Элементы подгруппы германия Предсказал существование германия экасилиция

Элементы подгруппы германия

Предсказал существование германия (экасилиция) Д. И. Менделеев в 1871 году, получен - в 1886 году Винклером. Олово и свинец были известны человечеству еще за несколько тысяч лет до н. э. Запасы в земной коре незначительны. Основные минералы: Ø - (оловянный камень) Sn. O 2 Ø - (свинцовый блеск) Pb. S Ø - Ge. S 2. Cu. S. Fe. S 6 – 7 % германия.

Кубические кристаллы германия имеют серебристый блеск и алмазоподобную кристаллическую решетку. Они очень хрупкие. Порошкообразный германий темно-серого цвета, парамагнитен.

Полиморфные модификации олова: (белое олово) устойчива при температуре от 13, 2 до 1610 С, парамагнитна. Это серебристо-белый металл, тягуч и пластичен, поддается прокатке в пластинки толщиной до 0, 0025 мм, называемые станиолью, оловянной или серебрянной бумагой. - серый порошок, не имеющий металлического блеска.

Серое олово имеет меньшую плотность, прочность по сравнению с белым оловом, обладает электрической проводимостью, характерной для полупроводников, устойчиво лишь при температуре ниже 13, 20 С (как германий). При определенных условиях белое олово првращается в серое. Это явление в старину носило название «оловянной чумы» . При переходе β-Sn в α-Sn меняется цвет, плотность, твердость, механическую прочность.

олова устойчива при температуре выше 1610 С и до температуры плавления 231, 840 С. Это очень хрупкие ромбические кристаллы белого цвета.

Свинец имеет голубовато-серый цвет и металлический блеск, который быстро теряется на воздухе. Pb имеет твердость 1, 5 по шкале Мооса – это самый мягкий из тяжелых металлов, легко прессуется, куется и прокатывается. Свинец обладает невысокой электро- и теплопроводностью, но при температуре – 258, 70 С он становится сверхпроводником. Это металл, способный поглощать α -, β- и γ-излучения и рентгеновские лучи.

• • Получение: Sn. O 2 + 2 C Sn + 2 CO Pb. O + C Pb + CO Ge. O 2 + 2 H 2 Ge + 2 H 2 O 3 Sn. Cl 2 + 2 Al 3 Sn + 2 Al. Cl 3 q. С кислородом при обычных условиях медленно реагирует Pb: • 2 Pb + O 2 2 Pb. O Ge u Sn окисляются при нагревании: • Ge + O 2 Ge. O 2 Sn + O 2 Sn. O 2

q. При нагревании с галогенами элементы подгруппы германия образуют тетрагалогениды ЭНаl 4 (Pb. Hal 4 неустойчивы, они разлагаются до Pb. Hal 2). q. Ge u Sn взаимодействуют с водой только при нагревании: • Ge + 2 H 2 O Ge. O 2 + 2 H 2 • Sn + 2 H 2 O Sn. O 2 + 2 H 2 Pb вступает в реакцию с водяным паром лишь в атмосфере углекислого газа: • Pb + CO 2 + H 2 O Pb. CO 3 + H 2

q. В ряду стандартных электродных потенциалов Sn u Pb расположены перед водородом, а Ge находится после водорода. Поэтому эти элементы взаимодействуют с кислотами поразному. С разбавленными кислотами Ge не взаимодействует. Pb образует на поверхности защитные пленки Pb. Cl 2 и Pb. SO 4. В разбавленных кислотах HCl и H 2 SO 4 способно растворяться Sn: • Sn + 2 HCl Sn. Cl 2 + H 2 • Sn + H 2 SO 4 Sn. SO 4 + H 2

Разб. HNO 3 взаимодействует с Sn u Pb : • 3 Sn + 8 HNO 3 3 Sn(NO 3)2 + 2 NO + 4 H 2 O • 3 Pb + 8 HNO 3 3 Pb(NO 3)2 + 2 NO + 4 H 2 O С конц. HNO 3 Ge u Sn образуют германиевую и оловянную кислоту соответственно: • Ge + 4 HNO 3 (к) H 2 Ge. O 3 + 4 NO 2 + H 2 O • Sn + 4 HNO 3 (к) H 2 Sn. O 3 + 4 NO 2 + H 2 O Со свинцом конц. азотная кислота слабо взаимодействует, потому что пленка из нитрата свинца (II) малорастворима в HNO 3 (к): • Pb + 4 HNO 3 (к) Pb(NO 3)2 + 2 NO 2 + 2 H 2 O

