СВІНЕЦЬ, Pb (лат. plumbum * а. lead, plumbum; н. Blei; ф. plomb; і. plomo), - хімічний елемент IV групи періодичної системи Менделєєва, атомний номер 82, атомна маса 207,2. Природний свинець представлений чотирма стабільними 204 Pb (1,48%), 206 Pb (23,6%), 207 Pb (22,6%) і 208 Pb (52,3%) та чотирма радіоактивними 210 Pb, 211 Pb, 21 Pb та 214 Pb ізотопами; крім того, отримано понад десять штучних радіоактивних ізотопів свинцю. Відомий з давніх часів.
Фізичні властивості
Свинець - м'який пластичний синювато-сірий метал; кристалічні грати кубічні гранецентровані (а=0,49389 нм). Атомний радіус свинцю 0,175 нм, іонний радіус 0,126 нм (Pb 2+) та 0,076 нм (Pb 4+). Щільність 11340 кг/м 3 , t плавлення 327,65°С, t кипіння 1745°С, теплопровідність 33,5 Вт/(м.град), теплоємність Cp° 26,65 Дж/(моль.К), питома електрична опір 19,3.10 -4 (Ом.м), температурний коефіцієнт лінійного розширення 29,1.10 -6 -1 при 20°С. Свинець діамагнітний, при 7,18 К стає надпровідником.
Хімічні властивості свинцю
Ступінь окислення +2 та +4. Свинець порівняно мало хімічно активний. На повітрі свинець досить швидко покривається тонкою плівкою оксиду, що оберігає його від подальшого окиснення. Добре реагує з азотною та оцтовою кислотами, розчинами лугів, не взаємодіє з соляною та сірчаною кислотами. При нагріванні свинець взаємодіє з галогенами, сіркою, селеном, талієм. Азид свинцю Pb(N 3) 2 розкладається під час нагрівання або удару з вибухом . Сполуки свинцю токсичні, ГДК 0,01 мг/м 3 .
Середній вміст (кларк) свинцю в земній корі 1,6.10 -3 % за масою, при цьому ультраосновні та основні гірські породи містять менше свинцю (1.10 -5 та 8.10 -3 % відповідно), ніж кислі (10 -3 %); в осадових гірських породах - 2.10 -3%. Свинець накопичується головним чином результаті гідротермальних і гіпергенних процесів, нерідко утворюючи великі родовища. Існує понад 100 мінералів свинцю, серед яких найбільше важливе значеннямають галеніт (PbS), церуссит (PbCО 3), англезит (PbSО 4). Одна з особливостей свинцю полягає в тому, що з чотирьох стабільних ізотопів один (204 Pb) нерадіогенний і, отже, його кількість залишається постійним, а три інших (206 Pb, 207 Pb і 208 Pb) — кінцеві продукти радіоактивного розпаду 238 U, 23 U і 232 Th відповідно, внаслідок чого їхня кількість постійно зростає. Ізотопний склад Pb Землі за 4,5 млрд. років змінився від первинного 204 Pb (1,997%), 206 Pb (18,585%), 207 Pb (20,556%), 208 Pb (58,861%) до сучасного 204 Pb (1,997%) 206 Pb (25,35%), 207 Pb (20,95%), 208 Pb (52,349%). Вивчаючи ізотопний склад свинцю в гірських породах і рудах, можна встановлювати генетичні співвідношення, вирішувати різноманітні питання геохімії, геології, тектоніки окремих регіонів та Землі загалом тощо. Ізотопні дослідження свинцю застосовуються і в пошуково-розвідувальних роботах. Широкий розвиток отримали також методи U-Th-Pb геохронології, засновані на вивченні кількісних співвідношень між материнськими та дочірніми ізотопами у гірських породах та мінералах. У біосфері свинець розсіяний, його дуже мало у живій речовині (5.10 -5 %) та у морській воді (3.10 -9 %). У промислово розвинених країнах концентрація свинцю в повітрі, особливо поблизу автомобільних дорігз інтенсивним рухом, різко зростає, досягаючи в окремих випадкахнебезпечних утримань для здоров'я людей.
Отримання та застосування
Металевий свинець отримують окислювальним випалом сульфідних руд з подальшим відновленням PbO до чорнового металу та рафінуванням останнього. У чорновому свинцю міститься до 98% Pb, у рафінованому – 99,8-99,9%. Подальше очищення свинцю до значень, що перевищують 99,99%, проводиться за допомогою електролізу. Для отримання особливо чистого металу застосовують методи амальгамації, зонної перекристалізації та ін.
Свинець широко застосовується у виробництві свинцевих акумуляторів для виготовлення апаратури, стійкої в агресивних середовищах і газах. Зі свинцю виготовляють оболонки електричних кабелів та різні сплави. Широке застосування знайшов свинець при виготовленні засобів захисту від іонізуючих випромінювань. Оксид свинцю додають у шихту при виробництві кришталю. Солі свинцю використовуються при виробництві барвників, азид свинцю - як вибухова речовина, що ініціює, а тетраетилсвинець Pb(С 2 Н 5) 4 - як антидетонатор пального для двигунів внутрішнього згоряння.
Ілля Леєнсон
Свинець- Хімічний елемент IV групи періодичної таблиці. Відносна атомна маса (Ar = 207,2) є усередненою з мас декількох ізотопів: 204Pb (1,4%), 206Pb (24,1%), 207Pb (22,1%) та 208Pb (52,4%). Останні три нукліди - кінцеві продукти природних радіоактивних перетворень урану, актинія та торію. Відомо також понад 20 радіоактивних ізотопів свинцю, з яких найбільш довгоживучі - 202Pb та 205Pb (з періодами піврозпаду 300 тисяч та 15 млн. років). У природі утворюються також короткоживучі ізотопи свинцю з масовими числами 209, 210, 212 і 214 з періодами напіврозпаду відповідно 3,25 год, 27,1 року, 10,64 год і 26,8 хв. Співвідношення різних ізотопів у різних зразках свинцевих руд може дещо відрізнятися, що не дає можливості визначити для свинцю значення Ar з більшою точністю.
У земній корі свинцю небагато - 0,0016% за масою, але цей один із найважчих металів поширений набагато більше, ніж його найближчі сусіди - золото, ртуть та вісмут. Це пов'язано з тим, що різні ізотопи свинцю є кінцевими продуктами розпаду урану і торію, тому вміст свинцю в земній корі повільно збільшувався протягом мільярдів років.
Відомо багато рудних родовищ, багатих на свинець, причому метал легко виділяється з мінералів. Загалом відомо більше ста свинцевих мінералів. З них основні – галеніт (свинцевий блиск) PbS та продукти його хімічних перетворень – англезит (свинцевий купорос) PbSO4 та церуссит («біла свинцева руда») PbCO3. Рідше зустрічаються піроморфіт («зелена свинцева руда») PbCl2·3Pb3(PO4)2, міметит PbCl2·3Pb3(AsO4)2, крокоїт («червона свинцева руда») PbCrO4, вульфеніт («жовта свинцева руда. У свинцевих рудах часто знаходяться також інші метали - мідь, цинк, кадмій, срібло, золото, вісмут та ін. У місці залягання свинцевих руд цим елементом збагачений ґрунт (до 1% Pb), рослини та води.
