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Elemento del grupo 12

El grupo 12 , según la numeración moderna de la IUPAC , [ 1 ] es un grupo de elementos químicos de la tabla periódica . Incluye zinc (Zn), cadmio (Cd), mercurio (Hg), [ 2 ] [ 3 ...

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El grupo 12 , según la numeración moderna de la IUPAC , [ 1 ] es un grupo de elementos químicos de la tabla periódica . Incluye zinc (Zn), cadmio (Cd), mercurio (Hg), [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] y copernicio (Cn). [ 5 ] Anteriormente, este grupo se denominaba IIB (pronunciado como "grupo dos B", ya que "II" es un número romano ) por la CAS y el antiguo sistema de la IUPAC. [ nota 1 ]

Los tres elementos del grupo 12 que se encuentran en la naturaleza son el zinc, el cadmio y el mercurio. Todos ellos 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 que se sabe que es líquido a temperatura ambiente; dado que el punto de ebullición del copernicio aún no se ha medido con la precisión suficiente, [ nota 2 ] todavía se desconoce si es líquido o gas en condiciones estándar. Si bien el zinc es muy importante en la bioquímica de los organismos vivos, tanto el cadmio como el mercurio son altamente tóxicos. Como el copernicio no se encuentra en la naturaleza, debe sintetizarse en el laboratorio.

Debido a que tienen una capa d completa , a veces se les excluye de los metales de transición .

Propiedades físicas y atómicas

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

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 . [ 8 ] El zinc es blanco azulado y brillante, [ 9 ] aunque la mayoría de los grados comerciales comunes de este metal tienen un acabado mate. [ 10 ] En contextos no científicos, al zinc también se le conoce como peltre . [ 11 ] El cadmio es blando, maleable , dúctil y de color blanco azulado. El mercurio es un metal líquido, pesado y blanco plateado. Es el único metal líquido común a temperaturas ordinarias y, en comparación con otros metales, es un mal conductor del calor, pero un conductor aceptable de la electricidad. [ 12 ]

La tabla que aparece a continuación resume las propiedades físicas clave de los elementos del grupo 12. Los datos del copernicio se basan en simulaciones de la teoría del funcional de la densidad relativista. [ 13 ]

El zinc es algo menos denso que el hierro y tiene una estructura cristalina hexagonal . [ 14 ] El metal es duro y quebradizo a la mayoría de las temperaturas, pero se vuelve maleable entre 100 y 150 °C (212 y 302 °F) . [ 9 ] [ 10 ] Por encima de 210 °C (410 °F) , el metal vuelve a ser quebradizo y puede pulverizarse golpeándolo. [ 15 ] El zinc es un conductor de electricidad aceptable . [ 9 ] Para un metal, el zinc tiene puntos de fusión ( 419,5 °C, 787,1 °F ) y ebullición ( 907 °C, 1665 °F ) relativamente bajos. [ 8 ] El cadmio es similar en muchos aspectos al zinc, pero forma compuestos complejos . [ 16 ] 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. [ 17 ] El mercurio tiene una temperatura de fusión excepcionalmente baja para un metal del bloque d. Una explicación completa de este hecho requiere una inmersión profunda en la física cuántica , pero se puede resumir de la siguiente manera: el mercurio tiene una configuración electrónica única donde los electrones llenan todas las subcapas disponibles 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 3d, 4s, 4p, 4d, 4f, 5s, 5p, 5d y 6s. Como dicha configuración resiste fuertemente la eliminación de un electrón, el mercurio se comporta de manera similar a los elementos de gases nobles , que forman enlaces débiles y por lo tanto sólidos que se funden fácilmente. La estabilidad de la capa 6s se debe a la presencia de una capa 4f llena. Una capa f apantalla mal la carga nuclear que aumenta la interacción de Coulomb atractiva entre la capa 6s y el núcleo (véase la contracción lantánida ). La ausencia de una capa f interna completa es la razón de la temperatura de fusión algo más alta del cadmio y el zinc, aunque ambos metales 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 . [ 18 ] [ 19 ]        

