protons i 79 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,37 s. Decau a 127mIn, amb emissió d’un electró.
– cadmi-128 (128Cd; 127,92776 uma). Nucli format per 48 protons i 80 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,28 s. Decau a indi-128, amb emissió d’un electró.
– cadmi-129 (129Cd; 128,93215 uma). Nucli format per 48 protons i 81 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,242 s. Decau a indi-129, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (129mCd), que té una semivida de 0,104 s, i que decau a l’estat basal (<0,1%) o directament a indi-129 (>99,9%).
– cadmi-130 (130Cd; 129,9339 uma). Nucli format per 48 protons i 82 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,162 s. Decau majoritàriament (96%) a indi-130 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (4%), a indi-129 (amb emissió d’un neutró i d’un electró).
– cadmi-131 (131Cd; 130,94067 uma). Nucli format per 48 protons i 83 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,068 s.
– cadmi-132 (132Cd; 131,94555 uma). Nucli format per 48 protons i 84 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,097 s.

L’àtom neutre de cadmi conté 48 electrons, amb una configuració basal d’escorça de 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s2. Això el fa l’element del cinquè període del grup 12 (el grup del zinc o grup dels “metalls volàtils”), inclòs en el grup d (metalls de transició, malgrat que cal remarcar les similituds dels “metalls volàtils” amb els alcalino-terris, o les que els col•loquen entre els metalls post-transició). L’estat d’oxidació més habitual és +2 (Cd2+, corresponent a la ionització dels electrons del nivell 5s). També el podem trobar en estats de +1 (p.ex. Cd22+) i 0. El radi atòmic és de 1,51•10-10 m, i el radi de Van der Waals és de 1,58•10-10 m.

Barra de cristall de cadmi (99,999%) obtingut per fundent, amb un cub de cadmi. El cadmi elemental cristal•litza en hexàgon estretament empacat

En condicions estàndards de pressió i de temperatura, el cadmi es presenta com un metall d’aspecte argentí i color gris-blavosa. Es tou (2,0 en l’escala de Mohs), mal•leable i dúctil. La densitat en condicions ambientals és de 8650 kg•m-3.

En condicions estàndards de pressió, el cadmi fon a 594,22 K. El cadmi líquid té una densitat en el punt de fusió de 7996 kg•m-3.

En condicions estàndards de pressió, el cadmi elemental bull a 1040 K.

En condicions ambientals, el cadmi metàl•lic resisteix la corrosió i és insoluble en aigua. En general no és inflamable, excepte si es troba en forma de pols. El cadmi és soluble en àcid clorhídric, sulfúric i nítric.

Òxid de cadmi (II)

Entre els compostos de cadmi podem esmentar:
– l’òxid de cadmi (CdO). En cremar en aire, la pols de cadmi dóna lloc a CdO, en forma de sòlid amorf incolor (α-CdO). La forma cristal•lina (cúbica) de CdO (β-CdO) es de color vermell-bru fosc, però vira de color quan se l’escalfa. El CdO fou utilitzat en la confecció dels fòsfors dels tubs catòdics de televisors en blanc i negre, així com en els fòsfors de verd i blau de televisió en color
– clorur de cadmi (CdCl2). En condicions estàndards es presenta com un sòlid cristal•lí higroscòpic.
– sulfat de cadmi (CdSO4).
– nitrat de cadmi (Cd(NO3)2).
– sulfur de cadmi (CdS). Es presenta com un sòlid de color groc.
– seleniür de cadmi (CdSe). Es presenta com un sòlid de color vermell.
– tel•lurur de cadmi (CdTe)

L’abundància del cadmi en l’univers depèn dels processos de nucleosíntesi estel•lar, de l’estabilitat dels seus isòtops i de les rutes de desintegració de radioisòtops d’elements més pesants. El cadmi és un dels productes del procés s (a partir de la captura lenta de neutrons per part de nuclis d’argent) en estels de masses de 1030 kg-2•1031 kg, durant els darrers milers d’anys del seu desenvolupament com a estels de fusió i, més generalment, en la fase de supernova. Com correspon als elements de Z parell, el cadmi supera en abundància atòmica els elements que el flanquegen en la taula periòdica, l’argent i, més marcadament, l’indi. També supera en abundància, entre els elements de Z inferior, el beril•li, el niobi, el tecneci i el rodi. Dels que tenen una Z superior, superen en abundància atòmica el cadmi, un nombre relativament reduït (estany, tel•luri, xenó, bari i plom).

