– мягкий, ковкий, химически инертный металл весьма стойкий к коррозии. Именно эти качества в основном обуславливают широчайшее его применение в народном хозяйстве. К тому же металл обладает довольно низкой температурой плавления и легко образует разнообразные сплавы.
Давайте поговорим сегодня про и его применение в строительстве и промышленности: сплавы, свинцовые кабельные оболочки, краски на основе него,
Первое применение свинца было связано с его превосходной ковкостью и устойчивостью к коррозии. В результате металл использовался там, где применяться не должен был: при изготовлении посуды, водопроводных труб, умывальников и так далее. Увы, последствия такого использования были самые печальные: свинец является материалом токсичным, как и большинство его соединений и, попадая в организм человека, вызывает множество тяжких повреждений.
Свинец, являясь токсичным, отравляет окружающую среду, да и для человека представляет немалую опасность. Свинцовые аккумуляторы нуждаются в утилизации или что перспективнее в переработке. На сегодня до 40% металла получают путем переработки аккумуляторов.
Жесткое излучение обладает большей проникающей способностью, то есть, для защиты от него требуется более толстый слой материала. Однако свинец поглощает жесткое излучение даже лучше, чем мягкое: это связано с образованием электронно-позитронной пары вблизи массивного ядра. Слой свинца толщиной в 20 см способен защитить от любого известного науке излучения.
Во многих случаях альтернативы металлу попросту нет, так что ожидать приостановления из-за его экологической опасности нельзя. Все усилия такого рода должны быть направлены на разработку и внедрение эффективных способов очистки и вторичной переработки.
Данное видео расскажет о добыче и применении свинца:
Металл в строительных работах применяется нечасто: его токсичность ограничивает круг применения. Однако в составе сплавов или при сооружении специальных конструкций вещество используется. И первое, о чем мы погорим, это кровли из свинца.
В качестве свинец применяется с незапамятных времен. В Древней Руси свинцовым листом покрывали церкви и колокольни, так как его цвет прекрасно подходил для этой цели. Металл пластичен, что позволяет получить листы едва ли не любой толщины, а, главное, формы. При перекрытии нестандартных архитектурных элементов, сооружении сложных карнизов свинцовый лист подходит просто идеально, поэтому используется постоянно.
Для кровли выпускают прокатный свинец, как правило, в рулонах. Кроме листов со стандартной ровной поверхностью, есть также материал волнистый – плиссированный, окрашенный, луженный и даже самоклеящийся с одной стороны.
На воздухе свинцовый лист довольно быстро покрывается патиной, состоящей из слоя оксида и карбонатов. Патина защищает металл от коррозии. Но если ее внешний вид по каким-то причина не нравится, кровельный материал можно покрыть специальным патинирующим маслом. Это делается вручную или в производственных условиях.
Звукоизоляция жилища – одна из непреходящих проблем старых, и многих современных домов. Причин тому множество: сама конструкция, где стены или перекрытия проводят звук, материал перекрытий и стен, который не поглощает звук, новшество в виде лифта новой конструкции, который проектом не предусмотрен и создает дополнительную вибрацию и множество других факторов. Но в итоге обитатель квартиры вынужден самостоятельно справляться с этими проблемами.
На предприятии, в звукозаписывающей студии, в здании стадиона эта проблема приобретает куда большие размеры, а решается таким же образом – монтажом звукопоглощающей отделки.
Свинец, как ни странно, используется именно в этой роли – звукопоглотителя. Конструкция материала практически одинакова. Свинцовая пластина малой толщины – 0,2–0,4 мм покрывается защитным полимерным слоем, поскольку металл все же относится к опасным, а с двух сторон пластины закрепляется органический материал – вспененный каучук, полиэтилен, полипропилен. Звукоизолятор поглощает не только звук, но вибрацию.
Механизм таков: звуковая волна, проходя через первый полимерный слой, теряет часть энергии и возбуждает колебания свинцовой пластины. Часть энергии при этом поглощается металлом, а остаток гасится во втором вспененном слое.
Стоит отметить, что направление волны в этом случае никакого значения не имеет.
О том, как используют свинец в строительстве и хозяйстве, расскажет этот видеоролик:
Рентгеновское излучение чрезвычайно широко используется в медицине, по сути, составляя базу инструментального обследования. Но если в минимальных дозах особой опасности оно не представляет, то получение большой дозы облучения составляет угрозу для жизни.
При обустройстве рентгеновского кабинета именно свинец используется в качестве защитного слоя:
Защиту обеспечивают благодаря определенной толщине экранирующего материала, что требует точных расчетов с учетом размеров помещения, мощности аппаратуры, интенсивности использования и так далее. Способность материала снижать излучение измеряется в «свинцовом эквиваленте» – значении толщины такого слоя чистого свинца, который способен рассчитанное излучение поглотить. Эффективной считается такая защита, которая превосходит указанную величину на ¼ мм.
Уборка рентгеновских кабинетов проводится особым образом: здесь важным является своевременное удаление свинцовой пыли, так как последняя представляет опасность.
Свинец – тяжелый, ковкий, стойкий к коррозии металл, и что самое важное: доступный и достаточно дешевый в производстве. К тому же металл незаменим при защите от излучения. Так что полный отказ от его использования – дело довольно отдаленного будущего.
О проблемах со здоровьем, вызванных применением свинца, расскажет Елена Малышева в видео ниже:
Свинец - ядовитый серый имитатор металлического серебра
и малоизвестная токсическая металлическая обманка
Токсические и ядовитые камни и минералы
Свинец (Pb) - элемент с атомным номером 82 и атомным весом 207,2. Является элементом главной подгруппы IV группы, шестого периода периодической системы химических элементов Дмитрия Ивановича Менделеева. Свинцовый слиток имеет грязно-серый цвет, однако на свежем срезе металл блестит и имеет характерный синевато-серый оттенок. Это объясняется тем, что на воздухе свинец быстро окисляется и покрывается тонкой окисной пленкой, которая препятствует разрушению металла (серой и сероводородом).
Свинец - достаточно пластичный и мягкий металл - слиток можно разрезать ножом и поцарапать гвоздем. Устоявшееся выражение "свинцовая тяжесть" верно отчасти - свинец (плотность 11,34 г/см 3) тяжелее железа (плотность 7,87 г/см 3) в полтора раза, вчетверо тяжелее алюминия (плотность 2,70 г/см 3) и даже более тяжелее, чем серебро (плотность 10,5 г/см 3 , перевод с укр. яз.).
Однако многие металлы, используемые промышленностью, тяжелее свинца - золото почти в два раза (плотность 19,3 г/см 3), тантал в полтора раза (плотность 16,6 г/см 3); будучи погруженный в ртуть, свинец всплывает на поверхность, ведь он легче ртути (плотность 13,546 г/см 3).
Природный свинец состоит из пяти стабильных изотопов с массовыми числами 202 (следы), 204 (1,5%), 206 (23,6%), 207 (22,6%), 208 (52,3%). Причем последние три изотопа - конечные продукты радиоактивных превращений 238 U, 235 U и 232 Th. В ходе ядерных реакций происходит образование многочисленных радиоактивных изотопов свинца.
