Cynkowce to 12 grupa układu okresowego ( Rys. 1 ). Zaliczamy do niej: cynk, kadm, rtęć i kopernik.

Występowanie

Spośród tej grupy pierwiastków tylko cynk jest uważany za znacznie rozpowszechniony w skorupie ziemskiej. Pierwsze trzy występują naturalnie w postaci siarczków lub węglanów, natomiast kopernik nie występuje w naturze, został zsyntezowany w laboratorium.
Cynk występuje w minerałach takich jak blenda cynkowa \( ZnS \) (struktura regularna), wurcyt \( ZnS \) (struktura heksagonalna) oraz smitsonit \( ZnCO_3 \).
Kadm występuje jako zanieczyszczenie rud cynku w postaci \( CdS \) grenokitu, który towarzyszy rudom cynku.
Rtęć występuje w postaci \( HgS \) cynobru.

Otrzymywanie

Zn otrzymuje się na drodze pirometalurgicznej [1] poprzez wyprażanie rudy siarczkowej:

a następnie, redukcji tlenku cynku węglem:

Cynk surowy zawiera wiele zanieczyszczeń (takich jak ołów, żelazo, kadm), dlatego poddaje się go rafinacji. Jednym ze sposobów rafinacji cynku jest frakcjonowana destylacja.
Cynk również otrzymuje się na drodze hydrometalurgicznej [1], poprzez wstępne prażenie i rozpuszczenie rudy w rozcieńczonym kwasie siarkowym (VI), a następnie poddanie roztworu elektrolizie. Podczas procesu na anodzie otrzymuje się cynk, a na katodzie tlen:
A: \( \ce{Zn^{2+} + 2e^- \rightarrow Zn} \)
K: \( \ce{H_2O} \rightarrow \ce{1/2 O_2 + 2H^+ + 2e} \)
co można zapisać całościowo:

W tym procesie otrzymuje się cynk o większej czystości. Jest to proces bardziej ekonomiczny niż proces pirometalurgiczny.
Kadm otrzymuje się jako produkt uboczny metalurgii cynku. Jest on bardziej lotny niż cynk, więc przechodzi szybko do odbieralnika, w którym osadzają się pyły cynkowe. Po rozpuszczeniu pyłów, kadm wydziela się na drodze elektrolitycznej.
Rtęć otrzymuje się poprzez ogrzewanie siarczku rtęci w strumieniu powietrza i kondensacji par rtęci.

Proces ten przebiega w dwóch etapach. W pierwszym siarczek przeprowadza się w tlenek:

a w kolejnym etapie następuje rozkład tlenku do metalicznej rtęci:

Inną metodą otrzymywania rtęci jest ogrzewanie siarczku w obecności reduktora. Reduktorem może być żelazo:

Zanieczyszczenia metalami szlachetnymi usuwa się przez destylację rtęci w próżni.

Właściwości fizyczne

Wszystkie pierwiastki z 12 grupy układu okresowego są metalami i mają najniższe temperatury topnienia wśród wszystkich metali przejściowych ( Tabela 1 ). Cynk i kadm o zabarwieniu niebiesko białym, są ciągliwe, miękkie i plastyczne. Rtęć o kolorze srebrzystobiałym jest jedynym metalem, który występuje w stanie ciekłym w warunkach standardowych. W porównaniu z innymi metalami jest słabym przewodnikiem ciepła, ale dobrym przewodnikiem elektryczności. Podczas gdy cynk odgrywa ważną rolę w biochemii organizmów żywych, kadm i rtęć są wysoko toksyczne [2]. Kadm ma działanie kancerogenne, uszkadza nerki, powoduje anemię i choroby kostne (osteoporozę) [3], jest zaliczany do groźnych dla zdrowia metali ciężkich [4], [5].
Cynk jest jednym z mikroelementów, bierze udział w mineralizacji kości, gojeniu się ran, wpływa na pracę systemu odpornościowego, wydzielanie się insuliny i stężenie witaminy A oraz cholesterolu, wpływa na regulację ciśnienia krwi i rytmu serca.
Sole cynku (II) w dużych ilościach są rakotwórcze.
Rtęć w temperaturze pokojowej jest srebrzystobiałą lśniącą cieczą ( Właściwości rtęci ). Pary rtęci działają toksycznie na organizm – powodują uszkodzenie systemu nerwowego. Rtęć ma wysoki potencjał standardowy, co oznacza, że zachowuje się jak metal szlachetny. W temperaturze pokojowej, rtęć rozpuszcza większość metali tworząc amalgamaty.