En el planeta Terra, l’abundància del cadmi és de 0,08 ppm en termes de massa (0,018 ppm en termes atòmics). Com a element calcòfil, la concentració és una mica més elevada que la mitjana planetària en l’escorça terrestre (0,11 ppm). Queda, doncs, en una posició intermèdia entre els metalls més comuns (com el coure i el zinc) i els més rars (l’or, l’argent, els platinoids, etc.). El cadmi sol aparèixer associat al zinc (que, en termes de massa, és 650 vegades més abundant). Els minerals rics en cadmi, com la greenockita (CdS) o la monteponita (CdO) són força rars. La greenockita apareix gairebé sempre associada a l’esfalerita (ZnS). Encara més rarament, hom troba cadmi elemental nadiu, com el descrit en la conca del riu Viliüi (Sibèria Central). Hom també troba cadmi en concentracions menors en alguns jaciments de roques de fosfat o de carbó.

La relativa solubilitat del Cd2+ el fa present en la hidrosfera. La concentració oceànica típica és de 0,11 mg•m-3.

La presència en l’atmosfera és transitòria i en forma de traça.

El cadmi és un bioelement essencial per alguns microorganismes. Per exemple, Lane et al. (2005) caracteritzaren una anhidrasa carbònica cadmi-dependent en la diatomea marina Thalassiosira weissflogii. En ecosistemes marins, la relativa escassedat de metalls, afavoreix una major varietat de metal•loenzims, i d’ací la mobilització del cadmi en aquests ecosistemes.

Que el cadmi no tingui una funció específica en molts altres organismes, no treu que no hi tingui una activitat biològica. Els cations Cd2+ poden interferir en les funcions que realitzen altres cations divalents, particularment el Ca2+, la qual cosa és font potencial de toxicitat, particularment per la tendència a la bioacumulació.

En l’ésser humà, pel que se sap, no sembla que el cadmi compleixi cap funció biològica. En termes de massa, el cadmi pot suposar 0,72 ppm en termes de massa (0,045 ppm en termes atòmics). Així, en un ésser humà de 70 kg, pot haver-hi uns 50 mg de cadmi, per bé que aquest valor pot variar força segons el grau d’exposició. Per exemple, si la ingesta típica de cadmi a Europa i als Estats Units és de l’ordre de 8-30 μg diaris, a algunes zones del Japó és de 59-113 μg diaris. El consum setmanal tolerable en humans s’ha estimat entre 2,5-7,0 μg/kg de pes corporal.

Estructura química del 4,4-difluoro-4-bora-3a,4a-diaza-s-indacè (BODIPY), fluorocrom emprat en la detecció i imatgeria del cadmi en biologia cel•lular. Aquesta eina i d’altres han permès conèixer millor les interaccions del cadmi amb biomolècules (vitamines, proteïnes, àcids nucleics, etc.

La toxicologia del cadmi es vincula sobretot a la seva interferència amb el metabolisme del calci, i d’ací que l’itai-itai tingui manifestacions òssies. Estudis com el de Chun et al. (2000) mostren l’especificitat d’alguns dels mecanismes tòxics del cadmi. El cadmi i diversos de compostos de cadmi són classificats com a carcinògens per a humans. Stoica et al. (2000) estudiaren la base molecular de l’acció de cadmi com a disruptor estrogènic.

