Свинец химический элемент — свойства и применение. Свинец и его свойства
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 - это один из редких самородных металлов, имеющий бело-серебристый цвет. Он мягкий, легкоплавкий, пластичный.
Этот металл был известен уже в древние времена. В данной статье мы поговорим об использовании, производстве, физических и химических свойствах плюмбума Pb — химического элемента таблицы Менделеева.
Что такое свинец
Это элемент в химической таблице под атомным номером 82, он же Pb (Plumbum).
В классическом виде он обычно имеет серебряный цвет. Удельный вес — 11,35 г/см 3 .
История открытия химического элемента Pb
На ближнем Востоке свинец стал известен ещё с 3 тысячелетия до нашей эры, где он участвовал в создании кирпичей, статуй и разных бытовых предметов. Его сопоставляли Сатурну.
Археологические раскопки, которые проводились на территории Древнего царства Египта, помогли найти свинцовые изделия. Подобные открытия сделаны и на территории бывшей Месопотамии и Армении.
Его использовали не только в качестве самостоятельного металла для изделия, но также для очищения серебра и золота. Затем металлу нашли новую задачу – им обшивали корпуса кораблей и применяли в медицинских целях.
В конце 17 века появилось хрустальное стекло за счет добавления в стекло свинца. После, из него стали изготавливать пули.
Характеристика свинца
Если вас интересует, какого цвета свинец, то ответ следующий - плюмбум имеет голубовато-серый оттенок. Он плотный и тяжелый. Достаточно несложно добывается.
Как и любой из существующих металлов, свинец отличается своими физическими и химическими особенностями, которые и отличают его от других металлов.
Физические свойства
Металл не отличает высокая твердость. Это довольно мягкий металл, легко режущийся лезвием. Плавится при невысокой температуре плавления (327 градусов).
Температура кристаллизации — 327 градусов, а температура кипения — 2022 К. Плюмбум подлежит достаточно быстрому окислению на открытом воздухе.
Полезно знать: неприятным критерием свинца является его токсичность: в хроническом течении он собирается во внутренних органах и костной ткани, чем вызывает нарушения в организме живых существ.
Теплопроводность в два раза меньше железа.
Молярная масса 207,2 а. е. м. ± 0,1 а. е. м.
Формула простых оксидов - оксид свинца (II) PbO и оксид свинца (IV) PbO2 и смешанный Pb3O4 (свинцовый сурик).
Химические свойства
Является металлом малоактивным, стоящим в электрохимическом ряду перед водородом , что делает его легко вытесняемым иными металлами из растворов его солей. Степень окисления +2.
Заметно растворим в лимонной, уксусной и винной кислотах. Бесцветные ядовитые жидкости — производные свинца. Его пары ядовиты.
Некоторые школьники и студенты спрашивают — свинец магнитится или нет? Нет, такие качества отсутствуют.
Помимо токсичности, хочется знать, свинец радиоактивен или нет? Искусственные изотопы металла радиоактивны.
Основные соединения свинца
Галогениды образуются, взаимодействуя с фтором, хлором, бромом, йодом, и астатом. Халькогениды — с кислородом, серой, селеном, теллуром, и полонием. Пниктиды — с азотом и фосфором .
Области применения
Элемент получил широкое применение:
- В электротехнической системе, благодаря своей сопротивляемости коррозии, применяется в целях защиты кабелей, сверхпроводников, применяются свинцовые аккумуляторы.
- В военной промышленности — делают пули и снаряды, взрывчатки и детонаторы.
- В медицине — является защитником от радиации (пример: обследование рентгеном).
- В производстве - свинец входит в состав цемента, используется для защитных барьеров керамики и стекла.
Люди, боящиеся отравления свинцом, спрашивают — где можно найти свинец? В домашних условиях его можно обнаружить в аккумуляторах, в кабелях.
Производство свинца
Около половины металла производится из руд. Годовая добыча составляет 5 млн. тонн. Переработка крайне выгодна в плане экономии.
