Сторінка
9

Р – елементи ІV групи

На поверхні Землі мінерали і гірські породи, що стикаються з атмосферою, зазнаючи механічних і хімічних дій води і повітря, по­ступово змінюються і руйнуються. Це руйнування, зумовлене одно­разовою діяльністю води і повітря, називається вивітрюван­ням. Наприклад, вода, що містить діоксид карбону, діє на орто­клаз так, що К2О відщеплюється і, сполучаючись з СО2, дає поташ К2СО3; відщеплюється також частина SiO2, а залишок сполучається з водою і утворює новий силікат — каолін, який є основою різних

глин.

Розкладання ортоклазу можна виразити рівнянням:

К2О • А12О3. 6SiO2 + СО2 + пН2О = К2СО3 + 4SiO2 • (п — 2) Н2О + А12О3 • 2SiO2 • 2Н2О.

Каолін

Чистий каолін трапляється досить рідко. Він має білий колір і містить лише незначну домішку кварцового піску. Такий каолін вико­ристовують для виготовлення фарфору. Звичайна глина — це суміш каоліну з іншими речовинами, що забарвлюють її в жовтуватобурий або синюватий колір.

Германій (Germanium). Цей елемент, існування якого у 1871 р. передбачив Д. І. Менделєєв на основі періодичного закону, відкрив у 1886 р. німецький хімік Вінклер . Загальний вміст германію в земній корі становить близько 0,0007% (мас). Мінерали, що містять германій в значній кількості, трапляються дуже рідко. Джерелом добування германію звичайно є побічні продукти, які ут­ворюються під час переробки руд кольорових металів, а також зола від спалювання деяких видів вугілля.

У компактному стані германій має сріблястий колір і зовнішнім виглядом схожий на метал. При кімнатній температурі він стійкий проти дії повітря, кисню, води, хлоридної і розбавленої сульфатної кислот. Нітратна і концентрована сульфатна кислота окислюють його до діоксиду GeO2, особливо при нагріванні:

Ge + 2H2SO4 = GeO2 | + 2SO21 + 2H2O.

Германій взаємодіє також з лугами при наявності пероксиду вод­ню. При цьому утворюються солі германієвої кислоти - германати, наприклад:

Ge + 2NaOH + 2Н2О2 = Na2GeO3 + 3H2O.

Сполуки германію (II) малостійкі. Значно характернішими для германію є сполуки, у яких ступінь його окислення дорівнює +4.

Діоксид германію GeO2 — білі кристали (густина 4,703 г/см3), які помітно розчиняються у воді, причому розчин проводить електричний струм. Діоксид германію добувають різними способами; зокрема, його можна добути нагріванням германію в кисні або окисленням його концентрованою нітратною кислотою.

Діоксид германію — амфотерна сполука з сильно переважаючими кислотними властивостями, внаслідок чого він легко розчиняється в лугах, утворюючи германати.

Германоводні. Діючи на хлорид германію GeCl4 амальгамою натрію у струмені водню або розкладаючи кислотами сплав германію з магнієм, можна до­бути тетрагідрид германію GeH4. Це безбарвний газ, який аналогічно миш'яководню при нагріванні розкладається, утворюючи на стінках реакційної посудини мета­лічне дзеркало.

Германій мав напівпровідникові властивості і з цим пов'язано його основне застосування. Германій, який використовують для ви­готовлення напівпровідникових виробів, дуже старанно очищають різними способами. Один з найважливіших способів добування високочистого германію — це зонна плавка. Для надання очищеному германію необхідних електричних властивостей у нього вводять дуже невеликі кількості певних домішок. Такими домішками є елементи п'ятої і третьої груп періодичної системи, наприклад миш'як, сурма, алюміній, галій. Напівпровідникові прилади з гер­манію (випрямлячі, підсилювачі) широко застосовуються в радіо і телевізійній техніці, радіолокації, електронно-обчислювальних ма­шинах. З германію виготовляють також термометри опору.

З сполук германію застосовують, наприклад GeO2, який входить до складу скла, що має високий коефіцієнт заломлення, а також про­зорість в інфрачервоній частині спектра.

Станум (Stannum). Станум не належить до числа поширених металів (вміст його в земній корі становить 0,04%), але воно легко виплавляється з руд і тому стало відомим людині у вигляді його сплавів з купрумом (бронзи) ще в глибоку давнину. Станум звичайно трапляється у вигляді кисневої сполуки SnO2 - ка­меню стануму, з якого і добувають його за допомогою відновлення ву­гіллям.

У вільному стані станум — сріблястобілий м'який метал. При зги­нанні палички стануму чути характерний тріск, зумовлений тертям окремих кристалів між собою. Станум м'який, тягучий, його можна легко прокатати в тонкі листи, що називаються олов'яною фольгою або станіолем.

Крім звичайного білого стануму, що кристалізується в тетрагональній системі, існує друга видозміна стануму —сірий станум —, що кристалізу­ється в кубічній системі і має меншу густину. Біле станум стійке при температурах вище за 14° С, а сіре — при температурах нижче за 14° С. Тому при охолодженні білий станум перетворюється в сірий. У зв'яз­ку із значною зміною густини метал при цьому розсипається на сірий порошок. Це явище дістало назву олов' яної чуми. Найшвид­ше білий станум перетворюється в сірий при температурі близько —30° С; цей процес прискорюється при наявності зародків кристалів сірого стануму.

Сплави стануму з сурмою і купрумом застосовують для виготовлення під­шипників. Ці сплави ( бабіти стануму) мають високі антифрикційні властивості. Сплави стануму з плюмбумом — припої — широко застосову­ються для паяння. Як легуючий компонент станум входить у деякі сплави купруму.

На повітрі станум при кімнатній температурі не окислюється, але нагріте вище від температури плавлення поступово перетворюється в діоксид стануму SnO2.

Вода не діє на станум. Розбавлені хлоридна і сульфатна кислоти діють на нього дуже повільно, що пояснюється великим перенапруженням виділення гідрогену на цьому металі. Концентровані розчини цих кис­лот, особливо при нагріванні, розчиняють станум. При цьому в хлоридній

кислоті утворюється хлорид стануму (ІІ), а в сірчаній — сульфат стануму (IV):

Sn + 2НС1 = SnCl2 + H2 |

Sn + 4H2SO4 = Sn (SO4)2 + 2SO2 | + 4H2O.

З нітратною кислотою станум взаємодіє тим інтенсивніше, чим вищі концентрація кислоти і температура. В розбавленій кислоті утворю­ється розчинний нітрат стануму (ІІ):

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

а в концентрованій — сполуки стануму (IV), головним чином, нерозчин­на b-станатна кислота, склад якої приблизно відповідає формулі H2Sn03:

Sn + 4HNO3 = H2Sn031 + 4NO21 + H2O.

Концентровані луги також розчиняють станум. При цьому утво­рюються станіти — солі станистої кислоти H2Sn02:

Sn + 2NaOH = Na2Sn02 + H21.

У розчинах станіти існують в гідратованих формах, утворюючи гідроксостаніти, наприклад:

Na2Sn02 + 2Н2О = Na2 [Sn (OH)4]

На повітрі стануму вкривається тонкою оксидною плівкою, що має захисну дію. Тому в умовах несильного корозійного впливу воно є хімічно стійким металом. Близько 40% всього стануму, яке виплавляють, витрачається на покриття ним виробів із заліза, які контактують з продуктами харчування, насамперед консервних банок. Це пояснюєть­ся зазначеною хімічною стійкістю стануму, а також тим, що його легко наносити на залізо і що продукти його корозії нешкідливі.