El zinc, el cadmio y el mercurio forman una amplia gama de aleaciones . Entre las 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 el zinc son el aluminio , el antimonio , el bismuto , el oro , el hierro, el plomo , el mercurio, la plata , el estaño, el magnesio , el cobalto , el níquel , el telurio y el sodio . [ 11 ] Si bien ni el zinc ni el circonio son ferromagnéticos , su aleación ZrZn2 exhibe ferromagnetismo por debajo de 35K.[ 9 ] El cadmio se utiliza en muchos tipos desoldadurasy aleaciones para cojinetes, debido a un bajocoeficiente de friccióny resistencia a la fatiga. [ 20 ] También se encuentra en algunas de las aleaciones de fusión más bajas, comoel metal de Wood. [ 21 ] Debido a que es líquido, el mercurio disuelve otros metales y las aleaciones que se forman se llamanamalgamas. Por ejemplo, se conocen tales amalgamas con oro, zinc, sodio y muchos otros metales. Debido a que el hierro es una excepción, los frascos de hierro se han utilizado tradicionalmente para comerciar mercurio. Otros metales que no forman amalgamas con mercurio incluyentantalio,tungstenoyplatino.La amalgama de sodioes un agente reductor común enla síntesis orgánicay también se utiliza enlámparasde sodio de alta presiónel aluminiopara formar unaamalgama de mercurio-aluminiocuando los dos metales puros entran en contacto. Dado que la amalgama reacciona con el aire para formar 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 los casos debido al riesgo de que forme una amalgama con las partes de aluminio expuestas en la aeronave. [ 22 ] 

Química

La mayor parte de la química observada se ha estudiado únicamente en los tres primeros miembros del grupo 12. La química del copernicio no está bien establecida, por lo que el resto de esta sección se centra exclusivamente en el zinc, el cadmio y el mercurio.

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 lantánida . Por lo tanto, la tendencia en este grupo es diferente a la tendencia en el grupo 2, los alcalinotérreos , 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 . [ 23 ] Por lo tanto, el zinc está cerca del límite entre elementos metálicos y metaloides , que generalmente se ubica entre el galio y el 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. [ 23 ] Como resultado, el zinc y el cadmio metálicos son buenos agentes reductores. Los elementos del grupo 12 tienen un estado de oxidación de +2 en el que los iones tienen la configuración electrónica d 10 bastante estable , con una subcapa completa . Sin embargo, el mercurio puede reducirse fácilmente al estado de oxidación +1; generalmente, como en el ion Hg 2+ 2 , dos iones mercurio(I) se unen para formar un enlace metal-metal y una especie diamagnética . [ 24 ] 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, hace que la especie sea muy reactiva. El zinc(I) se conoce principalmente en fase gaseosa, en compuestos como Zn 2 Cl 2 lineal , análogo al calomelano . En la fase sólida, se conoce el compuesto bastante exótico decametildizincoceno (Cp*Zn–ZnCp*).

Clasificación

Los elementos del grupo 12 se consideran generalmente elementos del bloque d , pero no elementos de transición, ya que la capa d está completa. 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 en la tabla periódica, que se consideran casi universalmente 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 que los complejos de cobre(II), aunque con constantes de estabilidad menores . [ 25 ] 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 del oro es +3, lo que impide que exista mucha 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 metal de transición de la IUPAC como un elemento cuyo átomo tiene una subcapa d incompleta, o que puede dar lugar a cationes con una subcapa d incompleta , [ 26 ] 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 donde su estado de oxidación es superior a +2, en el fluoruro de mercurio(IV) (aunque su existencia es cuestionada, ya que experimentos posteriores que intentaron confirmar su síntesis no pudieron encontrar evidencia de HgF 4 ). [ 27 ] [ 28 ] Sin embargo, esta clasificación se basa en un compuesto altamente atípico observado en condiciones de no equilibrio y está en desacuerdo con la química más típica del mercurio, y Jensen ha sugerido que sería mejor considerar al mercurio como no un metal de transición. [ 29 ]

Relación con los metales alcalinotérreos

Aunque el grupo 12 se encuentra en el bloque d de la tabla periódica moderna de 18 columnas, los electrones d del zinc, el cadmio y (casi siempre) el mercurio se comportan como electrones internos y no participan en los enlaces. Este comportamiento es similar al de los elementos del grupo principal , pero contrasta notablemente con el de los elementos vecinos del grupo 11 ( cobre , plata y oro ), que también tienen subcapas d completas en su configuración electrónica 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; el del sulfuro de hierro(II) (FeS) involucra tanto a los electrones 3d como a los 4s; pero el del sulfuro de zinc (ZnS) involucra solo a los electrones 4s y los electrones 3d se comportan como electrones internos. De hecho, se puede establecer una comparación útil entre sus propiedades y los dos primeros miembros del grupo 2 , berilio y magnesio , y en las tablas periódicas abreviadas anteriores, esta relación se ilustra más claramente. 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 ligandos de nitrógeno y oxígeno , como hidruros y aminas complejos . 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 hacia abajo en el grupo 2 desde el berilio hasta el radio (similar a la de los metales alcalinos ) no son tan suaves al bajar desde el berilio hasta el mercurio (que es más similar a la de los grupos principales del bloque p) debido a las contracciones del bloque d y de los lantánidos . También son las contracciones del bloque d y de los lantánidos las que le dan al mercurio muchas de sus propiedades distintivas. [ 29 ]

