Свинец химический элемент

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).

Атомный номер 82, атомная масса 207,2.

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

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.

Физические свойства свинца

Сокращенная электронная конфигурация Pb:

4f¹⁴5d¹⁰6s²6p².

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.

Изотопы

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

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.

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 свеже срезан, 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.

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

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

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.

Пожароопасность

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.

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

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.

Литература

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.