Приемы получения свинца это:
- пирометаллургический;
- гидрометаллургический.
В пирометаллургическом способе имеющиеся компоненты переплавляются, а во втором — наблюдается разложение существующих концентратов.
Наибольшими объёмами добычи свинцовой руды могут быть отмечены такие страны, как:
- Китай;
- Мексика;
- Австралия;
- Перу.
Добыча свинца в России
Седьмое место по производству этого металла занимает Россия. Доля РФ в запасах этого метала чуть более 2% из-за его низкой концентрации в местных месторождениях. Причем свинец отправляется на экспорт.
Было высчитано, что на территории России находится около 70 месторождений свинца, производящих 93% процента этого металла в таких регионах, как: Красноярский край, Республика Бурятия, Читинская область, Алтайский край и Приморский край.
Можно это выявить в процентном соотношении:
- Сибирь – приблизительно 75%;
- Урал – около 15%;
- Дальний Восток – немногим меньше 10%.
Нахождение в природе
Обычно металл перемешан с каким-либо другим металлом, например, с оловом, а не встречается в чистом виде.
Свинец – является стадией распада урана, поэтому может находиться в урановых рудах. Свинец получается из такого сырья, как галенит.
Заключение
Свинец - это металл, который уже известен людям многие тысячи лет. Такая наука, как химия, сейчас помогает разобраться в его свойствах, чтобы правильно и экономно употребить. Его месторождения располагаются во многих частях Земли.
На мировом рынке его цена достаточно стабильна. Благодаря уникальности своих физико-химических свойств, Pb применяется во многих сферах и отраслях, подлежит импорту и экспорту.
(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 (Pb) - мягкий серебристо-белый или сероватый металл 14-й (IVa) группы периодической таблицы с атомным номером 82. Это очень податливое, пластичное и плотное вещество, которое плохо проводит электричество. Электронная формула свинца - [Хе] 4f 14 5d 10 6s 2 6p 2 . Известный в древности и считавшийся алхимиками старейшим из металлов, он очень долговечен и устойчив к коррозии, о чем свидетельствует продолжающаяся эксплуатация водопроводных труб, установленных древними римлянами. Символ Pb в химической формуле свинца является аббревиатурой латинского слова plumbum.
Распространенность в природе
Свинец часто упоминается в ранних библейских текстах. Вавилоняне использовали металл для изготовления пластин для письма. Римляне делали из него водопроводные трубы, монеты и даже кухонные принадлежности. Результатом последнего стало отравление населения свинцом в эпоху императора Августа Цезаря. Соединение, известное как белый свинец, использовалось в качестве декоративного пигмента еще в 200 г. до н. э.
В весовом отношении содержание свинца в земной коре соответствует олову. В космосе на 10 6 атомов кремния приходится 0,47 атома свинца. Это сопоставимо с содержанием цезия, празеодима, гафния и вольфрама, каждый из которых рассматривается как достаточно дефицитный элемент.
Добыча
Хотя свинца не так много, процессы естественной концентрации привели к значительным залежам коммерческого значения, особенно в Соединенных Штатах, Канаде, Австралии, Испании, Германии, Африке и Южной Америке. Редко встречающийся в чистом виде свинец присутствует в нескольких минералах, но все они имеют второстепенное значение, за исключением сульфида PbS (галенита), который является основным источником промышленного производства данного химического элемента во всем мире. Металл также содержится в англезите (PbSO 4) и церуссите (PbCO 3). К началу XXI в. ведущими мировыми производителями концентрата свинца являлись такие страны, как Китай, Австралия, США, Перу, Мексика и Индия.
Свинец может быть извлечен путем обжига руды с последующей плавкой в доменной печи или методом прямой плавки. Примеси удаляются в ходе дополнительной очистки. Почти половина всего очищенного свинца извлекается из переработанного лома.