compuestos

Los tres iones metálicos forman muchas especies tetraédricas , como MCl 2− 4 . Tanto el zinc como el cadmio también pueden formar complejos octaédricos como los iones acuosos [M(H 2 O) 6 ] 2+ que están presentes en soluciones acuosas de sales de estos metales. [ 35 ] El carácter covalente se logra mediante el uso de los orbitales s y p. El mercurio, sin embargo, rara vez supera un número de coordinación de cuatro. También se conocen números de coordinación de 2, 3, 5, 7 y 8.

Historia

Los elementos del grupo 12 se han encontrado a lo largo de la historia, desde su uso en la antigüedad hasta su descubrimiento en laboratorios. El grupo en sí no tiene un nombre común , pero en el pasado se le denominó grupo IIB .

Zinc

Se ha encontrado que el zinc se utilizaba en formas impuras en la antigüedad, así como en aleaciones como el latón, que se han encontrado con más de 2000 años de antigüedad. [ 36 ] [ 37 ] El zinc fue reconocido claramente 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. [ 38 ] El metal también era útil para los alquimistas . [ 39 ] El nombre del metal se documentó por primera vez en el siglo XVI, [ 40 ] [ 41 ] y probablemente deriva del alemán zinke por la apariencia de aguja de los cristales metálicos. [ 42 ]

Símbolo alquímico del elemento zinc

El aislamiento del zinc metálico en Occidente pudo haber sido logrado de forma independiente por varias personas en el siglo XVII. [ 43 ] Generalmente se le atribuye al químico alemán Andreas Marggraf el descubrimiento del 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. [ 44 ] Los experimentos con ranas realizados por el médico italiano Luigi Galvani en 1780 con latón allanaron el camino para el descubrimiento de las baterías eléctricas , la galvanización y la protección catódica . [ 45 ] [ 46 ] En 1799, el amigo de Galvani, Alessandro Volta , inventó la pila voltaica . [ 45 ] 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, tenía zinc en su sitio activo . [ 47 ]

Cadmio

En 1817, Friedrich Stromeyer y Karl Samuel Leberecht Hermann descubrieron el cadmio en Alemania como una impureza en minerales de carbonato de zinc (calamina) . [ 48 ] Recibió su nombre del latín cadmia , que significa " calamina ", una mezcla de minerales que contiene cadmio, la cual a su vez recibió su nombre del personaje mitológico griego Cadmo , el fundador de Tebas . [ 49 ] Stromeyer finalmente aisló el cadmio metálico mediante la tostación y reducción del sulfuro . [ 50 ] [ 51 ] [ 52 ]

En 1927, la Conferencia Internacional de Pesas y Medidas redefinió el metro en términos de una línea espectral roja de cadmio (1 m = 1.553.164,13 longitudes de onda). [ 53 ] Esta definición ha sido modificada desde entonces (véase kriptón ). Al mismo tiempo, el Metro Prototipo Internacional se utilizó como estándar para la longitud del metro hasta 1960, [ 54 ] cuando en la Conferencia General de Pesas y Medidas el metro se definió en términos de la línea de emisión naranja-roja en el espectro electromagnético del átomo de kriptón -86 en el vacío . [ 55 ]

Mercurio

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

Se ha encontrado mercurio en tumbas egipcias que datan del 1500 a. C., [ 56 ] donde se utilizaba en cosméticos. También lo usaban los antiguos chinos, quienes creían que mejoraría y prolongaría la salud. [ 57 ] Hacia el 500 a. C., el mercurio se utilizaba para hacer amalgamas (del latín medieval amalgama, "aleación de mercurio") con otros metales. [ 58 ] Los alquimistas consideraban el mercurio como la Materia Primordial a partir de la cual se formaban todos los metales. Creían que se podían producir diferentes metales variando la calidad y la cantidad de azufre que contenía el mercurio. El más puro de ellos era el oro, y el mercurio era necesario en los intentos de transmutar metales base (o impuros) en oro, que era el objetivo de muchos alquimistas. [ 59 ]

