Свойства конструкционных металлов IB и IIB групп

Среди рассмотренных металлов к конструкционным можно отнести только медь, цинк и кадмий, хотя в электронной промышленности и технике широко используются также серебро, золото (IB подгруппа) и ртуть (IIB подгруппа). Стоит обратить внимание на различия в электронной конфигурации металлов подгруппы меди и подгруппы цинка. В атоме меди (3d¹⁰4s¹) d-подуровень считается завершенным, но он нестабилен и может отдавать один или несколько электронов:

то есть, для меди возможные положительные степени окисления: +1, +2 и +3. Для атомов подгруппы цинка последний d-подуровень стабилен: электроны подуровня d¹⁰ не отрываются. Поскольку валентными электронами являются внешние (s²), то эти элементы в соединениях всегда двухвалентные:

Электродные потенциалы металлов также резко отличаются: для меди электродный потенциал равен + 0,34В, то есть медь нерастворима в разбавленных серной, соляной, уксусной кислотах, тогда как цинк и кадмий (Е⁰ равны -0,76 и -0,40В соответственно) вытесняют водород из указанных кислот. В концентрированной серной кислоте и в азотной кислоте любой концентрации все три металлы (Cu, Zn, Cd) хорошо растворимы, но восстанавливают Н₂SO₄ и HNO₃ до различных соединений.

Следует отметить еще некоторые отличия в свойствах Cu, Zn и Cd и их соединений. Цинк легко растворим в водных растворах щелочей, а медь и кадмий со щелочью не взаимодействуют. Гидроксиды цинка и меди - амфотерные (гидроксид меди растворим в концентрированных щелочах с образованием купратов), а гидроксид кадмия в щелочах нерастворим. С другой стороны, гидроксиды всех трех элементов хорошо растворимы в водном растворе NH₃ с образованием аммиакатов одинакового состава [Me(NH₃)₄]²⁺.

Для всех рассмотренных металлов характерно образование многочисленных комплексных соединений с неорганическими и органическими лигандами.

Задача 1. При прокаливании 1,56 г смеси ZnCO₃ и Zn образовалось 1,34 г ZnО. Вычислить состав исходной смеси (в процентах и по массе).

Решение. При прокаливании указанной смеси происходит реакция:

ZnCO₃ ® ZnО + СО₂. По массе СО₂ (m_смеси – m_ZnО) находим массу ZnCO₃: г.

тогда m_ZnО = m_смеси - m = 1,56 – 0,63 = 0,93 г.

Находим процентный состав смеси:

;

= 100% -40,2% = 59,8%.

Задача 2. Найти количество теплоты, поглощаемой при восстановлении 1 кг оксида Zn графитом.

Решение. Реакция восстановления ZnО протекает в соответствии уравнению:

ZnО + С ® Zn + СО.

Используя следствие из закона Гесса, получаем: DН⁰₂₉₈ = DН⁰_СО - DН⁰_ZnО = -110,5 + 350,6 = 240,1 кдж/моль. Найдем число молей ZnО, содержащиеся в 1кг: моль. Тогда DН⁰_х.р. = 12,1×240,1 = 2705,2 кДж

Задача 3. Какие процессы происходят при электролизе растворов сульфата меди: а) анод медный; б) анод платиновый (инертный)?

Решение. В растворе данной соли содержатся катионы Сu²⁺ и сульфат анионы SO₄^2-

В случае а) на катоде: К (-) Cu²⁺ + 2e ® Cu⁰ (происходит восстановление меди, поскольку Е > E ),

а на аноде: А(+) Cu⁰ –2е ® Cu²⁺ (происходит окисление материала анода, поскольку

Е наименьший).

В случае б) на катоде: К (-) Cu²⁺ + 2e ® Cu⁰ (происходит восстановление меди, поскольку Е > E ),

а на инертном аноде: : А(+) 2Н₂О – 4е ® О₂ + 4Н⁺ (происходит окисление воды, так как E < E ).