Свинец

Свинец это химический элемент, простое вещество, мягкий, серебристо-белый или сероватый металл.

Свинец является плохим проводником электричества и очень пластичен и плотен.

Известный с древности и считающийся алхимиками древнейшим металлом, чрезвычайно долговечен и обладает высокой коррозионной активностью.

О чем свидетельствует продолжающееся использование свинцовых водопроводных труб, установленных древними римлянами.

Плотность свинца составляет 11,29 г/см3, а +4 и +2 — степени окисления свинца.

Что такое свинец

(Plumbum), Pb — химический элемент принадлежащий к 14-й группе, 6-му периоду периодической системы элементов, (устаревшая IV группы периодической системы элементов); ат. н. 82, ат. м. 207,2.

Синевато-серый металл.  В соединениях проявляет степени окисления +2 и +4.

Природный свинец состоит из стабильных изотопов 204Рb (1,4%), 206Рb (25,2%), 207Рb (21,7%) и 208Рb (51,7%). Есть также несколько радиоактивных изотопов.

Свинец известен с давних времен. Египтяне выплавляли его за 5—7 тыс. лет до н. э. Римляне изготовляли из свинца водопроводные трубы.

Pb — это аббревиатура латинского слова plumbum, и это символ свинца, что означает «свинец».

Содержание свинца в земной коре 1,0-10 ⁴%. Самородный свинец в природе не встречается. Важнейший минерал — галенит, содержащийся преимущественно в сульфидных полиметаллических рудах.

Кристаллическая решетка гранецентрированная кубическая с периодом а = 4,9495 А.

История

В ранних библейских повествованиях часто упоминается свинец (Pb). Вавилоняне использовали металл для записи надписей на табличках.

Римляне использовали его для изготовления табличек, водопроводных трубок, монет и даже кухонной утвари; действительно, отравление свинцом было признано во времена Августа Цезаря в результате последнего использования.

Соединение, известное как свинцовые белила, как сообщается, производилось в качестве декоративного пигмента еще в 200 году до нашей эры.

В конце 1700-х годов началась разработка месторождений в регионе Миссури-Канзас-Оклахома в США, что привело к современным достижениям.

Распространение

По весу свинец почти так же распространен в земной коре, как олово. Во Вселенной на каждые 106 атомов кремния приходится 0,47 атома свинца.

Цезий, празеодим, гафний и вольфрам имеют космическое относительное содержание, сравнимое с цезием, празеодимом, гафнием и вольфрамом.

Несмотря на то, что свинец встречается редко, естественные процессы концентрирования привели к образованию значительных коммерческих месторождений, особенно в Соединенных Штатах.

А также в Канаде, Австралии, Испании, Германии, Африке и Южной Америке. Западные штаты и долина Миссисипи в Соединенных Штатах имеют значительные залежи.

Свинец присутствует в различных минералах, но редко встречается в природе в свободном виде, за исключением сульфида, PbS (галенита, или свинцового блеска), который является основным мировым источником производства свинца.

Англезит (PbSO₄) и церуссит содержат свинец (PbCO₃). В начале 20-го века основными производителями свинца в концентрате были Китай, Австралия, Соединенные Штаты, Перу, Мексика и Индия.

Обжиг руды и последующая ее плавка в доменной печи или прямая плавка без обжига — вот два способа извлечения свинца.

Примеси в свинцовых слитках, полученных любым способом, удаляются путем дальнейшего рафинирования.

На переработанный лом приходится почти половина всего очищенного свинца. 11,29 грамма/см³ — это плотность свинца. Символ свинца — Pb.

Атомный

Атом свинца имеет 82 электрона в [Xe].
Электронная конфигурация свинца: 4f¹⁴5d¹⁰6s²6p².

Общая энергия, необходимая для удаления двух 6p-электронов из первой и второй энергии ионизации свинца, аналогична энергии олова, соседа свинца по верхней углеродной группе.

Это странно, потому что энергия ионизации имеет тенденцию уменьшаться по мере того, как внешние электроны элемента удаляются от ядра и становятся более защищенными меньшими орбиталями по мере продвижения вниз по группе.

Изотопы

Природный свинец состоит из четырех стабильных изотопов с массовыми числами 204, 206, 207 и 208, а также следов пяти короткоживущих радиоизотопов.

Большое количество изотопов согласуется с тем, что свинец имеет четный атомный номер.

