Элементы 12-й группы

В результате изучения данной главы студент должен:

знать

• • особенности строения внешних и предвнешних электронных оболочек элементов 12-й группы;
• • особенности химических свойств оксидов и гидроксидов элементов 12-й группы;
• • биологическую роль и применение элементов 12-й группы в медицине и фарманализе;

уметь

• составлять уравнения реакций, характеризующих химические свойства элементов 12-й группы;

владеть

• навыками интерпретации важнейших свойств элементов элементов 12-й группы.

Общая характеристика

Элементы цинк Zn, кадмий Cd и ртуть Ilg составляют 12-ю группу и не относятся к переходным. Каждый из перечисленных элементов в своем периоде является последним элементом d-семейства, поэтому у них завершена^{-конфигурация} предвнешней оболочки. Этим они отличаются от остальных^{-элементов} и проявляют определенное сходство с р-элементами больших периодов.

Ниже показаны электронные конфигурации предвнешних и внешних оболочек рассматриваемых элементов:

• 30Zn — [Ar] 3d^l4s²]
• 48Cd — [Кг] 4d¹⁰5s²;
• 80Hg — [Хе] 4/¹⁴5Л².

В отличие от атомов элементов группы меди предпоследняя оболочка элементов группы цинка является стабильной: из подуровня (I^ю электроны не отрываются. Валентными являются внешние я$²-электроны, которые в нормальном состоянии имеют противоположные спины, а при возбуждении происходит их распаривание.

Важнейшие данные об элементах 12-й группы приведены в табл. 10.1.

Из приведенных данных табл. 10.1 ясно, что первая и вторая энергии ионизации у Zn выше, чем у Cd, что связано с большим значением главного квантового числа у Cd. Увеличение этих характеристик у ртути связано с проникновением б5²-электронов внешней оболочки под экран как 5^/¹⁰-электронов, так и 4/¹⁴-электронов. Поэтому ртуть настолько сильно отличается по своим свойствам от Zn и Cd, что ее нельзя рассматривать как элемент, сходный с ними.

Физические константы элементов группы цинка.

У элементов данной группы высшая степень окисления равна +2, ртуть, кроме того, образует соединения, в которых проявляет степень окисления +1. Характерной особенностью этих элементов является их склонность к комплексообразованию.

Простые вещества, образованные элементами данной группы, характеризуются гексагональными кристаллическими решетками.

Ртуть — единственный металл, который в обычных условиях находится в жидком состоянии (Г_пл ~ -39°С).

Элементы данной группы обладают восстановительными свойствами, убывающими от цинка к ртути. В ряду стандартных электродных потенциалов цинк и кадмий расположены до водорода (стандартные потенциалы равны -0,763 В и -0,403 В соответственно), а ртуть — после водорода (стандартный потенциал +0,788 В).

В обычных условиях Zn и Cd с 0₂ практически не реагируют из-за наличия пленки оксида, защищающей металл от дальнейшего окисления.

При нагревании Zn и Cd, соединяясь с 0₂, образуют оксиды ZnO и CdO.

Ртуть с кислородом может реагировать при невысокой температуре.

Zn и Cd в порошкообразном состоянии в смеси с серой при нагревании вспыхивают, a Hg реагирует с серой при растирании.

Реакция с водой для Zn и Cd из-за нерастворимой в Н₂0 защитной пленки оксида практически не протекает.

Zn и Cd активно реагируют с разбавленной H₂S0₄ и НС1, вытесняя водород:

Реакция с кадмием идет медленнее, поэтому ее проводят при нагревании.

Более концентрированная H₂S0₄ восстанавливается либо до S0₂, либо до H₂S:

Ртуть хорошо растворяется в HN0₃: в концентрированной образуется Hg²⁺, а в разбавленной — [Hg₂]²⁺:

Цинк взаимодействует с очень разбавленной HN0₃, восстанавливая ее до NH₄N0₃:

Цинк при нагревании растворяется в щелочах:

Кадмий и ртуть со щелочами не взаимодействуют.