Химия — это магия по-научному! Посмотрев наш курс, вы убедитесь в этом. Мы не только расскажем вам о неорганических веществах, их превращениях, физических и химических свойствах, но и наглядно покажем всё это в настоящей химической лаборатории. (Спойлер: у нас взорвался натрий, да и вообще много чего интересного произошло). В курсе вы узнаете об основных химических элементах Периодической системы: сначала главных подгрупп, а затем уже переходных металлов. Вряд ли в школе вы говорили об этом так подробно и увлекательно. Химия каждого элемента рассматривается на «продвинутом» уровне, поэтому в начале курса мы напомним вам основы общей химии и ключевые понятия неорганики. При рассмотрении химических свойств поддерживается концепция их разделения на три главнейшие группы: кислотно-основные свойства, окислительно-восстановительные превращения и реакции комплексообразования. Добро пожаловать в красивый (и немного опасный) мир неорганической химии! Вводный модуль. Основы общей химии (10 видео) Неделя 1. Неорганические вещества и их реакции (11 видео) Неделя 2. Водород, галогены, кислород (11 видео) Неделя 3. Сера, азот (11 видео) Неделя 4. Фосфор, углерод, кремний, металлы главных подгрупп (10 видео) Неделя 5. Переходные элементы (10 видео)
6.9. Цинк, кадмий, ртуть
Loading...
來自 Novosibirsk State University 的課程
Неорганическая химия
18 個評分
與講師見面
Константин Коваленкокандидат химических наук, доцент
Факультет естественных наук
[МУЗЫКА] [МУЗЫКА]
[МУЗЫКА] И, в заключение
этой недели мы рассмотрим с вами элементы побочной подгруппы
второй группы периодической системы, в которой расположены цинк, кадмий и ртуть.
Начнем, как и в предыдущей группе, с электронной конфигурации.
Для этих элементов электронная конфигурация: (n − 1) d10 ns2.
Какой же из электронов на d-подуровне или на
s-подуровне был последним по заполнению в этих элементах?
То есть к какому семейству их отнести — к d-элементам или к s-элементам?
Конечно, формально это d-элементы, однако,
получить эти элементы в степени окисления +3 абсолютно невозможно.
Дело в том, что потенциал ионизации, то есть энергия, необходимая для того,
чтобы оторвать три электрона, чрезвычайно огромная,
и поэтому максимальная степень окисления, в которой бывают эти элементы, равна +2.
Кроме того, для ртути также известна еще и степень окисления +1 за счет того,
что ртуть склонна образовывать связи ртуть-ртуть.
Как были открыты эти элементы?
Цинк начали производить в Индии еще в XII веке, а еще раньше до нашей эры получали
сплав цинка с медью, который мы используем и по сей день — он называется латунь.
Возможное происхождение названия цинка от немецкого Zinn, что означает олово.
Ртуть — это вообще элемент древности, она известна с 1500 года до нашей эры.
Алхимики считали ртуть царицей металлов,
поскольку ртуть способна растворять многие другие металлы, и они искали способ,
как же с помощью ртути можно превратить любой металл в золото.
Конечно же, это было абсолютно бесперспективно — вы знаете,
что это можно сделать только с помощью ядерных реакций.
Само название ртуть имеет алхимическое происхождение — дело в том,
что ближайшая планета к Солнцу называется Меркурий — Mercury по-английски ртуть.
А вот латинское название hydrargyrum имеет другое происхождение и означает серебряная
вода, что связано с тем, что ртуть — это жидкий при обычных условиях металл.
Отмечу, что из простых веществ, которые образуют элементы периодической системы
химических элементов всего два при обычных условиях находятся в жидком состоянии.
Кадмий был открыт заметно позднее — в ХІХ веке в 1817 году немцем Штромейером.
Естественно, он был открыт в цинковых рудах, поскольку кадмий сопутствует цинку,
и получил свое название от греческого кадмия, что означает цинковая руда.
Как же получают цинк и кадмий в промышленности?
Цинк находится в природе в виде сульфидных минералов, например, ZnS — сфалерит,
или цинковая обманка, а кадмий сопутствует цинку, поэтому первое,
что делают — это обжигают руду, ZnS подвергают обжигу — получают ZnO и SO2.
Дальше с ZnO можно поступить двояко — либо восстанавливать его с
помощью пирометаллургии, то есть при высоких температурах с использованием
восстановителя, чаще всего кокса, то есть угля, при этом получается ZnO и Zn.
Цинк кипит при температуре 1300 °C,
и его потому можно перегонкой отделить от кадмия, точнее выделить кадмий.
Либо с помощью гидрометаллургии — в этом случае ZnO нужно растворить,
добавив серную кислоту, и получить ZnSO4 в растворе,
а затем подвергнуть этот раствор электролизу.
