Германий, олово, свинец

Элементное состояние. Германий — хрупкое вещество серебристого цвета с металлическим блеском. Олово образует две кристаллические модификации. Выше температуры 13,2°С устойчива р-модификация (белое олово) — серебристо-белый блестящий мягкий, пластичный металл. Ниже 13,2°С устойчива а-модификация — порошкообразное серое олово. Свинец — мягкий, пластичный металл синевато-серого цвета. В ряду Ge—Sn—Pb происходит ослабление неметаллических и нарастание металлических свойств.

Получение. Германий, олово и свинец получают при помощи следующих реакций:

Химические свойства. При обычных условиях германий, олово и свинец довольно инертны в химическом отношении. Германий и олово устойчивы к действию воздуха и воды. Свинец не окисляется в сухом воздухе, а во влажном покрывается пленкой оксидов, после чего окисление прекращается. Все три элемента при обычной температуре или небольшом нагревании взаимодействуют с галогенами с образованием галогенидов. При нагревании они реагируют с кислородом, серой, селеном и теллуром. Германий и олово не реагируют с водородом, азотом, кремнием и углеродом. Свинец не реагирует с водородом. С более электроположительными элементами германий, олово и свинец образуют гермаииды, стаппиды и плюмбиды.

Все три элемента довольно устойчивы к действию кислот: германий и свинец не растворяются в разбавленных серной и хлороводородной кислотах, олово реагирует с ними очень медленно. Олово реагирует с азотной и с концентрированной хлороводородной кислотами. Свинец лучше всего растворяется в разбавленной азотной и уксусной кислотах с образованием нитрата свинца Pb (N0₃)₂ и ацетата свинца РЬ (СН₃СОО)₂. Германий взаимодействует со щелочами в присутствии Н₂0₂:

Олово и свинец реагируют с растворами щелочей с выделением водорода:

Бинарные соединения. При переходе от соединений германия к соединениям свинца наблюдается уменьшение ковалентного и усиление ионного характера химических связей.

Гидриды. В ряду бесцветных газообразных веществ герман GeH₄ — станнан SnH₄ — плюмбан РЬН₄ имеет место уменьшение устойчивости. Гидриды германия образуют гомологический ряд соединений с общей формулой Ge"H₂" + ₂, максимальное значение /7 = 9. Олово кроме станнана образует с водородом соединение состава Sn₂H₆.

Галогениды. Известны все дии тетрагалогениды германия, олова и свинца, за исключением РЬВг₄ и РЫ₄, которые не могут образоваться из-за сильной окислительной способности РЬ¹⁺.

Из дигалогенидов наибольший интерес представляет дихлорид олова SnCl₂, который находит применение как сильный восстановитель. Тетрахлорид олова SnCl₄ используют как протраву при крашении тканей и для утяжеления натурального шелка.

Оксиды. Все три элемента образуют оксиды ЭО и диоксиды Э0₂. Оксиды германия, олова и свинца амфотерны. Они взаимодействуют как с кислотами, так и с основаниями. GeO и SnO — сильные восстановители. РЬО очень устойчив. Он окисляется кислородом только при прокаливании. Оксид германия GeO при растворении в воде дает германиевую кислоту H₂Ge0₂.

Диоксид германия Ge0₂ растворяется в воде с образованием полимерных анионов, например HGe₅On. Эти растворы имеют кислую реакцию. Диоксиды олова Sn0₂ и свинца РЬ0₂ не растворяются в воде. Они амфотерны. При взаимодействии с щелочами образуют комплексные соединения, например гексагидроксостаннат (1У) натрия Na₂[Sn (OH)₆] и гексагидроксоплюмбат (1У) натрия Na₂[Pb (OH)₆]. Pb0₂ — сильный окислитель. Он находит применение в свинцовых аккумуляторах, где источником энергии служит окислительно-восстановительна я реакция компропорционирования:

Свинец кроме оксида и диоксида образует с кислородом еще одно соединение: ортоплюмбат{IV) свинца (II) РЬ₃0₄, которое известно иод тривиальным названием свинцовый сурик. Его используют как пигмент в антикоррозионных красках.

Комплексные соединения. Катионы Sn²~ и Pb^2t образуют в водных растворах умеренно прочные комплексные соединения типа [SnCy^-, [SnBrj]^-, [Pbl₄]^2-, [РЬ (СНзСОО)₄]^2- и весьма прочные комплексы с бии полидентатными Ои N-донорными лигандами. Так, например, lgK_VCT для [РЬЭДТЛ]^2- составляет 18,2.

Германий, олово и свинец в природе. Германий и олово присутствуют в небольших количествах в почве. Содержание обоих элементов оценивается равным 1,1 мг/кг почвы. Германий и олово очень токсичны для растений.

Среднее содержание свинца в почве составляет 32 мг/кг. Свинец мало токсичен для растений, но очень токсичен для теплокровных животных и человека. Источниками свинца в природе служат выбросы металлургических предприятий и использование тетраэтилсвинца РЬ (С₂Н₅)4 в качестве добавки к бензину для повышения его октанового числа. Свинец содержится также в красках для защиты металлов от коррозии, в красителях для цветной печати и свинцовых аккумуляторах. Еще одним источником загрязнения окружающей среды соединениями свинца является охотничья дробь. Проглоченные птицами и животными дробинки растворяются в имеющем кислую реакцию желудочном соке с образованием РЬ. Для людей, не имеющих контактов с соединениями свинца по роду их профессиональной деятельности, главную опасность представляет свинец, содержащийся в пище. К счастью, большинство соединений свинца мало растворимо в воде, что препятствует их всасыванию в желудочно-кишечном тракте. Хорошо растворимы только нитрат, ацетат и соли некоторых других органических кислот.

Вопросы и задания для самоконтроля

• 1. Сравните строение наружных электронных уровней атомов углерода, азота и кислорода и попытайтесь дать качественное объяснение того факта, что в биологически активных молекулах больше всего атомов углерода, меньше кислорода и еще меньше азота. Для каких классов биологически активных молекул эго утверждение является верным? В какой мере? В каком смысле?
• 2. Кислотными дождями называются атмосферные осадки с pH меньше 5,6. Может ли растворение С0₂ в воде атмосферных осадков дать pH 5,6? Решите задачу количественно, учитывая, что в 1 л воды растворяется 0,9 л С0₂.
• 3. Набухающие природные ионообменники типа монтмориллонита поглощают катионы из внешних растворов, «предпочитая» их в соответствии с рядом: Sr²⁺ > Са²⁺ > Mg²⁺ > К⁺ > Na⁺ > Li⁺. Объясните этот ряд, исходя из свойств катионов и свойств монтмориллонита.
• 4. Какие химические и физические свойства природных и искусственных силикатов делают их важнейшими строительными материалами?