Общая химия - Николай Глинка

Кремнийорганические соединения применяются для придания несмачиваемости стеклу, бумаге, ткани, строительным материалам.

186. Германий (Germanium).

Этот элемент, существование которого было в 1871 г. предсказано Д. И. Менделеевым на основе периодического закона, открыт в 1886 г. немецким химиком Винклером (см. § 19). Общее содержание германия в земной коре составляет около 0,0007% (масс.). Минералы, содержащие германий в сколько-нибудь значительных количествах, крайне редки. Источником получения германия обычно служат побочные продукты, получающиеся при переработке руд цветных металлов, а также зола от сжигания некоторых углей.

В компактном состоянии германий имеет серебристый цвет и по внешнему виду похож на металл. При комнатной температуре он устойчив к действию воздуха, кислорода, воды, соляной и разбавленной серной кислот. Азотная и концентрированная серная кислоты окисляют его до диоксида GeO2, особенно при нагревании

Германий взаимодействует также со щелочами в присутствии пероксида водорода. При этом образуются соли германиевой кислоты — германаты, например:

Соединения германия(II) малоустойчивы. Гораздо более характерны для германия соединения, в которых степень его окисленности равна +4.

Диоксид германия GeO2 — белые кристаллы плотностью 4,703 г/см3, заметно растворимые в воде, причем раствор проводит электрический ток. Получают GeO2 различными способами; в частности, он может быть получен нагреванием германия в кислороде или окислением его концентрированной азотной кислотой.

Диоксид германия — амфотерное соединение с сильно преобладающими кислотными свойствами, вследствие чего он легко растворяется в щелочах, образуя германаты.

Германоводороды. Действуя на хлорид германия GeCl4 амальгамой иатрия в токе водорода или же разлагая кислотами сплав германия с магнием, можно получить тетрагидрид германия GeH4. Это бесцветный газ, который аналогично гидриду мышьяка при нагревании разлагается, образуя на стенках реакционного сосуда металлическое зеркало.

При получении простейшего германоводорода - образуются в небольшом количестве его гомологи Ge2H6 и Ge3H8.

Германий обладает полупроводниковыми свойствами и с этим связано его основное применение. Германий, идущий для изготовления полупроводниковых приборов, подвергается очень тщательной очистке.

- 505 -

Она осуществляется различными способами. Один из важнейших методов получения высокочистого германия — это зонная плавка (см. § 193). Для придания очищенному германию необходимых электрических свойств в него вводят очень небольшие количества определенных примесей. Такими примесями служат элементы пятой и третьей групп периодической системы, например, мышьяк, сурьма, алюминий, галлий. Полупроводниковые приборы из германия (выпрямители, усилители) широко применяются в радио- и телевизионной технике, в радиолокации, в счетно-решающих устройствах. Из германия изготовляют также термометры сопротивления.

Из соединений германия применяют, например, GeO2, который входит в состав стекол, обладающих высоким коэффициентом преломления и прозрачностью в инфракрасной части спектра.

187. Олово (Stannuin).

Олово не принадлежит к числу широко распространенных металлов (содержание его в земной коре составляет 0,04 %), но оно легко выплавляется из руд и поэтому стало известно человеку в виде его сплавов с медью (бронзы) со времен глубокой древности. Олово обычно встречается в виде кислородного соединения SnO2 оловянного камня, из которого и получается посредством восстановления углем.

В свободном состоянии олово — серебристо-белый мягкий металл. При сгибании палочки олова слышится характерный треск, обусловленный трением отдельных кристаллов друг о друга. Олово обладает мягкостью и тягучестью и легко может быть прокатано в тонкие листы, называемые оловянной фольгой или станиолем.

Кроме обычного белого олова, кристаллизующегося в тетрагональной системе, существует другое видоизменение олова — серое олово, кристаллизующееся в кубической системе и имеющее меньшую плотность. Белое олово устойчиво при температурах выше 14°C, а серое — при температурах ниже 14°C. Поэтому при охлаждении белое олово превращается в серое. В связи со значительным изменением плотности металл при этом рассыпается в серый порошок. Это явление получило название оловянной чумы. Быстрее всего превращение белого олова в серое протекает при температурах около -30°C; оно ускоряется в присутствии зародышей кристаллов серого олова.