El cadmi: impacte econòmic i ambiental

La producció mineral mundial de cadmi s’estima en 23.000 tones anuals. La major part s’obté com a subproducte de la mineria, fossa i refineria de sulfurs de zinc. El contingut de cadmi en els minerals de sulfur de zinc és variable, però pot arribar a l’1,4%. El processament d’aquests minerals inclou un procés de rostit en presència d’oxigen, que transformar els sulfurs en òxids. Segueix després un pas posterior de fossa amb carbó o d’electròlisi en àcid sulfúric; en el primer cas el cadmi se separa del zinc per destil•lació en buit, i en el segon se’l precipita en forma de CdSO4. Un rendiment típic seria de 3 kg de cadmi per cada tona de zinc. Una part encara rellevant del cadmi és subproducte de la mineria del plom o de la del coure. Cal afegir la producció secundària de cadmi associada al reciclatge de ferro i acer.

Evolució de la producció mundial de cadmi durant el segle XX. Durant el segle XIX, gairebé tota la producció de cadmi es concentrava als països germànics. Fins el 1907 no comença la producció a Nord-amèrica. En el període d’entre-guerres s’introduïren les principals aplicacions industrials del cadmi, que dispararen la demanda especialment en els anys 1960. La preocupació per la toxicitat i l’impacte ambiental del cadmi han fet reduir la taxa de creixement d’aquesta producció

D’altres activitats mineres també suposen una mobilització de cadmi, encara que passi sovint desapercebuda. És el cas de la mineria del carbó, però també de la mineria de fosfats. Alguns fertilitzants minerals poden contindre fins a 300 ppm de cadmi, i aquesta és una font d’entrada en sòls agrícoles.

La principal aplicació industrial del cadmi, que suposa un 85% del consum mundial, és en la fabricació de piles i bateries, especialment en bateries de níquel-cadmi. Les piles de níquel-cadmi, amb un voltatge de 1,2 V, tenen com a càtode hidròxid de níquel (Ni(OH)2) i com a ànode cadmi elemental, emprat un electròlit alcalí (com ara KOH). Les regulacions ambientals pressionen per reduir el contingut de cadmi d’aquestes bateries a menys d’un 0,002%.

Bateries de níquel-cadmi. La tendència és la substitució d’aquest tipus de bateries per bateries de níquel-hidrur metàl•lic o d’ió-liti

La galvanoplàstia de cadmi suposa un 6% del consum d’aquest metall. Essencialment, se l’utilitza amb finalitats anticorrosives, amb posterior passivació amb cromats. Així, s’aplica en components acer en aeronaus. No sempre és indicada, i se sol evitar en components d’acer que han de suportar altes tensions (ja que el cadmi pot induir una major fragilitat per exposició a hidrogen). La incompatibilitat del cadmi en peces de titani, fa que fins i tot hom s’abstingui d’utilitzar eines amb recobriment de cadmi en treballar-lo.

L’ús de pigments de cadmi és actualment més limitat que en altres èpoques. No obstant, encara són apreciats en algunes aplicacions per la seva brillantor, permanència i potència. Així se’ls utilitza en la coloració de plàstics, i en pintures que han de resistir altes temperatures (des fins a 3000 K). Podem citar entre els pigments:
– el groc de cadmi (groc 37), corresponent a CdS.
– el taronja de cadmi (taronja 20), corresponent a una barreja de CdS/CdSe (sulfoseleniür de cadmi).
– el vermell de cadmi (vermell 108), corresponent a una barreja de CdS/CdSe més rica en seleniür.
– el groc-verd de cadmi (groc 35), corresponent a una barreja de CdS/ZnS.
– el verd de cadmi, corresponent amb una barreja de CdS i Cr2O3.

El CdS és emprat com a revestiment fotoconductiu en tambors de fotocopiadores.

