Нитрат свинца(II) ( динитрат свинца ) — неорганическое химическое соединение с химической формулой Pb (NO ₃ ) ₂ . В обычном состоянии — бесцветные кристаллы или белый порошок. Токсичен, канцерогенен. Хорошо растворим в воде.

История

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

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 .

Процесс производства был и остаётся 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 . В XIX веке динитрат свинца стали производить на коммерческой основе в Европе и Соединённых Штатах.

В 1974 году в США потребление соединений свинца, за исключением пигментов и добавок в бензин , составляло 642 тонны .

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

Кристаллическая структура твёрдого динитрата свинца была определена с помощью . 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 решётке при высоких температурах, но это не подтвердилось .

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:

${\displaystyle {\mathsf {3Pb+8HNO_{3}\longrightarrow 3Pb(NO_{3})_{2}+2NO\uparrow +4H_{2}O}}}$

${\displaystyle {\mathsf {PbO+2HNO_{3}\longrightarrow Pb(NO_{3})_{2}+H_{2}O}}}$

${\displaystyle {\mathsf {Pb(OH)_{2}+2HNO_{3}\longrightarrow Pb(NO_{3})_{2}+2H_{2}O}}}$

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 .

Химические свойства

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

${\displaystyle {\mathsf {Pb(NO_{3})_{2}\rightleftarrows Pb^{2+}+2NO_{3}^{-}}}}$

Раствор нитрата свинца(II) подвергается гидролизу и имеет слабокислую реакцию, которая имеет показатель рН от 3,0 до 4,0 для 20 % водного раствора . При избытке ионов NO ₃ ⁻ в растворе образуются [Pb(NO ₃ ) ₃ ] ⁻ , [Pb(NO ₃ ) ₄ ] ²⁻ и [Pb(NO ₃ ) ₆ ] ⁴⁻ . При повышении pH раствора образуются переменного состава Pb(OH) _x (NO ₃ ) _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:

${\displaystyle {\mathsf {Pb(NO_{3})_{2}+2HCl\longrightarrow PbCl_{2}\downarrow +2HNO_{3}}}}$

${\displaystyle {\mathsf {Pb(NO_{3})_{2}+H_{2}SO_{4}\longrightarrow PbSO_{4}\downarrow +2HNO_{3}}}}$

${\displaystyle {\mathsf {Pb(NO_{3})_{2}+2NaOH\longrightarrow Pb(OH)_{2}\downarrow +2NaNO_{3}}}}$

${\displaystyle {\mathsf {Pb(NO_{3})_{2}+2NaN_{3}\longrightarrow Pb(N_{3})_{2}\downarrow +2NaNO_{3}}}}$

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

${\displaystyle {\mathsf {Pb^{2+}+2I^{-}\longrightarrow PbI_{2}\downarrow }}}$

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

${\displaystyle {\mathsf {Pb(NO_{3})_{2}+2KI\longrightarrow PbI_{2}+2KNO_{3}}}}$

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(NO ₃ ) ₂ ·4C ₅ H ₅ N и Pb(NO ₃ ) ₂ ·n NH ₃ , где n=1, 3, 6.

Динитрат свинца является окислителем . В зависимости от типа реакции он может быть как Pb ²⁺ -ион, который имеет стандартный редокс-потенциал (E ⁰ ) −0.125 V, или нитрат-ион, который в кислой среде имеет (E ⁰ ) +0.956 V .

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

${\displaystyle {\mathsf {2Pb(NO_{3})_{2}\longrightarrow 2PbO+4NO_{2}+O_{2}}}}$

Благодаря этому свойству нитрат свинца иногда используется в пиротехнике .

Применение

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

В связи с опасным характером данного соединения, в промышленной сфере отдаётся предпочтение в использовании альтернативных соединений. Практически полностью отказались от использования свинца в красках . 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 .

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

Используется для синтеза азида свинца , инициирующего взрывчатого вещества.

Примерно с 2000 года нитрат свинца(II) начал использоваться при . 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 ) .

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

Меры предосторожности

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 . 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 приёме внутрь может привести к острому отравлению, так же как и другие растворимые соединения свинца .

Отравления приводят к раку почек и глиомы у подопытных животных и рака почек, рака мозга и рака лёгких у людей, хотя исследования работников, подвергающихся воздействию свинца, часто осложнялись одновременным воздействием мышьяка . 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 .

Примечания