Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

общая и неорганическая химия

.pdf
Скачиваний:
44
Добавлен:
21.03.2015
Размер:
645.64 Кб
Скачать

 

61

Для NO характерна окислительно-восстановительная двойственность:

2 NO + O2 → 2 NO2;

2 NO + 2 H2 → N2 + 2 H2O.

Оксид азота (IV) NO2 бурый ядовитый газ с неприятным запахом. Он об- разуется при взаимодействии NO с кислородом воздуха. Оксид азота (IV) легко конденсируется в красную жидкость (t кипения = +21 °C), которая при охлаждении светлеет и при температуре минус 11,2 °С замерзает, образуя белую массу.

Молекулы NO2 способны к димеризации с образованием молекул N2O4 , вследствие чего устанавливается химическое равновесие:

2 NO2

охлаждение

N2O4 .

нагревание

 

 

Так как N2O4 бесцветное вещество, а NO2 имеет бурый цвет, за смещением

этого равновесия при нагревании или охлаждении газовой смеси легко судить по изменению её окраски.

NO2 энергичный окислитель, многие вещества способны гореть в атмо- сфере диоксида азота. Поскольку атом азота в молекуле NO2 находится в проме- жуточной степени окисления, то диоксид азота может проявлять и свойства вос- становителя, а также диспропорционировать:

2 NO2 + H2O → HNO2 + HNO3 .

Азотистая кислота неустойчива и разлагается по схеме:

3 HNO2 → HNO3 + 2 NO + H2O .

Суммарно реакция взаимодействия NO2 с водой описывается уравнением:

3 NO2 + H2O → 2 HNO3 + NO .

В присутствии воздуха образующийся NO окисляется до NO2 и реакция протекает по уравнению: 4 NO2 + O2 + 2 H2O → 4 HNO3 .

Таким образом, следующая последовательность химических превращений

N2 → NH3 → NO → NO2 → HNO3

лежит в основе современного способа получения азотной кислоты.

При взаимодействии NO2 с растворами щелочей образуется смесь солей азотной и азотистой кислот:

2 NO2 + 2 NaOH → NaNO2 + NaNO3 + H2O.

Оксид азота (III) N2O3 (азотистый ангидрид) – тёмно-синяя жидкость, разла- гающаяся даже при низких температурах на NO и NO2:

N2O3 NO + NO2.

Оксид азота (V) N2O5 (азотный ангидрид) – белое кристаллическое вещест- во, уже при комнатной температуре разлагающееся на NO2 и O2. Азотный ангид- рид может быть получен действием водоотнимающих средств (например, P2O5) на

азотную кислоту: 2 HNO3 + P2O5 → 2 HPO3 + N2O5 .

Оксид азота (V) – очень сильный окислитель. Многие органические вещества при соприкосновении с ним воспламеняются.

62

5.2.4 Азотистая кислота и её соли

HNO2 слабая кислота (К = 4×10–4); известна только в разбавленных водных растворах. Атом азота в молекуле HNO2 находится в промежуточной степени окисления +3, поэтому азотистая кислота и её соли нитриты проявляют окис- лительно-восстановительную двойственность. Под действием большинства вос- становителей восстановление нитритов обычно протекает до NO:

2KNO2 + 2 KI + 2 H2SO4 ® I2 + 2 NO- + 2 K2SO4 + 2 H2O;

цинк и алюминий в щелочной среде восстанавливают нитрит-ионы до аммиака: KNO2 + 2 Al + KOH + 5 H2O ® NH3- + 2 K[Al(OH)4]

Последняя реакция является качественной реакцией на ионы NO2(а также NO3). Под действием окислителей нитрит-ионы окисляются до нитрат-ионов:

2 KMnO4 + 5 KNO2 + 3 H2SO4 ® 2 MnSO4 + 5 KNO3 + K2SO4 + 3 H2O .

При действии на растворы нитритов разбавленной серной кислоты сначала образуется азотистая кислота, которая далее распадается, претерпевая диспропор-

ционирование: H2SO4 + 2 NaNO2 ® Na2SO4 + 2 HNO2

3 HNO2 ® HNO3 + 2 NO- + H2O.

Нитриты щелочных металлов можно получить разложением нитратов (см. следующий раздел данной лекции).

