 |
|
Химические свойства простых веществ.
Подгруппа германия
Простые вещества
Германий – тугоплавкое твердое вещество серебристо-белого цвета, по внешнему виду очень похож на металл, но имеет алмазоподобную решетку, поэтому очень хрупкий. Германий обладает высоким удельным сопротивлением, которое уменьшается при увеличении температуры.
Олово проявляет полиморфизм. Выше температуры 13,2ºС устойчивой является β- модификация, так называемое «белое» олово (плотность 7,3 г/см3) – серебристо-белый блестящий легкоплавкий металл тетрагональной структуры с октаэдрической координацией атомов. При охлаждении ниже 13,2ºС белое олово переходит в α-модификацию (серое олово) со структурой типа алмаза (ρ = 5,8 г/см3). Этот переход сопровождается увеличением удельного объема на 25,6 %, поэтому олово рассыпается в порошок. При нагревании белого олова выше 161ºС образуется третья модификация олова – γ-форма.
Свинец– темно-серый металл с синеватым оттенком, блести на свежем срезе, легкоплавкий, очень мягкий, ковкий и пластичный. Имеет типичную для металлов структуру гранецентрированного куба.
Некоторые свойства простых веществ приведены в таблице.
Таким образом, закономерное изменение в строении простых веществ, проявляется в изменении их физических свойств – в ряду Ge – Sn – Pb усиливаются металлические свойства простых веществ.
| С, алмаз | Si | Ge | Β-Sn, (к.ч. = 6) | Pb, (к.ч. = 12) | |
| Плотность, г/см3 | 3,51 | 2,3 | 5,3 | 7,2 | 11,34 |
| Т.пл., ºС | 3500 (р) | ||||
| Т.кип., ºС | - | ||||
| ΔЕ, эВ | 5,6 | 1,12 | 0,78 | металлы | |
| dЭЭ, Аº | 1,54 | 2,34 | 2,44 | 3,16 | 3,50 |
| ΔНº 298 (возг.), кДж/моль | |||||
| Твердость (по алмазу) | - | - |
Химические свойства простых веществ.
В обычных условиях Ge и Sn устойчивы по отношению к воздуху и воде. Свинец на воздухе тускнеет, покрываясь синевато-серой оксидной пленкой PbO, а в присутствии влаги взаимодействует с кислородом воздуха по реакции:
2PbO + O2 + 2H2O = 2Pb(OH)2.
При повышенных температурах Ge, Sn, Pb взаимодействуют с большинством неметаллов. При этом германий и олово образуют соединения в степени окисления (+4), а свинец – соединения (+2):
Ge + O2 = GeO2 ; Ge + 2Cl2 = GeCl4;
Sn + O2 = SnO2; Sn + 2Cl2 = SnCl4;
Pb + O2 = PbO; Pb + 2Cl2 = PbCl2
В ряду напряжений германий расположен правее водорода (между медью и серебром), а олово и свинец непосредственно перед водородом. Поэтому германий не растворяется в разбавленных кислотах-неокислителях. Германий растворяется в плавиковой и концентрированной серной кислотах только при нагревании, а в концентрированной азотной кислоте и в царской водке растворяется при обычной температуре:
Ge + 6HF = H2[GeF6] + 2H2;
Ge + 4H2SO4 (конц.) = Ge(SO4)2 + 2SO2 + 4H2O;
Ge + 4HNO3 (конц.) = GeO2 + 4NO2↑ + 2H2O;
Ge + 4HNO3 (конц.) + 18HCl = 3H2[GeCl6] + 4NO↑ + 8H2O.
Олово легко вытесняет водород из кислот-неокислителей:
Sn + 3HCl = H[SnCl3] + H2.
Горячая серная кислота окисляет олово до Sn (+4):
Sn + 4H2SO4 (конц.) = Sn(SO4)2 + 2SO2 + 4H2O.
Концентрированная азотная кислота окисляет олово до β-оловянной кислоты, в разбавленной азотной кислоте олово ведет себя как металл:
Sn + 4HNO3 (конц.) + x H2O = SnO2 ∙ x H2O↓+ 4NO2↑ + 2H2O;
4Sn +4HNO3 (разб.) = 4Sn(NO3)2 + NH4NO3 + 3 H2O.
Свинец практически не растворяется в разбавленных соляной и серной кислотах, так как на поверхности образуются малорастворимые соли PbCl2 и PbSO4:
Pb + 2HCl = PbCl2 ↓ + H2; Pb + 4HCl (конц.) = H2PbCl4 + H2;
Pb + H2SO4 = PbSO4 ↓ + H2; Pb + H2SO4 (ср.конц.) = Pb(HSO4)2 + H2
Легко растворяется свинец в уксусной кислоте в присутствии кислорода воздуха: 2Pb + 4CH3COOH + O2 = 2Pb(CH3COO)2 + 2H2O.
Концентрированная азотная кислота свинец пассивирует, в разбавленной азотной кислоте он легко растворяется:
3Pb +8HNO3 (разб.) = 3Pb(NO3)2 + 2NO↑ +4H2O.
С растворами щелочей германий реагирует только в присутствии окислителей: олово и свинец, хотя и медленно, взаимодействуют с растворами щелочей с выделением водорода:
Ge +2NaOH + 2H2O2 = Na2[Ge(OH)6];
Sn + 4NaOH + 2H2O = Na4[Sn(OH)6] + H2↑;
Pb + 2NaOH + 2H2O = Na2[Sn(OH)4] + H2↑.
Еще раз обратим внимание на то, как проявляется стабилизация низшей степени окисления (+2) и дестабилизация высшей степени окисления (+4) в подгруппе углерода.