1.5. Цинк, кадмий, ртуть.

Э

30

Zn

цинк

лементы II B 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:

° _Zn²⁺_{/ Zn} = -0,76 в

°_Cd²⁺ _{/ Cd} = -0,403 в

°_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-

При растворении в азотной кислоте цинк способен восстановить N⁺⁵до N^-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 отсутствии избытка щелочи гидроксокадматы легко разрушаются водой:

Na₄[Cd(OH)₆]  Cd(OH)₂ + 4NaOH

При действии на соли катионов подгруппы цинка раствором аммиака образующиеся в начале 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

Диаграмма Латимера для ртути:

+0,854

+0,920 +0,788

Hg²⁺ Hg₂²⁺ Hg⁰

+0,53 +0,2676

H gCl₂ 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

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⁺

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.