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汞,俗称水银,常温下为液态金属. 汞的原子序数为80,位于元素周期中第六周期、ⅡB,属ds分区,价电子构型为5d106s2,化学性质较稳定.
本文拟重点介绍汞及汞化合物的化学特性.
1. 汞齐
汞为液态金属,可溶解其他金属(金、银、钾、钠、锌等)形成汞齐,也称汞合金, 含汞多时汞齐是液体,含汞少时汞齐为固体。
天然存在的汞齐主要有银汞齐和金汞齐;人工制备的汞齐包括钠汞齐、锌汞齐、锡汞齐、钛汞齐等。由于汞的化学性质非常稳定,汞齐中其它金属可最大限度保有自身的化学性质.
例如钠汞齐与水反应可释放出氢气;钠汞齐在有机合成中用作还原剂;银锡汞齐可在短时间内硬化,并具有较高的硬度,常用作补牙的充填材料;另利用汞齐原理,可自矿石中提取金银等贵金属.
2. Hg(Ⅰ)的双聚离子形式
Hg(Ⅰ)的价电子构型为5d106s1,最外层只有一个单电子,6s1,不稳定,必须成对. 因此Hg(Ⅰ)通常以双聚离子形式(Hg22+)存在,结构简式为[–Hg–Hg–]2+,例如Hg2Cl2、Hg2(NO3)2及Hg2SO4. 另Hg(Ⅰ)化合物的逆磁性也验证了双聚离子形式假定的正确性.
3. HgCl2的氧化性
Hg(Ⅱ)的电子构型为5d10, 同汞单质相比,最外层的6s2电子完全失去.
6s2电子是惰性电子对效应表现最为明显的一对电子,一旦失去将产生重新夺回的强烈趋势,因此Hg(Ⅱ)化合物表现出较强的氧化性. 参见下列反应:
HgCl2+SnCl2(适量)→Hg2Cl2↓(白色)+ SnCl4 (1)
HgCl2+SnCl2(过量)→Hg↓(黑色)+ SnCl4 (2)
4. Hg(Ⅰ)与Hg(Ⅱ)的转化
酸性介质中Hg的元素电势图参见图1[1].
图1. 酸性介质中Hg元素电势图
由图1可知: 因Eθ右<Eθ左,酸性介质中,Hg(Ⅱ)转化为Hg(Ⅰ)自发, 即可发生如下反应:
Hg2++Hg→Hg22+ (3)
此时要想使Hg22+歧化反应发生,即反应(3)逆向进行,必须设法降低溶液中Hg2+浓度. 参见如下反应:
Hg22++2OH-→HgO↓+Hg↓+H2O (4)
Hg2Cl2+2NH3→Hg(NH2)Cl↓+Hg↓+NH4Cl (5)
Hg22++4I-→[HgI4]2-+Hg↓ (6)
方程式(4)、(5)及(6)显示,由于Hg(Ⅱ)为沉淀或配离子形式,降低了溶液中Hg2+浓度,导致了Hg22+歧化反应的发生.
5. 结论
⑴汞齐可最大限度保有其他金属自身的化学性质;
⑵Hg(Ⅰ)化合物的逆磁性验证了双聚离子(Hg22+)形式假定的正确性;
⑶惰性电子对效应可解释HgCl2具有较强氧化性的事实;
⑷设法使Hg(Ⅱ)以沉淀或配离子形式存在,降低溶液中Hg2+浓度,可满足Hg22+歧化反应发生的热力学条件.
参考文献
[1]天津大学无机化学教研室编. 无机化学(第五版).北京:高等教育出版社,2018,6:372
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