1.6.3. Олово и свинец

Олово и свинец являются p-элементами IVB группы Пе­риодической системы. Электронная конфигурация атомов ... ns²np². В таблице 10 представлены некоторые константы, ха­рактеризующие физико-механические свойства металлов.

Олово полиморфно. В обычных условиях устойчиво бе­лое олово (β-модификация), но при охлаждении до 13,2 °С оно переходит в серое олово (α-модификация). Белое олово сереб­ристо-белый металл. Электрическая проводимость которого в 8 раз выше ,чем у ртути. Серое олово - полупроводник с алмазо­подобной кристаллической решеткой. Плотность α-олова неве­лика (5,85 г/см³) по сравнению с плотностью β-олова (7,29 г/см³). При переходе β-Sn в α-Sn удельный объём возрастает на 25,6%, в связи с чем олово рассыпается в порошок.

Свинец - темно-серый мягкий металл, тяжелый. С невы­сокой температурой плавления и типичной для металлов электрической проводимостью.

Таблица 3

Физико-механические свойства олова и свинца

Металлы	р, г/см3	tпл °C	Tкип °C	Твердость, Мн/м2	φ,B
Олово	7,29	231,9	2200	51,0	-0,14
Свинец	11,34	327,4	1740	38,3	-ОДЗ

Химические свойства. Хотя олово проявляет степень окисления +4 в соединениях, они менее устойчивы, чем со­единения со степенью окисления +2. У свинца эта тенденция еще более усиливается.

Взаимодействие с элементарными окислителями. Гидриды олова и свинца образуются или непосредствено, или косвенным путем:

SnCl₂ + Zn = ZnCl₂ + Sn

Свежеосажденное олово реагирует с атомарным водоро­дом:

4НС1 +2Zn = ZnCl₂ +4Н

Sn + 4Н = SnH₄

Гидриды олова и свинца очень непрочны (ядовиты!).

Галиды высшей степени окисления характерны только для олова (SnF₄, SnCl₄), а для свинца устойчиво только соеди­нение РЬР₄. Эти соединения построены за счет ковалентно­полярных связей и имеют структуру, подобную метану.

SnF₄ - кристаллы, легко испаряющиеся (t_пл 200 °С). SnCl₄ - жидкость, на воздухе дымит, подвергаясь гидролизу под дей­ствием паров воды:

SnCl₄ + ЗН₂O = H2S11O3↓ + 4НС1

SnCl₄ обладает окислительными свойствами и переходит в дихлорид SnCl₂.

Дихлориды олова и свинца SnCl₂ и РЬС1₂ - соли с преоб­ладающими ионными связями. РЬС1₂ плохо растворим в воде. РЫ₂ желтого цвета, при комнатной температуре очень трудно растворяется в воде, но при нагревании растворимость растет. При охлаждении раствора выпадают золотистые блестки РЫ₂.

Оксиды олова и свинца соответствуют двум степеням окисления +2 и +4. Диоксид SnC>2 является кислотообразую­щим оксидом оловянной кислоты (орто- и мета-) и обладает кислотными свойствами

SnO₂ + 2NaOH + Н₂О = Na₂[Sn(OH)₄]

Образуется SnO₂ при окислении олова при температурах выше температуры плавления. Применяется для приготовления белых глазурей и эмалей.

Диоксид свинца РbO₂ - соединение непрочное ми обла­дает сильными окислительными свойствами, переходя в РbО. Кислотные свойства РbO₂ сохраняет, образуя с низшим окси­дом РbО соли по типу орто- и мета- кислот.

2РbO + РbO₂ = Рb₂(РbO₄) → Рb₃O₄

Сурик Рb₃0₄ сохраняет окислительные свойства, и окра­ска металла суриком на олифе пассивирует металл и хорошо предохраняет его от коррозии (окраска подводной части судов, трубопроводов и т.п.)

