Cadmium
Le cadmium est un élément chimique de symbole Cd et de numéro atomique 48. Ce métal mou, blanc bleuté, présente des propriétés chimiques similaires à celles du zinc et du mercure, les deux autres éléments du groupe 12. Comme le zinc, il présente principalement l’état d’oxydation +2 dans ses composés. Comme le mercure, il possède un point de fusion relativement bas par rapport à celui de nombreux métaux de transition.
Identité
- Masse atomique
- 112.414 u
- Catégorie
- Métaux de transition
- Groupe
- 12
- Période
- 5
- Bloc
- d
- États d'oxydation
- +2
- État physique (à 25 °C)
- Solide
- Apparence
- gris bleuâtre argenté métallisé
Structure électronique
- Configuration électronique
- 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10
- Configuration abrégée
- [Kr] 4d10 5s2
- Électrons par couche
- 2, 8, 18, 18, 2
- Électronégativité (Pauling)
- 1.69
- Affinité électronique
- -68 kJ/mol
- 1ʳᵉ énergie d'ionisation
- 868 kJ/mol
- Énergies d'ionisation
- 868 · 1631 · 3616 kJ/mol
Propriétés physiques
- Point de fusion
- 321.1 °C (594 K)
- Point d'ébullition
- 766.9 °C (1040 K)
- Densité
- 8.65 g/cm³
- Capacité thermique molaire
- 26.0 J/(mol·K)
Comportement chimique de l'cadmium
Le cadmium possède une configuration de d-couche pleine ([Kr] 4d¹⁰ 5s²). Il ne perd que ses deux électrons externes 5s pour donner l'ion Cd²⁺ diamagnétique. Métal mou et ductile du groupe 12 apparenté au zinc mais moins réactif, il forme des complexes très stables et se recouvre lentement dans l'air humide.
Réactivité
Cd + 2 HCl → CdCl₂ + H₂
Se dissout lentement dans les acides non oxydants dilués tels que l'acide chlorhydrique, libérant du gaz hydrogène. L'acide nitrique l'attaque bien plus vite.
2 Cd + O₂ → 2 CdO
Chauffé fortement dans l'air, il brûle avec de denses fumées brunes d'oxyde de cadmium, une poudre brune utilisée dans les électrodes et les émaux.
Cd²⁺ + H₂S → CdS + 2 H⁺
Précipite quantitativement du sulfure de cadmium jaune canari avec du sulfure d'hydrogène en milieu acide, autrefois à la base de pigments vifs.
Cd + 2 NiO(OH) + 2 H₂O ⇌ Cd(OH)₂ + 2 Ni(OH)₂
Dans les accumulateurs rechargeables nickel-cadmium, il est l'électrode négative, s'oxydant en hydroxyde de cadmium à la décharge et inversant à la charge.
Composés notables
| Composé | Formule | Utilisation ou importance |
|---|---|---|
| Sulfure de cadmium | CdS | Jaune cadmium ; pigment vif et stable historique pour peintures et plastiques |
| Tellurure de cadmium | CdTe | Semiconducteur en couches minces pour panneaux photovoltaïques efficaces |
| Oxyde de cadmium | CdO | Poudre brune ; électrodes de batteries, catalyseurs, émaux céramiques |
| Chlorure de cadmium | CdCl₂ | Teinture, galvanoplastie et réactif de chimie de coordination |
Distribution de la couche électronique
Afficher dans le générateur d'atomesIsotopes
Le cadmium naturel mélange huit isotopes : six stables plus deux radionucléides primordiaux longue vie (Cd-113, Cd-116). Le cadmium-113 possède l'une des plus grandes sections efficaces de capture de neutrons thermiques, d'où les barres de contrôle.
Occurrence et production
Élément de la croûte rare (0,1-0,15 ppm) avec presque aucun minerai exploitable en propre. Il se cache dans la sphalérite (0,1-0,5 %) et n'est obtenu que comme sous-produit de la fonte.