5.2.5 Азотная кислота и её соли

Чистая HNO3 бесцветная жидкость, постепенно разлагающаяся на свету:

4 HNO3 ® 4 NO2 + O2 + 2 H2O.

Вследствие этого концентрированные растворы азотной кислоты могут иметь бу- рую окраску. HNO3 принадлежит к числу наиболее сильных кислот.

Характерным свойством азотной кислоты является её ярко выраженная окислительная активность. Большинство неметаллов окисляется концентрирован- ной HNO3 до высшей степени окисления; из галогенов азотной кислотой окисля-

ется только йод (до степени окисления

+5):

 

S ® H2SO4,

P ® H3PO4,

C ® CO2,

I2 ® HIO3 .

Сама HNO3 восстанавливается при этом до NO и (или) NO2.

Азотная кислота окисляет почти все металлы (исключение Au, Pt, Ta, Rh, Ir), превращая их чаще всего в нитраты. Сама азотная кислота может восстанавли- ваться до NO2, NO, N2O, N2, NH4+ . Чем меньше концентрация кислоты и чем бо- лее активен металл, тем более глубоко протекает её восстановление. При реакциях металлов (особенно малоактивных) с концентрированной кислотой преимущест- венно выделяется NO2:

Cu + 4 HNO3 (конц.) ® Cu(NO3)2 + 2 NO2- + 2 H2O .

При взаимодействии разбавленной HNO3 с малоактивными металлами, на- пример, медью, серебром, свинцом, выделяется NO. В случае более активных ме- таллов (железо, цинк) азотная кислота восстанавливается до NO, N2O или N2:

3 Cu + 8 HNO3 (разб.) ® 3 Cu(NO3)2 + 2 NO- + 4 H2O;

63

4 Zn + 10 HNO3 (разб.) → 4 Zn(NO3)2 + N2O− + 5 H2O .

Сильно разбавленная HNO3 взаимодействует с активными металлами (маг- ний, кальций, порошкообразный цинк) с образованием нитрата аммония:

4 Mg + 10 HNO3 (очень разб.) → 4 Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 3 H2O .

При взаимодействии азотной кислоты с металлами выделения водорода чаще все- го не наблюдается.

Концентрированная HNO3 пассивирует некоторые металлы: железо, хром и алюминий не растворяются в холодной азотной кислоте.

Соли азотной кислоты нитраты термически неустойчивы и при нагрева- нии разлагаются с отщеплением кислорода. При этом нитраты наиболее активных металлов (щелочных и щелочноземельных) превращаются в нитриты:

2 KNO3 → 2 KNO2 + O2−.

Нитраты большинства остальных металлов (за исключением нитратов благород- ных металлов и ртути) разлагаются на оксид металла, диоксид азота и кислород:

2 Сu(NO3)2 → 2 CuO + 4 NO2− + O2− .

При разложении нитратов наименее активных металлов (серебра, золота, ртути) выделяется свободный металл: 2 AgNO3 → 2 Ag + 2 NO2− + O2− .

Все нитраты хорошо растворимы в воде. Их водные растворы, в отличие от водных растворов нитритов, практически не проявляют окислительных свойств.

Наиболее важное практическое значение имеют нитраты натрия, калия, ам- мония и кальция, которые называют селитрами (например, NaNO3 натриевая се- литра, Сa(NO3)2 кальциевая селитра, NH4NO3 аммиачная селитра); их приме- няют в качестве минеральных удобрений. Азотная кислота и нитраты также ис- пользуются для изготовления взрывчатых средств и пиротехнических изделий.

Основное биологическое значение азота заключается в том, что он, наряду с углеродом, является основой жизни, входя в состав белковых молекул.

5.2.6 «Царская водка» Смесь, состоящая из одного объёма концентрированной азотной кислоты и

трёх объёмов концентрированной соляной кислоты, называется «царской водкой». Она способна растворять металлы, не взаимодействующие с азотной кислотой, в

том числе золото и платину.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Металлическое золото не взаимодействует с азотной кислотой, поскольку

стандартный

электродный

потенциал

восстановительной

системы

ϕo

3 +

= +1,51 В значительно превышает потенциал окислительной системы:

Au

/ Au

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ϕo

 

, 4H+ / NO, 2H

 

= + 0,96 В

(или ϕo

/ NO

 

, H

 

= + 0,80 В).

