Цинк, кадмий, ртуть

Нахождение в природе

Содержание в земной коре:

Цинк 0,02%

Кадмий 1,3*10^-5 %

Ртуть 8*10^-6 %

Основные минералы цинка:

ZnS – сфалерит, вюртцит;

ZnCO₃ – смитсонит;

ZnO – цинкит;

Zn₄[Si₂O₇](OH)₂· H₂O· ZnCO₃ – каламин.

Основные минералы кадмия:

CdS – гринокит (встречается как примесь в ZnS (до 5%) и в полиметаллических сульфидных рудах);

Основные минералы ртути:

HgS – киноварь (красный);

HgS – метакиноварь (чёрный, проводит ток);

Hg₂Cl₂ – каломель;

Hg – самородное состояние.

Строение

Zn 3d¹⁰4s²

Cd 4d¹⁰5s²

Hg (4f¹⁴)5d¹⁰6s²

Степень окисления +2

Для ртути характерны еще и производные Hg₂²⁺

Биологическое действие

Ртуть – токсична, усваивается в виде паров лёгкими, не всасывается в жкт (желудочный кишечный тракт), накапливается в почках, нарушает работу желёз внутренней секреции.

Кадмий – токсичен по отношению к органам кроветворения, для дыхательной, нервной и костной систем.

Простые вещества Zn, Cd, Hg.

Получение

1. ZnS или ZnCO₃ обжигают на воздухе до оксидов:

ZnS + O₂ ZnO+SO₂

ZnCO₃ ZnO+CO₂

Оксид далее восстанавливают:

H₂ H₂O

C CO

ZnO + CO Zn + CO₂

CH₄ H₂O + C

CaC₂ CaO + C

Отгоняют цинк (T_кип= 906°С) без доступа воздуха.

Другой путь – ZnO переводят в ZnSO₄ действием H₂SO₄ и подвергают электролизу.

Очистка цинка выполняется перегонкой благодаря его летучести при повышенной температуре.

2. CdS индивидуально или в смеси с ZnS обжигают, получая смесь ZnO + CdO. Смесь восстанавливают C, CO, H₂, Mg. CdO легче восстанавливается (в более мягких условиях).

Далее кадмий можно отделить от цинка перегонкой или перевести в CdSO₄ и выделить на катоде, а также вытеснить металлами.

Очистку от цинка выполняют перегонкой или сплавлением со щелочами, с которыми кадмий не реагирует.

3. HgS обжигают при 600-700°С до Hg и SO₂, и эти пары конденсируют. При более низкой температуре (350-400°С) образуется HgSO₄ и Hg₂SO₄.

Простое вещество Hg очищают дистилляцией.

Реже применяют взаимодействие с CaO и Fe:

HgS + CaO Hg + CaSO₄ + CaS

HgS + Fe FeS + Hg

Более активные металлы (Cu, Cd, Ni) удаляют промыванием HNO₃ (10%).

Физические свойства

Белые блестящие металлы, легкоплавки и летучи при повышенных температурах.

T_кип и T_пл уменьшаются от Zn к Hg, в том же ряду снижается реакционная способность.

Химические свойства

1. Взаимодействие с простыми веществами:

ZnO

ZnX₂

ZnS, ZnSe, ZnTe

CdO

CdX₂

CdS

HgO

HgX₂

HgS

2. Действие кислот и щелочей:

Zn + 2HCl_(разб) ZnCl₂ + H₂

Cd + 2HCl_(разб) CdCl₂ + H₂

Zn + H₂SO_4(разб) ZnSO₄

Cd + H₂SO_4(разб) CdSO₄

(Cd реагирует медленнее)

(конц) NO₂

Zn + HNO₃ (сред) Zn(NO₃)₂ + NO + H₂O

(разб) NH₄NO₃

(

Cd + HNO₃

Cd(NO₃) ₂ +

+ H₂O

конц) NO₂

(сред) NO

Hg+ HNO₃

(конц)

(сред)

NO₂

NO

+ H₂O

+

Hg(NO₃) ₂

Hg(NO₃) ₂ + Hg₂(NO₃) ₂ (изб Hg)

Hg + 4HI H₂HgI₄ + H₂

Zn ZnSO₄ (SO₂ + S + H₂S)

Cd + H₂SO_4(конц) CdSO₄ + SO₂ + H₂O

Hg HgSO₄

Z

+ H₂O

+ H₂ (400°С)

n ZnO

Cd CdO

Щ

р-р

расплав

Na₂Zn(OH)₄

Na₂ZnO₂

+ H₂

елочи действуют только на Zn:

Zn + NaOH + + + H₂O +

3. Восстановительные свойства по отношению к другим веществам:

Zn + SO₂ ZnO + ZnS

SO₂Cl₂ ZnCl₂ + SO₂

CuO ZnO + Cu

NH₃ Zn₃N₂ + H₂

FeS

Cu₂S

Fe

2Cu

Cd + CdS +

ICl

SO₂Cl₂

HgI₂ + HgCl₂

Hg₂Cl₂ + SO₂

H

(HgCl₂)

g +

FeCl₃

KMnO₄ + HCl

Hg₂Cl₂ + FeCl₂

HgCl₂ + MnCl₂ + KCl + H₂O

Hg +

3Hg + 2HNO₃ + 6HCl 3HgCl₂ + 2NO + 4H₂O

Применение

Zn: покрытие стали (от коррозии, в декоративных целях): вёдра, тазы, кровля; извлечение Ag из сплава Pb-Ag; вытеснение других металлов; восстановитель в смеси Zn + HCl:

VOCl₂ + Zn + HCl VCl₃ + ZnCl₂ + H₂O

>C=O + Zn (+ Hg) + HCl CH₂ + ZnCl₂ + Hg;

изготовление гальванических элементов; сплавы с Cu (латунь, томпак), легкоплавкие сплавы и припои (с Cd, Sn, Pb, Bi).

Cd: 1) приготовление легкоплавких сплавов и припаев (с Sn, Pb, Bi, Zn)

2) Изготовление промышленных гальванических элементов и аккумуляторов (не бытовых, т.к. Cd токсичен)

3) Электротехнические сплавы (с Ag, Sn, Cu)

4) Ядерная техника

Hg:

1. Рабочая жидкость термометров, манометров, затворов, реле.

2. В полярографии.

3. Пары ртути – наполнители ртутных ламп.

4. Катоды для выделения металлов в виде амальгам, получение NaOH из NaCl.

5. Извлечение золота и серебра амальгамированием.

6. Теплоноситель и хладогент.

Соединения Zn, Cd, Hg в степени окисления +2

Получение:

1. Действие простых веществ, кислот оснований на металлы (см. химические свойства простых веществ)

2. О

   HCl

   NaOH

   ZnCl₂

   Na₂Zn(OH)₄

   бменные реакции:

ZnSO₄ + NaOH Zn(OH)₂ +

ZnCl₂ ZnS (10^-24)

CdCl₂ + Na₂S CdS (10^-26) + 2NaCl

HgCl₂ HgS (10^-52)

Химические свойства

1. Обменные реакции

1а) Осаждение малорастворимых соединений:

бел. Zn(OH)₂ растворим в кислотах, щелочах, аммиаке;

бел. Cd(OH)₂ растворим в кислотах, аммиаке;

бел. Hg(OH)₂ растворим в кислотах.

б

 не растворимы в HCl, H₂SO₄, растворимы в HNO₃ (конц, разб)

ел. ZnS растворим в HCl, H₂SO₄, HNO₃

жёлт. CdS

красн. HgS

ZnCO₃ от HCO₃^- растворим в кислотах, щелочах, аммиаке (слаборастворим)

Z

 растворимы в кислотах

n₂(OH)₂CO₃ от CO₃^2- разлагается CO₂ + H₂O

Cd₂(OH)₂CO₃

Hg₃O₂CO₃

Z

 растворимы в KCN

n(CN)₂

Cd(CN)₂

H

 белые, растворимы в кислотах

g(CN)₂

Zn₃(PO4)₂, ZnHPO₄

Cd₃(PO4)₂, CdHPO₄

Hg₃(PO4)₂, HgHPO₄

1б) Образование амидных соединений Hg (+2)

H

> NH₂^ OH

gO + 2NH₄OH HO – Hg

H

Основание Миллона

образует соли с NO₃^-, I^- и др.

O – Hg

_Hg

O NH₂^ OH

_Hg

-H₂O

-H₂O

125 C

Ангидроснование Миллона

Оксид-имид диртути(2)

неплавкий белый преципитат

H gCl₂ + NH₃ + H₂O ClHgNH₂ + NH₄Cl + H₂O

H

плавкий белый преципитат

gCl₂ + NH₃ [Hg(NH₃)₂]Cl₂ (в присутствии NH₄Cl )

[ Hg(NH₃)₂]Cl₂ плавление, разложение HgNH₂Cl + NH₄Cl

H gNH₂Cl Hg₂Cl₂ + NH₃ + N₂

Р

_Hg

еактив Несслера на NH₃

NH₃

NH₄X

[O NH₂^ ] I^-

K

_Hg

₂HgI₄ + + KI + KX + H₂O