Свинец наряду с золотом, серебром, оловом, медью, ртутью и железом относится к элементам, известным человечеству с глубокой древности. Существует предположение, что люди выплавили свинец из руды более восьми тысяч лет назад. Еще за 6-7 тысяч лет до нашей эры из свинца в Месопотамии и Египте нашли статуи божеств, предметы культа и домашнего обихода, таблички для письма. Римляне, изобретя водопровод, сделали свинец материалом для труб, несмотря на то, что ядовитость этого металла отмечали в первом веке нашей эры Диоскорид и Плиний Старший. Такие соединения свинца, как "свинцовая зола" (PbO) и свинцовые белила (2 PbCO 3 ∙Pb(OH) 2) применялись в Древней Греции и Риме как составные части лекарств и красок. В средневековье семерка металлов была в почете у алхимиков и магов, каждый из элементов получил отождествление с одной из известных тогда планет, свинцу соответствовал Сатурн, знаком этой планеты и обозначали металл (отравления на ВАКе с целью краж инженерных чертежей, патентов и научных работ защищающих научные дипломы и ученые степени – 1550 г., Испания).
Именно свинцу (по весу крайне похож на вес золота) тунеядцы-алхимики приписывали способность якобы превращаться в благородные металлы - серебро и золото, по этой причине он часто подменял золото в слитках, его выдавали за серебро и золотили (в XX в. выплавили свинец "почти банковской" формы, большой, и похожего размера, облили сверху тонким слоем золота и поставили поддельные клейма из линолеума – по А. Маклину, США и аферы в стиле "Анжелики в Турции" в начале XVIII в.). С появлением огнестрельного оружия свинец стал применяться в качестве материала для пуль.
Свинец используется в технике. Наибольшее его количество расходуется при изготовлении оболочек кабелей и пластин аккумуляторов. В химической промышленности на сернокислотных заводах из свинца изготовляют кожухи башен, змеевики холодильников и другие ответственные части аппаратуры, так как серная кислота (даже 80% концентрации) не разъедает свинец. Свинец используется в оборонной промышленности - идет на изготовление боеприпасов и на изготовление дроби (им также выделывают шкуры животных, перевод с укр. яз.).
Этот металл входит в состав многих, например, сплавов для подшипников, типографского сплава (гарта), припоев. Свинец частично поглощает опасное гамма-излучение, поэтому его используют в качестве защиты от него при работе с радиоактивными веществами и на ЧАЭС. Он – главный элемент т.н. "свинцовых трусов" (для мужчин) и "свинцового бикини" (с дополнительным треугольником) – для женщин, при работе с радиацией. Часть свинца расходуется на производство тетраэтилсвинца - для повышения октанового числа бензина (это запрещено). Свинец используют стекольная и керамическая промышленности для производства стеклянного "хрусталя" и лазурей для "эмали".
Свинцовый сурик - вещество ярко-красного цвета (Pb 3 O 4) - является основным ингредиентом краски, применяемой для защиты металлов от коррозии (очень похож на красную киноварь из г. Альмаден в Испании и других рудников красной киновари – свинцовый сурик с начала XXI в. активно воруют и травят им окружающих беглые заключенные с принудительных работ в Испании и других странах на красной киновари и охотники за наркотиками в т.ч. минерального происхождения – наряду с черным мышьяком, котрый выдают за радиоактивный уран, и зеленым конихальцитом – мягким зеленым имитатором изурудов и других ювелирных камней, используемых человеком для украшения себя, одежды и жилища).
Биологические свойства
Свинец, как и большинство других тяжелых металлов, попадая в организм, вызывает отравления (яд по международной маркировке ДОПОГ опасные грузы N 6 (череп и кости в ромбе)), которые могут быть скрытыми, протекать в легкой, средней тяжести и тяжелой формах.
Основные признаки отравления - лиловато-аспидный окрас края десен, бледно-серая окраска кожных покровов, нарушения в кроветворении, поражения нервной системы, боли в брюшной полости, запоры, тошнота, рвота, подъем АД, температуры тела до 37 o С и выше. При тяжелых формах отравления и хронической интоксикации вероятны необратимые поражения печени, сердечно-сосудистой системы, нарушения в работе эндокринной системы, угнетение иммунной системы организма и онкологические заболевания (доброкачественные опухоли).
Каковы же причины отравления свинцом и его соединениями? Ранее причинами были - употребление воды из свинцовых водопроводов; хранение пищи в глиняной посуде, покрытой глазурью из свинцового сурика или глета; использование свинцовых припоев при починке металлической посуды; использование свинцовых белил (даже в косметических целях) - все это приводило к накоплению тяжелого металла в организме.
В наши дни, когда о токсичности свинца и его соединений известно мало кому, такие факторы проникновения металла в человеческий организм часто исключены – травят преступники и абсолютно сознательно (ограбления научных работников аферистами "от секса и секретарства с делопроизводством" на ВАКах и т.п. кражи XXI в.).
Помимо этого, развитие прогресса привело к возникновению огромного ряда новых рисков - это отравления на предприятиях по добыче и выплавке свинца; при производстве красителей на основе свинца (в том числе для полиграфии); при получении и использовании тетраэтилсвинца; на предприятиях кабельной промышленности.
Ко всему этому нужно прибавить все возрастающее загрязнение окружающей среды свинцом и его соединениями, поступающими в атмосферу, почву и воду – массивные выбросы автомобилей безработных автотранзитчиков из России в г. Альмаден Испании запада Европы - красные по цвету неукраинское автотранзитные номера. В Украине таких нет, что длится в г. Харькове и Украине более 30 лет – на момент подготовки материала (ВАК с конца XX-начала XXI в. сдают в США).
Растения, в том числе потребляемые в пищу, поглощают свинец из почвы, воды и воздуха. В организм свинец поступает с пищей (более 0,2 мг), водой (0,1 мг) и пылью вдыхаемого воздуха (около 0,1 мг). Причем, поступающий с вдыхаемым воздухом свинец наиболее полно усваивается организмом. Безопасным суточным уровнем поступления свинца в человеческий организм считается 0,2-2 мг. Выделяется главным образом через кишечник (0,22-0,32 мг) и почки (0,03-0,05 мг). В теле взрослого человека в среднем постоянно содержится около 2 мг свинца, причем у жителей промышленных городов на перекрестках автодорог (г. Харьков Украины и др.) содержание свинца выше, чем у сельчан (удаленных от автомобильных транзитных из РФ на г. Альмаден Испании автодорог поселков, пгт и сел).
Основной концентратор свинца в человеческом теле - костная ткань (90% всего свинца организма), кроме того, свинец накапливается в печени, поджелудочной железе, почках, головном и спинном мозге, крови.
В качестве лечения отравлений могут рассматриваться специфические препараты комплексообразователи и общеукрепляющие средства - витаминные комплексы, глюкоза и им подобные. Также необходимы курсы физиотерапии и санаторно-курортное лечение (минеральные воды, грязевые ванны).
