- •Глава 12
- •12.1.2. Строение электронной оболочки, валентность, основные типы химических соединений
- •12.1.3. Нахождение в природе, изотопный состав
- •12.1.4. Краткие исторические сведения
- •12.2. Простые вещества
- •12.3. Сложные соединения элементов 12-й группы
- •12.3.1. Кислородные соединения
- •12.3.1.1. Оксиды и гидроксиды
- •12.3.1.2. Соли кислородсодержащих кислот
- •12.3.2. Галогениды и псевдогалогениды
- •12.3.3. Другие бинарные соединения
- •12.4. Комплексные и металлоорганические соединения элементов 12-й группы
- •12.4.1. Анионные комплексные соединения
- •12.4.2. Катионные комплексные соединения
- •12.4.3. Нейтральные комплексные соединения
- •12.4.4. Металлоорганические соединения
- •12.5. Промышленное получение цинка, кадмия, ртути
- •12.6. Биологическая роль элементов 12-й группы
12.1.3. Нахождение в природе, изотопный состав
В земной коре элементы 12-й группы присутствуют главным образом в виде сульфидов (табл. 12.3), находящихся в глубокозалегающих породах. Лишь на самой поверхности земной коры цинк и кадмий (в виде примеси) обнаруживаются в виде карбонатов и силикатов (содержание кадмия составляет доли % от содержания цинка). Халькофильность элементов группы цинка объясняется «мягкостью» (значительной деформируемостью) их атомов, которые предпочтительно образуют соединения с «мягкими» атомами, например, с сульфидной серой. В отличие от элементов 12-й группы, «жесткие» атомы элементов 2-й группы, имеющие ту же внешнюю электронную оболочку (ns2), но менее деформируемую предвнешнюю оболочку типа благородного газа, в основном соединяются с «жесткими» партнерами, например, кислородом (см. гл. 2).
Известно, что сульфид ртути (киноварь) HgS, сопутствующий сульфиду сурьмы(III), представляет собой легкоплавкую породу - в процессе остывания Земли кристаллизация наступила только при 1000С (т. е. на расстоянии ~3 км от поверхности к центру Земли). Сфалерит ZnS более тугоплавок - он закристаллизовался на глубине ~10 км от поверхности Земли. Недавно образовавшиеся горные массивы (так называемые «молодые горы»), как правило, содержат в верхних слоях еще не разрушенного выветриванием скального грунта сульфиды тяжелых металлов, а именно, HgS. Сульфиды же Zn и Cd, напротив, находят в старых, сильно разрушенных горных массивах, где минералы (Zn, Cd)S уже подошли к самой поверхности разлома земной коры.
Ртуть распространена в природе существенно меньше, чем цинк (см. табл. 12.3), но стала известна человечеству намного раньше других элементов 12-й группы, что связано прежде всего с легкостью перехода ртути в металлическое состояние (благодаря термической неустойчивости ее гетероатомных соединений). Действительно, еще в прошлом веке находили месторождения металлической ртути («лужицы» ртути на скальном грунте в пещерах, например в Испании - Аль Мадена). Выплавка металлических цинка и кадмия требует значительно более высоких температур, чем та, при которой застывал расплав минералов, поэтому термолиз их сульфидов не происходил, и самородных цинка и кадмия не найдено. Большая известность ртути по сравнению с цинком и кадмием связана с наличием концентрированных месторождений HgS, тогда как Zn и Cd входят в состав полиметаллических руд и распылены, например, на фоне PbS.
Изотопный состав элементов группы цинка сложен, как и подобает элементам с четным атомным номером. В природной плеяде у Zn, Cd, Hg представлены соответственно 5, 8 и 7 стабильных изотопов. Кроме того, имеется значительное число радиоактивных изотопов, которые могут быть получены искусственно - в различного рода ускорителях и ядерных реакторах. Среди стабильных изотопов наибольший интерес представляет 113Cd, обладающий колоссальным сечением захвата нейтронов, равным 25000 барн. Насколько велико это значение, показывает сравнение с сечением захвата нейтронов других элементов. Так, природная смесь стабильных изотопов цинка имеет сечение захвата всего 1,02 барн; углерод поглощает еще меньше нейтронов - только 0,8 барн; тогда как природная смесь изотопов кадмия (благодаря присутствию в ней Cd) имеет сечение захвата нейтронов 4500 барн. Поэтому кадмий используют в ядерной энергетике для изготовления стержней, опускаемых в атомный реактор для регулировки интенсивности потока нейтронов.
Таблица 12.3. Распространенность и изотопный состав элементов 12-й группы
Элемент |
Кларк, % (мас.) |
Место пo распростра-ненности |
Изотопный состав |
Важнейшие природные соединения |
|
Число стабильных изотопов |
Основной изотоп, тип ядра по массе (% в плеяде) |
||||
Zn |
210–2 |
24 |
5 |
64Zn, тип 4n (48,6%) |
ZnS (сфалерит), ZnCO3 (смитсонит), ZnO(цинкит), Zn2SiО4 (виллемит) |
Cd |
510–4 |
48 |
8* |
114Cd, тип 4n+2 (28,7%) |
CdS (гринокит) |
Hg |
110–4 |
57 |
7 |
202Hg, тип 4n+2 (29,9%) |
HgS (киноварь), самородная ртуть |
*Нуклид 113Cd считается стабильным, так как имеет большой период полураспада.
Хотя у кадмия 8 стабильных изотопов, а у ртути на один меньше (см. табл. 12.3), именно у нее (впервые после неона) масс-спектрометрически было обнаружено большое число изотопов, составляющих природную плеяду: интервал атомных масс oт 196 до 204.
Тип ядра по массе у наиболее распространенных изотопов Zn, Cd, Hg соответствует, как это обычно бывает у четных элементов, массовым числам 4n и 4n+2.