11.2. Элементы iib-подгруппы (подгруппа цинка)

Цинк, кадмий и ртуть имеют общую электронную формулу (n-1)d¹⁰ns² и завершают ряды d-элементов. Устойчивость завершенной d-оболочки обуславливает проявление этими элементами степени окисления +2. Высокая устойчивость 6s²-электронной пары накладывает отпечаток на все свойства ртути и обусловливает её существенное отличие от цинка и кадмия. Например, ртуть может проявлять степень окисления +1 за счет образования соединений кластерного типа с катионом [Hg-Hg]²⁺. Завершенность предвнешнего уровня роднит элементы подгруппы цинка с непереходными металлами. В тоже время цинк, кадмий и ртуть подобно переходным металлам склонны к образованию координационных соединений.

Цинк - распространенный элемент (0,0015 мол. %). Основные минералы цинка: цинковая обманка или сфалерит - ZnS, смитсонит - ZnCO₃. Кадмий и ртуть - элементы редкие, но образуют рудные месторождения: гринокит - CdS, киноварь - HgS. Ртуть встречается в самородном состоянии.

В виде простых веществ цинк, кадмий и ртуть - серебристо-белые металлы, ртуть при комнатной температуре находится в жидком состоянии.

Получение цинка и кадмия из сульфидных руд проводится в две стадии: окислительный обжиг, восстановление из оксидов углем:

2ZnS + 3O₂ = 2ZnO + 2SО₂;

ZnO + C = Zn + CО

Из-за малой устойчивости оксида получение ртути осуществляется в одну стадию:

HgS + O₂ = Hg + SО₂;

Металлический цинк в основном применяется для нанесения защитных покрытий (цинкование) и производства сплавов, основным из которых является латунь (медь + цинк). Значительное количество цинка используется для получения других металлов металлотермическим методом. Цинк - биометалл, входит в состав инсулина (гормона поджелудочной железы) и некоторых ферментов, например, карбоангидразы.

Кадмий используют в атомной энергетике как поглотитель нейтронов (регулирующие стержни), а также для производства легкоплавких и типографских сплавов. Ртуть применяют в измерительных приборах, установках для собирания газов, электролизерах (жидкий катод), а также в металлургии для извлечения золота и серебра методом амальгамирования.

Химические свойства. Цинк - довольно активный металл. При нагревании он легко окисляется кислородом, галогенами и другими неметаллами, образуя бинарные соединения:

При температуре 150 С цинк реагирует с парами воды с выделением водорода:

t

Zn + H₂O = ZnO + H₂

По отношению к неметаллам кадмий и ртуть напоминают цинк. Ртуть отличается большим сродством к сере и йоду, с которыми она реагирует уже при комнатной температуре. Азот, фосфор, углерод, кремний и бор с ртутью непосредственно не взаимодействуют. Ртуть растворяет многие металлы с образованием жидких или твердых сплавов - амальгам.

В ряду стандартных электродных потенциалов цинк и кадмий стоят левее водорода, поэтому они энергично растворяются в растворах кислот (кадмий менее активен). Ртуть в ряду стандартных электродных потенциалов стоит правее водорода, поэтому растворяется только в кислотах-окислителях по аниону, например:

Hg + 4HNO₃(конц) = Hg(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O;

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

Цинк, в отличие от кадмия и ртути, легко растворим в щелочах:

Zn + 2KOH + 2H₂O = K₂[Zn(OH)₄] + H₂