5.4. Металлы р-элементов

Металлы р-элементов входят в состав 13 – 16 групп периодической системы. Электронная конфигурация атомов р-элементов изменяется от ns²p¹ (13 группа) до ns²p⁴ (16 группа).

Среди металлов р-элементов рассмотрим алюминий Al, олово Sn и свинец Pb.

Алюминий Al по объему промышленного производства уступает только железу. Так же, как и элементы 1 и 2 группы алюминий проявляет высокую реакционную способность, поэтому в природе встречается только в виде химических соединений.

Основные минералы для получения алюминия: боксит – смесь соединений, основным компонентом которой является гидроксид алюминия Al(OH)₃ и нефелин Na[AlSiO₄].

Несмотря на высокую реакционную способность металлического алюминия, чистый алюминий и его сплавы широко используются в машиностроении, строительстве, в пищевой промышленности. На воздухе алюминий покрывается тонкой (прочной и плотной) защитной оксидной пленкой Al₂O₃, и это его важное достоинство. Она предохраняет металл от окисления и делает его коррозионностойким.

Электролиз – основной процесс промышленного получения алюминия. Исходным веществом служит глинозем – оксид алюминия Al₂O₃, получаемый из боксита (см. рис. 44, стр. 92). Глинозем растворяют в расплавленном криолите Na₃AlF₆, чтобы понизить температуру расплава до 960  970 ^оС.

Суммарная реакция электрохимического процесса:

2Al₂O₃(ж) = 4Al(ж) + 3O₂(г).

Металлический алюминий используется главным образом в виде алюминиевых сплавов, например сплава дюраль (92 – 94% Al, 3.5 – 4 % Cu, 0.1 – 1% Mg, примерно столько же Mn, Fe, Si). Дюраль – конструкционный материал в авиастроении, строительстве, машиностроении. Чистый алюминий в виде фольги используется как упаковочный материал. Широкое применение находит алюминий в электротехнике (электрические провода).

Олово Sn стало известно человеку примерно в то же время, что и медь – около 7 тысяч лет назад. Оно не встречается в самородном виде, но еще в древности люди научились восстанавливать олово углем в раскаленных печах из касситерита (SnO₂):

SnO₂(т) + С(т) = Sn(т) + СО₂(г).

Олово  серебристо-белый металл, Т_пл. = 239.9 ^оС. Из него изготавливали посуду. Сплавом меди с оловом (бронзой) пользовались тысячелетия до тех пор, пока не научились выплавлять при высокой температуре железо из железных руд.

В настоящее время, как и в древности, олово используется в качестве добавки к меди для получения бронзы, а в смеси с медью и цинком для получения латуни. Значительное количество олова идет на изготовление защитных покрытий различных металлов, в том числе железа.

Свинец Pb  мягкий металл синевато-серого цвета. Во влажном воздухе он покрывается пленкой оксида свинца. Один из минералов – свинцовый блеск (сульфид свинца PbS) напоминает своим блеском и цветом золото. Прокаливанием его в смеси с углем в печи при 500-600 ^оС получают чистый металл:

PbS(т) + С(т)+ 2О₂(г)= Pb(т)+ SО₂(г) + СО₂(г).

В Древнем Риме из свинца были сделаны трубы знаменитого римского водопровода.

В настоящее время свинец используют для получения свинцовых аккумуляторов, свинцом покрывают провода и кабели. Экраны из свинцовых пластин служат надежной защитой от радиоактивного излучения. В военной технике свинец используют для изготовления сердечников пуль.