Диоксид свинца - Lead dioxide

Диоксид свинца
Образец диоксида свинца
Образец диоксида свинца
Имена
Название ИЮПАК
Оксид свинца (IV)
Другие имена
Оксид свинца
Платтнерит
Идентификаторы
ChemSpider
ECHA InfoCard100.013.795 Отредактируйте это в Викиданных
Номер RTECS
  • OGO700000
UNII
Номер ООН1872
Характеристики
PbO2
Молярная масса239,1988 г / моль
Внешностьтемно-коричневый, черный порошок
Плотность9,38 г / см3
Температура плавления 290 ° С (554 ° F, 563 К) разлагается
нерастворимый
Растворимостьрастворим в уксусная кислота
не растворим в алкоголь
2.3
Структура
шестиугольник
Опасности
Паспорт безопасностиВнешний паспорт безопасности материалов
Repr. Кот. 1/3
Очень токсичен Т + (Т +)
Вредный Xn (Xn)
Опасно для окружающей среды (природы) N (N)
R-фразы (устарело)R61, R20 / 22, R33, R62, R50 / 53
S-фразы (устарело)S53, S45, S60, S61
NFPA 704 (огненный алмаз)
точка возгоранияНегорючий
Родственные соединения
Другой катионы
Углекислый газ
Диоксид кремния
Диоксид германия
Диоксид олова
Связанный вести оксиды
Оксид свинца (II)
Оксид свинца (II, IV)
Родственные соединения
Оксид таллия (III)
Оксид висмута (III)
Если не указано иное, данные для материалов приведены в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N проверить (что проверятьY☒N ?)
Ссылки на инфобоксы

Оксид свинца (IV) это неорганическое соединение с формулой PbO2. Это окись где вести находится в степень окисления из +4.[1] Это темно-коричневое твердое вещество, не растворимое в воде.[2] Он существует в двух кристаллических формах. Он имеет несколько важных приложений в электрохимия, в частности, как положительная пластина свинцово-кислотные батареи.

Характеристики

Физический

Кристаллическая структура α-PbO2
Кристаллическая структура β-PbO2

Диоксид свинца имеет два основных полиморфа, альфа и бета, которые встречаются в природе как редкие минералы. скрутинит и платтнерит соответственно. В то время как бета-форма была обнаружена в 1845 году,[3] α-PbO2 был впервые обнаружен в 1946 году и обнаружен как природный минерал в 1988 году.[4]

Альфа-форма имеет ромбический симметрия космическая группа ПБХН (№60), Символ Пирсона oP12, постоянные решетки а = 0,497 нм, б = 0,596 нм, c = 0,544 нм, Z = 4 (четыре формульные единицы на элементарную ячейку).[4] Атомы свинца шестикоординатные.

Симметрия бета-формы равна четырехугольный, космическая группа P42/ мм (№ 136), Символ Пирсона tP6, постоянные решетки а = 0,491 нм, c = 0,3385 нм, Z = 2[5] и связанные с рутил структура и может быть представлена ​​как содержащая столбцы октаэдров, разделяющих противоположные края и соединенных с другими цепочками углами. Это контрастирует с альфа-формой, где октаэдры соединены смежными ребрами, образуя зигзагообразные цепочки.[4]

Химическая

Диоксид свинца разлагается при нагревании на воздухе следующим образом:

24 PbO2 → 2 Pb12О19 + 5 O2
Pb12О19 → Pb12О17 + O2
2 Pb12О17 → 8 Pb3О4 + O2
2 Pb3О4 → 6 PbO + O2

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, Pb2О3 можно получить разложением PbO2 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 амфотерный соединение с преобладающими кислотными свойствами. Растворяется в сильных основаниях с образованием гидроксиотвес ион, [Pb (OH)6]2−:[2]

PbO2 + 2 NaOH + 2 Н2O → Na2[Pb (OH)6]

Он также реагирует с основными оксидами в расплаве, давая ортоплюмбаты M4[PbO4].

Из-за нестабильности его Pb4+ катион, диоксид свинца реагирует с горячими кислотами, превращаясь в более стабильный Pb2+ состояние и высвобождение кислорода:[6]

2 PbO2 + 2 ЧАС2ТАК4 → 2 PbSO4 + 2 часа2О + О2
2 PbO2 + 4 HNO3 → 2 Pb (НЕТ3)2 + 2 часа2О + О2
PbO2 + 4 HCl → PbCl2 + 2 часа2O + Cl2

Однако эти реакции протекают медленно.

Двуокись свинца хорошо известна как окислитель, с примерами реакций, перечисленными ниже:[7]

2 MnSO4 + 5 PbO2 + 6 HNO3 → 2 HMnO4 + 2 PbSO4 + 3 Pb (НЕТ3)2 + 2 часа2О
2 Cr (ОН)3 + 10 КОН + 3 ПБО2 → 2 K2CrO4 + 3 тыс.2PbO2 + 8 часов2О

Электрохимический

Хотя формула диоксида свинца номинально обозначается как PbO2фактическое отношение кислорода к свинцу варьируется от 1,90 до 1,98 в зависимости от метода подготовки. Дефицит кислорода (или избыток свинца) приводит к характерному металлическому проводимость диоксида свинца, с удельное сопротивление всего 10−4 Ом · см, который используется в различных электрохимических приложениях. Как и металлы, диоксид свинца имеет характеристику электродный потенциал, И в электролиты он может быть поляризован как анодно и катодно. Электроды из диоксида свинца имеют двойное действие, то есть ионы свинца и кислорода принимают участие в электрохимических реакциях.[8]

Производство

Химические процессы

Диоксид свинца производят в промышленных масштабах несколькими способами, в том числе окислением красный свинец (Pb3О4) в щелочной суспензии в атмосфере хлора,[6] реакция свинец (II) ацетат с «хлорной извести» (гипохлорит кальция ),[9][10] Реакция Pb3О4 с азотная кислота также содержит диоксид:[2][11]

Pb3О4 + 4 HNO3 → PbO2 + 2 Pb (НЕТ3)2 + 2 часа2О

PbO2 реагирует с гидроксид натрия с образованием иона гексагидроксоплюмбата (IV) [Pb (OH)6]2−, растворим в воде.

