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Grupo 12 en la tabla periódica
HidrógenoHelio
LitioBerilioBoroCarbónNitrógenoOxígenoFlúorNeón
SodioMagnesioAluminioSilicioFósforoAzufreCloroArgón
PotasioCalcioEscandioTitanioVanadioCromoManganesoPlancharCobaltoNíquelCobreZincGalioGermanioArsénicoSelenioBromoCriptón
RubidioEstroncioItrioCirconioNiobioMolibdenoTecnecioRutenioRodioPaladioPlataCadmioIndioEstañoAntimonioTelurioYodoXenón
CesioBarioLantanoCerioPraseodimioNeodimioPrometeoSamarioEuropioGadolinioTerbioDisprosioHolmioErbioTulioIterbioLutecioHafnioTantalioTungstenoRenioOsmioIridioPlatinoOroMercurio (elemento)TalioDirigirBismutoPolonioAstatineRadón
FrancioRadioActinioTorioProtactinioUranioNeptunioPlutonioAmericioCurioBerkelioCalifornioEinstenioFermioMendelevioNobelioLawrencioRutherfordioDubniumSeaborgioBohriumHassiumMeitnerioDarmstadtiumRoentgenioCopérnicoNihoniumFlerovioMoscoviumLivermoriumTennessineOganesson
grupo 11 ←   → grupo boro
Número de grupo IUPAC12
Nombre por elementogrupo zinc
Número de grupo CAS
(EE. UU., Patrón ABA)
IIB
antiguo número IUPAC
(Europa, patrón AB)
IIB
↓  Periodo
4
Zinc (Zn)
30 Metal de transición
5
Cadmio (Cd)
48 Metal de transición
6
Mercurio (Hg)
80 Metal de transición
7Copernicium (Cn)
112 metal de transición

Leyenda

elemento primordial
elemento sintético
Color del número atómico:
verde = líquido ,  negro = sólido
  • v
  • t
  • mi

El grupo 12 , según la numeración IUPAC moderna , [1] es un grupo de elementos químicos en la tabla periódica . Incluye zinc (Zn), cadmio (Cd) y mercurio (Hg). [2] [3] [4] La inclusión adicional de copernicium (Cn) en el grupo 12 está respaldada por experimentos recientes en átomos de copernicium individuales. [5] Anteriormente, este grupo se llamaba IIB (pronunciado como "grupo dos B", ya que "II" es un número romano ) por CAS y el antiguo sistema IUPAC. [nota 1]

Los tres elementos del grupo 12 que se encuentran de forma natural son el zinc, el cadmio y el mercurio. Todos se utilizan ampliamente en aplicaciones eléctricas y electrónicas, así como en diversas aleaciones. Los dos primeros miembros del grupo comparten propiedades similares, ya que son metales sólidos en condiciones estándar. El mercurio es el único metal líquido a temperatura ambiente. Si bien el zinc es muy importante en la bioquímica de los organismos vivos, el cadmio y el mercurio son altamente tóxicos. Como el copernicio no se encuentra en la naturaleza, debe sintetizarse en el laboratorio.

Propiedades físicas y atómicas [ editar ]

Al igual que otros grupos de la tabla periódica , los miembros del grupo 12 muestran patrones en su configuración electrónica, especialmente las capas más externas, que dan como resultado tendencias en su comportamiento químico:

ZElementoNo. de electrones / capa
30zinc2, 8, 18, 2
48cadmio2, 8, 18, 18, 2
80mercurio2, 8, 18, 32, 18, 2
112copernicio2, 8, 18, 32, 32, 18, 2 (predicho)

Los elementos del grupo 12 son todos metales blandos, diamagnéticos y divalentes . Tienen los puntos de fusión más bajos entre todos los metales de transición . [7] El zinc es de color blanco azulado y brillante, [8] aunque los grados comerciales más comunes del metal tienen un acabado mate. [9] El zinc también se conoce en contextos no científicos como deletreador . [10] El cadmio es blando, maleable y dúctil., y con un color blanco azulado. El mercurio es un metal líquido, pesado, de color blanco plateado. Es el único metal líquido común a temperaturas normales y, en comparación con otros metales, es un mal conductor del calor, pero un buen conductor de la electricidad. [11]

La siguiente tabla es un resumen de las propiedades físicas clave de los elementos del grupo 12. Los datos del copernicio se basan en simulaciones relativistas de la teoría funcional de la densidad. [12]

Propiedades de los elementos del grupo 12
NombreZincCadmioMercurioCopérnico
Punto de fusion693 K (420 ° C )594 K (321 ° C)234 K (-39 ° C)283 ± 11 K [12]

(10 ° C)