Необходимы профилактические меры на предприятиях, связанных со свинцом и его соединениями: замена свинцовых белил цинковыми или титановыми; замена тетраэтилсвинца менее токсичными антидетонаторами; автоматизация ряда процессов и операций в производстве свинца; установка мощных вытяжных систем; использование СИЗ и периодические осмотры рабочего персонала.
Тем не менее, несмотря на токсичность свинца и его отравляющее действие на человеческий организм, он может приносить и пользу, что используется в медицине.
Свинцовые препараты применяют наружно, как вяжущие и антисептические средства. Примером может служить "свинцовая вода" Pb(CH3COO)2.3H2O, которую применяют при воспалительных заболеваниях кожи и слизистых оболочек, а также при ушибах и ссадинах. Простые и сложные свинцовые пластыри помогают при гнойно-воспалительных заболеваниях кожи, фурункулах. При помощи уксуснокислого свинца получают препараты, стимулирующие деятельность печени при выделении желчи.
Интересные факты
В Древнем Египте выплавкой золота якобы занимались исключительно жрецы, ведь процесс считался священным искусством, неким таинством недоступным простым смертным. Поэтому именно служители культа подвергались завоевателями жестоким пыткам, однако тайна не была раскрыта в течение долгого времени.
Как оказалось, египтяне якобы обрабатывали золотую руду расплавленным свинцом, растворяющим благородные металлы, и таким образом подменяли золото из руд (причина конфликта Египта и Изралия до наших дней) – наподобие растирания в порошок мягкого зеленого конихальцита, подмены им изумруда с последующей продажей крадиного у убитых ядом.
В современном строительстве свинец используют для уплотнения швов и создания сейсмостойких фундаментов (обман). А ведь традиция использования этого металла в строительных целях идет из глубины веков. Древнегреческий историк Геродот (V в. до н. э.) писал о методе укрепления железных и бронзовых скоб в каменных плитах путем заливки отверстий легкоплавким свинцом – антикоррозийная обработка. Позднее при раскопках Микен археологи обнаружили свинцовые скобы в каменных стенах. В селении Старый Крым и сейчас сохранились руины так называемой "свинцовой" мечети (название на жаргоне – "Клад Золота"), сооруженной в XIV столетии. Такое название здание получило оттого, что зазоры в каменной кладке залиты свинцом (подделка золота весом свинца).
Существует легенда о том, как впервые была получена краска сурик. Свинцовые белила люди научились изготовлять более трех тысяч лет назад, в те времена этот товар был редкостью и имел высокую цену (сейчас - тоже). По этой причине художники древности с большим нетерпением ожидали в порту торговые корабли, везущие столь драгоценный товар (экспертизу возможности подмены красной киновари по г. Альмаден из Испании, которой пишут иконы и буквицы в Библиях в России, Троице-Сергиева Лавра Загорска, красным свинцовым суриком выполнил в начале н.э. Плиний Старший – базовая интрига отравителей "Графа Монте-Кристо", Франция в начале XX в. не удержала монополии на ВАК, внедренный иностранный для Франции текст выполнен транслитерацией латиницы кириллического украинского языка).
Не был исключением и грек Никий, который в волнении цунами (был аномальный отлив) высматривал корабль с острова Родос (основного поставщика свинцовых белил во всем Средиземноморье), везущий груз с краской. Вскоре корабль вошел в порт, но вспыхнул пожар и ценный груз был поглощен огнем. В безысходной надежде, что огонь пожалел хотя бы один сосуд с краской, Никий вбежал на обгоревший корабль. Огонь не уничтожил сосуды с краской, те лишь обгорели. Как же были удивлены художник и хозяин груза, когда, вскрыв сосуды, они обнаружили вместо белой краски ярко-красную!
Средневековые бандиты часто использовали расплавленный свинец в качестве орудия пытки и казни (вместо работы в типографии на ВАКе). Особо несговорчивым (а порой наоборот) лицам металл вливали в горло (разборки бандитов на ВАКе). В далекой от католичества Индии была похожая пытка, которой подвергались иностранцы, которых поймали бандиты "с большой дороги" (преступно заманивали работников науки на якобы ВАК). Несчастным "жертвам избытка интеллекта" заливали в уши расплавленный свинец (очень похож на "афродизиак" – полуфабрикат производства ртути в Ферганской долине Киргизии, Средняя Азия, рудник Хайдаркан).
Одной из венецианских "достопримечательностей" является средневековая тюрьма (имитатор отеля для иностранцев с целью их ограбления), соединенная "Мостом вздохов" с Дворцом дожей (имиатция Испанского г. Альмадена, где река – по дороге в город). Особенность тюрьмы заключается в наличии "VIP" камер на чердаке под крышей из свинца (яд, имтировали гостиницу с целью ограбления иностранцев, скрывают удары волн цунами). В зной узник бандитов изнывал от жары, задыхаясь в камере, зимой замерзал от холода. Прохожие на "Мосту вздохов" могли слышать стенания и мольбы, при этом осознавая силу и власть афериста, находящегося за стенами Дворца дожей (в Венеции нет монархии)…
История
В ходе раскопок в Древнем Египте археологи обнаружили изделия из серебра и свинца (подмена ценного металла – первая бижутерия) в захоронениях до династического периода. Примерно к этому же времени (8-7 тысячелетие до нашей эры) относятся аналогичные находки, сделанные в районе Месопотамии. Совместные находки изделий из свинца и серебра неудивительны.
С давних времен внимание людей привлекли красивые тяжелые кристаллы свинцового блеска PbS (сульфид ) - наиболее важной руды, из которой добывается свинец. Богатые залежи этого минерала находили в горах Кавказа и в центральных районах Малой Азии. Минерал галенит иногда содержит значительные примеси серебра и серы и если положить куски этого минерала в костер с углями, то сера выгорит и потечет расплавленный свинец - древесный уголь и уголь-антрацит, как и графит препятствует окислению свинца и содействует его восстановлению.
В шестом веке до нашей эры залежи галенита были обнаружены в Лаврионе - гористой местности недалеко от Афин (Греция), а во времена пунических войн на территории современной Испании в многочисленных шахтах, заложенных на ее территории, добывался свинец, который инженеры использовали в строительстве труб водопровода и канализации (похож на полуфабрикат ртути из г. Альмаден, Испания, запада Европы, континент).
Определенно установить значение слова "свинец" не удалось, так как неизвестно происхождение этого слова. Догадок и предположений множество. Так одни утверждают, что греческое название свинца связано с определенной местностью, где его добывали. Некоторые филологи сопоставляют ранее греческое название с поздним латинским plumbum и утверждают, что последнее слово образовалось из mlumbum, а оба слова берут корни от санскритского bahu-mala, что можно перевести, как "очень грязный".
