Общая характеристика элементов 4А группы. Олово, свинец. Их получение; взаимодействие с кислородом, галогенами, растворами кислот и щелочей. применение в технике.

В состав группы входят 5 элементов: два неметалла – углерод и кремний, находящиеся в во втором и третьем периодах системы Менделеева и 3 металла –германий (промежуточный между неметаллами и металлами, олово и свинец, находящиеся в конце больших периодов-IV, V, VI. Для всех этих элементов характерно то, сто они имеют на внешнем энергетическом уровне 4 электрона. И поэтому могут проявлять степень окисления от +4 до -4. эти элементы образуют газообразные соединения с водородом: СН₄, Si Н₄, Sn Н₄, PbН₄. при нагревании на воздухе соединяются с элементами подгруппы кислорода, серы и с галогенами.

Степень окисления +4 получается при переходе 1s –электрона на свободную р- орбиталь. С увеличением радиуса атома уменьшается прочность связи наружных электронов с ядром. Неметаллические свойства уменьшаются, а металлические нарастают. (снижаются температура плавления и кипения и т.д)

Олово не принадлежит к числу широко распространенных металлов (содержание в земной коре 0,04%) но оно легко выплавляется из руд и поэтому стало изветсно человеку в виде его сплавов с медью (бронза) со времен глубокой древности. Встречается в виде кислородного соединения SnО₂ (оловянного камня, из которого получается посредством восстановления углем). В свободном состоянии олово – серебристо-белый мягкий металл. При сгибании палочки олова слышится характерный треск, обусловленный трением отдельных кристаллов друг о друга.

Олово обладает мягкостью и тягучестью и легко может быть прокатано в тонкие листы, называемые оловянной фольгой или станиолем.

Кроме обычного белого олова, кристаллизующегося в тетрагональной системе, существует другое видоизменение олова – серое олово кристаллизующееся в кубической системе и имеющее меньшую плотность. Белое олово устойчиво при температурах выше 14^оС, а серое – при температурах ниже 14^оС, поэтому при охлаждении белое олово превращается в серое. В связи со значительным изменением плотности металл при этом рассыпается в серый порошок. Это явление получило название оловянной чумы. Быстрее всего превращение белого олова происходит при температурах около 30^оС; оно ускоряется в присутствии зародышей кристаллов серого олова.

Сплавы олова с сурьмой и медью применяются для изготовления подшипников. Эти сплавы (оловянные баббиты) обладают высокими антифрикционными свойствами. сплавы олова со свинцом – припой – широко применяются для пайки. В качестве легирующего компонента олово входит в некоторые сплавы меди. На воздухе олово при комнатной температуре не окисляется, но нагретое выше температуры плавления постепенно превращается в диоксид олова SnО₂ вода не действует на олово. Разбавленная соляная и серная кислота действуют очень медленно. Концентрированные эти кислоты, при нагревании растворяют олово.

Sn + 2 НСl = SnСl ₂ + Н₂#

Sn + 4Н₂SО₄ = Sn(SО₄)₂ + 2 SО₂# + 4Н₂О

Чем концентрированнее азотная кислота, тем интенсивнее идет реакция

4Sn + 10 НNО₃ = 4Sn(NО₃)₂ + NН₄NО₃ + 3Н₂О

Sn + 4 НNО₃ = Н₂SnО₃$ + 4NО₂# +Н₂О в концентрированной

Концентрированные щелочи реагируют Sn + 2NаОН = Nа₂SnО₂ +Н₂#

Nа₂SnО₂ станиит натрия. В растворах соли гидратированы (окружены молекулами воды). На воздухе олово покрывается защитной пленкой. Олово образует комплексные соединения Nа₂[Sn(ОН)₄]

40% олова идет на производство консервных банок. Железо покрывают оловом. Олово образует устойчивые соединения со степенью окисления +2,+4.

SnО (II) –желтый порошок, получается при разложении Sn(ОН)₂ –амфотерный гидроксид Sn(ОН)₂+ 2NаОН = Nа[Sn(ОН)₄]

Диоксид олова встречается в природе. Образуется при сжигании Sn на воздухе.

Оловянная кислота Н₂SnО₃ нерастворима (белый порошок) взаимодействует со щелочами Н₂SnО₃ + 2 NаОН +Н₂О = Nа₂ [Sn(ОН)₄]

Хлорид олова растворим SnСl₂, гидрид олова SnН₄ –бесцветный, очень ядовитый газ.

Свинец. Руда. Из которой получают свинец называется свинцовый блеск.

PbS + 3О₂ = 2PbО + 2SО₂ –обжиг.

PbО плавят вместе с коксом и получают свинец, который потом очищают.

Свинец – голубовато- белый тяжелый металл. Он мягок и режется ножом.

Свинец широко используется в технике. Наибольшее его количество расходуется на изготовление оболочек кабелей и пластин аккумуляторов. Свинец идет на изготовление боеприпасов и изготовление дроби. Он входит в состав многих сплавов (подшипники, типографский шрифт, припой). Свинец хорошо поглощает g - излучения и используется для защиты от них при работе с радиоактивными веществами.

На воздухе быстро окисляется и покрывается защитной оксидной пленкой, защищающей от дальнейшего окисления. Вода не взаимодействует со свинцом, но в присутствии воздуха разрушает его. 2Pb + О₂ + 2Н₂О = 2Pb (ОН)₂

При соприкосновении с жесткой водой покрывается защитной пленкой нерастворимых солей и не разрушается дальше.

Разбавленная соляная и серная кислоты почти не реагируют со свинцом. С концентрированной серной кислотой, при нагревании получается Pb(НSО₄)₂.

С разбавленной азотной кислотой реагирует быстрее, чем с концентрированной. взаимодействует со щелочами Pb + 4КОН +Н₂О = К₄[Pb (ОН)₆] + Н₂# гидроксоплюмбит калия.Все растворимые соединении свинца ядовиты

Степени окисления характерны +2, +4

PbО =- желтый порошок после прокаливания (500^оС) приобретает красновато-желтый цвет и называется глетом.

Гидроксид свинца Pb(ОН)₂ амфотерен.

Pb(ОН)₂ + 4 NаОН = 2 Nа[Pb (ОН)₆]

При сплавлении Pb(ОН)₂ с сухими щелочами получаются соли плюмбиты:

Pb(ОН)₂ + 2 NаОН = Nа₂ PbО₂ + 2Н₂О

Ацетат свинца применяют при крашении Pb(СН₃СОО)₂

PbS – черного цвета. Бумажка, смоченная раствором соли свинца быстро темнеет, если в воздухе есть сероводород. Это качественная реакция на соли сероводорода. Соединения свинца (IV) –соли плюмбаты СаО + PbО = Са PbО₃ большинство нерастворимы.

Аккумуляторы состоят из решетчатых свинцовых пластин, одни заполнены диоксидом свинца, а другие – металлическим губчатым свинцом. Пластины погружены в раствор 35-40% Н₂SО₄. при работе идет разряд: Pb + SО₄^2- ® PbSО₄$ + 2е

Металлический свинец окисляется, а диоксид свинца восстанавливается.

PbО₂ + SО₄^{2 -} + 4Н⁺ ® Pb SО₄$+ Н₂О

Электроны, отдаваемые атомами свинца передаются по внешней цепи. Pb – анод,, а PbО₂-катод. В растворе Н₂SО₄ происходит перенос ионов. Ионы SО₄^2- - движутся к аноду, Н⁺ - к катоду.