Цинк, кадмий, ртуть

Элементы IIБ подгруппы имеют завершенную конфигурацию валентных электронов ns² (n-1)d¹⁰ и проявляют постоянную валентность, равную 2.

В виде простых веществ цинк, кадмий и ртуть представляют собой серебристо-белые металлы, поверхность которых покрыта оксидной пленкой. Ртуть является в нормальных условиях жидким металлом, так как имеет низкую температуру плавления (- 39° С).

Химическая активность металлов этой группы от Zn к Hg уменьшается. Об этом свидетельствуют значения их окислительно-восстановительных потенциалов:

j° _Zn²⁺_{/ Zn} = -0, 76 в

j°_Cd²⁺ _{/ Cd} = -0, 403 в

j°_Hg²⁺ _/Hg = +0, 789 в

Наиболее активным является цинк. В воде цинк не растворяется, так как его поверхность покрыта нерастворимым в воде оксидом. Очищенный от оксидной пленки цинк способен вытеснять водород из воды:

Zn + 2H₂O ® Zn(OH)₂ + H₂­

Цинк легко растворяется в разбавленных кислотах (HCl, H₂SO₄):

Zn + 2H⁺ ® Zn²⁺ + H₂ ­

и при нагревании в щелочах, так как обладает амфотерностью, и его оксид и гидроксид хорошо растворяются в щелочном растворе.

Zn + 2OH^- + 2H₂O ® H₂ + [Zn(OH)₄]^2-

В азотной кислоте цинк способен восстановить N⁺⁵доN^-3:

4 Zn + 10 HNO₃ (разб.)® 4Zn(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂O

При взаимодействии цинка с концентрированной серной кислотой могут образовываться разные продукты восстановления S⁺⁶: SO₂, S, H₂S.

Например:

4Zn + 5H₂SO₄ ® 4ZnSO₄ + H₂S + 4H₂O

Кадмий в щелочах практически не растворяется, а в кислотах - менее энергично, чем цинк.

Ртуть способна растворяться в растворах концентрированных кислот-окислителей (HNO_3, H₂SO₄ конц.) и в разбавленной HNO₃:

Hg + 4HNO₃ (конц.) ® Hg(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O

6Hg + 8HNO₃ (разб.) ® 3Hg₂(NO₃)₂ + 2NO + 4 H₂O

Hg + H₂SO₄ (конц.) ® SO₂ + HgSO₄ + H₂O

Свойства однотипных соединений по группе закономерно изменяются. Например, основные свойства оксидов (ЭО) и гидроксидов (Э(ОН)₂) от цинка к ртути усиливаются. Поэтому гидроксид кадмия Cd(OH)₂ кислотные свойства проявляет в значительно меньшей степени, чем Zn(OH)₂. Если Zn(OH)₂ легко растворяется в щелочах, то Cd(OH)₂ взаимодействует с концентрированными щелочами при длительном кипячении:

Cd(OH)₂ + 4NaOH ® Na₄[Cd(OH)₆]

В отсутствие избытка щелочи гидроксокадматы легко разрушаются водой:

Na₄[Cd(OH)₆] ® Cd(OH)₂ + 4NaOH

При действии на соли катионов подгруппы цинка раствором аммиака образующиеся вначале гидроксиды растворяются с образованием аммиакатных комплексов:

Zn²⁺ + 2NH₄OH ® Zn(OH)₂ + 2NH₄⁺

Zn(OH)₂ + 4NH₄OH ® [Zn(NH₃)₄](OH)₂ + 4H₂O

Аммиакаты ртути (II), [Hg(NH₃)₄](NO₃)₂ образуются только при большом избытке NH₃ и в присутствии солей аммония. Взаимодействие HgCl₂ c NH₃ в концентрированном растворе NH₄Cl приводит к выпадению осадка [Hg(NH₃)₂Cl₂]:

HgCl₂ + 2NH₃ ® [Hg(NH₃)₂Cl₂]¯

В разбавленных же растворах образуется нерастворимое в воде амидное производное [HgNH₂]Cl:

HgCl₂ + 2NH₃ ® [HgNH₂]Cl + NH₄Cl

Соединения цинка не проявляют в водных растворах активных окислительных свойств, тогда как соединения ртути являются достаточно сильными окислителями, о чем свидетельствует диаграмма Латимера для ртути. Соли ртути (II) способны окислять даже такой неактивный металл, как медь:

Cu + Hg²⁺ ® Cu²⁺ + Hg

Проявляя постоянную валентность - два, ртуть способна к образованию соединений со степенью окисления +1, в которых ртуть находится в виде сложного катиона (Hg - Hg)²⁺.

Соединения такой ртути весьма склонны к диспропорционированию:

Hg₂²⁺ ® Hg + Hg²⁺

Диаграмма Латимера для ртути:

+0, 854

+0, 920 +0, 788

Hg²⁺ Hg₂²⁺ Hg⁰

+0, 53 +0, 2676

HgCl₂ Hg₂Cl₂

X=Br, +0, 306 X=Br, + 0, 1397

[НgX₄]^2- Hg₂X₂

X=I, +0, 116 X=I, -0, 0405

X= Br, +0, 223

X= I, -0, 038

В зависимости от условий соединения Hg₂²⁺ могут проявлять или восстановительные или окислительные свойства:

Hg₂Cl₂ + Cl₂ ® 2HgCl₂

Hg₂Cl₂ + SnCl₂ ® 2Hg + SnCl₄

Соединения кадмия и ртути ядовиты, особенно соединения ртути.

Вопросы для подготовки к занятию

1. Электронные конфигурации атомов, валентные электроны, степени окисления.

2. Свойства простых веществ – металлов:

- активность металлов, положение в «ряду стандартных окислительно-восстановительных (электродных) потенциалов металлов»;

- взаимодействие с кислородом, галогенами, серой, азотом и другими неметаллами;

- взаимодействие с водой, с водными растворами щелочей, водными растворами кислот, окисляющими H⁺ (HF, HCl, HBr, HI, разбавленной H₂SO₄, H₃PO₄, RCOOH и другими);

- взаимодействие с концентрированной H₂SO₄, разбавленной и концентрированной HNO₃.

3. Свойства оксидов и гидроксидов металлов IIБ подгруппы:

- растворимость, взаимодействие с водой, диссоциация в водном растворе;

- взаимодействие с кислотами и кислотными оксидами;

- взаимодействие соединений Zn с основаниями при сплавлении и растворами щелочей, основными оксидами.

4. Свойства солей металлов IIБ подгруппы:

- растворимость в воде, гидролиз;

- растворимость в кислотах, щелочах

5. Комплексные соединения металлов IIБ подгруппы

6. Окислительно-восстановительные свойства соединений металлов IIБ подгруппы.

7. Нахождение в природе и получение простых веществ – металлов.

8. Получение и применение металлов IIБ подгруппы и их соединений.