游離狀態(tài)的鋅、鎘、汞都是銀白色金屬,其中鋅略帶藍(lán)色,本族金屬的物理性質(zhì)列于表20-9中。
表20-9 鋅、鎘、汞的物理性質(zhì)
單質(zhì) 性質(zhì) |
鋅 | 鎘 | 汞 |
密度/g·cm-3 | 7.133 | 8.65 | 13.546 |
硬度 | 2.5 | 2.0 | 液 |
熔點(diǎn)/K | 692.58 | 593.9 | 234.158 |
沸點(diǎn)/K | 1180 | 1038 | 629.58 |
鋅族金屬的特點(diǎn)主要表現(xiàn)為低熔點(diǎn)和低沸點(diǎn),從上表可看出它們的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)不僅低于銅族金屬,而且低于堿土金屬,并依Zn-Cd-Hg的順序下降。汞是常溫下唯一的液體金屬,有流動(dòng)性。在273~473K之間體積膨脹系數(shù)很均勻又不濕潤(rùn)玻璃,可用來(lái)制造溫度計(jì)。汞的密度很大,蒸氣壓又低,可用于壓力計(jì)的制造。汞的蒸氣在電弧中能導(dǎo)電,并輻射高強(qiáng)度的可見(jiàn)光和紫外光線,可作太陽(yáng)燈,用于醫(yī)療方面。汞和它的化合物有毒,使用時(shí)必須非常小心,不許將汞滴撒在實(shí)驗(yàn)桌上或地面上,因汞撒開(kāi)后,表面積增大,汞蒸氣散布于空氣中被吸入人體會(huì)產(chǎn)生慢性中毒。如果不小心把汞撒在地上或桌上,必須盡可能收集起來(lái)。對(duì)于遺留在縫隙處的汞,可蓋以硫黃粉使生成難溶的HgS,也可倒入飽和的鐵鹽溶液使其氧化除去。儲(chǔ)藏汞必須密封,若不密封,可在汞的上層覆蓋一層水以保證汞不揮發(fā)出來(lái)。
鋅、鎘、汞之間以及與其它金屬容易形成合金。鋅的最重要的合金是黃銅。制造黃銅是鋅的主要用途之ー。大量的鋅用于制造白鐵皮,將干凈的鐵片浸在熔化的鋅里即可制得,這可以防止鐵的腐蝕。鋅也是制造干電池的重要材料,近年來(lái)銀鋅電池有了相當(dāng)大的發(fā)展,這種電池以Ag2O2為正極,Zn為負(fù)極,用KOH做電解質(zhì),電極反應(yīng)為:
負(fù)極:Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2
正極:Ag2O2+4e-+2H2O=2Ag+4OH-
總反應(yīng):2Zn+Ag2O2+2H2O=2Ag+2Zn(OH)2
鉛蓄電池的蓄電量為0.29A·min·kg-1,而銀鋅電池的蓄電量為1.57A·min·kg-1,所以銀鋅電池常被稱為高能電池。
汞可以溶解許多金屬,如Na、K、Ag、Au、Zn、Cd、Sn、Pb等而形成汞齊,因組成不同,汞齊可以呈液態(tài)或固態(tài)。汞齊在化學(xué)、化工和冶金中有重要用途,鈉汞齊與水反應(yīng),緩慢放出氫,有機(jī)化學(xué)中常用作還原劑。Tl-Hg齊(8.5%Tl)在213K才凝固,可做低溫溫度計(jì)。利用汞能溶解金、銀的性質(zhì),在冶金中用汞來(lái)提煉這些貴金屬。
鋅在含有CO2的潮濕空氣中生成一層堿式碳酸鋅:
4Zn+2O2+3H2O+CO2=ZnCO3·3Zn(OH)2
這層薄膜較緊密,可作保護(hù)膜。從標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)來(lái)看,鋅和鎘位于氫前,汞位于銅與銀之間。在稀鹽酸和稀硫酸中,鋅易反應(yīng),鎘反應(yīng)較慢,而汞則完全不反應(yīng)。但它們都易溶于硝酸,在過(guò)量的硝酸中溶解汞產(chǎn)生硝酸汞(Ⅱ):
3Hg+8HNO3=3Hg(NO3)2+2NO+4H2O
用過(guò)量的汞與冷的稀硝酸反應(yīng),得到的則是硝酸亞汞:
6Hg+8HNO3=3Hg2(NO3)2+2NO+4H2O
和鎘、汞不同,鋅與鈹、鋁相似,都是兩性金屬,能溶于強(qiáng)堿溶液中:
Zn+2NaOH +2H2O=Na2[Zn(OH)4]+H2↑
鋅也溶于氨水,鋁不能與氨水形成配離子,所以不溶于氨水。
Zn+4NH3+2H2O=[Zn(NH3)4]2++H2↑+2OH-
鋅在加熱的條件下可以與絕大多數(shù)的非金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。在普通條件下,鋅與鹵素作用緩慢。把鋅粉與硫黃共熱可形成硫化鋅。
汞與硫黃粉硏磨即能形成硫化汞,這種反常的活潑性是由于汞是液態(tài),研磨時(shí)汞與硫接觸面增大,反應(yīng)就較容易進(jìn)行。