Punto de ebullición1180 K (907 ° C)1040 K (767 ° C)630 K (357 ° C)340 ± 10 K [12]

(60 ° C)

Densidad7,14 g · cm −38,65 g · cm −313,534 g · cm −314,0 g · cm −3 [12]
Aparienciaplateado gris azulado metalizadogris-plataplateado?
Radio atómico135 pm155 pm150 pm? 147 pm

El zinc es algo menos denso que el hierro y tiene una estructura cristalina hexagonal . [13] El metal es duro y quebradizo en la mayoría de las temperaturas, pero se vuelve maleable entre 100 y 150 ° C. [8] [9] Por encima de 210 ° C, el metal se vuelve quebradizo nuevamente y se puede pulverizar batiendo. [14] El zinc es un buen conductor de electricidad . [8] Para un metal, el zinc tiene puntos de fusión (419,5 ° C, 787,1 F) y puntos de ebullición (907 ° C) relativamente bajos. [7] El cadmio es similar en muchos aspectos al zinc, pero forma compuestos complejos . [15] A diferencia de otros metales, el cadmio es resistente a la corrosión.y como resultado se utiliza como capa protectora cuando se deposita sobre otros metales. Como metal a granel, el cadmio es insoluble en agua y no es inflamable ; sin embargo, en su forma en polvo puede arder y liberar humos tóxicos. [16] El mercurio tiene una temperatura de fusión excepcionalmente baja para un metal de bloque d. Una explicación completa de este hecho requiere una profunda excursión a la física cuántica , pero se puede resumir de la siguiente manera: el mercurio tiene una configuración electrónica única donde los electrones llenan todos los 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 3d, 4s, 4p disponibles. , 4d, 4f, 5s, 5p, 5d y 6s subcapas. Como tal configuración resiste fuertemente la eliminación de un electrón, el mercurio se comporta de manera similar al gas noble.elementos, que forman enlaces débiles y, por lo tanto, derriten sólidos fácilmente. La estabilidad de la carcasa 6s se debe a la presencia de una carcasa 4f llena. Una capa f filtra mal la carga nuclear que aumenta la interacción atractiva de Coulomb de la capa 6s y el núcleo (ver contracción de lantánidos ). La ausencia de una capa f interna llena es la razón de la temperatura de fusión algo más alta del cadmio y el zinc, aunque ambos metales aún se funden fácilmente y, además, tienen puntos de ebullición inusualmente bajos. El oro tiene átomos con un electrón 6s menos que el mercurio. Esos electrones se eliminan más fácilmente y se comparten entre los átomos de oro formando enlaces metálicos relativamente fuertes . [17] [18]

El zinc, el cadmio y el mercurio forman una amplia gama de aleaciones . Entre los que contienen zinc, el latón es una aleación de zinc y cobre . Otros metales que se sabe desde hace mucho tiempo que forman aleaciones binarias con zinc son el aluminio , antimonio , bismuto , oro , hierro, plomo , mercurio, plata , estaño , magnesio , cobalto , níquel , telurio y sodio . [10] Si bien ni el zinc ni el circonio son ferromagnéticos , su aleaciónZrZn
2exposiciones ferromagnetismo por debajo de 35  K . [8] El cadmio se utiliza en muchos tipos de soldaduras y aleaciones de cojinetes, debido a su bajo coeficiente de fricción y resistencia a la fatiga. [19] También se encuentra en algunas de las aleaciones de menor punto de fusión, como el metal de Wood . [20] Debido a que es un líquido, el mercurio disuelve otros metales y las aleaciones que se forman se denominan amalgamas . Por ejemplo, se conocen tales amalgamas con oro, zinc, sodio y muchos otros metales. Dado que el hierro es una excepción, los frascos de hierro se han utilizado tradicionalmente para comercializar mercurio. Otros metales que no forman amalgamas con el mercurio incluyen el tantalio, el tungsteno y el platino.La amalgama de sodio es un agente reductor común en la síntesis orgánica y también se usa en lámparas de sodio de alta presión . El mercurio se combina fácilmente con el aluminio para formar una amalgama de mercurio-aluminio cuando los dos metales puros entran en contacto. Dado que la amalgama reacciona con el aire para dar óxido de aluminio, pequeñas cantidades de mercurio corroen el aluminio. Por esta razón, el mercurio no está permitido a bordo de una aeronave en la mayoría de las circunstancias debido al riesgo de que forme una amalgama con las piezas de aluminio expuestas en la aeronave. [21]

Química [ editar ]

La mayor parte de la química se ha observado solo para los tres primeros miembros del grupo 12. La química del copernicio no está bien establecida y, por lo tanto, el resto de la sección se ocupa únicamente del zinc, el cadmio y el mercurio.

