الجدول الدوري والعناصر الكيميائيةالعلومالكيمياء

مجموعة الزنك (Zn و Cd و Hg و Cn)

اقرأ في هذا المقال
  • ماهي مجموعة الزنك؟
  • مقارنة خصائص مجموعة الزنك
  • النشاط أو التفاعل الكيميائي لمجموعة الزنك

ماهي مجموعة الزنك؟

 

 

  • عنصر الزنك وعنصر الكادميوم وعنصر الزئبق، هي عبارة عن معادن ذات مظهر أبيض فضي، ونقاط انصهار ونقاط غليان منخفضة نسبيًا، ويعد الزئبق المعدن الوحيد الشائع الذي يكون سائلاً في درجة حرارة الغرفة، وتعد نقطة غليانه أقل من أي معدن آخر.

 

  • تم العثور على ثلاثة من هذه العناصر بنسب مختلفة في القشرة الأرضية، كما وتشير التقديرات إلى وجود الزنك في حدود 80 جزءًا في المليون (مقارنة بـ 70 بالنسبة للنحاس و 16 بالنسبة للرصاص).

 

  • بينما تقدير الكادميوم هو عبارة 0.15 فقط،  من الناحية التجارية، يوجد الكادميوم دائمًا مرتبط بخامات الزنك أو الرصاص والزنك ويتم إنتاجه فقط كمنتج ثانوي لصهر الزنك والرصاص. تقدر نسبة الزئبق في القشرة الأرضية بـ 0.08 جزء في المليون، تتكون جميع رواسب الزئبق المهمة من كبريتيد الزئبق، المعروف باسم الزنجفر المعدني، تم إنتاج الكوبرنسيوم فقط في معجل الجسيمات.

 

مقارنة خصائص مجموعة الزنك:

 

يتم سرد بعض خصائص عناصر مجموعة الزنك كما في النقاط التالية:

 

عنصر الزنك:

 

  • العدد الذري: 30.

 

  • الوزن الذري: 65.409 وحدة كتلة ذرية.

 

 

  • درجة الغليان: 907 سلسيوس.

 

  • الكثافة في الحالة الصلبة: 7.14 غرام لكل سم3  عند درجة حرارة تساوي (20 °C).

 

  • الكثافة في الحالة السائلة: 6.57 غرام لكل سم3.

 

  • إلكترونات التكافؤ: 2.

 

  • الوفرة النظيرية (الأرضية ،٪): 64 (48.63), 66 (27.9), 67 (4.1), 68 (18.75), 70 (0.62).

 

  • النظائر المشعة (الأعداد الكتلية): 55–63, 69–83.

 

  • حرارة الانصهار (السعرات الحرارية لكل مول / كيلوجول لكل مول): 1,760 (7.35).

 

  • حرارة التبخر (كيلو جول لكل مول): 119 كيلو جول لكل مول.

 

  • الحرارة النوعية (جول لكل جرام كلفن): 0.388 جول لكل غرام كلفن.

 

 

  • الصلابة (رقم برينل بالميغا باسكال): 412

 

  • شكل الهيكل البلوري: سداسية معبأة، (hexagonal close-packed).

 

  • نصف القطر المعدني (أنغستروم): 1.37 أنغستروم.

 

  • نصف القطر الأيوني (+2 أيون، أنغستروم): 0.88 أنغستروم.

 

  • طاقة التأين الأولى (إلكترون فولت): 906.4

 

  • طاقة التأين الثانية (إلكترون فولت): 1,733.30

 

  • طاقة التأين الثالثة (إلكترون فولت): 3,833

 

  • الكهروسلبية (Pauling): 1.65

 

عنصر الكادميوم:

 

  • العدد الذري: 48.

 

  • الوزن الذري: 112.411 وحدة كتلة ذرية.

 

  • درجة الانصهار: 321.07 سلسيوس.

 

  • درجة الغليان: 767 سلسيوس.

 

  • الكثافة في الحالة الصلبة: 8.65 غرام لكل سم3 عند درجة حرارة تساوي (20 °C).

 

  • الكثافة في الحالة السائلة: 7.996 غرام لكل سم3.

 

  • إلكترونات التكافؤ: 2.

 

  • الوفرة النظيرية (الأرضية ،٪): 106 (1.25), 108 (0.89), 110 (12.49), 111 (12.8), 112 (24.13), 113 (12.22), 114 (28.73), 116 (7.49).

