Химические свойства свинца

36 вопрос (Свойства свинца и область его применения, химические свойства свинца.)

9.1. Химические свойства свинца

Свинец – элемент IV группы периодической системы. Подобно углероду, кремнию, германию и олову, также элементам четвертой группы, свинец способен отдавать четыре электрона. Однако, имея наибольшую в этой группе атомную массу, свинец характеризуется значительно более металлическими свойствами; оксиды же его амфотерны.

Свинец известен с древних времен, применение его в пятом – седьмом тысячелетиях до н. э. вполне достоверно. Раннему знакомству человечества со свинцом способствовала легкость восстановления этого металла из руд, а также легкоплавкость и мягкость, облегчавшие его обработку.

Природный свинец с атомной массой 207,21 состоит из четырех стабильных изотопов: Pb204, Pb206, Pb207 и Рb208. Благодаря сравнительно низкой температуре кипения свинец при металлургической переработке значительно летуч, давление паров его при 1000 °С уже около 133 Па, при 1170 °С – 1330 Па, а при 1500 °С – 26660 Па. Летучесть не только нежелательна из-за потерь металла с газами, но и опасна в связи с токсичностью паров свинца, вызывающих острые или хронические отравления. Ядовиты и соли свинца. Предполагается, что низкий средний возраст жизни древних римлян, не превышавший 32 лет, можно объяснить хроническими отравлениями при широком использовании свинца для изготовления пищевой посуды и водопроводных труб.

Обычная валентность свинца – два. Соединения двухвалентного свинца в большинстве солеобразны, они диссоциируют с образованием катиона Рb²⁺, однако известны и плюмбиты – соли металлов, в которых анионом служит РbОПроизводные четырехвалентного свинца редко встречаются в области металлургии – это плюмбаты с анионами РbО РbОили другие комплексные анионы четырехвалентного свинца. Известен и катион Рb входящий в состав РbСl₄, Pb(SO₄)₂ и других солей.

Нормальный окислительно-восстановительный потенциал свинца:

Рb²⁺ + 2е = Pb;                        E° = – 0,13 в.

Вследствие малой отрицательной величины потенциала и малой скорости выделения водорода на свинце (высокого перенапряжения водорода) металл слабо растворим в соляной, серной и плавиковой кислотах. Устойчивости свинца против этих кислот способствуют и образующиеся на металле плохо растворимые в воде поверхностные пленки PbSO₄, PbCl₂ или PbF. Серная кислота концентрации выше 80 % растворяет свинец, так как образуется сравнительно легко растворимая кислая соль Pb(HSO₄)₂.

Коррозионная стойкость свинца против кислот, щелочей и многих других соединений способствовала широкому применению его для изготовления или защиты аппаратуры химических производств, когда еще не были известны нержавеющие стали и пластмассы.

В азотной кислоте свинец растворяется энергично по реакции:

3Рb + 8HNO₃ → 3Рb (NOS)₂ + 2NO + 4Н₂О, причем в концентрированной кислоте хуже, чем в несколько разбавленной, из-за трудной растворимости Pb(NO₃)₂ в крепкой кислоте.

Сульфид свинца PbS с температурой плавления 1114 °С встречается в природе в виде минерала галенита (свинцовый блеск). На воздухе при температурах выше 500 °С он быстро окисляется, образуя сульфат, основные сульфаты PbSO₄ • nPb(OH)₂ и оксид свинца РbО.

Оксиды РbО, Pb₃O₄, Pb₂O₃, PbO₂ получаются нагреванием металла или его сульфида на воздухе. При обычных температурах окислению свинца препятствует покрывающая его тонкая пленка оксидов. Жидкий свинец при температурах выше 500 °С энергично окисляется до РbО, называемого глетом. В расплавленных щелочах глет растворяется, образуя плюмбит:

РbО + 2NaOH = Na₂PbО₂ + Н₂О.

Отделенный от свинца глет окисляется кислородом воздуха до Рb₃О₄ (сурик), который применяют для изготовления свинцовых аккумуляторов, красок и замазок. При температурах выше 550 °С сурик разлагается:

2Рb₃О₄ → 6РbО + О₂.

Оксид свинца (IV) (двуокись свинца) РbО₂ можно получать окислением сурика азотной кислотой и другими окислителями, а также электролизом кислых растворов азотнокислого свинца. Применяется РbО₂ в производстве аккумуляторов и как сильный окислитель при химических синтезах.

Силикаты свинца получаются сплавлением глета с кремнеземом. Из этих соединений наиболее легкоплавки Pb₃Si₂О₇ (705 °С), Pb₂SiО₄ (740 °С) и их смеси.

Оксиды и силикаты свинца легко восстанавливаются до металла оксидом углерода при 600–700 °С.