Нитрат свинца(II)

Нитрат свинца(II)
Динитрат свинца
Нитрат свинца(II): химическая формула
Нитрат свинца(II): вид молекулы
Lead(II)-nitrate-unit-cell-3D-balls.pngLead(II)-nitrate-xtal-3D-SF.png
Общие
Систематическое наименование нитрат свинца(II)
Химическая формула Pb(NO3)2
Физические свойства
Состояние (ст. усл.) бесцветное вещество
Молярная масса 331.2 г/моль
Плотность (20 °C) 4,53 г/см³
Термические свойства
Температура плавления (разл.) 270 °C
Температура вспышки негорюч °C
Химические свойства
Растворимость в воде (20 °C) 52 г/100мл

(100 °C) 127 г/100 мл

Растворимость в остальных веществах в азотной кислоте, этаноле: нерастворим
Оптические свойства
Показатель преломления 1.782[1]
Структура
Координационная геометрия кубооктаэдрическая
Кристаллическая структура гранецентрированная кубическая
Классификация
Рег. номер CAS 10099-74-8
Номер ООН 1469
RTECS OG2100000
Безопасность
Токсичность
NFPA 704.svg

ТоксичныйОкислительОпасен для окружающей среды

Нитрат свинца(II) (динитрат свинца) — неорганическое химическое соединение с химической формулой Pb (NO3)2. В обычном состоянии — бесцветные кристаллы или белый порошок. Хорошо растворим в воде.

Содержание

История

Исторически первое промышленное применение нитрата свинца (II) — это использование его в качестве сырья при производстве свинцовых пигментов, таких, как «хром желтый» (хромат свинца(II)), «хром оранжевый» (гидроксид-хромат свинца(II)) и аналогичных соединений свинца. Эти пигменты использовались для крашения текстильных изделий[2].

В 1597 немецкий алхимик Андреас Либавиус первым описал нитрат свинца, дав ему название plumb dulcis и calx plumb dulcis, что означает «сладкий свинец» из-за его вкуса[3].

Процесс производства был и остается химически простым — растворение свинца в aqua fortis (азотная кислота), а затем очистка осадка. Тем не менее, производство оставалось мелким на протяжении многих веков, а о промышленном производстве в качестве сырья для производства других соединений свинца не сообщалось до 1835[4][5]. В XIX веке динитрат свинца стали производить на коммерческой основе в Европе и Соединенных Штатах.

В 1974 году в США потребление соединений свинца, за исключением пигментов и добавок в бензин, было 642 тонн[6].

Физические свойства

Нитрат свинца хорошо растворяется в воде (52,2 г/100 г воды) с поглощением тепла, плохо растворяется в этиловом и метиловом спиртах, ацетоне.

Кристаллическая структура динитрата свинца, плоскость [111]

Кристаллическая структура

Нитрат свинца образует бесцветные диамагнитные кристаллы, плотность 4,530 г/см³, кубическая сингония, пространственная группа Pa3, а = 0,784 нм, Z=4. Каждый атом свинца окружён двенадцатью атомами кислорода (длина связи 0,281 нм). Все длины N—O связей одинаковы — 0,127 нм.

Интерес исследователей к кристаллической структуре нитрата свинца был основан на предположении свободного вращения нитратных групп в кристаллической решетке при высоких температурах, но это не подтвердилось[7].

Кроме кубической разновидности нитрата свинца была получена моноклинная форма, которая плохо растворима в воде даже при нагревании.

Получение

Динитрат свинца не встречается в природе. Промышленные и лабораторные методы его получения сводятся к растворению в разбавленной азотной кислоте свинца, его оксида или гидроксида:

~\mathsf{3Pb + 8HNO_3 \longrightarrow 3Pb(NO_3)_2 + 2NO\uparrow + 4H_2O}
~\mathsf{PbO + 2HNO_3 \longrightarrow Pb(NO_3)_2 + H_2O}
~\mathsf{Pb(OH)_2 + 2HNO_3 \longrightarrow Pb(NO_3)_2 + 3H_2O}

кислоту берут с избытком для подавления гидролиза и снижения растворимости нитрата свинца.

При очистке азотной кислотой отходов, содержащих свинец, например, при обработке свинцово-висмутных отходов на заводах, образуется динитрат свинца как побочный продукт. Эти соединения используются в процессе цианирования золота[8].

