Тема. Элементы подгруппы цинка.

Общая характеристика подгруппы. Zn, Cd, Hg – металлы.

3d¹⁰ 4s² 4d¹⁰ 5s² 5d¹⁰ 6s² – переходные элементы от S к р-элементам.

Степени окисления в соединениях – Zn (+2), Cd (+2), Hg (+1, +2).

Химическая активность уменьшается от цинка к ртути. Электроны d-подуровня (d¹⁰) этих элементов, как и других d-элементов способны участвовать в образовании донорно-акцепторной связи. Ионы М²⁺ проявляют склонность к комплексообразованию.

Высокая устойчивость 6s² атома ртути обуславливает ее отличие (в химических свойствах) от цинка и кадмия. Так, например, большинство соединений ртути малоустойчивы, в отличие от соединений цинка и кадмия.

Нахождение в природе. Минералы: ZnS – сфалерит (цинковая обманка), ZnCO₃ (цинковый шпат) галмей. Кадмий сопутствует цинку в его рудах, собственные минералы встречаются очень редко. Для ртути основным минералом является киноварь HgS, также ртуть встречается в самородном состоянии (капли в породе).

Получение.

Пирометаллургический метод:

2. обжиг руды или термическое разложение:

2ZnS + 3O₂ = 2ZnO + 2SO₂;

ZnCO₃ = ZnO + CO₂.

2. восстановление углем (прокаливают оксид ZnO вмуфельных печах без доступа воздуха с углем):

ZnO + C = Zn + CO.

Электролиз растворов соединений:

ZnO + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂O.

Электролиз сульфата цинка.

Кадмий получают как побочный продукт цинкового производства, осаждением из сульфатного раствора при действии цинковой пыли.

Ртуть получают обжигом киновари:

HgS + O₂ = Hg + SO₂.

Применение. Цинком покрывают изделия из железа и стали для защиты от коррозии, для производства сплавов, создания анодов.

Кадмий используют при создании никель-кадмиевых аккумуляторов, гальванических покрытий, легкоплавких сплавов.

Ртуть используется в производстве термометров и других измерительных приборов. Парами ртути заполняют лампы дневного света. В фармакологии ртуть применяют для изготовления ртутных мазей. В органическом синтезе (СН₃СООН) как катализатор.

Физические свойства. Цинк и кадмий – мягкие металлы, ртуть – единственный металл, жидкий в обычных условиях. Цинк хорошо подвергается прокатке, ковке, пайке. На воздухе металлы покрываются оксидной пленкой.

Сверху вниз в группе химическая активность уменьшается.

Химические свойства.

Цинк легко растворяется в кислотах и при нагревании в щелочах, с выделением водорода:

Zn + 2H₂O + 2NaOH = Na₂[Zn(OH)₄] + H₂.

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

Ртуть растворяется только в кислотах:

Hg + 4HNO₃ = Hg(NO₃)₂ = 2NO₂ + 2H₂O, Hg (II);

конц.

6Hg + 8HNO₃ = 3Hg₂(NO₃)₂ + 2NO + 2H₂O, Hg (I).

разб.

При нагревании цинк и кадмий реагируют с галогенами, серой и кислородом. Ртуть взаимодействует с серой без нагревания и галогенами. И цинк, и кадмий, и ртуть не реагируют с водородом, углеродом и азотом. Цинк осаждает многие металлы из растворов их солей. Жидкая ртуть растворяет металлы (Fe, Co, Ni) с образованием сплавов, называемых амальгамами. Эти сплавы могут оставаться жидкими, а могут затвердевать сразу или через некоторое время после их приготовления. Соль ртути (II) легко выделяет ртуть при действии металлов:

Hg(NO3)2 + Zn = Zn(NO3)2 + Hg.

Оксиды и гидроксиды.

ZnO – CdO – HgO: устойчивость оксидов уменьшается от цинка к ртути. Оксиды цинка и кадмия получают разложением гидроксидов или карбонатов (нитратов):

t

ZnCO₃ ZnO + CO₂;

белый цв.

t

Cd(OH)₂ CdO + H₂O.

корич.цв.

Оксид ртути получают действием щелочей на растворы солей Hg (II):

Hg(NO₃)₂ + 2KOH = HgO + 2KNO₃ + H₂O.

желтый или красный

в зависимости от дисперсности

Температура разложения оксида цинка = 1950`С, оксида кадмия = 1813`C, а оксид ртути разлагается при 400`C:

400`C

2HgO Hg + O₂.

300`C

Оксид цинка – амфотерный, а оксиды цинка и кадмия – основные. Гидроксиды цинка и кадмия в виде осадков получают косвенным путем. Гидроксид цинка является амфотерным:

Zn(OH)₂ + 2NaOH = Na₂[Zn(OH)₄].

При подкислении раствора:

Na₂[Zn(OH)₄] + 2HCl = Zn(OH)₂ + 2NaCl

вновь выпадает осадок гидроксида цинка:

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

Гидроксид кадмия не проявляет амфотерных свойств, то есть растворяется в кислотах. Но легко переводится в раствор про взаимодействии водным раствором аммиака в результате образования комплексного иона:

Cd(OH)₂ + 6NH₄OH = [Cd(NH₃)₆](OH)₂ + 6H₂O.

Соли ртути. Комплексы ртути(II) очень устойчивы и легко образуются в растворах:

2KI + Hg(NO₃)₂ = HgI₂ + 2KNO₃;

2KI + HgI₂ = K₂[HgI₄] _(p);

K₂S _(p) + HgS _(т) = K₂[HgS₂] _(p).

HgCl₂ (сулема) – белый порошок, очень ядовит, используется в фармакологии для приготовления кожных мазей.

Hg(NCS)₂ (тиоцианат ртути) – «фараоновы змеи».

HgS (киноварь) – в виде черной и красной модификаций, красная модификация для изготовления художественных красок.

Соли ртути проявляют окислительные свойства:

HgCl₂ + SO₂ + 2H₂O = Hg + H₂SO₄ + 2HCl.

Соли кадмия(II). Соединения кадмия ядовиты.

CdS – желтоватый порошок, используется как люминофор в цветных кинескопах.

Соли цинка(II).

ZnCl₂ – входит в состав «травильной» жидкости, получаемый из цинка и соляной кислоты.

ZnS – как люминофор, в смеси с радиоактивными веществами применяют для изготовления светящихся циферблатов.

ZnSO₄ – для протравливания тканей перед нанесением рисунка, для гальванического цинкования проводов.

Соединения ртути(I).

Содержат ион Hg⁺ - Hg⁺ (Hg²⁺₂).

Hg₂O – черный оксид, неустойчив:

Hg₂O Hg + HgO.

Hg₂O можно получить из соли Hg(I):

Hg(NO₃)₂ + 2NaOH = Hg₂O + 2NaNO₃ + H₂O.

Нитрат ртути(I) получают, встряхивая раствор нитрата ртути(II) с ртутью:

Hg(NO₃)₂ + Hg Hg₂(NO₃)₂.

Соединения Hg²⁺₂ в зависимости от условий проявляют восстановительные и окислительные свойства:

Hg₂Cl₂ + Cl₂ = 2HgCl₂;

Hg₂Cl₂ + SnCl₂ = 2Hg + SnCl₄.

Соединения Hg²⁺₂ склонны к диспропорционированию с образованием свободной ртути и соединений Hg(II):

Hg²⁺₂ = Hg_(ж) + Hg_2+.

Hg₂Cl₂ (каломель) – как лекарственное средство, для изготовления стандартных каломельных электродов.