Файл: Вишневский Л.Д. Под знаком углерода. Элементы IV группы периодической системы Д. И. Менделеева пособие для учащихся.pdf

мне примесей и извлечение благородных металлов. На первой стадии (обезмеживание) выделяют медь. С по­ мощью окислительного рафинирования на второй стадии отделяют олово, мышьяк и сурьму. На стадии обессеребривания извлекают серебро п золото. Следующими ста­ диями рафинирования являются удаление цинка и вис­ мута. При такой последовательной очистке свинца дости­ гается чистота 99,995%. При получении свинца более глубокой очистки применяют электролитическое рафини­ рование.

Легко получить свинец в лабораторных условиях при восстановлении его оксидов водородом. В стеклянную трубку помещают 3—4 г какого-либо оксида свинца (РЬО, РЬ3С>4, РЬ20 3 или РЬОо) и при нагревании через трубку пропускают водород (рис. 23). Оксиды свинца — непрочные соединения, и восстановление хорошо идет уже при 200—250°С. Свинец получается в виде серого порошка. Для получения свинца в сплавленном виде вос­ становление нужно вести при 500—600°С. В этом режиме восстановления свинец получается в виде небольших капель.

4. ПОЛУЧЕНИЕ МЕТАЛЛОВ ПОДГРУППЫ ТИТАНА

Большинство металлов в настоящее время получают из оксидов, восстанавливая их углеродом, водородом, оксидом углерода СО или такими активными металлами, как алюминий. Эти методы для получения металлов под­ группы титана неприемлемы, так как оксиды этих эле­ ментов очень прочные.

Углерод восстанавливает оксид титана ТЮ2 до ме­ талла, но металл получается хрупким, так как он сильно загрязнен карбидом титана TiC. Водород, а также оксид углерода восстанавливает при высоких температурах ок­ сид титана ТЮ2 только до оксида титана Т120з:

2ТЮ2 + Н2 = Т120 3 + Н20

Алюминотермическим методом металлы подгруппы титана получить также нельзя, так как их сродство к ки­ слороду примерно такое же, как и у алюминия. Нельзя металлы подгруппы титана выделить и электролизом водных растворов солей, так как после образования на

58

катоде тончайшей пленки металла на ней начинает вы­ деляться водород и дальнейшее выделение металла пре­ кращается.

Теоретически все металлы, стоящие в ряду напряже­ ний до водорода, не должны получаться при электроли­ зе водных растворов их солей. Однако многие из них, на­ пример железо, цинк, кадмий, олово, легко получаются при электролизе их солей. Объясняется это тем, что во­ дород на этих металлах выделяется с большим трудом — с «перенапряжением», при более отрицательных потен­ циалах по сравнению с потенциалами выделения пере­ численных металлов. Таким образом водород и некото­ рые металлы в ряду напряжений как бы меняются ме­ стами.

Титан и цирконий, так же как железо, цинк и т. д., расположены в ряду напряжений до водорода. Но водо­ род на титане и цирконии выделяется при более положи­ тельных потенциалах, без «перенапряжения». Поэтому при электролизе раствора солей титана и циркония на катоде практически выделяется не металл, а водород.

Меньшей прочностью по сравнению с оксидами обла­ дают галогениды, которые и являются исходными веще­ ствами для получения металлов подгруппы титана.

Наиболее чистые металлы получают иодидным мето­ дом, который был предложен в 1924 г. Ван-Аркелем и де Буром. Метод заключается в разложении иодидов этих металлов при высоких температурах (около 1500°С):

Zrl4= Zr + 2I2

Прибор для разложения состоит из стеклянного или металлического резервуара, внутри которого натянута тонкая вольфрамовая нить, раскаляемая электрическим током (рис. 24). На дно резервуара помещают загряз­ ненный металл, например полученный восстановлением оксидов углеродом, т. е. загрязненный карбидами ме­ таллов. В резервуар вносят небольшое количество иода, создают неглубокий вакуум и разогревают вольфрамо­ вую нить. При этом происходит взаимодействие металла с иодом:

Zr + 2Ia= Z rI4

Пары иодида циркония заполняют прибор и разлага­ ются на вольфрамовой нити. Металл в виде кристаллов остается на нити, а иод с загрязненным металлом дает снова иодид. Таким образом, в течение многих часов нить

59

кость титану и цирконию. На получение металлов этим методом расходуется большое количество электрической энергии, особенно в конце процесса, когда образуется стержень значительной толщины.

Иодидный метод применяют главным образом для получения циркония, который нужен для промышленно­ сти в особо чистом виде. Для получения титана применя­ ют более дешевый метод — восстановление тетрахлорида

титана магнием:

60

ЭЛЕМЕНТОВ

IV ГРУППЫ

СГАЛОГЕНАМИ

1.ГАЛОГЕНОПРОИЗВОД­ НЫЕ УГЛЕРОДА И ЭЛЕМЕН­ ТОВ ПОДГРУППЫ

КРЕМНИЯ

Наряду с оксидами галогениды углерода и элементов подгруппы кремния наиболее распространенные сое­

динения, особенно хлориды. Свойства хлоридов, как и других'галогенидов, закономерно изменяются с увеличе­ нием атомных масс (табл. 6).

Все хлориды элементов подгруппы кремния при ком­ натной температуре — бесцветные жидкие вещества. С увеличением атомных масс элементов плотность, тем­ пературы плавления и кипения возрастают, но устойчи­ вость вещества падает. Так, тетрахлорид свинца при на­ гревании даже взрывается, так как его реакция разло­ жения протекает очень быстро, с самоускорением:

РЬС14 = РЬС12+ С12

Реакционная способность хлоридов с увеличением мо­ лекулярной массы также увеличивается. Например, все они подвергаются гидролизу, особенно SnCU и РЬСЦ.

63