 | |
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Название ИЮПАК Оксид свинца (IV) | |
| Другие имена Оксид свинца Платтнерит | |
| Идентификаторы | |
| ChemSpider | |
| ECHA InfoCard | 100.013.795  |
PubChem CID | |
| Номер RTECS |
|
| UNII | |
| Номер ООН | 1872 г. |
CompTox Dashboard ( EPA ) | |
| Характеристики | |
| PbO 2 | |
| Молярная масса | 239,1988 г / моль |
| Внешность | темно-коричневый, черный порошок |
| Плотность | 9,38 г / см 3 |
| Температура плавления | 290 ° С (554 ° F, 563 К) разлагается |
| нерастворимый | |
| Растворимость | растворим в уксусной кислоте нерастворим в спирте |
Показатель преломления ( n D ) | 2.3 |
| Структура | |
| шестиугольник | |
| Опасности | |
| Паспорт безопасности | Внешний паспорт безопасности материалов |
Классификация ЕС (DSD) (устарела) |    |
| R-фразы (устаревшие) | R61 , R20 / 22 , R33 , R62 , R50 / 53 |
| S-фразы (устарели) | S53 , S45 , S60 , S61 |
| NFPA 704 (огненный алмаз) |  0 4 3 OX |
| точка возгорания | Негорючий |
| Родственные соединения | |
Другие катионы | Диоксид углерода Диоксид кремния Диоксид германия Диоксид олова |
Связанные оксиды свинца | Оксид свинца (II) Оксид свинца (II, IV) |
Родственные соединения | Оксид таллия (III) Оксид висмута (III) |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). | |
 проверить ( что есть ?)  | |
| Ссылки на инфобоксы | |
Оксид свинца (IV) представляет собой неорганическое соединение с формулой PbO 2 . Это оксид, в котором свинец находится в степени окисления +4. [1] Это темно-коричневое твердое вещество, не растворимое в воде. [2] Он существует в двух кристаллических формах. Он имеет несколько важных применений в электрохимии , в частности, как положительная пластина свинцово-кислотных аккумуляторов .
Свойства [ править ]
Физический [ править ]
Диоксид свинца имеет два основных полиморфов, альфа и бета, которые встречаются в природе , как редкие минералы scrutinyite и платтнерита , соответственно. В то время как бета-форма была идентифицирована в 1845 году, [3] α-PbO 2 был впервые идентифицирован в 1946 году и обнаружен как природный минерал в 1988 году [4].
Альфа-форма имеет орторомбическую симметрию, пространственную группу Pbcn (№ 60), символ Пирсона oP 12, постоянные решетки a = 0,497 нм, b = 0,596 нм, c = 0,544 нм, Z = 4 (четыре формульные единицы на элементарную ячейку). [4] Атомы свинца шестикоординатные.
Симметрия бета-формы тетрагональная , пространственная группа P4 2 / mnm (№ 136), символ Пирсона tP 6, постоянные решетки a = 0,491 нм, c = 0,3385 нм, Z = 2 [5] и связаны со структурой рутила. и может рассматриваться как содержащий столбцы октаэдров, разделяющих противоположные края и соединенных с другими цепями углами. Это контрастирует с альфа-формой, где октаэдры соединены смежными ребрами, образуя зигзагообразные цепи. [4]
Химическая [ править ]
Диоксид свинца разлагается при нагревании на воздухе следующим образом:
- 24 PbO 2 → 2 Pb 12 O 19 + 5 O 2
- Pb 12 O 19 → Pb 12 O 17 + O 2
- 2 Pb 12 O 17 → 8 Pb 3 O 4 + O 2
- 2 Pb 3 O 4 → 6 PbO + O 2
Стехиометрию конечного продукта можно контролировать, изменяя температуру - например, в приведенной выше реакции первая стадия происходит при 290 ° C, вторая при 350 ° C, третья при 375 ° C и четвертая при 600 ° C. Кроме того, Pb 2 O 3 можно получить разложением PbO 2 при 580–620 ° C и давлении кислорода 1400 атм (140 МПа). Следовательно, термическое разложение диоксида свинца является обычным способом получения различных оксидов свинца. [6]
Диоксид свинца - это амфотерное соединение с преобладающими кислотными свойствами. Он растворяется в сильных оснований с образованием гидрокси метаплюмбаты иона, [Pb (OH) 6 ] 2- : [2]
- PbO 2 + 2 NaOH + 2 H 2 O → Na 2 [Pb (OH) 6 ]
Он также реагирует с основными оксидами в расплаве с образованием ортоплюмбатов M 4 [PbO 4 ].
