Elementi IIb grupe PSE

U elemente IIb grupe spadaju prelazni metali cink, kadmijum i živa, kao i novootkriveni veštački element Uub. To su manje reaktivni elementi, mada nešto reaktivniji od elemenata Ib grupe. Najreaktivniji je cink, dok je živa plemeniti metal.

Cink

• atomski broj: 30
• A_r: 65,38
• grupa: 2b
• perioda: N
• blok: d
• osobine: amfoteran element (slab metal)
• agregatno stanje: čvrsto
• T.K: 1180 K
• T.T: 693 K
• gustina: 7,14g/cm³
• elektronegativnost: 1,6
• otkriće: A. Marggraf, 1764.
• lat. naziv: zincum
• oksidaciona stanja: +2
• raspored elektrona po nivoima: 2, 8, 18, 2
• elektronska konfiguracija: [Ar]3d¹⁰4s²
• atomski poluprečnik: 135 pm
• brzina zvuka: 3850 m/s
• energija jonizacije (kJ/mol):
  • Zn -> Zn⁺, 906
  • Zn⁺ -> Zn²⁺, 1733
• izotopi:
  1. Zn-64
     • zastupljenost u prirodi: 48,6%
     • raspad: stabilan
  2. Zn-66
     • zastupljenost u prirodi: 27,9%
     • raspad: stabilan
  3. Zn-67
     • zastupljenost u prirodi: 4,1%
     • raspad: stabilan
  4. Zn-68
     • zastupljenost u prirodi: 18,8%
     • raspad: stabilan
  5. Zn-70
     • zastupljenost u prirodi: 0,6%
     • raspad: stabilan
  6. Sintetisani su izotopi cinka atomskih masa 65 i 96.

Kadmijum

• atomski broj: 48
• A_r: 112,41
• grupa: 2b
• perioda: O
• blok: d
• osobine: prelazni metal
• agregatno stanje: čvrsto
• T.K: 1038 K
• T.T: 594 K
• gustina: 8,65g/cm³
• elektronegativnost: 1,7
• otkriće: F. Stromeyer, 1817.
• lat. naziv: cadmium
• oksidaciona stanja: +2
• raspored elektrona po nivoima: 2, 8, 18, 18, 2
• elektronska konfiguracija: [Kr]4d¹⁰5s²
• atomski poluprečnik: 155 pm
• brzina zvuka: 2310 m/s
• energija jonizacije (kJ/mol):
  • Cd -> Cd⁺, 868
  • Cd⁺ -> Cd²⁺, 1631
• izotopi:
  1. Cd-106
     • zastupljenost u prirodi: 1,25%
     • raspad: duplo zarobljavanje elektrona
     • vreme poluraspada: 9,5*10¹⁷ godina
     • raspada se na: Pd-106
  2. Cd-108
     • zastupljenost u prirodi: 0,89%
     • raspad: duplo zarobljavanje elektrona
     • vreme poluraspada: 6,7*10¹⁷ godina
     • raspada se na: Pd-108
  3. Cd-110
     • zastupljenost u prirodi: 12,49%
     • raspad: stabilan
  4. Cd-111
     • zastupljenost u prirodi: 12,8%
     • raspad: stabilan
  5. Cd-112
     • zastupljenost u prirodi: 24,13%
     • raspad: stabilan
  6. Cd-113
     • zastupljenost u prirodi: 12,22%
     • raspad: beta^-
     • vreme poluraspada: 7,7*10¹⁵ godina
     • raspada se na: In-113
  7. Cd-114
     • zastupljenost u prirodi: 28,73%
     • raspad: dupli beta^-
     • vreme poluraspada: 9,3*10¹⁷ godina
     • raspada se na: Sn-114
  8. Cd-116
     • zastupljenost u prirodi: 7,49%
     • raspad: dupli beta^-
     • vreme poluraspada: 2,9*10¹⁹ godina
     • raspada se na: Sn-116
  9. Sintetisani je izotop kadmijuma atomske mase 109.

Živa

• atomski broj: 80
• A_r: 200,59
• grupa: 2b
• perioda: P
• blok: d
• osobine: prelazni metal
• agregatno stanje: tečno
• T.K: 630 K
• T.T: 234 K
• gustina: 13,534g/cm³
• elektronegativnost: 1,9
• otkriće: poznata od davnina
• lat. naziv: hydrargyrum
• oksidaciona stanja: +2, +1
• raspored elektrona po nivoima: 2, 8, 18, 32, 18, 2
• elektronska konfiguracija: [Xe]4f¹⁴5d¹⁰6s²
• atomski poluprečnik: 150 pm
• brzina zvuka: 1451 m/s
• energija jonizacije (kJ/mol):
  • Hg -> Hg⁺, 1007
  • Hg⁺ -> Hg²⁺, 1809
• izotopi:
  1. Hg-196
     • zastupljenost u prirodi: 0,15%
     • raspad: stabilan
  2. Hg-198
     • zastupljenost u prirodi: 9,97%
     • raspad: stabilan
  3. Hg-199
     • zastupljenost u prirodi: 16,87%
     • raspad: stabilan
  4. Hg-200
     • zastupljenost u prirodi: 23,1%
     • raspad: stabilan
  5. Hg-201
     • zastupljenost u prirodi: 13,18%
     • raspad: stabilan
  6. Hg-202
     • zastupljenost u prirodi: 29,86%
     • raspad: stabilan
  7. Hg-204
     • zastupljenost u prirodi: 6,87%
     • raspad: stabilan
  8. Sintetisani su izotopi žive atomskih masa 194, 195, 197 i 203.