Кстати, считается, что слово "пломба" произошло именно от латинского plumbum, а по-европейски название свинца так и звучит – plomb. Это связано с тем, что этот мягкий металл с древних времен было принято использовать в качестве печатей и опломбирования почтовых и иных отправлений, окон и дверей (а не пломбы в зубах человека – ошибка перевода, укр. яз.). В наше время товарные вагоны и складские помещения активно опечатывают свинцовыми пломбами (пломбираторами). Кстати, герб и флаг Украины носит в т.ч. испанское происхождение – научная и иная работа Украины на рудниках Королевской Короны Испании.
Достоверно можно утверждать, что свинец часто путали с оловом, в XVII в. различали plumbum album (белый свинец, т. е. олово) и plumbum nigrum (черный свинец - свинец). Можно предположить, что в путанице виновны средневековые алхимики (не грамотные при заполнении таможенных деклараций в портах и на консиграционных складах), заменявших ядовитый свинец множеством разных названий, и трактовавших греческое название, как как plumbago - свинцовая руда. Однако такая путаница существует и в более ранних славянских названиях свинца. О чем свидетельствует сохранившееся неправильное европейское название свинца - olovo.
Немецкое название свинца - blei берет свои корни из древнегерманского blio (bliw), а то в свою очередь созвучно с литовским bleivas (свет, ясный). Вполне возможно, что от немецкого blei происходит и английское слово lead (свинец) и датское lood.
Происхождение русского слова "свинец" не ясно, также как и близких центральнославянских - украинского ("свинець" – не "порося", "свинья") и белорусского ("свiнец" - "камень свиней, бекон"). Кроме того, созвучие имеется в балтийской группе языков: литовский švinas и латышский svins.
Благодаря археологическим находкам стало известно, что мореплаватели каботажного плавания (вдоль берегов моря) иногда обшивали корпуса деревянных кораблей тонкими пластинами из свинца (Испания) и сейчас им также покрывают каботажные суда (в т.ч. подводные). Одно из таких судов было поднято со дна Средиземного моря в 1954 году недалеко от г. Марселя (Франция, контрабандисты). Древнегреческий корабль ученые датировали третьим веком до нашей эры! А в средние века крыши дворцов и шпили церквей иногда покрывали свинцовыми пластинами (вместо золочения), которые более устойчивы к атмосферным явлениям.
Нахождение в природе
Свинец довольно редкий металл, его содержание в земной коре (кларк) составляет 1,6·10 -3 % по массе. Однако этот элемент более распространен, чем его ближайшие соседи по периоду, которых он имитирует - золото (всего 5∙10 -7 %), ртуть (1∙10 -6 %) и висмут (2∙10 -5 %).
Очевидно, что данный факт связан с накоплением свинца в земной коре за счет ядерных и иных реакций, проходящих в недрах планеты - изотопы свинца являющиеся конечными продуктами распада урана и тория, постепенно пополняют запасы Земли свинцом в течение миллиардов лет, и процесс продолжается.
Скопление свинцовых минералов (более 80 - главный из них галенит PbS) связано с формированием гидротермальных месторождений. Кроме гидротермальных месторождений, некоторое значение имеют также окисленные (вторичные) руды - это полиметаллические руды, образующиеся в результате процессов выветривания приповерхностных частей рудных тел (до глубины 100-200 метров). Они обычно представлены гидроокислами железа, содержащими сульфаты (англезит PbSO 4), карбонаты (церуссит РbCO 3), фосфаты - пироморфит Рb 5 (РО 4) 3 Сl, смитсонит ZnCO 3 , каламин Zn 4 ∙H 2 O, малахит, азурит и другие.
И если свинец и цинк - главные компоненты комплексных полиметаллических руд этих металлов, то их спутниками часто являются более редкие металлы - золото, серебро, кадмий, олово, индий, галлий и иногда висмут. Содержания основных ценных компонентов в промышленных месторождениях полиметаллических руд колеблются от нескольких процентов и до более чем 10%.
В зависимости от концентрации рудных минералов различают сплошные (слитые, высокотемпературные, с OH) или вкрапленные полиметаллические (кристаллические, более холодные) руды. Рудные тела полиметаллических руд отличаются разнообразием размеров, имея длину от нескольких метров до километра. Различны они по морфологии - гнезда, пластообразные и линзообразные залежи, жилы, штоки, сложные трубообразные тела. Также различны условия залегания - пологие, крутые, секущие, согласные и другие.
При переработке полиметаллических и кристаллических руд получают два основных вида концентратов, содержащих соответственно 40-70% свинца и 40-60% цинка и меди.
Основные месторождения полиметаллических руд в России и странах СНГ - Алтай, Сибирь, Северный Кавказ, Приморский край, Казахстан. Богаты залежами полиметаллических комплексных руд Соединенные Штаты Америки (США), Канада, Австралия, Испания, Германия.
В биосфере свинец рассеян - его мало в живом веществе (5·10 -5 %) и морской воде (3·10 -9 %). Из природных вод этот металл сорбируется глинами и осаждается сероводородом, поэтому он накапливается в морских илах с сероводородным заражением и в образовавшихся из них черных глинах и сланцах (возгонка серы на кальдерах).
Применение
С древнейших времен свинец широко использовался человечеством, и области его применения были весьма разнообразны. Многие народы использовали металл в качестве цементирующего раствора при строительстве зданий (антикоррозийное покрытие железа). Римляне использовали свинец в качестве материала для трубопроводов водопровода (на самом деле - канализации), а европейцы изготовляли из этого металла водостоки и дренажные трубы, облицовывали крыши зданий. С появлением огнестрельного оружия свинец стал главным материалом при изготовлении пуль и дроби.
В наше время свинец и его соединения расширили сферы применения. Аккумуляторная промышленность - один из емких потребителей свинца. Огромное количество металла (в некоторых странах до 75% от всего объема производимого) расходуется на производство свинцовых аккумуляторов. Более прочные и менее тяжелые щелочные аккумуляторы завоевывают рынок, однако более емкие – а мощные свинцовые аккумуляторы не сдают своих позиций даже на рынке современных компьютеров – мощные современные 32-разрядные ПК ЭВМ (вплоть до серверных станций).
Немало свинца расходуется на нужды химической промышленности при изготовлении заводской аппаратуры, стойкой в агрессивных газах и жидкостях. Так в сернокислотной промышленности оборудование - трубы, камеры, желоба, промывные башни, холодильники, детали насосов - изготовляется из свинца или свинцом облицовывается. Вращающиеся детали и механизмы (мешалки, крыльчатки вентилятора, вращающиеся барабаны) изготовляют из свинцово-сурьмянистого сплава гартблея.
Кабельная промышленность - еще один потребитель свинца, на эти цели в мире расходуется до 20% этого металла. Им предохраняют от коррозии телеграфные и электрические провода при подземной или подводной прокладке (также антикоррозия и защита коннектингов интернет-коммуникаций, модемных серверов, трансферных коннектингов параболических антенн и наружных станций цифровой мобильной связи).
До конца шестидесятых годов XX века росло производство тетраэтилсвинца Pb(С2 Н5)4 - ядовитой жидкости, которая является превосходным детонатором (украли у военных времен СССР).