 

NO

2

O

NO, 2 H+

2

2

O

 

 

3

 

 

 

3

 

 

 

 

Однако, золото растворимо в «царской водке»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Au + HNO3 + 4 HCl → H[AuCl4] + NO− + 2 H2O

 

благодаря тому,

что в качестве конечного продукта реакции образуется высоко-

64

стабильный комплексный ион [AuCl4], и величина стандартного электродного по- тенциала восстановительной системы уменьшается:

система восстановительная: Au + 4 Cl→ [AuCl4]+ 3eϕo

 

 

 

]

/ Au , 4 Cl

= +0,99 В,

[AuCl

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

система окислительная: NO3+ 4H+ +3e→NO + 2H2O ϕo

, 4H+

/ NO, 2H

 

= +0,96 В.

NO

2

O

 

3

 

 

 

 

 

 

Величины электродных потенциалов, приведённые выше, относятся к стандарт- ным условиям, в частности, к концентрациям 1 моль/л всех участвующих в реак- ции веществ. Расчёт по уравнению Нернста показывает, что в реальных условиях (смесь концентрированных HNO3 и HCl) потенциал окислительной системы пре- вышает потенциал восстановительной, так что возможность протекания этой ре- акции согласуется с выводами теории электродных потенциалов.

Аналогично рассматривается вопрос о возможности растворения платины в азотной кислоте и «царской водке»:

ϕo

2 +

 

= + 1,19 В > ϕo

 

+

 

 

= + 0,96 В,

Pt

/ Pt

NO

, 4H

/ NO, 2H

 

O

 

3

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

поэтому платина не реагирует с азотной кислотой. Образование же устойчивого комплекса [PtCl6]2– уменьшает величину потенциала восстановительной системы:

система восстановительная: Pt + 6 Cl→ [PtCl6]2– + 4e

ϕo

 

 

]

2 −

/ Pt , 6 Cl

= + 0,73 В;

 

[PtCl

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

система окислительная: NO3+4H+ +3e→NO + 2H2O

ϕo

, 4H

+ / NO, 2H

 

 

= +0,96 В.

 

NO

2

O

 

3

 

 

 

 

 

 

Сравнение величин электродных потенциалов окислительной и восстановитель- ной систем позволяет сделать вывод о возможности растворения платины в «цар-

ской водке»:

3 Pt + 4 HNO3 + 18 HCl → 3 H2[PtCl6] + 4 NO− + 8 H2O.

Таким образом, образование комплексов может привести к существенному

изменению окислительно-восстановительных свойств ионов, что выражается в изменении величины окислительно-восстановительного потенциала. По этой при- чине золото, например, может также растворяться в растворах цианидов, окисля- ясь кислородом воздуха (см. раздел 9.2 «D-металлы I группы» лекции 9).

5.3 Фосфор

5.3.1 Свойства фосфора простого вещества При обычных условиях фосфор представляет собой твёрдое вещество.

Вследствие лёгкой окисляемости фосфор не встречается в природе в свободном состоянии. Наиболее важным природным соединением фосфора является минерал фосфорит Ca3(PO4)2. Фосфор в свободном состоянии получают прокаливанием фосфорита с песком и углём в электрических печах без доступа воздуха с после- дующей конденсацией паров фосфора:

Ca3(PO4)2 + 3 SiO2 → 3 CaSiO3 + P2O5 P2O5 + 5 C → 2 P− + 5 CO−. Суммарное уравнение реакции: Ca3(PO4)2 + 3SiO2 + 5C → 3CaSiO3 + 2P− + 5CO− .

65

Свободный фосфор непосредственно взаимодействует со многими веществами: с кислородом, галогенами, активными металлами; в последнем случае образуются фосфиды металлов, аналогичные нитридам:

3 Ca + 2 P® Ca3P2 (фосфид кальция).

Для фосфора известны несколько аллотропных модификаций: белый, крас- ный, черный фосфор и другие.

