Фізичні і хімічні властивості

ЕЛЕМЕНТИ ІІВ ГРУПИ

Загальна характеристика елементів ІІВ групи

До ІІВ групи періодичної системи належать цинк Zn, кадмій Cd та ртуть Hg. Усі елементи підгрупи цинку є електронними аналогами та останніми d-елементами відповідних періодів. Електронна конфігурація їх валентних електронів ns²(n-l)d¹⁰. Така електронна конфігурація свідчить про те, що на зовнішньому енергетичному рівні цинк, кадмій та ртуть мають по 2s-електрони як і елементи IIА групи. Однак елементи ІІВ групи мало схожі на лужноземельні метали. Це зумовлено наявністю у них на передостанньому рівні десяти d-електронів, які відсутні у елементів IIА групи.

Характеристика елементів і простих речовин ІІВ групи

	Zn	Cd	Hg
Вміст у земній корі, мас. частка, %	2,0 × 10^-2	1,3 × 10^-5	8,3 × 10^-6
Відносна атомна маса	65,37	112,40	200,59
Валентні електрони	3d¹⁰4s²	4d¹⁰5s²	5d¹⁰6s²
Металічний радіус атома, нм	0,139	0,156	0,160
Радіус іона E²⁺, нм	0,083	0,099	0,112
Енергія іонізації, еВ
E⁰®E⁺	9,39	8,99	10,44
E⁺®E²⁺	17,96	16,91	18,76
E²⁺®E³⁺	39,70	37,47	34,2
Відносна електронегативність	1,7	1,5	1,5
Густина, г/см³	7,14	8,65	13,55
Температура плавлення, °С	419,5		-38,9
Стандартний електродний потенціал, В	-0,763	-0,403	+0,854

Як видно з даних таблиці, у елементів підгрупи цинку атомний та іонний радіус монотонно збільшується, а енергія іонізації від Zn до Cd зменшується. Зростання енергії іонізації Hg обумовлено проникненням 6s-електронів під подвійний екран 5d¹⁰ і 4f^І4-електронів.

У Zn, Cd і Hg радіуси атомів менші, а енергія іонізації виша, ніж у металів IIА групи. У порівнянні з лужноземельними металами ці елементи мають значно меншу відновну активність, яка зменшується при переході від цинку до ртуті.

Передостанній електронний рівень атомів цинку, кадмію та ртуті, на відміну від елементів IB групи, є досить стабільним. Тому значення третьої енергії іонізації майже вдвічі більше, ніж значення другої енергії. Цим пояснюється, чому в утворенні хімічного зв'язку приймають участь лише s-електрони зовнішнього енергетичного рівня.

Цинк, кадмій та ртуть у сполуках виявляють ступінь окиснення +2, але ртуть може утворювати сполуки із ступенем окиснення + 1. Мова йде про радикал Hg₂²⁺, в якому атоми ртуті пов'язані між собою ковалентним зв'язком -Hg-Hg-. Як показали дослідження, одновалентної ртуті не існує.

За фізичними і особливо за хімічними властивостями ртуть дуже відрізняється від цинку та кадмію, тому її слід розглядати окремо.

Поширення в природі і одержання металів підгрупи цинку

Основні мінерали цих металів: сфалерит ZnS (цинкова обманка), гринокіт CdS, кіновар HgS. Інколи ртуть зустрічається у вільному стані.

Для одержання цинку та кадмію їх сульфідні руди піддають окиснювальному випалюванню:

2ZnS + ЗО₂ = 2ZnO + 2SO₂.

Утворений оксид цинку відновлюють вуглецем:

ZnO + С = Zn + CO.

Ртуть одержують випалюванням кіноварі:

HgS + О₂ = Hg + SO₂

Фізичні і хімічні властивості

Цинк і кадмій — сріблясто-білі м'які метали, а ртуть — єдиний рідкий за звичайних умов метал. На відміну від лужноземельних елементів, за величинами густини Zn, Cd і Hg є важкими металами.

На повітрі метали ІІВ групи втрачають блиск внаслідок утворення на їх поверхні оксидної плівки.

В електрохімічному ряді напруг цинк і кадмій розміщені до водню, тому вони витісняють водень з кислот неокисників:

Cd + 2Н₃О⁺ = Cd²⁺ + Н₂ + 2Н₂О.

Ртуть більш електронегативна, ніж водень, тому вона розчиняється лише в кислотах-окисниках. Азотна кислота розчиняє усі три метали:

4Zn + 10НNО_3(дуже _розв) = 4Zn(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + ЗН₂О,

3Cd + 8HNO₃₍_p₎ = 3Cd(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O,

Hg + 4HNO_3(K) = Hg(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O.

У присутності аніонів, які утворюють міцні комплекси, ртуть також розчиняється:

Hg + 4НІ = H[Hgl₄] + Н₂.

У зв'язку з тим, що цинк має амфотерні властивості, він розчиняється не лише в кислотах, а і у лугах з утворенням тетрагідроксоцинкат(ІІ)-іону:

Zn + 2NaOH + 2Н₂О = Na₂[Zn(OH)₄] + Н₂.

Для металів ІІВ групи найбільш характерною ознакою є утворення інтерметалічних сполук. Ртуть з лужними, лужноземельними металами та елементами підгрупи міді утворює амальгами. Амальгами срібла, золота та олова використовують у стоматології.

У зв'язку з рідким станом металічна ртуть за звичайних умов реагує з сіркою:

Hg + S = HgS.

На цій реакції базується знезараження приміщень від ртуті. її попередньо збирають амальгамованою мідною пластинкою, а рештки ртуті засипають порошком сірки.

12 Следующая ⇒