Химические свойства

Динитрат свинца хорошо растворяется в воде, давая бесцветный раствор[9]. Растворимость сильно увеличивается при нагревании:

Растворимость в воде, г/100 г 45,5 52,2 58,5 91,6 116,4
Температура, °C 10 20 25 60 80

Водный раствор диссоциирует на катионы свинца и нитрат-анионы:

~\mathsf{Pb(NO_3)_2 \rightleftarrows Pb^{2+} + 2NO_3^- }

Раствор нитрата свинца(II) подвергается гидролизу и имеет слабокислую реакцию, которая имеет показатель рН от 3,0 до 4,0 для 20 % водного раствора[10]. При избытке ионов NO3 в растворе образуются нитратокомплексы [Pb(NO3)3], [Pb(NO3)4]2− и [Pb(NO3)6]3−. При повышении pH раствора образуются гидроксонитраты переменного состава Pb(OH)x(NO3)y, некоторые из них выделены в твёрдом состоянии.

Так как только динитрат и ацетат свинца(II) являются растворимыми соединениями свинца, то все остальные соединения можно получить обменными реакциями:

~\mathsf{Pb(NO_3)_2 + 2HCl \longrightarrow PbCl_2\downarrow + 2HNO_3}
~\mathsf{Pb(NO_3)_2 + H_2SO_4 \longrightarrow PbSO_4\downarrow + 2HNO_3}
~\mathsf{Pb(NO_3)_2 + 2NaOH \longrightarrow Pb(OH)_2\downarrow + 2NaNO_3}
~\mathsf{Pb(NO_3)_2 + 2NaN_3 \longrightarrow Pb(N_3)_2\downarrow + 2NaNO_3}

Любое соединение, содержащее катион свинца(II), будет реагировать с раствором, содержащим йодид анион с образованием осадка оранжево-желтого цвета (иодид свинца(II)). Из-за разительной перемены цвета эта реакция часто используется для демонстрации под названием золотой дождь[11]:

~\mathsf{Pb^{2+} + 2I^- \longrightarrow PbI_2\downarrow }

Аналогичная реакция обмена проходит и в твердой фазе. Например, при смешении бесцветных йодида калия и динитрата свинца, и сильного измельчения, например, перетиранием в ступе, происходит реакция:

~\mathsf{Pb(NO_3)_2 + 2KI \longrightarrow PbI_2 + 2KNO_3 }

Цвет полученной смеси будет зависеть от относительного количества использованных реагентов и степени измельчения.

При растворении нитрата свинца в пиридине или жидком аммиаке образуются продукты присоединения, например Pb(NO3)2·4C5H5N и Pb(NO3)2·n NH3, где n=1, 3, 6.

Динитрат свинца является окислителем. В зависимости от типа реакции он может быть как Pb2+-ион, который имеет стандартный редокс-потенциал (E0) −0.125 V, или нитрат-ион, который в кислой среде имеет (E0) +0.956 V[12] .

При нагревании кристаллов динитрата свинца они начинают разлагаться на диоксид свинца, кислород и диоксид азота, процесс сопровождается характерным треском. Этот эффект называется декрепитация:

~\mathsf{2Pb(NO_3)_2 \longrightarrow 2PbO + 4NO_2 + O_2 }

Благодаря этому свойству нитрат свинца иногда используется в пиротехнике[13].

Применение

Динитрат свинца используется в качестве исходного сырья при производстве большинства других соединений свинца.

В связи с опасным характером данного соединения, в промышленной сфере отдается предпочтение в использовании альтернативных соединений. Практически полностью отказались от использования свинца в красках[14]. Другие исторические применения данного вещества в спичках и фейерверках, также уменьшились или прекратились.

Динитрат свинца используется как ингибитор полимеров нейлона и других полиэфиров, в покрытиях фототермографической бумаги, а также в качестве зооцида[6].

В лабораторной практике динитрат свинца используется как удобный и надежный источник тетраоксида диазота.

Примерно с 2000 года нитрат свинца(II) начал использоваться при цианировании золота. Для улучшения выщелачивания в процессе цианирования золота добавляется динитрат свинца, при этом используется очень ограниченное его количество (от 10 до 100 мг динитрата свинца на килограмм золота)[15][16].

В органической химии динитрат свинца был использован в качестве окислителя, например, в качестве альтернативы реакции Соммелета для окисления бензилов галогенидов до альдегидов[17]. Он также нашел применение для получения изотиоцианатов из дитиокарбаматов[18]. Из-за своей токсичности он стал находить все меньшее применение, но по прежнему находит нерегулярное использование в [19].

