Inne węglowce
Do węglowców, oprócz opisanych w innych rozdziałach (zob. Węgiel i Krzem ), zaliczamy german, cynę i ołów ( Rys. 1 ).
Rys. 2 pokazuje przedstawia węglowce w ich postaciach metalicznych.
Występowanie i otrzymywanie
German występuje jako domieszka w niektórych gatunkach węgla kamiennego. Podstawową rudą germanu jest germanit \( Cu_3(Ge, Fe)S_4 \).
Cyna występuje w postaci kasyterytu \( SnO_2 \).
Ołów posiada kilka znaczących minerałów: \( PbS \) (galena), \( PbCO_2 \) (cerusyt), \( PbCrO_4 \) (krokoit) oraz \( PbSO_4 \) (anglezyt).
Współcześnie ołów jest otrzymywany z dwóch źródeł:
- pierwotnego, którym są rudy ołowiu,
- wtórnego tj. złomu ołowianego.
Pierwszym etapem podczas pozyskiwania ołowiu z rud jest ich rozkruszenie i segregacja na zasadzie flotacji. Następnie rudy ołowiu są prażone w wysokich temperaturach do uzyskania tlenku ołowiu:
Następnie utleniony ołów redukowany jest w piecu koksowym:
Ostatnim etapem jest oczyszczanie uzyskanego metalu z zanieczyszczeń przez ich utlenienie podczas wytapiania.
Właściwości fizyczne i chemiczne
German – niektóre jego związki, fluorki i arsenki, wykazują własności półprzewodnikowe i elektro-luminescencyjne.
Cyna posiada dwie odmiany alotropowe:
- α – cynę szarą, trwałą w temperaturze poniżej 286,2 K ( \( 13,2^{\circ} C \)),
- β – cynę białą, ciągliwy, kowalny metal, odporny na korozję, o niskiej temperaturze topnienia.
Obydwie odmiany ( Rys. 3 ) różnią się znacznie gęstością. Powoduje to, że znaczne schłodzenie tego metalu objawia się rozpadem metalicznej cyny białej w szary proszek. Zjawisko to określane jest zarazą cynową.
Ołów to miękki, plastyczny metal o barwie szarej. Jego związki są trujące. Na powietrzu pasywuje się i pokrywa tlenkiem.
Metaliczny ołów pochłania promieniowanie rentgenowskie oraz promieniowanie gamma.
Cyna, kiedyś szeroko stosowana do wyrobu naczyń (XIV-XVI wiek), obecnie służy do pokrywania metali warstwą antykorozyjną (np. puszek do konserw). Stopy zawierające ponad 95 \( \% \) Sn oraz dodatki Ag i Cu stosowane są jako stopy lutownicze. Cyna jest też dodatkiem do stopu na czcionki drukarskie. Stopy Sn i Cu – brązy używane są na elementy sprężyste, tuleje i panwie łożyskowe, monety, elementy pracujące w wodzie morskiej, armaturę, odlewy artystyczne.
Ołów w starożytnym Rzymie był stosowany do produkcji rur w akweduktach. Starożytni Egipcjanie wykorzystywali go w budownictwie (ołowiane cegły), medycynie (jako środek poronny) oraz jako czernidło do rzęs i brwi. Obecnie znajduje zastosowania w akumulatorach ołowiowych, do produkcji śrutu, amunicji, balastu w łodziach, obciążników dla nurków, osłon w reaktorach jądrowych i aparatach rentgenowskich, pojemników do transportu izotopów radioaktywnych.
Najważniejsze związki
\( Ge_3N_2 \) azotek germanu – półprzewodnik, obecnie rzadko stosowany.
\( Pb_3O_4 (PbO_2⋅2PbO) \) minia ołowiana, tlenek diołowiu (II) i ołowiu (IV), pigment o barwie pomarańczowo-czerwonej stosowany w zabezpieczeniach antykorozyjnych ( Rys. 4 ), do kitów uszczelniających oraz w hutnictwie szkła.
\( Pb(N_3)_2 \) azotek ołowiu – detonator.
\( Pb(C_2H_5)_4 \) tetraetyloołów – środek przeciwstukowy w benzynach silnikowych, obecnie wycofany ( Rys. 5 ).
\( PbS \)siarczek ołowiu (II) – półprzewodnik, fotoprzewodnik, niezwykle czuły wykrywacz promieniowania podczerwonego.