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.
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:
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.
(нм, в скобках даны
координац. числа) Рb 4+ 0,079 (4), 0,092 (6), Рb 2+ 0,112
(4), 0,133(6).
Содержание свинца в земной
коре 1,6-10 3 % по массе, в Мирового океана 0,03 мкг/л (41,1
млн. т), в речных 0,2-8,7 мкг/л. Известно ок. 80 , содержащих
свинец, главнейший из них-галенит, или свинцовый блеск, PbS. Небольшое пром. значение
имеют англезит PbSO 4 и церус-сит РbСО 3 . В свинцу сопутствуют
Сu, Zn; Cd, Bi, Те и др. ценные элементы. Прир. фон в
2·10 -9 -5·10 -4 мкг/м 3 . В теле взрослого человека
содержится 7-15 мг свинца.
Свойства. Свинец-металл синевато-серого
цвета, кристаллизуется в гранецентрир. кубич. решетке типа Сu, а - = 0,49389
нм, z = 4, пространств. группа Fm3m. Свинец-один
из легкоплавких , тяжелый ; т. пл. 327,50 °С, т. кип.
1751 °С; плотн., г/см 3: 11,3415 (20 °С), 10,686 (327,6 °С),
10,536 (450 °С), 10,302 (650 °С), 10,078 (850 °С);
26,65 Дж/( · К);
4,81 кДж/ ,
177,7 кДж/ ;64,80
ДжДмоль · К); , Па: 4,3·10 -7 (600 К), 9,6·10 -5
(700 К), 5,4·10 -2 (800 К). 1,2·10 -1 (900 К), 59,5 (1200
К), 8,2·10 2 (1500 К), 12,8·10 3 (1800 К). Свинец-плохой проводник
тепла и электричества; 33,5 Вт/(м·К) (менее 10% от
Ag); температурный коэф. линейного расширения свинца (чистотой 99,997%) в интервале
т-р 0-320 °С описывается ур-нием: a
= 28,15·10 -6 t
+ 23,6·10 -9 t 2 °C -1 ; при 20°С
r
20,648 мкОм·см (менее 10% от r
Ag), при 300 °С и 460 °С
соотв. 47,938 и 104,878 мкОм·см. При -258,7°С r
свинца падает до 13,11·10
-3 мкОм·см; при 7,2 К он переходит в сверхпроводящее состояние. Свинец
диамагнитен, магн. восприимчивость -0,12·10 -6 . В жидком состоянии
свинец жидкотекуч, h
в интервале т-р 330-800 °С изменяется в пределах 3,2-1,2
мПа·с; g
в интервале 330-1000 °С находится в пределах (4,44-4,01)·10 -3
Н/м.
С
винец мягок, пластичен, легко
прокатывается в тончайшие листы. по Бринеллю 25-40 МПа; s
раст
12-13 МПа, s
сж ок. 50 МПа; относит. удлинение при разрыве 50-70%.
Значительно повышают и свинца Na, Ca и Mg, но уменьшают его
хим. стойкость. увеличивает антикоррозионную стойкость свинца (к действию H 2 SO 4).
С Sb возрастает , а также кислотоупорность свинца по отношению
к H 2 SO 4 . Понижают кислотоупорность свинца Bi и Zn, a Cd, Те
и Sn повышают и сопротивление усталости свинца. В свинце практически не раств.
N 2 , CO, CO 2 , O 2 , SO 2 , H 2 .
В хим. отношении свинец довольно
инертен. Стандартный свинца -0,1265 В для Рb 0 /Рb 2+ .
В сухом не окисляется, во влажном-тускнеет, покрываясь пленкой ,
переходящей в присут. СО 2 в основной 2РbСО 3 ·Рb(ОН) 2 .
С свинец образует ряд : Рb 2 О, РbО (), РbО 2 ,
Рb 3 О 4 () и Рb 2 О 3 (см. ). При комнатной т-ре свинец не реагирует с разб. серной и соляной
к-тами, т. к. образующиеся на его пов-сти труднорастворимые пленки PbSO 4
и РbС1 2 препятствуют дальнейшему . Конц. H 2 SO 4
(>80%) и НС1 при нагр. взаимод. со свинцом с образованием р-римых соед.
