X. A cink-csoport Előfordulás, ásványok

Az előadások a következő témára: "X. A cink-csoport Előfordulás, ásványok"— Előadás másolata:

1 X. A cink-csoport Előfordulás, ásványok
Zn: ZnS szfalerit, wurtzit; ZnSe stilleit; ZnCO3 cinkpát=kalmit; Zn4Si2O7(OH)2.H2O hemimorfit, (Zn,Fe)O.Fe2O3 franklinit. Cd: CdS greenockit, hawleyit (ZnS és PbS mellett) Hg: (Hg;) HgS cinnabarit; (Zn,Hg)S polhemusit; HgSe tiemannit; HgTe coloradoit. Gyakoriság A cink gyakorisága a földkéregben valamivel nagyobb, mint a rézé. A kadmium főleg a cinkásványokban fordul elő ~0,2-0,4 %-ban. A higany gyakorisága fele a kadmiuménak. 112Cn copernicium Uub=ununbium Előállítás Általánosan vizes oldatuk elektrolízisével. Zn: a szulfidos érc pörkölését követően szenes redukcióval vagy elektrolízissel. 2 ZnS + 3 O2  2 ZnO + 2 SO2, ZnO + C  Zn + CO Cd: a cink szenes redukciója után desztillációval különíthető el. Hg: a HgS tartalmú ércet őrlés, majd flotációs dúsítás után pörkölik: HgS + O2  Hg + SO2 . A nagy higanytartalmú ércek esetén vasforgács jelenlétében vagy égetett mésszel végzett pörkölés is eredményes: HgS + Fe  Hg + FeS vagy 4 HgS + 4 CaO 4 Hg + 3 CaS + CaSO4; mivel oxidja termikusan labilis: 2 HgO  2 Hg + O2

2 X. A cink-csoport Fizikai tulajdonságok
Viszonylag puha, alacsony OP és FP-ú fémek, mivel csak a külső s2 elektronok vesznek részt a fémrács kialakításában; gyengébb vezetőképességűek: a cink és a kadmium viszonylag jó elektromos vezető, de rosszabbak a réznél; a higany rossz (fajlagos ellenállása több, mint ötvenszerese az ezüstének). A Zn kékes-fehér, a Cd ezüstfehér (csak kissé kékes), a Hg ezüstfehér színű. A Zn és a Cd (torzult) A3 rácsot alkot, míg a higany romboéderest (molekularácsos jellege is van). Kémiai tulajdonságok Mérsékelt reakcióképességűek, amfoter sajátságúak – főleg a Zn, de kissé a Cd is (lúgban kevéssé): Zn + 2 HCl  ZnCl2 + H2 és Zn + 2 NaOH + 2 H2O  Na2[Zn(OH)4] + H2 Híg ásványi savakban a Zn és a Cd is könnyen feloldódik. A Hg csak oxidáló savakban oldódik (ezen a legnagyobb a H2 túlfeszültsége  alkáli-elektrolízis): 3 Hg + 8 HNO3  3 Hg(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O (hígan és lassan oldva Hg2(NO3)2 is keletkezik). A Zn és a Cd oxigénnel, kénnel, foszforral és halogénekkel közvetlenül reagál melegítés hatására; felületükön nedves levegő hatására gyorsan bevonat képződik (ZnO+ZnCO3), nem nemesfémek; Hg nemesebb és kevésbé reakcióképes is. Mindhárom fém számos ötvözetet képez; a higany ötvözetei az amalgámok. Oxidációfok: az alkáliföldfémekhez kissé hasonlóan +2 oxidációfokúak (Mg-ot is a Zn-csoporthoz szokták rendelni), diamágnesesek (d10). A Hg esetében a +1 oxidációs állapot is ismeretes (klaszterformában fém-fém kötéssel, legjellemzőbb: Hg22+), de diszproporcióra hajlamos. A csoport elemeire jellemző a nagy komplexképzési hajlam (általában színtelenek).

