Elementos naturales del grupo 12:
El grupo 12, según la numeración recomendada por la IUPAC, es un grupo de elementos químicos de la tabla periódica que incluye el zinc (Zn), el cadmio (Cd) y el mercurio (Hg). Varios experimentos sobre átomos individuales de copernicio (Cn) apoyan la inclusión de este elemento también en el grupo 12. Según el sistema de numeración antiguo, tanto de la IUPAC como del CAS, este grupo se conocía como IIB.
Tanto el zinc como el cadmio y el mercurio están presentes en la naturaleza y tienen amplia aplicación en los ámbitos de la electricidad y la electrónica, así como para la formación de aleaciones. Los dos primeros miembros del grupo, en sus formas de metales sólidos poseen propiedades similares, mientras estén bajo condiciones normales. El mercurio, por su parte, es el único metal líquido a temperatura ambiente. Mientras que el zinc tiene gran importancia en la bioquímica de los seres vivos, el cadmio y el mercurio son altamente tóxicos. En cuanto al copernicio, dado que no existe de forma natural, debe ser sintetizado en el laboratorio.
Propiedades físicas Como en otros grupos de la tabla periódica, los elementos del grupo 12 muestran patrones en su configuración electrónica, especialmente en la capa de valencia, lo que origina ciertas tendencias en su comportamiento químico:
Z Elemento N.º de electrones por capa 30 zinc 2, 8, 18, 2 48 cadmio 2, 8, 18, 18, 2 80 mercurio 2, 8, 18, 32, 18, 2 112 copernicio 2, 8, 18, 32, 32, 18, 2 (predicción)
Los elementos del grupo 12 son metales blandos, diamagnéticos y divalentes, con los puntos de fusión más bajos de todos los metales de transición. El zinc es brillante y de color blanco azulado, aunque las calidades comerciales más comunes tienen un acabado mate. El cadmio es blando, dúctil, maleable y de color blanco azulado. El mercurio es un metal líquido, denso y plateado, el único metal líquido a temperatura ambiente; es un pobre conductor térmico pero un buen conductor de electricidad.
En la tabla siguiente se resumen las principales propiedades físicas de los elementos del grupo 12. Se sabe muy poco del copernicio y ninguna de sus propiedades físicas se ha confirmado excepto su punto de ebullición —provisionalmente—.
Propiedades de los elementos del grupo 12 Nombre Zinc Cadmio Mercurio CopernicioPunto de fusión 693 K (420 °C) 594 K (321 °C) 234 K (−39 °C) ?Punto de ebullición 1180 K (907 °C) 1040 K (767 °C) 630 K (357 °C) 357 K (84 °C)Densidad 7,14 g cm−3 8,65 g cm−3 13,534 g cm−3 23,7 g cm−3 (?)Apariencia blanco azulado metálico blanco azulado plateado ?Radio atómico 135 pm 155 pm 150 pm 147 pm (?)
El zinc es algo menos denso que el hierro y posee una estructura cristalina hexagonal. Es un metal duro y frágil, pero se vuelve maleable entre 100 y 150 °C. Por encima de los 220 °C, el metal se vuelve de nuevo frágil y puede ser pulverizado por golpeo. El cinc es un conductor eléctrico aceptable y, para tratarse de un metal, tiene puntos de fusión y ebullición relativamente bajos. El cadmio es similar al cinc en muchos aspectos, pero forma complejos de coordinación. Al contrario que otros metales, el cadmio es resistente a la corrosión, por lo que puede utilizarse como capa protectora revistiendo otros metales. El cadmio es, en general, insoluble en agua y no inflamable; sin embargo, cuando se encuentra finamente dividido puede arder y liberar vapores tóxicos. Por su parte, el mercurio tiene una temperatura de fusión extraordinariamente baja para tratarse de un metal del bloque d.
zinc, cadmio y mercurio forman un amplio abanico de aleaciones. El latón, por ejemplo, es una aleación de cinc y cobre, y también forman aleaciones binarias con el cinc 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. Aunque ni el cinc ni el circonio son ferromagnéticos, su aleación ZrZn2 muestra ferromagnetismo por debajo de los 35 K. El cadmio se utiliza en muchos tipos de aleaciones de soldadura y cojinete, gracias a su bajo coeficiente de fricción y su resistencia a la fatiga. También se encuentra en algunas de las aleaciones con puntos de fusión más bajos, como el metal de Wood. Al ser líquido, el mercurio disuelve a otros metales y las aleaciones que forma se denominan amalgamas. Se conocen amalgamas con oro, cinc, sodio y muchos otros metales. El hierro es una excepción, por lo que tradicionalmente se han utilizado recipientes de este metal para almacenar el mercurio. Otros metales que no se amalgaman con el mercurio son el tantalio, el wolframio y el platino. La amalgama de sodio es un agente reductor muy común en síntesis orgánica y también se utiliza en las lámparas de vapor de sodio a alta presión. El mercurio también se combina fácilmente con aluminio para formar una amalgama de aluminio cuando ambos metales puros entran en contacto. Dado que la amalgama reacciona con el aire para dar óxido de aluminio, pequeñas cantidades de mercurio pueden corroer el aluminio. Es por ello que, generalmente, no se permite introducir mercurio en una aeronave, debido al riesgo de que se amalgame con partes de aluminio que puedan estar al descubierto.
Propiedades químicas Solo se ha estudiado la química de los tres primeros miembros del grupo 12. La química del copernicio aún no está bien establecida; por lo tanto, en esta sección se hablará únicamente del zinc, el cadmio y el mercurio.
