Тяжелые металлы

Просмотров: 3309Комментарии: 0
Сведения из неорганической химии

К тяжелым металлам, краткая характеристика которых дана ниже, относятся: медь, серебро, золото, цинк, кадмий, цирконий, олово, свинец, сурьма, висмут, хром, марганец, железо, кобальт, никель.

Медь. В металлическом состоянии медь встречается в природе значительно реже, чем в соединениях. Наиболее важные медные руды — это медный колчедан Cu2S * Fe2S3 и медный блеск Cu2S (см. серу). Другими медными рудами являются основные карбонаты меди: малахит CuCO3*Cu(ОН)2—красивый зеленый камень с темными прожилками и азурит 2CuCO3*Cu(ОН)2, а также красная медная руда — куприт Cu2O.

Чистая медь представляет собой металл своеобразного красного, цвета. Она образует два ряда соединений: соединения закиси, где медь одновалентна, — Cu2O и соединения окиси, где она двухвалентна, — CuО. При нагреве медных опилок выше 300°С медь начинает покрываться черным налетом окиси меди, но при ярко-красном калении она переходит в бурую закись меди. Окись меди получается также при разложении основной углемедной соли или нитрата меди.

Сульфат меди CuSO4 в безводном состоянии — белый порошок, который синеет при поглощении воды. Из водных растворов сульфат кристаллизуется с пятью молекулами воды CuSO4*2O (медный купорос).

Нитрат меди Cu(NO3)2*ЗН2O получается при растворении меди в азотной кислоте HNO3.

Ацетат меди Cu2(C2H3O2)2, т.е соль уксусной кислоты (органической), получается при действии уксусной кислоты на металлическую медь или на ее окись. В продаже эта соль представляет собой смесь основных солей различного состава и цвета (сине-зеленого) и носит название ярь-медянка, идущая для получения глазурей «восстановительного огня» и для масляных красок.

Двухвалентная окись меди применяется для получения медного рубинового стекла (глазури). Для этого небольшое количество окиси меди СuО растворяют в расплавленном стекле вместе с каким-нибудь восстановителем, большей частью с окисью олова (двухвалентной). Сначала образуется бесцветное стекло, которое при вторичном нагреве («наводке») приобретает красный цвет.

Серебро. Наиболее важными серебряными рудами являются сульфидные: серебряный блеск Ag2S и хлорид серебра AgCl, или роговое серебро.

Легкорастворимой солью является нитрат AgNO3 (ляпис), получающийся путем растворения серебра в азотной кислоте.

В керамике соединения серебра применяются для серебрения изделий и для изготовления глазурей «восстановительного огня», в которых соединения легко восстанавливаются.

Золото. Встречается в природе в самородном состоянии, главным образом вкрапленным в кварцевые горные породы или пески. Оно не изменяется даже при сильном нагреве. Ему соответствуют два окисла: Au2O (закись золота) и Au2O3 (окись золота), а следовательно, и два ряда соединений. Более устойчивы трехвалентные соединения.

Золото применяется в виде специальных составов для получения пурпура и золотых препаратов для надглазурного декорирования (глянцгольди др.)

Известное золотое рубиновое стекло темно-красного цвета содержит металлическое золото в виде тончайших так называемых коллоидных частичек.

Цинк. Наиболее часто встречающиеся цинковые руды — это галмей ZnCO3 ицинковая обманка ZnS. В качестве цинковых руд имеют некоторое значение и силикаты цинка (кремнекислые соединения), например кремнекислый галмей Zn2SiO4 * Н2O и виллемит Zn2SiO4.

При комнатной температуре цинк довольно ломок, но при 100— 110°С он становится тягучим и прокатывается в листы. Выше 200—210°С он делается настолько хрупким, что его можно растирать в порошок.

В соединениях цинк всегда двухвалентен. Его окисью является ZnО, которая встречается в природе в виде красной цинковой руды — цинкита. Цвет ее обусловлен присутствием марганца. Сама окись имеет белый цвет. Для технических целей ее получают сжиганием металлического цинка и применяют в качестве краски (цинковые белила).

Окись цинка является немаловажной составляющей многих глазурей, особенно фаянсовых и кристаллических (см. гл. 19). Этот окисел тугоплавок.

Известны такие соединения цинка, как цинковый купорос ZnSO4*7H2O, карбонат цинка ZnCO3 и многие другие. Реактивный карбонат цинка представляет собой совершенно белый порошок, не растворяющийся в воде. В сухом состоянии он начинает выделять СO2 уже при 150°С.