У сильноокислювальному лужному середовищі степів і пустель можливе утворення діоксиду свинцю - мінералу платтнериту. І дуже рідко зустрічається самородний металевий свинець. також СВІНЦОВА ПРОМИСЛОВІСТЬ.
Історія.Походження слова "свинець" неясно. За старих часів свинець не завжди чітко відрізняли від олова. У більшості слов'янських мов (болгарською, сербсько-хорватською, чеською, польською) свинець і називається оловом. Наш же «свинець» зустрічається лише у мовах балтійської групи: svinas (литовська), svin (латиська). У деяких горе-перекладачів це призводило до кумедних непорозумінь, наприклад, «олов'яних акумуляторів» в автомобілях. Англійська назвасвинцю lead та голландське lood, можливо, пов'язані з нашим «лудити». Латинське ж plumbum (теж неясного походження) дало англійське слово plumber - водопровідник (колись труби зачеканили м'яким свинцем. І ще одна плутанина, пов'язана зі свинцем. Стародавні греки називали свинець «молібдос» (назва збереглася і в новогрецькій мові). Звідси - латинська molibdaena: так у середні віки називали PbS, і більш рідкісний молібденовий блиск (MoS2), та інші схожі мінерали, що залишали чорний слід на світлій поверхні, так само слід залишали графіт і сам свинець. е. свинцевий стрижень.
Свинець разом із золотом, сріблом, міддю, оловом, залізом та ртуттю входить у сімку металів, відомих з давніх-давен. Ці метали зіставлялися із відомими тоді планетами (свинцю відповідав Сатурн). Вважається, що вперше люди виплавили свинець із руд 8 тисяч років тому. Розкопки у Стародавньому Єгипті виявили вироби зі срібла та свинцю у похованнях до династичного періоду. До цього часу належать аналогічні знахідки, зроблені в Месопотамії. Спільні знахідки срібних та свинцевих виробів не дивовижні. Ще за доісторичних часів увагу людей привернули красиві важкі кристали свинцевого блиску. Поклади цього мінералу знаходили у горах Вірменії, у центральних районах Малої Азії. А мінерал галеніт часто містить значні домішки срібла. Якщо покласти шматки цього мінералу в багаття, сірка вигорить і потече розплавлений свинець (дерев'яне вугілля перешкоджає окисленню свинцю). Вже за багато тисячоліть до нової ериу Месопотамії, Єгипті з нього відливали статуї.
У VI ст. до н.е. багаті поклади галеніту були виявлені в Лавріоні - гористій місцевості неподалік Афін. За часів пунічних воєн (264-146 до н.е.) на території сучасної Іспанії працювали численні свинцеві шахти, закладені греками та фінікійцями. Пізніше вони розроблялися римлянами; римські інженери використовували свинець виготовлення труб древнього водопроводу. Давньогрецький історик Геродот (V ст. до н.е.) писав про метод зміцнення залізних та бронзових скоб у кам'яних плитах шляхом заливання отворів легкоплавким свинцем. Пізніше під час розкопок Мікен знайшли свинцеві скоби в кам'яних стінах.
При отриманні свинцю античні металурги спочатку прожарювали руду, у своїй йшли реакції
2PbS + 3O2 ® 2PbO + 2SO2 та PbS + 2O2 ® PbSO4. Потім температуру підвищували, що призводило до виплавки свинцю:
PbS + 2PbO ® 3Pb + SO2; PbS + PbSO4 ® 2Pb + 2SO2. Перші плавильні печі, виготовлені з глини та каміння, були дуже примітивні. Їх намагалися встановити на схилах пагорбів, де дмуть вітри, які допомагають випалювати. Виплавлений свинець, зазвичай, містив срібло - іноді до 0,5% і більше. При повільному охолодженні такого розплаву спочатку кристалізується чистий свинець, а рідина збагачується сріблом приблизно до 2%. Для виділення срібла використовували метод купелювання: окисляли розплавлений свинець у пористій глиняній посудині - купелі, яке оксид потім знову відновлювали до металу. Механізм цього процесу був вивчений лише у 1833 році.
Використовували свинець і для очищення золота та срібла методом купелювання. Для цього дорогоцінний метал, що підлягає очищенню, сплавляли зі свинцем. Свинець та інші домішки легко окислялися при високій температурі; оксиди, що утворюються, здувались струменем повітря, а частково вбиралися в пори купелі, а на дні залишався злиток чистого срібла або золота. Оксид свинцю потім знову могли перетворити на метал, нагріваючи його з деревним вугіллям. Археологічні знахідки в Урі та Трої свідчать, що купелювання було відоме на північному заході Малої Азії вже в першій половині III тис. до н. А грецьким умільцям зі здобутого в Лавріоні свинцю вдавалося витягти майже все срібло: за сучасними аналізами його залишалося у свинці лише 0,02%! Мистецтво стародавніх металургів гідне здивування: адже вони не мали ні можливості контролювати температуру на різних стадіях процесу, ні проводити хімічних аналізів. І все ж у відвалах копалень залишалося багато невитягнутого свинцю. Ще кращих результатів досягли римські металурги, удвічі знизивши залишкову кількість срібла. Звичайно, їх турбувала не чистота свинцю, а повнота вилучення дорогоцінного металу. Більше того, як свідчить грецький історик Страбон, переробляючи старі відвали в Лавріоні, римляни змогли витягти чимало свинцю і срібла, залишивши близько двох мільйонів тонн відпрацьованої руди у відвалах. Після цього копальні були закинуті майже на два тисячоліття, але в 1864 р. відвали знову почали переробляти - тепер уже заради тільки срібла (його в них залишалося близько 0,01%). На сучасних металургійних підприємствах у свинці залишають ще сотні разів менше срібла.
Стародавні гончарі, розмелюючи свинцевий блиск з глиною і водою, обливали цією сумішшю глиняні судини, що підлягали випалу. При високій температурі поверхня судини покривалася легкоплавким свинцевим склом. У 1673 англійський скляний майстер Джордж Равенскрофт, додавши до складу скла оксид свинцю, винайшов кришталеве скло, яке легко плавиться, чудово піддається обробці і має особливий блиск, що наближає його до справжнього гірського кришталю. Пізніше, сплавивши чистий білий пісок, поташ і оксид свинцю, отримали страз (від імені ювеліра Страса, що жив наприкінці 18 ст.) - сорт скла з таким сильним блиском, що воно добре імітувало алмаз, а з домішкою різних пігментів - інші дорогоцінні камені.
Тонкими свинцевими пластинами обшивали дерев'яні корпуси стародавніх кораблів. Один такий грецький корабель, збудований у III ст. до н.е., був знайдений у 1954 році на дні Середземного моря недалеко від Марселя. Римляни виготовляли також зі свинцю труби довжиною 3 метри і різного, але певного діаметра (всього було 15 варіантів). Це перший в історії приклад стандартизованого промислового виробництва. Спочатку зі свинцю відливали пластину, обертали її навколо дерев'яного стрижня і запаювали шов олов'яно-свинцевим припоєм (його склад практично практично не змінився). У трубах нерідко виявлялися течі, їх треба було ремонтувати. Досі під час розкопок в Італії та Англії знаходять такі труби в дуже хорошому стані. Римський зодчий та інженер Марк Вітрувій Полліон рекомендував замінити свинцеві труби керамічними – із обпаленої глини. Він звернув увагу на болючість робітників, зайнятих виплавкою свинцю і вважав, що свинець «позбавляє кров її сили». Однак не всі поділяли цю думку. Так, римський державний діяч, вчений і письменник Пліній, автор знаменитої «Природної історії», писав про користь свинцевих препаратів, про те, що свинцева мазь допомагає виводити шрами, виліковувати виразки та хвороби очей.
