Підгрупа цинку

За поширеністю в природі цинк і його аналоги коштують далеко позаду відповідних елементів підгрупи кальцію. Вміст цинку в земній корі оцінюється в 0,001%, кадмію 8.10 -6% і ртуті – 6.10 -7%.

Всі три елементи зустрічаються переважно у вигляді сірчистих сполук типу ЕS. Найважливішими рудами цинку і ртуті є мінерали цинкова обманка (ZnS) і кіновар (HgS). Аналогічний їм природний сульфід кадмію – мінерал гринокіт (CdS)-самостійно зустрічається вкрай рідко. Навпаки, невеликі кількості CdS майже завжди містяться в цинковій обманці. Важливою рудою цинку є також мінерал ГалМі (ZnСО3). Мінерали цинку дуже часто зустрічаються спільно зі свинцевими і срібними. До складу більшості подібних поліметалічних (що містять кілька металів) руд входить також і кадмій.

Процес отримання елементарного цинку з руд проводиться в дві стадії. Спочатку випалюванням на повітрі переводять сульфід в окис, а потім відновлюють її вугіллям:

2ZnS + ЗО2 = 2SO2 + 2ZnO

і

ZnO + З = СВ + Zn

Утворені по другій реакції пари цинку захоплюються струмом СО і згущуються в конденсаторах. Однак частина їх несеться далі й осідає потім у вигляді тонкого порошку. Основна маса останнього піддається повторній переробці, частково ж він надходить у продаж під назвою цинкового пилу.

Для виділення цинку часто користуються також електролізом. У цьому випадку отриману шляхом окисного випалу руди ZnO обробляють сірчаної кислотою. Утворений розчин ZnSO4 і служить електролітом, з якого потім осаджують цинк.

Внаслідок більшої летючості кадмію в порівнянні з цинком він накопичується в цинкового пилу. Останню розчиняють у H2 SO4 і на розчин діють металевим цинком. При цьому за схемою

Cd2 + + Zn = Zn2 + Cd

відбувається виділення кадмію.

Зважаючи нестійкості HgO при високих температурах отримання металевої ртуті зводиться до однієї реакції:

HgS + O2 = SO2 + Hg

Виділяються пари ртуті вловлюють в спеціальних приймальниках, де вони і сжижаются.

Елементи підгрупи цинку являють собою білі метали з синюватим (Zn) або сріблястим (Cg, Hd) відтінком. На вологому повітрі вони покриваються плівками оксидів і втрачають свій блиск. Всі три металу (особливо ртуть) легкоплавки. Їх найважливіші константи зіставлені в наведеній таблиці.

На противагу кування і тягучому кадмію цинк при звичайних умовах досить крихкий. Всі три елементи легко утворюють сплави один з одним і-багатьма іншими металами. Чи не скільки особливе місце серед них займають сплави ртуті (т. зв. Амальгами), багато з яких рідкі або тістоподібної.

1) Щорічне світове виробництво цинку становить близько 2,5 млн. т. Велика частина видобутого металу використовується для оцинкування заліза (тобто покриття його тонким шаром цинку) з метою запобігання від іржавіння.

Основне споживання кадмію пов’язане з виробництвом так званих лужних акумуляторів. Його щорічна світова вироблення становить близько 7 тис. т.

Ртуть знаходить застосування в дуже багатьох найрізноманітніших областях, Її щорічна світова видобуток становить близько 6 тис. м.

2) Важливо використання ртуті пов’язано з отриманням високого вакууму. Для цього зазвичай служить виготовляється зі скла або металу ртутний вакуумний насос, схематично показаний на рис. 182. Нагріванням до кипіння заповнює нижню частину посудини ртуті ство дається безперервна струмінь її пара, котораясквозь вузьку трубку з великою швидкістю надходить у охолоджуване зовні водою простір, приєднане до відкачуваного судині через А. Швидко летять атоми ртуті своїми ударами женуть молекули відкачуваного газу до відведення Б, де ці молекули потрапляють під дію більш грубого насоса («фор-вакуумного»), що дає всій системі попереднє розрідження порядку О, 1 -0,01 мм рт. ст. Самі ртутні пари конденсуються в охолоджуваному просторі, і рідка ртуть знову надходить у нагрівається судину. Установка працює безперервно і здатна створити вакуум з тиском до стомільйонним Часткою міліметра ртутного стовпа.

У зіткненні з сухим повітрям Zn, Cd і Hg при звичайній температурі не змінюються. Будучи досить нагріті, Zn і Cd згоряють до окислів ЕО, тоді як ртуть окислюється лише повільно. Взаємодія Zn і Cd з сіркою протікає також вельми енергійно, але для початку реакції потрібно нагрівання. Навпаки, ртуть з’єднується з дрібно роздробленою сіркою (при розтиранні обох елементів в ступці) вже на холоду. Аналогічні відмінності спостерігаються і щодо цих металів до Галоїди, з якими за звичайних умов ртуть реагує легше, ніж Zn і Cd. Ця підвищена хімічна активність ртуті обумовлена її рідким агрегатним станом, сильно полегшує протікання реакцій. По суті ж металеві властивості елементів в ряду Zn-Cd-Hg помітно послаблюються. Це видно, зокрема, з наведеного на рис. 183 зіставлення теплот освіти аналогічних сполук розглянутих елементів: при переході від Zn до Hg вони у всіх випадках зменшуються.

В ряді напруг цинк розташований лівіше заліза, кадмій – кілька правіше його, а ртуть – значно-правіше водню. Незважаючи на те, що Zn і Cd більш металевості, ніж водень, вони практично не витісняють його з води, так як поверхня металів швидко покривається захисною окисною плівкою. У розведених НСl і H2 SO4 цинк розчиняється легко, кадмій повільно, а ртуть нерастворима. У азотній кислоті всі три елементи легко розчиняються. Наприклад, реакція з ртуттю йде па рівнянням:

3Hg. + 8HNO3 = 3Hg (NO3) 3 + 2NO + 4Н2 Про

Від своїх аналогів цинк відрізняється розчинністю також в міцних розчинах лугів:

Zn + 2NaOH = Na2 ZnO2 + Н2

Цинк і кадмій утворюють тільки один ряд сполук, що відповідає двовалентним елементам. Для ртуті, крім того, характерні похідні, в яких вона електрохімічно одновалентна. Сполуки цього типу будуть окремо розглянуті в кінці параграфа. На противагу не надто отруйним похідним Zn і Cd і сама ртуть та її сполуки надзвичайно отруйні.

Окису цинку і його аналогів (ЕО) можуть бути отримані шляхом безпосереднього з’єднання елементів з киснем при нагріванні. На противагу білої ZnO аналогічні окисли Cd і Hg мають коричневий (CdO) або яскраво-червоний (HgO) колір. При дуже тонкому подрібненні окису ртуті колір її стає жовтим. У воді окису Zn, Cd і Hg майже нерозчинні, але в кислотах легко розчиняються, утворюючи відповідні солі.

Посилання на основну публікацію