Кадмий. Встречается вместе с цинком в цинковых рудах в виде сульфида кадмия CdS. Последний можно получить искусственным путем в виде красивых кристаллов при прокаливании окиси кадмия CdO с серой S. Сульфид кадмия применяется в качестве желтой краски в художественной живописи. Эта краска (кадмиевая желтая) ценится за свою яркость и прочность.

В керамике кадмий применяется для приготовления ярко-красных и оранжевых пигментов. При легком прокаливании (~350°С) смеси, состоящей из 80% углекислого кадмия, 5,5% металлического селена и 14,5% серы, получается красный (селеновый) пигмент.

Кроме углекислого кадмия, все его соли растворяются в воде. Соли кадмия ядовиты.

При нагреве карбонат кадмия легко разлагается на CdO и СO2 (уже при 357°С). При нагреве до 700°С окись кадмия начинает возгоняться, не плавясь. При более сильном нагреве от нее отщепляется кислород. Кадмий легко восстанавливается углеродом и окисью углерода (начиная с 700°С), что имеет значение при получении глазурей «восстановительного огня».

Цирконий. При комнатной температуре этот металл достаточно устойчив по отношению к воде и к воздуху и трудно поддается действию кислот. Из циркониевых соединений большое распространение в керамике получил обогащенный минерал циркон ZrO2*SiO2, применяемый в специальных видах фарфора, а также как «глушитель» белых и окрашенных эмалей.

Олово. В природе встречается в виде SnO2 — оловянного камня и весьма редко — в самородном состоянии. Олово образует два окисла — окись олова SnO и двуокись олова SnO2. В двухвалентном состоянии оно проявляет себя больше как металл, а в четырехвалентном может рассматриваться и как неметалл (металлоид).

Нагревая металлическое олово при недостатке воздуха, можно получить SnO — темно-бурый порошок. Гидрат окиси олова — амфотерное соединение, легко растворяющееся как в кислотах, так и в щелочах. Двухвалентным хлоридом олова SnCl2 пользуются как хорошим восстановителем. Для керамистов имеет большое значение двуокись олова (см. Сырьевые материалы для изготовления глазурей и эмалей).

Свинец. Наиболее важной рудой, из которой добывают свинец, является свинцовый блеск PbS, или сульфид свинца.

Эта руда одновременно дает серебро, ибо оно всегда сопровождает ее (в количестве до 1%). Кроме этой руды, известны рудные свинцовые белила РЬСO3, красная свинцовая руда, содержащая хром: РЬСO4 — хромат свинца. Все растворимые соединения свинца, такие как РЬ(С2Н3O2)2—уксуснокислый свинец, или свинцовый сахар, названный так из-за сладкого вкуса, а также азотнокислый свинец Pb(NO3)2 — весьма ядовиты. Свинец образует два простых окисла: РЬО и РЬO2 и два смешанных: РЬ2O3 и РЬ3O4.

Свинцовые соединения имеют большое значение для керамики, особенно при получении декоративных легкоплавких глазурей.

Сурьма. В природе встречается главным образом в виде сурьмяного блеска Sb2S3 и изредка в самородном состоянии. Она дает в основном два окисла (ангидрида): сурьмянистый Sb2O3 и сурьмяный Sb2O5. Сурьмянистый ангидрид реагирует как с кислотой, так и со щелочью, являясь, таким образом, амфотерным окислом.

Трехокись сурьмы представляет собой белый нерастворимый в воде порошок, температура плавления которого 656°С. При нагреве он окрашивается в желтый цвет, а при остывании становится снова белым. При накаливании с углем он восстанавливается до металлического состояния.

Пятиокись сурьмы представляет собой желтый порошок. При нагреве она отщепляет кислород и переходит в четырех-окись Sb2O4.

В керамике окислы сурьмы применяют как сырье для получения эмалей и матовых глазурей.

Висмут. Из висмутовых соединений на первом месте по распространенности в природе стоят висмутовый блеск Bi2S3 и так называемая висмутовая охра Bi2O3. Висмут встречается также и в самородном состоянии. Это блестящий красноватый хрупкий металл с весьма низкой точкой плавления (271°С).

Трехокись висмута Bi2O3 образуется при сжигании металла или при разложении от нагрева азотнокислых и углекислых солей. Это желтоватый порошок, плавящийся при 817°С. При нагреве он приобретает красновато-коричневую окраску. Трехокись обладает основными свойствами и с кислотами дает соли трехвалентного висмута, например нитрат висмута Bi(NO3)3*5H2O, который выкристаллизовывается из раствора висмута в азотной кислоте.

Кроме трехокиси, известна и пятиокись Bi2O5, имеющая слабые кислотные свойства.