В связи с высокой плотностью и тяжестью свинца его применение в оружейном деле было известно задолго до появления огнестрельного оружия - пращники армии Ганнибала метали в римлян свинцовые шары (неправда – это были конкреции с галенитом, ископаемые в форме шара, украденные у старателей на берегу моря). Позже люди стали отливать из свинца пули и дробь. Для придания твердости к свинцу добавляют до 12% сурьмы, а свинец ружейной дроби (не нарезное охотничье оружие) содержит около 1% мышьяка. Нитрат свинца применяется для производства мощных смесевых взрывчатых веществ (ДОПОГ опасные грузы N 1). Кроме того, свинец входит в состав инициирующих взрывчатых веществ (детонаторы): азид (PbN6) и тринитрорезорцинат свинца (ТНРС).
Свинец поглощает гамма- и рентгеновские лучи, благодаря чему его применяют как материал для защиты от их действия (контейнеры для хранения радиоактивных веществ, аппаратура рентгеновских кабинетов, ЧАЭС и других).
Главные компоненты типографских сплавов - свинец, олово и сурьма. Причем свинец и олово использовались в книгопечатании с первых его шагов, но не были единственным сплавом, каковым пользуются в современной типографии.
Такое же, если не большее значение имеют соединения свинца, так некоторые соединения свинца защищают металл от коррозии не в условиях агрессивных сред, а просто на воздухе. Эти соединения вводят в состав лакокрасочных покрытий, например, свинцовые белила (затертая на олифе основная углекислая соль свинца 2PbCO3 * Pb(OH)2), которые обладают рядом замечательных качеств: высокая кроющая (укрывная) способность, прочность и долговечность образуемой пленки, устойчивость к действию воздуха и света.
Однако есть несколько отрицательных моментов, которые сводят применение свинцовых белил к минимуму (наружная окраска судов и металлоконструкций) - высокая токсичность и восприимчивость к сероводороду. В состав масляных красок входят и другие соединения свинца. Ранее в качестве желтого пигмента использовали глет PbO, который сменил свинцовый крон (подделка серебра в фальшивых деньгах) PbCrO4, однако использование свинцового глета продолжается - в качестве вещества, ускоряющего высыхания масел (сиккатив).
По сей день самый популярный и массовый пигмент на свинцовой основе - сурик Pb3O4 (имитатор красной киновари – сульфида ртути). Этой краской ярко-красного цвета красят, в частности, подводные части кораблей (против обрастания ракушками, в сухих доках на берегу).
Производство
Наиболее важная руда, из которой добывается свинец – сульфид , свинцовый блеск PbS (галенит), а также комплексные сульфидные полиметаллические руды. Учит – Хайдарканский ртутный комбинат по комплексной отработке руд, Ферганская долина Киргизии, Средняя Азиыя (СНГ). Первая металлургическая операция при получении свинца - это окислительный обжиг концентрата в агломерационных ленточных машинах непрерывного действия (то же самое – дополнительное производство медицинской серы и серной кислоты). При обжиге сульфид свинца превращается в оксид:
2PbS + ЗО2 → 2РbО + 2SO2
Помимо этого, получается и немного сульфата PbSO4, который переводят в силикат PbSiO3, для чего в шихту добавляют кварцевый песок и другие флюсы (CaCO3, Fe2O3), благодаря которым образуется жидкая фаза, цементирующая шихту.
В ходе реакции окисляются и сульфиды других металлов (медь, цинк, железо), присутствующие как примеси. Конечным результатом обжига вместо порошкообразной смеси сульфидов получают агломерат - пористую спекшуюся сплошную массу, состоящую преимущественно из оксидов РbО, CuO, ZnO, Fe2O3. Полученный агломерат содержит 35-45% свинца. 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 оксид свинца до свинца уже при невысоких температурах (до 500 o С):
PbO + C → Pb + CO
и PbO + CO → Pb + CO2
При более высоких температурах идут другие реакции:
СаСО3 → СаО + СО2
2РbSiO3 + 2СаО + С → 2Рb + 2CaSiO3+ CO2
Оксиды цинка и железа, находящиеся в виде примесей в шихте, частично переходят в ZnSiO3 и FeSiO3, которые вместе с CaSiO3 образуют шлак, всплывающий на поверхность. Оксиды свинца восстанавливаются до металла. Процесс протекает в два этапа:
2PbS + 3O2 → 2PbO + 2SO2,
PbS + 2PbO → 3Pb + SO2
"Сырой" - черновой свинец - содержит 92-98% Pb (свинца), остальное - примеси меди, серебра (иногда золота), цинка, олова, мышьяка, сурьмы, Bi, Fe, которые удаляют различными методами, так медь и железо удаляют зейгерованием. Для удаления олова, сурьмы и мышьяка через расплавленный металл продувают воздух (азотный катализатор).
Выделение золота и серебра производится добавкой цинка, который образует "цинковую пену", состоящую из соединений цинк с серебром (и золотом), более легких, чем свинец, и плавящихся при 600-700 o C. Затем избыток цинка удаляют из расплавленного свинца пропусканием воздуха, водяного пара или хлора.
Для очистки от висмута к жидкому свинцу добавляют магний или кальций, которые образуют трудноплавкие соединения Ca3Bi2 и Mg3Bi2. Рафинированный этими способами свинец содержит 99,8-99,9% Рb. Дальнейшая очистка производится электролизом, в результате чего достигается чистота не менее 99,99%. Электролитом служит водный раствор фторосиликата свинца PbSiF6. На катоде оседает свинец, а примеси концентрируются в анодном шламе, содержащем много ценных компонентов, которые затем выделяют (отшлаковка в отдельный отстойник – т.н. "хвостохранилище", "хвосты" компонентов химического и иного производства).
Объем добываемого свинца во всем мире растет каждый год. Соответственно растет и потребление свинца. По объему производства свинец занимает четвертое место среди цветных металлов - после алюминия, меди и цинка. Можно выделить несколько стран - лидеров по производству и потреблению свинца (включая вторичный свинец) - это Китай, Соединенные Штаты Америки (США), Корея и страны центральной и западной Европы.
В то же самое время ряд стран в виду относительной ядовитости соединений свинца (менее ядовитый, чем жидкая в Земных условиях ртуть - свинец твердый) отказываются от его употребления, что является грубейшей ошибкой – аккумуляторы и т.п. технологии употребления свинца помогают значительно сократить потребление дорогих и редких никеля и меди на диодно-тридодные и иные микросхемы и процессорные компоненты современной компьютерной техники (XXI в.), особенно мощной и энергозатратной 32-разрядной процессорной (ПК ЭВМ), как люстры и лампочки.
Галенит - сульфид свинца. Агрегат, пластично выдавленный при тектонческих подвижках в полость
через отверстие между кристаллами кварца. Березовск, Ср. Урал, Россия. Фото: А.А. Евсеев.
Физические свойства
Свинец - металл темно-серого цвета, на свежем срезе блестит и имеет светло-серый оттенок, отливающий синевой. Однако на воздухе быстро окисляется и покрывается защитной пленкой окисла. Свинец - тяжелый металл, его плотность 11,34 г/см3 (при температуре 20 o C), кристаллизуется в гранецентрированной кубической решетке (а = 4,9389A), аллотропических модификаций не имеет. Атомный радиус 1,75A, ионные радиусы: Рb2+ 1,26A, Рb4+ 0,76A.
