5. Металлы IV группы

В подгруппе IVa находятся титан, цирконий и торий, в подгруппе IVб - олово и свинец. Металлы группы IVa производятся алюминотермически и проявляются как четырехвалентные, их же окиси амфотерны.

Титан - белый, очень твердый металл, с температурой плавления около 1800°С. В природе встречается только в соединениях, - правда, весьма распространенных, но всегда в небольших количествах, сопровождающих другие руды. Самые известные - рутил, ТiO₂, и ильменит, FeTiO₃. Титан производится алюминотермически или путем восстановления натрием; применяется как присадка в сплавы стали или для окончательного устранения воздуха из эвакуированных стеклянных сосудов (Дьюара или Рентгена), т. к. он соединяется с кислородом и азотом. Двуокись титана, ТiO₂, - белый порошок, титановые белила, минеральная краска хорошо покрывающая, на воздухе и на свету абсолютно прочна. Применяется также как присадка в специальные сорта стекол.

Цирконий - серебристо-серый металл, с температурой плавления около 1700°С. В природе встречается редко как окись или силикат. Цирконий прибавляется к специальным видам стали. Двуокись циркония, ZrO₂, - это белый порошок, химически и температуро-стойкий. Поэтому из него изготовляют химическую посуду и огнеупорный материал для футеровки электрических печей.

Торий - серый металл, с температурой плавления около 1700°С. В природе встречается вместе с соединениями церия, в так наз. монацитовом песке (Бразилия). Как металл не применяется. Из его соединений самое важное - нитрат тория, Th(NO₃)₄, который вместе с соединениями церия применяется для пропитки калильных сеток газовых ламп. При накаливании нитрат переходит в ThO₂ и издает приятный свет. При производстве соединений тория из монацитового песка отходы используются для производства металлического церия, сплавы которого с железом высекают сильные искры (в зажигалках).

Олово - серебристо-блестящий, мягкий, очень ковкий металл, кристаллической структуры с температурой плавления 232°С. Путем прокатки из него получаются тонкие листы = станиоль (гигиеническая упаковка). При длительном сильном охлаждении переходит в серое олово. Это изменение, наблюденное прежде всего в музеях, называется оловянной чумой. Благодаря происходящей перекристаллизации оловянные предметы в музеях или органные трубы постепенно распадаются.

В природе олово находится только в соединениях, в виде оловянного камня (касситерита), SnO₂, и оловянного колчедана, Cu₂FeSnS₄, из которых олово добывается обжигом и восстанавливается углем. Большое количество олова получается также выделением олова из отходов белой пыли (хлором или электрохимическим путем). Олово применяется для производства оловянных трубок, для перекачивания пива, для производства станиола для упаковки пищевых продуктов, тюбиков для косметики и более всего для производства сплавов (бронзовых). Чтобы предохранить от ржавления медные и железные предметы, их покрывают слоем олова. Свинцовые водопроводные трубы должны быть хорошо вылужены, чтобы не допустить соприкосновения питьевой воды со свинцом. Белая жесть - хорошо вылуженная листовая сталь, которая служит для производства посуды; тонкая белая жесть используется для производства консервных банок. Сплавы олова следующие: бронза (Сu + Sn), с присадкой Р (фосфорная) или Si (кремниевая), мягкий оловянный припой (Sn + Рb), белый металл (Sn + Сu + Sb) и колокольная бронза (Сu + Sn).

Соединения олова бывают двух видов: оловянистые (Sn²⁺, stanno-) и оловянные (Sn⁴⁺, stanni-). Гидроокись олова, Sn(OH)₂, - амфотерного характера, т. к. с кислотами образует соли олова, а с щелочами станниты (гидрокислы) по уравнениям:

Хлорид олова (хлористое олово), SnCl₂ * 2 Н₂О, - белые кристаллы (оловянная соль). Легко окисляется в оловян- нокислую соль, поэтому является восстановителем в полиграфической и красильной промышленности. Помимо того, применяется для лужения в гальванотехнике. Двуокись олова, SnO₂, оловянный пепел, - белый порошок. Применяется для изготовления белой эмали, керамических красок и для полировки мрамора и металлов. Хлорное олово, SnCl₄, - бесцветная, сильно дымящая на воздухе жидкость; применяется для производства искусственного тумана. Хлорооловянноалюминиевая соль (станнат), - (NH₄)₂SnCl₆, "пинкзальц", протрава в красильной промышленности. Оловяннонатриевая соль (станнат), Na₂SnO₃, - соль для препаратов, бесцветные кристаллы,применяется в красильной промышленности и в гальванотехнике. Сульфид олова, SnS₂, сусальное золото, желто-золотые блестящие чешуйки, минеральная краска.

Свинец - в свежем поперечном разрезе серебристо-блестящий металл с точкой плавления 327°С. На воздухе быстро синеет, позднее сереет, его можно резать ножом. Плохой проводник электрического тока и при нагревании переходит на поверхности в желтый РbО. В природе встречается только в соединениях. Самое известное из них - свинцовая руда галенит (свинцовый блеск), PbS; Рb добывается из нее обжиганием и восстановлением по уравнениям:

Таким способом получается сырой или рудный свинец, в котором, помимо других металлов, содержится также немного Ag. При нагревании на воздухе переходит в РbО, тогда как Ag остается неизменным. Затем из РbО, восстановлением углем, получается Рb. В кислотах, соляной и серной, Рb не растворяется (РbСl₂ и PbSO₄ мало растворимы). Хорошо растворяется в HNO₃. Применяется для выпарных ковшей, для свинцовых камер при производстве серной кислоты, для облицовки резервуаров и башен для кислых жидкостей, для электродов аккумуляторов, используется для охранной оболочки кабелей, для производства свинцовых труб, дроби (с 1% мышьяка), для сплавов легкого оловянного припоя, типографских сплавов для отливки книгопечатных наборов, для подшипниковых и легкоплавких сплавов, а также для производства красок и соединений свинца.

Соединения свинца бывают двух видов: свинцовистые (Pb²⁺, plumbo-) и свинцовые (Pb⁴⁺, plumbi-). Окись свинца, РbО, свинцовый глёт, тонко распыленный массикот, применяемый для производства свинцового стекла, глазури, олифы и соединении свинца. Хлорид свинца, РbСl₂, образуется на основе реакции: Рb²⁺ + 2 Сl^- = РbСl₂. В холодной воде мало растворим. Хорошо растворяется в горячей воде, из которой при охлаждении выделяется в виде блестящих иголочек. Сильфид свинца, PbS₂O₃, применяется вместе с окислителями при изготовлении бесфосфорных спичечных головок, которые зажигаются трением о каждую шероховатую поверхность. Из свинцовых красок самые важные: свинцовые белила, РbСО₃ * Рb(ОН)₂, она ядовита, чернеет на воздухе с образованием черного PbS; затем хромат свинца, РbСrO₄, так наз. хромовая желть, и сурик, Рb₃O₄, который производится обжиганием РbО в струе воздуха. Это огнеупорная краска - вместе с олифой применяется как защитное покрытие против ржавления. Двуокись свинца, Рb₂, - сильный окислитель, применяется в производстве спичек и в аккумуляторах. Соединения свинца всегда ядовиты.