Chương I: Các nguyên tố nhóm IIB (Zn, Cd, Hg) Hx PULLER GRIEG xnyaseapttvvet60101616110060160826414191000000/09%2. Trang thái tự nhiênvà thành phan các đồng vì. 8 THỰ Tỉnh cA i sss 1áv4l ác ees 9 eT bu dc: lúc.ăan 10 We: ĐI (Go 000220000666 0506000004620 ba. 14 Vi; Ung dunt ccc as inne 16 Chương II: Hợp chất của Zn, Cd, Hg A.
Hợp chất có số oxi hóa +2 I. Hợp chất của Zn, Cd ¡lãm CC. ẾP NIEORÍEs.ianiciitoncccsiiiit0ndàckic:6ádás62S5501/0886csg 20 In. Muéi nna 4d E€2xCzassd22422662222sxse1beg2ee74222025e0ss2%c@654600yaceke 2490 2sa»ssv.
27 lạ, CORD Giết ND uc eetdaoiedtddeceiỷdaniraaeetdoemso 28 HH. Hợp chất của Hg LI;. Thủy ngân (11) oxit.- - - S5 Sen ieree 30 Tạ, ThỦYy ngân CLE) NO nen kkanyenesseeeoeoaeee 31 Hy. Muối của thủy ngân (TÏ):.2222-56---cc2sccs-seccee 32 Tg; Hợp chất cơ thủy ngân.
Hợp chất có số oxi hóa +1 Ts: NUÊNW XẾ CC (á1262G(0 EE 38 II, CRAG eae ty NT CS cáedA2xadisso anions 39 AR ii.MU là 1 a aaa. 39 Phản II: Hệ thống câu hỏi trắc nghiệm nhóm IIB I. Hệ thống câu hỏi trắc nghiệm.5- ẶcSe<<<e2 43 ST ETAT) EIN 0 NMNBMMAARMmmMa a2 AT. 54 Phần III: Thí nghiệm bổ sung nhóm IIB I.
TN 1: Kém tác dụng với acid không có tính oxi hóa. TN 2: Kẽm tác dụng với acid có tính oxi hóa. TN 3: Kẽm tác dụng với dung dịch kiểm. TN 4: Kẽm tan trong dung dịch NHạ.
TN 5: Kém tan trong dung dịch muối amôni. TN 6: Tính khử mạnh của kẽm trong môi trường kiểm. TN 7: Điều chế và tính chất của kẽm hidroxit. TN 8: Kẽm tác dụng với muối của Cađimi.
TN 9: Điều chế và tính chất của Cađimi hidroxit. TN 10: Tính oxi hóa của Hg(II).- 63 HEL ĐH sess ERA DNS ae 65 Phụ lục.- - - ¡- Ă - << S3 1 v2 ST TH He 67 Tài ĐI PRS KH Gan 06t 6getg6ct0tà n6 t00022ocsden 71 Trang 4 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH : Phan Thị Viên Ân PHAN I. LÍ THUYẾT NHÓM IIB CHƯƠNGI: CÁC NGUYÊN TỐ NHÓM IIB I._ Nguyên tế nhóm IIB gốm có: Zn (Zincum), Cd (Cadmium), Hg (Mercurius hay Hydragyrum) là các nguyên tố cuối cùng họ d thuộc các chu kỳ 4, 5, 6. — Kẽm và Thủy ngân đã biết từ thời cổ đại, Cađimi là nguyên tố hiếm được nhà hoá học người đức F.
— Nguyên tử khối, số thứ tự, cấu hình electront và hoá trị như ae ee a mi 30 tử khối electront 65,37 | (Ar] 3d'°4s? 112,41 | {kr}4d!°5s? 200,59 | [Xe] 4d!*5d!96s? I,. Về mặt cấu trúc electront: cả 3 nguyên tố này déu có lớp vỏ (n-1)d'®°ns?. Lớp (n-1)d'° hoàn toàn bén vững với 10 electront. That vậy, trong khi Cu, Ag, Au cũng có cấu hình electront (n-1)đÌ°ns' có thể mất 1 hoặc 2 electront d tạo nên trạng thái oxi hoá +2 hay +3 thì các nguyên tế nhóm IIB lại không thể cho electront d.
Do đó, các electront hoá trị chỉ là các electront s. Tính chất này làm cho các nguyên tố nhóm IIB giống các nguyên tố nhóm chính hơn các nguyên tố chuyển tiếp. Nguyên nhân: năng lượng ion hoá thứ ba của chúng rất cao làm cho năng lượng solvat hoá hay năng lượng tạo thành mạng lưới tinh thể không đủ để làm bén được trạng thái oxi hoá +3. Trạng thái oxi hoá cao nhất của các nguyên tố nhóm IIB là +2.