Белый фосфор получают быстрым охлаждением паров фосфора; он пред- ставляет собой белое воскообразное вещество, светящееся в темноте вследствие окисления. Фосфор малорастворим в воде; хорошо растворим в сероуглероде. Белый фосфор чрезвычайно химически активен, самовоспламеняется на воздухе, вследствие чего его хранят под слоем воды. Белый фосфор имеет молекулярную крис- таллическую решётку, в узлах которой находятся непрочные

тетраэдрические молекулы P4; этим и объясняется его высокая химическая активность. Белый фосфор очень сильный яд, даже малые дозы которого смертельны.

Красный фосфор образуется при нагревании белого фосфора без доступа воздуха. Красный фосфор не ядовит, не светится в темноте, воспламеняется толь- ко при температурах выше 260°C. Красный фосфор имеет полимерную структуру. При нагревании красный фосфор сублимируется, при охлаждении паров получа- ется белый фосфор.

Чёрный фосфор образуется при нагревании белого фосфора без доступа воздуха при очень высоком давлении. Внешне чёрный фосфор похож на графит и обладает полупроводниковыми свойствами.

Биологическая роль фосфора: фосфор, как и азот, необходим для живых су- ществ, поскольку он входит в состав белков крови, мозговой и нервной тканей.

5.3.2 Фосфорный ангидрид. Фосфорная и пирофосфорная кислоты При сгорании фосфора в кислороде или на воз-

духе образуется оксид фосфора (V) – белое твёрдое вещество. Cостав молекул оксида фосфора (V) отве- чает формуле P4O10, а не простейшей брутто-формуле P2O5. Оксид фосфора (V) очень гигроскопичен и по- этому является хорошим водоотнимающим средст- вом. Гидратация оксида фосфора (V) представляет собой сложный процесс, промежуточными продукта- ми которого являются полимерные фосфорные ки- слоты. Конечный продукт гидратации P2O5 орто- фосфорная кислота H3PO4 . Поэтому P2O5 (P4O10) счи-

тают ангидридом фосфорной кислоты. H3PO4 слабая трёхосновная кислота: K1 = 7,5×10–3 ; K2 = 6,2×10–8 ; K3 = 1,2×10–13 .

66

Кроме орто-формы для фосфорной кислоты характерна также и мета-форма (HPO3)x. Метафосфорные кислоты (HPO3)x , например, (HPO3)4, имеют циклическое строение. Часто при обсуждении состава метафосфорных кислот запи- сывают простейшую формулу HPO3.

H3PO4 и (HPO3)x кристаллические вещества.

Из полифосфорных кислот в кристаллическом состоянии выделена только простейшая дифосфорная (пирофосфорная) кислота – H4P2O7; её соли называются дифосфатами или пиро- фосфатами.

Несмотря на высшую степень окисления фосфора, ни са- ма фосфорная кислота, ни её соли фосфаты в растворах не

проявляют окислительных свойств, что связано с высокой устойчивостью соеди- нений фосфора в степени окисления +5.

В лабораторных условиях ортофосфорную кислоту получают окислением фосфора 30%-ной азотной кислотой.

Существуют два промышленных способа получения H3PO4: экстракционный и термический. Экстракционный метод заключается в обработке природных фос- фатов серной кислотой с последующим отделением сульфата кальция и концен- трированием фосфорной кислоты:

Ca3(PO4)3 + 3 H2SO4 ® 3 CaSO4 + 2 H3PO4 .

При получении фосфорной кислоты термическим методом проводится вос- становление фосфатов до чистого фосфора (см. раздел 5.3.1 «Свойства фосфора простого вещества» данной лекции), сжигание фосфора и последующая гидрата- ция фосфорного ангидрида.

Соли фосфорной кислоты применяются в сельском хозяйстве в качестве ми- неральных удобрений.

5.3.3 Фосфористый ангидрид. Фосфористая и фосфорноватистая кислоты При неполном окислении фосфора кислородом (на-

пример, при недостатке кислорода) образуется смесь окси- дов фосфора (III) и фосфора (V). Оксид фосфора (III) состо- ит из молекул P4O6. Формула P2O3 является простейшей. P2O3 (P4O6) – это ангидрид фосфористой кислоты H3PO3.