Tendencias periódicas [ editar ]

Todos los elementos de este grupo son metales . La similitud de los radios metálicos del cadmio y el mercurio es un efecto de la contracción del lantánido . Entonces, la tendencia en este grupo es diferente a la tendencia en el grupo 2, las alcalinotérreas , donde el radio metálico aumenta suavemente de arriba a abajo del grupo. Los tres metales tienen puntos de fusión y ebullición relativamente bajos, lo que indica que el enlace metálico es relativamente débil, con una superposición relativamente pequeña entre la banda de valencia y la banda de conducción . [22] Por lo tanto, el zinc está cerca del límite entre los elementos metálicos y metaloides , que generalmente se coloca entre el galioy germanio , aunque el galio participa en semiconductores como el arseniuro de galio .

El zinc y el cadmio son electropositivos, mientras que el mercurio no lo es. [22] Como resultado, el zinc y el cadmio metálico son buenos agentes reductores. Los elementos del grupo 12 tienen un estado de oxidación de +2 en la que los iones tienen la bastante estable d 10 configuración electrónica, con un completo sub-shell . Sin embargo, el mercurio se puede reducir fácilmente al estado de oxidación +1; generalmente, como en el ion Hg2+
2, dos iones de mercurio (I) se unen para formar un enlace metal-metal y una especie diamagnética . [23] El cadmio también puede formar especies como [Cd 2 Cl 6 ] 4− en las que el estado de oxidación del metal es +1. Al igual que con el mercurio, la formación de un enlace metal-metal da como resultado un compuesto diamagnético en el que no hay electrones desapareados; por lo tanto, la especie es muy reactiva. El zinc (I) se conoce principalmente en fase gaseosa, en compuestos tales como Zn 2 Cl 2 lineal , análogo al calomelano . En la fase sólida, se conoce el compuesto bastante exótico decametildizincoceno (Cp * Zn – ZnCp *).

Clasificación [ editar ]

Los elementos del grupo 12 generalmente se consideran elementos de bloque d , pero no elementos de transición, ya que el caparazón d está lleno. Algunos autores clasifican estos elementos como elementos del grupo principal porque los electrones de valencia están en orbitales ns 2 . Sin embargo, comparten muchas características con los elementos vecinos del grupo 11 de la tabla periódica, que casi universalmente se consideran elementos de transición. Por ejemplo, el zinc comparte muchas características con el metal de transición vecino, el cobre. Los complejos de zinc merecen ser incluidos en la serie de Irving-Williams, ya que el zinc forma muchos complejos con la misma estequiometría.como complejos de cobre (II), aunque con constantes de estabilidad menores . [24] Hay poca similitud entre el cadmio y la plata, ya que los compuestos de plata (II) son raros y los que existen son agentes oxidantes muy fuertes. Asimismo, el estado de oxidación común para el oro es +3, lo que impide que exista una química común entre el mercurio y el oro, aunque existen similitudes entre el mercurio (I) y el oro (I), como la formación de complejos diciano lineales, [M (CN ) 2 ] - . Según la definición de IUPAC de metal de transición como un elemento cuyo átomo tiene una subcapa d incompleta, o que puede dar lugar a cationes con una subcapa d incompleta , [25]el zinc y el cadmio no son metales de transición, mientras que el mercurio sí lo es. Esto se debe a que solo se sabe que el mercurio tiene un compuesto en el que su estado de oxidación es superior a +2, en fluoruro de mercurio (IV) (aunque se discute su existencia, ya que experimentos posteriores que intentaron confirmar su síntesis no pudieron encontrar evidencia de HgF 4 ) . [26] [27] Sin embargo, esta clasificación se basa en un compuesto altamente atípico visto en condiciones de no equilibrio y está en desacuerdo con la química más típica del mercurio, y Jensen ha sugerido que sería mejor considerar que el mercurio no es una transición. metal. [28]

Relación con los metales alcalinotérreos [ editar ]