Các nguyên tử nguyên tố nhóm IIB déu có 2 electront ngoài cùng như các nguyên tố nhóm IIA, déu tạo cation M”'. Nhưng khác với Trang 5 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH : Phan Thị Viễn Ân nhóm IIA, các ion nhóm IIB có lớp vỏ (n-1)d'? dé bị biến dạng hơn so với lớp vỏ khí tro (n-1)s”(n-1)pŸ của các ion nhóm IIA. Vì vậy, khả năng phân cực của Zn’, Cd?*, Hg”* lớn hơn._ Một số đặc điểm của nguyên tử các nguyên tố IIB: Electront hoá trị Bán kính nguyên tử (A°) Bán kính ion M**(A°) Năng lượng ion hoá |, (eV) — Do độ bén cao của cặp electront 6s” làm cho năng lượng ion hoá của Hg rất cao và cao hơn cả các nguyên tế d còn lại. Điều đó đã gây ra tính chất khác biệt giữa Hg với Zn và Cd.
Ví dụ: * Thế điện cực chuẩn của Hg có giá trị dương, thế điện cực chuẩn của Zn va Cd có giá trị âm. Chứng tỏ hai kim loại này mạnh hơn nhiễu so với Hg. Thế điện cực chuẩn của Hg trong môi trường acid là: 0,854 ——— — Hg” osu, Hg? 9,70, Hg 0,28, HgạC]; * Đa số hợp chất của Hg kém bén hơn so với hợp chất của Zn và Cd tương ứng. Hg có khả nang tạo ra hợp chất chứa ion Hg}.
Trong đó, 2 nguyên tử Hg liên kết với nhau bằng liên kết cộng hoá trị Hg-Hg và Hg có số oxi hoá +1. Vi dụ: Hg;Glạ, Hg;(NQạ);. — Tổng năng lượng ion hoá thứ nhất và thứ hai của 3 nguyên tố này lớn hơn rất nhiều so với các nguyên tố nhóm IIA trong cùng chu kì. Bởi vậy so với Ca, Sr và Ba các nguyên tố nhóm IIB kém hoạt động hoá học hơn nhiều, nhất là Hg.
Trang 6 Luận Văn Tốt Nghiệ SVTH : Phan Thị Viễn Ân Nguyên nhân: hiệu ứng chấn của các electront (n-1)sŸ(n-1)d`° ở lớp vỏ đối với các electront s và hạt nhân của các nguyên tử Zn, Cd, Hg kém hiệu quả hơn so với lớp vỏ bền (n-1)sŸ(n-1)p? của khí hiếm trong các nguyên tử Ca, Sr, Ba. Mat khác, từ Zn đến Hg bán kính nguyên tử tăng chậm nhưng năng lượng ion hoá vẫn tăng, đặc biệt là Hg do electront 6s? xâm nhập vào không chỉ electront 5đ'” mà cả electront 4f'° nữa. Ning gion bod | Ge | & | Ị I, (eV) 6,11 5,96 5,21 I, (eV) 11,87 | 10,93 9,95 I;. Ban kính nguyên tử các nguyên tế IIB gan bằng bán kính nguyên tử các nguyên tố IB trong cùng chu kì và tăng chậm dân từ Zn đến Hg do sự co d.
Cu Ag Au Bán kính nguyên tử (A°) 1,28 1,44 1,44 lạ. Về cấu trúc tỉnh thể: Zn và Cd có cấu trúc mạng lục phương. Trong đó, mỗi nguyên tử liên kết với 12 nguyên tử khác.9468 A° Với Cd: a= 2,9788 A* c= 5,6167 A° Cấu trúc tinh thể của Zn va Cd Với Hg khi hoá rắn tạo ra tinh thể hình tám mặt đúng nhưng vẫn là cấu trúc lục phương. Trong mạng tỉnh thể, Hg có dạng đặc biệt hơn: mỗi nguyên tử Hg được bao quanh 6 nguyên tử Hg với khoảng cách 3,005 A° còn 6 nguyên tử Hg còn lại với khoảng cách 3,477 A°.
Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH : Phan Thị Viễn An — Trong thiên nhiên, Zn là nguyên tố tương đối phổ biến còn Cd và Hg kém phổ biến hơn nhiều. Trữ lượng của chúng trong vỏ trái đất lần lượt là 1,5.107”% tổng số nguyên tử. — Trong vỏ quả đất, Zn ở dạng khoáng vật chủ yếu là Sphalerit (ZnS), Calamin (ZnCO3), Phranclinit hay Ferit kẽm (Zn(FeO¿);), Zincit (ZnO). Trong thiên nhiên, các khoáng vật của kẽm đều lẫn Pb, Ag và Cd.
— Khoáng vật chủ yếu của Cd là quặng Grinokit (CdS), khoáng vật này thường lẫn với khoáng vật của Zn. Trong quặng Sphalerit và Calamin có khoảng 3% Cađimi. — Khoáng vật của Hg là Xinaba hay Thần sa, Chu sa (HgS). — Zn và Cd thường có trong quặng đa kim cùng với Pb và Cu.