Монооксиды SnO и РЬО - амфотерны:

РЬО + 2NaOH = Na₂PbO₂ + Н₂O (при сплавлении)

РЬО + 2НС1 = РЬС1₂ + Н₂O

Гидроксиды Sn и РЬ получают косвенным путем:

Sn²⁺ + 2ОН^¯ = Sn(OH)₂

Sn(OH)₂ + 2NaOH = Na₂[Sn(OH)₄]

Sn(OH)₂ +2HC1 - SnCl₂ +2H₂O

Сульфиды олова и свинца. Олово образует дисульфид SnS₂ желтого цвета:

H₂[SnCl₆] + 2H₂S = SnS₂ + 6НС1

SnS₂ - «сусальное золото» применяется для декоратив­ных работ (позолота дерева, мозаика и т.п.)

Моносульфид олова SnS - соль, нерастворимая в воде и разбавленных кислотах.

Свинец образует сульфид PbS - соль черного цвета, не­растворимую в воде. Разлагается только концентрированными кислотами при нагревании. Бумажка, смоченная раствором со­ли РЬ²⁺ быстро темнеет, если в воздухе присутствуют даже не­значительные количества H₂S .

Основные соли свинца белого цвета (свинцовые белила) постепенно переходят в PbS под действием H₂S, присутст­вующего в малых количествах в воздухе. Этот процесс объяс­няет потемнение старинной живописи, так как художники в то время пользовались свинцовыми белилами.

Отношение олова и свинца к кислотам, воде и щело­чам. Олово и свинец стоят до водорода в ряду напряжений. Поэтому могут вытеснять водород из растворов неокисляющих кислот:

Sn + 2НС1 = SnCl₂ + Н₂

Pb + 2СН3СООН = Pb(CH₃COO)₂ +H₂

Серной кислотой свинец пассивируется, образуя трудно­растворимую соль PbSO4, которая растворяется в избытке кон­центрированной H₂SO4, образуя кислую соль Pb(HSO₄)₂:

PbSO₄ + H₂SO_4(к) = Pb(HSO₄)₂

С азотной кислотой олово взаимодействует по следую­щим реакциям:

4Sn + 10HNO_3(p) = 4Sn(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3 H₂O

Sn + 4HNO_3(K) = H₂SnO₃ + NO₂ + H₂O

Свинец растворяется, образуя нитрат свинца:

ЗРЬ + 8HNO₃ = 3Pb(NO₃)₂ + 2 NO + 4Н₂O

С водой эти металлы не реагируют, но с водой, содержа­щей растворенный углекислый газ, свинец медленно разруша­ется, образуя гидрокарбонат РЬ(НСO₃)₂.

Концентрированные щелочи растворяют олово:

Sn + 2NaOH = Na₂SnO₂ + Н₂

В растворах станниты существуют в виде гидроксокомплексов:

Na₂SnO₂ + 2Н₂O = Na₂[Sn(OH)₄]

Свинец растворяется в щелочах с небольшой скоростью, более интенсивно при нагревании:

Pb + 4КОН + 2Н₂O = К₄[РЬ(ОН)₅] + Н₂

Получение и применение олова и свинца. Олово полу­чают из природного соединения - оловянного камня SnO₂ восстановлением углеродом:

SnO₂ + 2С = Sn + 2СO

Свинец получают из сернистой руды PbS по следующим реакциям:

2PbS + 3O₂ = 2РЬО + 2SO₂

2РЪО + PbS = ЗРЬ + SO₂

Олово - химически пассивный металл, поэтому исполь­зуется для нанесения покрытий на черные металлы (лужение). Так получают белую жесть, потребителем которой в ос­новном является консервная промышленность. Олово входит в состав подшипниковых сплавов (баббиты), типографских (гарт), а также бронз.

Из свинца изготавливают различные легкоплавкие спла­вы (типографский сплав, припои, легкоплавкие предохраните­ли). В чистом виде свинец идет для производства кислотостой­ких труб, для кабельной изоляции, для защиты от радиоактив­ного излучения. Свинцом покрывают металлические поверх­ности для защиты их от серной кислоты и других агрессивных сред. Большие количества свинца расходуются для изготовле­ния аккумуляторных пластин.