Что такое свинец и где его используют. Свинец применение в промышленности
(первый электрон)
(по Полингу)
Pb←Pb 4+ 0,80 В
| Pb | 82 |
| 207,2 | |
| 4f 14 5d 10 6s 2 6p 2 | |
| Свинец | |
Свинец — элемент главной подгруппы четвёртой группы, шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 82. Обозначается символом Pb (лат. Plumbum). Простое вещество свинец (CAS-номер: 7439-92-1) — ковкий, сравнительно легкоплавкий металл серого цвета.
Происхождение слова «свинец» неясно. В большинстве славянских языков (болгарском, сербско-хорватском, чешском, польском) свинец называется оловом. Слово с тем же значением, но похожее по произношению на «свинец», встречается только в языках балтийской группы: švinas (литовский), svins (латышский).
Латинское же plumbum (тоже неясного происхождения) дало английское слово plumber — водопроводчик (когда-то трубы зачеканивали мягким свинцом), и название венецианской тюрьмы со свинцовой крышей — Пьомбе, из которой по некоторым данным ухитрился бежать Казанова. Известен с глубокой древности. Изделия из этого металла (монеты, медальоны) использовались в Древнем Египте, свинцовые водопроводные трубы — в Древнем Риме. Указание на свинец как на определённый металл имеется в Ветхом Завете. Выплавка свинца была первым из известных человеку металлургических процессов. До 1990 г. большое количество свинца использовалось (вместе с сурьмой и оловом) для отливки типографских шрифтов, а также в виде тетраэтилсвинца — для повышения октанового числа моторного топлива.
Нахождение свинца в природе
Получение свинца
Страны — крупнейшие производители свинца (включая вторичный свинец) на 2004 год (по данным ILZSG), в тыс. тонн:
| ЕС | 2200 |
| США | 1498 |
| Китай | 1256 |
| Корея | 219 |
Физические свойства свинца
Свинец имеет довольно низкую теплопроводность, она составляет 35,1 Вт/(м·К) при температуре 0°C. Металл мягкий, легко режется ножом. На поверхности он обычно покрыт более или менее толстой плёнкой оксидов, при разрезании открывается блестящая поверхность, которая на воздухе со временем тускнеет.
Плотность — 11,3415 г/см³ (при 20 °C)
Температура плавления — 327,4 °C
Температура кипения — 1740 °C
Химические свойства свинца
Электронная формула: KLMN5s 2 5p 6 5d 10 6s 2 6p 2 , в соответствии с чем он имеет степени окисления +2 и +4. Свинец не очень активен химически. На металлическом разрезе свинца виден металлический блеск, постепенно исчезающий из-за образования тонкой плёнки РbО.
С кислородом образует ряд соединений Рb2О, РbО, РbО2, Рb2О3, Рb3О4. Без кислорода вода при комнатной температуре не реагирует со свинцом, но при большой температуре получают оксида свинца и водород при взаимодействии свинца и горячего водяного пара.
Оксидам РbО и РbО2 соответствуют амфотерные гидрооксиды Рb(ОН)2 и Рb(ОН)4.
При реакции Mg2Pb и разбавленной HCl получается небольшое количество РbН4. PbH4 — газозообразное вещество без запаха, которое очень легко разлагается на свинец и и водород. При большой температуре галогены образовывают со свинцом соединения вида РbХ2 (X — соответствующий галоген). Все эти соединения мало растворяются в воде. Могут быть получены галогениды и типа РbХ4. Свинец с азотом прямо не реагирует. Азид свинца Pb(N3)2 получают косвенным путём: взаимодействием растворов солей Рb (II) и соли NaN3. Сульфиды свинца можно получить при нагревании серы со свинцом, образуется сульфид PbS. Сульфид получают также пропусканием сероводорода в растворы солей Pb (II). В ряду напряжений Pb стоит левее водорода, но свинец не вытесняет водород из разбавленных HCl и H2SO4, из-за перенапряжения Н2 на Pb, а также на поверхности металла образуются плёнки трудно-растворимых хлорида РbCl2 и сульфата PbSO4, защищающие металл от дальнейшего действия кислот. Концентрированные кислоты типа H2SO4 и НCl при нагревании действуют на Pb и образуют с ним растворимые комплексные соединения состава Pb(HSO4)2 и Н2[РbCl4]. Азотная, а также некоторые органических кислоты (например, лимонная) растворяют свинец с получением солей Рb(II). По растворимости в воде соли свинца делятся на нерастворимые (напрммер, сульфат, карбонат, хромат, фосфат, молибдат и сульфид), малорастворимые (вроде, хлорид и фторид) и растворимые (к примеру,ацетат, нитрат и хлорат свинца). Соли Pb (IV) могут быть получены электролизом сильно подкисленных серной кислотой растворов солей Рb (II). Соли Pb (IV) присоединяют отрицательные ионы с образованием комплексных анионов, например, плюмбатов (РbО3)2- и (РbО4)4-, хлороплюмбатов (РbCl6)2-, гидроксоплюмбатов [Рb(ОН)6]2- и других. Концентрированные растворы едких щелочей при нагревании реагируют с Pb с выделением водорода и гидроксоплюмбитов типа Х2[Рb(ОН)4]. Еион (Ме=>Ме++e)=7,42 эВ.