Из-за нестабильности своего катиона Pb 4+ диоксид свинца реагирует с горячими кислотами, переходя в более стабильное состояние Pb 2+ и высвобождая кислород: [6]
- 2 PbO 2 + 2 H 2 SO 4 → 2 PbSO 4 + 2 H 2 O + O 2
- 2 PbO 2 + 4 HNO 3 → 2 Pb (NO 3 ) 2 + 2 H 2 O + O 2
- PbO 2 + 4 HCl → PbCl 2 + 2 H 2 O + Cl 2
Однако эти реакции протекают медленно.
Диоксид свинца хорошо известен как хороший окислитель , примеры реакций приведены ниже: [7]
- 2 MnSO 4 + 5 PbO 2 + 6 HNO 3 → 2 HMnO 4 + 2 PbSO 4 + 3 Pb (NO 3 ) 2 + 2 H 2 O
- 2 Cr (OH) 3 + 10 KOH + 3 PbO 2 → 2 K 2 CrO 4 + 3 K 2 PbO 2 + 8 H 2 O
Электрохимический [ править ]
Хотя формула диоксида свинца номинально обозначается как PbO 2 , фактическое отношение кислорода к свинцу варьируется от 1,90 до 1,98 в зависимости от метода получения. Дефицит кислорода (или избыток свинца) приводит к характерной металлической проводимости диоксида свинца с удельным сопротивлением всего 10 -4 Ом · см, что используется в различных электрохимических приложениях. Как и металлы, диоксид свинца имеет характерный электродный потенциал , и в электролитах он может быть поляризован как анодно, так и катодно.. Электроды из диоксида свинца имеют двойное действие, то есть ионы свинца и кислорода принимают участие в электрохимических реакциях. [8]
Производство [ править ]
Химические процессы [ править ]
Диоксид свинца производят в промышленных масштабах несколькими способами, которые включают окисление красного свинца (Pb 3 O 4 ) в щелочной суспензии в атмосфере хлора, [6] реакцию ацетата свинца (II) с «хлоридом извести» ( гипохлоритом кальция ), [9] [10] Реакция Pb 3 O 4 с азотной кислотой также дает диоксид: [2] [11]
- Pb 3 O 4 + 4 HNO 3 → PbO 2 + 2 Pb (NO 3 ) 2 + 2 H 2 O
PbO 2 реагирует с гидроксидом натрия с образованием иона гексагидроксоплюмбата (IV) [Pb (OH) 6 ] 2- , также растворимого в воде.
Электролиз [ править ]
Альтернативный метод синтеза - электрохимический : диоксид свинца образуется на чистом свинце в разбавленной серной кислоте при анодной поляризации при потенциале электрода около +1,5 В при комнатной температуре. Эта процедура используется для крупномасштабного промышленного производства анодов PbO 2 . Свинцовый и медный электроды погружают в серную кислоту с расходом 5–10 л / мин. Электроосаждение проводят гальваностатическим способом, прикладывая ток около 100 А / м 2 в течение около 30 минут. Недостатком свинцового электрода является его мягкость, особенно по сравнению с твердым и хрупким PbO 2, который имеет твердость по шкале Мооса 5,5. [12]Несоответствие механических свойств приводит к отслаиванию покрытия. Следовательно, альтернативным методом является использование более твердых субстратов, таких как титан , ниобий , тантал или графит, и нанесение на них PbO 2 из нитрата свинца (II) в статической или проточной азотной кислоте. Подложку перед нанесением обычно подвергают пескоструйной очистке для удаления оксидов и загрязнений с поверхности, а также для увеличения шероховатости поверхности и адгезии покрытия. [13]
Приложения [ править ]
Двуокись свинца используется в производстве спичек , пиротехники , красителей и отверждении сульфидных полимеров . Он также используется при создании высоковольтных грозозащитных разрядников . [6]
Диоксид свинца используется в качестве анодного материала в электрохимии. β-PbO 2 более привлекателен для этой цели, чем форма α, потому что он имеет относительно низкое удельное сопротивление , хорошую коррозионную стойкость даже в среде с низким pH и высокое перенапряжение для выделения кислорода в электролитах на основе серной и азотной кислоты. . Диоксид свинца может также противостоять выделению хлора в соляной кислоте . Аноды из диоксида свинца недороги и когда-то использовались вместо обычных платиновых и графитовых электродов для регенерации дихромата калия.. Они также использовались в качестве кислородных анодов для гальваники меди и цинка в сульфатных ваннах. В органическом синтезе аноды из диоксида свинца применялись для производства глиоксиловой кислоты из щавелевой кислоты в сернокислом электролите. [13]
Наиболее важное применение диоксида свинца - это катод свинцово-кислотных аккумуляторов . Его полезность связана с аномальной металлической проводимостью PbO 2 . Свинцово - кислотные батареи хранит и высвобождает энергию путем сдвига равновесия (а) между конпропорционирование металлического свинца, диоксида свинца, свинца и солей (II) , в серной кислоте .
