4A grupės metalai: alavas ir švinas

4A grupės metalai: alavas ir švinas

4A grupės elementų savybės didėjant atominiam numeriui keičiasi labai stipriai. Du paskutinieji grupės nariai – alavas ir švinas – yra metalai. Germanį kartais vadina pusmetaliu. Pirmieji grupės nariai – anglis ir silicis – yra nemetalai. Germanis ir silicis yra puslaidininkiai.

Panagrinėję duomenis lentelėje 15-1 pastebėsite, kad alavas ir švinas yra labai panašūs vienas į kitą. Abu yra minkšti, kalūs, lengvai išplojami metalai, besilydantys žemoje temperatūroje. Abiejų jonizacijos energijos ir elektrodų
potencialai yra apytiksliai vienodi, todėl abu maždaug vienodai linkę būti oksiduojami iki oksidacijos būūvio +2.
Tai, kad alavas ir švinas gali sudaryti junginius, kuriuose jų oksidacijos laipsniai gali būti +2 ir +4, yra stabilios elektronų poros efekto pasireiškimo rezultatas (žr. ankstesnįjį paragrafą). Oksidacijos būvyje +2 ns2 elektronai nedalyvauja ryšių sudaryme, o būvyje +4 – dalyvauja. Alavas labiau už šviną linkęs oksiduotis iki būvio +4, kas atitinka jau 3A grupėje pastebėtą tendenciją didėjant atominiam numeriui įgyti mažesnį oksidacijos laipsnį.

Metalinis alavas, skirtingai nuo švino, gali egzistuoti dviejų kristalinių struktūrų pavidale ([alfa ir beta] alavas). Pilkasis arba [alfa] alavas, dar kartais vadinamas nemetališkuoju allavu, yra stabilus žemesnėje nei 13 °C temperatūroje. Baltasis arba [beta] alavas, dar vadinamas metališkuoju alavu, yra stabilus aukštesnėje nei 13 °C temperatūroje. Atšaldžius baltąjį {[beta]} alavą žemiau 13 °C, jis ne iš karto virsta pilkuoju alavu. Perėjimas iš [beta] į [alfa] formą paprastai pr

rasideda tik po ilgo laikymo žemoje temperatūroje. Bet kai toks perėjimas prasideda, jis įvyksta gana greitai, o tokio perėjimo rezultatas yra labai dramatiškas. Kadangi [alfa](pilkojo) alavo tankis yra mažesnis už [beta] (baltojo) alavo tankį, perėjimo metu didėja alavo tūris ir jis subyra į miltelius. Gaminiai, padaryti iš alavo, tokio perėjimo metu subyra. Kai kurie vargonų vamzdžiai yra gaminami iš alavo, todėl šaltesniuose kraštuose esančiose bažnyčiose gali kilti problemų dėl šių alavo virsmų. Alavo virtimas iš baltojo į pilkajį vadinamas alavo maru. Maskvos apgulties metu alavo maras sudarė papildomų sunkumų Napaleono armijai, nes kareivių sagos buvo iš alavo. Dėl šaltos žiemos sagos subyrėjo į miltelius.
Lentelė 15-1
Kai kurios alavo ir švino savybės

Sn Pb
atominis numeris 50 82
atomo (metališkasis) spindulys, pm 140 175
jono (M+) spindulys, pm 102 120
pirmoji joonizacijos energija, kJ/mol 709 716
elektrodo potencialas Eo, V [M2+(aq) + 2 e- Pir.gif (841 bytes) M(k)] -0,137 -0,125
[M4+(aq) + 2 e-Pir.gif (841 bytes) M2+(aq)] +0,154 +1,5
lydymosi temperatūra, °C 232 327
virimo temperatūra, °C 2623 1751
tankis, g/cm3 (20°C) 5,77 (alfa, pilkasis)
7,29 (beta, baltasis) 11,34
kietumas 1 1,6 1,5
elektrinis laidumas 1 14,4 7,68
1Žr. pastabas po lentele 11-1

Svarbiausiasis alavo mineralas – kasiteritas, SnO2. Po pradinio gryninimo alavo(IV) oksidą redukuoja koksu (anglimi) iki laisvo metalo.

t

SnO2(k) + C(k) Pir.gif (841 bytes) Sn(s) +CO2(d) (15.1)

Svarbiausiasis švino mineralas – galenitas, PbS. Stipriai kaitinant ore švino sulfidas pirmiausiai perdirbamas į švino oksidą, kuris vėliau redukuojamas koksu.

t

2 PbS(k) + 3 O2(d) Pir.gif (841 bytes) 2 PbO + 2 SO2 (15.2)

t

2 PbO(k) +

C(k) Pir.gif (841 bytes) 2 Pb(s) + CO2(d) (15.3)

Beveik pusė viso pagaminamo alavo sunaudojama alavavimui (dengimui alavo sluoksneliu). Alavu dengiamos geležinės skardinės maisto konservavimui. Apie 25% alavo sunaudojama gaminti lydmetaliams – žemoje temperatūroje besilydantiems lydiniams, skirtiems laidų ir kitokių metalinių dalykų sujungimui. Alavo lydiniai su variu vadinami bronzomis, kurių sudėtyje yra 80-90% vario ir 10-20% alavo. Indų ir stalo įrankių gamybai naudojama lydinys, susidedantis iš Sn (85%), Cu(7%), Bi(6%), Sb(2%). Iš alavo ir švino lydinių gaminami vargonų vamzdžiai.

