ЭЛЕМЕНТЫ II ГРУППЫ ПОБОЧНОЙ ПОДГРУППЫ
В подгруппу входят цинк, кадмий и ртуть.
Вследствие особой устойчивости электронных конфигураций– d10, Zn, Cd и Hg в своих соединениях проявляют степень окисления +2. На свойства ртути оказывает влияние лантаноидное сжатие и более высокая устойчивость 6s2 электронов, в частности, большинство соединений ртути малоустойчивы, в противоположность соединениям Zn и Cd. В отличие от Zn и Cd для ртути характерны производные радикала [Hg2]2+, в которых атомы ртути связаны между собой ковалентной неполярной связью между двумя атомами ртути –Hg–Hg–. В производных [Hg2]2+ степень окисления Hg принимают равной + 1. Природные ресурсы. В земной коре содержится: Zn - 5·10-3%, Cd - 5·10-5%, Hg - 7·10-6%. Из d – металлов II группы только Hg встречаются в свободном состоянии, Zn и Cd встречаются только в виде соединений. Важнейшие минералы Zn, Cd и Hg: цинковая обманка ZnS, гринокит СdS, киноварь HgS, смитсонит ZnCO3. Получение. Получение Zn из ZnS ведут двумя путями. Гидроэлектрометаллургический: окисление: 2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2↑ обработка H2SO4 разб.: ZnS + H2SO4 = ZnSO4 + H2O электролиз раствора ZnSO4: K(–) Zn2+ + 2ē =Zn0 Данный метод целесообразен при рудах с малым содержанием металла. Пирометаллургический: ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2↑ ZnO + C = Zn↑ + CO↑ Цинк (в парах) и СО удаляют из сферы реакции. В рудах Сd обычно сопутствует Zn и его отделяют при переработке цинковых руд. Отделение кадмия от цинка производят разгонкой. Ртуть получают прямым окислением киновари: HgS + O2 = Hg + SO2. Применение До 40% мирового производства цинка расходуется на защиту железа и стали от коррозии. Цинк применяется как восстановитель в химической технологии, идет на изготовление сплавов: латуней (сплав цинка с медью), алюминиевых сплавов и сплавов на основе никеля. Кадмий входит в состав легкоплавких сплавов. Соли кадмия используются в производстве стекла, люминофоров, синтетического каучука, в полупроводниковой промышленности в качестве материала для фотоэлементов и фототранзисторов. Ртуть используется в органическом синтезе, для изготовления ртутных монометров, ламп дневного света, для мощных выпрямителей, в медицине. Свойства простых веществ Цинк и кадмий – серебристо–белые металлы, во влажном воздухе они постепенно покрываются тонким слоем оксида и теряют блеск. Ртуть – единственный металл, находящийся в жидком состоянии при комнатной температуре. В подгруппе цинка с ростом атомной массы химическая активность металлов падает, так цинк легко взаимодействует с кислотами и при нагревании с водными растворами щелочей (щелочь снимает оксидную пленку с поверхности цинка): Zn + 2HCl + 4H2O = [Zn(H2O)4]Cl2 + H2↑ 1│ Zn − 2ē + 4H2O→ [Zn(H2O)4]2+ 1 │ 2H+ + 2ē→ H2 Zn + 4H2O + 2H+ → [Zn(H2O)4]2+ + H2; Zn + 2NaOH + 2H2O =Na2[Zn(OH)4] + H2↑ │ Zn − 2ē + 4ОН‾ → [Zn(OH)4]2‾ │ 2H2O +2ē → H2 + 2ОН‾ Zn + 4ОН‾ + 2H2O → [Zn(OH)4]2‾ + H2 + 2ОН‾ Кадмий в растворах щелочей практически не растворяется, в кислотах растворяется, но менее энергично, чем цинк. Цинк и кадмий легко взаимодействуют с азотной и концентрированной серной кислотами: 3Zn + 4H2SO4(К0НЦ.) = 3ZnSO4 + S↓ + 4H2O; 4Zn + H2SO4(КОНЦ.) = 4ZnSO4 + H2S↑ +4H2O. очень разбавленную HNО3 цинк восстанавливает до иона аммония: 4Zn + 10 HNO3 (оч.разб.)= 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O 4│ Zn − 2ē → Zn2+ 1 │NO3‾ + 8ē + 10Н+ → NH4+ + 3H2O 4 Zn + NO3‾ + 10Н+ → 4 Zn2+ + NH4+ + 3H2O