У середні віки дахи церков та палаців нерідко покривали свинцевими пластинами, стійкими до атмосферних впливів. Ще в 669 свинцем покрили дах монастирської церкви в Йорку, а в 688 єпископ у Нортумберленді наказав обшити свинцевими пластинами дах та стіни церкви. Знамениті вітражі у соборах збирали за допомогою свинцевих рамок із жолобками, у яких зміцнювали пластинки кольорового скла. Робили зі свинцю, за прикладом римлян, водопровідні, а також дренажні труби. Так, у 1532 р. у Вестмінстерському палаці встановили свинцеві водостічні труби квадратного перерізу. Всі ці вироби на той час не прокочували, а відливали у формах, на дно яких насипали тонко просіяний пісок. Згодом на свинцевих виробах з'являвся міцний шар захисний - патина. Деякі фанеровані свинцем середньовічні шпилі збереглися протягом майже семисот років. На жаль, пожежа 1561 р. у Лондоні знищила такий шпиль найбільшого собору святого Петра.
Коли з'явилася вогнепальна зброя, велика кількість свинцю пішла для виготовлення куль і дробу, і свинець почав асоціюватися також зі смертельною небезпекою: «Засвище навколо мене згубний свинець» (А.Пушкін), «За твій окоп інший боєць підставив груди під злий свинець» ( К.Симонов). Спочатку дріб відливали у роз'ємних формах. У 1650 р. англійський принц Руперт винайшов більш швидкий і зручний спосіб. Він виявив, що якщо до свинцю додати трохи миш'яку і лити цей сплав через свого роду великий друшляк у бак із водою, то виходять кульки дробу правильної сферичної форми. А після того, як у 1436 р. Йоганн Гутенберг винайшов спосіб друкувати книги з використанням рухомих металевих літер, друкарі протягом сотень років відливали літери з так званого друкарського сплаву на основі свинцю (з домішкою олова та сурми).
З'єднань свинцю з давніх часів використовували свинцевий сурик Pb3O4 і основний карбонат свинцю (свинцеві білила) в якості червоної та білої фарби. Багато картин старих майстрів писані фарбами, приготованими з урахуванням свинцевих білил. Оригінальним був старовинний спосіб їх отримання: горщики з міцним оцтом ставили в гній, а над ними підвішували скручені тонкі свинцеві пластини. Розкладаючись, гній давав тепло (воно необхідне посиленого випаровування оцтової кислоти) і вуглекислий газ. Спільна дія на свинець цих речовин, а також кисню повітря і давала білила. Крім отруйності, ці білила темніють з часом, тому що реагують зі слідами сірководню, який завжди присутній у повітрі: 2PbCO3·Pb(OH)2 + 3H2S ® 3PbS + 2CO2 + 4H2O. При реставрації таких картин потемнілі ділянки обережно обробляють розчином Н2О2, що переводить чорний сульфід у білий сульфат: PbS + 4H2O2 ® PbSO4 + 4H2O. Нині отруйні свинцеві білила замінені дорожчими, але нешкідливими титановими. Ограниченное применение (например, в качестве пигментов для художественных масляных красок) имеют пигменты, содержащих свинец: свинцовый крон лимонный 2PbCrO4·PbSO4, свинцовый крон желтый 13PbCrO4·PbSO4, красного цвета свинцово-молибдатный крон 7PbCrO4·PbSO4·PbMoO4.
Властивості свинцю.Свинець зазвичай має брудно-сірий колір, хоча його свіжий розріз має синюватий відлив і блищить. Однак блискучий метал швидко покривається тьмяно-сірою захисною плівкою оксиду. Щільність свинцю (11,34 г/см3) у півтора рази більша, ніж у заліза, вчетверо більше, ніж у алюмінію; навіть срібло легше за свинець. Недарма в російській мові «свинцевий» - синонім важкого: «Негода ночі імла по небу стелиться одягом свинцевої»; "І як свинець пішов на дно" - ці пушкінські рядки нагадують, що зі свинцем нерозривно пов'язане поняття гніту, тяжкості.
Свинець дуже легко плавиться - при 327,5 ° С, кипить при 1751 ° С і помітно леткий вже при 700 ° С. Цей факт дуже важливий для працюючих на комбінатах з видобутку та переробки свинцю. Свинець - один із м'яких металів. Він легко дряпається нігтем і прокочується в дуже тонкі аркуші. Свинець сплавляється з багатьма металами. З ртуттю він дає амальгаму, яка при невеликому вмісті свинцю рідка.
За хімічними властивостями свинець - малоактивний метал: в електрохімічному ряді напруги він стоїть безпосередньо перед воднем. Тому свинець легко витісняється іншими металами із розчинів його солей. Якщо опустити в підкислений розчин ацетату свинцю цинкову паличку, свинець виділяється на ній у вигляді пухнастого нальоту з дрібних кристаликів, що має старовинну назву «сатурнова дерева». Якщо загальмувати реакцію, обернувши цинк фільтрувальним папером, виростають більші кристали свинцю.
Найбільш типова для свинцю ступінь окиснення +2; з'єднання свинцю (IV) значно менш стійкі. У розведених соляної та сірчаної кислотах свинець практично не розчиняється, у тому числі через утворення на поверхні нерозчинної плівки хлориду або сульфату. З міцною сірчаною кислотою (при концентрації понад 80%) свинець реагує з утворенням розчинного гідросульфату Pb(HSO4)2, а гарячої концентрованої соляної кислоти розчинення супроводжується утворенням комплексного хлориду H4PbCl6. Розведеною азотною кислотою свинець легко окислюється:
Pb + 4HNO3 ® Pb(NO3)2 + 2NO2 + H2O. Розкладання нітрату свинцю(II) при нагріванні - зручний лабораторний метод одержання діоксиду азоту:
2Pb(NO3)2 ® 2PbO + 4NO2 + O2.
У присутності кисню свинець розчиняється також у ряді органічних кислот. При дії оцтової кислоти утворюється легкорозчинний ацетат Pb(CH2COO)2 (стародавня назва - «свинцевий цукор»). Свинець помітно розчинний також у мурашиній, лимонній та винній кислотах. Розчинність свинцю в органічних кислотах могло раніше призводити до отруєнь, якщо їжу готували в посуді, лудженому або паяному свинцевим припоєм. Розчинні солі свинцю (нітрат та ацетат) у воді гідролізуються:
Pb(NO3)2 + H2O Pb(OH)NO3 + HNO3. Завис основного ацетату свинцю («свинцева примочка») має обмежене медичне застосування як зовнішній в'язкий засіб.
Свинець повільно розчиняється і в концентрованих лугах із виділенням водню: Pb + 2NaOH + 2H2O ® Na2Pb(OH)4 + H2, що вказує на амфотерні властивості сполук свинцю. Білий гідроксид свинцю(II), що легко осаджується з розчинів його солей, також розчиняється як у кислотах, так і в сильних лугах:
Pb(OH)2 + 2HNO3 ® Pb(NO3)2 + 2H2O; Pb(OH)2 + 2NaOH ® Na2Pb(OH)4. При стоянні або нагріванні Pb(OH)2 розкладається із виділенням PbO. При сплавленні PbO з лугом утворюється плюмбіт складу Na2PbO2.
