Подгруппа германия.

Содержание элементов этой подгруппы в земной коре по ряду германий (2·10-4) — олово (6·10-4) — свинец (1·10-4%) изменяется лишь незначительно.

Германий принадлежит к весьма рассеянным элементам, и образование рудных скоплений для него не характерно. Богатые германием минералы — германит (Cu2S·CuS·GeS2) и аргиродит (4Ag2S·GeS2) — встречается редко. Следы германия были обнаружены во всех исследованных силикатах. Значительно большие количества этого элемента (до 1%) содержится иногда в золе каменных и бурых углей.

Основной формой природного олова является минерал касситерит(SnO2) или оловянный камень. Разработка оловянных руд рентабельна (т.е. экономически выгодна) уже при содержании в них 0,2 вес. % Sn. Важнейшей рудой свинца является галенит

(PbS), иначе свинцовый блеск. Меньшее значение имеет минерал церуссит

— PbCO3.

Германий был предсказан Д. И. Менделеевым в 1871 г., а открыт в 1886 г. Олово и свинец принадлежат к наиболее давно известным человечеству элементам: египтяне умели выплавлять их из руд более чем за 3000 лет до н. э. В Индии свинец стал известен около 2500 лет, а олово 1500 лет до н. э. Выплавка олова производилась и в древнем Китае.

Изотопный состав: германий — 70 (20,5%), 72 (27,4), 73 (7,8), 74 (36,5), 76 (7,8); олово — 112 (0,9%), 114 (0,7), 115 (0,3), 116 (14,2), 117 (7,6), 118 (24,0), 119 (8,6), 120 (33,0), 122 (4,7), 124 (6,0); обыкновенный свинец — 202 (следы), 204 (1,4%), 206 (25,2), 207 (21,7), 208 (51,7).

Среднее содержание элементов подгруппы германия в живых организмов невелико — порядка 10-6 вес. %. Однако некоторыми растениями свинец концентрируется настолько, что содержание его может доходить до 3 вес. %. Биологическая роль всех трёх элементов неизвестна, но имеется указание на то, что германий стимулирует деятельность костного мозга и селезёнки. Человеческий организм содержит около 2·10-5 олова и 1·10-4 вес. % свинца. Из отдельных частей тела наибольшее содержание Sn — в языке, а Pb — в длинных костях. Средний суточный рацион человека включает в себя около 17 мг Sn и 0,3 мг Pb. Оба элемента выводятся из организма главным образом с калом.

Добыча германия в большом масштабе ещё не производится. Получают его главным образом как побочный продукт при переработке некоторых цинковых руд. Выплавка олова ведётся путём восстановления касситерит углём. Галенит путём прокаливания на воздухе переводят в PbO, после чего полученный оксид восстанавливается до металла.

Из содержащих германий природных материалов выделяют в конечном счёте GeO2, который затем при температурах около 1000 °С восстанавливают водородом до металла. Простейшая схема промышленного восстановления свинца основывается на двух последовательных реакциях:

2 PbS + 3 O2 = 2 SO2 + 2 PbO + 844 кДж и затем

2 PbO + PbS + 234 кДж = SO2 + 3 Pb.

Очистка свинца может быть осуществлена путём электролиза. Электролитом служит раствор PbSiF6, в качестве анода берётся пластина технического металла, а на катоде осаждается чистый свинец (99,99%).

По физическим свойствам олово и свинец являются типичными металлами, а германий похож скорее на кремний. Некоторые их константы сопоставлены ниже.

	Ge	Sn	Pb
Цвет	серовато- белый	серебристо- белый	голубоватый
Плотность, г/см3	5,3	7,3	11,3
Температура плавления °С	937	232	328
Температура кипения °С	2850	2720	1751
Электропроводность (Hg = 1)	0,001	8	5

Твёрдость и хрупкость рассматриваемых элементов быстро уменьшается по ряду Ge–Sn–Pb: германий очень тверд и хрупок, свинец царапается ногтём и прокатывается в тонкие листы. Олово занимает промежуточное положение. Все элементы подгруппы германия легко дают сплавы между собой и со многими другими металлами. В некоторых случаях при сплавлении образуются химические соединения (например, типа Mg2Э).

Пары олова и свинца состоят почти исключительно из одноатомных молекул, а у германия (при температурах 1600ч2000 К) содержат также полимеры Gen, где n = 2ч7. Энергия связи GeGe в Ge2 cоставляет 272 кДж/моль.

Copyright © 2024 - All Rights Reserved - www.chemicalnow.ru