Сульфид свинца(II)

Сульфид свинца​(II)​
Общие
Систематическое наименование	Сульфид свинца ​(II)​
Хим. формула	PbS
Рац. формула	PbS
Физические свойства
Состояние	твёрдый
Молярная масса	239,28 г/моль
Плотность	7.5 г/см³
Термические свойства
Температура
• плавления	1114 °C
• кипения	1281 °C
Классификация
Рег. номер CAS	1314-87-0
Безопасность
Токсичность	среднетоксичен
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.

Сульфид свинца (галенит, свинцовый блеск) — неорганическое химическое соединение свинца и серы, представляющее собой кристаллическое соединение с окраской от сине-серого до серебристо-серой.

Получение

Взаимодействием расплавов или паров свинца с серой:

$\mathsf{P}\mathsf{b}\mathsf{+}\mathsf{S}\mathsf{⟶}\mathsf{P}\mathsf{b}\mathsf{S}$

Осаждением из водного раствора Рb²⁺ сероводородом или какими-либо другими сульфидами:

$\mathsf{P}\mathsf{b}\mathsf{(}\mathsf{N}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}{\mathsf{)}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{N}{\mathsf{a}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}\mathsf{⟶}\mathsf{P}\mathsf{b}\mathsf{S}\mathsf{\downarrow }\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{N}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}$

Сульфид свинца можно также получить из свинец-органических веществ, при взаимодействии с органическими соединениями серы (меркаптанов, тиофенов и др.):

$\mathsf{C}{\mathsf{H}}_{\mathsf{3}}\mathsf{S}\mathsf{H}\mathsf{+}\mathsf{P}\mathsf{b}\mathsf{(}{\mathsf{C}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{H}}_{\mathsf{5}}{\mathsf{)}}_{\mathsf{4}}\mathsf{⟶}\mathsf{P}\mathsf{b}\mathsf{S}\mathsf{\downarrow }\mathsf{+}\mathsf{C}{\mathsf{H}}_{\mathsf{3}}\mathsf{S}{\mathsf{C}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{H}}_{\mathsf{5}}\mathsf{+}\mathsf{3}{\mathsf{C}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{H}}_{\mathsf{6}}$

Физические свойства

• Температура плавления 1114 °C.
• Температура кипения 1281 °C.
• Твёрдость от 2 до 3, в зависимости от получения или природного местонахождения.
• Плотность 7,5 г/см³
• Давление паров при 800 °C − 0,2 мм рт. ст., а при 900 °C − 2 мм рт. ст.
• Уравнение температурной зависимости давления пара в условиях конгруэнтного испарения: lgP_{PbS, атм} = −11597/T + 6,61.

Кристаллическая решетка

Для кристаллов PbS при стандартных условиях характерна кубическая сингония (типа NaCl, z = 4, пространственная группа Fm3m), но при повышении давления 2,4—4,2 МПа устойчивой становится ромбическая сингония (типа SnS, пространственная группа Pcmn).

Химические свойства

• В парах происходит частичное разложение сульфида свинца на следующие соединения: Рb₂S₂, Рb, S₂, РbS₂.

• Не растворим в воде, щелочах и разбавленных кислотах (кроме азотной), соляная и серная (средней концентрации) кислоты вытесняют сероводород из соли, а концентрированные кислоты-окислители окисляют сульфид свинца до сульфата свинца:

$\mathsf{P}\mathsf{b}\mathsf{S}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{H}\mathsf{C}\mathsf{l}\mathsf{⟶}\mathsf{P}\mathsf{b}\mathsf{C}{\mathsf{l}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}\mathsf{\uparrow }$

$\mathsf{P}\mathsf{b}\mathsf{S}\mathsf{+}\mathsf{8}\mathsf{H}\mathsf{N}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\mathsf{⟶}\mathsf{P}\mathsf{b}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\mathsf{+}\mathsf{8}\mathsf{N}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{\uparrow }\mathsf{+}\mathsf{4}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$

