GECMANI,THIEC& CHI

Mở đầu: Giới thiệu sơ lược nhóm IVA
I. Giới thiệu
II. Tính chất
Tính chất vật lý
Tính chất hóa học của đơn chất và hợp chất
III. Điều chế
IV. Ứng dụng
BÀI THUYẾT TRÌNH CƠ SỞ
GEMANI, THIẾC & CHÌ
Sơ lược nhóm IV A
Là các nguyên tố nhóm chính gồm có C, Si, Ge, Sn, Pb
Tạo liên kết CHT với các nguyên tố khác và có các soh +2, +4, +6
Số oxi hoá +2 ứng với trạng thái cơ bản:                                
Số oxi hoá +4  hoặc -4 ứng với trạng thái kích thích
Từ C đến Pb thì soh +4 giảm dần và + 2 tăng dần
Khả năng tạo mạch dài E-E từ C đến Pb giảm dần
Trong các hợp chất, số phối trí tăng lên từ C đến Pb.
Thực nghiệm ngoài C và Si, Ge tạo đc 1 dãy hidrua từ GeH4 đến Ge9H20 ; 2 hidrua của Sn là SnH4 và Sn2H6 và Pb thì chỉ có một hidrua PbH4
Một số VD:
+ Các hợp chất của C4+ và Si4+ rất bền thể hiện tính chất oxi hoá rất yếu, còn hợp chất của Pb4+ thì không bền và là chất oxi hoá mạnh dễ bị khử thành Pb2+ hoặc Pb.
+ Các hợp chất của Sn2+ và Ge2+ kém bền, là các chất khử rất mạnh, còn hợp chất của Pb2+ lại rất bền và thể hiện tính khử rất yếu.
+ Từ C đến Pb tính kim loại tăng dần và tính phi kim giảm dần.
Hình ảnh
I. Giới thiệu
- Năm 1871, gecmani (tiếng La tinh germania để chỉ Đức) là một trong các nguyên tố mà Dmitri Ivanovich Mendeleev dự báo là tồn tại như là nguyên tố tương tự nhưng còn thiếu của nhóm silic.
- Thiếc(Sn),50, thời tiền sử, nhưng chưa rõ về nguồn gốc.
- Chì (Pb) 82, thời tiền sử, ký hiệu bắt nguồn từ tên gọi bằng tiếng La tinh của chì là "plumbum".
II. Tính chất
1. Tính chất vật lí
- Gecmani có màu trắng ánh xám, bề ngoài giống kim loại nhưng có cấu trúc tinh thể tương tự như kim cương. Ngoài ra, một điều quan trọng là gecmani là chất bán dẫn và có ứng dụng quan trọng. Ở dạngnguyên chất, Ge là chất kết tinh, giòn và duy trì độ bóng trong không khí ở nhiệt độ phòng. Cùng với gali, bitmut, antimoan và nước, nó là một trong các chất giãn nở ra khi đóng băng.
- Dạng ôxít, điôxít gecmani, cũng có tính chất bất thường như có chiết suất cao đối với ánh sáng nhìn thấy, nhưng lại là trong suốt với ánh sáng hồng ngoại.Gemani Tnc = 936oC, Ts = 2700oC khá cao.
Thiếc:
Có ba dạng tinh thể thù hình có thể biến đổi lẫn nhau ở nhiệt độ nhất định.
- Sn-anpha (Sn-a) có kiến trúc tinh thể kiểu kim cương. Là chất bột màu xám (thiếc xám), không có ánh kim và có tỉ khối 5,75, bền ở nhiệt độ dưới 13,2oC
- Sn-beta (Sn-b) là kim loại màu trắng bạc (thiếc trắng hay thiếc thường), có tỉ khối 7,31 và bền ở nhiệt độ 13,2oC - 161oC. Khi nhiệt độ trên 161oC bắt đầu chuyển thành Sn-y .
- Sn-gama (Sn-y) là kim loại có tỉ khối 6,6 và dòn, dễ nghiền thành bột, dễ bị dát mỏng.
- Sn-a là chất bán dẫn, Sn-b và Sn-y là kim loại dẫn điện.

Chì:
Chì thể hiện rõ tính kim loại nhất, tồn tại ở dạng kim loại. Pb là kim loại màu xám thẫm và có tỉ khối là 11,34.
Pb rất mềm, dùng móng tay có thể rạch được và dễ dát mỏng. Pb là kim loại dẫn điện.
Chì và các hợp chất của chì đều độc. Chúng rất nguy hiểm ở chỗ khó có những phương tiện để cứu chữa khi bị nhiễm độc lâu dài vì thế phải cẩn thận khi tiếp xúc với chúng.
2. Tính chất hóa học

a. Tác dụng với phi kim
Cả ba nguyên tố đều tương tác với halogen và nhiều nguyên tố không kim loại khác.
E + X2 → EX4 (E là Sn, Ge còn X là halogen)
Riêng Pb: Pb + X2 → PbX
Ở điều kiện thường, chỉ có Pb bị oxi hoá tạo thành lớp oxit màu xám xanh bao bọc trên bề mặt bảo vệ cho Pb không bị tiếp tục oxi hoá nữa:
E + O2 → EO2 (E là Sn, Ge) 700oC
Pb + 1/2O2  PbO (ở ĐK thường)
Nước không tác dụng với Ge và Sn, nhưng đối với Pb nó tách dần mạng oxit bao bọc ngoài và tiếp tục tác dụng. Riêng Pb, khi có mặt oxi, có thể tương tác với H2O:
2Pb + 2H2O + O2  2Pb(OH)2
Tác dụng với S, Se, Te tạo muối E(II).

b. Tác dụng với acid
- Ge chỉ tan trong axit sunfuric đặc và axit nitric do có thế điện cực gần = 0.
Ge + 2H2SO4 + (x-2) H2O → GeO2.x H2O + 2SO2
Ge + 4 HNO3 đặc + (x-2) H2O → GeO2.x H2O + 4NO2
- Sn và Pb tan được trong các axit do có thê điện cực âm.
- Sn tan dễ dàng trong dd HCl và H2SO4 loãng tạo muối Thiếc (II) và giải phóng H2
Sn + 2HCl (dư) → SnCl2  + H2
- Với dd H2SO4 đặc thì thiếc tan và giải phóng SO2
Sn + 2H2SO4 đặc → Sn(SO4)2 + 2SO2 + 4H2O
- Với axit nitric, thiếc tan dễ dàng:
3Sn + 8 HNO3 loãng  → 3Sn(NO3)2 + 2NO + 4H2O
Sn + 4 HNO3 đặc + (x-2)H2O → SnO2.xH2O + 4NO2
- Chì chỉ tương tác ở trên bề mặt với dung dịch axit clohidric loãng và axit sunfuric dặc trên 80% nhưng với dung dịch đậm đặc hơn của các axit đó, chì có thể tan được dễ dàng:
PbCl2 + 2HCl → H2PbCl4
PbSO4  + H2SO4 → Pb(HSO4)2
- Với axit nitric ở bất kì nồng độ nào, chì tương tác như là một kim loại

3Pb + 8HNO3 → 3Pb(NO3)2 + 2NO + 4H2O

- Chì có thể tan trong acid axetic và các acid hữu cơ khác khi có mặt oxi:
2Pb + 4CH3COOH + O2  2Pb(CH3COO)2 + 2H2O
c. Tác dụng với dung dich kiềm
- Ge không tác dụng với dd kiềm nhưng lại dễ tan trong kiềm đặc khi có mặt H2O2. Nhưng với kiềm nóng thì Sn và Pb tan theo phản ứng
Ge + 2KOH +2H2O2 → K2[Ge(OH)6]
E + 2KOH + 2H2O → K2[E(OH)4] + H2
Ngoài ra, Ge, Sn, Pb còn tác dụng được với muối của các kim loại yếu hơn để giải phóng kim loại ra khỏi muối và tạo thành muối mới của E.


