cynkowce

START

Zuzanna Niemiec i Karolina Cynk

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.

Czym są cynkowce?

ZnSO4 + H2O→ 1/2O2+ H2SO4 Zn +

Kadm otrzymuje się jako produkt uboczny metalurgii cynku.

Ogrzewanie HgS wobec reduktora np. Fe

HgS + Fe → Hg↑ + FeS

ZnO + C → Zn + CO

Zn + S → ZnS

Otrzymywanie kadmu odbywa się równolegle z produkcją cynku

Cynk otrzymywany jest głównie z siarczku cynku

Hg

Cd

Zn

Otrzymywanie cynkowców

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

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.

Roztwarzanie w kwasach mineralnych

ciecz

ciało stałe

ciało stałe

> srebrzystobiała> olśniąca> rozpuszczając metale tworzy stopyzwane amalgamatami

> nieznacznie niebieskawy odcień> łatwo topliwy> kowalny

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

Rtęć

Kadm

Cynk

Właściwości cynkowców

kadm

rtęć

cynk

Wygląd cynku , rtęci i kadmu

Inne właściwości cynkowców

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.

Występowanie

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 cynku

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 kadmu

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.

Zastosowanie rtęci

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

Kolory tlenków

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.ORAZmetodą mokrą działając na roztwór soli rtęci II mocnymi zasadami :Hg2+ + 2OH- = HgO + H2O

Tlenki cynkowców

Eureka!

Związki cynkowców na stopniu utlenienia II

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

Kolory wodorotlenkówZn(OH)2 i Cd(OH)2 mają barwę białąHg(OH)2 ma barwę czerwoną lubżółtą w zależności od stopnia rozdrobnienia.

Wodorotlenki cynkowców

Eureka!

Związki cynkowców na stopniu utlenienia II

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

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

Wodorotlenki

Tlenki

Właściwości tlenków oraz wodorotlenków cynkowców

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

Obydwa wodorotlenki roztwarzają sięw amoniaku

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

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

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

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

Związki cynkowcówz siarką

Eureka!

Związki cynkowców na stopniu utlenienia II

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.

Związki cynkowcówz fluorowcami

Eureka!

Związki cynkowców na stopniu utlenienia II

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

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

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

HgSO4 + 2NaCl = Na2SO4 + HgCl2

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

3cDI2 = Cd2+ + 2[CdI3]-

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

HgI2 + 2KI = K2[HgI4]

HgI2 może dać sól kompleksową :

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

Hg2+ + 2I- = HgI2

Strącenie się jodku rtęci II

HgCl2 + 2NH3 = NH2HgCl + NH4Cl

HgCl 2 - reakcja z amoniakiem

Siarczany cynkowców tworzą hydraty. Różnią się one składem i strukturą.Siarczan cynku wydziela się z wody jako heptahydrat => ZnSO4 * 7H2OSiarczan kadmu może być otrzymany w postaci soli siedmiowodnej => CdSO4 * 7H2Ow normalnych warunkach krystalizując z roztworów wodnych daje hydrat 3CdSO4 * 8H2OSiarczan rtęci występuje jako sól jednowodna => HgSO4 * H2OWęglan cynku występuje w w przyrodzie jako minerał smitsonit.

Sole kwasów tlenowych

Eureka!

Związki cynkowców na stopniu utlenienia II

Wszystkie siarczany cynkowców są dobrze rozpuszczalne w wodzie.

Sole kwasów tlenowych

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

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 z fluorowcami

Siarczki

Właściwości związków cynkowców z siarką , fluorowcami oraz soli kwasów tlenowych

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 kompleksowe cynkowców

Eureka!

Związki cynkowców na stopniu utlenienia II

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

Ogrzewanie chlorku diaminartęci z wodą

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.

Amoniak reaguje z HgCl2

Związki kompelksowe rtęci

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.

Hg + 2Cl- = HgCl2

strącenie chlorku rtęci I (kalomelu)

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

powstanie Azotanu rtęci 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.

Związki cynkowców na stopniu utlenienia I