Нитрат свинца(II)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Динитрат свинца
Dusičnan olovnatý.PNG
Нитрат свинца(II)
Lead(II)-nitrate-unit-cell-3D-balls.pngLead(II)-nitrate-xtal-3D-SF.png
Общие
Систематическое
наименование
нитрат свинца(II)
Хим. формула Pb(NO3)2
Физические свойства
Состояние бесцветное вещество
Молярная масса 331.2 г/моль
Плотность (20 °C) 4,53 г/см³
Термические свойства
Т. плав. (разл.) 270 °C
Т. всп. 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
PubChem
Рег. номер EINECS 233-245-9
SMILES
InChI
RTECS OG2100000
ChEBI 37187
Номер ООН 1469
ChemSpider
Безопасность
Токсичность
NFPA 704.svg
ТоксичныйОкислительОпасен для окружающей среды
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного.

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

История[править | править код]

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, составляло 642 тонны[6].

Физические свойства[править | править код]

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[править | править код]

Кристаллическая структура твердого динитрата свинца была определена с помощью нейтронной дифракции[7][8]. 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[8].

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

Получение[править | править код]

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

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[9].

Химические свойства[править | править код]

Динитрат свинца хорошо растворяется в воде, давая бесцветный раствор[10]. 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:

Раствор нитрата свинца(II) подвергается гидролизу и имеет слабокислую реакцию, которая имеет показатель рН от 3,0 до 4,0 для 20 % водного раствора[11]. При избытке ионов NO3 в растворе образуются нитратокомплексы [Pb(NO3)3], [Pb(NO3)4]2− и [Pb(NO3)6]4−. 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:

Любое соединение, содержащее катион свинца(II), будет реагировать с раствором, содержащим йодид анион с образованием осадка оранжево-жёлтого цвета (иодид свинца(II)). Из-за разительной перемены цвета эта реакция часто используется для демонстрации под названием золотой дождь[12]:

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

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[13] .

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

Благодаря этому свойству нитрат свинца иногда используется в пиротехнике[14].

Применение[править | править код]

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[15]. 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)[16][17].

В органической химии динитрат свинца был использован в качестве окислителя, например, в качестве альтернативы реакции Соммелета для окисления бензилов галогенидов до альдегидов[18]. Он также нашёл применение для получения изотиоцианатов из дитиокарбаматов[19]. Из-за своей токсичности он стал находить все меньшее применение, но по прежнему находит нерегулярное использование в SN1 реакции[20].

Меры предосторожности[править | править код]

Динитрат свинца токсичен и канцерогенен, является окислителем и классифицируется (как и все неорганические соединения свинца) вероятно канцерогенное вещество для человека (категория 2А) со стороны Международного агентства по изучению рака[21]. 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[22].

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[21]. 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[23].

Примечания[править | править код]

  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 (недоступная ссылка — история). Encyclopædia Britannica Eleventh Edition. Архивировано 23 апреля 2012 года.
  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. Hamilton, W.C. (1957). “A neutron crystallographic study of lead nitrate”. Acta Cryst. 10: 103—107. DOI:10.1107/S0365110X57000304.
  8. 1 2 Nowotny, H.; G. Heger (1986). “Structure refinement of lead nitrate”. Acta Cryst. C42: 133—35. DOI:10.1107/S0108270186097032. Используется устаревший параметр |coauthors= (справка)
  9. Product catalog; other products (недоступная ссылка — история). Tilly, Belgium: Sidech. Архивировано 23 апреля 2012 года.
  10. Ferris, L.M. (1959). “Lead nitrate—Nitric acid—Water system”. Journal of Chemicals and Engineering Date. 5: 242. DOI:10.1021/je60007a002.
  11. MSDS — описание нитрата свинца (англ.) (недоступная ссылка)
  12. Adlam, George Henry Joseph. A Higher School Certificate Inorganic Chemistry. — London : John Murray, 1938.
  13. Hill, John W. General Chemistry. — 2nd. — Upper Saddle River, New Jersey : Prentice Hall, 1999. — P.  781. — ISBN 0-13-010318-7.
  14. Barkley, J.B. (October 1978). “Lead nitrate as an oxidizer in blackpowder”. Pyrotechnica. Post Falls, ID: Pyrotechnica Publications. IV. Текст "pp. 16–18" пропущен (справка)
  15. Historical development of titanium dioxide (недоступная ссылка — история). Millennium Inorganic Chemicals. Архивировано 1 августа 2003 года.
  16. Habashi, Fathi. Recent advances in gold metallurgy. — Quebec City, Canada : Laval University, 1998 (est).
  17. Auxiliary agents in gold cyanidation. Gold Prospecting and Gold Mining. Архивировано 23 апреля 2012 года.
  18. Schulze, K. E. (1884). “Über α- und β-Methylnaphtalin”. Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft. 17: 1530. DOI:10.1002/cber.188401701384.
  19. Dains, F. B.; Brewster, R. Q.; Olander, C. P. Phenyl isothiocyanate 1, 447 страниц
  20. 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
  21. 1 2 World Health Organization, International Agency for Research on Cancer. Inorganic and Organic Lead Compounds (PDF) (недоступная ссылка — история). International Agency for Research on Cancer (2006). Архивировано 23 апреля 2012 года.
  22. Lead nitrate, International Chemical Safety Card 1000. International Labour Organization, International Occupational Safety and Health Information Centre (March 1999). Архивировано 23 апреля 2012 года.
  23. 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. Используется устаревший параметр |coauthors= (справка)