Модель ядерной оболочки соответствующим образом предсказывает чрезвычайно стабильное ядро свинца, поскольку оно содержит магическое число протонов (82).

Свинец-208 содержит 126 нейтронов, что является еще одним особым числом, которое может объяснить, почему он настолько стабилен.

Физические свойства свинца

Плотность чистого металла 11,34 г/см³; t_пл 327,4° С; t_кип1740° С; скрытая теплота плавления 6,26 кал/г; скрытая теплота испарения 201 кал/г.

Температурный   коэфф.   линейного расширения (т-ра 20° С) 27,56 х 10^-6 град ; удельная теплопроводность (т-ра 18° С) 0,083 кал/см х сек х град; теплоемкость (т-ра 0—100° С) 0,0306 кал/г х град; удельное электрическое сопротивление 20,68-10^-6 ом-см.

Вязкость при т-ре 340° С равна 0,0189 nз, при т-ре 470° С составляет 0,0144 пз. Т-ра перехода в сверхпроводящее состояние 7,17 К. Свинец мягок и пластичен.

Модуль норм, упругости 1700 кгс/мм²; предел прочности на растяжение 1,2—1,3 кгс/мм²;
относительное удлинение 55%; НВ  = 3—4.

Химические свойства

На воздухе свинец покрывается окисной пленкой, предохраняющей металл от дальнейшего окисления. При нагревании расплавленного свинца на воздухе образуется окись РbО.

При медленном нагревании на воздухе РbО превращается в Рb₃О₄ красного цвета.

Разбавленные соляная и серная к-ты почти не действуют на металл. Свинец легко растворяется в азотной к-те, образуя нитрат.

При доступе воздуха свинец растворяется в уксусной к-те с образованием ацетата. Растворяется свинец в щелочах.

Свинец сплавляется со многими металлами, образуя свинца сплавы и интерметаллические соединения.

С железом не реагирует в жидком и твердом состоянии.

При нагревании непосредственно уединяется со многими неметаллами, в частности со всеми галогенами, с серой, селеном и теллуром. с. и его соединения ядовиты.

Предельно допустимая концентрация в воздухе 0,01 мг/м³.

Получение

Свинец получают из сульфидных концентратов, к-рые подвергают агломерирующему обжигу с последующей плавкой шихты в шахтной печи.

Качественная реакция на свинец нужна чтобы с точность определить его состав, для этого применяют неорганические и органические вещества.

Осн. продуктом  плавки является черновой свинец (веркблей), содержащий 97—99% осн. металла и 3—1% примесей (меди, сурьмы, олова, серебра, висмута и др.).

Распространены   методы пирометаллургического и гидро-электролитического рафинирования веркблея.

Разработаны также способы рафинирования чернового свинца и разделения его сплавов электролизом ионных расплавов.

Для получения  особо  чистого  металла применяют методы амальгамной металлургии, зонной перекристаллизации и др.

Свинец весьма легко поддается ковке и прокатывается в листы любой толщины. Свинцовую стружку можно спрессовать в монолитную массу при давлении 2 тс/см².

Свинцовую проволоку получают, продавливая через фильеру твердый металл.

Кислород, азот, сернистый газ, водород, окись углерода, углекислый газ и углеводороды не растворяются ни в жидком, ни в твердом металлическом свинце.

Применение

Свинец применяют для облицовки (футеровки) химической аппаратуры, в электролизных ваннах металлургических заводов.

Он предохраняет от коррозии телеграфные и электр. провода, прокладываемые под землей или под водой (см. Коррозия металлов).

Большое количество свинец расходуется на производство аккумуляторов. На его основе изготовляют легкоплавкие, типографские и антифрикционные сплавы.

Некоторое количество свинца из-за способности поглощать радиоактивное излучение применяют в рентгенотехнике и ядерной технике.

Свинец используют в огнестрельном оружии, в полупроводниковой технике. Особо чистый металл идет на изготовление термоэлектрогенераторов,   в  к-рых осуществляется прямое превращение тепловой энергии в электрическую.

Эффективными материалами для изготовления термоэлектрогенераторов служат теллурид и селенид свинца.

Сплав меди со свинцом используют в сверхпроводниковой технике. Соединения свинец применяют в произ-ве красок, стекла, для очистки нефти.