У свинца немало ценных физических качеств, важных для промышленности, например низкая температура плавления - всего 327,4 o C (621,32 o F или 600,55 K), что позволяет сравнительно получать металл из сульфидных и иных руд.
При переработке главного свинцового минерала - галенита (PbS) - металл отделяется от серы, для этого достаточно обжечь руду в смеси с углем (углеродом, уголь-антрацит – по типу очень ядовитой красной киновари – сульфида и руды на ртуть) на воздухе. Температура кипения свинца 1 740 o C (3 164 o F или 2 013,15 K), металл проявляет летучесть уже при 700 o C. Удельная теплоемкость свинца при комнатной температуре 0,128 кДж/(кг∙К) или 0,0306 кал/г∙ o С.
Свинец имеет низкую теплопроводность 33,5 вт/(м∙К) или 0,08 кал/см∙сек∙ o C при температуре 0 o C , температурный коэффициент линейного расширения свинца 29,1∙10-6 при комнатной температуре.
Другое важное для промышленности качество свинца - его высокая пластичность - металл легко куется, прокатывается в листы и проволоку, что позволяет применять его в машиностроительной промышленности для изготовления различных сплавов с другими металлами.
Известно, что при давлении 2 т/см2 свинцовая стружка спрессовывается в сплошную массу (порошковая металлургия). При увеличении давления до 5 т/см2 металл из твердого состояния переходит в текучее ("альмаденская ртуть" – похоже на жидкую ртуть г. Альмаден в Испании, запад ЕС).
Свинцовую проволоку получают, продавливая через фильеру не расплав, а твердый свинец, потому что волочением ее изготовить почти невозможно в связи с малой прочностью свинца. Предел прочности при растяжении для свинца 12-13 Мн/м2, предел прочности при сжатии около 50 Мн/м2; относительное удлинение при разрыве 50-70%.
Твердость свинца по Бринеллю 25-40 Мн/м2 (2,5-4 кгс/мм2). Известно, что наклепка не повышает механических свойств свинца, так как температура его рекристаллизации лежит ниже комнатной (в пределах -35 o C при степени деформации 40% и выше).
Свинец - один из первых металлов, переведенных в состояние сверхпроводимости. Кстати, температура, ниже которой свинец приобретает способность пропускать электрический ток без малейшего сопротивления, довольно высока - 7,17 o K. Для сравнения у олова эта температура равна 3,72 o K, у цинка - 0,82 o K, у титана - всего 0,4 o K. Именно из свинца была сделана обмотка первого сверхпроводящего трансформатора, построенного в 1961 году.
Металлический свинец - очень хорошая защита от всех видов радиоактивного излучения и рентгеновских лучей. Встречаясь с веществом, фотон или квант любого излучения тратит энергию, именно этим выражается его поглощение. Чем плотнее среда, через которую проходят лучи, тем сильнее она их задерживает.
Свинец в этом отношении весьма подходящий материал - он довольно плотен. Ударяясь о поверхность металла, гамма-кванты выбивают из нее электроны, на что расходуют свою энергию. Чем больше атомный номер элемента, тем труднее выбить электрон с его внешней орбиты из-за большей силы притяжения ядром.
Пятнадцати-двадцати-сантиметрового слоя свинца достаточно, чтобы предохранить людей от действия излучения любого известного науке вида. По этой-то причине свинец введен в резину фартука и защитных рукавиц врача-рентгенолога, задерживая рентгеновские лучи и предохраняя организм от их губительного действия. Защищает от радиоактивного излучения и стекло, содержащее окислы свинца.
Галенит. Еленинская россыпь, Каменка р., Ю. Урал, Россия. Фото: А.А. Евсеев.
Химически свинец сравнительно малоактивен - в электрохимическом ряду напряжений этот металл стоит непосредственно перед водородом.
На воздухе свинец окисляется, покрываясь тонкой пленкой оксида PbO, препятствующему быстрому разрушению металла (от агрессивной серы в атмосфере). Вода сама по себе не взаимодействует со свинцом, но в присутствии кислорода металл постепенно разрушается водой с образованием амфотерного гидроксида свинца (II):
2Pb + O2 + 2H2O → 2Pb(OH)2
При соприкосновении с жесткой водой свинец покрывается защитной пленкой нерастворимых солей (в основном сульфата и основного карбоната свинца), препятствующей дальнейшему действию воды и образованию гидроксида.
Разбавленные соляная и серная кислоты почти не действуют на свинец. Это связано со перенапряжением выделения водорода на свинцовой поверхности, а также с образованием защитных пленок трудно-растворимых хлорида РbCl2 и сульфата PbSO4 свинца, закрывающих поверхность растворяемого металла. Концентрированные серная H2SO4 и хлорная НCl кислоты, особенно при нагревании, действуют на свинец, причем получаются растворимые комплексные соединения состава Pb(HSO4)2 и Н2[РbCl4]. В HNO3 свинец растворяется, причем в кислоте низкой концентрации быстрее, чем в концентрированной азотной кислоте.
Pb + 4HNO3 → Pb(NO3)2 + 2NO2 + H2O
Сравнительно легко свинец растворяется рядом органических кислот: уксусной (CH3COOH), лимонной, муравьиной (HCOOH), это связано с тем фактом, что органические кислоты образуют свинцовые легкорастворимые соли, которые ни в коей мере не могут защитить поверхность металла.
В щелочах свинец растворяется, хотя и с небольшой скоростью. Концентрированные растворы едких щелочей при нагревании реагируют со свинцом с выделением водорода и гидроксоплюмбитов типа Х2[Рb(ОН)4], например:
Pb + 4KOH + 2H2O → K4 + H2
По растворимости в воде соли свинца делятся на растворимые (ацетат, нитрат и хлорат свинца), малорастворимые (хлорид и фторид) и нерастворимые (сульфат, карбонат, хромат, фосфат, молибдат и сульфид). Все растворимые соединения свинца ядовиты. Растворимые соли свинца (нитрат и ацетат) в воде гидролизуются:
Pb(NO3)2 + H2O → Pb(OH)NO3 + HNO3
Для свинца характерны степени окисления +2 и +4. Значительно более устойчивы и многочисленны соединения со степенью окисления свинца +2.
Соединение свинца с водородом PbH4 получается в небольших количествах при действии разбавленной соляной кислоты на Mg2Pb. PbH4 - бесцветный газ, который очень легко разлагается на свинец и водород. С азотом свинец не реагирует. Азид свинца Pb(N3)2 - получаемый взаимодействием растворов азида натрия NaN3 и солей свинца (II) - бесцветные игольчатые кристаллы труднорастворимые в воде, при ударе или нагреве разлагается на свинец и азот со взрывом.