Alguns aliatges emprats en soldadures contenen cadmi. És el cas del metall de Wood (o aliatge de Lipowitz), que consisteix en un 50% de bismut, 26,7% de plom, 13,3% d’estany i 10% de cadmi.

El cadmi entra en la formulació d’alguns aliatges (com ara 80% Ag, 15% In, 5% Cd) utilitzats com a barreres per a la radiació de neutrons en centrals nuclears de fissió.

Un ús emergent del cadmi, és l’aplicació del CdTe en panells solars. Com a materials semiconductors, CdS, CsSe i CdTe són emprats com a detectors de llum visible. D’altra banda, HgCdTe és un material prometedor com a sensor d’infraroig.

Els làsers d’heli i de vapor metàl•lic de cadmi emeten a 325 nm (ultraviolat) i a 422 nm (blau). Són utilitzats en microscòpia de fluorescència. També té aplicació en microscòpia de fluorescència la tinció amb sol•lucions col•loidals de partícules (punts quàntics) de CdSe.

Corba de fotoluminescència d’una solució col•loidal de punts quàntics de CdSe. La intensitat més elevada es produeix amb l’exposició a 530 nm, que resulta en una emissió de color groc-verd per part de la solució

L’ió cadmi (Cd2+) és emprat en diversos protocols de biologia cel•lular, per la interferència que produeix amb canals de Ca2+ i proteïnes que en són dependents. Així, se l’utilitza per blocar canals de Ca2+ dependents de voltatge.

Hem vist, doncs, que l’augment de la demanda industrial de cadmi s’ha vist frenat (que no revertit) en les darreres dècades. L’acceptació d’una exposició tòxica crònica al cadmi de caràcter ambiental com a causa de la malaltia d’itai-itai ha provocat, ni que sigui lentament, una tendència a buscar alternatives al cadmi.

Michael J. Vernon (1932-1993), geòleg de formació, fundà en el 1962 “Canberra Consumer”, un grup de defensa dels drets dels consumidors. Entre les causes que encapçalà hi hagué la prohibició a Austràlia de l’ús de pigments de cadmi en joguines infantils

No cal dir que la població més directament exposada al cadmi és la que hi treballa. L’exposició laboral de major risc és la inhalació de pols i vapors de cadmi. Més rarament, poden haver exposicions per la ingesta accidental de compostos de cadmi.

Entre les activitats humanes que mobilitzen cadmi cal destacar l’associada al consum de combustibles fòssils i derivats, l’aplicació de fertilitzants derivats de fosfats minerals, la producció de ferro i acer, les cimenteres o la incineració de residus sòlids. Aquest cadmi mobilitzat pot contaminar sòls i aigües. A banda de l’exposició directa, cal pensar en l’exposició derivada del consum d’aliments procedents de sòls i ecosistemes marins contaminats amb cadmi.

No tota la població respon de la mateixa manera a una exposició crònica ambiental excessiva de cadmi. Com ja es va veure en l’itai-itai de la conca de Jinzu, el grup més afectat fou el de dones post-menopàusiques amb baixes reserves de ferro i de minerals. Rzymski et al. (2014) han mostrat com l’endometri pot ser una diana d’acumulació de metalls com ara el cadmi.

Més enllà de les exposicions ambientals, el consum de tabac és una font rellevant d’exposició al cadmi. Vora un 10% del contingut de cadmi de les cigarretes és inhalat, i del percentatge inhalat, se n’absorbiria la meitat. Això fa que les persones fumadores, en relació amb les no-fumadores del seu entorn, tinguin uns nivells més elevats de cadmi en la sang (5 vegades més), en el ronyó (2-3 vegades més) i l’endometri (2 vegades més).

El cadmi és una de les sis substàncies incloses en la directiva comunitària 2011/65/EU. En aquesta normativa, entre d’altres coses, s’estableix un límit general de 0,01% de contingut de cadmi en dispositius electrònics, però amb la perspectiva final d’un abandonament de les aplicacions industrials del cadmi.

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: