К элементам подгруппы цинка относятся металлы: цинк Zn, кадмий Cd, ртуть Hg. Атомные веса: Zn — 65,37, Cd — 112,4, Hg — 200,59. Электроны по энергетическим уровням распределяются так, что на внешнем энергетическом уровне располагаются 2 электрона, находящихся на s-оболочке (табл. 24). Валентными в атомах элементов в данной подгруппе являются лишь электроны внешнего электронного слоя. Электроны предвнешнего слоя в образовании валентных
Распределение электронов по энергетическим уровням элементов побочной подгруппы II группы . Таблица 24
связей не участвуют в отличие от элементов побочной подгруппы I группы. С возрастанием заряда ядра от цинка к ртути снижается восстановительная активность. Цинк в ряду напряжений располагается левее водорода. Физические свойства элементов подгруппы цинка приведены в табл. 25.
Из элементов подгруппы цинка наибольшее значение имеют цинк и ртуть, поэтому мы в основном остановимся на этих металлах. 23. Сравните величину радиусов атомов щелочноземельных металлов и металлов подгруппы цинка, находящихся в одних и тех же периодах, и объясните, почему при одинаковой структуре внешнего электронного слоя элементы подгруппы цинка проявляют меньшую восстановительную активность. 24. Изобразите электронные конфигурации внешнего и предвнешнего слоя атомов элементов подгруппы цинка и распределение электронов по орбиталям. Отметьте их сходство и различие.
Цинк Zn — тяжелый цветной металл, химически активен, обладает хорошо выраженными восстановительными свойствами. Подобно алюминию, он покрыт защитной пленкой окиси, однако реагирует с кислородом при нагревании и даже может гореть в кислороде с образованием окиси цинка ZnO: 2Zn + О2 = 2ZnO В соединениях цинк постоянно двухвалентен. Если смешать тонкий порошок металлического цинка с мелкорастертой серой и нагреть, то происходит бурная реакция, сопровождающаяся яркой вспышкой, образуется сульфид цинка белого цвета: Zn + S = ZnS С галогенами цинк реагирует без нагревания: Zn + Cl2 = ZnCl2 Взаимодействие с водой практически прекращается сразу после начала реакции, так как на поверхности металла образуется плотная пленка гидроокиси цинка, которая прекращает доступ воды к металлу. Однако если вода берется в виде перегретого пара, а цинк — сильно раскаленный, то идет реакция с образованием окиси цинка: Zn + H2O = ZnO + H2↑ С кислотами цинк активно реагирует с вытеснением водорода. Реакция идет при обычных условиях и служит общеизвестным способом получения водорода в лаборатории: Zn + 2НСl = ZnCl2 + H2↑
Zn + 2H + = Zn 2+ + H2↑ При взаимодействии с концентрированной серной кислотой цинк в зависимости от концентрации кислоты и других условий может восстанавливать серу до сероводорода, до свободной серы или до двуокиси серы: Zn + H2SO4 → … (S +4 ) Zn + H2SO4 → … (S -2 ) Zn + H2SO4 → … (S 0 ) • Самостоятельно составьте полные уравнения и расставьте коэффициенты на основе электронного баланса. Особенностью цинка является его амфотерность. Наряду с реакцией между цинком и кислотами легко происходит реакция между цинком и щелочами. При этом цинк вытесняет из щелочей водород и образует соли — цинкаты: Zn + 2NaOH = Na2ZnO2 + H2↑ цинкат натрия Zn + 2Na + + 2OH — = 2Na + + ZnO 2 2 — + H2↑
Zn + 2OH — = ZnO 2 2 — + H2↑ ■ 25. Перечислите особенности химических свойств цинка, подтвердите их уравнениями реакции и обоснуйте с позиции теории строения атомов. Составьте план изложения этого вопроса. (См. Ответ) Окись цинка ZnO с водой в реакцию не вступает, однако обладая амфотерным характером, может вступать в реакцию как с кислотами: ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + Н2O ZnO + 2Н + + SO 2 4 — = Zn 2+ + SO 2 4 — + H2O ZnO + 2H + = Zn 2+ + H2O так и со щелочами: ZnO + 2NaOH = Na2ZnO2 + H2O ZnO + 2Na + + 2OH — = 2Na + + ZnO 2 2 — + H2O ZnO + 2OH — = ZnO 2 2 — + H2O Окись цинка широко используется для изготовления нетемнеющих цинковых белил. При сильном нагревании с углем окись цинка может быть восстановлена до свободного цинка: ZnO + С = Zn + СО Окись цинка иногда встречается в природе. Гидроокись цинка Zn(OH)2 — также вещество амфотер-ное, нерастворимое в воде, но хорошо растворимое как в кислотах: Zn(OH)2 + 2Н + = Zn 2+ + 2Н2O так и в щелочах: Zn(OH)2 + 2OН — = ZnO 2 2 — + 2Н2O • На основании приведенных сокращенных ионных . уравнений составьте полные ионные и молекулярные уравнения. Из солей цинка важнейшими являются хлорид ZnCl2 и сульфат ZnSO4.
Сульфат цинка (цинковый купорос) поступает в лаборатории в виде кристаллогидрата ZnSO4-7H2O. Разбавленные растворы применяются как лекарственное средство при некоторых заболеваниях. Как уже указывалось, сульфат цинка используют для получения металлического цинка путем электролиза, а также как протраву при крашении тканей. Хлорид цинка ZnCl2 — «травленая кислота» применяется при паянии, для пропитки древесины с целью предохранения ее от гниения, в производстве пергамента. Цинк в природе встречается в виде минерала цинковой обманки ZnS, которая является цинковой рудой. Цинк из нее получают посредством обжига на воздухе с последующим восстановлением полученной окиси углем: 2ZnS + 3O2 = 2SO2 + 2ZnO ZnO + С = Zn + СО Образовавшуюся окись иногда при наличии дешевой электроэнергии переводят серной кислотой в сульфат, а затем последний подвергают электролизу. Свободный цинк широко применяется в промышленности. Благодаря способности образовывать на поверхности металла защитную окисную пленку цинком покрывают изделия из железа для защиты от коррозии посредством погружения их в расплавленный цинк (цинкование). Чистый цинк довольно хрупок, поэтому чаще он применяется в составе сплавов, например латуни . Соединения цинка имеют гораздо более ограниченное применение по сравнению с чистым металлом. ■ 26. Что такое амфотерность и как она проявляется в соединениях цинка? (См. Ответ) 27. Укажите способы получения окиси и гидроокиси цинка. 28. Почему цинковая посуда портится при добавлении в нее при стирке уксуса или щелочи? Можно ли в цинковой посуде держать раствор медного купороса? 29. Каким простейшим способом можно освободить раствор сульфата цинка от примеси раствора сульфата меди? (См. Ответ)
Ртуть — единственный металл, находящийся при обычной температуре в жидком состоянии (температуре плавления — 38,8°). Ртуть белого цвета. Она обладает меньшей восстановительной активностью, чем цинк. В ряду напряжений ртуть располагается правее водорода, т. е. не вытесняет его из воды и кислот. Радиус атома ртути почти равен радиусу атома кадмия, а заряд ядра атома значительно больше, поэтому электроны внешнего слоя удерживаются ртутью значительно прочнее. ■ 30. Изобразите электронную конфигурацию внешнего и предв-нешнего слоя атома ртути. Объясните, почему среди металлов группы цинка ртуть проявляет наименьшую восстановительную активность. (См. Ответ) Ртуть легко образует с другими металлами сплавы, которые называются амальгамами. Ртуть химически малоактивна и на воздухе без изменений может храниться довольно долго. Однако при длительном слабом нагревании может окисляться, образуя окись ртути: 2Hg + O2 = 2HgO При растирании в ступке ртуть очень легко взаимодействует с серой, образуя сульфид ртути (II) черного цвета: Hg + S = HgS С водой ртуть в реакцию не вступает, но хорошо реагирует с азотной и концентрированной серной кислотами, обладающими сильным окисляющим действием. При этом в зависимости от того, при какой температуре ведется реакция, образуются соли как одновалентной, так и двухвалентной ртути. Ртуть в соединениях может быть одновалентной и двухвалентной. Соединения как одновалентной, так и двухвалентной ртути достаточно устойчивы, хотя и могут превращаться друг в друга. Следует отметить сильную ядовитость ртути, которая даже при комнатной температуре легко испаряется и может вызвать тяжелые отравления, оказывающие сильное влияние на сердце. При попадании соединений ртути внутрь возникает расстройство деятельности органов пищеварения и почек. Очень ядовиты и соединения ртути, такие, как, например, сулема. В промышленности применяется как металлическая ртуть, так и некоторые ее соли. Металлическую ртуть используют при изготовлении термометров, барометров и некоторых измерительных приборов, а также при добыче золота для его очистки от примесей, так как ртуть легко образует амальгамы с золотом и некоторыми другими драгоценными металлами. Этим ее свойством пользуются и в зубоврачебной практике для изготовления пломб.
Соли ртути также находят некоторое применение. Например, сулема HgCl2 используется как дезинфицирующее средство, каломель Hg2Cl2(Cl — Hg — Hg — Cl) — как легкое слабительное. В природе ртуть встречается изредка в самородном жидком состоянии, но чаще в виде соединений, например киновари HgS. Для получения из нее ртути киноварь сначала обжигают: 2HgS + 3O2 = 2HgO + 2SO2 а затем полученную окись ртути HgO разлагают нагреванием: 2HgO = 2Hg + O2 Обычно обе реакции протекают одновременно в едином процессе. ■ 31. Что такое амальгамы? С какой амальгамой вы уже знакомы? (См. Ответ) 32. Перечислите особенности химических свойств ртути. 33. Каково физиологическое действие ртути? 34. Укажите, где применяется металлическая ртуть. 35. Что вам известно о соединениях ртути? 36. В каком виде ртуть может встречаться в природе и как можно получить ее из природных соединений? Подтвердите свой ответ уравнениями реакций. 37. Основываясь на положении ртути в ряду напряжений металлов, опишите отношение ртути к воде, соляной кислоте, разбавленной и концентрированной серной кислоте, разбавленной и концентрированной азотной кислоте. (См. Ответ)
Титан Ti — элемент побочной подгруппы IV группы периодической системы. Атомный вес 47,9, заряд ядра + 22. Электроны распределены по четырем энергетическим уровням:
38. Изобразите электронную конфигурацию внешнего и предвнешнего слоев и распределение электронов по орбиталям. Незавершенностью d-орбиталей предвнешнего слоя объясняется то, что в образовании валентных связей участвуют не только два электрона внешнего слоя, но и два электрона предвнешнего слоя. B связи с этим титан может быть в соединениях как двухвалентным, так и (гораздо чаще) четырехвалентным. Соединения четырехвалентного титана более устойчивы.
Титан довольно легкий металл с плотностью 4,5. Он плавится при температуре 1670°, а кипит при 3260°. Титан пластичен, обладает хорошей ковкостью. Чем выше температура, тем сильнее проявляются восстановительные свойства титана. На холоде он сравнительно мало активен, но при нагревании легко взаимодействует с галогенами, кислородом, проявляя при этом степень окисления + 4. Из реакций со сложными веществами следует отметить взаимодействие с перегретым водяным паром: Ti +2H2O = TiO2 + 2H2↑ Интересно, что титан гораздо активнее реагирует с газообразными галогеноводородами, чем с аналогичными кислотами. Например, с хлористым водородом при нагревании идет реакция: Ti + 4НСl = TiCl4 + 2H2↑ в то время как соляная кислота действует на титан только в концентрированном виде. Кислородные кислоты с сильными окислительными свойствами в основном вступают с титаном в окислительно-восстановительные реакции: Ti + HNO3 → H2TiO3 + NO титановая кислота Ti + H2SO4 → Ti(SO4), + SO2 сульфат титана
• Закончите составление уравнений окислительно-восстановительных реакций самостоятельно. Однако на гладкой поверхности изделий из титана или его сплавов такие кислоты могут образовывать оксидную пленку, защищающую металл от дальнейшего окисления. Высший окисел титана ТiO2 носит в основном кислотный характер. Ему соответствует титановая кислота Н2TiO3, соли которой носят название титанатов, например титанат железа FeTiO3, титанат кальция CaTiO3. При сплавлении ТiO2, с некоторыми основными окислами, например с СаО, образуются соответствующие титанаты: СаО + ТiO2 = CaTiO3
В природе титан довольно распространен. Он встре-чается в виде минерала рутила, в основе которого двуокись титана ТiO2, а также в виде титанатов кальция и железа. Минералы, содержащие титан, часто сопутствуют железным рудам и редко встречаются в виде крупных самостоятельных месторождений. Получают титан из природных соединений, переводя их в хлорид TiCl4, а затем восстанавливая из хлорида расплавленным магнием: TiCl4 + 2Mg = Ti + 2MgCl2 Это весьма дорогой способ. Титан применяют в основном в качестве добавок к сплавам, в частности к стали, что придает ей ковкость, жаропрочность, устойчивость к коррозии.
■ 39. Подробно опишите химические свойства титана. Чем титан отличается от цинка и в чем они сходны? 40. Что такое титанаты и как можно их получить? 41. Каким способом можно получить титан из природных соединений? 42. Где применяется титан? (См. Ответ)
источник
подгруппа цинка — cinko pogrupis statusas T sritis chemija apibrėžtis Zn, Cd, Hg. atitikmenys: angl. zinc subgroup rus. подгруппа цинка … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
ЦИНКА СЕМЕЙСТВО — ПОДГРУППА IIB. СЕМЕЙСТВО ЦИНКА ЦИНК, КАДМИЙ, РТУТЬ Положение элементов семейства цинка как членов рядов переходных металлов, рассмотрено ранее (см. разд. Подгруппа IB и Переходные элементы). Хотя валентный электрон, отличающий их от элементов… … Энциклопедия Кольера
Подгруппа меди — Группа → 11 ↓ Период 4 29 Медь … Википедия
Группа периодической системы — химических элементов последовательность атомов по возрастанию заряда ядра, обладающих однотипным электронным строением. Номер группы определяется количеством электронов на внешней оболочке атома (валентных электронов) и, к … Википедия
Группа периодической таблицы — Группа периодической системы химических элементов последовательность атомов по возрастанию заряда ядра, обладающих однотипным электронным строением. Номер группы определяется количеством электронов на внешней оболочке атома (валентных электронов) … Википедия
cinko pogrupis — statusas T sritis chemija apibrėžtis Zn, Cd, Hg. atitikmenys: angl. zinc subgroup rus. подгруппа цинка … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
zinc subgroup — cinko pogrupis statusas T sritis chemija apibrėžtis Zn, Cd, Hg. atitikmenys: angl. zinc subgroup rus. подгруппа цинка … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
УГЛЕРОДА СЕМЕЙСТВО — ПОДГРУППА IVA. СЕМЕЙСТВО УГЛЕРОДА КРЕМНИЯ УГЛЕРОД, КРЕМНИЙ, ГЕРМАНИЙ, ОЛОВО, СВИНЕЦ Характерная для подгруппы IIIA особенность постепенного перехода от легкого неметаллического элемента к тяжелому типичному металлу наблюдается и в этой подгруппе … Энциклопедия Кольера
МЕТАЛЛЫ ДЛЯ ЧЕКАНКИ МОНЕТ — ПОДГРУППА IB. МЕТАЛЛЫ ДЛЯ ЧЕКАНКИ МОНЕТ МЕДЬ, СЕРЕБРО, ЗОЛОТО Как упоминалось в общем разделе о переходных элементах, металлы IB и IIB подгрупп имеют заполненный 10 d электронами предпоследний, (n 1) й слой. В этом случае нет полного согласия с… … Энциклопедия Кольера
АЗОТА ФОСФОРА СЕМЕЙСТВО — ПОДГРУППА VA. СЕМЕЙСТВО АЗОТА ФОСФОРА Тенденция изменения свойств от неметаллических до металлических, которая выявлена в подгруппах IIIA и IVA, характерна и для этой подгруппы. Переход к металличности (хотя и нерезкий) начинается с мышьяка, у… … Энциклопедия Кольера
источник
Цинк – это металл, стоящий в таблице Менделеева, под номером 30 и имеет обозначение Zn. Плавится при температуре 419 °С градусов, если же температура кипения 913 °С – начинает превращаться в пар. При температурном обычном режиме, состояние хрупкое, а при ста градусах начинает гнуться.
Цвет цинка сине-белый. При воздействии кислорода появляется окисление, а также покрытие карбоната, предохраняющего металл от дальнейшей реакции окисления. Появление на цинке гидроокиси обозначает то, что вода на химический элемент не действует.
Цинк — химический элемент, имеет свои отличительные свойства, преимущества и недостатки. Он широко применяется в повседневной жизни человека, в фармацевтике и металлургии.
Металл является необходимым и широко применяемым практически во всех отраслях повседневной жизни человека.
Добыча в основном, производится в Иране, Казахстане, Австралии, Боливии. В России изготовителем является ОАО «ГМК Дальполиметалл».
Это переходной металл, имеет степень окисления +2, радиоактивный изотоп, период полураспада 244 дня.
Водный арсенат кадмия, цинка и меди
В чистом виде элемент не добывается. Содержится в рудах и минералах: клейофане, марматите, вюртците, цинките. Обязательно присутствует в сплаве с алюминием, медью, оловом, никелем.
Цинк – металл, обладает рядом свойств и характеристик, отличающих его от иных элементов периодической таблицы.
К физическим свойствам цинка относится его состояние. Основным фактором выступает температурный режим. Если при комнатной температуре это хрупкий материал, плотность цинка 7130 кг/м 3 (˃ плотности стали), который практически не гнётся, то при повышении он легко изгибается и прокатывается в листах на заводах. Если взять более высокий температурный режим – материал приобретает жидкое состояние, а если еще поднять температуру на 400-450 °С градусов, тогда он просто испарится. В этом уникальность – менять своё состояние. Если же подействовать кислотами и щелочами, он может рассыпаться, взорваться, расплавиться.
Формула цинка Zn – zincum. Атомная масса цинка 65.382 а.е.м.
Электронная формула: ядро атома металла содержит 30 протон, 35 нейтрон. В атоме 4 энергетических уровня – 30 электронов. (рис. строение атома цинка)1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 .
Кристаллическая решётка цинка – шестиугольная кристаллическая система с плотно прижатыми атомами. Данные решётки: A=2.66У, С=4.94.
Добытый и не переработанный материал имеет изотопы 64, 66, 67, электроны 2-8-18-2.
По применению среди всех элементов периодической таблицы металл стоит на 23 месте. В природе элемент выступает в виде сульфида с примесями свинца Pb, кадмия Cd, железа Fe, меди Cu, серебра Ag.
В зависимости от того, какое количество примесей, металл имеет маркировку.
Как было сказано выше, чистого вида данного элемента в природе нет. Он добывается из иных пород, таких как руда – кадмий, галлий, минералы – сфалерит.
Металл получают на заводе. Каждый завод имеет свои отличительные особенности производства, поэтому оборудование для получения чистого материала различно. Оно может быть таким:
Роторы, расположенные вертикально, электролитные.
Специальные печи с достаточно высокой температурой для обжига, а также специальные электропечи.
Транспортёры и ванны для электролиза.
В зависимости от принимаемого метода добычи металла, задействовано соответствующее оборудование.
Как упоминалось выше – в природе чистого вида нет. В основном добыча производится из руд, в которых он идет с различными элементами.
Для получения чистого материала задействован специальный флотационный процесс с избирательностью (селективностью). После проведения процесса руда распадается на элементы: цинк, свинец, медь и так далее.
Добытый таким методом чистый металл обжигается в специальной печи. Там при определенных температурах сульфидное состояние материала переходит в оксидное. При обжиге выделяется газ с содержанием серы, направляемый для получения серной кислоты.
Есть 2 способа получения металла:
Пирометаллургический – идет процесс обжигания, после — полученная масса восстанавливается с помощью чёрного угля и кокса. Конечным процессом является отстаивание.
Электролитический – добытая масса обрабатывается серной кислотой. Полученный раствор подвергают электролизу, при этом металл оседает, его плавят в печах.
Температура плавления цинка в печи 419-480 °С градусов. Если же температурный режим превышен, тогда материал начинает испаряться. При данной температуре допускается примесь железа 0.05%.
При процентной ставке 0.2 железа, лист невозможно будет прокатать.
Применяются различные способы выплавки чистого металла, вплоть до получения цинковых паров, которые направляются в специальные резервуары и там вещество опадает вниз.
Свойства цинка позволяют его применение во многих сферах. В процентном соотношении:
Цинкование – до 60%.
Медицина – 10%.
Различные сплавы, содержащие данный металл 10%.
Выпуск шин 10%.
Производство красок – 10%.
А также применение цинка необходимо для восстановления таких металлов, как золото, серебро, платина.
Металлургическая промышленность задействует данный элемент периодической таблицы как основной для достижения определенных целей. Выплавка чугуна, стали является главной во всей металлургии страны. Но, данные металлы подвержены негативному влиянию окружающей среды. Без определенной обработки идет быстрое окисление металлов, что приводит к их порче. Наилучшей защитой служит оцинкование.
Нанесение защитной плёнки на чугун и сталь является лучшим средством от коррозии. На оцинкование уходит около 40% всего производства чистого материала.
Металлургические заводы отличительны не только своим оборудованием, но и применяемыми методами производства. Это зависит от ценовой политики, и месторасположения (природных ресурсов, используемых для металлургической промышленности). Есть несколько методов оцинкования, которые рассматриваются ниже.
Данный способ заключается в обмакивании металлической детали в жидком растворе. Происходит это так:
Деталь или изделие обезжиривается, очищается, промывается и сушится.
Далее, цинк расплавляется до жидкого состояния при температуре до 480 °С.
В жидкий раствор опускается подготовленное изделие. При этом оно хорошо смачивается в растворе и образуется покрытие толщиной до 450 мкм. Это является 100% защитой от воздействия внешних факторов на изделие (влага, прямые солнечные лучи, вода с химическими примесями).
Горячее цинкование металлоконструкций
Но, данный метод имеет ряд недостатков:
Цинковая пленка на изделии получается неравномерного слоя.
Нельзя использовать данный метод для деталей, отвечающих точным стандартам по ГОСТу. Где каждый миллиметр считается браком.
После горячего оцинкования, не каждая деталь останется прочной и износостойкой, поскольку после прохождения высокой температуры появляется хрупкость.
А также данный метод не подходит для изделий, покрытых лакокрасочными материалами.
Этот метод носит 2 названия: гальванический и электролитический. Методика покрытия изделия защитой от коррозии такова:
После этого проводится «метод окрашивания» — применяется специальный состав, имеющий главный компонент – цинк.
Деталь покрывается данным составом методом распыления.
Благодаря этому методу защитой покрываются детали с точным допуском, изделия, покрытые лакокрасочными материалами. Повышается стойкость к внешним факторам, приводящим к коррозии.
Недостатки данного метода: тонкий защитный слой – до 35 мкм. Это приводит к меньшей защите и небольшим срокам защиты.
Данный метод делает покрытие, которое является электродом с положительной полярностью, в то время как металл изделия (сталь) становится отрицательной полярности. Появляется электрохимический защитный слой.
Метод применим только в случае, если детали произведены из углеродистой стали, чугуна, стали с примесями. Цинк используется таким образом:
При температуре от 290 °С до 450 °С в порошковой среде, поверхность детали насыщается Zn. Здесь маркировка стали, а также тип изделия имеют значение – выбирается соответствующая температура.
Толщина защитного слоя достигает 110 мкм.
В закрытый резервуар помещается изделие из стали, чугуна.
Добавляется туда специальная смесь.
Последним шагом является специальная обработка изделия от появления белых высолов от солёной воды.
В основном данным методом пользуются в случае, если требуется покрыть детали, имеющие сложную форму: резьбу, мелкие штрихи. Образование равномерного защитного слоя является важным, поскольку данные детали претерпевают множественное воздействие внешней агрессивной среды (постоянная влага).
Данный метод дает самый большой процент защиты изделия от коррозии. Оцинкованное напыление является износостойким и практически нестираемым, что очень важно для деталей, которые время о времени крутятся и разбираются.
Помимо оцинкования, металл применяется и в других сферах промышленности.
Цинковые листы. Для производства листа выполняется прокатка, в которой важна пластичность. Это зависит от температурного режима. Температура в 25 °С дает пластичность только в одной плоскости, что создает определенные свойства металла. Тут главное для чего изготавливается лист. Чем выше температура, тем тоньше получается металл. В зависимости от этого идет маркировка изделия Ц1, Ц2, Ц3. После этого из листов создаются различные изделия для автомобилей, профиля для строительства и ремонта, для полиграфии и так далее.
Цинковые сплавы. Для улучшенных свойств металлических изделий, добавляется цинк. Данные сплавы создаются при высоких температурах в специальных печах. Чаще всего производятся сплавы из меди, алюминия. Данные сплавы применяются для производства подшипников, различных втулок, которые применимы в машиностроении, судостроении и авиации.
В домашнем обиходе оцинкованное ведро, корыто, листы на крыше – это норма. Применяется цинк, а не хром или никель. И дело не только в том, что оцинкование дешевле, чем покрытие другими материалами. Это наиболее надёжный и продолжительный по службе эксплуатации защитный материал нежели, хром или другие применяемые материалы.
В итоге – цинк наиболее распространенный металл, применяемый широко в металлургии. В машиностроении, строительстве, медицине – материал применим не только как защита от коррозии, но и для увеличения прочности, продолжительного срока эксплуатации. В частных домах оцинкованные листы защищают крышу от осадков, в зданиях выравниваются стены и потолки гипсокартонными листами на основе оцинкованных профилей.
Практически у каждой хозяйки в доме есть оцинкованное ведро, корыто, которым она пользуется длительное время.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
источник
Свойства элементов II группы побочной подгруппы (подгруппы цинка)
1. Сходство элементов главной и побочной подгрупп во II группе больше, чем в I группе. 2. Значения плотности r и атомного объема повышаются с увеличением атомной массы.
1. Химическая активность уменьшается с увеличением атомной массы (в главной подгруппе –наоборот). 2. Хорошие комплексообразователи (в отличие от элементов главной подгруппы).
Цинк — металл серебристо-белого цвета. В соединениях проявляет только одну степень окисления +2; соединения цинка неокрашены. Нормальный окислительно-восстановительный потенциал в кислой среде системы Zn2+ / Zn равен -0,76 в, а в щелочной среде системы ZnO22- / Zn равен -1,22 в. Поэтому цинк растворяется в разбавленных кислотах и щелочах
Цинк не разлагает воду, т.к. в водном растворе он быстро покрывается защитной пленкой оксида, которая предохраняет его от коррозии. Цинк — сильный восстановитель и вытесняет менее активные металлы (стоящие справа в ряду напряжений) из растворов их солей
Оксид цинка проявляет амфотерный характер, растворяясь как в кислотах, так и в растворах щелочей:
Ион Zn2+ является энергичным комплексообразователем с координационным числом 4. В отличие от гидроксида алюминия гидроксид цинка растворяется в водном растворе аммиака:
Кадмий — белый, блестящий, мягкий, ковкий металл; очень мало растворяется в неокисляющих кислотах, хорошо растворяется в разбавленной HNO3 (нормальный потенциал Cd / Cd 2+ = -0,40 в). Кадмий образует только один ряд соединений, где он двухвалентен. Ион Сd 2+ — бесцветен. Оксид кадмия СdО (коричневого цвета) и гидроксид кадмия Сd(ОН)2 (белого цвета) проявляют основной характер, растворяясь только в кислотах.
Кадмий является хорошим комплексообразователем (координационное число 4). Гидроксид кадмия растворяется в водном растворе аммиака:
Ртуть — серебристо-белый, блестящий, единственный жидкий при комнатной температуре металл; обладает низкой электропроводностью (она составляет 1,7% от электропроводности серебра) и большим коэффициентом термического расширения. На воздухе проявляет устойчивость. Реагирует с серой и галогенами:
Со многими металлами дает сплавы (амальгамы) (экзотермическое образование). Пары и соединения чрезвычайно ядовиты (накапливаются в организме). Ртуть не растворяется в соляной и разбавленной серной кислотах (в ряду напряжений металлов ртуть находится после водорода; нормальный потенциал Hg / Hg 2+ = +0,85 в). Ртуть легко растворяется в концентрированной азотной кислоте – образуется нитрат ртути (II):
Hg + 4HNO3 ® Hg(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
При растворении ртути в разбавленной азотной кислоте образуется нитрат ртути (I),
6Hg + 8HNO3 ® 3Hg2(NO3)2 + 2NO + 4H2O
При растворении ртути в горячей концентрированной серной кислоте в зависимости от избытка ртути или кислоты образуются соли одновалентной или двухвалентной ртути:
Легко восстанавливается; при нагревании разлагается на ртуть и кислород. Реагирует с кислотами с кислотами с образованием солей и воды. Сульфид ртути (II) HgS (киноварь) – ярко-красный нерастворимый в воде порошок.
Hg + Br2 ® HgBr2 HgO + 2HCl(сулема) ® HgCl2 + H2O
Сулему также получают растворением ртути в царской водке.
HgI2 + 2KI ® K2[HgI4](реактив Несслера)
Реактив Несслера используется в качестве очень чувствительного аналитического реагента для обнаружения иона NH4+:
Сульфат ртути (II) и нитрат ртути (II). Получают растворением ртути или оксида ртути (II) в концентрированных серной или азотной кислотах соответственно.
Более активные металлы легко вытесняют ртуть из ее солей:
источник
Элементы этой подгруппы – цинк, кадмий и ртуть –
характеризуются наличием двух электронов в
наружном слое атома и восемнадцати в предыдущем.
Строение двух наружных электронных оболочек их
атомов можно отразить формулой:
(п— l)s 2 (n – 1)р 6 (п— 1)d 10 ns 2 .
Восстановительные свойства элементов подгруппы цинка выражены значительно слабее , чем у элементов главной подгруппы.
Это объясняется меньшими размерами атомов и,
соответственно, более высокими энергиями ионизации
этих элементов по сравнению с соответствующими
элементами главной подгруппы.
У атомов цинка, кадмия и ртути , как и у атомов
элементов подгруппы меди, подуровень второго снаружи электронного слоя целиком заполнен .
Однако у элементов подгруппы цинка этот подуровень
уже вполне стабилен и удаление из него электронов
требует очень большой затраты энергии .
Поэтому рассматривавмые элементы проявляют в своих соединениях степень окисленности +2 .
Ртуть , кроме того, образует соединения, в которых ее степень окисленности равна +1, но, как будет показано ниже, и в этих соединениях ртуть следует считать
Характерной особенностью элементов подгруппы цинка, сближающей их с элементами подгруппы меди,
является их склонность к комплексообразованию.
Главные природные соединения цинка, из которых его добывают, – минералы галмей ZnCО 3 и цинковая обманка ZnS .
Общее содержание цинка в земной коре составляет приблизительно 0,01 % (масс).
Большинство цинковых руд содержат небольшие
количества цинка, поэтому их предварительно обогащают, получая цинковый концентрат .
Последний подвергают обжиг; при этом сульфид цинка превращается в оксид:
Обжиг ведется в многоподовых или в шахтных печах.
В последнее время при обжиге цинковых руд широко
применяется обжиг в «кипящем слое» .
Через слой порошкообразного материала, помещенного на решетке, продувают снизу воздух
(или какой-либо газ) с такой скоростью, что его струи пронизывают и интенсивно перемешивают материал, приводя его как бы в «кипящее» состояние.
Такое состояние твердого материала часто называют
«псевдоожиженным» , так как кипеть могут только вещества, находящиеся в жидком состоянии.
Благодаря тесному соприкосновению твердого материала с газом химические реакции в «кипящем слое» протекают с большой скоростью .
Применение обжига в «кипящем слое» дает
повышение производительности обжиговых печей в
3 – 4 раза при более полном извлечении цинка из
Из обожженного концентрата цинк
извлекают, восстанавливая его коксом и
отгоняя образующиеся пары цинка.
Другой метод восстановления цинка
заключается в электролитическом выделении
Последний получается обработкой обожженных концентратов серной кислотой .
Цинк – голубоватосеребристый металл.
При комнатной температуре он довольно хрупок, но при 100 – 150 °С он хорошо гнется и прокатывается в листы .
При нагревании выше 200 °С цинк становится
На воздухе он покрывается тонким слоем оксида или основного карбоната , предохраняющим его от дальнейшего окисления.
Вода почти не действует на цинк , хотя он и
стоит в ряду напряжений значительно раньше
Это объясняется тем, что образующийся на поверхности цинка при взаимодействии его с водой
гидроксид практически нерастворим и препятствует дальнейшему течению реакции.
В разбавленных же кислотах цинк легко растворяется с образованием соответствующих солей.
Кроме того, цинк, подобно бериллию и другим металлам, образующим амфотерные гидроксиды ,
Если сильно нагреть цинк в атмосфере воздуха, то
пары его воспламеняются и сгорают зеленовато-
белым пламенем, образуя ZnO .
Применение цинка очень разнообразно .
Значительная часть его идет для нанесения покрытий на железные и стальные изделия, предназначенные
для работы в атмосферных условиях или в воде.
При этом цинковые покрытия в течение многих лет
хорошо защищают основной металл от коррозии.
Однако в условиях высокой влажности воздуха при
значительных колебаниях температуры, а также в морской воде цинковые покрытия неэффективны.
Широкое промышленное использование имеют
сплавы цинка с алюминием, медью и магнием .
С медью цинк образует важную группу сплавов –
Значительное количество цинка расходуется для
изготовления гальванических элементов .
Из всех применяемых в настоящее время гальванических элементов марганцово-цинковые наиболее распространены.
Имеется несколько разновидностей элементов этой системы, но в основе действия их всех лежит
окислительно-восстановительная реакция между
цинком и диоксидом марганца .
В элементах этой системы один электрод цинковый, другой состоит из МnO 2 .
Оба электрода находятся в растворе хлорида ам-
При работе элемента цинк окисляется :
Часть образующихся ионов цинка связывается
молекулами аммиака в комплексный ион:
Молекулы аммиака образуются в растворе
вследствие гидролиза иона аммония :
4NH + 4 + 4H 2 O 4NH 3 + 4H 3 O + .
Электроны , получающиеся при окислении цинка, по внешней цепи переходят к диоксиду марганца, который при этом восстанавливается.
В результате восстановления МnO 2 получается смесь
В наибольшем количестве получается соединение МnООН, в котором степень окисленности марганца
равна +3 : 4MnO 2 + 4H + + 4 e = 4MnOOH.
Таким образом, цинковый электрод элемента является
анодом и заряжен отрицательно, а электрод из МnO 2
служит катодом и заряжен положительно.
Имеющиеся в растворе ионы NH + 4 и Cl − при работе элемента движутся в направлениях, обусловленных процессами, протекающими на электродах.
Поскольку у цинкового электрода катионы цинка выходят в раствор, а у катода раствор все время обедняется катионами Н + , то в создающемся электрическом поле ионы NH 4 движутся при работе элемента к катоду, а ионы Сl — – к аноду.
Таким образом, раствор во всех его частях остается
Если сложить последние четыре уравнения, то получится суммарное уравнение окислительно-
Марганцово-цинковые элементы не содержат в себе раствора в обычном понимании этого слова.
Необходимый для их работы раствор NH 4 Cl в одних конструкциях имеет консистенцию пасты , в других им
пропитан пористый картон , помещаемый между электродами.
Поэтому эти гальванические элементы носят условное
Здесь отрицательным электродом является цинк , а активным веществом положительного электрода служит кислород воздуха (поры электрода,
изготовляемого из смеси активного угля с графитом, заполнены воздухом).
Кислород диффундирует к поверхности раздела
В качестве электролита применяются растворы NaOH
При работе такого элемента в нем протекает окислительно-восстановительная реакция , которая в
случае щелочного электролита выражается
Zn + 2 O 2 + 2NaOH = Na 2 ZnO 2 + H 2 O.
Механические и коррозионные свойства цинка
зависят от присутствия в нем небольших
количеств примесей других металлов.
Например, примесь железа повышает хрупкость
цинка и его сплавов и затрудняет их обработку, а
также резко увеличивает скорость коррозии
Поэтому высококачественные сплавы цинка
содержат очень малые количества примесей
Например, примесь свинца не должна превышать
Оксид цинка ZnO — рыхлый белый порошок,
желтеющий при нагревании, но при охлаждении
для изготовления белой масляной краски
в медицине и косметике для приготовления различных мазей ,
значительная часть получаемого оксида цинка используется в качестве наполнителя резины .
Гидроксид цинка Zn(OH) 2 выпадает в виде белого осадка при действии щелочей на растворы солей цинка:
Осадок легко растворяется в кислотах с образованием солей цинка и в избытке щелочей с образованием цинкатов.
Таким образом, гидроксид цинка – амфотерное соединение.
Так, с NaOH протекает реакция:
Zn(OH) 2 + 2NaOH = Na 2 ZnO 2 + H 2 O.
При образовании цинкатов происходит не только замещение водорода в Zn(OH) 2 на металл, но и присоединение гидроксидионов.
В частности, в твердом состоянии выделены гидроксоцинкаты,
отвечающие формулам Na 2 [Zn(OH) 4 ] , Ba 2 [Zn(OH) 6 ] .
Гидроксид цинка Zn(OH) 2 растворяется также в водном растворе аммиака. При этом образуются комплексные ионы
Zn(OH) 2 + 4NH 3 = [Zn(NH 3 ) 4 ] 2 + + 2OH − .
Zn(OH) 2 – слабый электролит .
Поэтому все соли цинка, в том числе и цинкаты , в водной среде
Из водного раствора выделяется в виде кристаллогидрата состава ZnSО 4 ·7H 2 О и в таком виде называется цинковым купоросом .
Применяется при крашении и ситцепечатании , при
гальваническом цинковании (в качестве главного компонента электролита), в медицине , а также служит исходным веществом для получения других соединений цинка.
Эту соль трудно получить в безводном состоянии.
Обычно она содержит около 5 % воды и основного хлорида.
Раствор ZnCl 2 применяется для травления металлов.
При паянии он способствует удалению оксидов с поверхности металла в момент пайки.
Для этой же цели при пайке и сварке металлов применяется тетрахлороцинкат аммония:
(NH 4 ) 2 [ZnCl 4 ] или ZnCl 2 2NH 4 Cl.
Сульфид цинка ZnS . Это – один из немногих сульфидов, имеющих белый цвет.
Сульфид цинка получается при действии сульфидов
щелочных металлов или аммония на соли цинка:
Сульфид цинка, а также оксид цинка входят в группу веществ, обладающих способностью люминесцировать
– испускать холодное свечение в результате действия на них лучистой энергии или электронов.
Явление люминесценции широко используется в науке и технике.
Люминесцентные лампы применяются для освещения .
Люминесцентные экраны – важнейшая часть
Большое значение приобрел люминесцентный анализ .
Люминесцентный анализ основан на различном характере свечения разных веществ .
Он дает возможность устанавливать присутствие очень малых количеств веществ в смесях, а также обнаруживать различия между предметами, которые в видимом свете представляются одинаковыми.
С его помощью сортируют стекла, семена , обнаруживают микродефекты в металлических изделиях.
Он применяется при поисках битумных и нефтяных месторождений, урановых руд.
Люминесцентный анализ играет важную роль в судебной медицине и криминалистике , позволяя устанавливать природу различных пятен, обнаруживать фальсификацию документов и тайнопись.
Чувствительность этого вида анализа очень велика. Кроме того, для его проведения не нужно разрушать анализируемое тело, что в некоторых случаях очень важно.
В люминесцентных лампах дневного света
находящиеся в них пары ртути при прохождении
электрического тока испускают ультрафиолетовое излучение , которое вызывает свечение веществ,
покрывающих тонким слоем внутреннюю поверхность
Эти вещества – люминофоры – можно подобрать так, чтобы их излучение по своему спектральному составу приближалось к дневному свету.
Огромное значение имеет применение люминофоров в различных электронно-лучевых приборах: катодных осциллографах, телевизорах и других.
Экраны телевизора обычно изготовляют из
По своим свойствам кадмий сходен с цинком и
обычно содержится как примесь в цинковых рудах.
По распространенности в природе он значительно
Содержание кадмия в земной коре составляет всего около 10 -5 % (масс).
Получают кадмий из отходов цинкового производства
путем обработки их серной кислотой с последующим выделением металлического кадмия цинком:
Для очистки полученный продукт растворяют в
разбавленной серной кислоте и подвергают
Кадмий представляет собой серебристо-белый,
мягкий, ковкий, тягучий металл.
В ряду напряжений он стоит дальше цинка, но впереди водорода и вытесняет последний из кислот.
Поскольку Cd(OH) 2 – слабый электролит , то соли
кадмия гидролизуются и их растворы имеют кислую реакцию.
Кадмий сильно поглощает медленные нейтроны.
Поэтому кадмиевые стержни применяют в ядерных реакторах для регулирования скорости цепной реакции.
Сплавы меди, содержащие около 1 % Cd ( кадмиевая бронза ), служат для изготовления телеграфных, телефонных, троллейбусных проводов, так как эти
сплавы обладают большей прочностью и
износостойкостью, чем медь.
Кадмий используется в щелочных аккумуляторах .
Ряд легкоплавких сплавов, применяющиеся в
автоматических огнетушителях, содержат кадмий.
Несмотря на сравнительно высокую стоимость,
кадмий применяется для кадмирования стальных изделий , так как он несет на своей поверхности оксидную пленку, обладающую защитным действием.
В морской воде и в некоторых других условиях
кадмирование более эффективно , чем цинкование.
При сильном накаливании кадмий сгорает,
превращаясь в бурый оксид кадмия CdO .
Гидроксид кадмия Cd(OH) 2 в отличие от гидроксида
цинка не обладает заметно выраженными кислотными свойствами и практически не растворяется в щелочах.
Из солей кадмия отметим сульфид кадмия CdS ,
выпадающий в виде желтого осадка из растворов солей кадмия при действии сероводорода.
Сульфид кадмия применяется для изготовления
желтой краски и цветных стекол .
Все растворимые в воде и в разбавленных кислотах соединения кадмия ядовиты .
Весьма опасно также вдыхание воздуха, содержащего «дым» оксида кадмия.
Ртуть мало распространена в природе.
Содержание ее в земной коре составляет всего около
Изредка ртуть встречается в самородном виде ,
вкрапленная в горные породы, но главным образом она находится в природе в виде ярко-красного сульфида ртути HgS , или киновари .
Этот минерал применяется для изготовления красной краски .
Из киновари металлическую ртуть получают обжигом руды.
При этом ртуть выделяется в виде паров и конденсируется в охлаждаемом приемнике:
Ртуть – единственный металл, находящийся при комнатной температуре в жидком состоянии.
Она широко используется в химической промышленности:
в качестве катода при электролитическом производстве гидроксида натрия и хлора,
как катализатор при получении многих органических соединений,
при растворении урановых блоков (в атомной энергетике).
Ее применяют для изготовления ламп дневного
света, кварцевых ламп, манометров и термометров .
В горном деле ртутью пользуются для отделения золота от неметаллических примесей.
Ртуть обладает способностью растворять в себе многие металлы , образуя с ними частью жидкие, частью твердые сплавы, называемые амальгамами .
При этом нередко получаются химические соединения ртути с металлами.
Амальгама натрия широко применяется в качестве
Амальгамы олова и серебра применяются при
Особенно легко образуется амальгама золота,
вследствие чего золотые изделия не должны
Железо не образует амальгамы, поэтому ртуть можно
перевозить в стальных сосудах .
Ртуть обычно содержит в виде примеси другие
Большую часть примесей можно удалить , взбалтывая
ртуть с раствором нитрата ртути (II).
При этом металлы, стоящие в ряду напряжений до ртути (а к ним относится большинство металлов), переходят в раствор, вытесняя из него эквивалентное количество ртути.
Полная очистка ртути достигается путем ее многократной перегонки , лучше всего под
Пары ртути очень ядовиты и могут вызвать
Для этого достаточно даже того ничтожного
количества паров, которое образуется при комнатной температуре.
Поэтому при всех работах с ртутью необходимо
Не следует держать открытыми сосуды с ртутью,
все работы с ней надо проводить на эмалированных или железных подносах.
Очень опасна ртуть , пролитая на пол .
При падении она разбивается на множество мелких
капель , которые попадают в щели и могут в течение длительного времени отравлять атмосферу.
Поэтому, если ртуть пролилась на пол, необходимо
немедленно и тщательно собрать ее с помощью пылесоса или пипетки с грушей.
Для удаления ртути можно пользоваться также
специальными реактивами ( демеркуризаторами ).
В качестве последних применяют порошок серы, 20 % раствор FeCl 3 , эмульсию из минерального масла и воды, содержащую порошкообразные серу и йод, 10 % раствор КМпО 4 , подкисленный соляной кислотой.
Из металлов подгруппы цинка ртуть наименее активна
вследствие высокой энергии ионизации ее атомов.
Соляная и разбавленная серная кислота , а также
щелочи не действуют на ртуть .
Легко растворяется ртуть в азотной кислоте .
Концентрированная серная кислота растворяет
На воздухе ртуть при комнатной температуре не окисляется.
При продолжительном нагревании до температуры, близкой к температуре кипения, ртуть соединяется с кислородом воздуха, образуя красный оксид ртути
(I) HgO , который при более сильном нагревании снова распадается на ртуть и кислород.
В этом соединении степень окисленности ртути равна
Известен и другой оксид ртути черного цвета, в котором степень окисленности ртути равна +1 , —
Во всех соединениях ртути (I), атомы ртути связаны между собой, образуя двухвалентные группы
Следовательно, ртуть двухвалентна и в этих соединениях, но одна единица валентности каждого атома ртути затрачивается здесь на связь с другим атомом ртути.
Эта связь сохраняется и в растворах солей ртути (I),
Таким образом, состав солей ртути (I), содержащих
одновалентный кислотный остаток R, следует изображать не эмпирической формулой HgR , а формулой Hg 2 R 2 (например, Hg 2 Cl 2 ).
Одна из особенностей ртути заключается в том, что
для нее неизвестны гидроксиды .
В тех случаях, когда можно было бы ожидать их образования, получаются безводные оксиды .
]+(коричневый осадок) I-¯ + 7I- + 3H2O