Поведение металла в компактном состоянии в различных средах
Введение.
Свинец- металл серого цвета с синеватым оттенком, блестящий на свежем срезе, легкоплавкий( Тпл = 327, Ткип = 1744) , очень мягкий, ковкий, пластичный, обладает высокой плотностью( 11340 кг/м3) . Легко режется ножом, прокатывается в листы и проволоку. Свинец один из нескольких металлов, которые были известны человечеству с древних времен. Поскольку свинец хорошо поглощает γ-излучение, он используется для радиационной защиты в рентгеновских установках и в ядерных реакторах. Кроме того, свинец рассматривается в качестве теплоносителя в проектах перспективных ядерных реакторов на быстрых нейтронах.
Значительное применение находят сплавы свинца. Пьютер (сплав олова со свинцом), содержащий 85-90 % Sn и 15-10 % Pb, формуется, недорог и используется в производстве домашней утвари. Припой, содержащий 67 % Pb и 33 % Sn, применяют в электротехнике. Сплавы свинца с сурьмой используют в производстве пуль и типографского шрифта, а сплавы свинца, сурьмы и олова — для фигурного литья и подшипников. Сплавы свинца с сурьмой обычно применяют для оболочек кабелей и пластин электрических аккумуляторов. Соединения свинца используются в производстве красителей, красок, инсектицидов, стеклянных изделий и как добавки к бензину. Свинец и его соединения очень токсичны.
Положение металла в П.С.Э Д.И.Менделеева.
Свинец- 82-ой элемент П.С.Э, принадлежащий 6-ому периоду и 14( 4А) группе. Соответственно он имеет электронную конфигурацию
[ Xe ]5d106s26p2
Проявляемые металлом степени окисления(валентности) в его соединениях.
Из-за инертности 6s- электронной пары, вызванной релятивистским эффектом ( увеличение массы электрона, в связи с высокой скоростью обращения вокруг ядра, приближающейся к скорости света) и актинидным сжатием ( уменьшение радиуса атома из-за компактности f- электронной оболочки), из-за которых возрастает притяжение этой электронной пары к ядру, для свинца оказывается наиболее устойчивой степень окисления +2. При действии сильных окислителей, возможен переход в степень окисления +4. В простом веществе он проявляет степень окисления 0.
Местоположение металла в электрохимическом ряду напряжений металлов.
В степени окисления +2 свинец находится в ряду напряжений металлов на одну позицию левее водорода( E= -0.13 В), в степени окисления +4 он находится намного правее водорода( E= 0.78 В).
Оценка восстановительной активности металла и окислительно-восстановительной способности его соединений.
В качестве простого вещества, свинец проявляет слабые восстановительные свойства, о чем свидетельствует небольшой по модулю, отрицательный потенциал перехода из 0 в +2. Переход в степени окисления +4 возможен только при действии сильных окислителей. В то же время соединения свинца +4 сами являются, довольно сильными окислителями. Соединения свинца +2 могут проявлять как окислительные, так и восстановительные, однако в ОВР они участвуют редко, так как устойчивость к окислению и восстановлению у них высока.
Поведение металла в компактном состоянии в различных средах.
А) В атмосфере сухого воздуха, свинец реагирует с кислородом воздуха, уже при комнатной температуре, в результате чего, покрывается синевато-серой оксидной пленкой, которая препятствует дальнейшему окислению. При нагревании до 600 градусов Цельсия, металл сгорает с образованием оксида:
2Pb+O2=2PbO
При избытке кислорода возможно дальнейшее окисление до Pb2O3 и Pb3O4(свинцового сурика), которые разлагаются до монооксида при нагревании выше 600 градусов.
Б) Свинец может взаимодействовать с перегретым водяным паром:
Pb+H2O= PbO+ H2
В) В ряду напряжений металлов свинец стоит непосредственно перед водородом, поэтому в разбавленных соляной и серной кислотах он практически не растворяется. К тому же взаимодействие свинца с этими кислотами даже средней концентрации затруднено малой растворимостью хлорида и сульфата свинца.
Pb+2HCl = PbCl2 + H2
Pb+H2SO4= PbSO4+ H2
Электронно-ионный баланс для обеих реакций:
Pb0- 2e= Pb2+
2H++2e= H2
Pb+ 2H+= Pb2++ H2
Г) Взаимодействие с окислительными кислотами. Свинец растворяется в горячих азотной и концентриванной серной кислотах. На холоду он реагирует только с разбавленной серной кислотой, концентрированная серная и азотная пассивируют, в следствии образования оксидной пленки.
Pb+2H2SO4(конц.)= PbSO4+ S02+ 2H2O
Pb0-2e =Pb2+
S042-+4H++2e= SO2+ 2H2O
Pb+SO42-+4H =Pb2+ + SO2+ 2H2O
Pb+ 4HNO3(конц.)= Pb(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
Pb0-2e =Pb2+
NO3-+ 2H++e = NO2+ H2O (*2)
Pb0+2NO3- +4H+ = Pb2+ + 2NO2+ 2H2O
3Pb+8HNO3(разб)= 3Pb(NO3)2 +2NO+ 4H2O
Pb0-2e =Pb2+ (*3)
NO3- + 4H+ +3e = NO+2H2O (*2)
3Pb0 + 2NO3- + 8H+ = 3P2+ + 2NO+ 4H2O
Д) С щелочами свинец взаимодействует только при длительном кипячении в водном растворе щелочи.
Pb+ 2NaOH + 2H2O = Na2[ Pb(OH)4] + H2
2H2O+2e = H2 + 2OH-
Pb0 + 4OH- + 2H2O = [Pb(OH)4]2- + H2 + 2OH-
Pb0 + 2OH- + 2H2O = [Pb(OH)4]2- +H2