Aunque el grupo 12 se encuentra en el bloque d de la tabla periódica moderna de 18 columnas, los electrones d de zinc, cadmio y (casi siempre) mercurio se comportan como electrones centrales y no participan en la unión. Este comportamiento es similar al de los elementos del grupo principal , pero está en marcado contraste con el de los elementos vecinos del grupo 11 ( cobre , plata y oro ), que también han llenado subcapas d en su configuración de electrones en el estado fundamental, pero se comportan químicamente como metales de transición. Por ejemplo, el enlace en el sulfuro de cromo (II) (CrS) involucra principalmente a los electrones 3d; que en el sulfuro de hierro (II)(FeS) involucra tanto a los electrones 3d como a los 4s; pero el del sulfuro de zinc (ZnS) involucra solo los electrones 4s y los electrones 3d se comportan como electrones centrales. De hecho, se puede hacer una comparación útil entre sus propiedades y los dos primeros miembros del grupo 2 , berilio y magnesio , y en diseños anteriores de tablas periódicas de forma corta, esta relación se ilustra con mayor claridad. Por ejemplo, el zinc y el cadmio son similares al berilio y al magnesio en sus radios atómicos , radios iónicos , electronegatividades y también en la estructura de sus compuestos binarios y su capacidad para formar iones complejos con muchos nitrógeno.y ligandos de oxígeno , tales como hidruros complejos y aminas . Sin embargo, el berilio y el magnesio son átomos pequeños, a diferencia de los metales alcalinotérreos más pesados y como los elementos del grupo 12 (que tienen una mayor carga nuclear pero el mismo número de electrones de valencia ), y las tendencias periódicas del grupo 2 del berilio al radio (similar al de los metales alcalinos ) no son tan suaves cuando bajan del berilio al mercurio (que es más similar al de los grupos principales del bloque p) debido a las contracciones del bloque d y los lantánidos. También son las contracciones del bloque D y los lantánidos las que le dan al mercurio muchas de sus propiedades distintivas. [28]

Comparación de las propiedades de los metales alcalinotérreos y los elementos del grupo 12 (predicciones para el copernicio) [28]
NombreBerilioMagnesioCalcioEstroncioBarioRadio
Configuración de electrones de valencia2 s 23 s 24s 25 s 26 s 27 s 2
Configuración del núcleo de electrones[ Él ][ Ne ][ Ar ][ Kr ][ Xe ][ Rn ]
Estados de oxidación [nota 2]+2 , +1+2 , +1+2 , +1+2 , +1+2+2
Punto de fusion1560 K (1287 ° C )923 K (650 ° C)1115 K (842 ° C)1050 K (777 ° C)1000 K (727 ° C)973 K (700 ° C)
Punto de ebullición2742 K (2469 ° C)1363 K (1090 ° C)1757 K (1484 ° C)1655 K (1382 ° C)2170 K (1897 ° C)2010 K (1737 ° C)
Aparienciablanco-gris metalizadogris metalizado brillantegris plateado opacometalizado blanco plateadogris plateadometalizado blanco plateado
Densidad1,85 g · cm −31,738 g · cm −31,55 g · cm −32,64 g · cm −33,51 g · cm −35,5 g · cm −3
Electronegatividad de Pauling1,571,311,000,950,890,9
Radio atómico105 pm150 pm180 p. M.200 pm215 pm215 pm
Radio iónico cristalino59 pm86 pm114 pm132 pm149 pm162 pm
Color de prueba de llamablanco [28]blanco brillante [29]rojo ladrillo [29]carmesí [29]verde manzana [29]rojo carmesí [nota 3]
Química organometálicabienbienpobremuy pobremuy pobreextremadamente pobre
Hidróxidoanfóterobásicobásicofuertemente básicofuertemente básicofuertemente básico
Óxidoanfóterofuertemente básicofuertemente básicofuertemente básicofuertemente básicofuertemente básico
NombreBerilioMagnesioZincCadmioMercurioCopérnico
Configuración de electrones de valencia2 s 23 s 24s 25 s 26 s 2? 7 s 2
Configuración del núcleo de electrones[Él][Nordeste][Ar] 3d 10[Kr] 4d 10[Xe] 4f 14 5d 10? [Rn] 5f 14 6d 10
Estados de oxidación [nota 2]+2 , +1+2 , +1+2 , +1+2 , +1+2 , +1? +4 , +2 , +1 , 0 [31] [32] [33]
Punto de fusion1560 K (1287 ° C)923 K (650 ° C)693 K (420 ° C)594 K (321 ° C)234 K (-39 ° C)283 ± 11 K

(10 ° C)

Punto de ebullición2742 K (2469 ° C)1363 K (1090 ° C)1180 K (907 ° C)1040 K (767 ° C)630 K (357 ° C)340 ± 10 K

(60 ° C)

Aparienciablanco-gris metalizadogris metalizado brillanteplateado gris azulado metalizadogris-plataplateado?
Densidad1,85 g · cm −31,738 g · cm −37,14 g · cm −38,65 g · cm −313,534 g · cm −314,0 g · cm −3
Electronegatividad de Pauling1,571,311,651,692,00?
Radio atómico105 pm150 pm135 pm155 pm150 pm? 147 pm [32]
Radio iónico cristalino59 pm86 pm88 pm109 pm116 pm? 75 p . M. [32]
Color de prueba de llamablancoblanco brillanteverde azulado [nota 4]???
Química organometálicabienbienbienbienbien?
Hidróxidoanfóterobásicoanfóterodébilmente básico??
Óxidoanfóterofuertemente básicoanfóterolevemente básicolevemente básico?