• При прокаливании в потоке кислорода или воздуха происходит окисление атома серы с образованием оксида свинца (II):

$\mathsf{2}\mathsf{P}\mathsf{b}\mathsf{S}\mathsf{+}\mathsf{3}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{⟶}\mathsf{2}\mathsf{P}\mathsf{b}\mathsf{O}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{\uparrow }$

• Восстановить сульфид свинца до металлического свинца можно нагреванием в токе водорода:

$\mathsf{P}\mathsf{b}\mathsf{S}\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{⟶}\mathsf{P}\mathsf{b}\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}\mathsf{\uparrow }$

• Легко окисляется озоном:

$\mathsf{P}\mathsf{b}\mathsf{S}\mathsf{+}\mathsf{4}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\mathsf{⟶}\mathsf{P}\mathsf{b}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\mathsf{+}\mathsf{4}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{\uparrow }$

Применение

• Применяют в керамической промышленности;
• Используют для получения защитных плёнок, полупроводниковых, новых современных наноматериалов;
• Сульфид свинца — хороший материал полупроводниковой техники, фотоприемников и детекторов ИК-диапазона.

Интересные факты

Свинцовые белила, использовавшиеся ранее при изготовлении картин, со временем приобретают серый оттенок. Это происходит из-за того, что свинцовые белила реагируют с постоянно присутствующим в воздухе в следовых количествах сероводородом, при этом образуется темный сульфид свинца(II):

$\mathsf{2}\mathsf{P}\mathsf{b}\mathsf{C}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\mathsf{\cdot }\mathsf{P}\mathsf{b}\mathsf{(}\mathsf{O}\mathsf{H}{\mathsf{)}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{3}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}\mathsf{\to }\mathsf{3}\mathsf{P}\mathsf{b}\mathsf{S}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{C}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{4}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$

Восстановить такие картины можно обработкой пероксидом водорода, который переводит тёмный сульфид свинца(II) в белый сульфат:

$\mathsf{P}\mathsf{b}\mathsf{S}\mathsf{+}\mathsf{4}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{\to }\mathsf{P}\mathsf{b}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\mathsf{+}\mathsf{4}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$

Соединение PbS₂ на самом деле является не сульфидом свинца(IV), а персульфидом свинца(II), в молекуле которого присутствует ион S₂²⁻, аналогичный пероксид-иону. Cульфид свинца(IV) не существует в природе и не может быть получен, так как ион Pb⁴⁺ является сильным окислителем, а ион S²⁻ — восстановителем, и при попытке образования PbS₂ происходит следующая окислительно-восстановительная реакция:

$\mathsf{2}\mathsf{P}\mathsf{b}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{N}{\mathsf{a}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}\mathsf{\to }\mathsf{P}\mathsf{b}\mathsf{O}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{N}{\mathsf{a}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}$

Сернистый свинец в сочетании с железом как компоненты термопары упоминается в фантастическом рассказе Вадима Охотникова "Наследники лаборанта Синявина".

Имеется патент на термоэлемент с положительным электродом из интерметаллического соединения сурьма-цинк и с отрицательным из сернистого свинца.

Распространение

Руды с максимальным содержанием сульфида свинца найдены и добываются на территории Германии, Чехии, Великобритании, Канады и Австрии.

В рудах сульфиду свинца часто сопутствуют соединения серебра, обычно сульфид серебра Ag₂S.

Сульфид свинца обнаружен также на некоторых планетах Солнечной системы (по данным РФФИ).

Литература

• Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. — М.: Высшая школа, 2001.
• Некрасов Б. В. Основы общей химии в 2-х томах. — М.: Высшая Школа, 1973.

Ссылки

• Краткое описание свойств галенита
• Методы управления осаждением плёнок сульфида свинца (II)
• Фотосвойства плёнок и кристаллов халькогенидов свинца (II)