Эти три элемента одной подгруппы резко различаются по свойствам: германий — полупроводник, а олово и свинец — типичные металлы.
Все эти элементы объединяет наличие 18 электронов на предпоследнем энергетическом уровне.
В подгруппе сверху вниз наблюдается повышение устойчивости двухвалентного состояния.
#Германий
Германий более устойчив в четырехвалентном состоянии, для олова характерны оба состояния, а свинцу более свойственно двухвалентное состояние.
Германий имеет алмазоподобную кристаллическую решетку.
Это темно-серое хрупкое вещество с металлическим блеском.
Германий более активен, чем кремний.
Он реагирует при нагревании с кислородом и галогенами, окисляется до GeO2 концентрированными серной и азотной кислотами:
- Ge + O2 t ◦ → GeO2
- Ge + 2Cl2 t ◦ → GeCl4
- Ge + 2H2SO4 → GeO2 + 2SO2↑ + 2H2O
- 3Ge + 4HNO3 → 3GeO2 + 4NO↑ + 2H2O
Гидроксид германия растворим в щелочах, что указывает на его амфотерность:
- Ge(OH)4 + 2KOH → K2GeO3 + 3H2O
#Олово — серебристо-белый мягкий и легкоплавкий металл. Олово интересно своими аллотропными превращениями.
При температуре ниже 13,2 ◦C устойчива неметаллическая форма α-Sn (серое олово). Серое олово имеет алмазоподобную структуру и является изолятором, причем атомы олова находятся в состоянии sp3 -гибридизации.
Белое олово (β-Sn) устойчиво при температуре выше 13,2 ◦C, имеет слоистую структуру, обладает металлической проводимостью, причем атомы олова находятся в состоянии sp2 -гибридизации.
Превращение белого олова в серое, происходящее при низкой температуре, называется оловянной чумой. Металл при этом рассыпается в серый порошок. Наибольшую скорость распространения оловянная чума имеет при температуре −33 ◦C.
Именно в результате разрушения «чумой» паянных оловом сосудов с жидким топливом в 1912 г. погибла экспедиция Р. Скотта к Южному полюсу.
#Химические свойства олова
Разбавленные кислоты медленно реагируют с оловом с образованием солей олова(II).
Соли легко подвергаются гидролизу.
Гидроксид, соответствующий этой степени окисления, проявляет амфотерные свойства, образуя станниты при обработке щелочами:
- Sn + 2HCl → SnCl2 + H2↑
- SnCl2 + H2O ⇄ Sn(OH)Cl + HCl
- Sn(OH)2 + NaOH → Na[Sn(OH)3]
Соединения олова(II) являются сильными восстановителями.
#Свинец — голубовато-серый блестящий металл, тяжелый и очень мягкий.
Практически важным свойством свинца является его способность поглощать рентгеновские лучи и радиоактивное излучение.
На воздухе быстро тускнеет, покрываясь слоем оксида.
#Химические свойства свинца
При нагревании свинец реагирует с серой, кислородом и галогенами:
- 2Pb + O2 t ◦ → 2PbO
- Pb + S t ◦ → PbS
- Pb + Cl2 t ◦ → PbCl2
Свинец очень медленно реагирует с разбавленными кислотами.
Реакция ускоряется в присутствии окислителей.
При взаимодействии с концентрированной серной кислотой образуется растворимый гидросульфат, а при растворении в горячей концентрированной соляной кислоте — комплексная кислота:
- Pb + 3H2SO4 → Pb(HSO4)2 + SO2↑ + 2H2O
- Pb + 4HCl → H2[PbCl4] + H2↑
При действии щелочей на соли свинца образуется белый гидроксид, проявляющий амфотерные свойства:
- Pb(NO3)2 + 2NaOH → Pb(OH)2↓ + 2NaNO3
- Pb(OH)2↓ + 2NaOH → Na2[Pb(OH)4]
Оксид свинца(IV) — сильный окислитель, например:
- 3PbO2 + 2Cr(OH)3 + 10KOH → 2K2CrO4 + 3K2[Pb(OH)4] + 2H2O