Углекислую    соль   свинца 2PbCO₃ · Рb(OН)₂ используют для приготовления    свинцовых    белил; соединение Рb₃O₄ — для получения краски ярко-красного цвета.

Тетра-этилсвинец (С₂Н₅)₄Рb — самый распространенный антидетонатор; азид свинца PbN₆ — инициирующее вещество.

Окись   РbО  применяют в произ-ве легкоплавких, сильно преломляющих свет стекол, эмалей.

Существует только одно известное кристаллическое изменение с плотно упакованной металлической решеткой.

Пластичность, простота сварки, низкая температура плавления, высокая плотность и способность поглощать гамма- и рентгеновское излучение — все это свойства свинца, которые дополняют элементарное применение свинца.

Для элементарного серебра и золота расплавленный свинец является отличным растворителем и собирателем.

Низкая прочность свинца на растяжение и усталость, а также его склонность к растеканию даже при незначительной нагрузке ограничивают применение свинца в конструкции.

Когда свинец свежесрезан, он быстро окисляется, образуя тускло-серое покрытие, которое защищает металл от дальнейшей коррозии.

Это покрытие когда-то считалось субоксидом свинца (Pb₂О), но теперь известно, что оно представляет собой смесь свинца и монооксида свинца (PbO).

Аналогичным образом, несмотря на то, что свинец растворим в разбавленной азотной кислоте, соляная или серная кислоты воздействуют на него только поверхностно из-за образования нерастворимых хлоридных (PbCl₂) или сульфатных (PbSO₄) покрытий.

Из-за своей химической стойкости свинец обычно используется в кровельных покрытиях, в качестве покрытий для подземных или подводных электрических проводов.

А также в качестве облицовки водопроводных труб, трубопроводов и конструкций для транспортировки и переработки агрессивных веществ.

Хотя ионы водорода могут окислять элементарный свинец до иона Pb²⁺, свинец устойчив ко многим кислотам из-за нерастворимости большинства соединений Pb²⁺.

Образование растворимых форм свинца в степени окисления +2 облегчает окисление в щелочных условиях.

В кислом растворе оксид свинца (PbO₂, со свинцом в качестве иона Pb⁴⁺) является одним из наиболее сильных окислителей, хотя в щелочном растворе он очень слаб.

Легкости окисления свинца способствует образование комплексов. Водные растворы , содержащие гексафтористый силикат свинца а гексафторикремниевая кислота лучше всего подходит для электроосаждения свинца.

Плюмбум или свинец

Свинец — голубовато серый , мягкий , пластичный металл , легко режется ножом , имеет плотность 11,34 г/см³ и температурой плавления 327,5.

Тепло — и электропроводность свинца низкая . На воздухе он покрывается защитной оксидной плёнкой и тускнеет образуя PbO :

Pb + O₂ = PbO

Также оксид свинца образуется при накаливании его на воздухе , а при большом доступе воздуха и не очень высокой температуре переходит в Pb₃O₄ ( свинцовый сурик ).

В присутствии влаги взаимодействует с кислородом воздуха по реакции:

2Pb+ O₂ + 2H₂O + 2Pb(OH)₂

При повышенной температуре свинец преимущественно находится в соединении со степенью окисления 2+.

Отрицательную степень окисления проявляет только в соединении с некоторыми более электро положительными металлами , например с магнием  (плюмбид Mg₂Pb).

С водородом свинец непосредственно не взаимодействует , но его соединения получают косвенно :

Mg₂Pb + 4HCl = 2MgCl₂ + PbH₄

При этом образуется неустойчивый , ядовитый газ плюмбан PbH₄

Свинец практически не растворяется в соляной и разбавленной серной кислоте , так как покрывается нерастворимой плёнкой солей PbCl₂ и PbSO₄ :

Pb + 2HCl = PbCl₂ + H₂

Pb + H₂SO₄ = PbSO₄ + H₂

Только при действии концентрированной серной кислоты образуется растворимая кислая соль и свинец начинает растворятся Pb(HSO₄)₂.