Фосфористая кислота двухосновна; по силе H3PO3 сравнима с фосфорной кислотой: K1 = 1×10–2 , K2 = 3×10–7 .

Фосфористая кислота и её соли фосфиты проявляют сильные восстанови-

 

 

 

 

 

 

 

67

тельные свойства (jo

PO

 

, 2 H+

/ H

PO

 

, H

= – 0,28 В) и окисляются до соединений

H

4

3

O

3

 

 

3

 

2

 

фосфора в степени окисления +5:

 

 

 

 

H3PO3 + H2O2 ® H3PO4 + H2O;

 

 

H3PO3 + I2 + H2O ® H3PO4 + 2 HI .

Фосфорноватистая кислота H3PO2 одноосновная кислота, го- раздо более сильная, чем H3PO4 (KH3PO2 = 9×10–2). Фосфорноватистая кислота и её соли гипофосфиты, также как и соединения фосфора

+3, – сильные восстановители: jo

= – 0,39 В. Они способны

H3PO4 , 4 H+

/ H3PO2 , 2 H2O

восстанавливать ионы металлов, например, Ni2+, Hg2+, до свободных металлов, окисляясь при этом до фосфорной кислоты или фосфатов.

2 NiSO4 + H3PO2 + 2 H2O ® 2 Ni + H3PO4 + 2 H2SO4 ;

2 HgCl2 + H3PO2 + 2 H2O ® 2 Hg + H3PO4 + 4 HCl .

Соединения фосфора +1 и +3 при нагревании диспропорционируют: 3 H3PO2 ® 2 H3PO3 + PH3; 4 H3PO3 ® 3 H3PO4 + PH3 .

5.3.4 Соединение фосфора с водородом

С водородом фосфор образует фосфористый водород PH3 (фосфин). Фосфин очень ядовитый бесцветный газ с чесночным запахом. Получается

в результате гидролиза фосфидов или диспропорционирования белого фосфора в растворе щелочи при кипячении:

Ca3P2+ 6 HOH ® 3 Ca(OH)2 + 2 PH3-;

4 P + 3 NaOH + 3 H2O ® 3 NaH2PO2 + PH3-.

Фосфин обладает сильными восстановительными свойствами и способен само- воспламеняться на воздухе (при температуре выше 150 °C):

2 PH3 + 4 O2 ® P2O5 + 3 H2O .

Основные свойства выражены у фосфина слабее, чем у аммиака: он образу- ет соли фосфония только с наиболее сильными кислотами, например, HI, HClO4. Эти соединения очень непрочны и легко гидролизуются в воде:

PH4I ® PH3 + HI .

5.3.5 Галогениды фосфора Фосфор может быть окислен активными галогенами (фтор, хлор, бром) до

высшей степени окисления +5, йод окисляет фосфор до трёхвалентного состоя-

ния:

2 P + 5 Cl2 ® 2 PCl5 ;

2 P + 3 I2 ® 2 PI3 .

При окислении фосфора недостатком хлора можно получить PCl3.

 

Галогениды фосфора легко гидролизуются водой с образованием соответст-

вующих кислот, поэтому их называют галогенангидридами.

PCl5 хлорангидрид фосфорной кислоты:

PCl5 + 4 H2O ® H3PO4 + 5 HCl;

PI3 йодангидрид фосфористой кислоты:

PI3 + 3 H2O ® H3PO3 + 3 HI .

68

5.4 Мышьяк

Подобно фосфору, мышьяк существует в нескольких аллотропных модифи- кациях. Наиболее устойчив при обычных условиях металлический (или серый) мышьяк хрупкое вещество серого цвета с металлическим блеском на изломе, нерастворимое в воде.

При сгорании мышьяка в кислороде образуется мышьяковистый ангидрид As2O3 (высшая степень окисления +5 для мышьяка менее устойчива, чем для фос- фора). Сильные окислители (хлор, азотная кислота) способны окислить мышьяк до пятивалентного состояния:

3 As + 5 HNO3 + 2 H2O ® 3 H3AsO4 + 5 NO- .

As2O3 амфотерный оксид с преобладанием кислотных свойств. При взаи-

модействии мышьяковистого ангидрида с водой образуется ортомышьяковистая

кислота: As2O3 + 3 H2O ® 2 H3AsO3.