Trong cơ thể thực vật hay động vật có chứa kẽm với hàm lượng bé. Trong sò, hến có khoảng 12%, trong cơ thể người có khoảng 0,001% ở răng, hệ thần kinh và tuyến sinh duc, Zn có trong Insulin và hormon có vai trò điều chỉnh độ đường trong máu. — Trung bình 11 nước biển có 10 mg Zn ở dang Zn** (ZnSO,), 1,1.10 mg Cd ở dang Cd?* (CdSO,) và 3.10” mg Hg ở dang Hg” (HgCl? và HgCl;). Ngoài dang hợp chat, Hg còn tổn tai ở dang tự do vì các hợp chat của nó đều kém bền dé phân hủy thành kim loại.
Thành phần các đồng vi: — Zn có 15 đồng vi, các déng vị thiên nhiên là “Zn(48,89%), “Zn(27,81%), ”Zn(4,11%), “Zn(18,56%), ”Zn(0,62%). Trong do, bén nhất là đồng vị ®Zn. Trang 8 Luận Văn Tốt Nghiệ SVTH : Phan Thị Viễn An — Cd có 19 đồng vị, các đồng vị thiên nhiên là '*Cd(0,875%), !*°Cd(12,39%), TM Cd(12,7%), TM Cd(24,07%), "*C4(12,26%), !* Cd(28,86%) và '*Cd(7,58%). Trong do, bến nhất là đồng vị "Cd — Hg có 24 đồng vị, các déng vị thiên nhiên là '*Hg(0,14%), “Hg(1002%), '“Hg(l684%) ""Hg(2313%), '"Hg(13/22%), TM Hg(29,8%) và TM Hg(6,85%).
Trong đó, bên nhất là đồng vị TM Hg. Tính chất vật lí : III,. Ở dang đơn chất, cả ba kim loại đều có màu trắng bạc, nhưng trong không khí ẩm, chúng dần dần bị bao phủ bởi màng oxit nên mất ánh kim. Một số hằng số vật lí quan trọng của Zn, Cd, Hg: Nhiệt thăng hoa (KJ/mol) Độ dẫn điện (so với Hg bằng 1) Năng lượng bốc hơi (Keal/mol ở 25°C) Nhiệt Hidrat hoá của MỸ* (Kcal/mol) âm điện Ills.
Cả 3 kim loại này đều có khối lượng riêng lớn, có T$ và TỶ thấp hơn so với kim loại nặng. Vì vậy có nhiệt độ bay hơi thấp. Nguyên nhân do tương tác yếu giữa các nguyên tử trong kim loại, nhất là trong Hg, gây nên bởi cấu hình tương đối bền dỶ? cản trở các electront d tham gia vào liên kết kim loại. Hơn thế kim loại IIB nhẹ, dễ nóng chảy, dễ sôi, dễ bay hơi hơn kim loại nhóm IB mặc dù có điện tích lớn hơn và bán kính nguyên tử gần bằng bán kính nguyên tử nhóm IB.
Do: sự biến dang của cấu hình tinh thể; Zn, Cd có cơ cấu lục lăng đặc biến dạng thường không chặt chẽ so với cơ cấu lập phương mặt tâm của nhóm IB. Ti số c/a của Zn là 1,856 ; của Cd là 1,886. Trong khi, ti số c/a của một lục lăng đặc không biến dang là Trang 9 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH : Phan Thị Viễn Ân 1,633. Hình lục lăng bị biến dang theo trục c nên làm giảm độ bên, tỉ trọng của các kim loại nhóm IIB.
Thủy ngân dễ bay hơi và tén tại ở trạng thái lỏng thay vi trang thái rắn như những kim loại khác. Do lực nối giữa các kim loại Hg yếu, mặt khác lại có sự tạo thành liên kết cộng hoá trị kim loại. Vì dễ nóng chảy, bay hơi và dễ tao ion Hg?" nên có giả thuyết cho rằng trong Hg lỏng có các phân tử Hg». Điều lạ là Hg tan được trong cả dung môi có cực và không có cực.
Ở điều kiện thường, Zn khá dòn nên không thể kéo sợi được. Khi đun ở nhiệt độ 100-150°C lại dẻo và dai, dun đến 200°C có thể tán thành bột. Trái lại, Cd có thể rèn và kéo sợi được. Về độc tính: Zn ở trạng thái rắn và các hợp chất của Zn không độc nhưng hơi của ZnO rất độc.
Cd ở trạng thái kim loại không độc nhưng các hợp chất của Cd lại rất độc. Hg rất đễ bay hơi và rất độc, các muối của Hg như clorua, nitrat cực kì độc.