 

  • النظائر المشعة (الأعداد الكتلية): 95–105, 107, 109, 113, 115, 117–132

 

  • حرارة الانصهار (السعرات الحرارية لكل مول / كيلوجول لكل مول): 1,500 (6.3)

 

  • حرارة التبخر (كيلو جول لكل مول): 100كيلو جول لكل مول.

 

  • الحرارة النوعية (جول لكل جرام كلفن): 0.231 جول لكل جرام كلفن.

 

  • المقاومة الكهربائية عند 20 درجة مئوية (ميكرومتر): 7

 

  • الصلابة (رقم برينل بالميغا باسكال): 203

 

  • شكل الهيكل البلوري: سداسية معبأة، (hexagonal close-packed).

 

  • نصف القطر المعدني (أنغستروم): 1.52 أنغستروم.

 

  • نصف القطر الأيوني (+2 أيون، أنغستروم): 1.09 أنغستروم.

 

  • طاقة التأين الأولى (إلكترون فولت): 867.8

 

  • طاقة التأين الثانية (إلكترون فولت): 1,631.40

 

  • طاقة التأين الثالثة (إلكترون فولت): 3,616

 

  • الكهروسلبية (Pauling): 1.69

 

عنصر الزئبق:

 

  • العدد الذري: 80.

 

  • الوزن الذري: 200.59 وحدة كتلة ذرية.

 

  • درجة الانصهار: −38.83 سلسيوس.

 

  • درجة الغليان: 356.73 سلسيوس.

 

  • الكثافة في الحالة الصلبة: 14.17 غرام لكل سم3 عند حرارة (−38.9 °C).

 

  • الكثافة في الحالة السائلة: 13.546 غرام لكل سم3.

 

  • إلكترونات التكافؤ: 2, 1.

 

  • الوفرة النظيرية (الأرضية ،٪): 196 (0.15), 198 (9.97), 199 (16.87), 200 (23.1), 201 (13.18), 202 (29.86), 204 (6.87).

 

  • النظائر المشعة (الأعداد الكتلية): 172–195, 197, 203, 205–210.

 

  • حرارة الانصهار (السعرات الحرارية لكل مول / كيلوجول لكل مول): 547 (2.29).

 

  • حرارة التبخير (كيلو جول لكل مول): 59.2.

 

  • الحرارة النوعية (جول لكل جرام كلفن): 0.14.

 

  • المقاومة الكهربائية عند 20 درجة مئوية (ميكرومتر): 96.

 

  • شكل الهيكل البلوري: معيني (rhombohedral).

 

  • نصف القطر المعدني (أنغستروم): 1.55 أنغستروم.

 

  • نصف القطر الأيوني (+2 أيون، أنغستروم): 1.16 أنغستروم.

 

  • طاقة التأين الأولى (إلكترون فولت): 1,007.10

 

  • طاقة التأين الثانية (إلكترون فولت): 1,810

 

  • طاقة التأين الثالثة (إلكترون فولت): 3,300

 

  • الكهروسلبية (Pauling): 2

 

النشاط أو التفاعل الكيميائي لمجموعة الزنك:

 

يمكن أن يفقد الزنك والكادميوم والزئبق الإلكترونين الموجودين في الغلاف الخارجي للعمل على تكوين أيونات ثنائية الشحنة، +M2 (حيث تكون M بشكل عام عبارة عن عنصر معدني)، وبالتالي يصبح الغلاف الداخلي التالي مستقر مكون من 18 إلكترونًا.

 

لا يمكن للتفاعلات الكيميائية العادية توفير طاقة كافية لإزالة أكثر من إلكترونين، وبالتالي زيادة عدد التأكسد فوق +2، وعلى الرغم من أنه يمكن إزالة أي عدد من الإلكترونات في ظل ظروف يمكن أن توفر الطاقة اللازمة، مثل الحرارة الشديدة أو المجالات الكهربائية أو المغناطيسية القوية، فإن هذه العناصر الثلاثة تميل إلى استخدام الإلكترونين الخارجيين للترابط التساهمي، ويكون هذا الاتجاه أكثر وضوحًا في حالة الزئبق، وأقل وضوحًا في حالة الزنك، وأقلها في حالة الكادميوم.