- Pb + PbO 2 + 2 HSO-
4+ 2 H + → 2 PbSO 4 + 2 H 2 O E ° = +2,05 В
Безопасность [ править ]
Соединения свинца - это яды. [14]
Ссылки [ править ]
- ^ Кроткий, Терри Л .; Гарнер, Лия Д. (01.02.2005). «Электроотрицательность и облигационный треугольник». Журнал химического образования . 82 (2): 325. DOI : 10.1021 / ed082p325 . ISSN 0021-9584 .
- ^ a b c Иглсон, Мэри (1994). Краткая энциклопедия химии . Вальтер де Грюйтер. п. 590. ISBN 978-3-11-011451-5.
- ^ Хайдингер, W. (1845). "Zweite Klasse: Geogenide. II. Ordnung. Baryte VII. Bleibaryt. Plattnerit.". Handbuch der Bestimmenden Mineralogie (PDF) (на немецком языке). Вена: Браумюллер и Зайдель. п. 500.
- ^ a b c Taggard, JE, Jr .; и другие. (1988). «Скутиниит, естественное появление α-PbO 2 из Бингема, Нью-Мексико, США, и Мапими, Мексика» (PDF) . Канадский минералог . 26 : 905.
- ^ Харада, H .; Sasa, Y .; Уда, М. (1981). «Кристаллические данные для β-PbO 2 » (PDF) . Журнал прикладной кристаллографии . 14 (2): 141. DOI : 10,1107 / S0021889881008959 .
- ^ а б в г Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . п. 386. ISBN. 978-0-08-037941-8.
- Перейти ↑ Kumar De, Anil (2007). Учебник неорганической химии . New Age International. п. 387. ISBN. 978-81-224-1384-7.
- ^ Барак, М. (1980). Электрохимические источники энергии: первичные и вторичные батареи . ИЭПП. С. 184 и сл. ISBN 978-0-906048-26-9.
- ^ М. Baulder (1963). «Оксид свинца (IV)». В Г. Брауэре (ред.). Справочник по препаративной неорганической химии, 2-е изд . 1 . Нью-Йорк, Нью-Йорк: Academic Press. п. 758.
- ^ Wiberg, Нильс (2007). Lehrbuch der Anorganischen Chemie [ Учебник неорганической химии ] (на немецком языке). Берлин: де Грюйтер. п. 919. ISBN 978-3-11-017770-1.
- ^ Сатклифф, Артур (1930). Практическая химия для продвинутых студентов (изд. 1949 г.). Лондон: Джон Мюррей.
- ^ «Платтнерит: информация и данные о минералах платтнерита» . www.mindat.org . Проверено 12 апреля 2018 года .
- ^ a b Франсуа Кардарелли (2008). Справочник по материалам: краткий настольный справочник . Springer. п. 574. ISBN 978-1-84628-668-1.
- ^ "ДИОКСИД СВИНЦА" . hazar.com . Проверено 12 апреля 2018 года .
Внешние ссылки [ править ]
- Национальный реестр загрязнителей: свинец и сведения о свинцовых соединениях
