Il cadmio (Cd) è un elemento chimico con numero atomico 48 e peso atomico 112,40. Scoperto nel 1817 da F. Stromeyer, è presente nella crosta terrestre solo in quantità limitata, circa 1 · 10-5%. Il cadmio si trova principalmente associato a minerali di zinco, in particolare alla blenda, e più raramente a solfuri di rame o di piombo.
Proprietà Fisiche e Chimiche del Cadmio
Il cadmio ha caratteristiche intermedie fra quelle dello zinco e dello stagno. È un metallo bianco-argenteo, duttile e malleabile. Il cadmio è stabile, ma si ricopre di una pellicola di ossido come lo zinco. Fonde a 321 °C e bolle a 765 °C (anche se altre fonti indicano 2.270 °C e 906 °C per l'ebollizione).
Chimicamente, il cadmio è meno reattivo dello zinco. Reagisce con gli acidi e nei sali di ammonio. Il solfuro di cadmio (CdS) precipita dalle soluzioni di cadmio anche debolmente acide per passaggio di idrogeno solforato (H2S). Questa reazione viene sfruttata in chimica analitica qualitativa: il cadmio viene precipitato dalla soluzione e, passando di nuovo H2S, si ottiene la ri-dissoluzione.
Applicazioni del Cadmio
Il cadmio trova impiego in diversi settori industriali, sfruttando le sue proprietà chimiche e fisiche. Le principali applicazioni includono:
- Rivestimenti anticorrosivi: Il cadmio viene utilizzato per proteggere materiali ferrosi dalla corrosione. Questo tipo di rivestimento è sacrificale, proteggendo il metallo base anche in presenza di graffi o abrasioni.
- Leghe: Il cadmio è un elemento di alligazione in diverse leghe, migliorandone le proprietà. Esempi includono leghe antifrizione, leghe per fusibili e leghe con rame, argento e zinco.
- Batterie: Il cadmio è impiegato nella costruzione di accumulatori alcalini, comunemente detti al nichel-cadmio, che si caratterizzano per l'alta corrente specifica e la ridotta manutenzione.
- Moderatore di neutroni: Grazie alla sua capacità di assorbire neutroni, il cadmio viene utilizzato come moderatore nei reattori nucleari.
- Pigmenti: Alcuni composti di cadmio, come il solfuro di cadmio (CdS), sono impiegati come sostanze coloranti in diversi settori industriali.
Rivestimenti di Cadmio
La cadmiatura è un processo di rivestimento elettrolitico che prevede la deposizione di un sottile strato di cadmio su un metallo base. Questo rivestimento offre una buona protezione contro la corrosione, soprattutto in ambienti marini e industriali. Tuttavia, a causa della sua tossicità, l'uso del cadmio è sempre più regolamentato e sostituito da alternative meno pericolose.
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I bagni di cadmiatura possono essere di due tipi: basici (al cianuro) e acidi. I bagni basici sono di impiego più generale. Per quanto riguarda la rottura per fatica, si ottengono i migliori risultati. I bagni acidi di cadmiatura sono adatti per geometrie particolari. La superficie anodica/superficie catodica deve essere di 1/1 o 2/1 per tutti i bagni di cadmiatura acidi.
Formule di bagni per cadmiatura:
Riportiamo due formule di bagni per questo tipo di cadmiatura:
- Bagno alcalino: lavora a 25 °C circa a pH 10÷13 e con densità di corrente di 0,2÷0,4 A/dm2.
- Bagno acido: lavora a 18÷20 °C con una densità di corrente di 3÷4,5 A/dm2.
La cadmiatura può essere seguita da trattamenti successivi per migliorarne le proprietà. Ad esempio, l'immersione del pezzo cadmiato in un agente ossidante, come acido nitrico molto diluito, protegge dall'imbrunimento e ne migliora la resistenza alla corrosione. Questa operazione viene usata a temperatura ambiente con tempi di immersione inferiori a 10 secondi, seguita da un accurato lavaggio.
Leghe di Cadmio
Il cadmio è utilizzato in diverse leghe per conferire particolari proprietà. Alcuni esempi includono:
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- Lega cadmio-rame: Utilizzata per aumentare la resistenza meccanica del rame, ad esempio in fili per linee elettriche tramviarie e ferroviarie.
- Lega cadmio-argento: Presenta una buona resistenza all'ossidazione e all'imbrunimento.
- Lega cadmio-zinco: Migliora la resistenza alla corrosione dello zinco.
Tossicità e Precauzioni
Il cadmio è un metallo tossico e può provocare fenomeni di avvelenamento simili a quelli da piombo. Per questo motivo, non è ammessa la sua presenza a contatto con prodotti alimentari. È importante monitorare la concentrazione di cadmio nell'aria e adottare misure di sicurezza per prevenire l'inalazione di polveri o fumi contenenti cadmio.
La massima concentrazione ammissibile di cadmio nell'aria è di 0,1 mg di metallo ogni 10 mc di aria.
Recupero del Cadmio
Durante la produzione di zinco, il cadmio viene estratto come sottoprodotto. Il processo di recupero prevede diverse fasi, tra cui la separazione del cadmio dalle soluzioni di zinco mediante processi chimici ed elettrolitici. Il cadmio recuperato può essere quindi purificato per distillazione per ottenere un prodotto con elevata purezza (99,95÷99,99%).
Tabella riassuntiva delle proprietà del Cadmio:
| Proprietà | Valore |
|---|---|
| Numero atomico | 48 |
| Peso atomico | 112,40 |
| Punto di fusione | 321 °C |
| Punto di ebollizione | 765 °C |
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