Pb(HSO 4) 2 и Н 4 [РbСl 6 ]. Свинец устойчив
по отношению к фтористоводородной к-те, водным р-рам NH 3 и
и к мн. орг. к-там. Лучшие р-рители свинца-разб. HNO 3 и СН 3 СООН.
При этом образуются Pb(NO 3) 2 и Рb(СН 3 СОО) 2 . Свинец заметно раств. также в лимонной,
муравьиной и винной к-тах.
Рb + РbO 2 +
2H 2 SO 4 :
2PbSO 4 + 2Н 2 О
При взаимод. Pb(IV)
и Pb(II) с образуются соли-соотв. плюмбаты(IV) и плюмбиты(II),
напр. Na 2 PbO 3 ,
Na 2 PbO 2 . Свинец медленно раств. в конц. р-рах с выделением
Н 2 и образованием М 4 [Рb(ОН) 6 ].
При нагревании свинец реагирует
с , образуя . С азотистоводородной к-той свинец
дает Pb(N 3) 2 , с при нагр.-
PbS (см. Свинца халь-когениды). для свинца не характерны. В нек-рых
р-циях обнаруживают тетрагидрид РbН 4 -бесцв. , легко разлагающийся
на Рb и Н 2 ; образуется при действии разб. соляной к-ты на Mg 2 Pb.
См. также , Сви-нецорганические соединения.
Получение.
Осн.
источник получения свинца-сульфидные полиметаллич. . Селективной
из , содержащих 1-5% Рb, получают свинцовые и др. концентраты. Свинцовый
концентрат обычно содержит 40-75% Рb, 5-10% Zn, до 5% Сu, а также и Bi. Ок. 90% свинца получают по технологии, включающей стадии: агломерирующий
сульфидных концентратов, шахтная восстановит. плавка агломерата и
чернового свинца. Разрабатывают автогенные процессы плавки, позволяющие использовать
тепло сгорания .
Агломерирующий при
традиц. произ-ве свинца проводят на прямолинейных машинах с дутьем либо
путем просасывания его. При этом PbS окисляется преим. в жидком состоянии: 2PbS
+ 3О 2 :
2РbО + 2SO 2 . В шихту добавляют флюсы (SiO 2 ,
CaCO 3 , Fe 2 O 3), к-рые, реагируя между собой
и с РbО, образуют жидкую фазу, цементирующую шихту. В готовом агломерате свинец
в осн. концентрируется в свинцовосиликатном стекле, занимающем до 60% объема
агломерата. Zn, Fe, Si, Ca кристаллизуются в форме сложных соед., образуя
жаропрочный каркас. Эффективная (рабочая) площадь агломерац. машин 6-95 м 2 .
В готовом агломерате содержится
35-45% Рb и 1,2-3% S, часть к-рой находится в виде . Производительность
агломерац. машин по агломерату зависит от содержания S в шихте и колеблется
от 10 (бедные концентраты) до 20 т/(м 2 · сут) (богатые концентраты);
по выжигаемой S она находится в пределах 0,7-1,3 т/(м 2 · сут). Часть
, содержащих 4-6% SO 2 , используют для произ-ва H 2 SO 4 .
Степень утилизации S составляет 40-50%.
Полученный агломерат направляют
на восстановит. плавку в шахтных . для выплавки свинца представляет собой
шахту прямоугольного сечения, образуемую водо-охлаждаемыми коробками (кессонами).
(или воздушно-кислородная смесь) подается в через спец. сопла (фурмы),
расположенные по всему периметру в ниж. ряду кессонов. В шихту плавки входят
в осн. агломерат и , иногда загружают кусковое оборотное и вторичное сырье.
Уд. проплав агломерата 50-80 т/(м 2 · сут). Прямое извлечение свинца в
черновой 90-94%.
Цель плавки-максимально
извлечь свинец в черновой , a Zn и пустую вывести в шлак. Осн. р-ция
шахтной плавки свинцового агломерата: РbО + СО :
Рb
+ + СО 2 . В качестве в шихту вводят . Часть
свинца восстанавливается им непосредственно. Для свинца требуется слабовосстановит.
( О 2 10 -6 -10 -8
Па). Расход к массе агломерата при шахтной плавке 8-14%. В этих условиях
Zn и Fe не восстанавливаются и переходят в шлак. присутствует в
агломерате в форме СuО и CuS. в условиях шахтной плавки легко восстанавливается
до и переходит в свинец. При высоком содержании Си и S в агломерате при шахтной
плавке образуется самостоят. фаза-штейн.