Основные соединения свинца
Оксиды свинца
Оксиды свинца имеют преимущественно основный или амфотерный характер. Многие из них окрашены в красные, жёлтые, чёрные, коричневые цвета. На фотографии в начале статьи, на поверхности свинцовой отливки, в её центре видны цвета побежалости — это тонкая плёнка оксидов свинца, образовавшаяся из-за окисления горячего металла на воздухе.
Галогениды свинца
Халькогениды свинца
Халькогениды свинца — сульфид свинца, селенид свинца и теллурид свинца — представляют собой кристаллы чёрного цвета, которые являются узкозонными полупроводниками.
Соли свинца
Сульфат свинца
Нитрат свинца
Ацетат свинца
— свинцовый сахар, относится к очень ядовитым веществам. Ацетат свинца, или свинцовый сахар, Pb(CH 3 COO) 2 ·3H 2 O существует в виде бесцветных кристаллов или белого порошка, медленно выветривающегося с потерей гидратной воды. Соединение хорошо растворимо в воде. Оно обладает вяжущим действием, но так как содержит ионы ядовитого свинца, то применяется как наружное в ветеринарии. Ацетат применяют также в аналитической химии, крашении, ситценабивном деле, как наполнитель шёлка и для получения других соединений свинца. Основной ацетат свинца Pb(CH 3 COO) 2 ·Pb(OH) 2 — менее растворимый в воде белый порошок — используется для обесцвечивания органических растворов и очистки растворов сахара перед анализом.
Применение свинца
Свинец в народном хозяйстве
Нитрат свинца применяется для производства мощных смесевых взрывчатых веществ. Азид свинца применяется как наиболее широкоупотребляемый детонатор (инициирующее взрывчатое вещество). Перхлорат свинца используется для приготовления тяжелой жидкости (плотность 2,6 г/см³), используемой во флотационном обогащении руд, он иногда применяется в мощных смесевых взрывчатых веществах как окислитель. Фторид свинца самостоятельно, а так же совместно с фторидом висмута, меди, серебра применяется в качестве катодного материала в химических источниках тока. Висмутат свинца, сульфид свинца PbS, иодид свинца применяются в качестве катодного материала в литиевых аккумуляторных батареях. Хлорид свинца PbCl2 в качестве катодного материала в резервных источниках тока. Теллурид свинца PbTe широко применяется в качестве термоэлектрического материала (термо-э.д.с 350 мкВ/К), самый широкоприменяемый материал в производстве термоэлектрогенераторов и термоэлектрических холодильников. Двуокись свинца PbO2 широко применяется не только в свинцовом аккумуляторе, но так же на её основе производятся многие резервные химические источники тока, например — свинцово-хлорный элемент, свинцово-плавиковый элемент и др.
Свинцовые белила , основной карбонат Pb(OH)2.PbCO3, плотный белый порошок, — получается из свинца на воздухе под действием углекислого газа и уксусной кислоты. Использование свинцовых белил в качестве красящего пигмента теперь не так распространено, как ранее, из-за их разложения под действием сероводорода H2S. Свинцовые белила применяют также для производства шпатлевки, в технологии цемента и свинцовокарбонатной бумаги.
Арсенат и арсенит свинца применяют в технологии инсектицидов для уничтожения насекомых — вредителей сельского хозяйства (непарного шелкопряда и хлопкового долгоносика). Борат свинца Pb(BO2)2·H2O, нерастворимый белый порошок, используют для сушки картин и лаков, а вместе с другими металлами — в качестве покрытий стекла и фарфора. Хлорид свинца PbCl2, белый кристаллический порошок, растворим в горячей воде, растворах других хлоридов и особенно хлорида аммония NH4Cl. Его применяют для приготовления мазей при обработке опухолей.
Хромат свинца PbCrO4 известен как хромовый желтый краситель, является важным пигментом для приготовления красок, для окраски фарфора и тканей. В промышленности хромат применяют в основном в производстве желтых пигментов. Нитрат свинца Pb(NO3)2 — белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде. Это вяжущее ограниченного применения. В промышленности его используют в спичечном производстве, крашении и набивке текстиля, окраске рогов и гравировке. Сульфат свинца Pb(SO4)2, нерастворимый в воде белый порошок, применяют как пигмент в аккумуляторах, литографии, в технологии набивных тканей.
Сульфид свинца PbS, чёрный нерастворимый в воде порошок, используют при обжиге глиняной посуды и для обнаружения ионов свинца.
Поскольку свинец хорошо поглощает γ-излучение, он используется для радиационной защиты в рентгеновских установках и в ядерных реакторах. Кроме того, свинец рассматривается в качестве теплоносителя в проектах перспективных ядерных реакторов на быстрых нейтронах.
Значительное применение находят сплавы свинца. Пьютер (сплав олова со свинцом), содержащий 85-90 % Sn и 15-10 % Pb, формуется, недорог и используется в производстве домашней утвари. Припой, содержащий 67 % Pb и 33 % Sn, применяют в электротехнике. Сплавы свинца с сурьмой используют в производстве пуль и типографского шрифта, а сплавы свинца, сурьмы и олова — для фигурного литья и подшипников. Сплавы свинца с сурьмой обычно применяют для оболочек кабелей и пластин электрических аккумуляторов. Соединения свинца используются в производстве красителей, красок, инсектицидов, стеклянных изделий и как добавки к бензину в виде тетраэтилсвинца (C2H5)4Pb (умеренно летучая жидкость, пары к-рой в малых концентрациях имеют сладковатый фруктовый запах, в больших-неприятный запах; Тпл = 130 °C, Ткип = 80°С/13 мм рт.ст.; плотн. 1,650 г/см³; nD2v = 1,5198; не раств. в воде, смешивается с орг. растворителями; высокотоксичен, легко проникает через кожу; ПДК = 0,005 мг/м³; ЛД50 = 12,7 мг/кг (крысы, перорально)) для повышения октанового числа.
