cynkowce

Cynkowce

Zuzanna Niemiec i Karolina Cynk

START

Czym są cynkowce?

• Cynkowce to pierwiastki chemiczne należące do 12 grupy układu okresowego. Do cynkowców należą następujące metale: cynk, kadm, rtęć i kopernik. Na powłoce walencyjnej cynkowców znajdują się dwa elektrony walencyjne.

Otrzymywanie cynkowców

Hg

Cd

Zn

Kadm otrzymuje się jako produkt uboczny metalurgii cynku.

Zn + S → ZnS

HgS + Fe → Hg↑ + FeS

ZnO + C → Zn + CO

ZnSO4 + H2O→ 1/2O2+ H2SO4 Zn +

Ogrzewanie HgS wobec reduktora np. Fe

Otrzymywanie kadmu odbywa się równolegle z produkcją cynku

Cynk otrzymywany jest głównie z siarczku cynku

Roztwarzanie w kwasach mineralnych

Cynk i kadm - metale o ujemnych potencjałach standardowych roztwarzają się dobrze w kwasach mineralnych wydzielając równocześnie wodór. Gorące roztwory mocnych zasad działają jednak tylko na cynk , który przechodzi w tetrahydroksocynkan z wydzieleniem wodoru.

Zn + 2 (OH)- + 2 H2O → ([Zn(OH)4])2- + H2

Właściwości cynkowców

ciało stałe

> nieznacznie niebieskawy odcień> łatwo topliwy > kruchy > bardzo reaktywny

Cynk

ciało stałe

Kadm

> nieznacznie niebieskawy odcień> łatwo topliwy > kowalny

ciecz

Rtęć

> srebrzystobiała> olśniąca > rozpuszczając metale tworzy stopy zwane amalgamatami

Wygląd cynku , rtęci i kadmu

rtęć

cynk

kadm

Inne właściwości cynkowców

Występowanie

Cynk

W skorupie ziemskiej występuje w postaci minerałów – głównie są to blenda cynkowa i smitsonit. W Polsce największe złoża rud cynku (wraz z rudami ołowiu) stwierdzona na północy i północnym wschodzie Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Wydobywane są głównie w okolicach Olkusza.

Występowanie

Kadm

Znaczne ilości kadmu zawierają rudy cynku i paliwa kopalne (np. węgiel kamienny). W wyniku ich wydobywania i przetwarzania jego znaczne ilości uwalniają się do atmosfery, hydrosfery i gleb

Występowanie

Rtęć

Najpowszechniej na naszej planecie rtęć występuje w postaci złóż metalicznych w skałach - zarówno w czystej postaci, jak i mieszanek mineralnych. Zlokalizowana jest przy tym przede wszystkim w młodych regionach orogenicznych oraz strefach wulkanicznych.

Zastosowanie cynku

Cynk stanowi ważny metal użytkowy. Największe jego ilości są używane do ochronego powlekania innych metali , przede wszystkim rożnorakich wyrobów żelaznych (rur , drutów , blach itp.). Powłoka cynkowa chroni żelazo przed korozją.Ma duże znaczenie jako składnik licznych stopów. Stosowany jest także w ogniwach elektrycznych Daniella i Leclanchégo. Dzięki właściwościom przeciwzapalnym i bakteriobójczym związki cynku stosowane są w medycynie i kosmetologii, np. jako składniki środków dermatologicznych

Zastosowanie kadmu

Tworzy dobre powłoki antykorozyjne na innych metalach , lepsze niż powłoki cynkowe. Wchodzi w skład licznych łatwo topliwych stopów. Stanowi dodatek zwiększający wytrzymałość miedzi. Amalgamat kadmu znajduje zastosowanie w dentystyce . Kadm ma tez znaczenie w techice jądrowej jako materiał służący do pochłaniania neutronów w reaktorach atomowych. Kadm znajduje ważne zastosowanie przy budowie akumulatorów niklowo-kadmowych.

Zastosowanie rtęci

Dzięki swoim właściwościom znalazła zastosowanie do wypełniania termometrów, barometrów, manometrów, pomp próżniowych, itp. Duże ilości rtęci zużywane są do wydobywania złota i srebra, oraz do elektrolizy litowców i produkcji materiałów wybuchowych. Oprócz tego jest stosowana: do produkcji farb okrętowych. Rtęć stanowi elektrodę standardowego ogniwa Westona.

Związki cynkowców na stopniu utlenienia II

Kolory tlenków

Tlenki cynkowców

Eureka!

ZnO , HgO , CdO można otrzymać bezpośrednio z pierwiastków. ZnO i CdO otrzymuje się też w wyniku rozkładu węglanów. HgO otrzymamy również z ostrożnego rozkładu Hg(NO3)2. ORAZ metodą mokrą działając na roztwór soli rtęci II mocnymi zasadami : Hg2+ + 2OH- = HgO + H2O

tlenek cynku jest biały , na gorąco przybiera barwę żółtą tlenek kadmu jest brunatny , w temperaturze ciekłego powietrza staje się biały. tlenek rtęci II ma kolor czerwony.

Związki cynkowców na stopniu utlenienia II

Kolory wodorotlenków Zn(OH)2 i Cd(OH)2 mają barwę białą Hg(OH)2 ma barwę czerwoną lub żółtą w zależności od stopnia rozdrobnienia.

Wodorotlenki cynkowców

Eureka!

Wodorotlenki cynku i kadmu strącają sie z roztworów soli tych metali pod działaniem odpowiedniej ilości mocnych zasad. Wodorotlenku rtęci nie udaje się otrzymać , a zasady strącają z roztworów soli rtęci II nie wodorotlenek lecz tlenek.

Właściwości tlenków oraz wodorotlenków cynkowców

Wodorotlenki

Tlenki

W szeregu ZnO , CdO i HgO wzrastają właściwości zasadowe. Tlenek cynku jest amfoteryczny. Tlenek rtęci wykazuje właściwości zasadowe.

Wodorotlenek cynku jest amfoteryczny. Wodorotlenek kadmu wykazuje bardzo słabą amfoteryczność , działają na niego tylko bartdzo stężone zasady.

Wodorotlenek cynku roztwarza się łatwo w nadmiarze mocnych zasad dając tetrahydroksocynkany(II)

Zn(OH)2 + 2OH- = [Zn(OH)4]2-

Obydwa wodorotlenki roztwarzają sięw amoniaku

Zn(OH)2 + 4NH3 = [Zn(NH3)4](OH)2 Cd(OH)2 + 4NH3 = [Cd(NH3)4](OH)2

Związki cynkowców na stopniu utlenienia II

Kolory siarczków Siarczek cynku jest biały. Siarczek kadmu jest żółty. Siarczek rtęci jest czarny.

Związki cynkowcówz siarką

Eureka!

Najłatwiej można otrzymać przeprowadzając strącenie siarkowodorem z roztworów odpowiednich soli. Siarczki wszystkich trzech metali strącone z roztworu wodnego mają strukturę blendy cynkowej.

Związki cynkowców na stopniu utlenienia II

Związki cynkowcówz fluorowcami

Eureka!

Krystaliczne zwiąki cynkowców z fluorowcami tworzą szereg różnych sieci począwszy od typowo jonowej sieci ZnF2 , poprzez warstwową sieć jodku kadmu charakterystczną dla substancji o wiązaniach przejściowych , aż do cząsteczkowej sieci przestrzennej chlorku rtęci II.

Z jonami chlorkowymi , w roztworach chlorków litowców lub berylowców tworzy ZnCl2 kompleksy tetrachlorocynkanowe [ZnCl4]2-. Reakcja powstawania autokompleksów:

3cDI2 = Cd2+ + 2[CdI3]-

Chlorek rtęci II (HgCl2) (sublimat) otrzymuje się przez sublimację produktu reakcji między siarczanem rtęci II i chlorkiem sodu.

HgSO4 + 2NaCl = Na2SO4 + HgCl2

Można go otrzymać również z tlenku rtęci II, HgO I kwasu solnego

Hydroliza HgCl2, która zachodzi w małym stopniu przebiega według równania :

HgCl2 + 2H2O = Hg(OH)Cl + H3O++ Cl-

HgCl 2 - reakcja z amoniakiem

HgCl2 + 2NH3 = NH2HgCl + NH4Cl

Strącenie się jodku rtęci II

Hg2+ + 2I- = HgI2

HgI2 może dać sól kompleksową :

HgI2 + 2KI = K2[HgI4]

Zasadowy roztwór tej soli występuje pod nazwą odczynnika Nesslera. Służy do wykrywania amoniaku .

Związki cynkowców na stopniu utlenienia II

Sole kwasów tlenowych

Eureka!

Siarczany cynkowców tworzą hydraty. Różnią się one składem i strukturą. Siarczan cynku wydziela się z wody jako heptahydrat => ZnSO4 * 7H2O Siarczan kadmu może być otrzymany w postaci soli siedmiowodnej => CdSO4 * 7H2O w normalnych warunkach krystalizując z roztworów wodnych daje hydrat 3CdSO4 * 8H2O Siarczan rtęci występuje jako sól jednowodna => HgSO4 * H2O Węglan cynku występuje w w przyrodzie jako minerał smitsonit.

Właściwości związków cynkowców z siarką , fluorowcami oraz soli kwasów tlenowych

Sole kwasów tlenowych

Związki z fluorowcami

Siarczki

Chlorek cynku po stopieniu przewodzi prąd elektryczny , chlorek rtęci II go nie przewodzi. ZnCl2 tworzy kilka hydratów oraz jest substancją silnie higroskopijną.

Wszystkie siarczany cynkowców są dobrze rozpuszczalne w wodzie.

Barwa siarczku kadmu załeżnie od warunków strącania zmienia się od cytrynowożółtej do pomarańczowej. Siarczek cynku wykazuje zdolność fosforyzowania. Jest możliwość zmiany barwy siarczku rtęci z czarnej na czerwoną przez dłuższe ogrzewanie z rozcieńczonym roztworem siarczku metalu alkaicznego / za pomocą sublimacji

Związki cynkowców na stopniu utlenienia II

Związki kompleksowe cynkowców

Eureka!

Cynkowce na stopniu utlenienia II tworzą wiele związków kompleksowych z jonami cyjankowymi , halogenkowymi , z amoniakiem i aminami. Tworzą kompleksy tetraedryczne wykorzystując puste orbitale ns i np swoich dwudodatnich jonów. Kadm niekiedy przyjmuje w związkach kompeksowych także liczbę koordynacyjną 2. Jeszcze częściej tendencja ta zaznacza się w przypadku rtęci. Cynk tworzy zasadowy octan =>[(CH3COO)6Zn4O].

Związki kompelksowe rtęci

Amoniak reaguje z HgCl2

HgCl2 + 2NH3 = NH2HgCl + NH4Cl

Chlorek amidortęci w swojej sieci przestrzennej zawiera kationy w postaci zygzakowatych łańcuchów złożonych z rtęci i azotu. Występują w nich liniowe odcinki N-Hg-N co wskazuje na hybrydyzacje sp atomu rtęci. Załamanie łańcucha następuje na atomach azotu tworzących kąt ok. 109 stopni co wskazuje na hybrydyzacje sp3.

Ogrzewanie chlorku diaminartęci z wodą

2[Hg(NH3)2]Cl2+H2O = [Hg2(N)Cl(H2O)] + 3NH4Cl

Związki cynkowców na stopniu utlenienia I

Związki rtęci I otrzymuje się działając odpowiednimi związkami rtęci II na rtęć metaliczną. Większość tych związkow jest w wodzie trudno rozpuszczalna , a dobrze rozpuszczają się tylko chloran , nadchloran i azotan.

powstanie Azotanu rtęci I

6Hg + 8HNO3 = 3Hg2(NO3)2 + 2NO +4H2O

strącenie chlorku rtęci I (kalomelu)

Hg + 2Cl- = HgCl2

Rtęć I nie tworzy związków kompelksowych. Wprowadzenie do jej roztworów związków tworzących kompelksy z rtęcią II powoduje dysproporcjonowanie rtęci I. Produktem reakcji jest więc rtęć w stanie wolnym oraz kompelsy rtęci na wyższym stopniu utlenienia.