Hg es el símbolo químico moderno del mercurio. Proviene 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 líquido 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. [ 60 ] El mercurio es el único metal cuyo nombre planetario alquímico se convirtió en el nombre común. [ 59 ]

Copernicio

El copernicio, el elemento más pesado conocido del grupo 12, 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 y otros. [ 61 ] Posteriormente, la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) lo nombró oficialmente en honor a Nicolás Copérnico el 19 de febrero de 2010, en el 537.º aniversario del nacimiento de Copérnico. [ 62 ]

Aparición

Como en la mayoría de los demás grupos del bloque d , la abundancia de elementos del grupo 12 en la corteza terrestre disminuye con un mayor número atómico. El zinc, con 65 partes por millón (ppm), es el más abundante del grupo, mientras que el cadmio, con 0,1 ppm, y el mercurio, con 0,08 ppm, son mucho menos abundantes. [ 63 ] El copernicio, como elemento sintético con una vida media de unos pocos minutos, puede estar presente únicamente en los laboratorios donde se produjo.

Un trozo sólido, negro y brillante, con una superficie irregular.
La esfalerita (ZnS), un importante mineral de zinc.

Los metales del grupo 12 son calcófilos , lo que significa que los elementos tienen baja afinidad por los óxidos y prefieren unirse a los sulfuros . Los calcófilos se formaron cuando la corteza se solidificó bajo las condiciones reductoras de la atmósfera de la Tierra primitiva. [ 64 ] Los minerales de elementos del grupo 12 comercialmente más importantes son los minerales de sulfuro. [ 23 ] La esfalerita , que es una forma de sulfuro de zinc, es el mineral que contiene zinc más explotado porque su concentrado contiene 60-62% de zinc. [ 14 ] No se conocen depósitos significativos de minerales que contengan cadmio. La greenockita (CdS), el único mineral de cadmio importante, casi siempre está asociada con la esfalerita (ZnS). Esta asociación se debe a la similitud geoquímica entre el zinc y el cadmio, lo que hace improbable su separación geológica. Como consecuencia, el cadmio se produce principalmente como subproducto de la minería, fundición y refinación de minerales sulfurados de zinc y, en menor medida, de plomo y cobre . [ 65 ] [ 66 ] Un lugar donde se puede encontrar cadmio metálico es la cuenca del río Vilyuy en Siberia . [ 67 ] Aunque el mercurio es un elemento extremadamente raro en la corteza terrestre , [ 68 ] porque no se mezcla geoquímicamente con los elementos que constituyen la mayor parte de la masa cortical, 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 pobres tienen al menos un 0,1 % de mercurio (12 000 veces la abundancia cortical promedio). Se encuentra como metal nativo (raro) o en cinabrio (HgS), corderoíta , livingstonita y otros minerales , siendo el cinabrio el mineral más común. [ 69 ]

Si bien los minerales de mercurio y zinc se encuentran en cantidades suficientes para ser extraídos, 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 de zinc identificados suman alrededor de 1.9 mil millones de toneladas . [ 70 ] Los grandes depósitos se encuentran en Australia, Canadá y los Estados Unidos con las mayores reservas en Irán . [ 64 ] [ 71 ] [ 72 ] Al ritmo actual de consumo, se estima que estas reservas se agotarán en algún momento entre 2027 y 2055. [ 73 ] [ 74 ] Se han extraído 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 todavía están en uso. [ 75 ] En 2005, China fue el principal productor de mercurio con casi dos tercios de la participación mundial seguida de Kirguistán . [ 76 ] Se cree que otros países producen mercurio sin registrar a partir de procesos de electroobtención de cobre y mediante la recuperación de efluentes. Debido a la alta toxicidad del mercurio, tanto la extracción de cinabrio como su refinación son peligrosas y constituyen causas históricas de intoxicación por mercurio. [ 77 ]

