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Présentation

Le cadmium est un élément chimique qui porte le numéro 48 dans la classification périodique des éléments.

Le tableau périodique des éléments.
Informations générales
SymboleCd
Numéro atomique48
Famillemétal pauvre
Groupe12
Période5
Blocd
Dureté2
Couleurgris argenté
Propriétés atomiques
Masse atomique112 u
Rayon atomique155 pm
Configuration électronique[Kr] 5s2 4d10
Électrons par niveau d'énergie2 | 8 | 18 | 18 | 2
Oxyde2
Propriétés physiques
État ordinairesolide
Point de fusion321,07 °C
Point d'ébullition767 °C

Définitions

  • Numéro atomique : Le numéro atomique d'un atome représente le nombre de protons de ce dernier
  • Famille : L'UICPA (Union internationale de chimie pure et appliquée) a regroupé en 10 familles les éléments chimiques qui présentent des propriétés physiques et chimiques semblables
  • Groupe : Chaque groupe correspond aux éléments chimiques présents dans une même colonne du tableau périodique des éléments
  • Période : Chaque période correspond aux éléments chimiques présents dans une même ligne du tableau périodique des éléments. Ils partagent également le même nombre de couches électroniques. On en compte 7 au maximum
  • Bloc : Les éléments périodiques sont classés par bloc selon leurs propriétés et selon les couches électroniques jusqu’auxquelles elles sont remplies
  • Dureté : La dureté d'un matériau représente la résistance qu'il oppose à la pénétration. On peut la mesurer selon plusieurs méthodes : la méthode par pénétration, la méthode par rayage ou encore la méthode par rebondissement
  • Point de fusion : Le point de fusion correspond à un moment de pression et de température à partir duquel l'élément chimique fond, passant ainsi de l'état solide à l'état liquide
  • Point d'ébullition : Le point d'ébullition correspond à un moment de pression et de température à partir duquel l'élément chimique bout, passant ainsi de l'état liquide à l'état gazeux

Rappel : La classification périodique des éléments, aussi appelée tableau de Mendeleïev, du nom de son créateur. C'est un chimiste russe qui en 1869 créa un tableau dont le but était de regrouper tous les éléments chimiques connus par points communs (groupes et familles par exemple). Il a souvent été ajusté et mis à jour depuis cette époque. Sa dernière révision date de 2016 par l'UICPA (Union internationale de chimie pure et appliquée), une ONG suisse qui a pour but l'évolution de la physique-chimie. Le tableau périodique compte à ce jour 118 éléments.

L’UICPA, l’Union Internationale de Chimie Pure et Appliquée est une organisation non gouvernementale ayant son siège à Zurich, en Suisse. Créée en 1919, elle s’intéresse au progrès de la chimie, de la chimie physique et de la biochimie. Ses membres sont les différentes sociétés nationales de chimie et elle est membre du Conseil International pour la Science. L’UICPA est une autorité reconnue dans le développement des règles à adopter pour la nomenclature, les symboles et autres terminologie des éléments chimiques et leurs dérivé via son Comité Interdivisionnel de la Nomenclature et des Symboles. Ce comité fixe la nomenclature de l’UICPA.

Un peu d’histoire

Étymologie

Le mot "cadmium" provient du latin "cadmia" qui était utilisé pour désigner le carbonate de zinc. Il a aussi des ressemblances avec le mot "calamine", du minerai du même nom.

Découverte

Le cadmium a été découvert en 1809 par Magnus Martin Pontin, un chimiste d'origine suédoise suite à son étude sur l'électrochimie. Par la suite, un professeur de chimie analytique de l'Université de Goettingen, Friedrich Tromeyer, sera le premier à en préparer en 1817 à partir de carbonate de zinc. Cependant, la première découverte de cadmium à l'état naturel remonte à 1979 par des géologues russes en Sibérie.

Qui a découvert le cadmium ?
Magnus Martin Pontin, le chimiste suédois qui as découvert le cadmium en 1809.

Présence à l’état naturel

Le cadmium est un élément très rare à la surface de la Terre. Son clarke s'élève à 0,15 g par tonne.

Le clarke d’un élément chimique définit sa présence moyenne dans la croûte terrestre . Il s’exprime sous la forme d’une fraction massique en pourcentage, ppm (partie par million), ou ppb (partie par milliard).

Le cadmium est présent dans presque tous les minerais de zinc sous une concentration aux alentours de 0,03 %. On peut aussi parfois le trouver dans d'autres minerais :

  • minerais de plomb
  • minerais de cuivre
  • phosphates naturels

Propriétés physiques et chimiques

Le corps simple du cadmium est un métal malléable et ductile. Il se courbe facilement et crisse à la friction. Il a une grande résistivité électrique.

Un corps est dit ductile quand il peut être étiré sans pour autant se rompre

Il se laisse altérer par l'air. En effet, sous exposition prolongée, il perd son éclat naturel puis finit par ternir. Cependant, il est plus résistant à l'air humide. Le cadmium est insoluble dans l'eau, les bases et l'eau pure mais soluble dans les acides. Il se dissout facilement dans l'acide nitrique, même dilué, par exemple mais reste peu soluble dans l'acide chlorhydrique et l'acide sulfurique. Il s'oxyde peu et dégage une flamme orange et une fumée brune quand il est brûlé.