З лужного розчину тетрагідроксоплюмбату натрію Na2Pb(OH)4 також можна витіснити свинець більш активним металом. Якщо в такий нагрітий розчин покласти маленьку гранулу алюмінію, швидко утворюється сіра пухнаста кулька, яка насичена дрібними бульбашками водню, що виділяється і тому спливає. Якщо алюміній взяти у вигляді дроту, свинець, що виділяється на ній, перетворює її на сіру «змію».
При нагріванні свинець реагує з киснем, сіркою та галогенами. Так, у реакції з хлором утворюється тетрахлорид PbCl4 - жовта рідина, що димить на повітрі через гідроліз, а при нагріванні розкладається на PbCl2 і Cl2. (Галогеніди PbBr4 і PbI4 не існують, оскільки Pb(IV) - сильний окислювач, який окислив би бромід- та йодид-аніони.) Тонкоподрібнений свинець має пірофорні властивості - спалахує на повітрі. При тривалому нагріванні розплавленого свинцю він поступово переходить спочатку в жовтий оксид PbO (свинцевий глет), а потім (при хорошому доступі повітря) - червоний сурик Pb3O4 або 2PbO·PbO2. Цю сполуку можна розглядати також як свинцеву сіль ортосвинцевої кислоти Pb2. За допомогою сильних окислювачів, наприклад, хлорного вапна, сполуки свинцю(II) можна окислити до діоксиду:
Pb(CH3COO)2 + Ca(ClO)Cl + H2O ® PbO2 + CaCl2 + 2CH3COOH. Діоксид утворюється також при обробці сурика азотною кислотою:
Pb3O4 + 4HNO3 ® PbO2 + 2Pb(NO3)2 + 2H2O. Якщо сильно нагрівати коричневий діоксид, то при температурі близько 300 ° С він перетвориться на помаранчевий Pb2O3 (PbO · PbO2), при 400 ° С - на червоний Pb3O4, а вище 530 ° С - на жовтий PbO (розкладання супроводжується виділенням кисню). У суміші з безводним гліцерином свинцевий глет повільно, протягом 30-40 хвилин реагує з утворенням водостійкої та термостійкої твердої замазки, якою можна склеювати метал, скло та камінь.
Діоксид свинцю – сильний окислювач. Струмінь сірководню, спрямована на сухий діоксид, спалахує; концентрована соляна кислота окислюється ним до хлору:
PbO2 + 4HCl ® PbCl2 + Cl2 + H2O, сірчистий газ - до сульфату: PbO2 + SO2 ® PbSO4, а солі Mn2+ - до перманганат-іонів: 5PbO2 + 2MnSO4 + H2SO4 ®5PbSO4 + 2HM2. Діоксид свинцю утворюється, а потім витрачається при зарядці та наступному розряді найпоширеніших кислотних акумуляторів. З'єднання свинцю (IV) мають ще типові амфотерні властивості. Так, нерозчинний гідроксид Pb(OH)4 бурого кольору легко розчиняється в кислотах та лугах: Pb(OH)4 + 6HCl ® H2PbCl6; Pb(OH)4 + 2NaOH ® Na2Pb(OH)6. Діоксид свинцю, реагуючи з лугом, також утворює комплексний плюмбат(IV):
PbO2 + 2NaOH + 2H2O ® Na2. Якщо PbO2 сплавити з твердою лугом, утворюється плюмбат складу Na2PbO3. Зі сполук, у яких свинець(IV) входить до складу катіону, найбільш важливий тетраацетат. Його можна отримати кип'ятінням сурика з безводною оцтовою кислотою:
Pb3O4 + 8CH3COOH ® Pb(CH3COO)4 + 2Pb(CH3COO)2 + 4H2O. При охолодженні розчину виділяються безбарвні кристали тетраацетату свинцю. Інший спосіб - окислення ацетату свинцю (II) хлором: 2Pb(CH3COO)2 + Cl2 ® Pb(CH3COO)4 + PbCl2. Водою тетраацетат миттєво гідролізується до PbO2 та CH3COOH. Тетраацетат свинцю знаходить застосування в органічній хімії як селективний окислювач. Наприклад, він дуже вибірково окислює лише деякі гідроксильні групи в молекулах целюлози, а 5-феніл-1-пентанол під дією тетраацетату свинцю окислюється з одночасною циклізацією та утворенням 2-бензилфурану.
Органічні похідні свинцю – безбарвні дуже отруйні рідини. Один із методів їх синтезу - дія алкілгалогенідів на сплав свинцю з натрієм:
4C2H5Cl + 4PbNa ® (C2H5)4Pb + 4NaCl + 3Pb. Дією газоподібного HCl можна відщеплювати від тетразаміщених свинцю один алкільний радикал за іншим, замінюючи їх на хлор. З'єднання R4Pb розкладаються під час нагрівання з утворенням тонкої плівки чистого металу. Таке розкладання тетраметилсвинцю було використано визначення часу життя вільних радикалів. Тетраетилсвинець – антидетонатор моторного палива.
Одержання свинцю.Кількість свинцю, що видобувається, безперервно зростає. Якщо в 1800 у всьому світі його було отримано близько 30 000 тонн, то в 1850 – 130 000 т, у 1875 – 320 000 т, у 1900 – 850 000 т, 1950 – майже 2 млн. т, а в даний час на рік видобувають близько 5 млн. т. За обсягом виробництва свинець посідає четверте місце серед кольорових металів – після алюмінію, міді та цинку.
Основне джерело свинцю - сульфідні поліметалічні руди, що містять від 1% до 5% свинцю. Руду концентрують до вмісту свинцю 40 - 75%, потім випалюють: 2PbS + 3O2 ® 2PbO + 2SO2 і відновлюють свинець коксом і оксидом вуглецю(II). Більш економічний, так званий автогенний спосіб полягає у проведенні реакції PbS + 2PbO ® 3Pb + SO2 (PbO утворюється при частковому випалі PbS). Одержуваний з руди свинець містить від 3 до 7% домішок у вигляді міді, сурми, миш'яку, олова, алюмінію, вісмуту і золота і срібла. Їх видалення (чи виділення, якщо це економічно рентабельно), потребує складних та тривалих операцій. Очищення свинцю можна також проводити методом електрохімічного рафінування. Електроліт служить водний розчин фторосилікату свинцю PbSiF6. На катоді осідає чистий свинець, а домішки концентруються в анодному шламі, що містить багато цінних компонентів, які потім виділяють.
Свинець в організмі людини. З'єднання свинцю отруйні. Але очевидним це стало не відразу. У минулому покриття гончарних виробів свинцевою глазур'ю, виготовлення свинцевих водопровідних труб, використання свинцевих білил (особливо в косметичних цілях), застосування свинцевих трубок у конденсаторах пари на винокурних заводах – все це призводило до накопичення свинцю в організмі. Стародавні греки знали, що вино і кислі соки не можна тримати в глазурованих глиняних судинах (глазурь містила свинець), а ось римляни цим правилом нехтували. Джемс Лінд, який рекомендував у 1753 англійському адміралтейству лимонний сік як засіб проти цинги для моряків у далекому плаванні, застерігав від зберігання соку в гончарних глазурованих виробах. Проте випадки отруєння, у тому числі і смертельні, спостерігалися з тієї ж причини і через двісті років.