Hợp chất của E
Hidrua của Ge , Sn và Pb
Hidrua của những nguyên tố này có số oxh +4 đặc trưng hơn so với soh +2. Ge, Sn, Pb trong các hidrua có trạng thái lai hóa sp3. Hiện nay người ta phát hiện ra một vài hidrua của các nguyên tố này như: GeH4 đến Ge9H20, SnH4 và Sn2H6, và cuối cùng là PbH4. Chúng kém bền hơn so với silan, từ GeH4 đến PbH4 độ bền nhiệt giảm nhanh chóng
EH4  E + H2 (đối với Ge thì ở 280oC , Sn thì 150oC, còn Pb thì ở nhiệt độ thấp vẫn đang nghiên cứu)
Phương pháp điều chế là cho hợp kim của chúng với magie tương tác với dung dịch axit loãng theo phản ứng chung:
Mg2E + 4HCl  2MgCl2 + EH4 (E là Ge, Sn, Pb)
Oxit EO
- Các nguyên tố Ge, Sn, Pb đều tạo nên hai loại oxit chính là monooxit EO và đioxit EO2.
- Các MO đều là chất rắn. GeO và SnO có màu đetilenđiamin. PbO có 2 dạng PbO màu đỏ và màu vàng. Các oxit SnO và GeO không tan trong nước, riêng PbO có thể tan chút ít nên Pb có thể tương tác với nước khi có mặt khí oxi.
- Khi đun nóng trong không khí, chúng chuyển dễ dàng thành oxit cao hơn.
- Khi đun nóng tất cả các oxit EO đều dễ dàng bị khử về đến kim loại.
- Các oxit EO đều tan trong axit và kiềm mạnh.
Điều chế  GeO bằng cách đun nóng Ge với GeO2 ở
nhiệt độ 800oC, SnO bằng cách làm mất nước của hiđroxit Sn(OH)2, PbO được điều chế bằng cách đốt nóng chì trong không khí.  
Hydroxit E(OH)2 của Ge, Sn và Pb.

Các hydroxit E(OH)2 đều là kết tủa rất ít tan trong nước, Ge(OH)2 có màu đỏ da cam, còn Sn(OH)2 và Pb(OH)2 có màu trắng. Khi đun nóng, chúng mất nước biến thành oxit MO.
Cũng như các oxit, các hydroxit E(OH)2 là những chất lưỡng tính, từ Ge(OH)2 đến Pb(OH)2 tính bazơ tăng lên và tính axit giảm xuống.Khi tan trong  axit các hiđroxit E(OH)2 tạo nên muối của cation E2+:
Sn(OH)2 + 2HCl  SnCl2 + 2H2O2
Khi tan trong dung dịch kiềm mạnh chúng tạo nên muối hiđroxogecmanit, hiđroxostanit hay hiđroplombit
E(OH)2  + 2KOH  K2[E(OH)4]
Do tính bazơ của các hiđroxit E(OH)2 tăng dần từ Ge đến Pb, các muối M2+ bị thuỷ phân hầu như hoàn toàn ở trong dung dịch loãng, muối của ion Pb2+ bị thủy phân rất ít còn muối Sn2+ ở mức độ trung gian.
Các muối hiđroxogecmanit, hiđroxostanit hay hiđroplombit đều dễ tan trong nước và bị thuỷ phân mạnh nên chúng chỉ  bền trong dung dịch kiềm dư.
Dioxit của MO2 của Ge, Sn và Pb.
Tất cả đioxit (MO2) đều là chất rắn, GeO2 và SnO2 có màu trắng và PbO2 có màu nâu đen. Khác với  SiO2, tinh thể GeO2 và PbO2 có kiến trúc kiểu Rutin, trong đó mỗi nguyên tử kim loại được 6 nguyên tử oxi bao quanh kiểu bát diện và mỗi nguyên tử oxi được 3 nguyên tử kim loại bao quanh kiểu tam giác.
Ngoài kiến trúc kiểu rutin, GeO2 còn có kiến trúc kiểu thạch anh.
GeO2 bền ở dưới  1033oC , SnO2 nóng chảy ở 1625oC. Gần đây người ta mới biết được hai dạng anpha và beta của SnO2 hiđrat. Dạng anpha  hoạt động hơn beta. Bằng phương pháp Rơnghen, người ta xác định được rằng tinh thể của hai dạng đó đều có kiến trúc kiểu rutin nhưng có chứa các phân tử nước hấp phụ.
Giống SiO2, cả GeO2 và SnO2 rất bền đối với nhiệt và dễ chuyển sang trạng thái thuỷ tinh. Còn PbO2 khi đun nóng mất dần oxi biến thành các oxit, trong đó chì có số oxi hoá thấp hơn.
     PbO2 (nâu đen) Pb2O3 (vàng đỏ) Pb3O4 (đỏ)  PbO (vàng)
  - Tất cả cac đioxit đều kém hoạt động về mặt hoá học, GeO2 ít tan trong nước còn SnO2 và PbO2 không tan. Chúng có tính lưỡng tính nhưng tan trong kiềm dễ dàng hơn trong axit. Khi tan trong dung dịch kiềm, chúng tạo nên những hợp chất hiđroxo kiểu M2[E(OH)6] :
EO2 + 2KOH +2H2O  K2[E(OH)6]
- Khi nấu chảy với kiềm hay oxit tương ứng, các đioxit tạo nên những hợp chất có thành phần là M2E3 và M4EO4 (M là kim loại hoá trị một).
 VD: CaO + PbO2  Ca2PbO4 (Canxiorthoplombat)
- Tất cả các oxit có thể bị khử dễ dàng bởi C, CO, H2, Mg, Al đến kim loại. Tính oxi hoá không đặc trưng đối với GeO2 và SnO2 nhưng lại rất đặc trưng đối với PbO2, PbO2 là một trong những chất oxi hoá mạnh thường dùng.
Những hidroxit ứng dioxit EO2 không tồn tại E(OH)4 mà ở dạng hidrat EO2.xH2O với thành phần biến đổi. Khi axit hóa dung dịch của muối gecmanat, stanat, plombat thì thu được dung dịch keo, rồi dung dịch keo biến thành kết tủa nhầy không tan trong nước và có màu trắng, riêng PbO2.xH2O có màu nâu.