Германий и олово реагируют с конц. HCl и H 2 SO 4: • Ge + 4 H 2 SO 4 Ge(SO 4)2 + 2 SO 2 + 4 H 2 O • Sn + 4 H 2 SO 4 Sn(SO 4)2 + 2 SO 2 + 4 H 2 O А Pb образует на поверхности защитные пленки Pb. Cl 2 u Pb. SO 4, препятствующие дальнейшему протеканию реакций. Олово способно растворяться в «царской водке» с избытком HCl: • 3 Sn + 18 HCl + 4 HNO 3 3 H 2[Sn. Cl 6] + 4 NO + 8 H 2 O

Ge реагирует со щелочами только в присутствии пероксида водорода: • Ge + 2 Na. OH + 2 H 2 O 2 Na 2 Ge. O 3 + 3 H 2 O При растворении в щелочах Sn u Pb образуют комплексные соединения (гексагидроксостаннаты и тетрагидроксоплюмбаты): • Pb + 2 Na. OH + 2 H 2 O Na 2[Pb(OH)4] + 2 H 2 • Sn + 2 KOH + 4 H 2 O K 2[Sn(OH)6] + 2 H 2

Соединения с галогенами и водородом. Устойчивость и поведение соединений в растворе

Гидриды Ge. H 4 (герман) - Sn. H 4 (станнан) – это бесцветные, неприятно пахнущие газы. Они ядовиты! При хранении медленно разлагаются до металла и водорода. Получают гидриды из интерметаллических соединенияй: • Mg 2 Sn + 4 HCl 2 Mg. Cl 2 + Sn. H 4 Герман под действием серы превращается в сульфид германия (I/): • Ge. H 4 + 4 S Ge. S 2 + 2 H 2 S

При пропускании германа через раствор Ag. NO 3 образуется черный германид серебра Ge. Ag 4: • Ge. H 4 + 4 Ag. NO 3 Ge. Ag 4 + 4 HNO 3 Элементы подгруппы германия образуют с галогенами соединения, состава: ЭHal 2 и ЭHal 4. Устойчивость этих соединений в ряду Ge. Hal 2 – Sn. Hal 2 – Pb. Hal 2 , а также Ge. Hal 4 – Sn. Hal 4 – Pb. Hal 4 уменьшается.

Фторид германия получают: • Ge. F 4+Ge 2 Ge. F 2 • K 2[Ge. F 6] + H 2 Ge. F 2 + 2 K F + 2 HF При нагревании до 300 0 С Ge. F 2 разлагается: • 2 Ge. F 2 Ge. F 4 + Ge Хлорид германия Ge. Cl 2 – бесцветные кристаллы, которые при нагревании приобретают оранжевый цвет. Водные растворы гидролизуются: • Ge. Cl 2 + 2 H 2 O Ge(OH)2 + 2 HCl При нагревании до 4600 С Ge. Cl 2 разлагается: • 2 Ge. Cl 2 Ge. Cl 4 + Ge

Из дигалогенидов олова наиболее важные Sn. F 2 и Sn. Cl 2. Sn. F 2 – труднорастворимое в воде соединение, а Sn. Cl 2 в водных растворах подвергается гидролизу, при этом образуется основной хлорид олова: • Sn. Cl 2 + H 2 O Sn. OHCl + HCl Sn. Cl 2 - белая прозрачная масса. На воздухе очень медленно окисляется до желтого оксихлорида Sn. OCl 2.