Осн. шлакообразующие компоненты
шлаков (80-85% от массы шлака) - FeO, SiO 2 , CaO и ZnO-направляются
на дальнейшую переработку для извлечения Zn. В шлак переходит до 2-4% Рb и ~20%
Си, содержание в нем этих соотв. 0,5-3,5 и 0,2-1,5%. Образующаяся при
шахтной плавке (и агломерации) служит исходным сырьем для извлечения редких
и .
В основе автогенных процессов
выплавки свинца лежит экзотермич. р-ция PbS + О 2 :
Рb + SO 2 ,
состоящая из двух стадий:
2PbS + 3O 2 :
2PbO
+ 2SO 2 PbS + 2РbО:
3Рb + SO 2
Преимущества автогенных
способов перед традиц. технологией: исключается агломерац. , устраняется
необходимость разбавления концентрата флюсами, что снижает выход шлака, используется
тепло от и исключается (частично) расход , повышается
извлечение SO 2 с , что упрощает их использование и повышает
безопасность на заводе. В пром-сти применяют два автогенных процесса: КИВЦЭТ-ЦС,
разработанный в СССР и осуществленный на Усть-Каменогорском заводе и в Италии
на заводе Порто-Весме, и американский процесс QSL.
Технология плавки по методу
КИВЦЭТ-ЦС: тонкоизмельченную, хорошо высушенную шихту, содержащую концентрат,
оборотную и , с помощью горелки инжектируют техническим О 2
в плавильную камеру , где происходит , получение
свинца и формирование шлака. (содержат 20-40% SO 2) после очистки
от , возвращаемой в шихту плавки, поступают на произ-во H 2 SO 4 .
Черновой свинец и шлак через разделит. перегородку протекают в электротермич. печь-отстойник,
откуда их выпускают через летки. подают в шихту для избыточного
в плавильной зоне.
Процесс QSL проводят в
агрегате типа конвертера. разделена перегородкой на зоны. В плавильной
зоне происходит загрузка гранулир. концентрата, плавка и
техническим О 2 . Шлак поступает во вторую зону, где с помощью фурм
он продувается пылеугольной смесью для свинца. Во всех способах плавки
осн. кол-во Zn (~80%) переходит в шлак. Для извлечения Zn, а также оставшегося
свинца и нек-рых редких и шлак перерабатывают способом фьюмингования
или вальцевания.
Черновой свинец, полученный
тем или иным способом, содержит 93-98% Рb. Примеси в черновом свинце: Сu (1-5%),
Sb, As, Sn (0,5-3%), Аl (1-5 кг/т), Аu (1-30%), Bi (0,05-0,4%). Очистку
чернового свинца производят пирометаллургически или (иногда) электролитически.
Пирометаллургич. методом
из чернового свинца последовательно удаляют: 1) медь-двумя операциями: ликвацией
и с помощью элементарной S, образующей Cu 2 S. Предварит. (грубую)
очистку от Си до содержания 0,5-0,7.% проводят в отражательных либо электротермических
с глубокой свинцовой , имеющей перепад т-ры по высоте. взаимод.
на пов-сти с сульфидным свинцовым концентратом с образованием Cu-Pb штейна.
Штейн направляют в медное произ-во либо на самостоят. гидроме-таллургич. переработку.
2) Теллур-действием металлич.
Na в присут. NaOH. селективно взаимод. с Те, образуя Na 2 Te,
всплывающий на пов-сть и растворяющийся в NaOH. Плав идет на переработку
для извлечения Те.
3) , и сурьму-окислением
их либо О 2 в отражат. при 700-800 °С, либо NaNO 3
в присут. NaOH при 420 °C. Щелочные плавы направляют на гидрометаллургич.
переработку для из них NaOH и извлечения Sb и Sn; As выводят в виде
Ca 3 (AsO 4) 2 , к-рый направляют на захоронение.
4) и золото-с помощью Zn, избирательно реагирующего с растворенными в свинце ; образуются AuZn 3 , AgZn 3 , всплывающие на пов-сть . Образовавшиеся съемы удаляют с пов-сти для послед. переработки их на
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.
