Yaroslav: Bot: Automated import of articles

2026-05-30T19:33:35Z

Bot: Automated import of articles

Нова сторонка

{{YouTube|qC1ggPYTsCg|width=300|height=250}}

== Общие сведения ==
К d-элементам первой и второй групп побочных подгрупп периодической системы относятся две фундаментальные совокупности переходных металлов: подгруппа меди и подгруппа цинка. Подгруппа меди включает в себя медь, серебро и золото. Данные металлы известны человечеству с глубокой древности, в частности, добыча и обработка меди активно осуществлялись еще во времена неолита. Электронное строение атомов этих элементов характеризуется наличием одного неспаренного электрона на внешнем энергетическом слое. Специфическим квантово-механическим эффектом для элементов подгруппы меди является «провал» электрона с внешнего s-подуровня на предвнешний d-подуровень, что обуславливает их химическое поведение и многообразие проявляемых степеней окисления.

Подгруппа цинка включает цинк, кадмий и ртуть. В отличие от элементов подгруппы меди, атомы элементов подгруппы цинка имеют полностью завершенный внешний s-подуровень и предвнешний d-подуровень. При переходе этих атомов в возбужденное состояние распаривания электронов d-подуровня не происходит, что строго ограничивает их валентные возможности. Физически металлы обеих подгрупп в чистом виде имеют характерный металлический блеск, однако на воздухе большинство из них быстро покрывается защитными оксидными или карбонатными пленками. Медь в нормальном состоянии обладает выраженным красным цветом, серебро — белым, а золото — насыщенным желтым. Цинк характеризуется синеватым оттенком, тогда как кадмий и ртуть имеют серебристый цвет.

== Классификация ==
Основная классификация рассматриваемых элементов базируется на их принадлежности к соответствующим побочным подгруппам, что определяет их электронную конфигурацию и валентные свойства. Элементы первой побочной подгруппы (медь, серебро, золото) классифицируются как переходные металлы с переменной валентностью. Вследствие особенностей электронного строения они способны проявлять степени окисления плюс один, плюс два и плюс три. Наиболее термодинамически устойчивыми являются соединения двухвалентной меди и трехвалентного золота.

Элементы второй побочной подгруппы (цинк, кадмий, ртуть) классифицируются как металлы с постоянной валентностью, равной двум. Их химические соединения характеризуются строгой степенью окисления плюс два, хотя ртуть способна образовывать специфические двуядерные соединения, формально проявляя степень окисления плюс один.

Дополнительная классификация охватывает многообразие бинарных и комплексных соединений, а также металлических сплавов, образуемых данными элементами. Сплавы на основе меди подразделяются на латуни (соединения меди с цинком) и бронзы (сплавы меди с оловом, алюминием, бериллием и другими элементами). Отдельную группу составляют медно-никелевые сплавы, к которым относятся мельхиор, константан, манганин и копель, классифицируемые по процентному соотношению базовых металлов и легирующих добавок (марганца, железа). Соединения ртути традиционно классифицируются на галогениды, нитраты и оксиды, среди которых выделяют сулему и каломель.

== Способы получения ==
Синтез неорганических соединений d-элементов первой и второй групп осуществляется посредством химического растворения чистых металлов в кислотах, а также их прямого взаимодействия с галогенами и неметаллами. Получение галогенидов меди, серебра и золота (например, хлорида меди двухвалентного или хлорида серебра) протекает при непосредственном контакте металлов с активным хлором. Соединения цинка, кадмия и ртути также синтезируются путем кислотного растворения или галогенирования.

В промышленной металлургии получение сплавов осуществляется методом высокотемпературного расплавления компонентов в заданных пропорциях. Латунь получают путем сплавления меди с цинком, доля которого может достигать сорока пяти процентов. Медно-никелевые сплавы, такие как мельхиор, получают легированием меди никелем (в концентрации от двадцати до тридцати процентов) с добавлением небольших количеств марганца и железа. Сплав копель образуется при легировании меди никелем и марганцем, а манганин дополнительно требует точного соблюдения пропорций марганца.

Для получения тонких защитных металлических слоев на поверхности стальных изделий применяются методы электрохимического или горячего нанесения покрытий — цинкование и кадмирование. Данные технологии позволяют искусственно создать плотную антикоррозионную оболочку из цинка или кадмия, надежно изолирующую базовый металл от агрессивного воздействия окружающей среды.