Химические свойства
Элементарный свинец может быть окислен до иона Pb 2+ ионами водорода, но нерастворимость его большинства солей делает этот химический элемент устойчивым к воздействию многих кислот. Окисление в щелочной среде происходит легче и благоприятствует образованию растворимых соединений при степени окисления свинца +2. Оксид PbO 2 с ионом Pb 4+ является одним из в кислом растворе, но он сравнительно слабый в щелочном растворе. Окисление свинца облегчается путем образования комплексов. Электроосаждение лучше всего проводить из водных растворов, содержащих гексафторсиликат свинца и гексафторсиликатную кислоту.
На воздухе металл быстро окисляется, образуя тусклое серое покрытие, ранее считавшееся субоксидом Pb 2 O. Теперь общепризнано, что это смесь Pb и оксида PbO, который защищает металл от дальнейшей коррозии. Хотя свинец растворяется в разбавленной азотной кислоте, он лишь поверхностно подвергается воздействию соляной или серной кислот, потому что образующиеся нерастворимые хлориды (PbCl 2) или сульфаты (PbSO 4) предотвращают продолжение реакции. Химические свойства свинца, обуславливающие его общую стойкость, позволяют использовать металл для изготовления кровельных материалов, оболочки электрических кабелей, размещенных в грунте или под водой, и в качестве прокладки для водопроводных труб и конструкций, служащих для транспортировки и переработки коррозионных веществ.
Применение свинца
Известна только одна кристаллическая модификация данного химического элемента с плотно упакованной металлической решеткой. В свободном состоянии проявляется нулевая степень окисления свинца (как и любого другого вещества). Широкое применение элементарной формы элемента обусловлено ее пластичностью, легкостью сварки, низкой температурой плавления, высокой плотностью и способностью поглощать гамма- и рентгеновское излучение. Расплавленный свинец является отличным растворителем и позволяет концентрировать свободное серебро и золото. Конструкционное применение свинца ограничено его низкой прочностью на растяжение, усталостью и текучестью даже при малой нагрузке.
Элемент находит применение в производстве аккумуляторных батарей, в боеприпасах (выстрелах и пулях), в составе припоя, типографском, подшипниковых, легких сплавах и сплавах с оловом. В тяжелом и промышленном оборудовании для снижения шума и вибрации могут использоваться детали из соединений свинца. Поскольку металл эффективно поглощает коротковолновое электромагнитное излучение, он применяется для защитного экранирования ядерных реакторов, ускорителей частиц, рентгеновского оборудования и контейнеров для транспортировки и хранения В составе оксида (PbO 2) и сплава с сурьмой или кальцием элемент используется в обычных аккумуляторных батареях.
Действие на организм
Химический элемент свинец и его соединения токсичны и накапливаются в организме в течение длительного периода времени (данное явление известно как кумулятивное отравление) до достижения смертельной дозы. Токсичность возрастает по мере увеличения растворимости соединений. У детей накопление свинца может привести к когнитивным расстройствам. У взрослых оно вызывает прогрессирующую болезнь почек. К симптомам отравления относятся боль в животе и диарея, за которыми следуют запоры, тошнота, рвота, головокружение, головная боль и общая слабость. Устранение контакта с источником свинца обычно является достаточным для лечения. Устранение химического элемента из инсектицидов и пигментных красок, а также использование респираторов и других защитных устройств в местах воздействия значительно уменьшили число случаев отравления свинцом. Признание того, что тетраэтилсвинец Pb (C 2 H 5) 4 в виде антидетонационной присадки к бензину загрязняет воздух и воду, привело к прекращению его применения в 1980-х годах.
Биологическая роль
Свинец не играет никакой биологической роли в организме. Токсичность этого химического элемента вызвана его способностью имитировать такие металлы, как кальций, железо и цинк. Взаимодействие свинца с теми же молекулами белка, что и эти металлы, приводит к прекращению их нормального функционирования.