Именно так проводили рафинирование меди.
Тогда на катоде будет происходить восстановление Zn2+ до металлического
цинка.
Как получают ртуть?
Ртуть в природе, как и цинк, находится в сульфидных минералах, например, самый
известный из них HgS — киноварь, либо же встречается в самородном состоянии.
Киновари больше, поэтому ее подвергают обжигу, но при этом в
отличие от цинка получается не оксид ртути, а сама ртуть выделяется — SO2.
Дело в том, что при температуре выше 500 °C оксид ртути разлагается с
образованием металлической ртути и выделением кислорода.
Это один из первых лабораторных способов получения кислорода.
Какими химическими свойствами обладают простые вещества?
Цинк и кадмий — это активные металлы,
они стоят примерно в середине ряда напряжения металлов.
Достаточно мягкие, легкоплавкие, покрыты оксидной пленкой, не реагируют с водой.
А с чем же тогда реагируют?
Это достаточно активные металлы, они легко вступают в реакцию с кислородом, с серой,
с галогенами.
Конечно же, эти металлы реагируют и с кислотами неокислителями,
поскольку стоят в ряду напряжения до водорода с образованием соответствующих
растворимых солей цинка и кадмия и выделением водорода.
Кроме того, цинк может реагировать и с растворами щелочей,
поскольку гидроксид Zn2 — Zn(OH)2 обладает амфотерными свойствами.
В этом случае будет получаться комплекс Zn(OH)42−,
и выделяться водород, а вот кадмий в такую реакцию не вступает,
поскольку кадмий Cd(OH)2 не обладает амфотерными свойствами.
Кислоты-окислители безусловно способны окислить цинк, кадмий и ртуть.
Но давайте посмотрим на ряд напряжений — цинк,
кадмий и ртуть стоят достаточно далеко друг от друга, значит,
существенно отличаются и их восстановительные свойства.
А это означает, что, например, в реакции с разбавленной азотной кислотой мы будем
наблюдать образование различных продуктов восстановления азотной кислоты.
Цинк — наиболее сильный из восстановителей, будет приводить к более
глубокому восстановлению азотной кислоты, и будет образовываться катион аммония,
то есть в растворе будет присутствовать NH4NO3.
А кадмий, обладая меньшей восстановительной силой,
будет восстанавливать азотную кислоту лишь до N2 или N2O.
Ртуть вообще стоит в ряду напряжения после водорода,
является наиболее слабым среди этих металлов восстановителем,
поэтому в реакции с разбавленной азотной кислотой будет выделяться лишь NO,
а с концентрированной, конечно же, NO2.
Давайте сравним между собой соединения цинка и кадмия.
Между ними есть как сходства, так и некоторые различия.
Цинк и кадмий образуют растворимые соли, к ним относятся, например, галогениды,
нитраты, сульфаты, но образуют они и нерастворимые соли.
Важнейшие среди них — это цианид M(CN)2 (белого цвета), ZnS,
то есть сульфит (белого цвета) и сульфид кадмия, он желтого цвета.
Главное же различие в соединениях цинка и кадмия заключается в поведении их в водных
растворах.
Так, например, хлорид цинка в водном растворе подвергается полной
диссоциации с образованием Zn2+ и Cl−.
А вот галогениды кадмия подвергаются лишь частичной диссоциации,
например, CdBr2 диссоциирует с образованием CdBr+ и Br−,
причем степень диссоциации всего лишь 0,5, то есть 50 %,
при этом образующийся бромид может реагировать с CdBr2,
не подвергшемся диссоциации с образованием CdBr3−,
и даже CdBr4 2−, то есть так называемых аутокомплексов.
Вспомните, это поведение очень напоминает образование аутокомплексов в
насыщенных растворах галогенидов меди (II).
Рассмотрим свойства оксидов и гидроксидов цинка, кадмия и ртути.
Отмечу, что ZnO и Zn(OH)2 обладают амфотерными свойствами — это означает,
что они способны реагировать как с кислотами, так и с щелочами, например,
Zn(OH)2 реагирует с серной кислотой с образованием растворимого сульфата цинка.
Также Zn(OH)2 реагирует с гидроксидом натрия с образованием растворимого
гидроксокомплекса Na2[Zn(OH)4] — тетрагидроксоцинкат натрия.
CdO и Cd(OH)2 обладают лишь основными свойствами.
Эти оксид и гидроксид могут реагировать с раствором кислоты,
но не вступают в реакцию с раствором щелочи.
Для ртути Hg2+ неизвестен гидроксид HgH2, известен
только оксид HgO желтого цвета, и для него характерны только основные свойства.
Это означает, что по группе сверху вниз — цинк,
кадмий, ртуть, просиходит увеличение основных свойств.
