Общая характеристика d -элементов II Б - группы.

У элементов IIБ-группы (Zn, Сd, Нg) предпоследний электронный слой полностью заполнен, «неспаренных» электронов нет.

Это и определяет стабильность и особенности химических свойств элементов.

Элементы IIБ-группы имеют два спаренных электрона на s-подуровне внешнего уровня. Эти электроны и определяют постоянную валентность, равную двум.

В соединениях элементы этой группы имеют степень окисления +2. Для ртути характерна степень окисления +1 в результате образования атомных димеров Нg₂²⁺ (соединения Нg₂Сl₂, Нg₂(NO₃)₂). В этих димерах связь между атомами ртути неполярна ⁺Нg—Нg⁺. Поэтому суммарное значение степени окисления равно +1.

Увеличение электроотрицательности в ряду элементов IIБ-группы Zn(1,6)—Сd(1,7)—Нg(1,9) приводит к ослаблению основных и восстановительных свойств, т.е. возрастает неметалличность элемента. Это, в частности, способствует димеризации атомов ртути.

По физическим и химическим свойствам ртуть значительно отличается от цинка и кадмия. Ртуть в электрохимическом ряду напряжений металлов стоит после водорода, поэтому растворяется лишь в кислотах-окислителях:

3Нg + 8НNО₃ → ЗНg(NО₃)₂ + 2NО + 4Н₂О

Zn, Сd, Нg находятся на границе между неметаллами (p-элементами) и металлами (d-элементами), поэтому оксо- и гидроксосоединения Zn, Сd и Нg проявляют амфотерный характер. Амфотерность соединения от Zn к Нg резко уменьшается. Цинк растворяется в щелочи при нагревании.

Zn + 2NаОН + 2Н₂О → Nа₂[Zn(ОН)₄] + Н₂

Кадмий в тех же условиях не растворяется.

Металлы IIБ-группы (так же как их оксиды и гидроксиды) хорошо растворяются в кислотах. Zn и Сd реагируют с разбавленными (содержание меньше 10%) НСl, НNО₃, Н₂SO₄ с выделением водорода. Zn, Сd и Нg с концентрированными НNО₃ и Н₂SО₄ реагируют с выделением NO и SО₂.

Элементы IIБ-группы являются своеобразным «экватором», при переходе через которых свойства элементов меняются от основных к кислотным. Аналогичное явление наблюдается в случае s-элементов для бериллия, обладающего амфотерными свойствами. Бериллий расположен между металлом Li и неметаллом В.

Близость химических свойств Zn и Сd можно объяснить почти равными значениями электроотрицательности элементов, соответственно 1,6 и 1,7. Амфотерный характер элементов IIБ-группы проявляется еще и в том, что цинк, кадмий и ртуть могут находиться не только в гидратированной кати-онной форме [М²⁺(Н₂О)_n], где n = 4, 6, но и в анионной [М²⁺(ОН)_n], где n = 4, 6, в том числе и.в виде аутокомплексов: Сd[СdI₃], Сd[СdI₄], Нg[НgСl₃]₂, Нg[НgСl₄].

Цинк, кадмий и ртуть, как и все d-элементы, образуют большое число комплексных соединений. Комплексообразование идет за счет свободных орбиталей ионов металлов и за счет неподеленных пар d-электронов (n—1)-слоя. Для цинка характерно координационное число, например, К₂[Zn(ОН)₄], К₂[НgI₄] для кадмия — 4,6, например, [Сd(NН₃)₆]Сl₂.

 

Химические свойства соединений цинка, кадмия и ртути.

Металлы IIБ-группы реагируют при нагревании с галогенами (если без нагревания, то необходимо увлажнение), кислородом, серой. Цинк и кадмий реагируют также с фосфором.

При взаимодействии с кислородом образуются оксиды общей формулы МО. Оксиды имеют характерную окраску: ZnО — белый, СdO — коричневый, НgО — желтый или красный. Оксиды не растворяются в воде, но растворяются в кислотах.

Оксидам МО соответствуют гидроксиды типа М(ОН)₂, нерастворимые в воде. Термическая устойчивость гидроксидов Zn (II) и Сd(II) значительно выше гидроксида ртути (II), который разлагается в момент осаждения из раствора.

При обработке НgО водным раствором NНз образуется желтый осадок (основание Миллона):

При нагревании этого соединения до 125°С образуется гидроксид:

Диспергированный гидроксид ртути (II) в коллоидном состоянии служит бактерицидным средством. Антисептическим действием обладает также белый осадок ртути амидохлорида, который получается взаимодействием водного раствора аммиака с сулемой (НgСl₂) или каломелью (Нg₂Сl₂):

НgСl₂ + 2NН₃ → НgNH₂Сl + NН₄Сl

Нg₂Сl₂ + 2NН₃ → НgNН₂Сl + NН₄Сl + Нg

Обе реакции используются в химическом анализе для обнаружения ионов Нg²⁺ и Нg₂²⁺.

Амидохлорид ртути НgNН₂Сl может взаимодействовать в биологической системе с сульфогидроксильными группами белков. Этим объясняется антисептическое действие амидохлорида ртути.

Для обнаружения ионов аммония NH₄⁺ также используются соединения ртути К₂[НgI₄] (калий тетраиодомеркурат — реактив Несслера)

2К₂[НgI₄] + NН₃ + 3КОН → НОНgNННgI + 7КI + 2Н₂О

Из других солей ртути в медицине и ветеринарии применялись Нg₂Сl₂ и НgСl₂.

Каломель в воде растворяется незначительно и поэтому менее токсична, чем сулема.

Сулема НgСl₂ представляет собой бесцветные кристаллы, достаточно хорошо растворимые в воде, спирте, эфире, пиридине и др.

Интересно, что в водных растворах НgСl₂ почти не диссоциирует и находится в молекулярной форме. Поэтому водные растворы сулемы не проводят электрический ток.