Compuestos [ editar ]

Ver también: compuestos de zinc , compuestos orgánicos de cinc , compuesto organocadmio , y Organomercuriales

Los tres iones metálicos forman muchas especies tetraédricas , como MCl2−
4. Tanto el zinc como el cadmio también pueden formar complejos octaédricos como los iones agua [M (H 2 O) 6 ] 2+ que están presentes en soluciones acuosas de sales de estos metales. [34] El carácter covalente se logra utilizando los orbitales syp. Mercurio, sin embargo, rara vez supera un número de coordinación de cuatro. También se conocen los números de coordinación de 2, 3, 5, 7 y 8.

Historia [ editar ]

Los elementos del grupo 12 se han encontrado a lo largo de la historia, utilizándose desde la antigüedad hasta ser descubiertos en laboratorios. El grupo en sí no ha adquirido un nombre trivial , pero se ha llamado grupo IIB en el pasado.

Zinc [ editar ]

Se ha encontrado que el zinc se usa en formas impuras en la antigüedad, así como en aleaciones como el latón que se ha encontrado que tiene más de 2000 años. [35] [36] El zinc fue claramente reconocido como un metal bajo la designación de Fasada en el Léxico médico atribuido al rey hindú Madanapala (de la dinastía Taka) y escrito alrededor del año 1374. [37] El metal también fue útil para alquimistas . [38] El nombre del metal se documentó por primera vez en el siglo XVI, [39] [40] y probablemente se deriva del zinke alemán por la apariencia de agujas de los cristales metálicos. [41]

Varios símbolos alquímicos atribuidos al elemento zinc

El aislamiento del zinc metálico en Occidente puede haber sido logrado de forma independiente por varias personas en el siglo XVII. [42] Al químico alemán Andreas Marggraf se le suele atribuir el mérito de haber descubierto zinc metálico puro en un experimento de 1746 al calentar una mezcla de calamina y carbón en un recipiente cerrado sin cobre para obtener un metal. [43] Los experimentos con ranas del médico italiano Luigi Galvani en 1780 con latón allanaron el camino para el descubrimiento de baterías eléctricas , galvanización y protección catódica . [44] [45] En 1880, el amigo de Galvani, Alessandro Volta , inventó elPila voltaica . [44] La importancia biológica del zinc no se descubrió hasta 1940 cuando se demostró que la anhidrasa carbónica , una enzima que elimina el dióxido de carbono de la sangre, tiene zinc en su sitio activo . [46]

Cadmio [ editar ]

En 1817, el cadmio fue descubierto en Alemania como una impureza en minerales de carbonato de zinc (calamina) por Friedrich Stromeyer y Karl Samuel Leberecht Hermann . [47] Recibió el nombre del latín cadmia para " calamina ", una mezcla de minerales que contienen cadmio, que a su vez recibió el nombre del personaje mitológico griego, Κάδμος Cadmus , el fundador de Tebas . [48] Stromeyer finalmente aisló el cadmio metálico mediante tostación y reducción del sulfuro . [49] [50] [51]

En 1927, la Conferencia Internacional de Pesos y Medidas redefinió el medidor en términos de una línea espectral de cadmio rojo (1 m = 1,553,164.13 longitudes de onda). [52] Esta definición ha sido modificada desde entonces (ver criptón ). Al mismo tiempo, el medidor de prototipo internacional se utilizó como estándar para la longitud de un metro hasta 1960, [53] cuando en la Conferencia General de Pesos y Medidas el medidor se definió en términos de la línea de emisión naranja-rojo en el campo electromagnético. espectro del átomo de criptón -86 en vacío . [54]

Mercurio [ editar ]

El símbolo del planeta Mercurio (☿) se ha utilizado desde la antigüedad para representar el elemento.

Se ha encontrado mercurio en tumbas egipcias que datan del 1500 aC, [55] donde se usaba mercurio en cosméticos. También fue utilizado por los antiguos chinos que creían que mejoraría y prolongaría la salud. [56] En el año 500 a. C., el mercurio se usaba para hacer amalgamas ( amalgama latina medieval, "aleación de mercurio") con otros metales. [57] Los alquimistas pensaban en el mercurio como la Primera Materia a partir de la cual se formaron todos los metales. Creían que se podían producir diferentes metales variando la calidad y cantidad de azufre contenido en el mercurio. El más puro de estos era el oro, y se pedía mercurio en los intentos de transmutación.de metales básicos (o impuros) en oro, que era el objetivo de muchos alquimistas. [58]