Свинец в медицине
Экономические показатели
Цены на свинец в слитках (марка С1) в 2006 году составили в среднем 1,3—1,5 долл/кг.
Страны, крупнейшие потребители свинца в 2004 году, в тыс. тонн (по данным ILZSG):
| Китай | 1770 |
| ЕС | 1553 |
| США | 1273 |
| Корея | 286 |
Физиологическое действие
Свинец и его соединения токсичны. Попадая в организм, свинец накапливается в костях, вызывая их разрушение. ПДК в атмосферном воздухе соединений свинца 0,003 мг/м³, в воде 0,03 мг/л, почве 20,0 мг/кг. Выброс свинца в Мировой океан 430—650 тысяч т/год.
Свинец (лат. Plumbum), Pb, химический элемент IV группы периодической системы Менделеева; атомный номер 82, атомная масса 207,2. Свинец - тяжелый металл голубовато-серого цвета, очень пластичный, мягкий (режется ножом, царапается ногтем). Природный Свинец состоит из 5 стабильных изотопов с массовыми числами 202 (следы), 204 (1,5%), 206 (23,6%), 207 (22,6%), 208 (52,3%). Последние три изотопа - конечные продукты радиоактивных превращений 238 U, 235 U и 232 Th. При ядерных реакциях образуются многочисленные радиоактивные изотопы Свинца.
Историческая справка. Свинец был известен за 6-7 тысяч лет до н. э. народам Месопотамии, Египта и других стран древнего мира. Он служил для изготовления статуй, предметов домашнего обихода, табличек для письма. Римляне пользовались свинцовыми трубами для водопроводов. Алхимики называли Свинец Сатурном и обозначали его знаком этой планеты. Соединения Свинец - "свинцовая зола" РbО, свинцовые белила 2РbСО 3 ·Рb(ОН) 2 применялись в Древней Греции и Риме как составные части лекарств и красок. Когда было изобретено огнестрельное оружие, Свинец начали применять как материал для пуль. Ядовитость Свинца отметили еще в 1 веке н. э. греческий врач Диоскорид и Плиний Старший.
Распространение Свинца в природе. Содержание Свинца в земной коре (кларк) 1,6·10 -3 % по массе. Образование в земной коре около 80 минералов, содержащих Свинец (главный из них галенит PbS), связано в основном с формированием гидротермальных месторождений. В зонах окисления полиметаллических руд образуются многочисленные (около 90) вторичные минералы: сульфаты (англезит PbSO 4), карбонаты (церуссит РbCO 3), фосфаты [пироморфит Рb 5 (РО 4) 3 Сl].
В биосфере Свинец в основном рассеивается, его мало в живом веществе (5·10 -5 %), морской воде (3·10 -9 %). Из природных вод Свинец отчасти сорбируется глинами и осаждается сероводородом, поэтому он накапливается в морских илах с сероводородным заражением и в образовавшихся из них черных глинах и сланцах.
Физические свойства Свинца. Свинец кристаллизуется в гранецентрированной кубической решетке (а = 4,9389Å), аллотропических модификаций не имеет. Атомный радиус 1,75Å, ионные радиусы: Рb 2+ 1,26Å, Рb 4+ 0,76Å; плотность 11,34 г/см 3 (20 °С); t пл 327,4 °С; t кип 1725 °С; удельная теплоемкость при 20 °С 0,128 кДж/(кг·К) | теплопроводность 33,5 вт/(м·К); температурный коэффициент линейного расширения 29,1·10 -6 при комнатной температуре; твердость по Бринеллю 25-40 Мн/м 2 (2,5-4 кгс/мм 2); предел прочности при растяжении 12-13 Мн/м 2 , при сжатии около 50 Мн/м 2 ; относительное удлинение при разрыве 50-70%. Наклеп не повышает механических свойств Свинца, так как температура его рекристаллизации лежит ниже комнатной (около -35 °С при степени деформации 40% и выше). Свинец диамагнитен, его магнитная восприимчивость -0,12·10 -6 . При 7,18 К становится сверхпроводником.
Химические свойства Свинца. Конфигурация внешних электронных оболочек атома Pb 6s 2 6р 2 , в соответствии с чем он проявляет степени окисления +2 и +4. Свинец сравнительно мало активен химически. Металлический блеск свежего разреза Свинца постепенно исчезает на воздухе вследствие образования тончайшей пленки РbО, предохраняющей от дальнейшего окисления.
С кислородом образует ряд оксидов Рb 2 О, РbО, РbО 2 , Рb 3 О 4 и Рb 2 О 3 .
В отсутствие О 2 вода при комнатной температуре на Свинец не действует, но он разлагает горячий водяной пар с образованием оксида Свинца и водорода. Соответствующие оксидам РbО и РbО 2 гидрооксиды Рb(ОН) 2 и Рb(ОН) 4 имеют амфотерный характер.