Producción

El zinc es el cuarto metal más común en uso, solo superado por el hierro , el aluminio y el cobre, con una producción anual de aproximadamente 10 millones de toneladas. [ 78 ] A nivel mundial, el 95% del zinc se extrae de depósitos de mineral sulfurado , en los que la esfalerita (ZnS) casi siempre está mezclada con los sulfuros de cobre, plomo y hierro. El zinc metálico se produce mediante metalurgia extractiva . [ 79 ] La tostación convierte el concentrado de sulfuro de zinc producido durante el procesamiento en óxido de zinc. [ 80 ] Para un procesamiento posterior se utilizan dos métodos básicos: pirometalurgia o electroobtención . El procesamiento pirometalúrgico reduce el óxido de zinc con carbono o monóxido de carbono a 950 °C (1740 °F) en el metal, que se destila como vapor de zinc. [ 81 ] El vapor de zinc se recoge en un condensador. [ 80 ] El procesamiento electroóptico lixivia el zinc del concentrado de mineral con ácido sulfúrico . [ 82 ] Después de este paso se utiliza la electrólisis para producir zinc metálico. [ 80 ]  

El cadmio es una impureza común en los minerales de zinc y se aísla principalmente durante la producción de zinc. Algunos concentrados de minerales de zinc provenientes de minerales de zinc sulfurados contienen hasta un 1,4 % de cadmio. [ 83 ] El cadmio se aísla del zinc producido a partir del polvo de combustión mediante destilación al vacío si el zinc se funde, o bien se precipita sulfato de cadmio de la solución de electrólisis. [ 84 ]

Los yacimientos de mercurio más ricos contienen hasta un 2,5 % de mercurio en masa, e incluso los depósitos concentrados más pobres contienen al menos un 0,1 % de mercurio, siendo el cinabrio (HgS) el mineral más común en estos depósitos. [ 85 ] El mercurio se extrae calentando el cinabrio en una corriente de aire y condensando el vapor. [ 86 ]

Los elementos superpesados ​​como el copernicio se producen bombardeando elementos más ligeros en aceleradores de partículas que inducen reacciones de fusión . Si bien 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 . [ 87 ] La primera reacción de fusión para producir copernicio fue realizada por GSI en 1996, quienes informaron la detección de dos cadenas de desintegración de copernicio-277 (aunque una fue posteriormente retractada, ya que se había basado en datos fabricados por Victor Ninov ): [ 61 ]

208 82 Pb+ 70 30 Zn→ 277 112 Cn+n

Aplicaciones

Debido a las similitudes físicas que comparten, los elementos del grupo 12 se encuentran en muchas situaciones comunes. El zinc y el cadmio se utilizan comúnmente como agentes anticorrosivos (galvanización) [ 2 ] , ya que atraen toda oxidación local hasta corroerse por completo. [ 88 ] Estos recubrimientos protectores se pueden aplicar a otros metales mediante galvanización por inmersión en caliente, transformando una sustancia en el metal fundido, [ 89 ] o mediante el proceso de electrodeposición , que puede pasivarse con sales de cromato . [ 90 ] Los elementos del grupo 12 también se utilizan en electroquímica, ya que pueden actuar como alternativa al electrodo estándar de hidrógeno, además de ser un electrodo de referencia secundario. [ 91 ]

En EE. UU., el zinc se utiliza predominantemente para galvanización (55 %) y para latón , bronce y otras aleaciones (37 %). [ 92 ] La reactividad relativa del zinc y su capacidad para atraer la oxidación hacia sí mismo lo convierte en un ánodo de sacrificio eficiente en la protección catódica (PC). Por ejemplo, la protección catódica de una tubería enterrada se puede lograr conectando ánodos hechos de zinc a la tubería. [ 93 ] El zinc actúa como ánodo (extremo negativo) corroiéndose lentamente a medida que pasa corriente eléctrica a la tubería de acero. [ 93 ] [ nota 6 ] El zinc se utiliza para proteger catódicamente los metales que están expuestos al agua de mar de la corrosión. [ 94 ] [ 95 ] El zinc se utiliza como material de ánodo para baterías como en baterías de zinc-carbono [ 96 ] [ 97 ] o baterías/celdas de combustible de zinc-aire . [ 98 ] [ 99 ] [ 100 ] Una aleación ampliamente utilizada que contiene zinc es el latón, en el que el cobre se alea con entre un 3 % y un 45 % de zinc, dependiendo del tipo de latón. [ 93 ] El latón es generalmente más dúctil y resistente que el cobre y tiene una resistencia superior a la corrosión . [ 93 ] Estas propiedades lo hacen útil en equipos de comunicación, ferretería, instrumentos musicales y válvulas de agua. [ 93 ] Otras aleaciones ampliamente utilizadas que contienen zinc incluyen la alpaca , el metal de máquina de escribir, la soldadura blanda y de aluminio , y el bronce comercial . [ 9 ] Las aleaciones de zinc principalmente con pequeñas cantidades de cobre, aluminio y magnesio son útiles en la fundición a presión , así como en la fundición centrífuga , especialmente en las industrias automotriz, eléctrica y de ferretería. [ 9 ] Estas aleaciones se comercializan bajo el nombre de Zamak . [ 101 ] 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. [ 92 ]