H3AsO3 в свободном состоянии не получена и известна только в водных рас- творах, где устанавливается сильно смещённое вправо равновесие:

H3AsO3 HAsO2 + H2O.

HAsO2 очень слабая кислота (K = 6×10–10). При действии щелочей на As2O3 обра-

зуются ортоарсениты: As2O3 + 6 NaOH ® 2 Na3AsO3 + 3 H2O,

т.е. мышьяковистая кислота (в отличие от фосфористой) трёхосновна. Соединения мышьяка +3 проявляют восстановительные свойства и при окислении переходят в соединения мышьяка +5.

Мышьяковая кислота H3AsO4 твёрдое, хорошо растворимое в воде веще- ство; по силе почти равна фосфорной кислоте (K1 = 6×10–3). Её соли арсенаты во многом похожи на фосфаты, однако, вследствие того, что высшая степень окисления +5 для мышьяка менее устойчива, чем для фосфора, мышьяковая кис- лота и арсенаты в кислой среде проявляют окислительные свойства, переходя в мышьяковистую кислоту или арсениты:

2 K3AsO4 + 4 KI + 5 H2SO4 ® 2 H3AsO3 + 2 I2 + 5 K2SO4 + 2 H2O

(jo

 

 

 

, 2 H+ / H

 

 

 

 

 

= + 0,56 В;

jo

= + 0,55 В).

H

3

AsO

4

3

AsO

3

, H

2

O

I2 / 2 I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В то же время в щелочной среде арсениты легко окисляются до арсенатов:

 

K3AsO3 + I2 + 2 KOH ® K3AsO4 + 2 KI + H2O

(jo

, H

 

O / AsO3

, 2 OH

= – 0,71 В;

jo

= + 0,55 В).

AsO3

2

 

I2 / 2 I

 

4

 

3

 

 

 

 

 

При прокаливании мышьяковой кислоты получается оксид мышьяка (V), (мышьяковый ангидрид) в виде белой стеклообразной массы.

При восстановлении соединений мышьяка водородом в момент выделения образуется арсин (AsH3) – бесцветный, очень ядовитый газ с чесночным запахом:

As2O3 + 6 Zn + 6 H2SO4 ® 2 AsH3- + 6 ZnSO4 + 3 H2O .

Арсин при нагревании легко разлагается на мышьяк и водород. Выделяю-

SbCl3 + HOH SbOHCl2 + HCl SbOHCl2 + HOH Sb(OH)2Cl + HCl Sb(OH)2Cl SbOCl+ H2O

69

щийся мышьяк на холодных стенках стеклянных сосудов образует зеркальный на- лёт мышьяковое зеркало»); это свойство используется в качественном анализе для обнаружения соединений мышьяка.

Мышьяк при нагревании с наиболее активными металлами образует арсе-

ниды: 2 As + 3 Ca → Ca3As2 .

Разложением арсенидов кислотами также можно получить арсин. Свободный мышьяк и все его соединения сильные яды.

Области практического применения: сельское хозяйство (инсектициды); ме- дицина (стоматология).

5.5 Сурьма

В свободном состоянии сурьма серебристо-белое вещество с металличе- ским блеском. Напоминая по внешнему виду металл, сурьма отличается от метал- лов хрупкостью и низкой электропроводностью. Сурьма существует в нескольких аллотропных модификациях.

Соединения сурьмы сходны с соединениями мышьяка. Так, сурьма образует соединения с металлами антимониды, например, Ca3Sb2 , AlSb. Стибин (SbH3)

ядовитый газ, образующийся в тех же условиях, что и арсин, но отличающийся

от арсина ещё меньшей устойчивостью.

 

 

 

Оксид сурьмы (III) получается окислением сурьмы кислородом.