 

يعرض الزنك عدد تأكسد يساوي +2 فقط، حيث يمكن أن يتخلى عن إلكترونين لتكوين مركب كهربائي، على سبيل المثال، كربونات الزنك ZnCO3، وقد تشترك أيضًا في تلك الإلكترونات، كما هو الحال في كلوريد الزنك ZnCl2، وهو مركب تكون فيه الروابط أيونية بشكل جزئي وتساهمية بشكل جزئي أيضا، كما ويشكل الزئبق ثنائي الموجات أيضًا روابط تساهمية في كلوريد الزئبق HgCl2.

 

مركبات الكادميوم تعتبر مركبات أيونية بشكل أساسي، ولكن الكادميوم يشكل أيضًا أيونات معقدة مع روابط (ذرات أو أيونات أو جزيئات تتبرع بالإلكترونات إلى أيون معدني مركزي)، وعلى سبيل المثال، الأيون المركب مع الأمونيا NH3، والذي له الصيغة الكيميائية 2+[Cd (NH3)4]، أو مع أيون السيانيد، ذو الصيغة الكيميائية 2−[Cd (CN)4]، يختلف الكادميوم عن الزنك والزئبق، كما ويمكن أن يشكل الأيونات المعقدة التي تمثلها الصيغ -[CdCl3] و 2−[CdCl4] في المحلول.

 

يشكل الزئبق في حالتي الأكسدة +2 و +1 الأيونات التالية على التوالي: +Hg2  و 2+[Hg2]، في الأخير، يتم مشاركة إلكترونين في رابطة تساهمية بين ذرتين معدنيتين، حيث يظهر أيون 2+[Hg2]  ميلًا ضئيلًا لتكوين معقدات، في حين أن أيون +Hg2 يشكلها، على عكس مركبات الزئبق في الحالة +2، والتي تكون بشكل عام تساهمية، فإن جميع أملاح الزئبق الشائعة في الحالة +1 أيونية، والمركبات القابلة للذوبان، على سبيل المثال، نترات الزئبق Hg2(NO3)2، تظهر خصائص طبيعية من المركبات الأيونية، مثل سهولة التفكك أو التفكك إلى أيونات منفصلة في المحلول.

 

يعتبر الزئبق استثنائيًا وذلك لأنه، على عكس الزنك أو الكادميوم، لا يتفاعل بسهولة مع الأكسجين عند التسخين، ولا يظهر أكسيد الزئبق الخاصية الحمضية لتكوين الأملاح (الزئبق)، في حين أن أكسيد الزنك يقوم بفعل ذلك بسهولة.

 

الزئبق غير طبيعي مرة أخرى لأنه لا يقوم بإنتاج الهيدروجين مثل الزنك والكادميوم، وعند معالجته بالأحماض المخففة، مع حامض النيتريك المركز إلى حد ما، يقوم الزنك والكادميوم بتطوير أكاسيد النيتروجين وتشكيل نترات الزنك أو الكادميوم، يعطي الزئبق نترات الزئبق Hg(NO3)2، ونترات الزئبق Hg2(NO3)2.

 

وهناك خاصية أخرى للزئبق أيضا وهي غير شائعة بين المعادن، وهي استعداده لتشكيل مركبات مستقرة تحتوي على الزئبق رابطة الكربون والزئبق أو رابطة الزئبق والنيتروجين، ونتيجة لذلك، يشكل الزئبق مجموعة متنوعة من المركبات العضوية (المركبات التي تحتوي دائمًا على الكربون، وعادة ما تحتوي أيضًا على الهيدروجين، وغالبًا ما تحتوي على عنصر أو أكثر من عناصر الأكسجين والنيتروجين والكبريت)، لذلك، لا تظهر عناصر مجموعة الزنك بشكل عام تدرجا سلسا للخصائص؛ ويرجع ذلك بشكل أساسي إلى عدد الخصائص الشاذة للزئبق، والتي تظهر في كثير من النواحي تشابهًا أكبر مع الفضة مقارنة بالزنك والكادميوم.

 

المصدر
Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity Subsequent Edition by James E. Huheey (Author), Ellen A. Keiter (Author), Richard L. Keiter (Author).INORGANIC CHEMISTRYCATHERINE E. HOUSECROFT AND ALAN G. SHARPE, FOURTH EDITION.‘Basic Inorganic Chemistry’ ‘Inorganic Chemistry’, by Miessler, Fischer, and Tarr, 5th Edition, Pearson, 2014.‘Inorganic Chemistry’, by Shriver, Weller, Overton, Rourke, Armstrong, 6th Edition, Oxford University Press,2014.

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

زر الذهاب إلى الأعلى