El cadmio tiene muchos usos industriales comunes, ya que es un componente clave en la producción de baterías, está presente en pigmentos de cadmio , [ 102 ] recubrimientos, [ 90 ] y se usa comúnmente en galvanoplastia. [ 20 ] En 2009, el 86% del cadmio se usó en baterías , predominantemente en baterías recargables de níquel-cadmio . La Unión Europea prohibió el uso de cadmio en electrónica en 2004 con algunas excepciones, pero redujo el contenido permitido de cadmio en electrónica al 0,002%. [ 103 ] La galvanoplastia de cadmio , que consume el 6% de la producción mundial, se puede encontrar en la industria aeronáutica debido a su capacidad de resistir la corrosión cuando se aplica a componentes de acero. [ 20 ]

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 aquellos que se utilizan para medir altas temperaturas. Una cantidad cada vez mayor se utiliza como mercurio gaseoso en lámparas fluorescentes , [ 104 ] mientras que la mayoría de las demás aplicaciones se están eliminando gradualmente debido a las normas de salud y seguridad, [ 105 ] y en algunas aplicaciones se reemplaza con la aleación Galinstan , menos tóxica pero considerablemente más cara . [ 106 ] El mercurio y sus compuestos se han utilizado en medicina, aunque son mucho menos comunes hoy en día que antes, ahora que se comprenden mejor los efectos tóxicos del mercurio y sus compuestos. [ 107 ] Todavía se utiliza como ingrediente en amalgamas dentales . A finales del siglo XX, el mayor uso del mercurio [ 108 ] [ 109 ] fue en el proceso de celda de mercurio (también llamado proceso Castner-Kellner ) en la producción de cloro y sosa cáustica . [ 110 ]

Debido a su altísima radiactividad, el copernicio no tiene otra utilidad que la investigación.

Función biológica y toxicidad

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 los animales necesitan zinc en cantidades mínimas.

El zinc es un oligoelemento esencial , necesario para las plantas, [ 111 ] los animales, [ 112 ] y los microorganismos . [ 113 ] 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 . [ 111 ] Hay 2–4  gramos de zinc [ 114 ] distribuidos por todo el cuerpo humano, [ 115 ] y desempeña "funciones biológicas ubicuas". [ 116 ] Un estudio de 2006 estimó que alrededor del 10% de las proteínas humanas (2800) potencialmente se unen al zinc, además de cientos que transportan y trafican zinc. [ 111 ] En los EE. UU., la ingesta diaria recomendada (IDR) es de 8  mg/día para las mujeres y 11  mg/día para los hombres. [ 117 ] La suplementación excesiva y dañina puede ser un problema y probablemente no debería exceder los 20  mg/día en personas sanas, [ 118 ] aunque el Consejo Nacional de Investigación de EE. UU. estableció una ingesta máxima tolerable de 40  mg/día. [ 119 ]

El mercurio y el cadmio son tóxicos y pueden causar daños ambientales si llegan a los ríos o al agua de lluvia. Esto puede provocar la contaminación de los cultivos [ 120 ] , así como la bioacumulación de mercurio en la cadena alimentaria, lo que conlleva un aumento de las enfermedades causadas por la intoxicación por mercurio y cadmio [ 121 ] .

Notas

  1. ↑ El nombre 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. ↑340 ± 10  K predicho,357 +112 −108  K experimentalmente [ 7 ]
  3. 1 2 Ver lista de estados de oxidación de los elementos . Los estados de oxidación en negrita son comunes.
  4. ↑ Nunca se ha observado el color de la prueba de llama del radio puro; el color rojo carmesí es una extrapolación del color de la prueba de llama de sus compuestos. [ 31 ]
  5. ↑ A veces se informa como blanco. [ 29 ]
  6. ↑ 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.

Referencias

  1. ↑ Fluck, E. (1988). "Nuevas notaciones en la tabla periódica" (PDF) . Pure Appl. Chem. 60 (3): 431– 436. doi : 10.1351/pac198860030431 . S2CID 96704008. Consultado el 24 de marzo de 2012 . 
  2. 1 2 Greenwood y Earnshaw 1997 .
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