3.2.1.Распространение в природе и получение

Содержание цинка в земной коре (см. табл.3.3.) составляет приблизительно 0,01 %. Цинк и его аналоги входят в состав полиметаллических руд.

Кадмий довольно редкий элемент (10^5%), собственных руд не образует. Чаще сопутствует цинку.

В самородном состоянии иногда встречается ртуть (в виде вкраплений в горные породы). В Италии встречались колодцы на дне которых находилась Hg (до 4,5 т).

Важнейшие минералы: ZnS-цинковая обманка (сфалерит); ZnCO₃ - галмей; CdS- гринокит; HgS- киноварь.

Все металлы получают пирометаллургическим способом:

• окислительный обжиг сопровождается переводом сульфидов в оксиды, с последующим их восстановлением углем: ZnO+ C = Zn + CO.

Кроме того, цинк получают электролитическим способом. Для этого цинковую руду обрабатывают серной кислотой и полученный раствор сульфата цинка подвергают электролизу.

Кадмий чаще всего входит в состав цинковых руд. Из отходов цинкового производства, обработанных серной кислотой, металлический кадмий выделяют цинком:

CdSO₄ + Zn = Cd + ZnSO₄

Получение металлической ртути из HgS протекает в одну стадию, так как HgO при высоких температурах неустойчив:

HgS + O₂ = Hg + SO₂

Ртуть выделяется в виде паров, которые конденсируются в охлажденном приемнике.

3.2.2.Физические свойства

При обычных условиях все металлы подгруппы цинка имеют серебристо-белый цвет, диамагнитны, относительно низкие температуры кипения и плавления (см.табл.3.3.) .

Таблица 3.3.

Некоторые свойства элементов подгруппы цинка

Металл	R ат., нм	Плотность, г/см3	J ион., эВ	Стандартный электродный потенциал процесса: Э2++2е = Э,В	T пл.., 0C	Tкип.,0C	Содержание в земной коре, %	Относительная электроотрицательность по Полингу
Zn	0,107	7,13	9,38	-0,76	419,5	907	1,510-3	1,6
Cd	0,118	8,65	8,99	- 0,40	321	767	810-5	1,7
Hg	0,113	13,55	10,43	0,85	-39	357	610-7	1,9

Hg- жидкость, Cd-ковкий, тягучий металл, Zn- хрупок, при 100-150 ⁰С становится ковким. При 200 ⁰С – снова хрупким. Все металлы легкоплавки и летучи.

Из табл.3.3. видно происходит увеличение радиуса атома от цинка к кадмию, а при переходе к ртути радиус атома уменьшается. Энергия ионизации при переходе от Zn к Cd увеличивается и резко возрастает Hg. Это обьясняется как “ лантаноидным сжатием”, так и экранированием 6S²-электронов 5d¹⁰ и 4f¹⁴ -электронами.

3.2.3. Химические свойства По химическим свойствам Zn и его аналоги менее активны, чем подгруппа Са. В ряду от Zn к Hg-химическая активность металлов уменьшается (см. Табл.3.3.).

Если цинк, кадмий в некоторых отношениях похожи на s-элементы, то ртуть ближе к серебру или меди.

В воде эти металлы не растворимы, так как их поверхность покрыта слоем труднорастворимого гидроксида.

Отношение к неметаллам. Zn и Cd окисляются кислородом уже при комнатной температуре, образуя прочную оксидную пленку, Hg - только при нагревании, с образованием HgO.

При нагревании все металлы взаимодействуют с галогенами, серой и фосфором, что можно представить в виде схемы:

Ртуть с галогенами и S реагирует уже при обычной температуре, с образованием HgCI₂ и HgS. Эту реакцию используют для связывания разливной ртути, посыпают порошком серы. Она способна растворять многие металлы, образуя с ними частью жидкие, частью твердые растворы (амальгамы), на чем основано разделение золота от неметаллических примесей.

Отношение к кислотам. В электрохимическом ряду напряжений Zn, Cd, стоят до Н, а Hg-после водорода (табл.ПРИЛОЖ.1).

Так, Zn активно взаимодействует как с разбавленными, так и с концентрированными кислотами, например:

Zn + 2 НС1 = ZnС1₂ + Н₂

4Zn + 10 HNO_3(разб) = NH₄NO₃ + 4 Zn(NO₃)₂ + 3 H₂O

Кадмий взаимодействует менее энергично:

3Cd + 8HNO_3(разб) 3 Cd(NO₃)₂ + 2NO + 4 H₂O

Ртуть взаимодействует только с кислотами-окислителями, образуя производные как Hg (+1), так и Hg(+2):

Hg + 4 HNO_{3 (конц)} = Hg(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2 H₂O

6Hg + 8HNO_3(Разб) = 3Hg₂(NO₃)₂ + 2NO + 2 H₂O

Отношение металлов подгруппы цинка к кислотам можно представить схемой:

Отношение к щелочам. В отличие от кадмия и ртути Zn при нагревании взаимодействует с растворами щелочей, с выделением водорода:

Zn + 2 NaOH +2 H₂O Na₂Zn(OH)₄ + H₂

Благодаря высокой восстановительной способности цинк может восстанавливать нитраты до аммиака:

4 Zn + NaNO₃ +7NaOH + 7H₂O = 4 Na₂Zn(OH)₄ + NH₄OH

Из водных растворов цинкат натрия выпадает в виде кристаллогидрата Na₂ZnO₂4H₂O.