План лекции: Международная система единиц Атомно-молекулярное учение Стехиометрия химических реакций

3. Общая характеристика группы IIБ. Простые вещества
Цинк Zn, кадмий Cd и ртуть Hg — полные электронные аналоги; каждый в своем периоде является последним элементом d-семейства. Следовательно, у них завершена d-электронная конфигурация. В этом отношении цинк и его аналоги отличаются от остальных d-элементов и, наоборот, проявляют сходство с p-элементами больших периодов.
У элементов подгруппы цинка высшая степень окисления равна +2. Вместе с тем (n-1)d¹⁰-электроны цинка и его аналогов, как и у других d-эле­ментов, способны к участию в донорно-акцепторном взаимодействии. При этом в ряду Zn²⁺-Cd²⁺-Hg²⁺ по мере увеличения размеров (n-1)d-орбиталей электроно-донорная способность ионов возраста­ет. Ионы Э²⁺(d¹⁰) проявляют ярко выраженную тенденцию к обра­зованию комплексных соединений.
Высокая устойчивость 6s²-электронной пары ртути накладывает отпечаток на все ее свойства и обусловливает ее существенное от­личие от цинка и кадмия. В частности, в противоположность соеди­нениям Zn и Cd большинство соединений Hg мало устойчивы. Далее, в отличие от цинка и кадмия для ртути характерны производные кластерного радикала Hg₂²⁺. В радикале Hg₂²⁺ атомы связаны меж­ду собой ковалентной связью -Нg-Hg-, т.е. снова возникает конфигурация 6s². В производных Hg₂²⁺ степень окисления Hg при­нимают равной +1.
Простые вещества. В земной коре цинк находится в виде смеси шести, кадмий - восьми и ртуть - семи стабильных изотопов. Искусственно полу­чены также многочисленные радиоактивные изотопы.
Важнейшие минералы Zn, Cd и Hg — цинковая обманка. HgS — киноварь, ZnCO₃—галмей, CdS — гринокит. Цинк и его аналоги входят в состав полиметаллических руд. Самородная ртуть встре­чается в природе.
В виде простых веществ цинк, кадмий и ртуть — серебристо-белые металлы. Но во влажном воздухе они по­степенно покрываются пленками оксидов и теряют блеск. Все три металла (особенно ртуть) достаточно легкоплавки.
По химической активности, цинк и его аналоги уступают щелочноземельным ме­таллам. При этом в противоположность подгруппе кальция в подгруппе цинка с ростом атомной массы химическая актив­ность металлов (как и в других подгруп­пах d-элементов, кроме подгруппы скан­дия) понижается.
Цинк - химически активный металл, легко растворяется в кислотах и при нагревании в щелочах:
Zn + 2OH₃⁺ = 2Н₂О = Н₂ + [Zn(OH₂)₄]²⁺,
Zn + 2Н₂О + 2ОН^- = Н₂ + [Zn(OH)₄]^2-/
Кадмий в щелочах практически не растворяется, а в кислотах — менее энергично, чем цинк; ртуть же растворяется только в кислотах, являющихся достаточно сильными окислителями за счет своих ани­онов. При этом могут получиться производные как Hg(II), так и Hg(I). Например, при действии на Hg концентрированной азотной кислотой получается Hg(NO₃)₂:
Hg + 4HNO₃ = Hg(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2Н₂О.
При действии на избыток Hg разбавленной HNO₃ получается Hg₂(NO₃)₂:
6Hg + 8HNO₃ = 3Hg₂(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O.
Цинк и кадмий по отношению к HNO₃ и концентрированной H₂SO₄ ведут себя значительно активнее. Цинк, например, очень разбавленную HNO₃ восстанавливает до иона аммония:
4Zn + 10 HNO₃ = 4Zn(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂O.
При нагревании цинк и его аналоги весьма энергично взаимодей­ствуют с активными неметаллами. Интересно, что ртуть взаимо­действует с серой и иодом даже в обычных условиях.
Цинк, кадмий и ртуть легко образуют сплавы как друг с другом, так и с другими металлами. Сплавы ртути с другими металлами — амальгамы — обычно жидки или тестообразны. Их можно получить растиранием или даже простым перемешиванием металла с ртутью. Так, при растирании натрия с ртутью происходит экзотермический процесс образования амальгамы, в которой обнаружено не менее семи интерметаллических соединений. Амальгама кадмия представ­ляет собой металлический раствор. На растворимости в ртути золота основан один из методов выделения его из руды.
В противоположность щелочноземельным металлам цинк и кадмий в свободном состоянии можно получить химическим восстановлением или электролизом растворов их соединений.
Большая часть добываемого цинка используется для оцинкования железа (предохранения от ржавления), а также для получения раз­личных сплавов. Из последних наиболее известны латунь (60% Сu, 40% Zn), томпак (90% Сu, 10% Zn), нейзильбер (65% Сu, 20% Zn, 15% Ni). Из кадмия изготовляют регулирующие стержни атом­ных реакторов. Его применяют для получения легкоплавких спла­вов, гальванических покрытий, электродов щелочных аккумулято­ров, механически прочных медно-кадмиевых сплавов для электропроводов и т. д. Ртуть широко используется как катод при электро­химическом получении едкого натра и хлора, как катализатор в ор­ганическом синтезе (например, в производстве уксусной кислоты), для изготовления выпрямителей, ламп дневного света, ртутных манометров.