Hg es el símbolo químico moderno del mercurio. Viene de hydrargyrum , una forma latinizada de la palabra griega Ύδραργυρος ( hydrargyros ), que es una palabra compuesta que significa "agua-plata" (hydr- = agua, argyros = plata) - ya que es líquida como el agua y brillante como la plata. El elemento recibió su nombre del dios romano Mercurio , conocido por su velocidad y movilidad. Está asociado con el planeta Mercurio ; el símbolo astrológico del planeta es también uno de los símbolos alquímicos del metal. [59] Mercurio es el único metal por el que el nombre planetario alquímico se convirtió en el nombre común. [58]

Copérnico [ editar ]

El elemento más pesado conocido del grupo 12, copernicium, fue creado por primera vez el 9 de febrero de 1996, en la Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) en Darmstadt , Alemania, por Sigurd Hofmann, Victor Ninov et al. [60] Luego fue nombrado oficialmente por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) en honor a Nicolás Copérnico el 19 de febrero de 2010, el 537 aniversario del nacimiento de Copérnico. [61]

Ocurrencia [ editar ]

Como en la mayoría de los otros grupos de bloques d , la abundancia en la corteza terrestre de los elementos del grupo 12 disminuye con un número atómico más alto. El zinc es con 65 partes por millón (ppm) el más abundante del grupo, mientras que el cadmio con 0,1 ppm y el mercurio con 0,08 ppm son órdenes de magnitud menos abundantes. [62] El copérnico, como elemento sintético con una vida media de unos minutos, solo puede estar presente en los laboratorios donde se produjo.

Esfalerita (ZnS), un importante mineral de zinc

Los metales del grupo 12 son calcófilos , lo que significa que los elementos tienen bajas afinidades por los óxidos y prefieren unirse con los sulfuros . Los calcófilos se formaron cuando la corteza se solidificó bajo las condiciones reductoras de la atmósfera de la Tierra primitiva. [63] Los minerales comercialmente más importantes de los elementos del grupo 12 son los minerales de sulfuro. [22] La esfalerita , que es una forma de sulfuro de zinc, es el mineral que contiene zinc más extraído porque su concentrado contiene 60-62% de zinc. [13] No se conocen depósitos significativos de minerales que contengan cadmio. Greenockita (CdS), el único mineral de cadmiode importancia, casi siempre se asocia con la esfalerita (ZnS). Esta asociación se debe a la similitud geoquímica entre el zinc y el cadmio, lo que hace que la separación geológica sea poco probable. Como consecuencia, el cadmio se produce principalmente como subproducto de la extracción, fundición y refinación de minerales sulfídicos de zinc y, en menor grado, de plomo y cobre . [64] [65] Un lugar donde se puede encontrar cadmio metálico es la cuenca del río Vilyuy en Siberia . [66] Aunque el mercurio es un elemento extremadamente raro en la corteza terrestre , [67] debido a que no se mezcla geoquímicamentecon aquellos elementos que constituyen la mayor parte de la masa de la corteza, los minerales de mercurio pueden estar altamente concentrados considerando la abundancia del elemento en la roca ordinaria. Los minerales de mercurio más ricos contienen hasta un 2,5% de mercurio en masa, e incluso los depósitos concentrados más magros tienen al menos un 0,1% de mercurio (12.000 veces la abundancia media de la corteza). Se encuentra como metal nativo (raro) o en cinabrio (HgS), corderoita , livingstonita y otros minerales , siendo el cinabrio el mineral más común. [68]

Si bien los minerales de mercurio y zinc se encuentran en cantidades lo suficientemente grandes como para extraerse, el cadmio es demasiado similar al zinc y, por lo tanto, siempre está presente en pequeñas cantidades en los minerales de zinc de donde se recupera. Los recursos mundiales identificados de zinc suman alrededor de 1.900 millones de toneladas . [69] Los grandes depósitos se encuentran en Australia, Canadá y los Estados Unidos con las mayores reservas en Irán . [63] [70] [71] Al ritmo actual de consumo, se estima que estas reservas se agotarán en algún momento entre 2027 y 2055. [72] [73] Se extrajeron alrededor de 346 millones de toneladas a lo largo de la historia hasta 2002, y una estimación encontró que alrededor de 109 millones de toneladas de eso permanecen en uso. [74]En 2005, China fue el principal productor de mercurio con casi dos tercios de la participación mundial, seguida de Kirguistán . [75] Se cree que varios otros países tienen una producción no registrada de mercurio a partir de procesos de electrodeposición de cobre y por recuperación de efluentes. Debido a la alta toxicidad del mercurio, tanto la extracción de cinabrio como la refinación de mercurio son causas históricas y peligrosas de intoxicación por mercurio. [76]

Producción [ editar ]

