12.1.3. Нахождение в природе, изотопный состав

В земной коре элементы 12-й группы присутствуют главным образом в виде сульфидов (табл. 12.3), находящихся в глубокозалегающих породах. Лишь на самой поверхности земной коры цинк и кадмий (в виде примеси) обнаруживаются в виде карбонатов и силикатов (содержание кадмия составляет доли % от содержания цинка). Халькофильность элементов группы цинка объясняется «мягкостью» (значительной деформируемостью) их атомов, которые предпочтительно образуют соединения с «мягкими» атомами, например, с сульфидной серой. В отличие от элементов 12-й группы, «жесткие» атомы элементов 2-й группы, имеющие ту же внешнюю электронную оболочку (ns²), но менее деформируемую предвнешнюю оболочку типа благородного газа, в основном соединяются с «жесткими» партнерами, например, кислородом (см. гл. 2).

Известно, что сульфид ртути (киноварь) HgS, сопутствующий сульфиду сурьмы(III), представляет собой легкоплавкую породу - в процессе остывания Земли кристаллизация наступила только при 100⁰С (т. е. на расстоянии ~3 км от поверхности к центру Земли). Сфалерит ZnS более тугоплавок - он закристаллизовался на глубине ~10 км от поверхности Земли. Недавно образовавшиеся горные массивы (так называемые «молодые горы»), как правило, содержат в верхних слоях еще не разрушенного выветриванием скального грунта сульфиды тяжелых металлов, а именно, HgS. Сульфиды же Zn и Cd, напротив, находят в старых, сильно разрушенных горных массивах, где минералы (Zn, Cd)S уже подошли к самой поверхности разлома земной коры.

Ртуть распространена в природе существенно меньше, чем цинк (см. табл. 12.3), но стала известна человечеству намного раньше других элементов 12-й группы, что связано прежде всего с легкостью перехода ртути в металлическое состояние (благодаря термической неустойчивости ее гетероатомных соединений). Действительно, еще в прошлом веке находили месторождения металлической ртути («лужицы» ртути на скальном грунте в пещерах, например в Испании - Аль Мадена). Выплавка металлических цинка и кадмия требует значительно более высоких температур, чем та, при которой застывал расплав минералов, поэтому термолиз их сульфидов не происходил, и самородных цинка и кадмия не найдено. Большая известность ртути по сравнению с цинком и кадмием связана с наличием концентрированных месторождений HgS, тогда как Zn и Cd входят в состав полиметаллических руд и распылены, например, на фоне PbS.

Изотопный состав элементов группы цинка сложен, как и подобает элементам с четным атомным номером. В природной плеяде у Zn, Cd, Hg представлены соответственно 5, 8 и 7 стабильных изотопов. Кроме того, имеется значительное число радиоактивных изотопов, которые могут быть получены искусственно - в различного рода ускорителях и ядерных реакторах. Среди стабильных изотопов наибольший интерес представляет ¹¹³Cd, обладающий колоссальным сечением захвата нейтронов, равным 25000 барн. Насколько велико это значение, показывает сравнение с сечением захвата нейтронов других элементов. Так, природная смесь стабильных изотопов цинка имеет сечение захвата всего 1,02 барн; углерод поглощает еще меньше нейтронов - только 0,8 барн; тогда как природная смесь изотопов кадмия (благодаря присутствию в ней Cd) имеет сечение захвата нейтронов 4500 барн. Поэтому кадмий используют в ядерной энергетике для изготовления стержней, опускаемых в атомный реактор для регулировки интенсивности потока нейтронов.

Таблица 12.3. Распространенность и изотопный состав элементов 12-й группы

Элемент	Кларк, % (мас.)	Место пo распростра-ненности	Изотопный состав		Важнейшие природные соединения
			Число стабильных изотопов	Основной изотоп, тип ядра по массе (% в плеяде)
Zn	210–2	24	5	64Zn, тип 4n (48,6%)	ZnS (сфалерит), ZnCO3 (смитсонит), ZnO(цинкит), Zn2SiО4 (виллемит)
Cd	510–4	48	8*	114Cd, тип 4n+2 (28,7%)	CdS (гринокит)
Hg	110–4	57	7	202Hg, тип 4n+2 (29,9%)	HgS (киноварь), самородная ртуть

*Нуклид ¹¹³Cd считается стабильным, так как имеет большой период полураспада.

Хотя у кадмия 8 стабильных изотопов, а у ртути на один меньше (см. табл. 12.3), именно у нее (впервые после неона) масс-спектрометрически было обнаружено большое число изотопов, составляющих природную плеяду: интервал атомных масс oт 196 до 204.

Тип ядра по массе у наиболее распространенных изотопов Zn, Cd, Hg соответствует, как это обычно бывает у четных элементов, массовым числам 4n и 4n+2.