Хлорид олова (II) восстанавливают концентрированные H 2 SO 4, HNO 3, а также Fe. Cl 3, Hg. Cl 2, Hg 2 Cl 2: • 4 H 2 SO 4 + 2 Sn. Cl 2 Sn. Cl 4 + Sn(SO 4)2 + 2 SO 2 + 4 H 2 O • 4 HNO 3 + 6 Sn. Cl 2 3 Sn. Cl 4 + 3 Sn. O 2 + 4 NO +2 H 2 O • 2 Fe. Cl 3 + Sn. Cl 2 Sn. Cl 4 + 2 Fe. Cl 2 • 2 Hg. Cl 2 + Sn. Cl 2 Hg 2 Cl 2 + Sn. Cl 4 • Hg 2 Cl 2 + Sn. Cl 2 2 Hg + Sn. Cl 4 • Hg. Cl 2 + Sn. Cl 2 + 2 HCl Hg + H 2[Sn. Cl 6]

Хлорид свинца (II) Pb. Cl 2 и иодид свинца (II) Pb. I 2 – два наиболее важных дигалогенида свинца. Их растворимость повышается при нагревании. Pb. I 2 образует характерный осадок в виде золотисто-желтых кристаллов. Тетрагалогениды в водных растворах подвержены гидролизу: • 3 Ge. F 4 + 2 H 2 O Ge. O 2 + 2 H 2[Ge. F 6] • Sn. F 4 + 6 H 2 O H 2[Sn(OH)6] + 4 HF • Sn. Cl 4 + 4 H 2 O Sn(OH)4 + 4 HCl

Образующаяся хлороводородная кислота начинает взаимодействовать с Sn. Cl 4 с образованием гексахлороловянной кислоты: • Sn. Cl 4 + 2 HCl H 2[Sn. Cl 6] Соли олова и свинца (IV), как правило, подвергаются полному гидролизу: • Sn(SO 4)2 + 3 H 2 O H 2 Sn. O 3 + 2 H 2 SO 4 • Pb(SO 4)2 + 2 H 2 O Pb. O 2 + 2 H 2 SO 4 Sn (IV) u Pb (IV) обладают большой склонностью к комплексообразованию. Соли Pb (II), в отличие от солей Sn (II), малорастворимы в воде. Из растворимых известны: Pb(CH 3 COO)2, Pb(NO 3)2.

Амфотерность оксидов и гидроксидов

Монооксиды Ge. O, Sn. O u Pb. O – кристаллические соединения, нерастворимые в воде. Ge. O – черные кристаллы, которые разлагаются перегретым водяным паром: • Ge. O + H 2 O Ge. O 2 + H 2

Sn. O – cине-черного или красно-коричневого цвета. Оксид свинца (II) известен в виде двух полиморфных модификаций. Pb. O (глет) – устойчивая при нормальных условиях модификация, имеющая красный цвет. При нагревании до 5400 С она переходит в Pb. O модификацию желтого цвета.

Получают Ge. O действием оксида углерода (I/) на металлический германий при температуре 700 – 9000 С: • Ge + CO 2 Ge. O + CO Sn. O получают нагреванием растворов солей двухвалентного олова с концентрированным раствором щелочи: • Sn. Cl 2 + 2 Na. OH Sn. O + 2 Na. Cl + H 2 O

Pb. O можно получить, пропуская воздух через расплавленный свинец или термическим разложением гидроксида, нитрата, карбоната свинца (II): • 2 Pb + O 2 2 Pb. O • Pb(OH)2 Pb. O + H 2 O • 2 Pb(NO 3)2 2 Pb. O + 4 NO 2 + O 2 • Pb. CO 3 Pb. O + CO 2 Все оксиды амфотерны: • Sn. O + 2 HCl Sn. Cl 2 + H 2 O • Sn. O + 4 KOH + H 2 O K 4[Sn(OH)6]

У монооксидов ЭО преобладают основные свойства, а у оксидов типа ЭО 2 – кислотные. Гексагональная модификация Ge. O 2 растворяется в воде и реагирует с хлороводородной и плавиковой кислотами: • Ge. O 2 + 4 HCl Ge. Cl 4 + 2 H 2 O • Ge. O 2 + 6 HF H 2[Ge. F 6] + 2 H 2 O

Диоксиды Ge. O 2, Sn. O 2 и Pb. O 2 вступают в реакцию с водными растворами и расплавами щелочей: • Ge. O 2 + 2 KOH (ж) K 2 Ge. O 3 + H 2 O • Sn. O 2 + 2 KOH (ж) K 2 Sn. O 3 + H 2 O • Pb. O 2 + 4 KOH (ж) K 4 Pb. O 4 + 2 H 2 O В концентрированном растворе щелочи станнат-анион превращается в гидроксоанион: • Sn. O 32 - + 3 H 2 O [Sn(OH)6]2 -