Ядерные свойства
Химический элемент свинец образуется как в результате нейтронно-абсорбционных процессов, так и при распаде радионуклидов более тяжелых элементов. Существуют 4 стабильных изотопа. Относительная распространенность 204 Pb составляет 1,48 %, 206 Pb - 23,6 %, 207 Pb - 22,6 % и 208 Pb - 52,3 %. Стабильные нуклиды являются конечными продуктами естественного радиоактивного распада урана (до 206 Pb), тория (до 208 Pb) и актиния (до 207 Pb). Известно более 30 радиоактивных изотопа свинца. Из них в процессах естественного распада участвуют 212 Pb (ряд тория), 214 Pb и 210 Pb (серия урана) и 211 Pb (ряд актиния). Атомный вес естественного свинца варьируется от источника к источнику в зависимости от его происхождения.
Монооксиды
В соединениях степени окисления свинца в основном равны +2 и +4. В число наиболее важных из них входят оксиды. Это PbO, в котором химический элемент находится в состоянии +2, диоксид PbO 2 , в котором проявляется высшая степень окисления свинца (+4), и тетраоксид, Pb 3 O 4 .
Монооксид существует в двух модификациях - литарга и глета. Литарг (альфа-оксид свинца) представляет собой красное или красновато-желтое твердое вещество с тетрагональной кристаллической структурой, стабильная форма которого существует при температурах ниже 488 °С. Глет (бета-монооксид свинца) является желтым твердым веществом и имеет орторомбическую кристаллическую структуру. Его стабильная форма существует при температурах, превышающих 488 °C.
Обе формы нерастворимы в воде, но растворяются в кислотах с образованием солей, содержащих ион Pb 2+ или в щелочах с образованием плюмбитов, которые имеют PbO 2 2- -ион. Литарг, который образуется при реакции свинца с кислородом воздуха, является самым важным коммерческим соединением этого химического элемента. Вещество используется в больших количествах непосредственно и как исходный материал для получения других соединений свинца.
Значительное количество PbO расходуется при изготовлении пластин свинцово-кислотных аккумуляторных батарей. Высококачественная стеклянная посуда (хрусталь) содержит до 30 % литарга. Это увеличивает показатель преломления стекла и делает его блестящим, прочным и звонким. Литарг также служит осушителем в лаках и применяется в производстве свинцовокислого натрия, который используется для удаления из бензина неприятно пахнущих тиолов (органических соединений, содержащих серу).
Диоксид
В природе PbO 2 существует в виде коричнево-черного минерала платтнерита, который коммерчески производится из тетраоксида триалада окислением хлором. Он разлагается при нагревании и дает кислород и оксиды с более низкой степенью окисления свинца. PbO 2 используется в качестве окислителя при производстве красителей, химикатов, пиротехники и спиртов и как отвердитель для полисульфидных каучуков.
Тетраоксид трисвинца Pb 3 O 4 (известный как или миниум) получают путем дальнейшего окисления PbO. Это пигмент от оранжево-красного до кирпично-красного цвета, который входит в состав коррозионностойких красок, применяемых для защиты подверженных воздействию окружающей среды железа и стали. Он также реагирует с оксидом железа с образованием феррита, используемого при изготовлении постоянных магнитов.
Ацетат
Также экономически значимым соединением свинца степени окисления +2 является ацетат Pb(C 2 H 3 O 2) 2 . Это водорастворимая соль, получаемая путем растворения глета в концентрированной уксусной кислоте. Общая форма, тригидрат, Pb(C 2 H 3 O 2) 2 · 3H 2 O, называемый сахаром свинца, используется в качестве закрепителя при окрашивании тканей и как сиккатив в некоторых красках. Кроме того, он применяется в производстве других соединений свинца и в установках для цианирования золота, где он в виде PbS служит для осаждения из раствора растворимых сульфидов.
Другие соли
Основные карбонат, сульфат и силикат свинца когда-то широко применялись в качестве пигментов для белых красок наружного применения. Однако с середины ХХ в. использование т. н. белых свинцовых пигментов значительно уменьшилось из-за беспокойства по поводу их токсичности и сопутствующей опасности для здоровья человека. По той же причине практически прекратилось применение арсената свинца в инсектицидах.