При взаимодействии с концентрированной и разбавленной азотной кислотой метал образует нитрат свинца Pb(NO₃)₂ :

Pb + HNO₃ = Pb(NO₃)₂ + NO + H₂O

Для свинца более характерны соединения со степенью окисления 2+. Окисление соединения свинца ( II ) до соединения свинца ( IV ) происходит лишь при действии сильных кислот :

Pb(CH₃COO)₂ + CaOCl₂ + H₂O = Pb₂ + 2CH₃COOH + CaCl₂

Соединения свинца ( IV )—сильные окислители , например , при кипячении с 30% серной кислотой диоксид свинца окисляет марганец с ( II ) до ( VII ) :

5PbO₂ + 2MnSO₄ + 3H₂SO₄ = 5PbSO₄ + 2HMnO₄ + 2H₂O

Применение свинца

Свинец применяется для изготовления источников постоянного тока — аккумуляторов . В производстве взрывчатых веществ ( азид свинца  Pb(N3)2 ) , входит в состав многих сплавов ( сплавы для производства подшипников ).

Из свинца изготовляют химическую аппаратуру , оболочки для кабелей , трубы. Он служит также для изготовления винтовочных и шрапнельных пуль и выделки дроби.

Свинец сильно поглощает гамма — лучи и поэтому применяется для защиты от гамма — излучений при работе с радиоактивными веществами.

Оксид свинца PbO используют при производстве стёкол ( в частности , хрусталя ) , оксид свинца PbO₂ — в кислотных аккумуляторах, в электротехнике.

Ацетат свинца Pb(CH₃COO)₂ применяют в качестве протравы при крашении тканей , ахромат свинца PbCrO₄ — для изготовления красок ( жёлтый пигмент ).

Физические свойства

Свинец — Pb,голубовато — серый металл ,горючее вещество . Ат. масса 207,2 ; температура плавления 327,4°C ;температура кипения 1745°C . При дисперсности образца 74 мкм тем. самовоспл.:аэрогеля 270°C , аэровзвеси 580 °C ; макс . давл . взрыва 20 кПа ; макс . скорость нарастания давл . 700 кПа /с ; МВСК 10% (об).

Свинца сульфат , трудно горючее вещество , не склонен к самовозгоранию . Мол . масса 239,25; плотность 7100 кг /м3 ; температура плавления 1100°C . Дисперсность образца 250 мкм . Температура самовоспламенения аэрогеля 780 °C .

Важные факты о свинце

Рассмотрим некоторые ключевые факты о свинце (Pb).

1) Металлический элемент токсичен для человека и может поражать жизненно важные внутренние органы, вызывая в ряде случаев отравление свинцом.

2) Сообщается, что металл препятствует росту органов и мозга в раннем детстве.

3) Свинец — один из немногих элементов, которые были известны людям с незапамятных времен; в результате он так и не был должным образом обнаружен.

Алхимики считали свинец одним из древнейших металлов, поэтому использовали в алхимических реакциях в результате которого должно было получиться (золото).

Часто задаваемые вопросы и ответы

Обсудите соединения свинца?

Ответ: Степени окисления свинца равны +2 и +4. Среди нескольких важных соединений свинца — монооксид свинца, PbO.

Где свинец находится в состоянии +2; диоксид свинца, PbO₂, где свинец находится в состоянии +4; и тетраоксид трисвинца, Pb₃O₄. Монооксид свинца делится на два типа: глет и массикоты.

Глет, также известный как альфа-монооксид свинца, представляет собой красновато-желтое твердое вещество с тетрагональной кристаллической структурой, стабильное при температуре ниже 488 ° C (910 ° F).

Желтый твердый массикот, также известный как бета-монооксид свинца, имеет орторомбическую кристаллическую структуру и стабилен при температуре выше 488 градусов Цельсия.

Объясните воздействие свинца на окружающую среду?

Ответ: Свинец и его продукты загрязнили почвы и реки Земли в результате их добычи, производства, использования и утилизации.

Промышленная революция и эпоха этилированного бензина во второй половине двадцатого века привели к самым высоким уровням выбросов свинца в атмосферу.

Природные источники (т.е. Концентрации природного свинца), промышленное производство, сжигание и переработка, а также мобилизация ранее захороненного свинца — все это источники выбросов свинца.

В постиндустриальных и городских районах в почвах и отложениях сохраняются повышенные концентрации свинца; промышленные выбросы, в том числе в результате сжигания угля, продолжаются во многих частях мира, особенно в развивающихся странах.

Лит.; Основы металлургии, т. 2. М.,  Лоскутов Ф. М. Металлургия свинца. М., 1965; Некрасов Б. В. Курс общей химии. Автоматная латунь. Свинцевание. Свинцовистая бронза и баббит. Свинец в науке.

Статья на тему свинец