Что такое свинец в химии

27.10.202326.04.2022 admin 0 Comments

Свинец (Plumbum, Pb): характеристики и свойства «тяжёлого» металла

Главная страница » Свинец (Plumbum, Pb): характеристики и свойства «тяжёлого» металла

Свинец (Plumbum, Pb) – вещество, тесно связанное с понятием «тяжести». Действительно, каждому владельцу автомобиля, непременно приходилось поднимать аккумуляторную батарею и лично убедится в справедливости сравнения. Это вещество относится к ряду первых обнаруженных на земле металлов.

Где и как формируется (образуется) свинец?

В своё время римляне использовали этот металл для создания сложных сетей водопроводных труб. Между тем металл серого цвета, обозначенный химическим символом «Pb», в процессе исследований отметился серьёзным негативным влиянием на здоровье людей.

По этой причине на современном этапе вещество стремятся удалять из состава повседневно используемых вещей, бензина, красок и т.д. Вместе с тем, этот же металл выступает эффективным средством радиационной защиты.

Химический элемент «Plumbum» достаточно широко распространён в коре Земли (36-й элемент). Однако, как и большая часть других металлов, свинец достаточно сложно обнаружить в чистом виде.

Большая часть металла поступает из руды (минерального сырья), получившего название — галенит (сульфид свинца — PbS). Меньшее количество присутствует в других видах руды, например в составе церуссита (карбонат свинца, PbCO₃ или «белая свинцовая руда») и англезита (сульфат свинца, PbSO₄).

Минеральная руда – церуссит, где в относительно небольших количествах присутствует «Plumbum». Этот вид минерала специалисты называют белой свинцовой рудой

Галенит превращается в чистый свинцовый металл посредством многоступенчатого процесса. Прежде всего, галенит измельчается и тщательно вымывается с целью удаления грязи и примесей.

Затем свинец извлекается либо посредством плавки (нагрев в коксовой печи), либо двухступенчатым процессом, включающим обжиг с превращением сульфида свинца в оксид свинца, с последующим плавлением для удаления кислорода.

Многие драгоценные металлы нередко присутствуют в составе руды галенита:

которые также извлекаются во время процесса извлечения «Plumbum». Примерно половина всего потребляемого в настоящее время свинца производится путём переработки нежелательных отходов, в частности, старых автомобильных аккумуляторов.

Добыча металла по странам мира

Многие страны мира активно добывают «Plumbum». Ведущим добытчиком металла выступает Китай (половина всей мировой добычи). Далее идут:

В своё время Соединенные Штаты добывали около трети всего мирового запаса, но на момент 2018 года производство серого тяжёлого металла в этой стране составляет не более 7% от мирового производства.

Минеральная руда – галенит, структура которой традиционно содержит достаточно большое количество свинца по сравнению с другими видами руды

Большая часть добываемого в США металла поступает с Аляски и Миссури, несколько меньшая из Айдахо и Вашингтона. Около 60% металла, используемого в Америке, производится из «вторичных» (переработанных) источников.

На территории России уровень добычи примерно сопоставим с американской добычей (около 5%). Однако российская добыча лишь немногим отставала от Китая во времена существования СССР. То есть с точки зрения запасов богатый ресурс в России существует.

Физические свойства «Plumbum»

Рассматриваемые свойства металла, на первый взгляд ничем особенным не отмечаются:

Однако из положительных сторон можно отметить свойства мягкости (легко обрабатывается) и пластичности. Чистый металлический свинец быстро окисляется на открытом воздухе, образует защитное покрытие оксидом свинца. Металл устойчив против образования коррозии под влиянием кислот (серной, соляной) и воды.

Свинец обладает валентностью (объединяющей способностью) +2 / +4, соединяясь с множеством других элементов, в результате чего получаются полезные соединения «Plumbum» II группы и «Plumbum» IV группы, включая оксиды, сульфаты, карбонаты.

Химические свойства свинца

Для промышленного производства наиболее важным соединением является жёлтый порошок, именуемый — глет (оксид свинца). Глет выступает жизненно важным компонентом для производства всех видов стекла, а также масел и инсектицидов.

Соединение на свинцовой основе, — порошок характерного жёлтого цвета, именуемый глетом, широко применяемый для технологических нужд промышленности

Другой полезный оксид — триоксид свинца (Pb3O4), образует знакомый пигмент «красного металла», который широко используется в составе антикоррозийных красок для защиты железных конструкций.

Карбонат свинца (2PbCO₃) · Pb (OH)₂) также является пигментом («белый свинец»), история применения которого насчитывает более 2000 лет. Хромат свинца («желтый хром») используется в качестве «жёлтого пигмента» для производства других различных пигментов.

До начала 1980-х годов одним из наиболее важных соединений рассматривался тетраэтилсвинец — Pb(CH₃CH₂)₄, присадка, улучшающая характеристики двигателей внутреннего сгорания. После широко распространенных претензий по вопросу загрязнения воздуха, большинство автомобилей перевели для работы на «неэтилированном» бензине без содержания этого вещества.

Другие важные соединения «Plumbum» включают ацетат свинца II группы — «сахар свинцовый» (используется при производстве красок, лаков и красителей), а также азид свинца (взрывчатое вещество, используемое в конструкциях подушек безопасности).

Так называемый «сахар свинцовый» — очередное свинцовое соединение, имеющее выраженное значение для производственной сферы самых разных технологических направлений

Для чего используется серый «тяжёлый» металл?

