Перейти до основного вмісту
Вся хімія

19.16. Властивості та застосування цинку, кадмію і ртуті

Лайнус Полінг, Пітер Полінг — Хімія

Цинк — синювато-білий метал середньої твердості. За кімнатної температури він крихкий, але при температурі 100—150 °C відзначається ковкістю й тягучістю, а вище від 150 °C знову стає крихким. Це активний метал, що в ряду напруг стоїть перед воднем; він витісняє водень навіть із розбавлених розчинів кислот. У вологому повітрі цинк окиснюється, покриваючись міцним шаром основного цинк карбонату Zn2CO3(OH)2, який запобігає його подальшій корозії. Завдяки цій властивості цинк і знаходить своє найважливіше застосування як покриття, що запобігає іржавінню заліза. Залізний дріт або листове залізо, попередньо протруєні сульфатною кислотою чи очищені піскоструменевим апаратом, занурюють у розплавлений цинк; тонкий шар цинку при цьому щільно пристає до заліза. Залізні вироби складної форми покривають цинком електролітичним способом.

Цинк застосовують також при виробництві сплавів, найважливішим з яких є латунь (сплав із міддю), а також при виробництві електродів для сухих електричних батарей та для акумуляторів.

Кадмій має приємний синювато-білий колір. Цей метал знаходить дедалі ширше застосування як матеріал для захисних покриттів заліза й сталі. Кадмієве покриття наносять електролітичним методом, причому електролітичну ванну готують із речовин, що містять іони ціанідного комплексу кадмію Cd(CN)42−. Кадмій застосовують також у виробництві деяких сплавів; він входить, наприклад, до складу легкоплавких сплавів, що їх використовують в автоматичних вогнегасниках. Сплав Вуда, що плавиться при 65,5 °C, містить 50% Bi, 25 Pb, 12,5 Sn і 12,5% Cd. Через токсичність сполук елементів цієї групи застосовувати кухонний посуд, покритий кадмієм, не слід; пара цинку, кадмію та ртуті отруйна.

Ртуть є єдиним металом, який за кімнатної температури перебуває в рідкому стані (цезій плавиться при 28,5 °C, а галій при 29,8 °C). Ртуть неактивна і в ряду напруг металів стоїть правіше від водню. Завдяки своїм властивостям — слабкій реакційній здатності, плинності, високій густині та високій електропровідності — вона знаходить широке застосування при виготовленні термометрів, барометрів і багатьох видів спеціальної наукової апаратури.

Таблиця 19.6. Деякі фізичні властивості цинку, кадмію і ртуті

ЕлементАтомний номерАтомна масаГустина, г·см−3Температура, °CМеталічний радіус, пмКолірЕнтальпія сублімації за 25 °C, кДж·моль−1
плавленнякипіння
Цинк3065,377,14419,4907138Синювато-білий131
Кадмій48112,408,64320,9767154Синювато-білий113
Меркурій80200,5913,55−38,89356,9157Сріблясто-білий61а

а Ентальпія пароутворення. — Прим. ред.

Сплави ртуті називають амальгамами. Амальгами срібла, золота й олова знаходять застосування в стоматології. Ртуть не змочує залізо, і тому її зазвичай перевозять і зберігають у сталевих балонах, що вміщують 30—35 кг ртуті.

Низькі температури кипіння і невеликі значення ентальпії сублімації цинку та споріднених з ним елементів (табл. 19.6) зумовлені тим, що в нормальному стані в газовій фазі атоми мають лише заповнені підоболонки електронів, а отже, не мають неспарених електронів, які могли б бути використані для утворення хімічних зв'язків. Перший збуджений стан атома Цинку на 385 кДж·моль−1 менш стійкий, ніж нормальний (основний) стан. У цьому збудженому стані атом Цинку має два неспарені електрони (4s4p), що відповідає його двовалентності.