El cadmio es un metal blando, de color blanco azulado, químicamente similar a los otros dos metales estables del grupo 12, el zinc y el mercurio. En la industria nuclear, el cadmio se usa comúnmente como absorbente de neutrones térmicos debido a su sección transversal de absorción de neutrones muy alta de 113Cd. 113Cd tiene una sección transversal de absorción específica.
Protones y neutrones en Cadmio
El cadmio es un elemento químico con número atómico 48, lo que significa que hay 48 protones en su núcleo. Número total de protones en el núcleo se llama el número atómico del átomo y se le da el símbolo Z . La carga eléctrica total del núcleo es, por tanto, + Ze, donde e (carga elemental) es igual a 1,602 x 10-19 culombios .
El número total de neutrones en el núcleo de un átomo se llama el número de neutrones del átomo y se le da el símbolo N . Número de neutrones más el número atómico es igual al número de masa atómica: N + Z = A . La diferencia entre el número de neutrones y el número atómico se conoce como exceso de neutrones : D = N – Z = A – 2Z.
Para los elementos estables, suele haber una variedad de isótopos estables. Los isótopos son nucleidos que tienen el mismo número atómico y, por lo tanto, son el mismo elemento, pero difieren en el número de neutrones. Los números de masa de isótopos típicos de cadmio son 108, 110-112, 114.
Isótopos principales del Cadmio
El cadmio se encuentra en 8 isótopos naturales: 106Cd, 108Cd, 110Cd, 111Cd, 112Cd, 113Cd, 114Cd y 116Cd. El 113Cd es muy ligeramente radiactivo, decayendo por desintegración beta con una vida media de 7,7×1015 años . 114Cd es el isótopo más común, con una abundancia natural de aproximadamente el 28%.
El cadmio-106 está compuesto por 48 protones, 58 neutrones y 48 electrones.
El cadmio-108 está compuesto por 48 protones, 60 neutrones y 48 electrones.
El cadmio-110 está compuesto por 48 protones, 62 neutrones y 48 electrones.
El cadmio-111 está compuesto por 48 protones, 63 neutrones y 48 electrones.
El cadmio-112 está compuesto por 48 protones, 64 neutrones y 48 electrones.
El cadmio-113 está compuesto por 48 protones, 65 neutrones y 48 electrones.
El cadmio-114 está compuesto por 48 protones, 66 neutrones y 48 electrones.
El cadmio-116 está compuesto por 48 protones, 68 neutrones y 48 electrones.
Isótopos que ocurren naturalmente
Isótopo |
Abundancia |
Número de neutrones |
106Cd |
1,25% |
58 |
108Cd |
0,89% |
60 |
110Cd |
12,47% |
62 |
111Cd |
12,80% |
63 |
112Cd |
24,11% |
64 |
113Cd |
12,23% |
65 |
114Cd |
28,75% |
66 |
116Cd |
7,51% |
68 |
Isótopos inestables típicos
Electrones y configuración electrónica
El número de electrones en un átomo eléctricamente neutro es el mismo que el número de protones en el núcleo. Por lo tanto, el número de electrones en el átomo neutro de cadmio es 48. Cada electrón está influenciado por los campos eléctricos producidos por la carga nuclear positiva y los otros electrones negativos (Z – 1) en el átomo.
La configuración electrónica del cadmio es [Kr] 4d10 5s2 .
Los posibles estados de oxidación son +2 .
Aplicación más común de Cadmio
El cadmio se consume principalmente para la producción de baterías recargables de níquel-cadmio . En 2009, el 86% del cadmio se utilizó en baterías, principalmente en baterías recargables de níquel-cadmio.
Una celda de Ni-Cd completamente cargada contiene:
- una placa de electrodo positivo de óxido-hidróxido de níquel (III)
- una placa de electrodo negativo de cadmio
- un separador, y
- un electrolito alcalino (hidróxido de potasio).
Acerca de los protones
Un protón es una de las partículas subatómicas que forman la materia. En el universo, los protones son abundantes y constituyen aproximadamente la mitad de toda la materia visible. Tiene una carga eléctrica positiva (+ 1e) y una masa en reposo igual a 1,67262 × 10 −27 kg ( 938,272 MeV / c 2 ), marginalmente más ligera que la del neutrón pero casi 1836 veces mayor que la del electrón. El protón tiene un radio cuadrático medio de aproximadamente 0,87 × 10 −15 m, o 0,87 fm, y es un espín – ½ fermión.
Los protones existen en los núcleos de los átomos típicos, junto con sus contrapartes neutrales, los neutrones. Los neutrones y protones, comúnmente llamados nucleones , están unidos en el núcleo atómico, donde representan el 99,9 por ciento de la masa del átomo. La investigación en física de partículas de alta energía en el siglo XX reveló que ni el neutrón ni el protón no son los bloques de construcción más pequeños de la materia.
Acerca de los neutrones
Un neutrón es una de las partículas subatómicas que forman la materia. En el universo, los neutrones son abundantes y constituyen más de la mitad de toda la materia visible. No tiene carga eléctrica y una masa en reposo igual a 1,67493 × 10-27 kg, marginalmente mayor que la del protón pero casi 1839 veces mayor que la del electrón. El neutrón tiene un radio cuadrático medio de aproximadamente 0,8 × 10-15 m, o 0,8 fm, y es un fermión de espín ½.