Daugiau kaip pusė viso pagaminamo švino sunaudojama gaminant švininius rūgštinius akumuliatorius. Likęs švinas sunaudojamas gaminant įvairius lydinius, ginklus, radiacijos nepraleidžiančius ekranus.

Oksidai.

Svarbiausieji alavo oksidai yra SnO ir SnO2. Kaitinamas ore SnO virsta SnO2. Švinas sudaro daug skirtingų oksidų; dalies jų sandara ir cheminės savybės nėra iki galo ištirtos. Geriausiai žinomi švino oksidai yra: PbO (geltonas), PbO2 (raudonai rudas) ir mišraus valentingumo oksidas Pb3O4 (raudonas), dar vadinamas suriku.

Juvelyrai naudoja SnO2 kaip abrazyvinę medžiagą. Švino oksidai naudojami gaminant švininius rūgštinius akumuliatorius, stiklą, glazūrą keramikai, specialų cementą, dažus metalų apsaugai nuo korozijos (Pb3O4). Iš švino oksidų gaminami visi kiti švino junginiai.

Kadangi švinas labiau linkęs būti oksidaciniame būvyje +2, Pb(IV) junginiai yra gana stiprūs oksidatoriai, redukcija vyksta iki Pb(II) junginių. Vienas iš tokių oksidatorių – PbO2. Ankstesniame skyriuje mes jau sužinojome, kad švininiuose akumuliatoriuose katodą sudaro tam tikru bū

ūdu paruoštas PbO2, dalyvaujantis redukcijos pusreakcijoje

PbO2(k) + 4 H+(aq) + 2 e- Pir.gif (841 bytes) Pb2+(aq) + 2 H2O Eo = +1,455 V

PbO2(k) yra stipresnis oksidatorius už Cl2(d) ir beveik toks pat stiprus, kaip MnO4-(aq), todėl jis gali oksiduoti HCl(aq) iki Cl2(d).

PbO2(k) + 4 HCl(aq) –> PbCl2(aq) + 2 H2O + Cl2(d) Eoelem = 0,097 V

Halidai

Abu alavo chloridai – SnCl2 ir SnCl4 – naudojami pramonėje. SnCl2 yra stiprus reduktorius, jį naudoja analizuodami geležies rūdas – juo redukuojami tirpale esantys Fe(III) junginiai iki Fe(II) junginių. SnCl4 gaminamas tiesiogiai sąveikaujant alavui su chloru. Ši reakcija atliekama regeneruojant jau panaudoyo alavo laužą. Alavo(II) fluoridas, SnF2, yra vienas iš dantų pastų komponentas, saugantis dantis nuo ėduonies.

Kiti junginiai

Vienas iš nedaugelio tirpių švino junginių – švino nitratas, Pb(NO3)2. Jis susidaro reaguojant PbO2 su azoto rūgštimi.

2 PbO2(k) + 4 HNO3(aq) –> 2 Pb(NO3)2(aq) + 2 H2O + O2(d)

Į Pb(NO3)2(aq) tirpalą įpylus tirpaus chromato tirpalo susidaro švino chromatas, PbCrO4 – geltonas pigmentas, paprastai vadinamas švino geltonuoju. Kitas švino turintis pigmentas – švino baltasis, 2PbCO3*Pb(OH)2. Jis buvo naudojamas gaminant glazūrą keramikai, o vienu metu labai daug jo būdavo sunaudojama dažų gamybai.

Švino nuodingumas

Pradedant senovės Romos laikais ir iki visai neseniai švinas būdavo naudojamas vandentiekio sistemose. Su švino junginiais būdavo kontaktuojama gaminant maistą ir valgant iš įvairiausių indų padengtų švino turinčia glazūra. Dar iki JAV nepriklausomybės paskelbimo Šiaurės Karolinoje buvo diagnozuoti apsinuodijimai švinu naudojant alkoholinius gėrimus, kurie buvo pagaminti naudojant švininę ga

amybos įrangą.

Silpno apsinuodijimo švinu atveju pastebimas nervingumas, depresija. Stipresnio apsinuodijimo atveju galimi negrįžtami nervų sistemos, smegenų, inkstų sutrikimai. Švinas trukdo biocheminėms reakcijoms dalyvaujančioms hemoglobino regeneracijos procese. Netgi tokios mažos švino koncentracijos, kaip 10-15 [mikro]g/100 mL kraujo nuodija organizmą. Ypatingai jautrūs švinui vaikai. Vidutinis švino kiekis kraujyje labai sumažėjo perėjus prie bešvinio benzino. Dabar švinas nebenaudojamas dažų, lydmetalių gamybai. Griežtai kontroliuojamas švino turinčių atliekų išmetimas į aplinką. Apie 73% procentus švino yra surenkama ir panaudojama pakartotinai.

Leave a Comment