Соединение Свинца с водородом РbН 4 получается в небольших количествах при действии разбавленной соляной кислоты на Mg 2 Pb. PbH 4 - бесцветный газ, который очень легко разлагается на Pb и Н 2 . При нагревании Свинец соединяется с галогенами, образуя галогениды РbХ 2 (X -галоген). Все они малорастворимы в воде. Получены также галогениды РbХ 4: тетрафторид PbF 4 - бесцветные кристаллы и тетрахлорид РbСl 4 - желтая маслянистая жидкость. Оба соединения легко разлагаются, выделяя F 2 или Cl 2 ; гидролизуются водой. С азотом Свинец не реагирует. Азид свинца Pb(N 3) 2 получают взаимодействием растворов азида натрия NaN 3 и солей Рb (II); бесцветные игольчатые кристаллы, труднорастворимые в воде; при ударе или нагревании разлагается на Pb и N 2 со взрывом. Сера действует на Свинец при нагревании с образованием сульфида PbS - черного аморфного порошка. Сульфид может быть получен также при пропускании сероводорода в растворы солей Pb (II); в природе встречается в виде свинцового блеска - галенита.
В ряду напряжений Pb стоит выше водорода (нормальные электродные потенциалы соответственно равны -0,126 в для Рb = Рb 2+ + 2е и +0,65 в для Pb = Pb 4+ + 4е). Однако Свинец не вытесняет водород из разбавленной соляной и серной кислот, вследствие перенапряжения Н 2 на Pb, а также образования на поверхности металла защитных пленок трудно-растворимых хлорида РbCl 2 и сульфата PbSO 4 . Концентрированные H 2 SO 4 и НCl при нагревании действуют на Pb, причем получаются растворимые комплексные соединения состава Pb(HSO 4) 2 и Н 2 [РbCl 4 ]. Азотная, уксусная, а также некоторые органических кислоты (например, лимонная) растворяют Свинец с образованием солей Рb (II). По растворимости в воде соли делятся на растворимые (ацетат, нитрат и хлорат свинца), малорастворимые (хлорид и фторид) и нерастворимые (сульфат, карбонат, хромат, фосфат, молибдат и сульфид). Соли Pb (IV) могут быть получены электролизом сильно подкисленных H 2 SO 4 растворов солей Рb (II); важнейшие из солей Pb (IV)- сульфат Pb(SO 4) 2 и ацетат Рb(С 2 Н 3 О 2) 4 . Соли Pb (IV) склонны присоединять избыточные отрицательные ионы с образованием комплексных анионов, например, плюмбатов (РbО 3) 2- и (РbО 4) 4- , хлороплюмбатов (РbCl 6) 2- , гидроксоплюмбатов [Рb(ОН) 6 ] 2- и других. Концентрированные растворы едких щелочей при нагревании реагируют с Pb с выделением водорода и гидроксоплюмбитов типа Х 2 [Рb(ОН) 4 ].
Получение Свинца. Металлический Свинец получают окислительным обжигом PbS с последующим восстановлением РbО до сырого Pb ("веркблея") и рафинированием (очисткой) последнего. Окислительный обжиг концентрата ведется в агломерационных ленточных машинах непрерывного действия. При обжиге PbS преобладает реакция:
2PbS + ЗО 2 = 2РbО + 2SO 2 .
Кроме того, получается и немного сульфата PbSO 4 , который переводят в силикат PbSiO 3 , для чего в шихту добавляют кварцевый песок. Одновременно окисляются и сульфиды других металлов (Cu, Zn, Fe), присутствующие как примеси. В результате обжига вместо порошкообразной смеси сульфидов получают агломерат - пористую спекшуюся сплошную массу, состоящую преимущественно из оксидов РbО, CuO, ZnO, Fe 2 O 3 . Куски агломерата смешивают с коксом и известняком и эту смесь загружают в ватержакетную печь, в которую снизу через трубы ("фурмы") подают воздух под давлением. Кокс и оксид углерода (II) восстанавливают РbО до Pb уже при невысоких температурах (до 500 °С). При более высоких температурах идут реакции:
СаСО 3 = СаО + СО 2
2РbSiO 3 + 2СаО + С = 2Рb + 2CaSiO 3 + CO 2 .
Оксиды Zn и Fe частично переходят в ZnSiO 3 и FeSiO 3 , которые вместе с CaSiO 3 образуют шлак, всплывающий на поверхность. Оксиды Свинца восстанавливаются до металла. Сырой Свинец содержит 92-98% Pb, остальное - примеси Cu, Ag (иногда Au), Zn, Sn, As, Sb, Bi, Fe. Примеси Cu и Fe удаляют зейгерованием. Для удаления Sn, As, Sb через расплавленный металл продувают воздух. Выделение Ag (и Au) производится добавкой Zn, который образует "цинковую пену", состоящую из соединений Zn с Ag (и Au), более легких, чем Рb, и плавящихся при 600-700 °C. Избыток Zn удаляют из расплавленного Рb пропусканием воздуха, водяного пара или хлора. Для очистки от Bi к жидкому Рb добавляют Са или Mg, дающие трудноплавкие соединения Ca 3 Bi 2 и Mg 3 Bi 2 . Рафинированный этими способами Свинец содержит 99,8-99,9% Рb. Дальнейшая очистка производится электролизом, в результате чего достигается чистота не менее 99,99%.