Los núcleos atómicos están formados por protones y neutrones, que se atraen entre sí a través de la fuerza nuclear , mientras que los protones se repelen entre sí a través de la fuerza eléctrica debido a su carga positiva. Estas dos fuerzas compiten, lo que conduce a diversas estabilidades de los núcleos. Solo existen ciertas combinaciones de neutrones y protones, que forman núcleos estables .
Los neutrones estabilizan el núcleo , porque se atraen entre sí y a los protones, lo que ayuda a compensar la repulsión eléctrica entre los protones. Como resultado, a medida que aumenta el número de protones, se necesita una proporción cada vez mayor de neutrones a protones para formar un núcleo estable. Si hay demasiados o muy pocos neutrones para un número determinado de protones, el núcleo resultante no es estable y sufre una desintegración radiactiva . Los isótopos inestables se desintegran a través de varias vías de desintegración radiactiva, más comúnmente desintegración alfa, desintegración beta o captura de electrones. Se conocen muchos otros tipos raros de desintegración, como la fisión espontánea o la emisión de neutrones. Cabe señalar que todas estas vías de desintegración pueden ir acompañadas de la posterior emisión de Radiación gamma . Las desintegraciones alfa o beta puras son muy raras.
Acerca de los electrones y la configuración de los electrones
La tabla periódica es una representación tabular de los elementos químicos organizados sobre la base de sus números atómicos, configuraciones electrónicas y propiedades químicas. La configuración electrónica es la distribución de electrones de un átomo o molécula (u otra estructura física) en orbitales atómicos o moleculares. El conocimiento de la configuración electrónica de diferentes átomos es útil para comprender la estructura de la tabla periódica de elementos.
Todo sólido, líquido, gas y plasma está compuesto por átomos neutros o ionizados. Las propiedades químicas del átomo están determinadas por el número de protones, de hecho, por el número y disposición de los electrones . La configuración de estos electrones se deriva de los principios de la mecánica cuántica. El número de electrones en las capas de electrones de cada elemento, particularmente la capa de valencia más externa, es el factor principal para determinar su comportamiento de enlace químico. En la tabla periódica, los elementos se enumeran en orden de número atómico creciente Z.
Es el principio de exclusión de Pauli que requiere que los electrones de un átomo ocupen diferentes niveles de energía en lugar de que todos se condensen en el estado fundamental. El orden de los electrones en el estado fundamental de los átomos multielectrones comienza con el estado de energía más bajo (estado fundamental) y se mueve progresivamente desde allí hacia arriba en la escala de energía hasta que a cada uno de los electrones del átomo se le ha asignado un conjunto único de números cuánticos. Este hecho tiene implicaciones clave para la construcción de la tabla periódica de elementos.
Las dos primeras columnas en el lado izquierdo de la tabla periódica son donde los s están siendo ocupados subniveles. Debido a esto, las dos primeras filas de la tabla periódica se denominan bloque s . De manera similar, el bloque p son las seis columnas más a la derecha de la tabla periódica, el bloque d son las 10 columnas centrales de la tabla periódica, mientras que el bloque f es la sección de 14 columnas que normalmente se representa separada del cuerpo principal. de la tabla periódica. Podría ser parte del cuerpo principal, pero luego la tabla periódica sería bastante largo y engorroso.
En el caso de átomos con muchos electrones, esta notación puede ser larga, por lo que se utiliza una notación abreviada. La configuración electrónica se puede visualizar como los electrones del núcleo, equivalentes al gas noble del período anterior, y los electrones de valencia (por ejemplo, [Xe] 6s2 para el bario).
Estados de oxidación
Los estados de oxidación se representan típicamente por números enteros que pueden ser positivos, cero o negativos. La mayoría de los elementos tienen más de un posible estado de oxidación. Por ejemplo, el carbono tiene nueve posibles estados de oxidación enteros de -4 a +4.
La definición actual del estado de oxidación del Libro de Oro de la IUPAC es:
«El estado de oxidación de un átomo es la carga de este átomo después de la aproximación iónica de sus enlaces heteronucleares …»
y el término número de oxidación es casi sinónimo. Un elemento que no se combina con ningún otro elemento diferente tiene un estado de oxidación de 0. El estado de oxidación 0 ocurre para todos los elementos – es simplemente el elemento en su forma elemental. Un átomo de un elemento en un compuesto tendrá un estado de oxidación positivo si se le han eliminado electrones. De manera similar, la adición de electrones da como resultado un estado de oxidación negativo. También hemos distinguido entre los estados de oxidación posibles y comunes de cada elemento. Por ejemplo, el silicio tiene nueve posibles estados de oxidación enteros de -4 a +4, pero solo -4, 0 y +4 son estados de oxidación comunes.
Resumen
Elemento |
Cadmio |
Numero de protones |
48 |
Número de neutrones (isótopos típicos) |
108, 110-112, 114 |
Numero de electrones |
48 |
Configuración electronica |
[Kr] 4d10 5s2 |
Estados de oxidación |
+2 |
Fuente: www.luciteria.com
Propiedades de otros elementos
Otras propiedades del Cadmio