Isotopes

Le cadmium possède 38 isotopes connus à ce jour avec des nombres de masse allant de 95 à 132. Il possède également 12 isomères nucléaires. Tous ces isotopes sont stables même si l'on soupçonne le cadmium 106, le cadmium 108 et le cadmium 114 d'être radioactifs avec une durée de demi-vie de l'ordre de dix millions de fois l'âge de l'univers.

Rappels : Des isotopes sont des atomes qui possèdent le même nombre de protons mais un nombre différent de neutrons Le nombre de masse d’un atome est le nombre de nucléons qu’il contient. Il s’agit donc de la somme du nombre de protons et du nombre de protons qui constituent le noyau de l’atome Des isomères nucléaires sont des atomes qui partagent le même noyau mais dans états énergétiques différents. C’est à dire qu’ils comportent un spin et une énergie d’excitation spéciaux. Dans leur état d’énergie le plus bas, on dit qu’ils atteignent l’état fondamental

Production

Pour produire du cadmium sous sa forme métallique, on l'obtient de la métallurgie du zinc. Pour une tonne de zinc produite, on peut récupérer environ 3 kg de cadmium. On l'obtient par pyrométallurgie du zinc en deux étapes :

  1. Raffinage thermique par fusion à 450 °C avec de la soude afin d'éliminer le zinc et le plomb
  2. Distillation à 770 °C

Il est aussi possible d'obtenir du cadmium à partir d'électrolyse dans lequel on fait régir des ions zinc.

Alliages

Il existe de nombreux alliages faisant intervenir du cadmium. Il est notamment allié à :

  • du zinc
  • du cuivre
  • du plomb
  • de l'étain
  • du bismuth
  • de l'argent
  • de l'or
  • du platine

Dans ces alliages, il apporte des propriétés antifriction et abaisse également le point de fusion.

Utilisations

A quoi sert le cadmium ?
Le cadmium est utilisé dans l'industrie, notamment pour la soudure.
La principale utilisation du cadmium est celle de revêtement anticorrosion par cadmiage (voir plus bas) ou de pigments de peinture, mais aussi parfois comme stabilisant de polymères, comme le PVC. Le cadmium est utilisé également dans la fabrication d'accumulateurs d'énergies comme les batteries ou les piles rechargeables. Grâce à sa résistance à la corrosion, il est utilisé en aéronautique dans le rôle de protecteur des métaux ferreux. Dans certains alliages (cadmium et or par exemple) il permet d'obtenir des métaux à mémoire de forme qui ont des propriétés incassables et peuvent être utilisées au quotidien pour des règles incassables, des branches de lunettes ou encore dans l'industrie pour les tuyaux des centrales nucléaires par exemple.

Cadmiage

Le cadmiage est une technique qui consiste à plaquer une pellicule de cadmium sur un acier ou un métal présentant des caractéristiques oxydables. On l'utilise beaucoup dans l'industrie des transports : pour protéger les rivets en aéronautique et dans la marine.

Dangers

Qu'est un oedème du poumon ?
Radiographie montrant un oedème au poumon, affection qui peut-être causée par le cadmium.
Le cadmium est très toxique, au même titre que le plomb ou le mercure. Une fois dans le corps humain, il est retenu par le foie où il s'accumule, ainsi que dans les reins. De par sa structure électronique proche de celle du calcium, il est facilement assimilé par les os. Cependant, il va modifier leur forme, les rendre poreux tout cela provoquant leur cassure. C'est la maladie Itai-itai. Une intoxication au cadmium peut survenir suite au tabagisme, à l'exposition à la pollution industrielle ou certains engrais. Il est considéré comme un élément cancérigène et détruit le système rénal. Son impact sur les os cause une déformation du corps.

Maladie Itai-itai

La maladie Itai-itai, que l'on peut traduire par "aïe-aïe", cette maladie étant réputée pour être très douloureuse. La maladie Itai-itai a été recensée au Japon, dans le cadre d'une intoxication massive à cause du cadmium déversé dans l'eau des montagnes par l'industrie minière dans les années 1960. Ses symptômes sont caractérisés par :

  • Douleurs à la colonne vertébrale,
  • Démarche hasardeuse,
  • Fractures nombreuses,
  • Toux,
  • Anémie,
  • Insuffisance rénale.

Les industries minières ont donc été assignées en justice et condamnées à payer les soins médicaux aux victimes. Environ 200 cas ont été reconnus par les autorités, même si en pratique ils seraient plutôt 500 à avoir été touchés par cette maladie.

Écotoxicité

On dit d’un objet qu’il est écotoxique lorsqu’il est toxique pour l’environnement, c’est-à-dire polluant

Le cadmium est un élément hautement écotoxique. Il est néfaste pour les animaux, les végétaux, mais aussi les milieux aquatiques. On le retrouve dans l'environnement à cause des produits de traitement, des engrais et des boues d'épandange véhiculés par l'agriculture intensive.

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Yann

Fondateur de Superprof et ingénieur, nous essayons de rendre disponible la plus grande base de savoir. Passionné par la physique-chimie et passé par la filière scientifique au lycée, je partage mes cours (après les avoir mis à jour selon le programme de l’Éducation Nationale).