El zinc es el cuarto metal más común en uso, solo detrás del hierro , el aluminio y el cobre con una producción anual de alrededor de 10 millones de toneladas. [77] En todo el mundo, el 95% del zinc se extrae de depósitos de minerales sulfídicos , en los que la esfalerita (ZnS) casi siempre se mezcla con sulfuros de cobre, plomo y hierro. El zinc metálico se produce mediante metalurgia extractiva . [78] El tostado convierte el concentrado de sulfuro de zinc producido durante el procesamiento en óxido de zinc: [79] Para el procesamiento posterior se utilizan dos métodos básicos: pirometalurgia o electrodeposición.. El procesamiento de pirometalurgia reduce el óxido de zinc con carbono o monóxido de carbono a 950 ° C (1,740 ° F) en el metal, que se destila como vapor de zinc. [80] El vapor de zinc se recoge en un condensador. [79] El procesamiento de electrodeposición lixivia el zinc del concentrado de mineral mediante ácido sulfúrico : [81] Después de este paso, se utiliza la electrólisis para producir zinc metálico. [79]

El cadmio es una impureza común en los minerales de zinc y se aísla más durante la producción de zinc. Algunos concentrados de minerales de zinc a partir de minerales de zinc sulfídicos contienen hasta un 1,4% de cadmio. [82] El cadmio se aísla del zinc producido a partir del polvo de la chimenea mediante destilación al vacío si el zinc se funde o si se precipita sulfato de cadmio de la solución de electrólisis. [83]

Los minerales de mercurio más ricos contienen hasta un 2,5% de mercurio en masa, e incluso los depósitos concentrados más magros tienen al menos un 0,1% de mercurio, siendo el cinabrio (HgS) el mineral más común en los depósitos. [84] El mercurio se extrae calentando cinabrio en una corriente de aire y condensando el vapor. [85]

Los elementos superpesados como el copernicio se producen al bombardear elementos más ligeros en aceleradores de partículas que inducen reacciones de fusión . Mientras que la mayoría de los isótopos de copernicio se pueden sintetizar directamente de esta manera, algunos más pesados ​​solo se han observado como productos de desintegración de elementos con números atómicos más altos . [86] La primera reacción de fusión para producir copernicium fue realizada por GSI en 1996, quien informó la detección de dos cadenas de desintegración de copernicium-277 (aunque una se retiró más tarde, ya que se había basado en datos fabricados por Victor Ninov ): [ 60]

208 82Pb + 70 30Zn → 277
112Cn
 + norte

Aplicaciones [ editar ]

Debido a las similitudes físicas que comparten, los elementos del grupo 12 se pueden encontrar en muchas situaciones comunes. El zinc y el cadmio se utilizan comúnmente como agentes anticorrosión (galvanización) [2] ya que atraerán toda la oxidación local hasta que se corroan por completo. [87] Estos revestimientos protectores se pueden aplicar a otros metales mediante la galvanización en caliente de una sustancia en la forma fundida del metal, [88] o mediante el proceso de galvanoplastia que puede pasivarse mediante el uso de sales de cromato . [89] Los elementos del grupo 12 también se utilizan en electroquímica.ya que pueden actuar como una alternativa al electrodo de hidrógeno estándar además de ser un electrodo de referencia secundario. [90]

En los EE. UU., El zinc se usa principalmente para galvanizar (55%) y para latón , bronce y otras aleaciones (37%). [91] La reactividad relativa del zinc y su capacidad para atraer la oxidación a sí mismo lo convierte en un ánodo de sacrificio eficiente en la protección catódica (CP). Por ejemplo, la protección catódica de una tubería enterrada se puede lograr conectando ánodos hechos de zinc a la tubería. [92] El zinc actúa como ánodo (terminal negativo) al corroerse lentamente a medida que pasa la corriente eléctrica a la tubería de acero. [92] [nota 5]El zinc también se utiliza para proteger catódicamente de la corrosión los metales que están expuestos al agua de mar. [93] [94] El zinc también se utiliza como material de ánodo para baterías, como en las baterías de zinc-carbono [95] [96] o en las baterías de zinc-aire / pilas de combustible. [97] [98] [99] Una aleación ampliamente utilizada que contiene zinc es el latón, en el que el cobre se alea con entre 3% y 45% de zinc, dependiendo del tipo de latón. [92] El latón es generalmente más dúctil y más fuerte que el cobre y tiene una resistencia superior a la corrosión . [92]Estas propiedades lo hacen útil en equipos de comunicación, hardware, instrumentos musicales y válvulas de agua. [92] Otras aleaciones ampliamente utilizadas que contienen zinc incluyen alpaca , metal de máquina de escribir, soldadura blanda y de aluminio y bronce comercial . [8] aleaciones de zinc principalmente con pequeñas cantidades de cobre, aluminio y magnesio son útiles en la fundición a presión , así como spin casting , especialmente en las industrias del automóvil, eléctrica y de hardware. [8] Estas aleaciones se comercializan con el nombre de Zamak . [100]Aproximadamente una cuarta parte de toda la producción de zinc, en los Estados Unidos (2009), se consume en forma de compuestos de zinc, una variedad de los cuales se utilizan industrialmente. [91]

