МЕТАЛЛУРГИЯ ЦИНКА И КАДМИЯ

СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ

Цинк — следующий после меди элемент четвертого периода, внешняя оболочка атома его заполнена d -электронами и имеет строение 3d¹⁰4s², поэтому единственная устойчивая степень окисления элемента — два.

Кадмий весьма сходен с ним, размещается в той же подгруппе, и как элемент четвертого периода, имеет подобное строение атома, завершаемое по схеме 4d¹⁰5s². В простых соединениях он также двухвалентен, однако, имея более крупный атом, проявляет и степень окисления (I), известную в ряде неустойчивых солей.

Рис. Зависимость давления паров металлов от температуры

Некоторые авторы, ссылаясь на заполнение d-слоя, не причисляют цинк и кадмий к переходным металлам, аргументируя это также неожиданно низкими для IV и V периодов температурами агрегатных превращений. Точки плавления и кипения соответственно равны 419,5 и 907° С (Zn); 321 и 767° С (Cd). Действительно, по температурам плавления, кипения и давлению паров цинк и кадмий значительно отличаются от других тяжелых металлов (табл. 2, рис.).

Окислительно-восстановительные потенциалы обоих элементов отрицательнее водородного и увеличиваются с усложнением атома (см. табл. 4); однако цинк и кадмий легко восстанавливаются на катоде из умеренно кислых растворов вследствие высокого перенапряжения водорода особенно на кадмии. Цинк цементирует кадмий из растворов: 

Гидроокись кадмия проявляет явно выраженные основные свойства, а у цинка она амфотерна и растворяется не только в кислотах, но и в щелочах:

Zn + 2ОН^— = ZnO²₂^— + Н₂

Ион цинката правильнее представить в твердых солях как Zn(OH)^—₃ или Zn(OH)²₄^—, а в растворах, не имея более точных сведений, его условно принимают по реакции.

Простые окислы, получаемые окислением металлов на воздухе, не плавки. Коричневая CdO устойчива до 900° С, а белая ZnO возгоняется при температурах выше 1800° С. Первая ядовита, а токсичность ZnO сравнительно невелика.

Сульфиды обоих металлов нерастворимы в воде. Кристаллы ZnS могут быть получены и находятся в природе в двух модификациях: сфалерит (α) и вуртцит (β), структура последнего ложнее, менее устойчива и он встречается реже. Произведение растворимости сфалерита 1,6•10^-24, вуртцита — 2,5•10^-22. Сульфид кадмия изоморфен со сфалеритом, а как отдельный минерал — хоулит он весьма редок.

Из комплексных соединений для металлургии интересны минные: Zn(NH₃)²_n⁺ (n от 1 до 4) и Cd(NH₄)²+ (т от 1 до 6). аиболее устойчивы Zn(NH₃)²₄+; pK=SJ0 и Cd(NH₃)2+_; pK =6,56.

Статья на тему Металлургия цинка и кадмия