== Свойства ==
Физико-химические свойства d-элементов первой и второй групп варьируются в широких пределах. Плотность элементов в подгруппах возрастает сверху вниз; золото является одним из самых плотных металлов. Температуры плавления металлов подгруппы меди находятся в районе тысячи градусов Цельсия, они обладают высокой твердостью, пластичностью и выдающейся тепло- и электропроводностью. Серебро обладает максимальной электрической проводимостью среди всех известных металлов, медь незначительно уступает ему, но превосходит по пластичности, позволяя вытягивать тончайшую проволоку. Металлы подгруппы цинка отличаются относительно низкой плотностью и пониженными температурами плавления. Уникальным свойством ртути является температура ее плавления, составляющая минус тридцать девять градусов Цельсия, из-за чего в нормальных условиях она находится в жидком агрегатном состоянии и обладает крайне низкой электропроводностью.

Химическая активность элементов подгруппы меди невысока. Они устойчивы к воздействию разбавленных соляной и серной кислот. Медь и серебро окисляются и растворяются в азотной кислоте. Золото является благородным металлом с высокой химической инертностью и растворяется исключительно в царской водке (смеси азотной и соляной кислот) с образованием золотохлористоводородной кислоты. На воздухе чистая медь со временем покрывается зеленовато-серой патиной, состоящей из основных карбонатов.

Химическая активность металлов подгруппы цинка закономерно падает сверху вниз. Цинк и кадмий в электрохимическом ряду напряжений расположены до водорода, а ртуть — после него. Цинк проявляет амфотерные свойства, активно растворяясь как в кислотах, так и в щелочах с выделением водорода. Кадмий растворяется в кислотах менее энергично, а в щелочах — крайне слабо. Ртуть взаимодействует только с кислотами-окислителями. При взаимодействии с кислородом образуются оксиды: белый оксид цинка, коричневый оксид кадмия и оксиды ртути (красный для двухвалентной формы и черный для одновалентной). Гидроксид цинка способен растворяться в кислотах и щелочах. Рассматриваемые металлы обладают высокой склонностью к комплексообразованию, легко образуя аммиачные и галогенные комплексы, которые отличаются высокой термодинамической стабильностью. Отличительной химической чертой всех растворимых соединений меди, серебра, золота, цинка, кадмия и ртути является их выраженная токсичность для живых организмов. Особенно опасны пары металлической ртути.

== Применение ==
Выдающиеся физико-механические и химические свойства обуславливают повсеместное применение d-элементов первой и второй групп в промышленности, электротехнике и приборостроении. Медь массово расходуется на производство электрических проводов и контактных групп. Золото и серебро также востребованы в производстве высокоточных электрических контактов и в ювелирном деле.

Колоссальное значение имеют сплавы на основе меди. Латунь применяется для изготовления труб, деталей часовых механизмов и декоративных элементов. Бронзы различных марок, особенно прочные бериллиевые бронзы, незаменимы при производстве износостойких пружин и деталей, работающих под нагрузкой. Мельхиор, благодаря его высочайшей коррозионной стойкости, используется в энергетическом машиностроении для создания радиаторов и трубопроводов, постоянно контактирующих с водой. Сплавы константан, манганин и копель обладают специфическим электрическим сопротивлением и термоэлектрическими свойствами, что делает их идеальными материалами для изготовления термопар и эталонных резисторов.

Цинк и кадмий выполняют важнейшую функцию защиты черных металлов от коррозии. Цинкование стальных изделий является мировым стандартом антикоррозионной обработки. Кадмирование обеспечивает еще более высокую и долговечную защиту, однако применяется реже из-за высокой стоимости и токсичности кадмия. Кадмиевая бронза, содержащая около одного процента кадмия, отличается повышенной прочностью на разрыв и износостойкостью, благодаря чему применяется для изготовления контактных проводов троллейбусных линий и телеграфных сетей. Кадмий также востребован в производстве щелочных аккумуляторов и в ядерной энергетике как эффективный поглотитель медленных нейтронов.

Металлическая ртуть, ввиду ее нахождения в жидком состоянии при нормальных условиях, является незаменимым рабочим телом в измерительной аппаратуре: термометрах, манометрах и барометрах. Она также используется в конструкции ртутно-кварцевых ламп. Каломель находит применение в аналитической химии при изготовлении стандартных электродов сравнения. Сульфид и оксид цинка обладают способностью люминесцировать под воздействием электронных пучков, что используется в конструкции люминесцентных источников дневного света. Хлорид цинка в виде водного раствора применяется в гальванотехнике и металлообработке для глубокого травления металлических поверхностей.

== См. также ==
[[Свойства и применение полимеров]]
[[Свойства металлов первой и второй группы]]

[[Category:Общая химия]]
[[Category:Неорганическая химия]]

[https://www.youtube.com/watch?v=qC1ggPYTsCg Смотреть видео]

Свойства д-элементов 1 и 2 групп - Revision history

Yaroslav: Bot: Automated import of articles