Введение

Оксид свинца(IV), обычно известный как диоксид свинца, является неорганическим соединением с химической формулой PbO2. Это оксид, в котором свинец находится в степени окисления +4. Это тёмно-коричневое твердое вещество, нерастворимое в воде. Он существует в двух кристаллических формах. Он имеет несколько важных применений в электрохимии, в частности, в качестве положительной пластины свинцово-кислотных аккумуляторов.

Электрохимические

Хотя формула диоксида свинца номинально записывается как PbO2, фактическое соотношение кислорода к свинцу варьируется от 1,90 до 1,98 в зависимости от метода получения. Дефицит кислорода (или избыток свинца) обуславливает характерную металлическую проводимость диоксида свинца, с удельным сопротивлением до 10−4 Ом·см, что используется в различных электрохимических применениях. Подобно металлам, диоксид свинца обладает характерным электродным потенциалом и в электролитах может поляризоваться как анодно, так и катодно. Электроды из диоксида свинца проявляют двойное действие, то есть в электрохимических реакциях участвуют как ионы свинца, так и ионы кислорода.

Электролиз

Альтернативный метод синтеза – электрохимический: диоксид свинца образуется на чистом свинце в разбавленной серной кислоте при анодной поляризации при электродном потенциале около +1,5 В при комнатной температуре. Эта процедура используется для крупномасштабного промышленного производства анодов из PbO2. Свинцовые и медные электроды погружают в серную кислоту, протекающую со скоростью 5–10 л/мин. Электродепозиция осуществляется гальваностатически путем приложения тока около 100 А/м² в течение примерно 30 минут. Недостатком этого метода для производства анодов из диоксида свинца является их мягкость, особенно по сравнению с твердым и хрупким PbO2, имеющим твердость по Моосу 5,5. Это несоответствие в механических свойствах приводит к отслаиванию покрытия, что характерно для крупнотоннажного производства PbO2. Поэтому альтернативным методом является использование более твердых подложек, таких как титан, ниобий, тантал или графит, и осаждение на них PbO2 из нитрата свинца(II) в статической или проточной азотной кислоте. Перед осаждением подложку обычно подвергают пескоструйной обработке для удаления оксидной пленки и загрязнений с поверхности, а также для повышения шероховатости поверхности и адгезии покрытия.

Приложения

Диоксид свинца используется в производстве спичек, пиротехники, красителей и для вулканизации сульфидных полимеров. Он также применяется в конструкции высоковольтных разрядников. Диоксид свинца используется в качестве анодного материала в электрохимии. β-PbO2 более предпочтителен для этой цели, чем α-форма, благодаря относительно низкому электрическому сопротивлению, хорошей коррозионной стойкости даже в кислой среде и высокому перенапряжению выделения кислорода в электролитах на основе серной и азотной кислот. Диоксид свинца также устойчив к выделению хлора в соляной кислоте. Аноды из диоксида свинца недороги и ранее использовались вместо традиционных платиновых и графитовых электродов для регенерации дихромата калия. Они также применялись в качестве кислородных анодов при электроосаждении меди и цинка в сульфатных ваннах. В органическом синтезе аноды из диоксида свинца использовались для получения глиоксиловой кислоты из щавелевой кислоты в электролите серной кислоты. Диоксид свинца – сильный окислитель, поэтому любой контакт кожи или глаз с диоксидом свинца или его парами может вызвать серьезные ожоги, которые могут привести даже к смерти. PbO2 не горит, но усиливает горючесть других веществ и интенсивность пожара. При пожаре он выделяет раздражающие и токсичные пары. Диоксид свинца и другие соединения свинца представляют опасность для окружающей среды при неправильной утилизации, особенно токсичны для водных организмов.