Tendencias periódicas Todos los elementos del grupo 12 son metálicos. La similitud de los radios metálicos del cadmio y el mercurio es fruto de la contracción lantánida; así pues, la tendencia en el grupo 12 es diferente a la del grupo 2, los metales alcalinotérreos, en donde el radio metálico aumenta paulatinamente al descender en el grupo. Los tres metales tienen puntos de fusión y ebullición relativamente bajos, lo que indica que el enlace metálico es más o menos débil, con un solapamiento relativamente pequeño entre la banda de valencia y la banda de conducción. Por ello, el zinc está cerca de la frontera entre metales y semimetales, que normalmente se sitúa entre el galio y el germanio, si bien el galio toma parte en semiconductores como el arseniuro de galio.
El zinc y el cadmio son electropositivos, mientras que el mercurio no lo es. Como consecuencia, ambos son buenos agentes reductores. Los elementos del grupo 12 poseen un estado de oxidación +2 en el que los iones tienen una configuración electrónica d10 relativamente estable, con una subcapa completa. Sin embargo, el mercurio puede reducirse fácilmente al estado de oxidación +1; normalmente, dos iones de mercurio(I) se combinan en la especie diamagnética formando un enlace metal-metal. El cadmio también puede formar especies como [Cd2Cl6]4− en que el estado de oxidación del metal es +1. Como en el caso del mercurio, la formación de un enlace metal-metal resulta en una especie diamagnética sin electrones desapareados, lo que la hace muy reactiva. El zinc(I) solo se conoce en fase gas en compuestos como el Zn2Cl2, lineal, análogo al calomelano.
Clasificación thumb|right|Modelo de barras y bolas de la molécula de fluoruro de mercurio(IV), HgF4. Los elementos del grupo 12 suelen considerarse elementos del bloque d pero no elementos de transición, ya que su capa d está completa. Algunos autores clasifican estos elementos como representativos, al tener sus electrones de valencia en los orbitales ns2. Sin embargo, comparten muchas características con los vecinos elementos del grupo 11, que son considerados metales de transición casi universalmente. Por ejemplo, el cinc tiene muchas características en común con el metal de transición adyacente, el cobre. Los complejos de cinc se incluyen en la serie de Irving–Williams, pues muchos mantienen la misma estequiometría que los complejos de cobre(II), si bien con menores constantes de estabilidad. Hay poca similitud entre el cadmio y la plata, siendo infrecuentes los compuestos de plata(II) —aquellos que sí existen son agentes oxidantes muy fuertes—. Del mismo modo, el hecho de que el estado de oxidación más frecuente para el oro sea +3 impide una gran similitud entre la química del oro y la del mercurio, si bien sí hay parecidos entre el mercurio(I) y el oro(I) tales como la formación de complejos lineales diciano, [M(CN)2]−. Si se atiende a la definición de metal de transición según la IUPAC, «elemento cuyo átomo tiene una subcapa d incompleta o puede dar lugar a cationes con una subcapa d incompleta», Versión XML corregida en línea (2006-) creada por M. Nic, J. Jirat y B. Kosata; actualizaciones compiladas por A. Jenkins. el cinc y el cadmio no son elementos de transición, mientras que el mercurio sí: solo al mercurio se le conoce un compuesto en el que su estado de oxidación sea mayor que +2, el fluoruro de mercurio(IV). No obstante, esta clasificación se basaría en un compuesto extremadamente atípico que no ha sido observado en condiciones de equilibrio y contradiría la química más típica del mercurio, así que se ha sugerido que sería mejor no considerar el mercurio como un metal de transición.
Relación con los metales alcalinotérreos Aunque el grupo 12 cae dentro del bloque d en la tabla de dieciocho columnas moderna, los electrones d del zinc, del cadmio y —casi siempre— del mercurio se comportan como electrones internos y no toman parte en el enlace. Este comportamiento concuerda con el de los elementos representativos, pero contrasta notablemente con el de los elementos del grupo 11 —cobre, plata y oro—, que también tienen las subcapas d completas en el estado fundamental pero se comportan químicamente como metales de transición. Por ejemplo, los enlaces del sulfuro de cromo(II) (CrS) involucran principalmente los electrones 3d, los del sulfuro de hierro(II) (FeS) involucran tanto los electrones 3d como los 4s, pero los del sulfuro de zinc (ZnS) involucran únicamente los electrones 4s, comportándose los electrones 3d como electrones internos.
Puede, pues, hacerse una comparación útil entre las propiedades de los elementos del grupo 12 y las de los dos primeros metales alcalinotérreos, el berilio y el magnesio. Por ejemplo, el zinc y el cadmio se parecen al berilio y al magnesio en sus radios atómicos, radios iónicos, electronegatividades y, también, en la estructura de sus compuestos binarios y su habilidad para formar iones complejos con ligandos nitrogenados y oxigenados, como aminas e hidruros complejos. Sin embargo, el berilio y el magnesio son átomos pequeños, al contrario que los alcalinotérreos más pesados y al igual que los elementos del grupo 12 —que tienen una mayor carga nuclear pero el mismo número de electrones de valencia—, y las tendencias periódicas al descender por el grupo 2 desde el berilio hasta el radio son menos paulatinas al descender desde el berilio hacia el mercurio, debido a las contracciones escándida y lantánida. Son ambas contracciones las que aportan al mercurio muchas de sus propiedades características.