Histoire et origine du nom
Friedrich Stromeyer le découvrit en 1817 dans de la calamine impure de Salzgitter devenant suspectement jaune en chauffant ; Hermann et Karsten le virent la même année en Silésie. Nommé cadmium d'après cadmia (minerai de zinc).
Applications et importance de l'cadmium
Utilisations de l'élément
Des revêtements protégeaient autrefois l'acier ; les accumulateurs Ni-Cd alimentaient outils et aéronef. Les deux ont reculé sous les limites RoHS/REACH. Les niches restantes sont les barres de contrôle et les usages spécialisés sous contrôle strict.
Utilisations de ses composés
Les pigments sulfure et séléniure colorent les peintures d'artistes et les plastiques là où encore autorisés ; les couches minces de tellurure fabriquent des panneaux solaires efficaces ; l'oxyde, le chlorure et les stéarates servent aux électrodes et stabilisateurs sous réglementation serrée.
Santé, sécurité et environnement
Rôle biologique
Le cadmium est hautement toxique sans fonction humaine connue. Il se loge dans le foie et le rein lié à la métallothionéine, avec une demi-vie biologique de décennies. L'ingestion chronique endommage les tubules rénaux et l'os.
Sécurité
Métal, poussière, fumée et tous les composés nécessitent un contrôle strict : ventilation, respirateurs, pas de balayage à sec, surveillance biologique. Ne jamais souder de l'acier plaqué cadmium sans extraction.
Environnement
Persistant et bioaccumulable ; l'exploitation minière, la fonte et les déchets de batteries sont les principales émissions. Réglementé comme déchet dangereux avec circuits de reprise et de recyclage.
Questions fréquentes sur l' Cadmium
Pourquoi le cadmium est-il si strictement réglementé ?
Il s'accumule dans les reins avec une demi-vie de décennies, endommageant les tubules et l'os à de faibles doses chroniques, plus des risques pulmonaires liés à la fumée. Les règles le limitent dans l'électronique, les jouets, les peintures et les emballages.
Qu'était la maladie Itai-itai au Japon ?
Depuis les années 1910, les mines de zinc-plomb de Toyama ont déversé du cadmium dans la rivière Jinzu ; le riz irrigué avec cela empoisonna les villageois avec une insuffisance rénale et des os fragiles. Des cris de douleur la nommèrent « ça fait mal, ça fait mal ».
Comment le cadmium peut-il se trouver dans les panneaux solaires ?
Les couches minces de tellurure de cadmium absorbent la lumière du soleil efficacement en microns sur verre, réduisant l'utilisation de semiconducteurs par rapport au silicium. La fabrication, le recyclage et la fin de vie doivent contenir le cadmium.
Pourquoi le cadmium persiste-t-il si longtemps dans le corps ?
Après l'absorption sanguine, il se lie aux protéines métallothionéine dans les cellules du foie et du rein qui le retiennent. L'excrétion est très lente, avec une demi-vie biologique atteignant des décennies.
Comment le cadmium absorbe-t-il les neutrons dans les réacteurs ?
Le Cd-113 capte les neutrons thermiques avec une section efficace énorme. Insérer des barres de cadmium absorbe les neutrons et ralentit la fission ; les retirer la redémarre. La combustion limite la durée de vie des barres.
Qu'est-ce qui est spécial chez les pigments au cadmium ?
Jaunes, oranges et rouges intenses avec pouvoir couvrant et résistance à la lumière prisés des artistes et des fabricants de plastiques. La poussière toxique nécessite des précautions ; éviter d'inhaler le pigment sec.
Quel était l'« effet mémoire » des batteries Ni-Cd ?
Des recharges partielles répétées firent croître de grands cristaux de cadmium, réduisant la surface active de sorte que les packs « se souvenaient » du niveau peu profond et s'arrêtaient tôt. Les Ni-MH et Li-ion modernes les ont largement remplacés.
Principales sources consultées : PubChem, Royal Society of Chemistry, NIST, IUPAC. Dernière révision : novembre 2026.