Помимо основных состояний окисления (+4 и +2) свинец может иметь отрицательные степени -4, -2, -1 в фазах Цинтля (например, BaPb, Na 8 Ba 8 Pb 6), а +1 и +3 - в свинецорганических соединениях, таких как гексаметилдиплюмбан Pb 2 (CH 3) 6 .
Свинец известен с III - II тысячелетия до н.э. в Месопотамии, Египте и других древних странах, где из него изготовляли большие кирпичи (чушки), статуи богов и царей, печати и различные предметы быта. Из свинца делали бронзу, а также таблички для письма острым твердым предметом. В более позднее время римляне стали изготовлять из свинца трубы для водопроводов. В древности свинец сопоставлялся с планетой Сатурн и часто именовался сатурном. В средние века благодаря своему тяжелому весу свинец играл особую роль в алхимических операциях, ему приписывали способность легко превращаться в золото.
Нахождение в природе, получение:
Содержание в земной коре 1,6·10 -3 % по массе. Самородный свинец встречается редко, круг пород, в которых он установлен, достаточно широк: от осадочных пород до ультраосновных интрузивных пород. В основном встречается в виде сульфидов (PbS - свинцовый блеск).
Получение свинца из свинцового блеска проводят путем обжигательно-реакционной плавки: сначала подвергают шихту неполному обжигу (при 500-600°С), при котором часть сульфида переходит в оксид и сульфат:
2PbS + 3О 2 = 2РbО + 2SO 2 PbS + 2О 2 = РbSO 4
Затем, продолжая нагревание, прекращают доступ воздуха; при этом оставшийся сульфид регирует с оксидом и сульфатом, образуя металлический свинец:
PbS + 2РbО = 3Рb + SO 2 PbS + РbSO 4 = 2Рb +2SO 2
Физические свойства:
Один из самых мягких металлов, легко режется ножом. Обычно покрыт более или менее толстой плёнкой оксидов грязно-серого цвета, при разрезании открывается блестящая поверхность, которая на воздухе со временем тускнеет. Плотность - 11,3415 г/см 3 (при 20°C). Температура плавления - 327,4°C, температура кипения - 1740°C
Химические свойства:
При большой температуре свинец образует с галогенами соединения вида РbХ 2 , с азотом прямо не реагирует, при нагревании с серой образует сульфид PbS, кислородом окисляется до PbO.
В отсутствии кислорода свинец не реагирует с водой при комнатной температуре, но при действии горячего водяного пара образует оксиды свинца и водород. В ряду напряжений свинец стоит левее водорода, но он не вытесняет водород из разбавленных HCl и H 2 SO 4 , из-за перенапряжения выделения Н 2 на свинце, а также из-за образования на поверхности металла плёнки труднорастворимых солей, защищающих металл от дальнейшего действия кислот.
В концентрированных серной и соляной кислотах при нагревании свинец растворяется, образуя соответственно Pb(HSO 4) 2 и Н 2 [РbCl 4 ]. Азотная, а также некоторые органические кислоты (например, лимонная) растворяют свинец с получением солей Рb(II). Реагирует свинец и с концентрированными растворами щелочей:
Pb + 8HNO 3 (разб.,гор.) = 3Pb(NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O.
Pb + 3H 2 SO 4 (>80%) = Pb(HSO 4) 2 + SO 2 + 2H 2 O
Pb + 2NаOН (конц.) + 2H 2 O = Nа 2 + Н 2
Для свинца наиболее характерны соединения со степенью окисления: +2 и +4.
Важнейшие соединения:
Оксиды свинца
- с кислородом свинец образует ряд соединений Рb 2 О, РbО, Рb 2 О 3 , Рb 3 О 4 , РbО 2 , преимущественно амфотерного характера. Многие из них окрашены в красные, жёлтые, чёрные, коричневые цвета.