Элементы подгруппы германия образуют гидроксиды типа Э(OH)2 и Э(OH)4. Они представляют собой белые аморфные порошки (исключение: Ge(OH)2 – коричневый, а Pb(OH)4 – бурый), обладающие амфотерными свойствами с преобладанием кислотных у Э(OH)4 и основных у Э(OH)2. Наиболее явно щелочной характер заметен у Pb(OH)2, а кислый у Ge(OH)4.

Вследствие этого, гидроксиды Ge, Sn u Pb способны взаимодействовать как с кислотами, так и с основаниями (в последнем случае образуются гидроксогерманиты, гидроксостанниты и гидроксоплюмбиты): • Э(OH)2 + 2 HCl ЭCl 2 + 2 H 2 O • Э(OH)2 + 2 KOH K 2[Э(OH)4]

Гидроксиды германия, олова и свинца (IV) называют германиевыми, оловянными и свинцовыми кислотами. Получить их в индивидуальном состоянии очень трудно. Они образуются сначала в виде коллоидных растворов, а затем превращаются в белые студенистые осадки с переменным составом ЭO 2. n. H 2 O. Например, оловянная кислота может быть получена при действии водного раствора аммиака на раствор хлорида олова (IV): • Sn. Cl 4 + 4 NH 4 OH H 2 Sn. O 3 + 4 NH 4 Cl + H 2 O Со временем она полимеризуется, а затем выпадает осадок Sn. O 2. n. H 2 O.

Известны две модификаций: оловянной кислот-α и β, в отличие от α -оловянной, β- не растворяется ни в кислотах, ни в растворах щелочей, а взаимодействует со щелочами только при сплавлении. При хранении α оловянная кислота постепенно переходит в неактивную форму - β -оловянную кислоту. Кислоты Ge, Sn u Pb (IV) растворяются в кислотах: • H 2 Sn. O 3 + 4 HCl Sn. Cl 4 + 3 H 2 O

Соли германиевых, оловянных и свинцовых кислот тип H 2 ЭO 3 называют гидроксогерманатами, гидроксостаннатами и гидроксоплюмбатами (IV). Они образуются при действии щелочей на свежеполученные кислоты: • H 2 Sn. O 3 + 2 KOH +H 2 O K 2[Sn(OH)6] Cоли типа K 2[Э(OH)6] разлагаются при нагревании: • Na 2[Ge(OH)6] Na 2 Ge. O 3 + 3 H 2 O

Окислительновосстановительные свойства соединений свинца и олова

• Соединения Sn (II) обладают четко выраженными восстановительными свойствами: • 2 Bi(NO 3)3+3 Na[Sn(OH)3]+9 Na. OH 2 Bi+3 Na 2[Sn(OH)6]+6 Na. NO 3 • Sn. Cl 2 + 2 Fe. Cl 3 2 Fe. Cl 2 + Sn. Cl 4 • Sn. Cl 2 + 2 Hg. Cl 2 Hg 2 Cl 2 + Sn. Cl 4 • Sn. Cl 2 + Hg 2 Cl 2 2 Hg + Sn. Cl 4

Для солей свинца (II) восстановительные свойства не характерны. Окисление Pb (II) в Pb (IV) возможно лишь при воздействии очень сильных окислителей. Например, при действии хлором в щелочной среде при нагревании: • Pb(CH 3 COO)2 + Cl 2 + 4 KOH Pb. O 2+ 2 KCl + 2 CH 3 COOK + 2 H 2 O

Напротив, соединения Pb (IV) являются сильными окислителями. Окислительные свойства они лучше проявляют в кислой среде. Так, Pb. O 2 окисляет Mn (II) в Mn (VII) в кислой среде при нагревании: • 5 Pb. O 2 + 2 Mn. SO 4 + 3 H 2 SO 4 5 Pb. SO 4 + 2 HMn. O 4 + 2 H 2 O

Благодарю за внимание!!!