Применение Свинца. Свинец широко применяют в производстве свинцовых аккумуляторов, используют для изготовления заводской аппаратуры, стойкой в агрессивных газах и жидкостях. Свинец сильно поглощает γ-лучи и рентгеновские лучи, благодаря чему его применяют как материал для защиты от их действия (контейнеры для хранения радиоактивных веществ, аппаратура рентгеновских кабинетов и других). Большие количества Свинца идут на изготовление оболочек электрических кабелей, защищающих их от коррозии и механических повреждений. На основе Свинца изготовляют многие свинцовые сплавы. Оксид Свинца РbО вводят в хрусталь и оптическое стекло для получения материалов с большим показателем преломления. Сурик, хромат (желтый крон) и основные карбонат Свинца (свинцовые белила) - ограниченно применяемые пигменты. Хромат Свинца - окислитель, используется в аналитической химии. Азид и стифиат (тринитрорезорцинат) - инициирующие взрывчатые вещества. Тетраэтилсвинец - антидетонатор. Ацетат Свинца служит индикатором для обнаружения H 2 S. В качестве изотопных индикаторов используются 204 Рb (стабильный) и 212 Рb (радиоактивный).
Свинец в организме. Растения поглощают Свинец из почвы, воды и атмосферных выпадений. В организм человека Свинец попадает с пищей (около 0,22 мг), водой (0,1 мг), пылью (0,08 мг). Безопасный суточный уровень поступления Свинца для человека 0,2-2 мг. Выделяется главным образом с калом (0,22-0,32 мг), меньше с мочой (0,03-0,05 мг). В теле человека содержится в среднем около 2 мг Свинца (в отдельных случаях - до 200 мг). У жителей промышленно развитых стран содержание Свинца в организме выше, чем у жителей аграрных стран, у горожан выше, чем у сельских жителей. Основное депо Свинца - скелет (90% всего Свинца организма): в печени накапливается 0,2-1,9 мкг/г; в крови - 0,15-0,40 мкг/мл; в волосах - 24 мкг/г, в молоке- 0,005-0,15 мкг/мл; содержится также в поджелудочной железе, почках, головном мозге и других органах. Концентрация и распределение Свинца в организме животных близки к показателям, установленным для человека. При повышении уровня Свинца в окружающей среде возрастает его отложение в костях, волосах, печени.
Отравления Свинцом и его соединениями возможны при добыче руд, выплавке Свинец, при производстве свинцовых красок, в полиграфии, гончарном, кабельном производствах, при получении и применении тетраэтилсвинца и др. Бытовые отравления возникают редко и наблюдаются при употреблении в пищу продуктов, которые длительно хранили в глиняной посуде, покрытой глазурью, содержащей свинцовый сурик или глет. Свинец и его неорганические соединения в виде аэрозолей проникают в организм в основном через дыхательные пути, в меньшей степени - через желудочно-кишечный тракт и кожу. В крови Свинец циркулирует в виде высокодисперсных коллоидов - фосфата и альбумината. Выделяется Свинец в основном через кишечник и почки. В развитии интоксикации играют роль нарушение порфиринового, белкового, углеводного и фосфатного обменов, дефицит витаминов С и B 1 , функциональные и органических изменения центральной и вегетативной нервной системы, токсичное влияние Свинец на костный мозг. Отравления могут быть скрытыми (так называемое носительство), протекать в легкой, средней тяжести и тяжелой формах.
Наиболее частые признаки отравления Свинец: кайма (полоска лиловато-аспидного цвета) по краю десен, землисто-бледная окраска кожных покровов; ретикулоцитоз и других изменения крови, повышенное содержание порфиринов в моче, наличие в моче Свинца в количествах 0,04-0,08 мг/л и более и т. д. Поражение нервной системы проявляется астенией, при выраженных формах - энцефалопатией, параличами (преимущественно разгибателей кисти и пальцев рук), полиневритом. При так называемых свинцовой колике возникают резкие схваткообразные боли в животе, запор, продолжающиеся от нескольких часов до 2-3 недель; нередко колика сопровождается тошнотой, рвотой, подъемом артериального давления, температуры тела до 37,5-38 °C. При хронической интоксикации возможны поражения печени, сердечно-сосудистой системы, нарушение эндокринных функций (например, у женщин - выкидыши, дисменорея, меноррагии и других). Угнетение иммунобиологической реактивности способствует повышенной общей заболеваемости.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Свинец - восемьдесят второй элемент Периодической таблицы. Обозначение - Pb от латинского «plumbum». Расположен в шестом периоде, IVA группе. Относится к металлам. Заряд ядра равен 82.
Свинец - голубовато-белый тяжелый металл (рис. 1). В разрезе поверхность свинца блестит. На воздухе покрывается пленкой оксидов и из-за этого тускнеет. Он очень мягок и режется ножом. Обладает низкой теплопроводностью. Плотность 11,34 г/см 3 . Температура плавления 327,46 o С, кипения 1749 o С.
Рис. 1. Свинец. Внешний вид.
Атомная и молекулярная масса свинца
Относительной молекулярная масса вещества (M r) - это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (A r) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.