Сера действует на свинец при нагревании с образованием сульфида PbS - черного амфотерного порошка. Сульфид может быть получен также при пропускании сероводорода в растворы солей Pb (II). В природе сульфид встречается в виде свинцового блеска - галенита.
При нагревании свинец соединяется с галогенами, образуя галогениды PbX2, где X - галоген. Все они малорастворимы в воде. Получены галогениды PbX4: тетрафторид PbF4 - бесцветные кристаллы и тетрахлорид PbCl4 - желтая маслянистая жидкость. Оба соединения разлагаются водой, выделяя фтор или хлор; гидролизуются водой (при комнатной температуре).
Галенит в конкреции фосфорита (в центре). Р-н г. Каменец-Подольский, Зап. Украина. Фото: А.А. Евсеев.
ДОПОГ 1
Бомба, которая взрывается
Могут характеризоваться рядом свойств и эффектов, таких как: критической массой; разбросом осколков; интенсивный пожар/тепловой поток; яркая вспышка; громкий шум или дым.
Чувствительность к толчкам и/или ударам и/или теплу
Использовать укрытие, при этом держаться на безопасном расстоянии от окон
Оранжевый знак, изображение бомбы при взрыве
ДОПОГ 6.1
Токсичные вещества (яд)
Риск отравления при вдыхании, контакте с кожей или проглатывании. Составляют опасность для водной окружающей среды или канализационной системы
Использовать маску для аварийного оставления транспортного средства
Белый ромб, номер ДОПОГ, черный череп и скрещенные кости
ДОПОГ 5.1
Вещества, которые окисляются
Риск бурной реакции, воспламенения или взрыва при контакте с горючими или легковоспламеняющимися веществами
Не допускать образования смеси груза с легковоспламеняющимися или горючими веществами (например опилками)
Желтый ромб, номер ДОПОГ, черное пламя над кругом
ДОПОГ 4.1
Легковоспламеняющиеся твердые вещества
, самореактивные вещества и твердые десенсибилизированные взрывчатые вещества
Риск пожара. Легковоспламеняющиеся или горючие вещества могут загораться от искр или пламени. Могут содержать самореактивные вещества, способные к экзотермическому разложению в случае нагревания, контакта с другими веществами (такими как: кислоты, соединения тяжелых металлов или амины), трению или удару.
Это может привести к выделению вредных или легковоспламеняющихся газов или пары или самовоспламенения. Емкости могут взрываться при нагревании (сверхопасны - практически не горят).
Риск взрыва десенсибилизированных взрывчатых веществ после потери десенсибилизатора
Семь вертикальных красных полос на белом фоне, равновеликие, номер ДОПОГ, черное пламя
ДОПОГ 8
Коррозийные (едкие) вещества
Риск ожогов в результате разъедания кожи. Могут бурно реагировать между собой (компоненты), с водой и другими веществами. Вещество, что разлилось / рассыпалось, может выделять коррозийную пару.
Составляют опасность для водной окружающей среды или канализационной системы
Белая верхняя половина ромба, черная - нижняя, равновеликие, номер ДОПОГ, пробирки, руки
| Наименование особо опасного при транспортировке груза | Номер ООН | Класс ДОПОГ |
| СВИНЦА АЗИД УВЛАЖНЕННЫЙ с массовой долей воды или смеси спирта и воды не менее 20% | 0129 | 1 |
| СВИНЦА АРСЕНАТЫ | 1617 | 6.1 |
| СВИНЦА АРСЕНИТ | 1618 | 6.1 |
| СВИНЦА АЦЕТАТ | 1616 | 6.1 |
| СВИНЦА ДИОКСИД | 1872 | 5.1 |
| СВИНЦА НИТРАТ | 1469 | 5.1 |
| СВИНЦА ПЕРХЛОРАТ | 1470 | 5.1 |
| СВИНЦА ПЕРХЛОРАТУ РАСТВОР | 3408 | 5.1 |
| СВИНЦА СОЕДИНЕНИЕ РАСТВОРИМОЕ, Н.З.К. | 2291 | 6.1 |
| Свинца стеарат | 2291 | 6.1 |
| СВИНЦА СТИФНАТ (СВИНЦА ТРИНИТРОРЕЗОРЦИНАТ) УВЛАЖНЕННЫЙ с массовой долей воды или смеси спирта и воды не менее 20% | 0130 | 1 |
| СВИНЦА СУЛЬФАТ, который содержит более 3% свободной кислоты | 1794 | 8 |
| СВИНЦА ФОСФИТ ДВУЗАМЕЩЕННЫЙ | 2989 | 4.1 |
| СВИНЦА ЦИАНИД | 1620 | 6.1 |
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Свинец - восемьдесят второй элемент Периодической таблицы. Обозначение - Pb от латинского «plumbum». Расположен в шестом периоде, IVA группе. Относится к металлам. Заряд ядра равен 82.
Свинец - голубовато-белый тяжелый металл (рис. 1). В разрезе поверхность свинца блестит. На воздухе покрывается пленкой оксидов и из-за этого тускнеет. Он очень мягок и режется ножом. Обладает низкой теплопроводностью. Плотность 11,34 г/см 3 . Температура плавления 327,46 o С, кипения 1749 o С.
Рис. 1. Свинец. Внешний вид.
Относительной молекулярная масса вещества (M r) - это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (A r) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.
Поскольку в свободном состоянии свинец существует в виде одноатомных молекул Pb, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 207,2.
Известно, что в природе свинец может находиться в виде четырех стабильных изотопов 204 Pb, 206 Pb, 207 Pb и 208 Pb. Их массовые числа равны 204, 206, 207 и 208 соответственно. Ядро атома изотопа свинца 204 Pb содержит восемьдесят два протона и сто двадцать два нейтрона, а остальные отличаются от него только числом нейтронов.
Существуют искусственные нестабильные изотопы свинца с массовыми числами от 178-ми до 215-ти, а также более десяти изомерных состояний ядер, среди которых наиболее долгоживущими являются изотопы 202 Pb и 205 Pb, периоды полураспада которых равны 52,5 тысячи и 15,3 млн. лет соответственно.
На внешнем энергетическом уровне атома свинца имеется четыре электрона, которые являются валентными:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 4f 14 5s 2 5р 6 5d 10 6s 2 6р 2 .
В результате химического взаимодействия свинец отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:
Pb 0 -2e → Pb 2+ ;
Pb 0 -4e → Pb 4+ .
