Завдання для самоперевірки

1. Опишіть два способи добування чистої рафінованої міді в промисловості, наводячи приклади рівнянь реакцій. За подібною схемою опишіть добування хімічно чистого кадмію.

2. Зобразьте будову електроних оболонок Zn⁰ i Zn²⁺.

3. Напишіть рівняння реакцій цинку з розбавленою та концентрованою сульфатною кислотою і з розчином гідроксиду калію.

Заняття № 23

Тема: Метали підгрупи германію, титану та ванадію (2год.)

План.

1. Метали підгрупи германію.

2. Метали підгрупи титану.

3. Метали підгрупи ванадію.

Германій, олово, свинець.

Германій, олово і свинець розповсюджені в природі значно менше, ніж кремній та карбон. Масові частки Ge, Sn i Pb в земній корі дорівнюють відповідно 7х10^-4, 4х10^-3 і 1,6х10^-3%.

Германій – сріблясто-сіра речовина з металічним блиском. Є напівпровідником. За властивостями займає проміжне положення між металами та неметалами, але його звичайно відносять до металів.

Олово – сріблясто-білий м'який метал, легкоплавкий (температура плавлення 231,9°С). Це звичайно модифікація, так зване біле олово. При температурі нижче 14°С стійке сіре олово, яке існує у вигляді сірого порошку. При охолодженні металічне олово переходить в сіре і в результаті розсипається. Це явище відомо під назвою "олов'яна чума".

Свинець – м'який пластичний синювато-сірий метал; температура плавлення 237,4°С.

Германій, олово і свинець стійки до окиснення киснем. Германій і олово реагують с киснем при нагріванні, утворюючи оксиди (ІV), свинець дає плюмбум (ІІ) оксид PbO:

Ge+O₂=GeO₂; 2Pb+O₂=2PbO

Свинець на повітрі вкривається тонкою оксидною плівкою, яка захищає його від подальшого окиснення.

Германій і олово розчиняються в концентрованих сульфатній та нітратній кислотах. При цьому в сульфатній кислоті утворюються солі германію (ІV) та стануму (IV) (що характерне для металів), а в нітратній кислоті – кислоти (що характерне для неметалів).

Ge+4H₂SO₄=Ge(SO₄)₂+2SO₂+4H₂O

Ge+4HNO₃=H₂GeO₂+4NO₂+H₂O

Германітна кислота

Sn+4HNO₃=H₂SnO₃+4NO₂+H₂O

Станатна кислота

Олово, крім того, розчиняється в хлоридній і розбавленій нітратній кислотах:

Sn+2HCl=SnCl₂+H₂

3Sn+8HNO₃=3Sn(NO₃)₂+2NO+4H₂O

Свинець не розчиняється в хлоридній та сульфатній кислотах через утворення на поверхні метала плівки малорозчинних сполук PbCl₂ i PbSO₄, які заперечують реакції. В нітратній кислоті різної концентрації свинець розчиняється з утворенням плюмбум (ІІ), нітрату, наприклад:

Pb+4HNO₃=Pb(NO₃)₂+2NO₂+2H₂O

Олово та свинець розчиняються в водних розчинах лугів при нагріванні:

Sn+2NaOH+2H₂O=Na₂[Sn(OH)₄]+H₂

Pb+2NaOH+2H₂O=Na₂[Pb(OH)₄]+H₂

Сполуки олова і свинцю, які утворюються відносяться до комплексних сполук.

Германій, олово та свинець утворюють оксиди та гідроксиди в ступенях окиснення +2 та +4. При цьому для германія більш характерний ступінь окиснення +4, для свинцю +2.

Оксиди в ступені окиснення +2 GeO, SnO i PbO та відповідні їм гідроксиди Ge(OH)₂, Sn(OH)₂, Pb(OH)₂ амфотерні:

SnO + 2HCl = SnCl₂ + H₂O; SnO + 2KOH + H₂O = K₂[Sn(OH)₄];

Pb(OH)₂ + 2KOH = K₂[Pb(OH)₄]; Pb(OH)₂ +2HNO₃ = Pb(NO₃)₂ + 2H₂O.

У GeO i Ge(OH)₂ є головними кислотні властивості, а у PbO i Pb(OH)₂ – основні.

В ступені окиснення +4 германій, олово і свинець утворюють наступні оксиди і гідроксиди:

GeO₂, H₂GeO₃ (GeO₂хnH₂O), SnO₂, H₂SnO₃ (SnO₂хnH₂O), PbO₂, Pb(OH)₄ (PbO₂хnH₂O).

Основність оксидів та гідроксидів збільшується в ряду Ge – Sn – Pb. Оксид GeO₂ – кислотний, SnO₂ – амфотерний, PbO₂ – амфотерний з перевагою основних властивостей.

Свинець утворює також кисневу сполуку Pb₃O₄-свинцевий сурик. Він утворюється при сплавленні PbO i PbO₂:

2PbO+PbO₂=Pb₃O₄

тому його можна розглядати як змішаний оксид, в якому ступінь окиснення плюмбума дорівнює +2 і +4.

Для германія і олова найбільш характерний ступінь окиснення +4, тому сполуки германію (ІІ) і стануму (ІІ) легко окиснюються, а значить є сильними відновниками, наприклад:

5Sn⁺²SO₄+2KMnO₄+8H₂SO₄=5Sn⁺⁴(SO₄)₂+2MnSO₄+K₂SO₄+8H₂O

Для плюмбуму найбільш стійкий ступінь окиснення +2. Це зумовлює сильні окисні властивості сполук плюмбуму (ІV), особливо плюмбуму (IV) оксид PbO₂, наприклад:

5Pb⁺⁴O₂+2Mn(NO₃)₂+6HNO₃=5Pb⁺²(NO₃)₂+2HMnO₄+H₂O

Сполуки плюмбуму (IV) відновлюються до плюмбуму (ІІ).

Германій та його сполуки використовуються в напівпровідникових приборах (діодах, транзисторах, інтегральних схемах, тонкоплівочних резисторах, фоторезисторах). Германій (IV) оксид GeO₂ використовують для отримання особливого оптичного скла та скляного волокна.

Олово входить до складу багатьох практично важливих сплавів: бронзи (сплаву з міддю), баббіта (сплаву з сурьмою), легкоплавкого припоя (сплаву з свинцем). Олово використовують для нанесення захисних покриттів (лудіння заліза). "Біла жерсть", з якої виготовляють консервні банки, являє собою залізо, вкрите шаром олова.

Широке використання знаходить свинець. На його основі виробляють сплави, які використовуються як матеріал для підшипників (сплав з сурьмою та міддю), типографського шрифта (сплав з оловом, сурьмою, миш'яком). З свинцю виготовляють електроди для акумулятора, оболонку для дротів та кабелів. Свинцеві вироби є захистом від радіоактивних випромінювань. Широко використовуються в промисловості сполуки свинця. Сурик Pb₃O₄ є складовою частиною деяких фарб, сурик та плюмбуму (IV) оксид PbО₂ використовують для заправки акумуляторів, плюмбум (ІІ) оксид PbO входить як спеціальний додаток в склад кришталю, оптичного скла і емалей.