В керамике соединения висмута используются в качестве флюсных материалов при золочении фарфора и фаянса, а также для люстра (см. Некоторые способы декорирования керамики).

Трехокись висмута довольно легко восстанавливается до металла:

Bi2O3 + 3C = 2Bi + 3CO.

При обжиге керамического изделия, декорированного висмутовым люстром, он легко восстанавливается (под воздействием углерода масел и канифоли), в результате чего образуется молекулярно тонкая пленка металлического висмута на стекле (глазури), отливающая перламутровым цветом.

Хром. Важной хромовой рудой является хромистый железняк; это двойное соединение двухвалентной окиси железа и трехвалентной окиси хрома (FeO*Cr2O3). Некоторое техническое значение имеет и красноватая свинцовая руда PbCrO.

Известны три окисла хрома: закись хрома CrO, окись хрома Сг2O3 и хромовый ангидрид СrO3. Первый имеет основной характер, второй проявляет амфотерные свойства, а третий является кислотным окислом. Для них известны и три ряда соединений.

Окись хрома Сг2О3 представляет собой весьма тугоплавкое вещество зеленого цвета (см. Сырьевые материалы для изготовления глазурей и эмалей); в керамике, кроме зеленой окраски, дает и другие, что зависит от характера остальных компонентов, составляющих силикат или глазурь.

В водном растворе существуют две хромовые кислоты: хромовая Н2CrO4 и двухромовая Н2Сг2O7 (или дихромовая). Соответствующие им устойчивые соли называют хроматами (монохроматами) и бихроматами; они обладают сильными окислительными свойствами. Соли хромовых кислот ядовиты.

Хроматы имеют желтую окраску, например так называемый желтый крон, или крокоит РЬCrO4. В щелочах хромат свинца заметно растворим. В природе встречается также рубиново-красный хромат РЬCrO4 * 2РЬО.

Хромат натрия Na2CrO4 образует желтые кристаллы, содержащие воду, а хромат калия К2СrO4 дает лимонно-желтые кристаллы без воды. При нагреве выше 670°С он переходит в красную модификацию, плавящуюся при 970°С. Хромат калия легко растворяется в воде.

Бихромат калия К2Сг3O7 кристаллизуется без воды; он представляет собой апельсинно-красные кристаллы. При нагреве в водном растворе его растворимость сильно увеличивается с повышением температуры: от 5 г при 0°С до 95 г при 100°С. Сухая соль при нагреве до 396°С плавится.

Бихромат калия обладает интересным свойством. Находясь совместно с желатиной, он задубливает ее на свету, на чем основано применение их в фотокерамике.

Марганец. Это распространенный тяжелый металл. Важнейшей из марганцевых руд является пиролюзит МnO2. Имеют значение и другие окислы, а также карбонат МnСO3

— марганцевый шпат.

Марганцу соответствуют пять окислов: МnО, Мn2O3, МnO2, МnO3, Мn2O7, а кроме того, — смешанный окисел Мn3O4. Свойства этих окислов изменяются так, что чем выше валентность, тем он более кислый. Если МnО и Мn2O3 — основные окислы, то Мn2O7 — ангидрид кислоты. Двуокись марганца амфотерна; кислотные и основные свойства выражены слабо.

Двуокись марганца является хорошим окислителем. При нагреве на воздухе свыше 530—540°С она отщепляет кислород, но особенно энергично кислород отщепляется в присутствии восстанавливающих веществ.

Пиролюзит применяют в керамике в качестве красителя, в основном для коричневых глазурей. В средние века он получил название браунштейн (коричневый камень), которое дано, по-видимому, алхимиками, наблюдавшими образование на глиняных изделиях коричневой глазури.

Соли двухвалентного марганца обычно окрашены в слабо-розовый цвет.

Хлорид марганца МnСl2 хорошо растворяется в воде. При 650°С он плавится, а при нагреве в струе водяного пара переходит в Мn2O3.

Сульфат марганца MnSO4 — устойчивая соль, хорошо растворяемая в воде. В безводном состоянии она имеет белый цвет, а выкристаллизованная из водного раствора — розовый.

Карбонат марганца МnСO3 почти не растворяется в воде. При нагреве в сухом состоянии он весьма легко разлагается. При нагреве даже до 100°С он диссоциирует (разлагается) на МnО и СO2, что имеет значение для получения так называемых вспученных глазурей.

При длительном прокаливании на воздухе карбонат переходит в Мn3O4, а в кислороде — в Мn2O3.

Нитрат марганца Mn(NO3)2 можно получить безводным, но он кристаллизуется и с тремя, и с шестью молекулами воды. В воде хорошо растворяется, выделяя тепло.