Поскольку в свободном состоянии свинец существует в виде одноатомных молекул Pb, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 207,2.
Изотопы свинца
Известно, что в природе свинец может находиться в виде четырех стабильных изотопов 204 Pb, 206 Pb, 207 Pb и 208 Pb. Их массовые числа равны 204, 206, 207 и 208 соответственно. Ядро атома изотопа свинца 204 Pb содержит восемьдесят два протона и сто двадцать два нейтрона, а остальные отличаются от него только числом нейтронов.
Существуют искусственные нестабильные изотопы свинца с массовыми числами от 178-ми до 215-ти, а также более десяти изомерных состояний ядер, среди которых наиболее долгоживущими являются изотопы 202 Pb и 205 Pb, периоды полураспада которых равны 52,5 тысячи и 15,3 млн. лет соответственно.
Ионы свинца
На внешнем энергетическом уровне атома свинца имеется четыре электрона, которые являются валентными:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 4f 14 5s 2 5р 6 5d 10 6s 2 6р 2 .
В результате химического взаимодействия свинец отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:
Pb 0 -2e → Pb 2+ ;
Pb 0 -4e → Pb 4+ .
Молекула и атом свинца
В свободном состоянии свинец существует в виде одноатомных молекул Pb. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу свинца:
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
ПРИМЕР 2
| Задание | К раствору нитрата свинца (II) массой 80г (массовая доля соли 6,6%) прилили раствор йодида натрия массой 60 г (массовая доля NaI 5%). Рассчитайте массу йодида свинца (II), выпадающего в осадок. |
| Решение | Запишем уравнение реакции взаимодействия нитрата свинца (II) с иодидом натрия:
Pb(NO 3) 2 + 2NaI = PbI 2 ↓ + 2NaNO 3 . Найдем массы растворенных веществ нитрата свинца (II) и иодидом натрия: ω = m solute / m solution × 100%; m solute = ω /100%×m solution ; m solute (Pb(NO 3) 2)=ω(Pb(NO 3) 2) /100%×m solution (Pb(NO 3) 2); m solute (Pb(NO 3) 2) = 6,6 /100%× 80 = 5,28 г; m solute (NaI) = ω (NaI) /100%×m solution (NaI); m solute (NaI) =5 /100% × 60 = 3 г. Найдем количество моль веществ, вступивших в реакцию (молярная масса нитрата свинца (II) равна 331 г/моль, иодида натрия - 150 г/моль) и определим, какое из них находится в избытке: n(Pb(NO 3) 2) =m solute (Pb(NO 3) 2) / M (Pb(NO 3) 2); n (Pb(NO 3) 2) = 5,28 / 331 = 0,016моль. n(NaI) =m solute (NaI) / M (NaI); n (NaI) = 3 / 150 = 0,02 моль. Иодид натрия находится в избытке, следовательно, все дальнейшие расчеты ведем по нитрату свинца (II). n (Pb(NO 3) 2) : n (PbI 2) = 1:1, т.е. n (Pb(NO 3) 2) = n (PbI 2) = 0,016 моль. Тогда масса иодида свинца (II) будет равна (молярная масса - 461 г/моль): m (PbI 2) = n (PbI 2) × M (PbI 2); m (PbI 2) = 0,016 × 461 = 7,376 г. |
| Ответ | Масса иодида свинца (II) равна 7,376 г. |
Свинец (латинское название plumbum
) – это химический элемент, металл с атомным номером 82. В чистом виде вещество имеет серебристый, слегка синеватый оттенок.
Благодаря тому, что свинец широко распространен в природе, его легко добывать и обрабатывать, этот металл знаком человечеству с глубокой древности. Известно, что люди пользовались свинцом еще в 7-м тысячелетии до нашей эры. В Древнем Египте, позднее – в Древнем Риме велась добыча и обработка свинца. Свинец довольно мягок и податлив, поэтому еще до изобретения плавильных печей его использовали для изготовления металлических предметов. Например, римляне делали из свинца трубы для сети водопроводов.
В Средние века свинец применялся как кровельный материал, для производства печатей. Длительное время люди не знали о вреде вещества, поэтому его подмешивали в вино, использовали в строительстве. Даже в 20-м веке свинец добавляли в типографскую краску и бензиновые присадки.
Свойства свинца
В природе свинец, чаще всего, встречается в виде соединений, входящих в состав руд. Руды добывают, а затем выделяют чистое вещество промышленным способом. Сам металл, а также его соединения имеют уникальные физические и химические свойства, чем и объясняется широкое использование свинца в различных отраслях.
Свинец обладает следующими свойствами:
— очень мягкий, послушный металл, который можно резать ножом;
— тяжелый, плотнее железа;
— плавится при сравнительно низких температурах (327 градусов);
— быстро окисляется на воздухе. Кусок чистого свинца всегда покрыт слоем оксида.
Токсичность свинца
Свинец имеет одну неприятную особенность: он сам и его соединения токсичны. Отравление свинцом носит хронический характер: при постоянном поступлении в организм элемент накапливается в костях и органах, вызывая серьезнейшие нарушения.
Длительное время летучее соединение тетраэтилсвинец использовался для улучшения бензинов, что вызывало загрязнение окружающей среды в городах. Сейчас в цивилизованных странах использование этой присадки запрещено.