Оксид свинца (II)
- РbО. Красный (низкотемпературная a
-модификация, глет) или желтый (высокотемпературная b
-модификация, массикот). Термически устойчив. Очень плохо реагируют с водой, раствором аммиака. Проявляет амфотерные свойства, реагирует с кислотами и щелочами. Окисляется кислородом, восстанавливается водородом и монооксидом углерода.
Оксид свинца (IV)
- РbО 2 . Платтнерит. Темно-коричневый, тяжелый порошок, при слабом нагревании разлагается без плавления. Не реагирует с водой, разбавленными кислотами и щелочами, раствором аммиака. Разлагается концентрированными кислотами, концентрированными щелочами при кипячении медленно переводится в раствор с образованием....
Сильный окислитель в кислой и щелочной среде.
Оксидам РbО и РbО 2 соответствуют амфотерные гидрооксиды
Рb(ОН) 2 и Рb(ОН) 4 . Получение..., Свойства...
Рb 3 О 4 - свинцовый сурик
. Рассматривается как смешаный оксид или орто-плюмбат свинца(II) - Рb 2 PbО 4 . Оранжево-красный порошок. При сильном нагревании разлагается, плавится только под избыточном давлением О 2 . Не реагирует с водой, гидратом аммиака. Разлагается конц. кислотами и щелочами. Сильный окислитель.
Соли свинца(II)
. Как правило бесцветны, по растворимости в воде делятся на нерастворимые (например, сульфат, карбонат, хромат, фосфат, молибдат и сульфид), малорастворимые (йодид, хлорид и фторид) и растворимые (к примеру, ацетат, нитрат и хлорат свинца).
Ацетат свинца, или свинцовый сахар
, Pb(CH 3 COO) 2 ·3H 2 O, бесцветные кристаллы или белй порошок сладкого вкуса, медленно выветривается с потерей гидратной воды, относится к очень ядовитым веществам.
Халькогениды свинца
- PbS, PbSe, и PbTe - кристаллы чёрного цвета, узкозонные полупроводники.
Соли свинца(IV)
могут быть получены электролизом сильно подкисленных серной кислотой растворов солей свинца(II). Свойства...
Гидрид свинца(IV)
- PbH 4 - газообразное вещество без запаха, которое очень легко разлагается на свинец и водород. Получается в небольших количествах при реакции Mg 2 Pb и разбавленной HCl.
Применение:
Свинец хорошо экранирует радиацию и рентгеновские лучи, применяется в качестве защитного материала, в частности, в рентгеновских кабинетах, в лабораториях, где существует опасность облучения радиацией. Также используют для изготовления пластин аккумуляторов (около 30% выплавляемого свинца), оболочек электрических кабелей, защиты от гамма-излучения (стенки из свинцовых кирпичей), как компонент типографских и антифрикционных сплавов, полупроводниковых материалов.
Свинец и его соединения, особенно органические, токсичны. Попадая в клетки, свинец дезактивирует ферменты, тем самым нарушая обмен веществ, вызывая умственную отсталость у детей, заболевания мозга. Свинец может заменять кальций в костях, становясь постоянным источником отравления. ПДК в атмосферном воздухе соединений свинца 0,003 мг/м 3 , в воде 0,03 мг/л, почве 20,0мг/кг.
Барсукова М.
Петрова М.
ХФ ТюмГУ, 571 группа.
Источники: Википедия: http://ru.wikipedia.org/wiki/Свинец и др.,
Н.А.Фигуровский "Открытие элементов и происхождение их названий". Москва, Наука, 1970. (на сайте ХФ МГУ http://www.chem.msu.su/rus/history/element/Pb.html)
Реми Г. "Курс неорганической химии", т.1. Изд-во иностранной литературы, Москва.
Лидин Р.А. "Химические свойства неорганических соединений". М.: Химия, 2000. 480 с.: ил.