Метали підгрупи цинку

Побічну підгрупу ІІ групи Періодичної системи елементів Д І Менделєєва складають цинк Zn, кадмій Cd та ртуть Hg.

Атоми елементів мають таку електронну оболонку: (n-1)s²p⁶d¹⁰ns² . В утворенні хімічних зв'язків беруть участь тільки електрони зовнішнього енергетичного шару атома, тому цинк, кадмій і ртуть проявляють в сполуках ступінь окиснення +2 (ртуть також +1).

	Zn	Cd	Hg
Порядковий номер Відносна атомна маса Природні ізотопи Електрони зовнішнього енергетичного рівня d-підрівня передостаннього рівня Характерні ступені окиснення	30 65,39 64Zn, 66Zn, 68Zn, 70Zn 3d104s2 +2	48 112,41 106Cd, 108Cd, 110Cd- 114Cd, 116Cd 4d105s2 +2	80 200,59 196Hg, 198Hg- 202Hg, 204Hg 5d106s2 +1, +2

Цинк. Масова частка цинку в земній корі складає 5х10^-3%. Він зустрічається тільки у складі сполук, наприклад ZnS, ZnCO₃.

Цинк – сріблясто-білий метал. Плавиться при температурі 419,5°С. Є гарним електро- і теплопровідником. На повітрі цинк вкривається захисною плівкою оксидів і карбонатів, яка послаблює його металічний блиск.

Цинк – хімічно активний метал. При нагріванні легко взаємодіє з неметалами (сіркою, хлором, киснем), наприклад:

2Zn + O₂ = 2ZnO

Розчиняється в розбавлених та концентрованих кислотах HCl, H₂SO₄, HNO₃ i водних розчинах лугів, наприклад:

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂;

4Zn + 10HNO₃(розб.) = 4Zn(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂O;

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

В сполуках цинк виявляє ступінь окиснення +2.

Оксид цинку ZnO – біла речовина, практично нерозчинна у воді. Оксид цинку та гідроксид цинуа Zn(OH)₂ є амфотерними сполуками; вони реагують з кислотами та лугами:

ZnO + 2HCl = ZnCl₂ + H₂O;

ZnO + 2KOH + H₂O = K₂[Zn(OH)₄].

Гідроксид цинку розчиняється у водному розчині аміаку, утворюючи комплексні сполуки:

Zn(OH)₂ + 6NH₃ = [Zn(NH₃)₆](OH)₂.

При отриманні цинку його руди обжигають:

2ZnS + 3O₂ = 2ZnO + 2SO₂;

ZnCО₃ = ZnO + CO₂.

Далі оксид цинку відновлюють вугіллям:

ZnO + C = Zn + CО.

Для отримання більш чистого метала оксид цинку розчиняють в сульфатній кислоті та виділяють електролізом.

Цинк використовують в виробництві сплавів; наприклад латуні (сплав з міддю), нейзильберу (з міддю і нікелем), використовують як конструкційний матеріал у машинобудуванні, з нього виготовляють електроди для електрохімічних джерел струму. Цинком вкривають стальні та чавунні вироби для захисту їх від корозії.

Оксид цинку ZnO використовують у виробництві фарб (цинкових білил) і як напівпровідниковий матеріал.

Хлорид цинку ZnCl₂ використовують як компонент флюсів при пайці металів. Ним вкривають дерево для запобігання її гниття. Сульфат цинку ZnSO₄ використовують як електроліт при отриманні цинкових покриттів і як мікродобриво.

Кадмій і ртуть. Масова частка кадмію в земній корі складає 5х10^-5%. Його найважливіші мінерали – CdS i CdCO₃. Звичайно вони є там де знаходять мінерали цинку. Ртуть зустрічається в природі в складі мінералу кіноварі HgS. Масова частка ртуті в земній корі складає 7х10^-5%.

Кадмій і ртуть – сріблясто-білі метали. В звичайних умовах ртуть – рідина, її температура плавлення дорівнює -38,9°С. Це самий легкоплавкий метал. Температура плавлення кадмію 321°С.

Ртуть розчиняє багато металів (цинк, олово, натрій, мідь, золото), утворюючи рідкі та тверді сплави – амальгами.

В хімічному відношенні кадмій достатньо активний метал, ртуть – малоактивний. При нагріванні ці метали взаємодіють з неметалами (киснем, сіркою, галогенами), наприклад:

2Hg + O₂ = 2HgO; Cd + Cl₂ = CdCl₂.

Так, як і цинк кадмій розчиняється в розбавлених та концентрованих кислотах, наприклад:

Cd + H₂SO₄(розб.) = CdSO₄ + H₂;

Cd + 2H₂SO₄(конц.) = CdSO₄ + SO₂ + 2H₂O.

Ртуть не реагує з хлоридною та розбавленими сульфатною кислотами та лугами. Окислюється нітратною та концентрованою сульфатною кислотами, наприклад:

Hg + 2H₂SO₄ = HgSO₄ + SO₂ + 2H₂O.

Розглянемо найважливіші сполуки кадмія і ртуті. Кадмій утворює оксид CdO і гідроксид Cd(OH)₂, які є амфотерними, але з більш вираженими основними властивостями. Ці сполуки легко розчиняються в кислотах і значно важче в концентрованих розчинах лугів. Гідроксид кадмія розчиняється в водному розчині амоніаку, утворюючи комплексні сполуки:

Cd(OH)₂ + 6NH₃ = [Cd(NH₃)₆](OH)₂.

При окисненні ртуті киснем при невеликому нагріванні утворюється оксид ртуті (ІІ) HgO, який при нагріванні вище 400°С розпадається на прості речовини:

2HgO = 2Hg + O₂.

Ртуть не утворює гідроксидів. При дії на солі ртуті (ІІ) лугами утворюється оксид ртуті (ІІ):

Hg(NO₃)₂ + 2NaOH = HgO↓ + 2NaNO₃ + H₂O.

Хлорид ртуті (ІІ) чи сулема HgCl₂ – безкольорова кристалічна речовина, добре розчинна у воді. Вона є слабким електролітом: практично не дисоціює на іони, і водні розчини сулеми дуже слабко проводять електричний струм.

Ртуть також утворює сполуки ступеня окиснення +1. В них катіони гідраргіуму складаються з двох атомів Hg₂²⁺ . Двохатомні іони існують і в розчинах солей ртуті (І).

Нітрат ртуті (І) утворюється при розчиненні метала в розбавленій чи концентрованій нітратній кислоті без нагрівання:

6Hg + 8HNO₃(розб.) = 3Hg₂(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O.

Хлорид ртуті (І) чи каломель Hg₂Cl₂ утворюється при нагріванні твердої сулеми зі ртуттю:

HgCl₂ + Hg = Hg₂Cl₂.

При отриманні кадмію спочатку виділяють його оксид CdO, який розчиняють в сульфатній кислоті. З отриманого розчину CdSO₄ метал витісняють цинком чи отримують електролізом.

Ртуть отримують з кіноварі шляхом обжигу:

HgS + O₂ = Hg + SO₂.

Сполуки кадмію і ртуті отруйні.

Кадмій використовують при отриманні сплавів (типографських, припоїв і підшипникових). Кадмієм вкривають метали, як захисним покриттям.

Ртуть та її сполуки знаходять широке використання в промисловості. Із ртуті виготовляють катоди при електрохімічному отриманні хлору та лугів. Парами ртуті заповнюють люмінесцентні лампи. Амальгами використовуються в металургії для видобування деяких металів, наприклад золота. Оксид ртуті (ІІ) HgO використовується для отримання фарб, якими фарбують дно морських судів, при цьому на них не ростуть водорості. Сулема HgCl₂ використовується в сільському господарстві як отрутохімікат.