Tính chất hóa học đặc trưng của các hydroxit đó là lưỡng tính nhưng tan dễ trong kiềm hơn acid. Khi tan trong kiềm, chúng cho gecmanat, stanat và plombat tương ứng là muối của các axit gecmanic, axit stanic và axit plumbic.
III. Điều chế Ge, Sn, Pb 
1.Ge:
Do Ge là nguyên tố  phân tán trong các quặng của Kl khác nên người ta chuyển Ge trong các quặng đó thành dạng oxit GeO2, sau đó khử bừng H2, hay than ở nhiệt dộ cao. 
GeO2  + 2H2 ( 2C )  Ge + 2H2O ( 2CO )
2. Sn:
Dùng than khử quăng caxiterit có thạch anh thành phần chủ yếu là Thiếc ( IV ) oxit ở 1300oC
SnO2 + 2C  Sn +2CO
Thực tế, người ta thu hồi 1 lượng lớn Sn từ sắt tây bằng cách ngâm sắt tây trong kiềm đặc và Sn tan dần tạo muối 
Sn + 2OH- + 2H2O  [Sn(OH)4]2- + H2

3. Pb:
Nung quặng galen ( PbS ) or xiruzit ( PbCO3 ) thằng PbO rồi khử bằng than
PbS + O2  PbO + SO2 1200oC
PbCO3  PbO + CO2  300oC
PbO + C  Pb + CO  400oC
IV. Ứng dụng
Gecmani:
- Vật liệu quang học (sợi cáp quang)
- Vật liệu bán dẫn nhưng có thể trở thành siêu dẫn khi đặt trong vùng có từ trường mạnh.
- Pin mặt trời gallium arsenide germanium
- GeO2 làm chất xúc tác cho các phản ứng tổng hợp polymers như PET (polyethylene terephthalate)
- Các thiết bị phát hiện dùng một tinh thể gecmani độ tinh khiết cao có thể nhận dạng chính xác nguồn bức xạ (ví dụ trong an ninh hàng không)
- Các đĩa bán dẫn với nền là gecmani cho các tế bào quang điện hiệu suất cao đa kết nối trong các ứng dụng cho tàu vũ trụ.
Pb
- Thành phần chính của pin chì-axit, dùng rộng rãi chẳng hạn như pin xe hơi.
- Dùng làm chất tạo màu cho sứ,men (ceramics) (đỏ và vàng)
- Màn chắn cho các phòng X-ray
- Làm điện cực ( trong các bình ắc quy)
- Cho vào đồng thanh (Cu-Zn) làm vật liệu cho các áo giáp
- Thường dùng trong các công trình kiến trúc.
- Chì được sử dụng như chất nhuộm trắng trong sơn.
- Chì dùng làm các tấm ngăn để chống phóng xạ hạt nhân.


Thiếc
Ở nhiệt độ môi trường thiếc chống được sự ăn mòn và người ta cũng tìm thấy chúng có mặt ở rất nhiều hợp kim. Nhờ đặc tính chống ăn mòn, người ta cũng thường tráng hay mạ lên các kim loại dễ bị ôxy hoá nhằm bảo vệ chúng như một lớp sơn phủ bề mặt, như trong các tấm sắt tây dùng để đựng đồ thực phẩm.
THỰC HIỆN:
Nguyễn Ngọc Phi
2. Nguyễn Thái Phương
3. Lê Hoài Phúc
4. Trương Huy
5. Mai Văn Quý


5
NHÓM
The end
Cám ơn các bạn đã chú ý lắng nghe bài thuyết trình của nhóm chúng tôi.