Ununbijum

• atomski broj: 112
• A_r: 277
• grupa: 2b
• perioda: Q
• blok: d
• osobine: prelazni metal
• agregatno stanje: čvrsto
• T.K: ? K
• T.T: ? K
• gustina: ? g/cm³
• elektronegativnost: ?
• otkriće: Darmštrat, 1996
• lat. naziv: ununbium
• oksidaciona stanja: ?
• raspored elektrona po nivoima: 2, 8, 18, 32, 32, 18, 2
• elektronska konfiguracija: [Rn]5f¹⁴6d¹⁰7s²
• atomski poluprečnik: ? pm
• izotopi:
  1. Element 112 je veštački sintetisan.

Dobijanje

U prirodi se u slobodnom stanju može naći samo živa, u veoma malim količinama. Najvažnije rude cinka su sfalerit (ZnS) i smithsonit (ZnCO₃), a one su i osnovni izvor kadmijuma (sadrže oko 1/50 CdS i CdCO₃), dok je najvažnija ruda žive cinoberit (HgS).

Cink se dobija iz rude klasičnim postupkom:

2ZnS + 3O₂ -> 2ZnO + 2SO₂

ZnO + C -> Zn + CO

Cink se zatim oslobađa primesa destilacijom. Zajedno sa cinkom dobijaju se i značajne količine kadmijuma. Cink-oksid se može redukovati i metanom pri čemu se troši manja količina energije jer je dovoljna niža tempertaura:

ZnO + CH₄ -> Zn + CO + 2H₂

Živa se iz rude dobija veoma lako, prostim zagrevanjem na vazduhu, a zatim kondenzovanjem para.

HgS + O₂ -> Hg + SO₂

Reakcije

Metali 2b grupe reaguju sa kiseonikom, pri čemu temperatura na kojoj se reakcija odvija postaje viša porastom mase metala. Tako živa reaguje tek na 350⁰C.

2Zn + O₂ -> 2ZnO

Metali ne reaguju sa vodom. Sa halogenima i sumporom reaguju svi elementi.

Zn + S -> ZnS

Hg + I₂ -> HgI₂

Cink i kadmijum se u naponskom nizu nalaze levo od vodonika i stoga u reakciji sa kiselinama istiskuju vodonik.

Cd + H₂SO₄ -> CdSO₄ + H₂

Da je cink amfoteran elemenat pokazuje njegova reakcija sa alkalijama u kojoj se oslobađa vodonik. Nastaju soli - cinkati. Na ovaj način ne reaguju drugi elementi 2b grupe.

Zn + 2NaOH + H₂O -> Na₂Zn(OH)₄ + H₂

Živa, koja je u odnosu na vodonik desno u naponskom nizu ne reaguje sa kiselinama uz oslobađanje vodonika. Reaguje sa koncentrovanom azotnom i sumpornom kiselinom dajući dvovalentna jedinjenja, a sa razblaženom azotnom kiselinom (50%) daje jedinjenje sa Hg₂²⁺ jonom (Hg⁺ - Hg⁺) koji predstavlja specifičnu odliku za metal. već je objašnjeno na primeru srebra da se ove reakcije odvijaju u dva stepena (preko oksida metala). U reakcijama se redukuje sumpor (azot), a oksiduje metal. U reakciji sa razblaženom azotnom kiselinom se prvo stvara nitrat sa Hg²⁺ jonom koji odmah reaguje sa vodom.

Hg + 2H₂SO₄ -> HgSO₄ + SO₂ + 2H₂O

2Hg + 2HNO₃ -> Hg₂O + 2NO₂ + H₂O

Hg₂O + 2HNO₃ -> 2HgNO₃ + H₂O -> Hg₂(NO₃)₂ + H₂O

Cink i kadmijum se pri dužem stajanju prevlače slojem baznog karbonata (nastao u reakciji sa vodom i ugljen-dioksidom iz vazduha) koji ih štiti od dalje korozije.

Primena

Najveću primenu ima cink. Koristi se za galvanizaciju gvožđa. Tim procesom koji se izvodi na tri načina (uranjanjem gvožđa u rastopljeni cink, električnim postupkom i oblaganjem predmeta prahom cinka i grejanjem na temperaturu topljenja cinka)gvožđe se štiti od korozije. Cinkova najvažnija legura je mesing (mjed). Ova legura cinka i bakra koristi se i za anodni materijal u suvim (Leklanše) baterijama. Kadmijum se koristi u izradi akumulatora i baterija tipa Ni-Cd. Živine pare pri visokim temperaturama provode struju te se živa koristi za tzv. živine lampe. Živa se takođe koristi za termometre (ne prijanja uz staklo i jednako se isteže promenom temperature) i za barometre (velika gustina, otpornost prema koroziji). Elementarna živa lek je za neke bolesti.

Jedinjenja

Svi elementi 2b grupe grade soli (sulfati, sulfidi, nitrati, halidi...) i okside. Cink i kadmijum grade hidrokside. Hidroksid cinka je amfoternog karaktera.

Literatura:

• Mini Periodic Table
• "Hemijska čitanka", Živorad Čeković
• "Anorganska kemija", Božidar Rožina
• "Praktikum iz hemije za učenike više pedagoške škole", M. Simić, R. Urošević, V. Knežević
• Periodni sistem elemenata sa Sveta hemije