Свинець проникає в організм через шлунково-кишковий тракт або дихальну систему і потім розноситься кров'ю по всьому організму. Причому вдихання свинцевого пилу значно небезпечніше присутності свинцю в їжі. У повітрі міст вміст свинцю становить середньому від 0,15 до 0,5 мкг/м3. У районах, де розташовані підприємства з переробки поліметалевих руд, ця концентрація вища.
Свинець накопичується у кістках, частково замінюючи кальцій у фосфаті Са3(РО4)2. Потрапляючи в м'які тканини – м'язи, печінку, нирки, головний мозок, лімфатичні вузли, свинець викликає захворювання – плюмбізм. Як і багато інших важких металів, свинець (у вигляді іонів) блокує діяльність деяких ферментів. Було встановлено, що їхня активність знижується у 100 разів при збільшенні концентрації свинцю в крові у 10 разів – з 10 до 100 мікрограмів на 100 мл крові. При цьому розвивається анемія, уражаються кровотворна система, нирки та мозок, знижується інтелект. Ознака хронічного отруєння – сіра облямівка на яснах, розлад нервової системи. Особливо небезпечний свинець для дітей, оскільки він спричиняє затримку у розвитку. Водночас десятки мільйонів дітей у всьому світі віком до 6 років мають свинцеве отруєння; основна причина – попадання в рот фарби, що містить свинець. Антидотом при отруєнні може бути кальцієва сіль етилендіамінтетраоцтової кислоти. У отруєному організмі відбувається заміщення кальцію на іони свинцю, які утримуються у цій солі дуже міцно й у вигляді виводяться.
Свинець легко може потрапити в організм з питною водою, якщо вона стикалася з металом: у присутності вуглекислого газу розчин повільно переходить розчинний гідрокарбонат Pb(HCO3)2. У Стародавньому Римі, де для подачі води використовували свинцеві труби, таке отруєння було дуже поширеним, потім вказують аналізи останків римлян. Причому отруювалися, в основному, багаті римляни, які користувалися водопроводом, що зберігали вино, оливкову олію та інші продукти в освинцюваних судинах, що використовували свинець. косметичні засоби. Достатньо, щоб у літрі води був лише один міліграм свинцю – і питво такої води стає дуже небезпечним. Ця кількість свинцю така мала, що не змінює ні запаху, ні смаку води, і тільки точні сучасні прилади можуть його виявити.
Свинцевим отруєнням деякі історики пояснюють і болючість низки російських царів. У 1633 р. в московському Кремлі закінчили будівництво водопроводу. Вода в нього надходила з колодязя на нижньому поверсі Свіблової вежі, що стояла на злитті Неглинної та Москви-річки. Воду з колодязя качали за допомогою підйомної машини – взводу (з того часу ця кремлівська вежа називається Водовзводною). Машину надавали руху коні. Воду закачували у великий бак, а звідти вода сама трубами текла на царську кухню, в сади, інші місця. Труби були виготовлені зі свинцю; Бак для води зсередини теж був викладений свинцевими листами, щоб вода з нього не просочувалася в щілини. Особливо багато свинцю накопичувалося у воді за ніч, після її нерухомого стояння у свинцевому баку та трубах.
Кремлівський «свинцевий водопровід» працював трохи більше 100 років - його знищила пожежа 1737 року. І в період дії цього водопроводу російські царі жили менше, ніж звичайно. Так, цар і великий князь Іван V Олексійович, син царя Олексія Михайловича та першої дружини його, Милославської, прожив лише 29 років. Незадовго до смерті він виглядав старим старим. З дитинства він був, як писали тоді, «слабкий і болісний, немічний тілом і розумом, заїкався, скорботний головою, страждав на цингу і очну хворобу». Із шести братів царя п'ятеро не дожили до 20 років. Деякі вчені вважають, що це наслідки свинцевого отруєння. А ось шостий брат, Петро Олексійович, майбутній Петро I, уникнув отруєння - дитинство і юність він провів не в Кремлі, а в підмосковних селах. Та й пізніше він мало бував у Кремлі - багато воював, подорожував Європою, а потім і зовсім переніс столицю на береги Неви. До речі, перший водогін у Петербурзі, який давав воду для палаців та фонтанів Літнього саду, був дерев'яним. Його труби були зроблені з колод із просвердленими в них отворами. Свинець Петро використовував у військових цілях - для відливання куль.
А ось як пишуть про свинцеве отруєння сучасні медичні довідники: млявість, апатія, втрата пам'яті, раннє недоумство, ослаблення зору, хворі виглядають старшими за свої роки. Дивно нагадує старовинний опис царя Івана Олексійовича!
Труїлися колись не лише «свинцевою водою». Свинець широко використовували для виготовлення посуду (свинцева глазур), свинцевих білил, якими фарбували стіни будинків. Зараз таке застосування свинцю найсуворіше заборонено. Білила, наприклад, роблять цинкові чи титанові. Проте у жителів промислово розвинених країн свинцю в організмі більше, ніж у жителів відсталих і країн, що розвиваютьсяа у міських жителів більше, ніж у сільських. Різниця може бути величезною – у сотні разів.
Свинцеве забруднення набуло у 20 ст. Світовий характер. Навіть у снігах Гренландії його утримання за сто років збільшилося вп'ятеро, а в центрах великих міст у ґрунті та рослинах свинцю у 25 разів більше, ніж на околицях! Забруднення свинцем спостерігається в районах його видобутку, а також у місцях переробки та автострад, особливо якщо ще використовується етилований бензин. Чимало свинцю осідає на дні озер у вигляді мисливського дробу. Щороку в Світовий океан зі стічними водамипотрапляє понад півмільйона тонн цього отруйного металу. А хто не бачив викинуті в ящики для сміття, а то й просто в канави відпрацьовані акумулятори! Поки свинець дешевий, збирання та переробка його відходів невигідна. Мала розчинність більшості сполук свинцю, на щастя, не дозволяє йому накопичуватися у значних кількостях у воді. У водах Світового океану його міститься в середньому 0,03 мкг/л (3 10-9%). Мало в середньому свинцю та в живій речовині – 10-4%.
Застосування свинцю.Незважаючи на отруйність свинцю, відмовитись від нього неможливо. Свинець дешевий - вдвічі дешевше за алюміній, в 11 разів дешевше за олова. Після того як у 1859 році французький фізик Гастон Планте винайшов свинцевий акумулятор, для виготовлення акумуляторних пластин з тих пір витратили мільйони тонн свинцю; в даний час на ці цілі йде в ряді країн до 75% всього свинцю, що видобувається! Поступово знижується застосування свинцю виготовлення дуже отруйного антидетонатора - тетраэтилсвинца. Здатність тетраетилсвинцю покращувати якість бензину було відкрито групою молодих американських інженерів у 1922; у своїх пошуках вони керувалися періодичною таблицею елементів, планомірно наближаючись до найбільш ефективному засобу. З того часу виробництво тетраетилсвинцю безперервно зростало; максимум припадає на кінець 1960-х, коли лише у США щороку з вихлопами викидалися сотні тисяч тонн свинцю – за кілограм на кожного жителя! Останніми роками застосування етилованого бензину заборонено у багатьох регіонах і його виробництво знижується.