а нитраты в щелочной среде – до аммиака: 4Zn + KNO3 + 7KOH + 6H2O = 4K2[Zn(OH)4] + NH3 4 │ Zn − 2ē + 4ОН‾ → [Zn(OH)4]2‾ 1│ NO3‾ + 8ē + 6Н2О→ NH3 + 9OН- 4Zn + 16ОН‾ + NO3‾ + 6Н2О → 4[Zn(OH)4]2‾ + NH3 + 9OН-
Ртуть, как это видно из значения ее электродного потенциала, (Е=+0,850В) стоит за водородом, поэтому в водных растворах бескис-лородных кислот не растворяется. Ртуть растворяется только в кислотах – окислителях, при этом могут получаться производные как Hg(II), так и Hg(I): Hg + 4 HNO3(конц.) = Hg(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O 1│ Hg − 2ē → Hg2+ 2 │ NO3‾ + ē + 2Н+ → NO2 + H2O Hg + 2 NO3‾ + 4Н+ → Hg2+ + 2 NO2 + 2 H2O 6Hg + 8 HNO3(разб.) = 3Hg2(NO3)2 + 2NO+ 4H2O 3│2Hg − 2ē → [Hg 2 ] 2+ 2 │ NO3‾ + 3ē + 4Н+ → NO + 2H2O 6Hg + 2 NO3‾ + 8Н+ → [Hg 2 ] 2+ + 2 NO + 4H2O Оксиды цинка ZnО, кадмия СdO можно получить при непосредствен-ном взаимодействии металлов с кислородом: 2Zn + O2 = 2ZnO; 2Cd + O2 = 2CdO, тогда как оксиды ртути (I) и (II) получаются косвенным путем. В ряду ZnО, СdO, HgО термическая устойчивость оксидов уменьшается, окраска усиливается. В воде оксиды практически не растворимы. ZnО – амфотерен, а оксиды СdO, HgО, Hg2O обладают основными свойствами. При нагревании Zn, Сd, Hg энергично взаимодействуют с активными неметаллами. Сульфиды в воде практически нерастворимы, в ряду ZnS – CdS – HgS растворимость понижается. ZnS + 2HCl(p.) = ZnCl2 + H2S↑ CdS+ 4 HCl(K.)= H2[CdCl4] + H2S↑ 3HgS + 8HNO3 = 3Hg(NO3)2 +3S↓ + 2NO +4H2O С водородом Zn, Сd, Hg химически не реагируют, гидриды ЭН2 получают при взаимодействии иодидов этих металлов с алюмогидридом лития в среде диэтилового эфира: 2 ЭI2 + SiAlH4 = 2ЭН2 + SiI+ AlI3. ZnН2, СdН2, HgН2 – твердые малоустойчивые вещества. Цинк, кадмий и ртуть образуют сплавы как друг с другом, так и с другими металлами. Для ртути характерно образование амальгам, которые можно получить при растирании или перемешивании металла с ртутью. Свойство ртути образовывать амальгаму золота используется для извлечения золота. Амальгама натрия NanHgm применяется в качестве восстановителя. Соединения элементов подгруппы цинка Гидроксиды Zn и Сd в воде нерастворимы и осаждаются из раст- воров солей при действии щелочей Zn2+ + 2OH- = Zn(OH)2↓, Cd 2+ + 2 OH- = Cd(OH)2↓. В ряду Zn(ОН)2 – Сd(ОН)2 основные свойства усиливаются. Устойчивость соединений падает при переходе от Сd к Нg. Например, Zn(ОН)2 и Сd(ОН)2 устойчивы, а гидроксид Hg (II) неизвестен, так как уже при получении Hg(OH)2 разлагается на HgO и воду: Hg(NO3)2 + 2NaOH = HgO↓ + NaNO3+ H2O. Образующийся осадок HgO имеет желтый цвет, но при нагревании переходит в красную модификацию оксида ртути (II). При действии щелочи на раствор соли ртути (I) образуется осадок черного оксида ртути(I): Hg2(NO3)2 + 2NaOH = 2NaNO3 + Hg2O ↓ + H2O,
|