Электролиз

Альтернативный метод синтеза: электрохимический: диоксид свинца образуется на чистом свинце, в разбавленном серная кислота при анодной поляризации при потенциале электрода около +1,5 В при комнатной температуре. Эта процедура используется для крупномасштабного промышленного производства PbO.2 аноды. Свинец и медь электроды погружают в серную кислоту со скоростью 5–10 л / мин. Электроосаждение проводится гальваностатически, приложив ток около 100 А / м2 около 30 минут. Недостатком свинцового электрода является его мягкость, особенно по сравнению с твердым и хрупким PbO.2 который имеет Твердость по Моосу из 5.5.[12] Несоответствие механических свойств приводит к отслаиванию покрытия. Таким образом, альтернативным методом является использование более твердых материалов, таких как титан, ниобий, тантал или графит и депонировать PbO2 на них из нитрат свинца (II) в статической или проточной азотной кислоте. Подложка обычно пескоструйный перед нанесением для удаления оксидов и загрязнений с поверхности, а также для увеличения шероховатости поверхности и адгезии покрытия.[13]

Приложения

Диоксид свинца используется в производстве совпадения, пиротехника, красители и лечение сульфид полимеры. Он также используется при строительстве высоковольтных молниеотводы.[6]

Диоксид свинца используется как анод материал в электрохимии. β-PbO2 является более привлекательной для этой цели, чем α-форма, поскольку имеет относительно низкую удельное сопротивление, хороший коррозия сопротивление даже в низко-pH средний и высокий перенапряжение для выделения кислорода в электролитах на основе серной и азотной кислоты. Диоксид свинца также может противостоять хлор эволюция в соляная кислота. Аноды из диоксида свинца недороги и когда-то использовались вместо обычных. платина и графит электроды для регенерации дихромат калия. Они также применялись в качестве кислородных анодов для гальваника медь и цинк в сульфатных ваннах. В органическом синтезе аноды из диоксида свинца применялись для производства глиоксиловая кислота из Щавелевая кислота в сернокислотном электролите.[13]

Наиболее важное использование диоксида свинца в качестве катода свинцово-кислотные батареи. Его полезность связана с аномальной металлической проводимостью PbO.2. В свинцово-кислотные батарея накапливает и высвобождает энергию, сдвигая равновесие (пропорциональное соотношение) между металлическим свинцом, диоксидом свинца и солями свинца (II) в серная кислота.

Pb + PbO2 + 2 HSO−
4 + 2 часа+ → 2 PbSO4 + 2 часа2О   E° = +2,05 В

Безопасность

Соединения свинца - это яды.[14]

Рекомендации

  1. ^ Кроткий, Терри Л .; Гарнер, Лия Д. (01.02.2005). «Электроотрицательность и облигационный треугольник». Журнал химического образования. 82 (2): 325. Дои:10.1021 / ed082p325. ISSN  0021-9584.
  2. ^ а б c Иглсон, Мэри (1994). Краткая энциклопедия химии. Вальтер де Грюйтер. п. 590. ISBN  978-3-11-011451-5.
  3. ^ Хайдингер, В. (1845). "Zweite Klasse: Geogenide. II. Ordnung. Baryte VII. Bleibaryt. Plattnerit.". Handbuch der Bestimmenden Mineralogie (PDF) (на немецком). Вена: Браумюллер и Зайдель. п. 500.
  4. ^ а б c Taggard, J. E., Jr .; и другие. (1988). "Скутинит, природное присутствие α-PbO2 из Бингема, Нью-Мексико, США, и Мапими, Мексика " (PDF). Канадский минералог. 26: 905.
  5. ^ Harada, H .; Sasa, Y .; Уда, М. (1981). "Кристаллические данные для β-PbO2" (PDF). Журнал прикладной кристаллографии. 14 (2): 141. Дои:10.1107 / S0021889881008959.
  6. ^ а б c d Гринвуд, Норман Н.; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. п. 386. ISBN  978-0-08-037941-8.
  7. ^ Кумар Де, Анил (2007). Учебник неорганической химии. New Age International. п. 387. ISBN  978-81-224-1384-7.
  8. ^ Барак, М. (1980). Электрохимические источники энергии: первичные и вторичные батареи.. ИЭПП. С. 184 и сл. ISBN  978-0-906048-26-9.
  9. ^ М. Баулдер (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.
  10. ^ Виберг, Нильс (2007). Lehrbuch der Anorganischen Chemie [Учебник неорганической химии] (на немецком). Берлин: де Грюйтер. п. 919. ISBN  978-3-11-017770-1.
  11. ^ Сатклифф, Артур (1930). Практическая химия для продвинутых студентов (Изд. 1949 г.). Лондон: Джон Мюррей.
  12. ^ «Платтнерит: информация и данные о минералах платтнерита». www.mindat.org. Получено 12 апреля 2018.
  13. ^ а б Франсуа Кардарелли (2008). Справочник по материалам: краткий настольный справочник. Springer. п. 574. ISBN  978-1-84628-668-1.
  14. ^ «ДИОКСИД СВИНЦА». hazar.com. Получено 12 апреля 2018.

внешняя ссылка