3 X. A cink-csoport elemeinek vegyületei
Felhasználás Zn: korrozióvédő bevonat (olvadékba mártás, elektrolízis, ráfúvatás, Zn-por ráégetés, Zn-tartalmú festés; pl. horganyzott bádog); ötvöző anyag (pl. sárgaréz=Cu-Zn 20-50%); galvánelemek; ZnO vulkanizálás, üveggyártás, kolloidális adalék (kozmetikaipar), ZnS fénykibocsátó eszközökben (TV). Cd: galvánelemek, félvezető katalizátorok, műanyag stabilizátor (PVC hő- és UV-védelme), védőbevonatok, festékgyártás (sárga CdS), fénykibocsátó eszközök (TV kék és sárga színében). Hg: elektród (csepegő - klór-alkáli elektrolízis), galvánelemek, hőmérők, nyomásmérők amalgámok, fényforrások. X. A cink-csoport elemeinek vegyületei 1) Hidridek: biner hidridek: MH2; ZnH2 stabilis, a CdH2 és a HgH2 már 0 oC alatt bomlik. Eá: 2 Li(Na)H + ZnX2  ZnH2 +2 Li(Na)X. Komplex hidridek: Li[ZnH3], Li2[ZnH4]. 2) Halogenidek: MX2 és Hg2X2; előbbiek MX4 egységekből felépülő két- és háromdimenziós, általában kristályvízmentes, rétegrácsos, kovalens vegyületek. ZnX2 vízben teljesen disszociál, CdX2-ből [CdX]+, HgX2 pedig csak [HgXn]2-n (n=3 vagy 4) formában vízoldható; amúgy hidrolizálna; a Cd2+ + I- reakcióban egyből [CdI4]2- áll elő .

4 X. A cink-csoport elemeinek vegyületei
3) Oxidok: a) Biner-oxidok: MO; ZnO fehér (melegítésre kissé sárgul  Zn1+xO + x ‘O’), CdO sárga, HgO sárga vagy vörös; Hg2O fekete (diszproporciónálódik: Hg2O  Hg + HgO). ZnO amfoter (mint a féme): lúgos közegben [Zn(OH)4]2-, savasban [Zn(H2O)6]2+ HgO termikusan bomlékony: 2 HgO  2 Hg + O2 Peroxidok: ZnO2, CdO2 b) Összetett oxidok: Hidroxidok: M(OH)2 (kiv. HgO) és [Zn(OH)4]2-. Kettős oxidok: AIIMIII2O4 (A=Mg,Fe,Co,Ni,Zn; M=Al,Fe,Ti,Cr,Sb,Ge,V) spinell-szerkezet Oxoanionok és oxokationok: nincsenek (helyette [Cd(OH)]+). Oxoanionokkal képzett vegyületek: M(NO3)2, MSO4 vízoldható csak (M=Hg22+ is). 4) Szulfidok: ZnS (HCl oldja) fehér festék; CdS (töményebb HCl oldja) sárga festék (és félvezető katalizátor), HgS (királyvíz oldja) és Hg2S fekete, utóbbi diszproporcionálódik. Szelenidek: MSe; telluridok: MTe. 5) Nitridek: M3N2; foszfidok: M3P2 M=Zn és Cd; amidok: Zn(NH2)2, Cd(NH2)2, (Hg(NH2)X)n; azidok: HgI2(N3)2; ammin-komplexek: [Zn(NH3)6]2+, [Cd(NH3)4]2+. 6) Karbidok: acetilidek MC2; cianidok: M(CN)2, [M(CN)4]2-. Vagy csak [Zn(NH3)4]2+ ?? 7) Komplexek: OC-6: [Zn(H2O)6]2+, [Zn(NH3)6]2+. A többi T-4: [MX4]2-; (NH4)3ZnF5-ben is: valójában ZnF42- tetraéderes egységek + 1 F- szabadon a kristályban (hasonlóan, mint a (NH4)3SiF7= SiF62- oktaéderes egységek + 1 F- szabadon). [ZnH4]2-, [Zn(OH)4]2-, [Cd(NH3)4]2+. Jellemző a kisebb koordinációs szám is: [ZnH3]-, [CdX]+ (oldószer gyenge koordinációja) , [HgX3]-.