Известны так называемые перманганаты щелочных, щелочноземельных и тяжелых металлов.

Перманганат калия КМnO4, в котором марганец семивалентен, образует темно-красные кристаллы и служит как окисляющее средство.

Силикат марганца MnSiO3 (МnО * SiO2) встречается в природе в виде минерала роданита; это розово-красные игольчатые кристаллы, если минерал чист.

Окисел МnO2 может соединяться с окислами многих металлов, в том числе щелочноземельных, давая манганаты. Например, при сплавлении с окисью кальция получаются окрашенные соединения: 2СаО * МnO2; СаО * МnO2.

Железо. Железными рудами, имеющими промышленное значение, являются магнитный железняк (магнетит) Fe3O4, красный железняк Fe2O3, бурый железняк Fe(OH)3*Fe2O3, шпатовый железняк FeCO3 и железный колчедан FeS2 (пирит), идущий главным образом для получения серной кислоты. В глинах железо находится в виде пирита, в виде окиси и гидроокиси.

Железо в основном образует два вида соединений, которые отвечают соответствующим окислам: закиси FeO и окиси Fe2O3. Помимо этих окислов, существует смешанный — закись-окись Fe3O4, или FeO*Fe2O3 — железная окалина, имеющая почти черный цвет. Чистая окись железа Fe2O3 получается путем прокаливания сульфата железа. Последний окисляется даже на воздухе и из соли зеленоватого цвета переходит в желто-бурую, свойственную трехвалентным соединениям железа.

Кобальт. В природе обычно встречается совместно с мышьяком в минералах: кобальтовом блеске CoAsS и шпейсовом кобальте CoAs2.

Кобальт дает два простых окисла: закись кобальта СоО и окись кобальта Со2O3 и один смешанный: закись-окись Со3O4 (СоОСо2O3) — черного цвета. При прокаливании нитрата кобальта с сульфатом алюминия Al2(SO4)3 получается синий краситель (тенарова синь СоО*Аl2O3), который служит пигментом для синих керамических красок (шпинель).

Известная уже в древности египтянам и римлянам смальта приготовлялась сплавлением кобальтовых окисей или обожженных руд с песком (SiO2) и поташем (К2СO3). По остывании и измельчении в порошок это кобальтовое стекло дает очень красивую синюю краску, пригодную для окрашивания стекол, керамического черепка, глазурей и эмалей. Хорошая кобальтовая краска изготовляется из окиси кобальта, двуокиси олова и кремневой кислоты. Это смесь синего ортосиликата кобальта 2СоО*SiO2 и темного сине-зеленого ортостанната кобальта 2CoO*SnO2.

Зеленая кобальтовая краска делается с алюминатом кобальта 4СоО*ЗАl2O3, получающимся под расплавленным хлоридом калия КСl при 1200°С.

Окись цинка (ZnO), смоченная раствором кобальтовой соли, а затем прокаленная, дает зеленый порошок.

При нагреве гидроокиси или карбоната двухвалентного кобальта без доступа воздуха получается СоО в виде оливково-зеленого порошка. Окись кобальта Со2O3 коричневого цвета получается путем весьма осторожного обезвоживания соответствующих гидратов. Она легко отщепляет кислород и переходит в черную закись-окись Со3O4. При сильном прокаливании все окислы переходят в закись СоО.

Никель. В природе находится главным образом в соединении с серой, мышьяком и сурьмой, например в виде желтого никелевого колчедана NiS или красного никелевого колчедана NiAs

Для никеля назовем два окисла - закись никеля NiO и окись никеля Ni2O3. Закись никеля образуется при сильном прокаливании карбоната или нитрата никеля и представляет собой зеленый порошок, нерастворимый в воде. В керамике NiO применяется для красок и эмалей, давая в зависимости от состава флюса серовато-коричневые тона, переходящие в травянисто-зеленые. Обычные стекла она окрашивает в серый цвет.

Никель образует ряд простых солей, в которых он только двухвалентен. Соли окрашены в зеленый цвет и при растворении дают зеленые растворы.

Карбонат никеля NiCO3*6H2O является исходным материалом для приготовления керамических красок и получения других соединений никеля.

Оставьте комментарий!

grin LOL cheese smile wink smirk rolleyes confused surprised big surprise tongue laugh tongue rolleye tongue wink raspberry blank stare long face ohh grrr gulp oh oh downer red face sick shut eye hmmm mad angry zipper kiss shock cool smile cool smirk cool grin cool hmm cool mad cool cheese vampire snake excaim question


Комментарий будет опубликован после проверки

     

  

(обязательно)