7.3.3. Физические свойства

Внешне свинец – серый, олово – белое, а алюминий – серебристый. Причем Al настолько блестит, что когда его впервые выделили из глины (в сравнительно чистом виде), то приняли за серебро. Поэтому алюминий идет для изготовления зеркал, новогодней мишуры, а также «серебряной» краски (ибо он, в отличие от большинства других металлов, сохраняет блеск и в порошкообразном состоянии). И поскольку алюминий достаточно полно (на 90%) отражает не только световые, но и тепловые лучи, то из него делают жалюзи, черепицу для крыш зданий, спецодежду для работников горячих цехов; а также фольгу для упаковки шоколада.

Алюминий очень хорошо проводит электроток (l=34). Даже если провода из Al делать толще (чтобы уравнять по l с медными), то алюминиевые все равно оказываются в 2 раза легче медных и все чаще используются вместо них. Олово тоже хорошо проводит ток (l= 8), причем легко плавиться (т.пл. 232°С), поэтому применяется для спаивания проводов (а также запаивания кастрюль).

Значения т.пл. алюминия (660°С) и свинца (327°С) больше, чем олова. Причем т.пл. у Al выше из-за меньшего атомного радиуса (и, как следствие, более прочных ХС в кристаллической решетке алюминия); а у Pb – вследствие f-сжатия и более плотной упаковки атомов в этом М. Так, в металлической решетке олова каждый атом окружен шестью соседними, а в свинце – двенадцатью. Благодаря такой плотной упаковке, а также большой атомной массе (207), свинец очень тяжел (его плотность 11,34 г/см³) и хорошо поглощает жесткие лучи (поэтому идет на изготовление щитов от радиации).

Алюминий, напротив – один из самых легких металлов (плотность 2,7 г/см³, что почти в 3 раза меньше, чем у железа). Как следствие, Al – основной компонент сплавов, используемых в самолето- и ракетостроении.

Все три рассматриваемые p-М мягки (особенно свинец) и пластичны, причем алюминий и олово могут раскатываться в очень тонкую фольгу, а из листового Al прессованием легко приготовить посуду (кастрюли, бидоны и др.).

7.3.4. Химические свойства

По сравнению с s-металлами рассматриваемые р-М являются и кинетически, и термодинамически менее активными из-за более прочной связи валентных электронов с ядром, а также (как следствие) большей прочности решетки их простых веществ (судя по значениям т.пл. данных р-металлов в сравнении с s-М).

Однако восстановительные свойства для них очень характерны: (Е⁰(Pb²⁺/Pb)= –0,13 В; Е⁰(Sn²⁺/Sn)= –0,14 В), особенно для алюминия (Е⁰(Al³⁺/Al)= –1,68 В). Он является непосредственным соседом (в периодической таблице) очень активного магния и во многом на него похож, в частности, тоже горит в СО₂:

Причина – образование очень прочных связей в Al₂O₃. Вследствие чего алюминий, как и Mg, вытесняет не только углерод, но и металлы из их оксидов⁹. Например:

.

По той же причине и горит Al на воздухе с огромным экзоэффектом (–1676 кДж/моль), причем ослепительным пламенем, почти как Mg. Поэтому алюминиевую фольгу (как и магниевую) используют для фотовспышек.

Хотя и очень медленно, но окисление алюминия на воздухе продолжается и после образования такой пленки. То есть со временем она утолщается – вот почему новая посуда из Al, такая блестящая вначале, потом тускнеет.

Тем не менее в промышленности все чаще изделия из железа, чтобы спасти их от коррозии¹⁰(ржавления), алитируют, т.е. покрывают слоем алюминия (толщиной всего 0,2 мм). Покрытие осуществляют, нанося порошокAl на поверхность железного изделия, которое затем нагревают до 1000°С.

Не подвергается коррозии также олово и свинец, и тоже из-за поверхностной пленки продуктов взаимодействия с компонентами воздуха. Поэтому лудят, т.е. покрывают оловом жесть, используемую в консервной промышленности.

Подчеркнем, что оксидная пленка не мешает алюминию при об.у. реагировать со всеми Г₂ (давая AlГ₃). Правда, к смеси порошков Al и йода, чтобы реакция началась, добавляют каплю воды. Со всеми другими неметаллами алюминий вступает в реакцию при повышенной температуре. Олово и свинец более пассивны: при об.у. идет лишь взаимодействие Pb с F₂, а остальные реакции требуют нагревания. При этом олово окисляется до +4, а свинец до +2.

С водой данные металлы при об.у. не реагируют, но и не должны, т.к. значения их Е⁰ менее отрицательны, чем потенциал воды (Е⁰(Н₂О/Н₂)= –0,41 В). А алюминий должен, но тоже не взаимодействует из-за оксидной пленки.

Однако Al, а также Sn и Pb вступают в реакцию с водой в щелочной среде, поскольку их оксиды и гидроксиды (которые обычно пассивируют данные металлы), являясь амфотерными, растворяются в щелочах, давая гидроксоанионы. (А устойчивость последних столь велика, что значения Е⁰ даже олова и свинца оказываются отрицательнее, чем Е⁰ воды в щелочной среде (–0,82 В).) Суммарные процессы отражаются реакциями:

Отметим, что при сплавлении металлов с сухой щелочью получаются не гидроксо-, а оксосоли, причем окисление идет кислородом воздуха. Например:

Подчеркнем, что при действии конц. HNO₃ и H₂SO₄ пассивирующая пленка на поверхности алюминия не только не растворяется, а наоборот утолщается (с 0,01 до 30 микрон), и глубже процесс не идет, поэтому данные кислоты можно хранить в алюминиевой таре.

Напротив, с разб. HNO₃, HCl и H₂SO₄ алюминий реагирует. А свинец в двух последних кислотах пассивируется пленками малорастворимых солей PbCl₂ и PbSO₄. Зато свинец взаимодействует даже с уксусной кислотой, а также с HNO₃ и с концентрированными HCl и H₂SO₄, поскольку при этом получаются растворимые продукты: Pb(CH₃COO)₂, Pb(NO₃)₂, H₂[PbCl₄] и Pb(HSO₄)₂ соответственно. Олово вступает в реакцию со всеми кислотами, кроме слабых (например, таких, как уксусная).