Меры предосторожности

Динитрат свинца токсичен, является окислителем и классифицируется (как и все неорганические соединения свинца) вероятно канцерогенное вещество для человека (категория 2А) со стороны Международного агентства по изучению рака[20]. Следовательно, он должен обрабатываться и храниться с соблюдением соответствующих мер предосторожности для того, чтобы предотвратить вдыхание, приём внутрь или контакт с кожей. Из-за опасного характера и ограниченного применения вещество должно находиться под постоянным контролем. ПДК = 0,01 мг/м³.

При приеме внутрь может привести к острому отравлению, так же как и другие растворимые соединения свинца[21].

Отравления приводят к раку почек и глиомы у подопытных животных и рака почек, рака мозга и рака легких у людей, хотя исследования работников, подвергающихся воздействию свинца, часто осложнялись одновременным воздействием мышьяка[20]. Свинец известен как заменитель цинка в ряде ферментов, в том числе дегидратазы δ-аминолевулиновой кислоты (англ. δ-aminolevulinic acid dehydratase) в биосинтезе гема, который важен для правильного метаболизма ДНК, следовательно может вызывать ущерб плоду матери[22].

См. также

Примечания

  1. Patnaik Pradyot Handbook of Inorganic Chemical Compounds. — McGraw-Hill, 2003. — P. 475. — ISBN 0070494398
  2. Partington James Riddick A Text-book of Inorganic Chemistry. — MacMillan, 1950. — P.  838.
  3. Libavius Andreas Alchemia Andreæ Libavii. — Francofurti: Iohannes Saurius, 1595.
  4. Lead. Encyclopædia Britannica Eleventh Edition. Архивировано из первоисточника 23 апреля 2012.
  5. Macgregor John Progress of America to year 1846. — London: Whittaker & Co, 1847. — ISBN 0665517912
  6. 1 2 Greenwood Norman N. Chemistry of the Elements. — 2nd. — Oxford: Butterworth-Heinemann, 1997. — P. 388, 456. — ISBN 0-7506-3365-4
  7. Nowotny, H.; G. Heger (1986). «Structure refinement of lead nitrate». Acta Cryst. C42: 133–35. DOI:10.1107/S0108270186097032.
  8. Product catalog; other products. Tilly, Belgium: Sidech. Архивировано из первоисточника 23 апреля 2012.
  9. Ferris, L.M. (1959). «Lead nitrate—Nitric acid—Water system». Journal of Chemicals and Engineering Date 5: 242. DOI:10.1021/je60007a002.
  10. MSDS — описание нитрата свинца (англ.)
  11. Adlam George Henry Joseph A Higher School Certificate Inorganic Chemistry. — London: John Murray, 1938.
  12. Hill John W. General Chemistry. — 2nd. — Upper Saddle River, New Jersey: Prentice Hall, 1999. — P.  781. — ISBN 0-13-010318-7
  13. Barkley, J.B. (October 1978). «Lead nitrate as an oxidizer in blackpowder» (Pyrotechnica Publications) IV.
  14. Historical development of titanium dioxide. Millennium Inorganic Chemicals.(недоступная ссылка — история)
  15. Habashi Fathi Recent advances in gold metallurgy. — Quebec City, Canada: Laval University, 1998 (est).
  16. Auxiliary agents in gold cyanidation. Gold Prospecting and Gold Mining. Архивировано из первоисточника 23 апреля 2012.
  17. Schulze, K. E. (1884). «Über α- und β-Methylnaphtalin». Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft 17. DOI:10.1002/cber.188401701384.
  18. Dains, F. B.; Brewster, R. Q.; Olander, C. P. Phenyl isothiocyanate 1, 447 страниц
  19. Rapoport, H.; Jamison, T. (1998), «(S)-N-(9-Phenylfluoren-9-yl)alanine and (S)-Dimethyl-N-(9-phenylfluoren-9-yl)aspartate», Орг.синтез; 344 страницы
  20. 1 2 World Health Organization, International Agency for Research on Cancer. Inorganic and Organic Lead Compounds (PDF). International Agency for Research on Cancer (2006). Архивировано из первоисточника 23 апреля 2012.
  21. Lead nitrate, International Chemical Safety Card 1000. International Labour Organization, International Occupational Safety and Health Information Centre (March 1999). Архивировано из первоисточника 23 апреля 2012.
  22. Mohammed-Brahim, B.; J.P. Buchet, R. Lauwerys (1985). «Erythrocyte pyrimidine 5'-nucleotidase activity in workers exposed to lead, mercury or cadmium». Int Arch Occup Environ Health 55 (3): 247–52. DOI:10.1007/BF00383757. PMID 2987134.


Wikimedia Foundation. 2010.

Смотреть что такое "Нитрат свинца(II)" в других словарях:

Книги



Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»