Лайнус Полінг, Пітер Полінг — Хімія
Свинец — мягкий тяжелый тускло-серый металл с низким пределом прочности на растяжение. Его применяют как основу типографского металла, а также в качестве материала для защитных оболочек электрических кабелей и при производстве многих сплавов. Органическое соединение свинца — тетраэтилсвинец Pb(C2H5)4 — добавляют к бензину для предотвращения детонации в автомобильных двигателях.
На воздухе поверхность свинца покрывается тонким слоем окисла, который медленно превращается в основной карбонат. Жесткая вода создает на свинце такое же покрытие, которое предохраняет воду от загрязнения растворимыми соединениями свинца. Мягкая вода растворяет заметные количества свинца, и это приводит к отравлению воды; по этим соображениям не следует использовать свинцовые трубы в тех случаях, когда водопровод предназначен для питьевой воды.
Существует ряд окислов свинца, из которых наибольшее значение имеют окись свинца(II) (свинцовый глет) PbO, сурик, или красный свинец Pb3O4, и двуокись свинца PbO2.
Свинцовый глет получают при нагревании свинца на воздухе. Это желтый порошок или желтовато-красное кристаллическое вещество, применяемое при производстве свинцового стекла и при получении соединений свинца. Красный свинец — сурик Pb3O4 можно получить нагреванием свинца в кислороде. Его применяют в стекольной промышленности, а также для изготовления красной краски, защищающей железные и стальные конструкции от коррозии. Двуокись свинца PbO2 — коричневое вещество, получаемое окислением раствора плюмбита натрия Na2Pb(OH)4 ионом гипохлорита или анодным окислением сульфата свинца. PbO2 растворяется в гидроокиси натрия и гидроокиси калия с образованием гексагидроксиплюмбат-иона Pb(OH)62−. Двуокись свинца в основном применяют в свинцовых аккумуляторах.
Нитрат свинца Pb(NO3)2 — белое кристаллическое вещество, получаемое при растворении свинца, окиси свинца или карбоната свинца в азотной кислоте. Карбонат свинца PbCO3 встречается в природе в виде минерала церуссита. Он образуется в виде осадка при добавлении раствора, содержащего ионы HCO3−, к раствору нитрата свинца. В более основном карбонатном растворе выпадает основной карбонат свинца Pb3(OH)2(CO3)2. Эту основную соль, называемую свинцовыми белилами, применяют в качестве белого пигмента при производстве красок. Методы получения соли для этой цели включают стадии окисления свинца воздухом, образования основного ацетата при взаимодействии с уксусной кислотой и последующего его разложения двуокисью углерода. Хромат свинца PbCrO4 также находит применение в качестве пигмента, известного под названием желтый крон.
Сульфат свинца PbSO4 — белое, почти нерастворимое вещество. В аналитической химии его осаждение служит качественной реакцией как на ион свинца, так и на сульфат-ион.
Упражнения
18.1. Сопоставьте свойства элементов I, II, III и IV групп со значениями их электроотрицательностей (табл. 6.3). Какое значение электроотрицательности отвечает границе между металлами и металлоидами?
18.2. Гидроокись бериллия практически не растворяется в воде, но растворима как в кислотах, так и в щелочах. Какие продукты образуются в результате реакции между гидроокисью бериллия и раствором едкого натра? Обсудите эти свойства с учетом положения бериллия в периодической системе и его места по шкале электроотрицательности.
18.3. Опишите электронную структуру фторобората калия KBF4. Водный раствор этого соединения содержит ионы BF4−.
18.4. Какова электронная структура атома алюминия? Чем объяснить тот факт, что почти все соединения алюминия отвечают степени окисления +3?
18.5. Одной из кристаллических форм карбида кремния является кубическая структура с a = 436 пм; 4 атома C имеют координаты 0 0 0; 0 ½ ½; ½ 0 ½; ½ ½ 0; 4 атома Si имеют координаты ¼ ¼ ¼; ¼ ¾ ¾; ¾ ¼ ¾; ¾ ¾ ¼. Каких ближайших соседей имеет атом углерода? Атом кремния? На каких расстояниях они находятся? Чему равны углы между связями? Чем можно объяснить высокую твердость этого вещества?
18.6. Пользуясь электроотрицательностями элементов, рассчитайте значение стандартной энтальпии образования SiC (к.). Экспериментальное значение −111 кДж·моль−1. (Ответ: −96 кДж·моль−1.)
18.7. Соединение AlP имеет тетраэдрическую структуру, напоминающую структуру SiC. Можно ли ожидать, что она заменит германий в выпрямителе p—n-типа? Какие добавки к AlP могут привести к образованию p-кристалла и какие могут обусловить образование n-кристалла?
18.8. Трихлорид бора имеет т. пл. −107 °C и т. кип. 12,5 °C, тогда как соответствующее соединение родственного элемента лантана имеет т. пл. 870 °C и очень высокую температуру кипения. Чем можно объяснить столь большое различие физических свойств?
18.9. Какую из двух возможных кристаллических структур (а именно структур MgF2 и CaF2) следует приписать BaF2, основываясь на значениях ионных радиусов?
18.10. При электролизе жидкого NaH водород выделяется на аноде. Объясните это на основании электронной структуры рассматриваемого соединения. Какой объем H2 (при стандартных условиях) выделится при прохождении одного фарадея электричества?
18.11. Можно ли получить металлический лантан из окиси лантана реакцией с порошком алюминия? (См. разд. 6.12.)
18.12. Почему открытие коэсита или стишовита вблизи кратера служит доказательством того, что данный кратер образовался в результате падения метеорита? Каким образом используется принцип Ле Шателье при ответе на этот вопрос?
18.13. Пользуясь соотношением Малликена (разд. 6.12), рассчитайте электроотрицательности пяти щелочных металлов. Значения энтальпии ионизации можно получить из данных табл. 6.1, при этом сродство к электрону у атомов щелочных металлов (для которых нет экспериментальных данных) можно принять равным нулю. (Ответ: 0,99; 0,95; 0,80; 0,77; 0,72.)
18.14. Опишите электронные структуры Si2Cl6 и Si2Cl6O. Можно ли ожидать, что обе эти молекулы будут иметь электрический дипольный момент, отличающийся от нуля?