Рассмотренные физические и химические полезные свойства свинца позволяют в какой-то степени предсказать, для чего этот металл может использоваться:

Защита

Свойства плотности и тяжести металла очень полезны в качестве материала защиты людей от вредного излучения (к примеру, рентгенологи, применяющие свинцовые экраны или фартуки).

Окраска

Яркие, долговечные соединения удачно подходят для пигментов и красителей. Правда, по причине угрозы здоровью людей, свинец пришлось удалять из состава многих красок (особенно красок детских игрушек).

Сантехника

Свойства успешно сопротивляться коррозии сделали металл отличным материалом для строительства кровли и водопровода. Однако, опять же в связи с проблемами здоровья и безопасности многие свинцовые водопроводные трубы пришлось удалять и заменять на пластиковые.

Оружие

Аккумуляторы

Несмотря на слабо выраженные свойства электрической проводимости, свинец используется совместно с серной кислотой для хранения и выделения электрической энергии в результате химической реакции. Именно на таком принципе работают автомобильные аккумуляторы.

Сплавы

К важным свинцовым сплавам относятся оловянные (используются для изготовления посуды), антикоррозийные покрытия для электрических кабелей, кислотостойкие прокладки для химических резервуаров и припои с относительно низкими температурами плавления.

Заключительный штрих

Современные технологии позволяют существенно снизить обязательное применение свинцовых добавок при производстве различных широко распространённых вещей, материалов, продуктов.

Высокие концентрации «Plumbum» встречаются только в составе старого оборудования, древних лакокрасочных покрытий, изделий достаточно давнего производства. Безопасность для людей фактор, конечно, значимый. Однако полезные свойства «тяжёлого» металла остаются важными для развития технологий.

КРАТКИЙ БРИФИНГ

Источник

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

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(CH₃COO)₂·3H₂O 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(CH₃COO)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.

Источник

Свинец

Свине́ц / Plumbum (Pb), 82

[Xe] 4f 14 5d 10 6s 2 6p 2

Pb←Pb 2+ −0,126 В
Pb←Pb 4+ 0,80 В

Свине́ц — элемент 14-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы IV 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.

Содержание

Исторические сведения

Происхождение названия

Происхождение слова «свинец» неясно. В большинстве славянских языков (болгарском, сербско-хорватском, чешском, польском, дореформенном белорусском (тарашкевица) [2] [3] ) свинец называется словом, близким по звучанию к «олово» (волава, olovo, ołów и т.п.). Слово с тем же значением, но похожее по произношению на «свинец», встречается в языках балтийской группы: švinas (литовский), svins (латышский), а также в нескольких славянских — русском, украинском (свинець), официальном белорусском («наркомовка») (свінец) и словенском (svinec).

Нахождение в природе

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 этих образованиях он часто образует интерметаллические соединения (например, звягинцевит (Pd,Pt)₃(Pb,Sn) и др.) и сплавы с другими элементами (например, (Pb + Sn + Sb)). Он входит в состав 80 различных минералов. Важнейшие из них: галенит PbS, церуссит PbCO₃, англезит PbSO₄ (сульфат свинца); из более сложных — тиллит PbSnS₂ и бетехтинит Pb₂(Cu,Fe)₂₁S₁₅, а также сульфосоли свинца — джемсонит FePb₄Sn₆S₁₄, буланжерит Pb₅Sb₄S₁₁. Всегда содержится в рудах урана и тория, имея часто радиогенную природу. В природных условиях часто образует крупные залежи свинцово-цинковых или полиметаллических руд стратиформного типа (Холоднинское, Забайкалье), а также скарнового (Дальнегорское (бывшее Тетюхинское), Приморье; Брокен-Хилл в Австралии) типа; галенит часто встречается и в месторождениях других металлов: колчеданно-полиметаллических (Южный и Средний Урал), медно-никелевых (Норильск), урановых (Казахстан), золоторудных и др. Сульфосоли обычно встречаются в низкотемпературных гидротермальных месторождениях с сурьмой, мышьяком, а также в золоторудных месторождениях (Дарасун, Забайкалье). Минералы свинца сульфидного типа имеют гидротермальный генезис, минералы окисного типа часты в корах выветривания (зонах окисления) свинцово-цинковых месторождений. В кларковых концентрациях свинец входит практически во все породы.

В таблице приведены некоторые параметры распространённости свинца в природных условиях по А. П. Виноградову [5] :

Породы	Каменные метеориты	Дуниты и др.	Базальты и др.	Диориты и др.	Граниты и др.	Глины и др.	Земная кора
Содержание, вес.%	000000 2×10 −5	000 1×10 −5	000 8×10 −4	000 1,5×10 −3	000 2×10 −3	000 2×10 −3	1,6×10 −3

Объекты	Живое вещество Земли	Литосфера	Почва 0	Растения (в золе)	Вода океанов (мг/л)
Содержание, вес.%	00000000 5×10 −5	00 0,0016	0 0,001	00000 0,001	000000 0,00003

Минерал	Свинец (общ)	Уран	Торий
00 Настуран	0 4,750 (308)	58,87 (242)	2,264 (108)
00 Монацит	0 0,6134 (143)	0,2619 (160)	6,567 (150)
000 Ортит	0 0,0907 (90)	0,1154 (88)	6,197 (88)
000 Циркон	0 0,0293 (203)	0,1012 (290)	0,1471 (194)
Сфен (Титанит)	0 0,0158 (12)	0,0511 (14)	0,0295 (21)

Получение

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

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.

Температура плавления: 327,4 °C

Температура кипения: 1740 °C

Химические свойства

Электронная формула: KLMN5s²5p 6 5d 10 6s²6p², энергия ионизации (Pb → Pb + + e − ) равна 7,42 эВ.