Олово и свинец (стр. 2 )

Со свинцом разбавленные соляная и серная кислоты практически не взаимодействуют даже при нагревании. Отчасти это объясняется образованием на поверхности металла плохо растворимой пленки хлорида или сульфата свинца. Гораздо лучше идет реакция с горячей концентрированной соляной кислотой, при этом и олово, и свинец связываются в хорошо растворимые комплексные кислоты, которые устойчивы только в виде сильнокислых водных растворах:

Концентрированная серная кислота при комнатной температуре переводит оба металла в пассивное состояние, а при нагревании растворяет их с образованием сульфата четырехвалентного олова и гидросульфата свинца (II):

С азотной кислотой любой концентрации свинец реагирует, как правило, при нагревании, превращаясь в результате реакции в нитрат двухвалентного свинца:

Олово под действием азотной кислоты может образовывать различные продукты, в данном случае играют роль концентрация кислоты и температурный режим реакции. С разбавленной азотной кислотой при низких температурах (немногим больше 0оС) получается нитрат двухвалентного олова:

а при нагревании и с разбавленной, и с концентрированной кислотой образуется нерастворимая в воде оловянная кислота, которая содержит в своем составе четырехвалентное олово:

Холодная концентрированная азотная кислота ни с оловом, ни со свинцом не реагирует (явление пассивации металлов).

Примечательным является тот факт, что свинец при комнатной температуре гораздо лучше растворяется в большинстве органических кислот, обладающих меньшей химической активностью по сравнению с соляной или серной кислотой:

Это объясняется образованием легко растворимых органических солей свинца, которые не осаждаются на поверхности металла и не препятствуют протеканию дальнейшей реакции.

С разбавленными растворами сильных оснований олово и свинец не взаимодействуют, зато медленно растворяются в концентрированных щелочах с выделением водорода, что указывает на амфотерные свойства соединений металлов. Продуктами реакции являются гидроксильные комплексные соединения – производные от двухвалентного свинца и олова обеих валентностей. Какое именно валентное состояние проявит олово, зависит от условий протекания реакции: при комнатной температуре или при незначительном нагревании получаются соединения двухвалентного олова, при кипячении – четырехвалентного:

Соединения олова

Как уже отмечалось ранее, в своих соединениях олово проявляет валентности II и IV в примерно одинаковой мере. При обычных условиях оба вида соединений вполне устойчивы. Но под действием любых окислителей двухвалентное олово переходит в четырехвалентное состояние, т. е. соединения олова (II) являются сильными восстановителями. Вещества, содержащие четырехвалентное олово, не проявляют каких-либо значимых окислительных свойств.

Из всего перечисленного можно сделать вывод, что для олова все же более характерна валентность IV.

Четырехвалентное олово может существовать в виде простого катиона Sn4+, но чаще оно образует различные комплексные анионы или кислотные остатки. Олово со степенью окисления +2 существует в основном в виде катиона Sn2+, но и оно может произвести комплексные соединения. Другими словами, склонность к комплексообразованию более выражена у олова (IV).

Катионы Sn2+ и Sn4+ в растворе бесцветны, поэтому большинство обычных солей и комплексных соединений олова не окрашено. Лишь некоторые оловосодержащие вещества имеют какую-либо окраску: например, сине-черный оксид SnO, коричневый сульфид SnS, желтый дисульфид SnS2.

Оксид олова (II) SnO не образуется при непосредственном взаимодействии олова и кислорода, продуктом этой реакции является диоксид олова SnO2. Поэтому SnO получают косвенными методами – например, разложением гидроксида олова (II) при незначительном нагревании на открытом воздухе:

В данном случае следует избегать слишком сильного нагревания, иначе двухвалентное олово окислится до четырехвалентного состояния.

По своим химическим свойствам оксид олова (II) относится к амфотерным соединениям, но все же его основные свойства преобладают над кислотными. Он гораздо легче взаимодействует с сильными кислотами, чем с сильными основаниями (щелочами). Продуктами реакции SnO с кислотами являются соответствующие соли двухвалентного олова:

Лишь при нагревании с окисляющими кислотами (например, с концентрированной серной или азотной кислотами) оксид двухвалентного олова может образовать соединения олова (IV):

С растворами щелочей оксид двухвалентного олова реагирует крайне медленно с образованием гидроксостаннитов – комплексных соединений, в которых в роли центрального атома выступает катион Sn2+:

Кроме гидроксостаннитов, существуют другой тип солей, содержащих двухвалентное олово в составе кислотного остатка, – станниты, состав которых соответствует общей формуле Me2SnO2 (где Me – одновалентный металл). Их получают высокотемпературным взаимодействием оксида олова (II) с оксидами активных металлов, например щелочных или щелочноземельных:

Реакцию необходимо проводить в инертной атмосфере, в противоположном случае SnO окислится до оксида олова (IV) и конечным продуктом реакции будет станнат CaSnO3.

Оксид олова (II), как и подавляющее большинство соединений двухвалентного олова, устойчив только при обычных условиях. Если же его нагреть до приблизительно 300-400оС, он сгорает, превращаясь в диоксид олова:

Оксид олова (IV) SnO2 встречается в природе в виде минерала касситерит (важнейшая оловянная руда в металлургической промышленности). В лабораториях его обычно получают окислением олова кислородом воздуха:

Это белое кристаллическое вещество, нерастворимое в воде и при обычных условиях не взаимодействующее с большинством реагентов. По своим химическим свойствам оксид олова (IV) относится, как и оксид олова (II) к амфотерным соединениям. Но в отличие от SnO у SnO2 преобладают кислотные свойства. Оксид четырехвалентного олова легко вступает в реакцию с расплавленными щелочами:

С кислотами реакция идет значительно хуже: во-первых, необходимо использовать только концентрированные растворы кислот; во-вторых, приходится кипятить реакционную смесь в течение длительного промежутка времени:

Кроме того, оксиду олова (IV) присущи слабые окислительные свойства: при нагревании с такими восстановителями, как углерод или водород, он восстанавливается до металла:

Первая из указанных реакций применяется в металлургии для выплавки олова из его основной руды – касситерита.

Гидроксид олова (II) Sn(OH)2 выделяется в виде белого практически нерастворимого в воде осадка при добавлении карбоната щелочного металла или небольшого количества щелочей к растворам солей двухвалентного олова:

Гидроксид олова (II) является амфотерным соединением и способен реагировать как с сильными кислотами, так и с сильными основаниями. В первом случае в результате реакции образуются соли олова (II), во втором – гидроксостанниты:

Гидроксид олова (II), как и все слабые основания, термически нестабилен и уже при незначительном нагревании начинает отщеплять воду, превращаясь в оксид олова (II):