Свойства соединений германия, олова, свинца

Соединения с водородом. Гидриды элементов подгруппы германия общей формулы ЭН2 нехарактерны. Гидриды ЭН4 — малоустойчивы.

В ряду SiH₄ {силан) —> GeH₄ {гермап) —> SnH₄ (стаииап) —" —> РЬН₄ {плюмбан) устойчивость понижается. Гидриды GeH₄ и SnH₄ образуются при разложении кислотами сплавов германия и олова с магнием:

Герман GeH₄ и станнан SnH₄, так же, как силан SiH₄ и метан СН₄, представляют собою бесцветные газы с низкими температурами плавления и кипения. При хранении постепенно разлагаются на металлы и водород, а при пропускании через нагретую докрасна стеклянную трубку разлагаются, осаждаясь в виде металлического зеркала. Оба они чрезвычайно ядовиты.

Плюмбан, полученный таким же способом, настолько неустойчив, что о его существовании можно сделать заключение лишь по косвенным признакам. В индивидуальном состоянии он не получен.

Оксиды ЭО и соответствующие им гидроксиды химически малоактивны, в воде не растворяются. Обладают амфотерным характером с преобладанием основных свойств.

Оксиды Э0₂ и соответствующие им гидроксиды также химически малоактивны, в воде не растворяются, обладают амфотерным характером. В ряду Ge —> Sn —> Pb усиливаются основные свойства: у производных германия преобладают кислотные свойства, а у производных свинца — основные. Они взаимодействуют как с кислотами, так и со щелочами.

При сплавлении ЭО и Э0₂ со щелочами или соответствующими оксидами образуются соли германистой и германиевой.

(германиты и германаты), оловянистой и оловянной (станниты и станнаты), свинцовистой и свинцовой (плюмбиты и плюмбаты) кислот:

Германиевые, оловянные и свинцовые кислоты (как и кремневые) в индивидуальном состоянии не образуются. При их получении обычно образуются коллоидные растворы кислот различного состава, превращающиеся в белые студенистые осадки с неопределенным составом (Э0₂«Н₂0).

Равновесие в насыщенных растворах амфотерных гидроксидов олова (Н), (IV) можно представить следующим образом:

Добавление кислоты (Н⁺) приводит к смещению равновесия влево (диссоциации, но основному типу) вследствие течения процессов:

Добавление щелочи (ОН) приводит к смещению равновесия вправо (диссоциации по кислотному типу) вследствие течения процессов:

При этом образуются соли соответственно катионного или анионного типа.

Аналогичными схемами можно представить равновесия в растворах гидроксидов свинца (И) и (IV).

Уравнения реакций взамодействия гидроксидов олова со щелочью:

Из германатов, станнатов и плюмбатов в воде растворимы лишь производные щелочных металлов. При этом они сильно гидролизуются.

Большинство солей олова хорошо растворимы в воде. Растворимыми солями свинца являются нитрат Pb (N0₃)₂ и ацетат РЬ (СН₃СОО)₂, в горячей воде растворимы РЬС1₂ и РЫ₂. Из нерастворимых солей свинца наиболее характерны PbS0₄ (белого цвета), РЬСг0₄ (желтого цвета), PbS (черного цвета), РЬ₃(0Н)₂(С0₃)₂ (белого цвета — свинцовые белила).

Для свинца характерно образование солеобразных оксидов РЬ₂0₃ и РЬ₃0₄, которые можно рассматривать как соли метасвинцовой H₂Pb0₃(PbPb0₃) и ортосвинцовой H₄Pb0₄(Pb₂Pb0₄) кислот.

РЬ₂РЬ0₄ можно рассматривать как ортоплюмбат (1У) свинца (П) и как смешанный оксид 2РЬО РЬ0₂ — так называемый свинцовый сурик, а меташпомбат РЬРЬ0₃ — как смешанный оксид РЬО х х РЬС)₂.

В разном валентном состоянии атомов РЬ в РЬ₃0₄ можно легко убедиться: при действии разбавленной IIN0₃ протекает обменная реакция и образуются производные РЬ (П) и Pb (IV):

Процесс растворения солей олова (П) и свинца (П) сопровождается гидролизом с образованием основных солей. Например:

Соединения Ge (II) и Sn (II) — сильные восстановители. Восстановительная активность в ряду Ge —" Sn —> Pb ослабевает:

Так, GcC1₂ окисляется хлором С1₂ мгновенно, SnCl₂ — быстро, а РЬС1₂ в обычных условиях с хлором вообще нс взаимодействует. Производные Ge (II) и Sn (II) восстанавливают некоторые металлы из соединений, например:

Они переводят Fe³⁺B Fe²⁺, СгО|" в Сг³⁺ и т. д.