Właściwości chemiczne

Konfigurację elektronów walencyjnych cynkowców można przedstawić następująco: \( (n – 1)d^{10}ns^2 \).
Ze względu na całkowicie wypełnioną podpowłokę \( d \), elektronami walencyjnymi są praktycznie tylko dwa elektrony podpowłoki \( s \). Elektrony podpowłoki \( d \) zachowują się jak elektrony rdzenia i nie biorą udziału w wiązaniu chemicznym [2]. Pierwiastki te występują w związkach głównie na +2 stopniu utlenienia. Wszystkie cynkowce tworzą kompleksy z udziałem nieobsadzonych orbitali \( p \) ostatniej powłoki. Kompleksów nie tworzy jedynie rtęć jednowartościowa.
Cynk i kadm mają potencjały normalne ujemne, rtęć ma potencjał normalny dodatni (+0,8V).

Cynk należy do bardzo reaktywnych metali. Na powietrzu ulega pasywacji, pokrywając się cienką warstewką zasadowego węglanu. Spala się w powietrzu niebieskozielonym płomieniem dając biały tlenek \( \ce{ZnO} \). Z kwasów wypiera wodór przechodząc w odpowiednią sól.

Rozpuszcza się w roztworach ługu tworząc cynkany (pochodne kwasu cynkowego):

lub w formie nieuwodnionej: \( \ce{Na_2ZnO_2} \).

Kadm spala się w powietrzu, tworząc bezpostaciowy brązowy tlenek kadmu \( \ce{CdO} \). Reaguje z kwasami tworząc odpowiednie sole i wypierając wodór:

Rtęć jest pierwiastkiem odpornym chemicznie. Nie reaguje z kwasami beztlenowymi i rozcieńczonymi tlenowymi. Reaguje z kwasem azotowym (V), stężonym siarkowym (VI) i wodą królewską.
Rozcieńczony kwas azotowy z nadmiarem rtęci daje azotan rtęci (I):

Rtęć reaguje z siarką, dlatego też siarka jest używana do pochłaniania rtęci w przypadku rozlania.

Najważniejsze związki

\( ZnO \) tlenek cynku (biel cynkowa) – stosowany jako dodatek do farb i lakierów oraz jako wypełniacz i stabilizator gumy i tworzyw sztucznych.
\( \ce{CdO} \) tlenek kadmu - używany do produkcji elektrod w bateriach niklowo-kadmowych [6].
\( CdS \) siarczek kadmu – żółta farba malarska, jako fotoprzewodząca powłoka powierzchniowa w bębnach do fotokopiarek [5].
\( CdSe \) selenek kadmu – stosowany jako czerwony pigment.

Rtęć w związkach występuje na +1 i +2 stopniu utlenienia. Większość związków rtęci (I) zawiera dimeryczny kation \( \ce{Hg_2^{2+}} \) z wiązaniem metal–metal.
\( Hg_2Cl_2 \) chlorek rtęci (I) (kalomel) – stosowany jest w lecznictwie, do wyrobu elektrod, jako środek ochrony roślin [6].
Głównym stopniem utlenienia rtęci w przyrodzie jest Hg (II). Wszystkie cztery chalogenki rtęci są znane. Najpopularniejszy \( HgCl_2 \) chlorek rtęci (II) – służy jako katalizator w syntezie organicznej, w metalurgii oraz jako środek dezynfekujący.
Znane są również związki rtęci z tlenowcami. Najważniejszy z nich \( \ce{HgS} \) siarczek rtęci (II) jest stosowany jako pigment. \( \ce{HgO} \) tlenek rtęci (II) stosowany jako lek przeciwbakteryjny i przeciw pasożytniczy w dermatologii i okulistyce.
\( \ce{HgSe} \) selenek rtęci (II) i \( \ce{HgTe} \) tellurek rtęci (II) oraz ich pochodne znane jako półprzewodniki przydatne jako materiały do detektorów podczerwieni.
Sole Hg (II) tworzą z amoniakiem różnorodne związki kompleksowe, np. \( \ce{[Hg(NH_3)_2]Cl_2} \) chlorek diamina rtęci (II) znany jako "topliwy osad" [7]; \( \ce{K_2[HgI_4]} \) tetrajodortęcian (II) potasu stosowany jako odczynnik chemiczny (odczynnik Nesslera) do wykrywania jonów amonowych lub do wykrywania aldehydów i ketonów jako zanieczyszczeń eteru dietylowego.
\( Hg(CNO)_2 \) piorunian rtęci – ma zastosowanie do wyrobu spłonek i detonatorów.