Применение свинца
В наше время токсичность свинца хорошо известна. В то же время, свинец и его соединения могут принести огромную пользу при их рациональном и грамотном использовании.
Усилия ученых и разработчиков направлены на то, чтобы максимально использовать полезные свойства свинца, снизив его опасность для человека. Свинец используется в различных отраслях, в том числе:
— в медицине и других областях, где необходима защита от радиации. Свинец плохо пропускает любое излучение, поэтому его применяют в качестве защиты. В частности, свинцовые пластины вшиваются в фартуки, которые надевают пациентам для безопасности при рентгенографическом обследовании. Защитные свойства свинца применяются в атомной промышленности, науке, производстве ядерного оружия;
— в электротехнической промышленности . Свинец мало подвержен коррозии – это свойство активно используется в электротехнике. Самое широкое распространение получили свинцовые аккумуляторы. В них устанавливают пластины из свинца, погруженные в электролит. Гальванический процесс позволяет получать электрический ток, достаточный для запуска автомобильного двигателя. Именно аккумуляторная промышленность является самым крупным потребителем свинца в мире. Помимо этого, свинец используется для защиты кабелей, производства кабельных рубок, предохранителей, сверхпроводников;
— в военной промышленности . Свинец идет на изготовление пуль, дроби и снарядов. Нитрат свинца входит в состав взрывчатых смесей, азид свинца используется в качестве детонатора;
— в производстве красителей и строительных смесей
. Свинцовые белила, чрезвычайно распространенные прежде, сейчас уступают место другим краскам. Свинец используется при производстве шпатлевок, цемента, защитных покрытий для и керамики.
Из-за токсичности свинца применение этого металла стараются ограничивать, заменяя на альтернативные материалы. Большое внимание уделяется безопасности производств, связанных со свинцом, утилизации изделий, содержащих этот элемент, а также тому, чтобы снизить контакт свинцовых деталей с человеком и выброс вещества в окружающую среду.
Свинец – мягкий тяжелый металл серебристо-серого цвета, блестящий, но довольно быстро теряющий свой блеск. Наравне с и относится к элементам, известным человечеству с самых древних времен. Использовался свинец весьма широко, да и сейчас его применение чрезвычайно разнообразно. Итак, сегодня мы узнаем, свинец — это металл или неметалл, а также цветной или черный металл, узнаем о его видах, свойствах, применении и добыче.
Свинец – элемент 14 группы таблицы Д. И. Менделеева, расположен в одной группе с углеродом, кремнием и оловом. Свинец является типичным металлом, но инертным: вступает в реакции крайне неохотно даже с сильными кислотами.
Молекулярная масса – 82. Это не только указывает на так называемое магическое число протонов в ядре, но и на большой вес вещества. Самые интересные качества металла связаны именно с его большим весом.
Понятие и особенности металла свинец рассмотрены в данном видео:
Понятие и особенности
Свинец – металл достаточно мягкий при нормальной температуре, его несложно процарапать или расплющить. Такая пластичность позволяет получить листы и прутки металла очень малой толщины и любой формы. Ковкость и была одной из причин, по которой свинец стал использоваться с самой древности.
Свинцовые водопроводные трубы Древнего Рима общеизвестны. С тех пор такого рода водопровод устанавливался не единожды и не в одном месте, но действовал не столь долго. Что, без сомнений, сохранило немалое количество человеческих жизней, так как свинец, увы, при длительном контакте с водой, в конце концов, образует растворимые соединения, которые являются токсичными.
Токсичность – то самое свойство металла, благодаря которому его применение стараются ограничить. Пары металла и множество его органических и неорганических солей очень опасны и для окружающей среды, и для людей. В основном, конечно, опасности подвергаются работники таких предприятий и жители зоны вокруг промышленного объекта. 57% выбрасывается вместе с большими объемами запыленного газа, а 37% – с конвертерными газами. Проблема этого одна – несовершенство очистительных установок.
Однако и в других случаях люди становятся жертвами свинцового загрязнения. До недавнего времени самым эффективным и популярным стабилизатором бензина являлся тетраэтилсвинец. При сгорании топлива он выделялся в атмосферу и загрязнял ее.
Зато свинец обладает другим, крайне полезным и необходимым качеством – способностью поглощать радиоактивное излучение. Причем жесткую составляющую металл поглощает даже лучше, чем мягкую. Свинцовый слой толщиной в 20 см способен защитить от всех видов излучения, известных на Земле и в ближайшем космосе.
Плюсы и минусы
Свинец соединяет в себе свойства необыкновенно полезные, превращаясь в незаменимый элемент, и откровенно опасные, которые делают его использование задачей очень непростой.
К плюсам с точки зрения народного хозяйства можно отнести:
- легкоплавкость и ковкость – это позволяет формировать из металла изделия любой степени сложности и любой тонкости. Так, для производства звукопоглощающих мембран используются свинцовые пластины толщиной в 0,3–0,4 мм;
- свинец в состоянии образовать сплав с другими металлами (в т.ч. , и др.) которые при обычных условиях друг с другом не сплавляются, на этом качестве основано его применение в качестве припоя;
- металл поглощает радиационное излучение. На сегодня все элементы защиты от радиации – от одежды до отделки рентген-кабинетов и помещений на испытательных полигонах, производятся из свинца;
- металл устойчив к кислотам, уступая в этом лишь благородному золоту и серебру. Так что его активно применяют для облицовки кислотоупорной аппаратуры. По этим же причинам из него производят трубы для передачи кислоты и для стоков на опасных химических предприятиях;
- свинцовый аккумулятор пока что не потерял своего значения в электротехнике, так как позволяет получить ток большого напряжения;
- низкая стоимость – свинец в 1,5 раза дешевле цинка, в 3 раза меди, и едва и не в 10 раз олова. Этим объясняется очень большая выгодность применения именно свинца, а не других металлов.