М'який та пластичний свинець, що не іржавіє у присутності вологи, - незамінний матеріал для виготовлення оболонок електричних кабелів; на ці цілі у світі витрачається до 20% свинцю. Малоактивний свинець використовують для виготовлення кислототривкої апаратури для хімічної промисловості, наприклад, для облицювання реакторів, в яких отримують соляну та сірчану кислоти. Тяжкий свинець добре затримує згубні для людини випромінювання і тому свинцеві екрани використовуються для захисту працівників рентгенівських кабінетів, у свинцевих контейнерах зберігають та перевозять радіоактивні препарати. Свинець містять також підшипникові сплави бабіти, «м'які» припої (найвідоміший - «треник» - сплав свинцю з оловом).
У будівництві свинець використовують для ущільнення швів та створення сейсмостійких фундаментів. У військовій техніці - для виготовлення шрапнелі та сердечників куль.
Ілля Леєнсон
ЛІТЕРАТУРА
A History of Technology. Vol. I - V. Oxford: Clarendon Press, 1956-1958
Chisolm JJ. Lead Poisoning. Scientific American, 1971, February
Свинець. Женева: вид-воООНіВОЗ, 1980
ПолянськийН.Г. Свинець. М., "Наука", 1986
Давидова С.Л., Піменов Ю.Т., Мілаєва Є.Р. Ртуть, олово, свинець та їх органічні похідні у навколишньому середовищі. Астрахань, 2001
Свинець (Pb) - м'який сріблясто-білий або сіруватий метал 14-ї (IVa) групи періодичної таблиці з атомним номером 82. Це дуже податлива, пластична та щільна речовина, яка погано проводить електрику. Електронна формула свинцю - [Хе] 4f 14 5d 10 6s 2 6p 2 . Відомий в давнину і вважався алхіміками найстарішим з металів, він дуже довговічний і стійкий до корозії, про що свідчить експлуатація водопровідних труб, встановлених стародавніми римлянами. Символ Pb у хімічній формулі свинцю є абревіатурою латинського слова plumbum.
Поширеність у природі
Свинець часто згадується у ранніх біблійних текстах. Вавилонці використовували метал для виготовлення пластин для письма. Римляни робили з нього водопровідні труби, монети і навіть кухонне приладдя. Результатом останнього стало отруєння населення свинцем за доби імператора Августа Цезаря. З'єднання, відоме як білий свинець, використовувалося як декоративний пігмент ще в 200 р. до н. е.
У ваговому відношенні вміст свинцю в земній корі відповідає олові. У космосі на 10 6 атомів кремнію припадає 0,47 атома свинцю. Це можна порівняти зі змістом цезію, празеодима, гафнію та вольфраму, кожен з яких розглядається як досить дефіцитний елемент.
Видобуток
Хоча свинцю не так багато, процеси природної концентрації призвели до значних покладів комерційного значення, особливо у Сполучених Штатах, Канаді, Австралії, Іспанії, Німеччині, Африці та Південній Америці. Свинець, що рідко зустрічається в чистому вигляді, присутній в декількох мінералах, але всі вони мають другорядне значення, за винятком сульфіду PbS (галеніту), який є основним джерелом промислового виробництва даного хімічного елемента в усьому світі. Метал також міститься в англезиті (PbSO 4) та церусіті (PbCO 3). На початку ХХІ ст. провідними світовими виробниками концентрату свинцю були такі країни, як Китай, Австралія, США, Перу, Мексика та Індія.
Свинець може бути вилучений шляхом випалу руди з подальшим плавленням в доменній печі або методом прямої плавки. Домішки видаляються під час додаткового очищення. Майже половина всього очищеного свинцю витягується з переробленого брухту.
Хімічні властивості
Елементарний свинець може бути окислений до іона Pb 2+ іонами водню, але нерозчинність більшості солей робить цей хімічний елемент стійким до впливу багатьох кислот. Окислення в лужному середовищі відбувається легше і сприяє утворенню розчинних сполук при ступені окислення свинцю +2. Оксид PbO 2 з іоном Pb 4+ є одним з кислому розчині, але він порівняно слабкий в лужному розчині. Окислення свинцю полегшується шляхом утворення комплексів. Електроосадження найкраще проводити з водних розчинів, що містять гексафторсилікат свинцю та гексафторсилікатну кислоту.
На повітрі метал швидко окислюється, утворюючи тьмяне сіре покриття, яке раніше вважалося субоксидом Pb 2 O. Тепер загальновизнано, що це суміш Pb і оксиду PbO, який захищає метал від подальшої корозії. Хоча свинець розчиняється у розведеній азотної кислоти, він лише поверхнево піддається впливу соляної або сірчаної кислот, тому що утворюються нерозчинні хлориди (PbCl 2) або сульфати (PbSO 4) запобігають продовженню реакції. Хімічні властивості свинцю, що зумовлюють його загальну стійкість, дозволяють використовувати метал для виготовлення покрівельних матеріалів, оболонки електричних кабелів, розміщених у ґрунті або під водою, та як прокладку для водопровідних труб і конструкцій, що служать для транспортування та переробки корозійних речовин.
Застосування свинцю
Відома тільки одна кристалічна модифікація даного хімічного елемента з щільно упакованою металевою решіткою. У вільному стані проявляється нульовий ступінь окислення свинцю (як будь-якої іншої речовини). Широке застосування елементарної форми елемента обумовлено її пластичністю, легкістю зварювання, низькою температурою плавлення, високою щільністю та здатністю поглинати гамма- та рентгенівське випромінювання. Розплавлений свинець є відмінним розчинником і дозволяє концентрувати вільне срібло та золото. Конструкційне застосування свинцю обмежене його низькою міцністю на розтягування, втомою та плинністю навіть за малого навантаження.
Елемент знаходить застосування у виробництві акумуляторних батарей, у боєприпасах (пострілах та кулях), у складі припою, друкарському, підшипникових, легких сплавах та сплавах з оловом. У важкому та промисловому устаткуванні для зниження шуму та вібрації можуть використовуватися деталі зі з'єднань свинцю. Оскільки метал ефективно поглинає короткохвильове електромагнітне випромінювання, він застосовується для захисного екранування ядерних реакторів, прискорювачів частинок, рентгенівського обладнання та контейнерів для транспортування та зберігання.
Дія на організм
Хімічний елемент свинець та його сполуки токсичні та накопичуються в організмі протягом тривалого періоду часу (дане явище відоме як кумулятивне отруєння) до досягнення смертельної дози. Токсичність зростає зі збільшенням розчинності сполук. У дітей накопичення свинцю може призвести до когнітивних розладів. У дорослих воно викликає прогресуючу хворобу нирок. До симптомів отруєння відносяться біль у животі та діарея, за якими слідують запори, нудота, блювання, запаморочення, головний біль та загальна слабкість. Усунення контакту з джерелом свинцю, зазвичай, є достатнім для лікування. Усунення хімічного елемента з інсектицидів та пігментних фарб, а також використання респіраторів та інших захисних пристроїву місцях впливу значно зменшили кількість випадків отруєння свинцем. Визнання того, що тетраетилсвинець Pb (C 2 H 5) 4 у вигляді антидетонаційної присадки до бензину забруднює повітря та воду, призвело до припинення його застосування у 1980-х роках.
Біологічна роль
Свинець не відіграє жодної біологічної ролі в організмі. Токсичність цього хімічного елемента спричинена його здатністю імітувати такі метали, як кальцій, залізо та цинк. Взаємодія свинцю з тими самими молекулами білка, як і ці метали, призводить до припинення їхнього нормального функціонування.