Для соединений свинца (П) восстановительные свойства не характерны. Перевод РЬ (И) в Pb (IV) возможен лишь при электролитическом окислении или действием наиболее сильных окислителей (С1₂, белильная известь и др.) при нагревании в щелочной среде. Например:

Соединения германия и олова (1У) устойчивы, а соединения Pb (IV) — сильные окислители, особенно в кислой среде. Они, например, окисляют Мп²⁺ до MnOj, I до 1₂:

Применение. Основная масса кремния и германия расходуется в полупроводниковой технике. Диоксид кремния является основой кварцевого стекла и всех силикатных стекол.

Диоксид германия широко используется в производстве оптического стекла, благодаря тому, что при добавлении его в кварцевое стекло получаются очень прозрачные, сильно преломляющие свет стекла.

Олово главным образом используется для лужения железа. Оловянная фольга (станиоль) применяется для изготовления конденсаторов в электротехнической промышленности. Из свинца делают аккумуляторные пластины, обкладки электрических кабелей, свинец применяется для защиты от радиоактивных и рентгеновских излучений; в качестве коррозионностойкого материала используется в химической промышленности.

Оба металла применяются для изготовления легкоплавких сплавов. Из сплавов олова и свинца важнейшими являются следующие: типографские (84—62% РЬ, 4—8% Sn, 10—25% Sb, 2—4% As), подшипниковые (80—60% РЬ или Sn с добавками Sb и Си), легкоплавкие припои (80—60% РЬ, 17—40% Sn, до 2,5% Sb или 90—50% Sn, остальное РЬ).

Диоксид олова применяется в стекольной и керамической промышленности для изготовления эмалей и глазурей.

Дисульфид олова SnS₂ в виде желтых чешуек применяется для мозаичных работ, «позолоты» дерева и др. Малорастворимый фторид SnF₂ применяют как фторсодержащую добавку к зубным пастам.

Сурик РЬ₂РЬ0₄ (оранжево-красного цвета) применяется в производстве красок, предохраняющих металлы от коррозии, для приготовления высокотемпературных замазок, в качестве окислителя и др.

РЬ0₂ и РЬ₃0₄ используются в качестве окислителей в спичечной промышленности.

Из соединений свинца (Н) РЬО применяется в производстве оптического стекла, хрусталя, глазурей и олиф; РЬСЮ₄ (оранжево-красного цвета) входит в состав минеральных красок; 2РЬС0₃ РЬ (0Н)₂ используют для изготовления свинцовых белил.

Токсичность элементов. Высокое содержание углерода в атмосфере приводит к заболеваниям органов дыхания. Профессиональные заболевания — антракоз и пылевой бронхит. В воздухе рабочей зоны ПДК, мг/м³: алмаз — 8,0, антрацит и кокс — 6,0, каменный уголь — 10,0, технический углерод и углеродная пыль — 4,0; в атмосферном воздухе максимальная среднесуточная доза 0,05 мг/м³.

Углеводороды, СО, СОС1₂ (фосген), сероуглерод, HCN, цианиды, дициан чрезвычайно ядовиты! Фосген вызывает отек легких и связанное с этим кислородное голодание (ПДК = 0,5 мг/м³, опасная для жизни концентрация — 5 мг/м³). Цианистый водород вызывает быстрый паралич тканевого дыхания. Отравление цианистым калием или натрием возможно при вдыхании пыли, попадании этих веществ внутрь организма, а также через кожу. Смертельная доза цианидов натрия и калия соответственно 0,10 и 0,12 г. Цианамид кальция опасен при вдыхании пыли и соприкосновении с кожей; смертельная доза — 40—50 г. Все газообразные соединения элементов с водородом (гидриды — силан, герман, станнан), с галогенами (фториды и хлориды кремния, германия), а также все фторосиликаты чрезвычайно ядовиты! Олово представляет опасность для человека в виде паров и различных аэрозольных частиц, пыли. При воздействии паров или пыли олова может развиться станноз — поражение легких. Очень токсичны некоторые оловоорганические соединения — нервные яды. Временно допустимая концентрация соединений олова в атмосферном воздухе 0,05 мг/м³, ПДК олова в пищевых продуктах — 200 мг/кг, в молочных продуктах и соках — 100 мг/кг. Токсическая доза олова для человека — 2 г. Свинец — яд, вызывающий изменения главным образом в нервной системе, крови и сосудах. Обладает кумулятивным действием. Наименьшее количество свинца, вызывающее отравление при попадании внутрь организма, — 5 мг/кг. ПДК для свинца и его неорганических соединений составляет 0,01 мг/м³.