Сплавы олова с сурьмой и медью применяются для изготовления подшипников. Эти сплавы (оловянные баббиты) обладают высокими антифрикционными свойствами. Сплавы олова со свинцом — припои — широко применяются для пайки. В качестве легирующего компонента олово входит в некоторые сплавы меди.

На воздухе олово при комнатной температуре не окисляется, но нагретое выше температуры плавления постепенно превращается в диоксид олова SnO2.

Вода не действует на олово.

- 506 -

Разбавленные соляная и серная кислоты действуют на него очень медленно, что объясняется большим перенапряжением выделения водорода на этом металле. Концентрированные растворы этих кислот, особенно при нагревании, растворяют олово. При этом в соляной кислоте получается хлорид олова (II), а в серной — сульфат олова (IV);

С азотной кислотой олово взаимодействует тем интенсивнее, чем выше концентрация кислоты и температура. В разбавленной кислоте образуется растворимый нитрат олова (II)

4Sn + 10HNO3 = 4Sn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

а в концентрированной — соединения олова (IV), главным образом нерастворимая β-оловянная кислота, состав которой приблизительно соответствует формуле H2SnO3:

Концентрированные щелочи также растворяют олово. В этом случае получаются станниты — соли оловянистой кислоты H2SnO2:

В растворах станниты существуют в гидратированных формах, образуя гидроксостанниты, например:

Na2SnO2 + 2H2O = Na2[Sn(OH)4]

На воздухе олово покрывается тонкой оксидной пленкой, обладающей защитным действием. Поэтому в условиях несильного коррозионного воздействия оно является химически стойким металлом. Около 40% всего выплавляемого олова расходуется для покрытия им изделий из железа, соприкасающихся с продуктами питания, Прежде всего — консервных банок. Это объясняется указанной химической стойкостью олова, а также тем, что оно легко наносится на железо и что продукты его коррозии безвредны.

Олово образует устойчивые соединения, в которых имеет степень окисленности +2 и +4.

Соединения олова (II).

Оксид олова(II) , или окись олова, SnO — темно-бурый порошок, образующийся при разложении гидроксида олова (II) Sn(OH)2 в атмосфере диоксида углерода.

Гидроксид олова (II) Sn(OH)2 получается в виде белого осадка при действии щелочей на соли олова (II):

Гидроксид олова (II) — амфотерное соединение. Он легко растворяется как в кислотах, так и в щелочах, в последнем случай с образованием гидроксостаннитов:

- 507 -

Хлорид олова(II) SnCl2·2H2O образует бесцветные кристаллы. При нагревании или сильном разбавлении хлорида(II) водой происходит его частичный гидролиз с образованней осадка основной соли:

Хлорид олова (II) — восстановитель. Так, хлорид железа (III) FeCl3 восстанавливается им в хлорид железа (II) FeCl2:

При действии хлорида олова (II) на раствор хлорида ртути (II) (сулемы) HgCl2 образуется белый осадок хлорида ртути (I) (каломели) Hg2Cl2:

При избытке хлорида олова восстановление идет еще дальше и получается металлическая ртуть:

Соединения олова (IV).

Диоксид (или двуокись) олова SnO2 встречается в природе и может быть получен искусственно сжиганием металла на воздухе или окислением его азотной кислотой с последующим прокаливанием полученного продукта. Применяется диоксид олова для приготовления белых глазурей и эмалей.

Гидроксиды олова (IV) называются оловянными кислотами и известны в двух модификациях: в виде α-оловянной кислоты и в виде β-оловянной кислоты.

α-Оловянная кислота H2SnO2 может быть получена действием водного раствора аммиака на раствор хлорида олова(IV):

Выпадающий белый осадок при высушивании постепенно теряет воду, превращаясь в диоксид олова. Таким образом кислоты определенного состава получить не удается. Поэтому приведенная выше формула α-оловянной кислоты является лишь простейшей из возможных. Правильнее было бы изобразить состав этой кислоты формулой mSnO2·nH2O.