Ядерні властивості
Хімічний елемент свинець утворюється як у результаті нейтронно-абсорбційних процесів, і при розпаді радіонуклідів більш важких елементів. Існують 4 стабільні ізотопи. Відносна поширеність 204 Pb становить 1,48 %, 206 Pb – 23,6 %, 207 Pb – 22,6 % та 208 Pb – 52,3 %. Стабільні нукліди є кінцевими продуктами природного радіоактивного розпаду урану (до 206 Pb), торію (до 208 Pb) та актинію (до 207 Pb). Відомо понад 30 радіоактивних ізотопів свинцю. З них у процесах природного розпаду беруть участь 212 Pb (ряд торію), 214 Pb і 210 Pb (серія урану) та 211 Pb (ряд актинія). Атомна вага природного свинцю варіюється від джерела до джерела залежно з його походження.
Монооксиди
У сполуках ступеня окислення свинцю переважно рівні +2 і +4. До найбільш важливих з них входять оксиди. Це PbO, в якому хімічний елемент знаходиться в стані +2, діоксид PbO 2 , в якому проявляється найвищий ступінь окислення свинцю (+4), і тетраоксид, Pb 3 O 4 .
Монооксид існує у двох модифікаціях - літарга та глета. Літарг (альфа-оксид свинцю) є червоною або червонувато-жовтою твердою речовиною з тетрагональною кристалічною структурою, стабільна форма якої існує при температурах нижче 488 °С. Гліт (бета-монооксид свинцю) є жовтою твердою речовиною і має орторомбічну кристалічну структуру. Його стабільна форма існує за температури, що перевищують 488 °C.
Обидві форми нерозчинні у воді, але розчиняються в кислотах з утворенням солей, що містять іон Pb 2+ або в лугах з утворенням плюмбітів, які мають PbO 2 2-іон. Літарг, який утворюється при реакції свинцю з киснем повітря, є найважливішою комерційною сполукою цього хімічного елемента. Речовина використовується у великих кількостях безпосередньо та як вихідний матеріал для отримання інших сполук свинцю.
Значна кількість PbO витрачається під час виготовлення пластин свинцево-кислотних акумуляторних батарей. Високоякісний скляний посуд (кришталь) містить до 30% літаргу. Це збільшує показник заломлення скла і робить його блискучим, міцним та дзвінким. Літарг також служить осушувачем в лаках і застосовується у виробництві свинцевокислого натрію, який використовується для видалення з бензину тіолів, що неприємно пахнуть (органічних сполук, що містять сірку).
Діоксид
У природі PbO 2 існує у вигляді коричнево-чорного мінералу платтнериту, який комерційно виготовляється з тетраоксиду тріаладу окисленням хлором. Він розкладається при нагріванні і дає кисень та оксиди з нижчим ступенем окислення свинцю. PbO 2 використовується як окислювач при виробництві барвників, хімікатів, піротехніки та спиртів і як затверджувач для полісульфідних каучуків.
Тетраоксид трисвинцю Pb 3 O 4 (відомий як або мінім) отримують шляхом подальшого окиснення PbO. Це пігмент від оранжево-червоного до цегляно-червоного кольору, який входить до складу корозійностійких фарб, що застосовуються для захисту схильних до довкілля заліза і сталі. Він також реагує з оксидом заліза з утворенням фериту, що використовується для виготовлення постійних магнітів.
Ацетат
Також економічно значущим з'єднанням свинцю ступеня окиснення +2 є ацетат Pb(C 2 H 3 O 2) 2 . Це водорозчинна сіль, одержувана шляхом розчинення глета в концентрованій оцтовій кислоті. Загальна форма, тригідрат, Pb(C 2 H 3 O 2) 2 · 3H 2 O, званий цукром свинцю, використовується як закріплювач при фарбуванні тканин і як сикатив у деяких фарбах. Крім того, він застосовується у виробництві інших сполук свинцю та в установках для ціанування золота, де він у вигляді PbS служить для осадження розчину розчинних сульфідів.
Інші солі
Основні карбонат, сульфат і силікат свинцю колись широко застосовувалися як пігменти для білих фарб зовнішнього застосування. Однак із середини ХХ ст. використання т.з. білих свинцевих пігментів значно зменшилося через занепокоєння з приводу їхньої токсичності та супутньої небезпеки для здоров'я людини. З тієї ж причини практично припинилося застосування свинцевого арсенату в інсектицидах.
Крім основних станів окислення (+4 і +2) свинець може мати негативні ступеня -4, -2, -1 у фазах Цинтля (наприклад, BaPb, Na 8 Ba 8 Pb 6), а +1 та +3 - у свинецьорганічних сполуках , таких як гексаметилдиплюмбан Pb 2 (CH 3) 6 .
Свинець часто називають одним із найдавніших з погляду історії металів, оскільки людство навчилося його видобувати та обробляти ще у 6400 р. до н.е. «Промислові» масштаби переробки свинцю відзначалися у Стародавньому Римі (близько 80 тисяч тонн щорічно), що пояснювалося доступністю цього металу та простотою його виплавки. Римляни робили з нього труби для водопроводів, проте вже тоді вони здогадувалися про токсичність речовини.
Фізичні властивості свинцю
Свинець – важкий метал із атомною масою 207,2 г/моль. При цьому чистий він настільки м'який, що може бути розрізаний ножем. Основні фізичні характеристики свинцю:
- щільність (н. у.) – 11,3415 г/см³
- t плавлення - 327,46 ° C (600,61 K)
- t кипіння - 1749 ° C (2022 K)
- теплопровідність (при 300 K) – 35,3 Вт/(м·К)
- межа міцності на розтяг - 12-13 МПа
Свинець: хімічні властивості
У хімічних сполуках елемент Pb досягає двох ступенів окислення: +2 і +4, при яких він може проявляти і металеві, і неметалеві властивості. Розчинні солі свинцю представлені:
- ацетатом Pb(CH 3 COO) 2
- нітратом Pb(NO 3) 2
- сульфатом PbSO 4
- хроматом PbCrO 4
При звичайній температурі свинець не розчиняється у чистій воді, чого не можна сказати про воду, насичену киснем. Також елемент Pb швидко розчиняється в розведеній азотній кислоті та концентрованої сірчаної. Розведена сірчана на свинець не діє, а соляна діє слабо. Що стосується лужних середовищ, то в них, як і в кислих розчинах, свинець перетворюється на відновник. При цьому розчинний у воді свинець, зокрема його ацетат, є дуже отруйним.
Застосування свинцю
Чистий свинець використовується в медицині (рентгенівські установки), геології (його ізотопи допомагають визначати вік порід), але найбільшого поширення він набуває у складі сполук:
- сульфіди та йодиди свинцю застосовуються у створенні акумуляторних батарей
- нітрати та азиди – для виготовлення вибухівки
- двоокису та хлориди – для хімічних джерел струму
- арсеніти та арсенати – у сільському господарстві для знищення шкідливих комах
- телуриди – для виробництва термоелектрогенераторів та холодильних установок
Також відомо, що свинець затримує радіацію, що пояснюється його здатністю чудово поглинати g-випромінювання. В результаті Pb виступає основним елементом для виготовлення матеріалів радіаційного захисту, що застосовуються при створенні ядерних реакторів і рентгенівських установок.
