Кадмий и ртуть

9 заданий

Кадмий

Кадмий открыл в 1817 году Фридрих Штромейер, инспектировавший аптеки: «цинковая» окись одной фабрики при прокаливании желтела, хотя железа в ней не было. Жёлтый цвет давал оксид нового элемента — спутника цинка (греч. kadmeia — цинковая руда).

Кадмий (\(4d^{10}5s^2\)) очень похож на цинк, но крупнее и «мягче»:

\(\ce{Cd(OH)2}\) — основный: не растворяется в щёлочи, но растворяется в аммиаке (\(\ce{[Cd(NH3)4]^2+}\));
CdS — ярко-жёлтый (пигмент «кадмиевая жёлтая» — им писали Моне и Ван Гог), осаждается из кислых растворов, где ZnS ещё не выпадает;
с галогенидами образует устойчивые комплексы \(\ce{[CdI4]^2-}\).

Кадмий — поглотитель нейтронов (регулирующие стержни), материал Ni–Cd аккумуляторов и солнечных элементов на CdTe. Но он токсичен: накапливается в почках и костях. В Японии в 1910–1960-е годы рисовые поля, орошавшиеся водой ниже рудника, вызвали болезнь итай-итай («ой-ой»): кости ломались от лёгких ударов.

scienceКадмий

\(\ce{Cd + 2HCl -> CdCl2 + H2 ^}\).
\(\ce{CdCl2 + 2NaOH -> Cd(OH)2 v + 2NaCl}\); в избытке щёлочи не растворяется.
\(\ce{Cd(OH)2 + 4NH3 -> [Cd(NH3)4](OH)2}\).
\(\ce{CdSO4 + H2S -> CdS v + H2SO4}\) — жёлтый осадок из кислого раствора.

Ртуть(I): катион из двух атомов

Ртуть — единственный металл, жидкий при комнатной температуре: релятивистски сжатая пара \(6s^2\) почти не участвует в металлической связи. Пары ртути ядовиты; разлитую ртуть собирают и обрабатывают серой или раствором \(\ce{FeCl3}\) (демеркуризация).

В соединениях ртути(I) нет иона \(\ce{Hg+}\): есть двухатомный катион \(\ce{Hg2^2+}\) со связью Hg–Hg. В 1898 году Альберт Огг доказал это по ЭДС концентрационного элемента: разность потенциалов соответствовала переносу двух электронов на частицу, а не одного.

Равновесие \(\ce{Hg + Hg^2+ <=> Hg2^2+}\) (\(K \approx 90\)) лежит вправо, но любой реагент, связывающий ртуть(II) в осадок или комплекс, сдвигает его влево — ртуть(I) диспропорционирует, и выделяется чёрная мелкодисперсная ртуть.

scienceРтуть(I)

\(\ce{Hg2(NO3)2 + 2HCl -> Hg2Cl2 v + 2HNO3}\) — белая каломель.
\(\ce{Hg2Cl2 + 2NH3 -> Hg(NH2)Cl v + Hg v + NH4Cl}\) — осадок чернеет (проба на ртуть(I)).
\(\ce{Hg2^2+ + S^2- -> HgS v + Hg v}\).
\(\ce{Hg2^2+ + 4I- -> [HgI4]^2- + Hg v}\).
\(\ce{Hg2(NO3)2 + 2NaOH -> HgO v + Hg v + 2NaNO3 + H2O}\).

boltКаломельный электрод

Ртуть под слоем пасты \(\ce{Hg2Cl2}\) в растворе KCl — устойчивый электрод сравнения (\(E = 0{,}241\) В в насыщенном KCl): \(\ce{Hg2Cl2 + 2e- <=> 2Hg + 2Cl-}\). Потенциал зависит только от концентрации хлорида, которая постоянна.

Ртуть(II)

Сулема \(\ce{HgCl2}\) — молекулярное соединение (линейные молекулы Cl–Hg–Cl): плавится при 277 °C, растворима в спирте, в воде — слабый электролит. Очень ядовита; раньше — антисептик.

HgO — жёлтый (осаждённый) или красный (полученный нагреванием); при 450 °C разлагается на ртуть и кислород — так Джозеф Пристли в 1774 году получил кислород, фокусируя солнечные лучи линзой на HgO.

HgS — чёрный (метациннабарит, из растворов) и красный (киноварь, природная руда, пигмент). Иодид \(\ce{HgI2}\) — красный, при 127 °C становится жёлтым (другая модификация) — термохромизм. Реактив Несслера — щелочной раствор \(\ce{K2[HgI4]}\) — с аммиаком даёт бурый осадок: чувствительнейшая проба на аммиак и аммоний в воде.

scienceРтуть(II)

\(\ce{Hg + 4HNO3(конц.) -> Hg(NO3)2 + 2NO2 ^ + 2H2O}\).
\(\ce{2HgO ->[t] 2Hg + O2 ^}\).
\(\ce{HgCl2 + 2KI -> HgI2 v + 2KCl}\); \(\ce{HgI2 + 2KI -> K2[HgI4]}\).
\(\ce{2K2[HgI4] + NH3 + 3KOH -> [Hg2N]I*H2O v + 7KI + 2H2O}\) — реакция Несслера.
\(\ce{Hg(NO3)2 + H2S -> HgS v + 2HNO3}\).

errorРтуть и Минамата

В японском городе Минамата химический завод в 1932–1968 годах сбрасывал в залив ртуть; бактерии превращали её в метилртуть, которая накапливалась в рыбе. Тысячи людей получили тяжёлые поражения нервной системы (болезнь Минамата). Минаматская конвенция 2013 года ограничивает использование ртути во всём мире.

push_pinГлавное

Cd похож на Zn, но гидроксид основный (растворим в аммиаке, не в щёлочи), CdS — жёлтый, осаждается даже из кислых растворов; кадмий токсичен (болезнь итай-итай). Hg — жидкий металл (\(6s^2\) релятивистски «инертна»), пары ядовиты. Ртуть(I) — катион \(\ce{Hg2^2+}\) со связью Hg–Hg: каломель \(\ce{Hg2Cl2}\) (электрод сравнения); реагенты, связывающие Hg(II) (\(\ce{NH3}\), \(\ce{S^2-}\), избыток \(\ce{I-}\), \(\ce{OH-}\)), вызывают диспропорционирование с выделением чёрной ртути. Ртуть(II): сулема \(\ce{HgCl2}\) — молекулярная, слабый электролит; HgO разлагается на Hg и \(\ce{O2}\); HgS — киноварь; \(\ce{K2[HgI4]}\) + KOH — реактив Несслера на аммиак; \(\ce{HgI2}\) термохромен.

Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.