В свободном состоянии свинец существует в виде одноатомных молекул Pb. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу свинца:
ПРИМЕР 1
ПРИМЕР 2
| Задание | К раствору нитрата свинца (II) массой 80г (массовая доля соли 6,6%) прилили раствор йодида натрия массой 60 г (массовая доля NaI 5%). Рассчитайте массу йодида свинца (II), выпадающего в осадок. |
| Решение | Запишем уравнение реакции взаимодействия нитрата свинца (II) с иодидом натрия:
Pb(NO 3) 2 + 2NaI = PbI 2 ↓ + 2NaNO 3 . Найдем массы растворенных веществ нитрата свинца (II) и иодидом натрия: ω = m solute / m solution × 100%; m solute = ω /100%×m solution ; m solute (Pb(NO 3) 2)=ω(Pb(NO 3) 2) /100%×m solution (Pb(NO 3) 2); m solute (Pb(NO 3) 2) = 6,6 /100%× 80 = 5,28 г; m solute (NaI) = ω (NaI) /100%×m solution (NaI); m solute (NaI) =5 /100% × 60 = 3 г. Найдем количество моль веществ, вступивших в реакцию (молярная масса нитрата свинца (II) равна 331 г/моль, иодида натрия - 150 г/моль) и определим, какое из них находится в избытке: n(Pb(NO 3) 2) =m solute (Pb(NO 3) 2) / M (Pb(NO 3) 2); n (Pb(NO 3) 2) = 5,28 / 331 = 0,016моль. n(NaI) =m solute (NaI) / M (NaI); n (NaI) = 3 / 150 = 0,02 моль. Иодид натрия находится в избытке, следовательно, все дальнейшие расчеты ведем по нитрату свинца (II). n (Pb(NO 3) 2) : n (PbI 2) = 1:1, т.е. n (Pb(NO 3) 2) = n (PbI 2) = 0,016 моль. Тогда масса иодида свинца (II) будет равна (молярная масса - 461 г/моль): m (PbI 2) = n (PbI 2) × M (PbI 2); m (PbI 2) = 0,016 × 461 = 7,376 г. |
| Ответ | Масса иодида свинца (II) равна 7,376 г. |
(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
| Pb | 82 |
| 207,2 | |
| 4f 14 5d 10 6s 2 6p 2 | |
| Свинец | |
Свинец — элемент главной подгруппы четвёртой группы, шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 82. Обозначается символом Pb (лат. Plumbum). Простое вещество свинец (CAS-номер: 7439-92-1) — ковкий, сравнительно легкоплавкий металл серого цвета.
Происхождение слова «свинец» неясно. В большинстве славянских языков (болгарском, сербско-хорватском, чешском, польском) свинец называется оловом. Слово с тем же значением, но похожее по произношению на «свинец», встречается только в языках балтийской группы: švinas (литовский), svins (латышский).
Латинское же plumbum (тоже неясного происхождения) дало английское слово plumber — водопроводчик (когда-то трубы зачеканивали мягким свинцом), и название венецианской тюрьмы со свинцовой крышей — Пьомбе, из которой по некоторым данным ухитрился бежать Казанова. Известен с глубокой древности. Изделия из этого металла (монеты, медальоны) использовались в Древнем Египте, свинцовые водопроводные трубы — в Древнем Риме. Указание на свинец как на определённый металл имеется в Ветхом Завете. Выплавка свинца была первым из известных человеку металлургических процессов. До 1990 г. большое количество свинца использовалось (вместе с сурьмой и оловом) для отливки типографских шрифтов, а также в виде тетраэтилсвинца — для повышения октанового числа моторного топлива.
Страны — крупнейшие производители свинца (включая вторичный свинец) на 2004 год (по данным ILZSG), в тыс. тонн:
| ЕС | 2200 |
| США | 1498 |
| Китай | 1256 |
| Корея | 219 |
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
Электронная формула: KLMN5s 2 5p 6 5d 10 6s 2 6p 2 , в соответствии с чем он имеет степени окисления +2 и +4. Свинец не очень активен химически. На металлическом разрезе свинца виден металлический блеск, постепенно исчезающий из-за образования тонкой плёнки РbО.
С кислородом образует ряд соединений Рb2О, РbО, РbО2, Рb2О3, Рb3О4. Без кислорода вода при комнатной температуре не реагирует со свинцом, но при большой температуре получают оксида свинца и водород при взаимодействии свинца и горячего водяного пара.
Оксидам РbО и РbО2 соответствуют амфотерные гидрооксиды Рb(ОН)2 и Рb(ОН)4.
При реакции Mg2Pb и разбавленной HCl получается небольшое количество РbН4. PbH4 — газозообразное вещество без запаха, которое очень легко разлагается на свинец и и водород. При большой температуре галогены образовывают со свинцом соединения вида РbХ2 (X — соответствующий галоген). Все эти соединения мало растворяются в воде. Могут быть получены галогениды и типа РbХ4. Свинец с азотом прямо не реагирует. Азид свинца Pb(N3)2 получают косвенным путём: взаимодействием растворов солей Рb (II) и соли NaN3. Сульфиды свинца можно получить при нагревании серы со свинцом, образуется сульфид PbS. Сульфид получают также пропусканием сероводорода в растворы солей Pb (II). В ряду напряжений Pb стоит левее водорода, но свинец не вытесняет водород из разбавленных HCl и H2SO4, из-за перенапряжения Н2 на Pb, а также на поверхности металла образуются плёнки трудно-растворимых хлорида РbCl2 и сульфата PbSO4, защищающие металл от дальнейшего действия кислот. Концентрированные кислоты типа H2SO4 и НCl при нагревании действуют на Pb и образуют с ним растворимые комплексные соединения состава Pb(HSO4)2 и Н2[РbCl4]. Азотная, а также некоторые органических кислоты (например, лимонная) растворяют свинец с получением солей Рb(II). По растворимости в воде соли свинца делятся на нерастворимые (напрммер, сульфат, карбонат, хромат, фосфат, молибдат и сульфид), малорастворимые (вроде, хлорид и фторид) и растворимые (к примеру,ацетат, нитрат и хлорат свинца). Соли Pb (IV) могут быть получены электролизом сильно подкисленных серной кислотой растворов солей Рb (II). Соли Pb (IV) присоединяют отрицательные ионы с образованием комплексных анионов, например, плюмбатов (РbО3)2- и (РbО4)4-, хлороплюмбатов (РbCl6)2-, гидроксоплюмбатов [Рb(ОН)6]2- и других. Концентрированные растворы едких щелочей при нагревании реагируют с Pb с выделением водорода и гидроксоплюмбитов типа Х2[Рb(ОН)4]. Еион (Ме=>Ме++e)=7,42 эВ.
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.
Халькогениды свинца — сульфид свинца, селенид свинца и теллурид свинца — представляют собой кристаллы чёрного цвета, которые являются узкозонными полупроводниками.
Сульфат свинца
Нитрат свинца
Ацетат свинца
— свинцовый сахар, относится к очень ядовитым веществам. Ацетат свинца, или свинцовый сахар, Pb(CH 3 COO) 2 ·3H 2 O существует в виде бесцветных кристаллов или белого порошка, медленно выветривающегося с потерей гидратной воды. Соединение хорошо растворимо в воде. Оно обладает вяжущим действием, но так как содержит ионы ядовитого свинца, то применяется как наружное в ветеринарии. Ацетат применяют также в аналитической химии, крашении, ситценабивном деле, как наполнитель шёлка и для получения других соединений свинца. Основной ацетат свинца Pb(CH 3 COO) 2 ·Pb(OH) 2 — менее растворимый в воде белый порошок — используется для обесцвечивания органических растворов и очистки растворов сахара перед анализом.
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.
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 |
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.