Свинець відомий з III – II тисячоліття до н.е. у Месопотамії, Єгипті та інших древніх країнах, де з нього виготовляли великі цеглини (чушки), статуї богів та царів, печатки та різні предмети побуту. Зі свинцю робили бронзу, а також таблички для письма гострим твердим предметом. У пізніший час римляни стали виготовляти зі свинцю труби для водопроводів. У давнину свинець зіставлявся з планетою Сатурн і найчастіше називався сатурном. У середні віки завдяки своїй важкій вазі свинець грав особливу роль в алхімічних операціях, йому приписували здатність легко перетворюватися на золото.
Знаходження в природі, отримання:
Зміст у земній корі 1,6 · 10 -3% за масою. Самородний свинець зустрічається рідко, коло порід, у яких він встановлений, досить широке: від осадових порід до ультраосновних інтрузивних порід. В основному зустрічається у вигляді сульфідів (PbS – свинцевий блиск).
Одержання свинцю зі свинцевого блиску проводять шляхом палювально-реакційної плавки: спочатку піддають шихту неповному випалюванню (при 500-600°С), при якому частина сульфіду переходить в оксид і сульфат:
2PbS + 3О 2 = 2РbО + 2SO 2 PbS + 2О 2 = РbSO 4
Потім, продовжуючи нагрівання, припиняють доступ повітря; при цьому сульфід, що залишився, регує з оксидом і сульфатом, утворюючи металевий свинець:
PbS + 2РbО = 3Рb + SO 2 PbS + РbSO 4 = 2Рb +2SO 2
Фізичні властивості:
Один з м'яких металів, легко ріжеться ножем. Зазвичай покритий більш менш товстою плівкою оксидів брудно-сірого кольору, при розрізанні відкривається блискуча поверхня, яка на повітрі з часом тьмяніє. Щільність - 11,3415 г/см3 (при 20°C). Температура плавлення - 327,4 ° C, температура кипіння - 1740 ° C
Хімічні властивості:
При великій температурі свинець утворює з галогенами сполуки виду РbХ 2 з азотом прямо не реагує, при нагріванні з сіркою утворює сульфід PbS, киснем окислюється до PbO.
За відсутності кисню свинець не реагує з водою при кімнатній температурі, але при дії гарячої водяної пари утворює оксиди свинцю та водень. У ряді напруг свинець стоїть лівіше водню, але він не витісняє водень з розведених HCl і H 2 SO 4 через перенапруги виділення Н 2 на свинці, а також через утворення на поверхні металу плівки важкорозчинних солей, що захищають метал від подальшої дії кислот.
У концентрованих сірчаної та соляної кислотах при нагріванні свинець розчиняється, утворюючи відповідно Pb(HSO 4) 2 та Н 2 [РbCl 4 ]. Азотна, і навіть деякі органічні кислоти (наприклад, лимонна) розчиняють свинець з одержанням солей Рb(II). Реагує свинець і з концентрованими розчинами лугів:
Pb + 8HNO 3 (розб., 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 свинцю найбільш характерні сполуки зі ступенем окиснення: +2 та +4.
Найважливіші сполуки:
Оксиди свинцю- з киснем свинець утворює ряд сполук Рb 2 Про, РbО, Рb 2 Про 3 , Рb 3 Про 4 , РbО 2 переважно амфотерного характеру. Багато хто з них пофарбований у червоні, жовті, чорні, коричневі кольори.
Оксид свинцю (II)- РbО. Червоний (низькотемпературна) a-модифікація, глет) або жовтий (високотемпературна b-Модифікація, масікот). Термічно стійкий. Дуже погано реагують із водою, розчином аміаку. Виявляє амфотерні властивості, реагує з кислотами та лугами. Окислюється киснем, відновлюється воднем та монооксидом вуглецю.
Оксид свинцю (IV)- РbО 2 . Платтнеріт. Темно-коричневий, важкий порошок при слабкому нагріванні розкладається без плавлення. Не реагує з водою, розведеними кислотами та лугами, розчином аміаку. Розкладається концентрованими кислотами, концентрованими лугами при кип'ятінні повільно переводиться в розчин з утворенням.
Сильний окислювач у кислому та лужному середовищі.
Оксидам РbО та РbО 2 відповідають амфотерні гідрооксидиРb(ОН) 2 і Рb(ОН) 4 . Отримання..., Властивості...
Рb 3 Про 4 - свинцевий сурик. Розглядається як змішаний оксид або орто-плюмбат свинцю (II) - Рb 2 PbО 4 . Помаранчево-червоний порошок. При сильному нагріванні розкладається, плавиться тільки під надлишковим тиском 2 . Чи не реагує з водою, гідратом аміаку. Розкладається конц. кислотами та лугами. Сильний окислювач.
Солі свинцю(II). Зазвичай безбарвні, по розчинності у питній воді діляться на нерозчинні (наприклад, сульфат, карбонат, хромат, фосфат, молібдат і сульфид), малорозчинні (йодид, хлорид і фторид) і розчинні (наприклад, ацетат, нітрат і хлорат свинцю). Ацетат свинцю, або свинцевий цукор, Pb(CH 3 COO) 2 ·3H 2 O, безбарвні кристали або білий порошок солодкого смаку, повільно вивітрюється із втратою гідратної води, відноситься до дуже отруйних речовин.
Халькогеніди свинцю- PbS, PbSe, і PbTe – кристали чорного кольору, вузькозонні напівпровідники.
Солі свинцю(IV)можуть бути отримані електроліз сильно підкислених сірчаною кислотою розчинів солей свинцю(II). Властивості...
Гідрид свинцю(IV)- PbH 4 - газоподібна речовина без запаху, яка дуже легко розкладається на свинець та водень. Виходить у невеликих кількостях при реакції Mg 2 Pb та розведеної HCl.
Застосування:
Свинець добре екранує радіацію та рентгенівські промені, застосовується як захисний матеріал, зокрема, в рентгенівських кабінетах, у лабораторіях, де існує небезпека опромінення радіацією. Також використовують для виготовлення пластин акумуляторів (близько 30% свинцю, що виплавляється), оболонок електричних кабелів, захисту від гамма-випромінювання (стінки зі свинцевої цегли), як компонент друкарських і антифрикційних сплавів, напівпровідникових матеріалів.
Свинець та його сполуки, особливо органічні, токсичні. Потрапляючи у клітини, свинець дезактивує ферменти, цим порушуючи обмін речовин, викликаючи розумову відсталість в дітей віком, захворювання мозку. Свинець може заміняти кальцій у кістках, стаючи постійним джерелом отруєння. ГДК в атмосферному повітрі сполук свинцю 0,003 мг/м 3 у воді 0,03 мг/л, грунті 20,0 мг/кг.
Барсукова М. Петрова М.
ХФ ТюмГУ, 571 група.
Джерела: Вікіпедія: http://ru.wikipedia.org/wiki/Свинець та ін.,
Н.А.Фігуровський "Відкриття елементів та походження їх назв". Москва, Наука, 1970. (На сайті ХФ МДУ http://www.chem.msu.su/ukr/history/element/Pb.html)
Ремі Р. " Курс неорганічної хімії " , т.1. Вид-во іноземної літератури, Москва.
Лідін Р.А. "Хімічні властивості неорганічних сполук". М: Хімія, 2000. 480 с.: іл.