 

Оксид и гидроксид сурьмы (III) – амфотерные соединения с преобладанием

основных свойств:

 

 

Sb2O3

+ 3 H2SO4 → Sb2(SO4)3 + 3 H2O;

Sb(OH)3

+ 3 HCl → SbCl3 + 3 H2O;

Sb2O3

+ 2 NaOH → 2 NaSbO2 + H2O;

Sb(OH)3

+ NaOH → NaSbO2 + 2H2O.

Гидроксид сурьмы Sb(OH)3 получается в виде белого осадка при действии щелочей на соли сурьмы (III): SbCl3 + 3 NaOH → Sb(OH)3↓ + 3 NaCl.

Sb(OH)3 можно рассматривать и как орто-форму сурьмянистой кислоты – H3SbO3; мета-форма – HSbO2 . Соли сурьмянистой кислоты называются антимониты.

Соли сурьмы (III) как соли слабого основания в водном растворе подвер- гаются гидролизу по катиону, с той особенностью, что конечным продуктом гид- ролиза является оксокатион:

Sb3+ + HOH SbOH2+ + H+ SbOH2+ + HOH Sb(OH)2+ + H+ Sb(OH)2+ SbO+ + H2O

SbO+ + ClSbOCl↓ .

При этом образуются соли, в состав которых входит антимонил-ион SbO+, напри- мер, хлорид антимонила SbOCl.

Оксид сурьмы (V) Sb2O5 обладает кислотными свойствами; ему соответст- вует сурьмяная кислота (соли антимонаты), которую можно получить окислени- ем сурьмы концентрированной азотной кислотой:

3 Sb + 5 HNO3 → 3 HSbO3↓ + 5 NO− + H2O.

70

Соединения сурьмы (V) проявляют слабые окислительные свойства. Применение сурьмы: в типографских сплавах, полупроводниковой технике.

5.6 Висмут

Висмут в свободном состоянии розово-белый металл. Металлический висмут не растворяется в разбавленных HCl и H2SO4, но растворяется в разбав- ленной азотной и горячей концентрированной серной кислотах:

Bi + 4 HNO3 → Bi(NO3)3 + NO− + 2 H2O

2 Bi + 6 H2SO4 → Bi2(SO4)3 + 3 SO2− + 6 H2O .

Концентрированной азотной кислотой висмут пассивируется.

Оксид висмута (III) образуется при сгорании висмута в кислороде, а также при разложении нитрата висмута. Гидроксид висмута (III) выпадает в виде белого осадка при действии щелочей на растворы солей висмута:

Bi(NO3)3 + 3 NaOH → Bi(OH)3↓ + 3 NaNO3 .

Bi2O3 и Bi(OH)3 обладают преимущественно основными свойствами и растворя- ются в кислотах с образованием солей трёхвалентного висмута. Соли висмута (III) подвергаются гидролизу по той же схеме, что и соли сурьмы (III); в результате гидролиза образуются соли висмутила, например, при гидролизе Bi(NO3)3 образу- ется BiONO3 нитрат висмутила.

Висмутин, или гидрид висмута BiH3 очень нестоек и разлагается уже при комнатной температуре.

Действием очень сильных окислителей на соединения висмута (III) в ще- лочной среде можно получить соединения висмута (V) – висмутаты соли не вы- деленной в свободном состоянии висмутовой кислоты HBiO3:

Bi(OH)3 + Cl2 + 3 KOH → KBiO3 + 2 KCl + 3 H2O.

Висмутаты в кислой среде сильнейшие окислители o

, 6H+

/ Bi3 + , 3H

 

>

BiO

2

O

 

3

 

 

 

+ 1,8 В); при этом они восстанавливаются до соединений висмута (III):

KBiO3 + 6 HCl → BiCl3 + Cl2− + 3 KCl + 3 H2O .

Область практического применения соединений висмута медицина и вете- ринария. Металлический висмут используется, главным образом, в ядерной энер- гетике в качестве теплоносителя.

Л Е К Ц И Я 6 P-ЭЛЕМЕНТЫ IV ГРУППЫ.

6.1 Введение

Главную подгруппу IV группы образуют пять элементов: углерод, кремний, германий, олово и свинец.

Атомы рассматриваемых элементов во внешнем электронном слое содержат