El cadmio tiene muchos usos industriales comunes, ya que es un componente clave en la producción de baterías, está presente en pigmentos de cadmio , [101] recubrimientos, [89] y se usa comúnmente en galvanoplastia. [19] En 2009, el 86% del cadmio se utilizó en baterías , principalmente en baterías recargables de níquel-cadmio . La Unión Europea prohibió el uso de cadmio en la electrónica en 2004 con varias excepciones, pero redujo el contenido permitido de cadmio en la electrónica al 0,002%. [102] La galvanoplastia de cadmio , que consume el 6% de la producción mundial, se puede encontrar en la industria aeronáutica debido a su capacidad para resistir la corrosión.cuando se aplica a componentes de acero. [19]

El mercurio se utiliza principalmente para la fabricación de productos químicos industriales o para aplicaciones eléctricas y electrónicas. Se utiliza en algunos termómetros, especialmente en los que se utilizan para medir altas temperaturas. Una cantidad todavía creciente se utiliza como mercurio gaseoso en lámparas fluorescentes , [103] mientras que la mayoría de las otras aplicaciones se están eliminando gradualmente debido a las regulaciones de salud y seguridad, [104] y en algunas aplicaciones se reemplaza con Galinstan, menos tóxico pero considerablemente más caro. aleación. [105] El mercurio y sus compuestos se han utilizado en medicina, aunque son mucho menos comunes hoy que antes, ahora que los efectos tóxicos del mercurio y sus compuestos son más conocidos.[106] Todavía se utiliza como ingrediente en las amalgamas dentales . A finales del siglo XX, el mayor uso de mercurio [107] [108] estaba en el proceso de celda de mercurio (también llamado proceso Castner-Kellner ) en la producción de cloro y sosa cáustica . [109]

Copernicium no tiene otro uso que la investigación debido a su muy alta radiactividad.

Función biológica y toxicidad [ editar ]

Los elementos del grupo 12 tienen múltiples efectos sobre los organismos biológicos, ya que el cadmio y el mercurio son tóxicos, mientras que la mayoría de las plantas y animales necesitan el zinc en cantidades mínimas.

El zinc es un oligoelemento esencial , necesario para plantas, [110] animales, [111] y microorganismos . [112] Es "típicamente el segundo metal de transición más abundante en los organismos" después del hierro y es el único metal que aparece en todas las clases de enzimas . [110] Hay de 2 a 4 gramos de zinc [113] distribuidos por todo el cuerpo humano, [114] y desempeña "funciones biológicas ubicuas". [115] Un estudio de 2006 estimó que alrededor del 10% de las proteínas humanas (2800) se unen potencialmente al zinc, además de cientos que transportan y trafican zinc. [110]En los EE. UU., La cantidad diaria recomendada (RDA) es de 8 mg / día para las mujeres y 11 mg / día para los hombres. [116] La suplementación excesiva dañina puede ser un problema y probablemente no debería exceder los 20 mg / día en personas sanas, [117] aunque el Consejo Nacional de Investigación de EE. UU. Estableció una Ingesta Máxima Tolerable de 40 mg / día. [118]

El mercurio y el cadmio son tóxicos y pueden causar daños ambientales si ingresan a los ríos o al agua de lluvia. Esto puede resultar en cultivos contaminados [119] , así como en la bioacumulación de mercurio en una cadena alimentaria que conduce a un aumento de las enfermedades causadas por el envenenamiento por mercurio y cadmio . [120]

Notas [ editar ]

  1. ^ El nombre de metales volátiles para el grupo 12 se ha utilizado ocasionalmente, [6] aunque esto se refiere mucho más comúnmente a cualquier metal que tenga una alta volatilidad .
  2. ^ a b Ver lista de estados de oxidación de los elementos . Los estados de oxidación en negrita son comunes.
  3. ^ Nunca se ha observado el color de la prueba de llama del radio puro; el color rojo carmesí es una extrapolación del color de prueba de llama de sus compuestos. [30]
  4. ^ A veces se informa como blanco. [28]
  5. ^ La corriente eléctrica fluirá naturalmente entre el zinc y el acero, pero en algunas circunstancias se utilizan ánodos inertes con una fuente de CC externa.

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