Недостатками являются:
- токсичность – использование металла в любом виде производства составляет опасность для персонала, а при авариях – чрезвычайную опасность для окружающей среды и населения. Свинец относится к веществам 1 класса опасности;
- изделия из свинца нельзя выбрасывать как обычный мусор. Они требуют утилизации и порой весьма затратной. Потому вопрос о вторичной переработке металла всегда актуален;
- свинец – металл мягкий, так что использоваться в качестве конструкционного материала не может. Учитывая все остальные его качества это, скорее, стоит считать плюсом.
Свойства и характеристики
Свинец – мягкий, ковкий, но при этом тяжелый и плотный металл. Молекулярная решетка – кубическая, гранецентрированная. Прочность его невелика, а вот пластичность превосходна. Физические характеристики металла таковы:
- плотность при нормальной температуре 11,34 г/куб см;
- температура плавления – 327,46 С;
- температуры кипения – 1749 С;
- стойкость к нагрузке на разрыв – 12– 3 МПа;
- стойкость к нагрузке на сжатие – 50 МПа;
- твердость по Бринеллю – 3,2–3,8 НВ;
- теплопроводность – 33,5 вт/(м·К);
- удельное сопротивление составляет 0,22 Ом-кв. мм/м.
Как и всякий металл он проводит электроток, хотя, надо отметить, и намного хуже меди – почти в 11 раз. Однако металл обладает другими интересным свойством: при температуре 7,26 К он становится сверхпроводником и проводит электричество без всякого сопротивления. Свинец был первым элементом, который проявил это свойство.
На воздухе кусок металла или изделие из него довольно быстро пассивируется оксидной пленкой, которая успешно защищает металл от внешнего воздействия. Да и само вещество не склонно к химической активности, из-за чего его и используют при изготовлении кислотоупорного оборудования.
Почти такими же устойчивыми к коррозии являются и краски, включающие соединения свинца. Из-за токсичности они не применяются внутри помещений, однако успешно используются при окрашивании мостов, например, каркасных сооружений и так далее.
О том, как сделать чистый свинец, расскажет видео ниже:
Структура и состав
Во всем диапазоне температур выделяют только одну модификацию свинца, так что и под действием температуры, и с течением времени свойства металл изменяет совершенно закономерно. Никаких резких переходов, когда качества меняются кардинально, не отмечено.
Производство металла
Свинец довольно распространен, образует несколько промышленно значимых минералов – галенит, церуссит, англезит, так что производство его обходится относительно дешево. пирометаллургическим и гидрометаллургическим методом. Второй способ более безопасен, однако применяется намного реже, так как более дорог, да и полученный металл все равно нуждается в конечной обработке при высокой температуре.
Производство пирометаллургическим методом включает следующие стадии:
- добыча руды;
- дробление и обогащение в основном флотационным методом;
- плавка с целью получения чернового свинца – восстановительная, горновая, щелочная и так далее;
- рафинирование, то есть, очистка черного свинца от примесей и получение чистого металла.
Несмотря на одинаковость технологии производства оборудование может использоваться самое разное. Это зависит от содержания металла в руде, объемов производства, требований к качеству продукта и так далее.
Об использовании и цене за 1 кг свинца читайте ниже.
Область применения
Первое – изготовление водопроводов и предметов быта, к счастью, относится к довольно давним временам. На сегодня в жилище металл попадает только с защитным слоем и при условии отсутствия контактов с пищей, водой и человеком.
- А вот использование свинца для сплавов и в качестве припоя началось еще на заре цивилизации и продолжается до сих пор.
- Свинец – металл стратегического значения, особенно с тех пор, как из него стали отливать пули. Боеприпас для стрелкового и спортивного оружия и сейчас изготавливается только из свинца. А его соединения применяются в качестве взрывчатых веществ.
- 75% производимого в мире металла используется для производства свинцовых аккумуляторов. Вещество продолжает оставаться одним из главных элементов химических источников тока.
- Коррозийная устойчивость металла эксплуатируется при изготовлении кислотоупорной аппаратуры, трубопроводов, а также защитных оболочек для силовых кабелей.
- Ну и, конечно, свинец применяют при оборудовании рентген-кабинетов: облицовка стен, потолка, пола, защитные перегородки, защитные костюмы – все изготавливается с участием свинца. На испытательных полигонах, в том числе и ядерных, металл незаменим.
Стоимость металлов определяется на нескольких биржах мирового значения. Наиболее известной является Лондонская биржа металлов. Стоимость свинца в октябре 2016 года составляет 2087,25 $ за тонну.
Свинец – металл, очень востребованный в современной промышленности. Некоторые его качества – коррозионная стойкость, способность поглощать жесткое излучение, совершенно уникальны и делают металл незаменимым несмотря на его высокую токсичность.
Данное видео расскажет, что будет если вылить свинец в воду: