Із чим реагує свинець. Застосування металу свинець у народному господарстві та будівництві

Свинець(Лат. Plumbum), Pb, хімічний елемент IV групи періодичної системи Менделєєва; атомний номер 82, атомна маса 207,2. Свинець - важкий метал блакитно-сірого кольору, дуже пластичний, м'який (ріжеться ножем, дряпається нігтем). Природний свинець складається з 5 стабільних ізотопів з масовими числами 202 (сліди), 204 (1,5%), 206 (23,6%), 207 (22,6%), 208 (52,3%). Останні три ізотопи - кінцеві продукти радіоактивних перетворень 238 U, 235 U та 232 Th. При ядерних реакціяхутворюються численні радіоактивні ізотопи Свинцю.

Історична довідка.Свинець був відомий за 6-7 тисяч років до зв. е. народам Месопотамії, Єгипту та інших країн стародавнього світу. Він служив виготовлення статуй, предметів домашнього побуту, табличок для письма. Римляни користувалися свинцевими трубами для водопроводів. Алхіміки називали Свинець Сатурном та позначали його знаком цієї планети. Сполуки Свинець - "свинцева зола" РbО, свинцеві білила 2РbСО 3 ·Рb(ОН) 2 застосовувалися в Стародавній Греції та Римі як складові частини ліків та фарб. Коли було винайдено вогнепальну зброю, Свинець почали застосовувати як матеріал для куль. Отруйність Свинцю відзначили ще 1 столітті зв. е. грецький лікар Діоскорид та Пліній Старший.

Поширення свинцю в природі.Зміст свинцю в земній корі (кларк) 1,6 · 10 -3% за масою. Утворення в земній корі близько 80 мінералів, що містять свинець (головний з них галеніт PbS), пов'язано в основному з формуванням гідротермальних родовищ. У зонах окислення поліметалевих руд утворюються численні (близько 90) вторинні мінерали: сульфати (англезит PbSO 4), карбонати (церусит РbCO 3), фосфати [піроморфіт Рb 5 (РО 4) 3 Сl].

У біосфері Свинець в основному розсіюється, його мало в живій речовині (5 10 -5 %), морській воді (3 10 -9 %). З природних вод Свинець частково сорбується глинами і осаджується сірководнем, тому він накопичується в морських мулах із сірководневим зараженням і в чорних глинах і сланцях, що утворилися з них.

Фізичні властивості свинцю.Свинець кристалізується в гранецентрованих кубічних ґратах (а = 4,9389Å), алотропічних модифікацій не має. Атомний радіус 1,75Å, іонні радіуси: Рb 2+ 1,26Å, Рb 4+ 0,76Å; густина 11,34 г/см 3 (20 °С); t пл 327,4 ° С; t кип 1725 ° С; питома теплоємністьза 20 °С 0,128 кДж/(кг·К) | теплопровідність 33,5 вт/(м·К); температурний коефіцієнт лінійного розширення 29,1 10 -6 при кімнатній температурі; твердість за Брінеллем 25-40 Мн/м 2 (2,5-4 кгс/мм 2); межа міцності при розтягуванні 12-13 Мн/м 2 при стисканні близько 50 Мн/м 2 ; відносне подовження при розриві 50-70%. Наклеп не підвищує механічних властивостей Свинцю, так як температура його рекристалізації лежить нижче за кімнатну (близько -35 °С при ступені деформації 40% і вище). Свинець діамагнітний, його магнітна сприйнятливість -0,12 · 10-6. При 7,18 К стає надпровідником.

Хімічні властивості свинцю.Конфігурація зовнішніх електронних оболонок атома Pb 6s 2 6р 2 відповідно до чого він виявляє ступеня окислення +2 і +4. Свинець порівняно мало активний хімічно. Металевий блиск свіжого розрізу Свинцю поступово зникає на повітрі внаслідок утворення найтоншої плівки РbО, що оберігає від подальшого окиснення.

З киснем утворює ряд оксидів Рb 2 Про, РbО, РbО 2 , Рb 3 Про 4 і Рb 2 Про 3 .

У відсутність О 2 вода при кімнатній температурі на Свинець не діє, але він розкладає гарячу водяну пару з утворенням оксиду Свинцю та водню. Відповідні оксиди РbО і РbО 2 гідрооксиди Рb(ОН) 2 і Рb(ОН) 4 мають амфотерний характер.

Сполука Свинцю з воднем РbН 4 виходить у невеликих кількостях при дії розведеної соляної кислоти на Mg 2 Pb. PbH 4 - безбарвний газ, який дуже легко розкладається на Pb та Н 2 . При нагріванні свинець з'єднується з галогенами, утворюючи галогеніди РbХ 2 (X-галоген). Всі вони малорозчинні у воді. Отримано також галогеніди РbХ 4: тетрафторид PbF 4 - безбарвні кристали та тетрахлорид РbСl 4 - жовта масляниста рідина. Обидві сполуки легко розкладаються, виділяючи F 2 або Cl 2; гідролізуються водою. Із азотом Свинець не реагує. Азид свинцю Pb(N 3) 2 одержують взаємодією розчинів азиду натрію NaN 3 і солей Рb (II); безбарвні голчасті кристали, важкорозчинні у воді; при ударі або нагріванні розкладається на Pb та N 2 з вибухом. Сірка діє на свинець при нагріванні з утворенням сульфіду PbS - чорного аморфного порошку. Сульфід може бути отриманий при пропусканні сірководню в розчини солей Pb (II); у природі зустрічається у вигляді свинцевого блиску – галеніту.

У ряді напруг Pb стоїть вище водню (нормальні електродні потенціаливідповідно рівні -0,126 для Рb = Рb 2+ + 2е і +0,65 в для Pb = Pb 4+ + 4е). Однак Свинець не витісняє водень з розведеної соляної та сірчаної кислот, внаслідок перенапруги Н 2 на Pb, а також утворення на поверхні металу захисних плівок важко-розчинних хлориду РbCl 2 і сульфату PbSO 4 . Концентровані H 2 SO 4 і НCl при нагріванні діють на Pb, причому виходять розчинні комплексні з'єднанняскладу Pb(HSO 4) 2 і Н 2 [РbCl 4]. Азотна, оцтова, а також деякі органічні кислоти (наприклад, лимонна) розчиняють свинець з утворенням солей Рb (II). За розчинністю у воді солі діляться на розчинні (ацетат, нітрат і хлорат свинцю), малорозчинні (хлорид та фторид) та нерозчинні (сульфат, карбонат, хромат, фосфат, молібдат та сульфід). Солі Pb (IV) можуть бути отримані електроліз сильно підкислених H 2 SO 4 розчинів солей Рb (II); найважливіші із солей Pb (IV)- сульфат Pb(SO 4) 2 і ацетат Рb(С 2 Н 3 Про 2) 4 . Солі Pb (IV) схильні приєднувати надлишкові негативні іони з утворенням комплексних аніонів, наприклад, плюмбатів (РbО 3) 2- і (РbО 4) 4- , хлороплюмбатів (РbCl 6) 2- , гідроксоплюмбатів [Рb(ОН) 6 ] та інших. Концентровані розчини їдких лугів при нагріванні реагують з Pb з виділенням водню та гідроксоплюмбітів типу Х 2 [Рb(ОН) 4 ].

Отримання Свинцю.Металевий Свинець отримують окислювальним випалом PbS з подальшим відновленням РbО до сирого Pb ("веркблея") та рафінуванням (очищенням) останнього. Окисний випал концентрату ведеться в агломераційних стрічкових машинах безперервної дії. При випалі PbS переважає реакція:

2PbS + ЗО 2 = 2РbО + 2SO 2 .

Крім того, виходить і трохи сульфату PbSO 4 який переводять в силікат PbSiO 3 для чого в шихту додають кварцовий пісок. Одночасно окислюються і сульфіди інших металів (Cu, Zn, Fe), присутні як домішки. В результаті випалу замість порошкоподібної суміші сульфідів отримують агломерат - пористу спекшуюся суцільну масу, що складається переважно з оксидів РbО, CuO, ZnO, Fe 2 O 3 . Шматки агломерату змішують з коксом і вапняком і цю суміш завантажують у ватержакетну піч, в яку знизу через труби ("фурми") подають повітря під тиском. Кокс і оксид вуглецю (II) відновлюють РbО до Pb вже при не високих температурах(До 500 ° С). При вищих температурах йдуть реакції:

СаСО 3 = СаО + СО 2

2РbSiO 3 + 2СаО + С = 2Рb + 2CaSiO 3 + CO 2 .

Оксиди Zn і Fe частково переходять у ZnSiO 3 і FeSiO 3 які разом з CaSiO 3 утворюють шлак, що спливає на поверхню. Оксиди свинцю відновлюються до металу. Сирий Свинець містить 92-98% Pb, інше - домішки Cu, Ag (іноді Au), Zn, Sn, As, Sb, Bi, Fe. Домішки Cu та Fe видаляють зейгеруванням. Для видалення Sn, As, Sb через розплавлений метал продувають повітря. Виділення Ag (і Au) виробляється добавкою Zn, який утворює "цинкову піну", що складається з сполук Zn з Ag (і Au), легших, ніж Рb, і плавляться при 600-700 °C. Надлишок Zn видаляють з розплавленого Рb пропусканням повітря, водяної пари або хлору. Для очищення від Bi до рідкого Рb додають Са або Mg, що дають важкоплавкі сполуки Ca 3 Bi 2 і Mg 3 Bi 2 . Рафінований цими способами Свинець містить 998-999% Рb. Подальше очищення виробляється електролізом, у результаті досягається чистота щонайменше 99,99%.

Застосування свинцю.Свинець широко застосовують у виробництві свинцевих акумуляторів, використовують для виготовлення заводської апаратури, стійкою до агресивних газів і рідин. Свинець сильно поглинає γ-промені та рентгенівські промені, завдяки чому його застосовують як матеріал для захисту від їх дії (контейнери для зберігання радіоактивних речовин, апаратура рентгенівських кабінетів та інших). Великі кількості свинцю йдуть на виготовлення оболонок електричних кабелів, що захищають їх від корозії та механічних пошкоджень. На основі Свинцю виготовляють багато свинцевих сплавів. Оксид Свинцю РbО вводять у кришталь та оптичне скло для отримання матеріалів з великим показником заломлення. Сурик, хромат (жовтий крон) і основні карбонат Свинцю (свинцеві білила) - пігменти, що обмежено застосовуються. Хромат Свинцю – окислювач, використовується в аналітичній хімії. Азид та стифіат (тринітрорезорцинат) – ініціюючі вибухові речовини. Тетраетилсвинець – антидетонатор. Ацетат Свинцю служить індикатором для виявлення H 2 S. Як ізотопні індикатори використовуються 204 Рb (стабільний) і 212 Рb (радіоактивний).

Свинець в організмі.Рослини поглинають Свинець із ґрунту, води та атмосферних випадень. В організм людини свинець потрапляє з їжею (близько 0,22 мг), водою (0,1 мг), пилом (0,08 мг). Безпечний добовий рівень надходження свинцю для людини 0,2-2 мг. Виділяється головним чином з фекаліями (0,22-0,32 мг), менше з сечею (0,03-0,05 мг). У тілі людини міститься в середньому близько 2 мг Свинцю (в окремих випадках – до 200 мг). У жителів промислово розвинених країн вміст свинцю в організмі вищий, ніж у жителів аграрних країн, у городян вищий, ніж у сільських жителів. Основне депо Свинцю - скелет (90% всього свинцю організму): у печінці накопичується 0,2-1,9 мкг/г; у крові – 0,15-0,40 мкг/мл; у волоссі - 24 мкг/г, у молоці-0,005-0,15 мкг/мл; міститься також у підшлунковій залозі, нирках, головному мозку та інших органах. Концентрація та розподіл свинцю в організмі тварин близькі до показників, встановлених для людини. При підвищенні рівня свинцю в навколишньому середовищі зростає його відкладення в кістках, волоссі, печінці.

Отруєння Свинцем і його сполуками можливі при видобутку руд, виплавці Свинець, при виробництві свинцевих фарб, у поліграфії, гончарному, кабельному виробництвах, при отриманні та застосуванні тетраетилсвинцю та ін. глиняному посуді, покритому глазур'ю, що містить свинцевий сурик або глет. Свинець і його неорганічні сполуки у вигляді аерозолів проникають в організм в основному через дихальні шляхи, меншою мірою через шлунково-кишковий тракт і шкіру. У крові Свинець циркулює у вигляді високодисперсних колоїдів – фосфату та альбумінату. Виділяється свинець в основному через кишечник та нирки. У розвитку інтоксикації грають роль порушення порфіринового, білкового, вуглеводного та фосфатного обмінів, дефіцит вітамінів С і B 1 , функціональні та органічні зміни центральної та вегетативної нервової системи, токсичний вплив свинцю на кістковий мозок. Отруєння можуть бути прихованими (так зване носійство), протікати у легкій, середній тяжкості та тяжкій формах.

Найбільш часті ознакиотруєння Свинець: облямівка (смужка ліловато-аспідного кольору) по краю ясен, землисто-бліде забарвлення шкірних покривів; ретикулоцитоз та інші зміни крові, підвищений вміст порфіринів у сечі, наявність у сечі Свинцю в кількостях 0,04-0,08 мг/л і більше і т. д. розгиначів кисті та пальців рук), поліневритом. При так званих свинцевій коліці виникають різкі переймоподібні болі в животі, запор, що продовжуються від кількох годин до 2-3 тижнів; нерідко колька супроводжується нудотою, блюванням, підйомом артеріального тиску, температури тіла до 37,5-38 °C. При хронічній інтоксикації можливі ураження печінки, серцево-судинної системи, порушення ендокринних функцій (наприклад, у жінок – викидні, дисменорея, менорагії та інші). Пригнічення імунобіологічної реактивності сприяє підвищеній загальній захворюваності.

(Нм, в дужках дано координаційні числа) Рb 4+ 0,079 (4), 0,092 (6), Рb 2+ 0,112 (4), 0,133(6).

Вміст свинцю в земній корі 1,6-10 3 % за масою, у Світовому океані 0,03 мкг/л (41,1 млн. т), у річкових 0,2-8,7 мкг/л. Відомо прибл. 80 містять свинець, найголовніший з них-галенит, або свинцевий блиск, PbS. Невеликий пром. значення мають англезит PbSO 4 і церус-сит РbСО 3 . У свинцю супроводжують Сu, Zn; Cd, Bi, Ті та ін. цінні елементи. Прир. фон 2·10 -9 -5·10 -4 мкг/м 3 . У тілі дорослої людини міститься 7-15 мг свинцю.

Властивості. Свинець-метал синювато-сірого кольору кристалізується в гранецентрир. кубіч. ґратах типу Сu, а - = 0,49389 нм, z = 4, просторів. Група Fm3m. Свинець-один з легкоплавких, важкий; т. пл. 327,50 ° С, т. Кіп. 1751 ° С; щільність, 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/( · До); 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). Свинець-поганий провідник тепла та електрики; 33,5 Вт/(м·К) (менше 10% від Ag); температурний коефіцієнт. лінійного розширення свинцю (чистотою 99,997%) в інтервалі т-р 0-320 ° С описується ур-ням: a = 28,15 · 10 -6 t + 23,6 · 10 -9 t 2 ° C -1; при 20 ° С r 20,648 мкОм · см (менше 10% від r Ag), при 300 ° С і 460 ° С соотв. 47,938 і 104,878 мкОм · див. При -258,7 ° С r свинцю падає до 13,11 · 10 -3 мкОм · см; при 7,2 К він переходить у надпровідний стан. Свинець діамагнітний, магн. сприйнятливість -0,12 · 10 -6. У рідкому стані свинець рідкий, h в інтервалі т-р 330-800 ° С змінюється в межах 3,2-1,2 мПа · с; g в інтервалі 330-1000 ° С знаходиться в межах (4,44-4,01) 10 -3 Н/м.

З вінець м'який, пластичний, легко прокочується в найтонші листи. по Брінеллю 25-40 МПа; s зрост 12-13 МПа, s сж ок. 50 МПа; відносить. подовження при розриві 50-70%. Значно підвищують і свинцю Na, Ca та Mg, але зменшують його хім. стійкість. збільшує антикорозійну стійкість свинцю (до дії H2SO4). З Sb зростає, а також кислототривкість свинцю по відношенню до H 2 SO 4 . Знижують кислототривкість свинцю Bi та Zn, a Cd, Ті та Sn підвищують і опір втоми свинцю. У свинці практично не раств. N 2, CO, CO2, O2, SO2, H2.

У хім. Щодо свинець досить інертний. Стандартний свинцю -0,1265 для Рb 0 /Рb 2+ . У сухому не окислюється, у вологому-тьмяніє, покриваючись плівкою, що переходить у присутність. 2 в основний 2РbСО 3 ·Рb(ОН) 2 . З свинець утворює ряд : Рb 2 Про, РbО (), РbО 2 , Рb 3 Про 4 () і Рb 2 Про 3 (див.). При кімнатній т-рі свинець не реагує на розб. сірчаної і соляної к-тами, тому що утворюються на його пов-сті важкорозчинні плівки PbSO 4 і РbС1 2 ​​перешкоджають подальшому. Конц. H 2 SO 4 (>80%) та НС1 при нагр. взаємод. зі свинцем з утворенням р-римих з'єдн. Pb(HSO 4) 2 і Н 4 [РbСl 6]. Свинець стійкий по відношенню до фтористоводневої кислоти, водних розчинів NH 3 і до мн. орг. до там. Кращі розчинники свинцю-розб. HNO 3 та СН 3 СООН. При цьому утворюються Pb(NO 3) 2 і Рb(СН 3 СОО) 2 . Свинець помітно розтв. також у лимонній, мурашиній та винній к-тах.

Рb + РbO 2 + 2H 2 SO 4 : 2PbSO 4 + 2Н 2 О

При взаємод. Pb(IV) і Pb(II) з утворюються солі-соотв. плюмбати(IV) і плюмбіти(II),напр. Na 2 PbO 3 , Na 2 PbO 2 . Свинець повільно розтв. у конц. р-рах з виділенням Н 2 та освітою М 4 [Рb(ОН) 6 ].

При нагріванні свинець реагує з утворюючи . З азотистоводневої до-тої свинець дає Pb(N 3) 2 , при нагр.- PbS (див. Свинцю халь-когеніди). для свинцю не характерні. У деяких р-ціях виявляють тетрагідрид РbН 4 -бесцв. , що легко розкладається на Рb і Н 2 ; утворюється при дії розб. соляної к-ти на Mg 2 Pb. також , Свинець-органічні сполуки.

Отримання.основ. джерело отримання свинцю-сульфідні поліметаллич. . Селективної з , що містять 1-5% Рb, отримують свинцеві та ін концентрати. Свинцевий концентрат зазвичай містить 40-75% Рb, 5-10% Zn, до 5% Сu, а також Bi. Ок. 90% свинцю отримують за технологією, що включає стадії: агломеруючий сульфідних концентратів, шахтна відновить. плавка агломерату та чорнового свинцю. Розробляють автогенні процеси плавки, що дозволяють використовувати тепло згоряння.

Агломеруючий при традиц. произ-ве свинцю проводять на прямолінійних машинах з дмухом або шляхом просмоктування його. При цьому PbS окислюється переважно. у рідкому стані: 2PbS + 3О 2 : 2РbО + 2SO 2 . У шихту додають флюси (SiO 2 , CaCO 3 , Fe 2 O 3), які, реагуючи між собою і з РbО, утворюють рідку фазу, що цементує шихту. У готовому агломераті свинець в осн. концентрується у свинцевосилікатному склі, що займає до 60% обсягу агломерату. Zn, Fe, Si, Ca кристалізуються у формі складних соед., утворюючи жароміцний каркас. Ефективна (робоча) площа агломерації. машин 6-95 м2.

У готовому агломераті міститься 35-45% Рb і 1,2-3% S, частина якої знаходиться у вигляді . Продуктивність агломерації. машин по агломерату залежить від вмісту S в шихті і коливається від 10 (бідні концентрати) до 20 т/(м 2 · сут) (багаті концентрати); за випалюваною S вона знаходиться в межах 0,7-1,3 т/(м 2 · сут). Частина , що містять 4-6% SO 2 , використовують для виробництва H 2 SO 4 . Ступінь утилізації S становить 40-50%.

Отриманий агломерат направляють на відновить. плавку в шахтних. для виплавки свинцю є шахту прямокутного перерізу, утворену водо-охолоджуваними коробками (кесонами). (або повітряно-киснева суміш) подається через спец. сопла (фурми), розташовані по всьому периметру на ниж. ряду кесонів. У шихту плавки входять до осн. агломерат і , іноді завантажують кускову оборотну та вторинне сировину. Уд. проплав агломерату 50-80 т/(м 2 · Добу). Пряме вилучення свинцю в чорновий 90-94%.

Мета плавки-максимально витягти свинець у чорновий , a Zn і порожню вивести в шлак. основ. р-ція шахтної плавки свинцевого агломерату: РbО + СО : Рb + + СО 2 . Як шихту вводять. Частина свинцю відновлюється безпосередньо. Для свинцю потрібно слабо відновити. (Про 2 10 -6 -10 -8 Па). Витрата маси агломерату при шахтній плавці 8-14%. У цих умовах Zn та Fe не відновлюються і переходять у шлак. присутній в агломераті у формі СuО та CuS. в умовах шахтної плавки легко відновлюється до та переходить у свинець. При високому вмісті Си та S в агломераті при шахтній плавці утворюється самостійно. фаза-штейн.

основ. шлакоутворюючі компоненти шлаків (80-85% від маси шлаку) - FeO, SiO 2 , CaO і ZnO-спрямовуються на подальшу переробку для отримання Zn. У шлак переходить до 2-4% Рb і ~20% Сі, вміст у ньому цих соотв. 0,5-3,5 та 0,2-1,5%. Що Утворюється при шахтній плавці (і агломерації) служить вихідною сировиною для вилучення рідкісних і .

В основі автогенних процесів виплавки свинцю лежить екзотерміч. р-ція PbS + Про 2 : Рb + SO 2 що складається з двох стадій:

2PbS + 3O 2 : 2PbO + 2SO 2 PbS + 2РbО: 3Рb + SO 2

Переваги автогенних методів перед традиц. технологією: виключається агломерац. , усувається необхідність розведення концентрату флюсами, що знижує вихід шлаку, використовується тепло і виключається (частково) витрата , підвищується вилучення SO 2 з , що спрощує їх використання і підвищує безпеку на заводі. У пром-сті застосовують два автогенних процесу: КІВЦЕТ-ЦС, розроблений у СРСР і здійснений на Усть-Каменогорському заводі та в Італії на заводі Порто-Весме, та американський процес QSL.

Технологія плавки за методом КІВЦЕТ-ЦС: тонкоподрібнену, добре висушену шихту, що містить концентрат, оборотну і за допомогою пальника інжектують технічним Про 2 в плавильну камеру , де відбувається отримання свинцю і формування шлаку. (містять 20-40% SO 2) після очищення від , що повертається в шихту плавки, надходять на произ-во H 2 SO 4 . Чорновий свинець і шлак через поділ. перегородку протікають в електротермічні. піч-відстійник, звідки їх випускають через льотки. подають у шихту для надлишкового в плавильній зоні.

Процес QSL проводять у агрегаті типу конвертера. розділена перегородкою на зони. У плавильній зоні відбувається завантаження гранулира. концентрату, плавка та технічним Про 2 . Шлак надходить у другу зону, де за допомогою фурм він продувається пиловугільною сумішшю для свинцю. У всіх способах плавки осн. у Zn (~80%) перетворюється на шлак. Для вилучення Zn, а також свинцю, що залишився, і деяких рідкісних і шлак переробляють способом ф'юмінгування або вальцювання.

Чорновий свинець, отриманий тим чи іншим способом, містить 93-98% Рb. Домішки у чорновому свинці: Сu (1-5%), Sb, As, Sn (0,5-3%), Аl (1-5 кг/т), Аu (1-30%), Bi (0,05) -0,4%). Очищення чорнового свинцю проводять пірометалургійно або (іноді) електролітично.

Пірометаллургіч. методом із чорнового свинцю послідовно видаляють: 1) мідь-двома операціями: ліквацією та за допомогою елементарної S, що утворює Cu 2 S. Попередить. (Грубу) очищення від Сі до змісту 0,5-0,7.% проводять у відбивних або електротермічних з глибокої свинцевої, що має перепад т-ри по висоті. взаємод. на пов-сті з сульфідним свинцевим концентратом з утворенням Cu-Pb штейна. Штейн направляють у мідне вир-во чи самостійно. гідрометалургіч. переробку.

2) Теллур-дією металлич. Na в присутності. NaOH. селективно взаємод. з Ті, утворюючи Na 2 Te, що спливає на пов-сть і розчиняється в NaOH. Плав йде на переробку для отримання Ті.

3) , і сурму-окисленням їх або Про 2 відбив. при 700-800 °С, або NaNO 3 у присутності. NaOH за 420 °C. Лужні плави направляють на гідрометалургіч. переробку для них NaOH і вилучення Sb і Sn; As виводять у вигляді Ca 3 (AsO 4) 2 , який направляють на поховання.

4) та золото-за допомогою Zn, вибірково реагує з розчиненими в свинці; утворюються AuZn 3, AgZn 3, що спливають на пов-сть. Знімання, що утворилися, видаляють з пов-сті для послід. переробки їх на

Свинець – це хімічний елемент з атомним номером 82 та символом Pb (від латинського plumbum – злиток). Це важкий метал із щільністю, що перевищує щільність більшості звичайних матеріалів; свинець м'який, податливий і плавиться за відносно низьких температур. Свіжозрубаний свинець має блакитно-білий відтінок; він притуплюється до тьмяно-сірого при дії повітря. Свинець має другий за величиною атомний номер класично стійких елементів і стоїть наприкінці трьох основних ланцюжків розпаду. важких елементів. Свинець є відносно нереактивним постперехідним елементом. Його слабкий металевий характер ілюструється його амфотерною природою (оксиди свинцю та свинець реагують як з кислотами, так і з основами) та схильністю до утворення ковалентних зв'язків. З'єднання свинцю зазвичай перебувають у стані окислення +2, а чи не +4, зазвичай, з легшими членами вуглецевої групи. Винятки, переважно, обмежені органічними сполуками. Як і легші члени цієї групи, свинець виявляє тенденцію зв'язуватися сам із собою; він може утворювати ланцюги, кільця та багатогранні структури. Свинець легко витягується із свинцевих руд і був відомий вже доісторичним людям у Західній Азії. Основна руда свинцю, галена, часто містить у собі срібло, і інтерес до срібла сприяв широкомасштабної екстракції свинцю та його використання у Стародавньому Римі. Виробництво свинцю скоротилося після падіння Римської імперії і доходило до тих самих рівнів до промислової революції. В даний час світове виробництво свинцю складає близько десяти мільйонів тонн на рік; вторинний видобуток від переробки становить понад половину від цієї кількості. Свинець має кілька властивостей, які роблять його корисним: висока щільність, низька температура плавлення, пластичність і відносна інертність до окислення. У поєднанні з відносним достатком і низькою вартістю ці фактори призвели до широкого використання свинцю в будівництві, сантехніці, виробництві батарей, куль, ваг, припоїв, сплавів олова зі свинцем, плавких сплавів і радіаційний захист. Наприкінці 19-го століття свинець був визнаний високотоксичним, і відтоді його застосування поступово скоротилося. Свинець є нейротоксином, який накопичується в м'яких тканинах і кістках, ушкоджуючи нервову систему та викликаючи порушення головного мозку, а у ссавців – розлади крові.

Фізичні властивості

Атомні властивості

Атом свинцю має 82 електрони, розташовані в електронній конфігурації 4f145d106s26p2. Об'єднана перша та друга енергії іонізації – повна енергія, необхідна видалення двох 6p електронів – близька до енергії олова, верхнього сусіда свинцю у вуглецевої групі. Це незвично; енергії іонізації зазвичай йдуть вниз по групі, так як зовнішні електрони елемента стають віддаленішими від ядра і більш екрановані меншими орбіталями. Подібність енергій іонізації обумовлена ​​скороченням лантанідів – зменшенням радіусів елементів із лантану (атомний номер 57) до лютеція (71) та відносно малими радіусами елементів після гафнію (72). Це з поганим екрануванням ядра електронами лантаніда. Об'єднані перші чотири енергії іонізації свинцю перевищують обсяги олова, всупереч прогнозам періодичних тенденцій. Релятивістські ефекти, які стають значними у більш важких атомах, сприяють такій поведінці. Одним з таких ефектів є ефект інертної пари: електрони свинцю 6s неохоче беруть участь у зв'язуванні, роблячи відстань між найближчими атомами в кристалічному свинці надзвичайно довгими . Більш легкі вуглецеві групи свинцю утворюють стабільні або метастабільні алотропи з тетраедрично координованою та ковалентно пов'язаною алмазною кубічною структурою. Енергетичні рівніїх зовнішніх s- та p-орбіталей досить близькі, щоб дозволити змішувати їх із чотирма гібридними sp3-орбіталями. У свинці ефект інертних пар збільшує відстань між його s- і p-орбіталями, і розрив не може бути подоланий енергією, яка вивільнюватиметься додатковими зв'язками після гібридизації. На відміну від алмазної кубічної структури, свинець утворює металеві зв'язки, в яких тільки p-електрони ділокалізуються та поділяються між іонами Pb2+. Отже, свинець має гранецентровану кубічну структуру, таку як двовалентні метали однакового розміру, кальцій та стронцій.

Великі обсяги

Чистий свинець має яскравий сріблястий колір із відтінком синього. Він тьмяніє при контакті з вологим повітрям і його відтінок залежить від переважаючих умов. Характерні властивості свинцю включають високу щільність, пластичність та високу стійкість до корозії (через пасивацію). Щільна кубічна структура та висока атомна вага свинцю призводить до щільності 11,34 г/см3, що більше, ніж у звичайних металів, таких як залізо (7,87 г/см3), мідь (8,93 г/см3) та цинк ( 7,14 г/см3). Деякі більше рідкісні металимають велику щільність: вольфрам і золото – 19,3 г/см3, а осмій – найщільніший метал – має щільність 22,59 г/см3, що майже вдвічі більше, ніж у свинцю. Свинець – дуже м'який метал із твердістю за Моосом 1,5; його можна подряпати нігтем. Він досить ковкий і в певному сенсі пластичний. Об'ємний модуль свинцю – міра його легкості стисливості – становить 45,8 ГПа. Для порівняння, об'ємний модуль алюмінію становить 752 ГПа; міді – 137,8 гПа; а м'якої сталі – 160-169 гПа. Міцність на розтяг при 12-17 МПа низька (у алюмінію в 6 разів вище, у міді - в 10 разів, а в м'якій сталі - в 15 разів); її можна посилити додаванням невеликої кількості міді чи сурми. Точка плавлення свинцю - 327,5 ° C (621,5 ° F) - є низькою в порівнянні з більшістю металів. Його температура кипіння становить 1749 ° C (3180 ° F) і є найнижчою серед елементів вуглецевої групи. Електроопір свинцю при 20 °С становить 192 нанометри, що майже на порядок вище, ніж у інших промислових металів (мідь при 15,43 nΩm, золото 20,51 nΩm і алюміній при 24,15 nΩm). Свинець є надпровідником при температурах нижче 7,19 К, це найвища критична температура всіх надпровідників I типу. Свинець є третім за величиною елементним надпровідником.

Ізотопи свинцю

Природний свинець складається з чотирьох стійких ізотопів з масовим числом 204, 206, 207 і 208 і слідів п'яти короткоживучих радіоізотопів. Велика кількість ізотопів узгоджується з тим, що кількість атомів свинцю є парною. Свинець має магічне число протонів (82), котрим модель ядерної оболонки точно передбачає особливо стабільне ядро. Свинець-208 має 126 нейтронів, інше магічне число, яке може пояснити, чому свинець-208 є надзвичайно стійким. Зважаючи на його високий атомний номер, свинець є найважчим елементом, природні ізотопи якого вважаються стабільними. Це звання раніше належало вісмуту, що має атомний номер 83, до тих пір, поки в 2003 не було виявлено, що його єдиний початковий ізотоп, вісмут-209, дуже повільно розпадається. Чотири стабільні ізотопи свинцю теоретично могли пройти альфа-розпад на ізотопи ртуті з вивільненням енергії, але це ніде не спостерігалося, їх передбачені періоди напіврозпаду варіюються від 1035 до 10189 років. Три стабільні ізотопи зустрічаються в трьох з чотирьох основних ланцюгів розпаду: свинець-206, свинець-207 і свинець-208 є кінцевими продуктамирозпаду урану-238, урану-235 та торію-232 відповідно; ці ланцюжки розпаду називаються серіями урану, серіями актинія та серіями торію. Їхня ізотопна концентрація у зразку природної породи дуже залежить від наявності цих трьох батьківських ізотопів урану та торію. Наприклад, відносна велика кількість свинцю-208 може змінюватись від 52% у нормальних зразках до 90% у торієвих рудах, тому стандартна атомна маса свинцю дається тільки в одному знаку після коми. З часом, ставлення свинцю-206 і свинцю-207 до свинцю-204 збільшується, оскільки перші два доповнюються радіоактивним розпадом більш важких елементів, тоді як останній не доповнюється; це дозволяє здійснювати зв'язок свинець-свинець. Оскільки уран розпадається на свинець, їхня відносна кількість змінюється; це основа створення урану-свинцю. Крім стабільних ізотопів, що становлять майже весь свинець, який існує природним чином, є слідові кількості кількох радіоактивних ізотопів. Один із них – свинець-210; хоча його період напіврозпаду складає всього 22,3 року, в природі присутні лише невеликі кількості цього ізотопу, тому що свинець-210 виробляється довгим циклом розпаду, який починається з урану-238 (присутній на Землі мільярди років). У ланцюгах розпаду урану-235, торію-232 і урану-238 присутні свинець-211, -212 і -214, тому природним чином виявляються сліди всіх цих трьох ізотопів свинцю. Невеликі сліди свинцю-209 виникають через дуже рідкісний кластерний розпад радію-223, один із дочірніх продуктів природного урану-235. Свинець-210 особливо корисний для того, щоб допомогти ідентифікувати вік зразків шляхом вимірювання його ставлення до свинцю-206 (обидва ізотопи присутні в одному ланцюгу розпаду). Усього було синтезовано 43 ізотопи свинцю, з масовими номерами 178-220. Свинець-205 є найбільш стабільним із періодом напіврозпаду близько 1,5×107 років. [I] Другим за стабільністю є свинець-202, період напіврозпаду якого становить близько 53000 років, довше, ніж у будь-якого природного слідового радіоізотопу. Обидва є вимерлими радіонуклідами, які були виготовлені в зірках разом із стабільними ізотопами свинцю, але давно вже розпалися.

Хімія

Великий обсяг свинцю, підданий впливу вологого повітря, утворює захисний шар різного складу. Сульфіт або хлорид також можуть бути присутніми у міських або морських умовах. Цей шар робить великий обсяг свинцю ефективно хімічно інертним у повітрі. Дрібнопорошковий свинець, як і багато металів, є пірофорним і горить блакитно-білим полум'ям. Фтор вступає у реакцію зі свинцем при кімнатній температурі утворюючи фторид свинцю (II). Реакція з хлором аналогічна, але вимагає нагрівання, оскільки отриманий хлоридний шар зменшує реакційну здатність елементів. Розплавлений свинець реагує з халькогенами з утворенням свинцю халькогенідів (II). Метал свинцю не піддається впливу розведеної сірчаної кислоти, а розчиняється у концентрованій формі. Він повільно реагує з соляною кислотою та енергійно – з азотною кислотою з утворенням оксидів азоту та нітрату свинцю (II). Органічні кислоти, такі як оцтова кислота, розчиняють свинець у присутності кисню. Концентровані луги розчиняють свинець та формують плюмбіти.

Неорганічні сполуки

Свинець має два основні стани окислення: +4 та +2. Чотиривалентний стан є загальним для вуглецевої групи. Двовалентний стан рідко зустрічається для вуглецю і кремнію, незначно для германію, важливе (але не переважне) для олова, і важливіше для свинцю. Це пояснюється релятивістськими ефектами, зокрема ефектом інертних пар, який проявляється, коли спостерігається велика різниця в електронегативності між свинцевими та оксидними, галогенідними або нітридними аніонами, що призводить до значних часткових позитивних зарядів свинцю. В результаті спостерігається сильніший стиск 6s-орбіталі свинцю, ніж 6p-орбіталі, що робить свинець дуже інертним в іонних сполуках. Це менш застосовно до сполук, у яких свинець утворює ковалентні зв'язки з елементами аналогічної електронегативності, такими як вуглець в органолептичних сполуках. У таких сполуках, 6s та 6p-орбіталі мають однаковий розмір, і sp3-гібридизація все ще енергетично вигідна. Свинець, як і вуглець, переважно чотиривалентний у таких сполуках. Відносно велика різниця в електронегативності свинцю (II) при 1,87 та свинцю (IV) становить 2,33. Ця різниця підкреслює зворотну тенденцію підвищення стійкості стану окиснення +4 зі зниженням концентрації вуглецю; олово, порівняння, має значення 1,80 може окислення +2 і 1,96 може +4.

З'єднання свинцю (II) характерні для неорганічної хіміїсвинцю. Навіть сильні окислювачі, такі як фтор і хлор, реагують зі свинцем при кімнатній температурі, утворюючи лише PbF2 та PbCl2. Більшість їх менш іонні, ніж з'єднання інших металів, і тому вони значною мірою нерозчинні. Іони свинцю (II) зазвичай безбарвні в розчині і частково гідролізуються з утворенням Pb(OH)+ і, нарешті, Pb4(OH)4 (у якому гідроксильні іони діють як місткові ліганди). На відміну від іонів олова (II) вони не є відновлювальними агентами. Методи ідентифікації присутності іона Pb2+ у воді зазвичай покладаються на осадження свинцю хлориду (II) з використанням розведеної соляної кислоти. Оскільки хлоридна сіль трохи розчинна у воді, потім робиться спроба осадження сульфіду свинцю (II) шляхом барботування сірководню через розчин. Моноксид свинцю існує у двох поліморфах: червоний -PbO і жовтий -PbO, останній стабільний тільки при температурі вище 488 °C. Це найчастіше використовуване з'єднання свинцю. Гідроокис свинцю (II) може існувати лише у розчині; відомо, що вона утворює плюмбітні аніони. Свинець зазвичай реагує з важчими халькогенами. Сульфід свинцю є напівпровідником, фотопровідником і надзвичайно чутливим детектором інфрачервоного випромінювання. Інші два халькогеніди, селенід свинцю та телурид свинцю, також є фотопровідниками. Вони незвичайні тим, що їх колір стає світлішим, ніж нижче група. Дигаліди свинцю добре описані; вони включають діастатид та змішані галогеніди, такі як PbFCl. Відносна нерозчинність останніх є корисною основою гравіметричного визначення фтору. Дифторид був першим твердим іонопровідним з'єднанням, яке було виявлено (1834 Майклом Фарадеєм). Інші дигалогеніди розкладаються при впливі ультрафіолетового або видимого світла, особливо дийодид. Відомо багато псевдогалогенідів свинцю. Свинець (II) утворює велику кількість галогенідних координаційних комплексів, таких як 2-, 4- та аніон n5n-ланцюга. Сульфат свинцю (II) нерозчинний у воді, як і сульфати інших важких двовалентних катіонів. Нітрат свинцю (II) та ацетат свинцю (II) є дуже розчинними, і це використовується при синтезі інших сполук свинцю.

Відомо дещо не органічних сполуксвинцю (IV) і вони зазвичай є сильними окислювачами або існують тільки в сильнокислотних розчинах . Оксид свинцю (II) дає змішаний оксид при подальшому окисненні Pb3O4. Він описується як оксид свинцю (II, IV) або структурно 2PbO PbO2 і є найбільш відомим змішаним валентним з'єднанням свинцю. Двоокис свинцю є сильним окислювачем, здатним окислювати хлористоводневу кислоту до газоподібного хлору. Це з тим, що очікуваний PbCl4, який буде вироблятися, нестабільний і спонтанно розкладається до PbCl2 і Cl2. Аналогічно монооксиду свинцю, діоксид свинцю здатний утворювати спінені аніони. Дисульфід свинцю та диселенід свинцю стійкі при високих тисках. Тетрафторид свинцю, жовтий кристалічний порошок, стабільний, але меншою мірою, ніж дифторид. Тетрахлорид свинцю (жовте масло) розкладається за кімнатної температури, тетрабромід свинцю ще менш стабільний, а існування тетрайодиду свинцю оспорюється.

Інші стани окислення

Деякі сполуки свинцю існують у формальних станах окиснення, відмінних від +4 або +2. Свинець (III) може бути отриманий як проміжне з'єднання між свинцем (II) і свинцем (IV) у більших органолептичних комплексах; цей стан окислення нестабільно, так як і іон свинцю (III), і більші комплекси, що його містять, є радикалами. Те саме стосується і свинцю (I), який можна знайти в таких видах. Відомі численні змішані оксиди свинцю (ІІ, ІV). Коли PbO2 нагрівається на повітрі, він стає Pb12O19 при 293 °C, Pb12O17 при 351 °C, Pb3O4 при 374 °C і, нарешті, PbO при 605 °C. Ще один полуторний оксид Pb2O3 може бути отриманий при високому тиску поряд з декількома нестехіометричними фазами. Багато з них показують дефектні структури флюориту, в яких деякі атоми кисню замінюються порожнечами: PbO можна розглядати як таку структуру, причому кожен альтернативний шар атомів кисню відсутній. Негативні стани окислення можуть виникати як фази Цинтля, як у випадку Ba2Pb, причому свинець формально являє собою свинець (-IV), або як у разі чутливих до кисню кільцеподібних або поліедричних кластерних іонів, таких як тригональний біпірамідний іон Pb52-i, де два свинцевих атомів – свинець (- I), а три – свинець (0). У таких аніонах кожен атом знаходиться на поліедральній вершині і вносить два електрони в кожну. ковалентний зв'язокпо краю від їх sp3-гібридних орбіталей, а решта двох є зовнішньою одиночною парою. Вони можуть бути сформовані у рідкому аміаку шляхом відновлення свинцю натрієм.

Свинецьорганічна сполука

Свинець може утворювати багатозв'язкові ланцюги, і цю властивість він поділяє з легшим своїм гомологом, вуглецем. Його здатність до цього набагато менша, тому що енергія зв'язку Pb-Pb у три з половиною рази нижча, ніж у C-C-зв'язку. Сам із собою свинець може будувати метало-металеві зв'язки до третього порядку. З вуглецем, свинець формує свинецьорганічні сполуки, подібні до, але зазвичай менш стабільні, ніж типові органічні сполуки (через слабкість зв'язку Pb-C). Це робить металоорганічну хімію свинцю набагато меншою, ніж у олова. Свинець переважно утворює органічні сполуки (IV), навіть якщо це утворення починається з неорганічних реагентів свинцю (II); відомо дуже мало сполук органолату (ІІ). Найбільш добре охарактеризованими винятками є Pb 2 та Pb (η5-C5H5)2. Свинцевий аналог найпростішої органічної сполуки, метан, є плюмбаном. Плюмбан може бути отриманий реакції між металевим свинцем і атомарним воднем. Два простих похідних, тетраметиладин і тетраетилелід, є найбільш відомими свинець-органічними сполуками. Ці сполуки є відносно стабільними: тетраетилелід починає розкладатися тільки при 100 °С або при дії сонячного світла або ультрафіолетового випромінювання. (Тетрафенілсвинець ще більш термічно стійкий, розкладаючись при 270 ° C). З натрієм-металом свинець легко утворює еквімолярний сплав, який реагує з алкілгалогенідами з утворенням металоорганічних сполук, таких як тетраетилелід. Окислювальна природа багатьох органоорганічних сполук також використовується: тетраацетат свинцю є важливим лабораторним реагентом для окислення в органічній хімії, а тетраетілід вироблявся у більших кількостях, ніж будь-яка інша металоорганічна сполука. Інші органічні сполуки менш хімічно стабільні. Для багатьох органічних сполук немає свинцевого аналога.

Походження та поширеність

У космосі

Поширеність свинцю на частку в Сонячній системі становить 0,121 чнм (частин на мільярд). Ця цифра у два з половиною рази вища, ніж у платини, у вісім разів вища, ніж у ртуті, та у 17 разів вища, ніж у золота. Кількість свинцю у Всесвіті повільно збільшується, оскільки найважчі атоми (усі нестабільні) поступово розпадаються на свинець. Велика кількість свинцю в Сонячній системі з моменту її утворення 4,5 мільярда років тому збільшилася приблизно на 0,75%. Таблиця чисельності ізотопів сонячної системи показує, що свинець, незважаючи на його відносно високий атомний номер, більш поширений, ніж більшість інших елементів атомними числамибільше 40. Початковий свинець, який містить ізотопи свинцю-204, свинцю-206, свинцю-207 і свинцю-208-, в основному, були створені в результаті повторюваних процесів захоплення нейтронів, що відбуваються в зірках. Двома основними режимами захоплення є s-і r-процеси. У s-процесі (s означає «повільний»), захоплення поділяються роками чи десятиліттями, дозволяючи менш стабільним ядрам проходити бета-розпад. Стійке ядро ​​талію-203 може захопити нейтрон і стати талієм-204; ця речовина піддається бета-розпаду, даючи стабільний свинець-204; при захопленні іншого нейтрона він стає свинцем-205, період напіврозпаду якого становить близько 15 мільйонів років. Подальші захоплення призводять до утворення свинцю-206, свинцю-207 та свинцю-208. При захопленні іншого нейтрона свинець-208 стає свинцем-209, який швидко розпадається на вісмут-209. При захопленні іншого нейтрона вісмут-209 стає вісмутом-210, бета якого розпадається на полоній-210, а альфа розпадається на свинець-206. Цикл, отже, закінчується у свинцю-206, свинцю-207, свинцю-208 та вісмуту-209. У r-процесі (r означає «швидкий»), захоплення буває швидше, ніж ядра можуть розпадатися. Це відбувається в середовищах з високою щільністю нейтронів, таких як наднове або злиття двох нейтронних зірок. Потік нейтронів може бути близько 1022 нейтронів на квадратний сантиметрза секунду. R-процес не формує стільки ж свинцю, скільки s-процес. Він має тенденцію зупинятися, як тільки нейтрон-багаті ядра досягають 126 нейтронів. У цей момент нейтрони розташовуються в повних оболонках в атомному ядрі, і стає складніше енергетично вмістити більшу їх кількість. Коли потік нейтронів спадає, їх бета-ядра розпадаються на стабільні ізотопи осмію, іридію та платини.

На землі

Свинець класифікується як халькофіл за класифікацією Гольдшмідта, що означає, що він зазвичай зустрічається у поєднанні із сіркою. Він рідко зустрічається у своїй природній металевій формі. Багато мінералів свинцю відносно легкі і протягом історії Землі залишилися в корі, а не поринали глибше в надра Землі. Це пояснює відносно високий рівень вмісту свинцю в корі, 14 год. це 38-й найпоширеніший елемент у корі. Основним свинцевим мінералом є галеніт (PbS), який, в основному, міститься в цинкових рудах. Більшість інших мінералів свинцю певною мірою пов'язані з галенітом; буланжерит, Pb5Sb4S11, являє собою змішаний сульфід, отриманий з галеніту; англезит, PbSO4, є продуктом окиснення галеніту; а серусит або біла свинцева руда, PbCO3 є продуктом розкладання галеніту. Миш'як, олово, сурма, срібло, золото, мідь та вісмут є поширеними домішками у свинцевих мінералах. Світові ресурси свинцю перевищують 2 мільярди тонн. Значні запаси свинцю було виявлено в Австралії, Китаї, Ірландії, Мексиці, Перу, Португалії, Росії та США. Глобальні резерви – ресурси, які економічно доцільно видобувати – у 2015 році становили 89 млн. тонн, 35 млн з яких перебувають у Австралії, 15,8 млн – у Китаї, та 9,2 млн. – у Росії. Типові фонові концентрації свинцю не перевищують 0,1 мкг/м3 у атмосфері; 100 мг/кг у ґрунті; та 5 мкг/л у прісній воді та морській воді.

Етимологія

Сучасне англійське слово "lead" (свинець) має німецьке походження; воно походить із середньоанглійської та староанглійської мови (зі знаком довготи над голосним «е», що означає, що голосний звук цієї літери довгий). Староанглійське слово походить від гіпотетичного реконструйованого протогерманського lauda-(«lead»). Згідно з прийнятою лінгвістичної теорії, це слово «народило» нащадків кількома німецькими мовами з таким самим значенням. Походження протонімецького *lauda не є однозначним у лінгвістичному співтоваристві. Згідно з однією з гіпотез, це слово є похідним від протоіндоєвропейського *lAudh-(«свинець»). Згідно з іншою гіпотезою, це слово запозичене з прото-кельтського *loud-io- («свинець»). Це слово пов'язане з латинським plumbum, який давав цьому елементу хімічний символ Pb. Слово *ɸloud-io- також може бути джерелом протонімецького *bliwa- (що також означає «свинець»), з якого випливає німецьке Blei. Назва хімічного елементане пов'язано з дієсловом такого ж написання, отриманого з протогерманського layijan- («to lead»).

Історія

Передісторія та рання історія

Металеві свинцеві намистини, що відносяться до 7000-6500 р. до н.е., знайдені в Малій Азії, можуть бути першим прикладом плавки металів. У той час, у свинцю було кілька застосувань (якщо взагалі було) через його м'якість і бляклий зовнішнього вигляду. Основною причиною поширення виробництва свинцю був його зв'язок із сріблом, яке може бути отримане шляхом спалювання галеніту (загального свинцевого мінералу). Давні єгиптяни першими використовували свинець у косметиці, що поширилося на Стародавню Грецію та її межі. Єгиптяни, можливо, використовували свинець як грузило в рибальських мережах, а також при виготовленні глазурі, окулярів, емалі та прикрас. Різні цивілізації Родючого Півмісяця використовували свинець як письмовий матеріал, як валюту і в будівництві. Свинець використовувався в давньокитайському королівському дворі як стимулятор, як валюта і як протизаплідний засіб. У цивілізації долини Інда і в мезоамериканців свинець використовувався для виготовлення амулетів; східні та південноафриканські народи використовували свинець при волочении дроту.

Класична епоха

Оскільки срібло широко використовувалося як декоративний матеріал і засоби обміну, свинцеві відкладення стали оброблятися в Малій Азії з 3000 до н.е.; Пізніше родовища свинцю були розроблені в Егейському та Лоріонському районах. Ці три регіони, в сукупності, домінували у виробництві видобутого свинцю приблизно 1200 р. до н.е. З 2000 року до н.е. фінікійці працювали на родовищах на Іберійському півострові; до 1600 до н.е. видобуток свинцю існувала на Кіпрі, у Греції та на Сицилії. Територіальна експансія Риму в Європі та Середземномор'ї, а також розвиток гірничої промисловості призвели до того, що ця область стала найбільшим виробником свинцю класичну епоху, при цьому щорічний обсяг виробництва сягнув 80000 тонн. Як і їхні попередники, римляни отримували свинець, головним чином як побічний продукт плавки срібла. Провідними видобувачами були центральна Європа, Британія, Балкани, Греція, Анатолія та Іспанія, на частку яких припадає 40% світового виробництва свинцю. Свинець використовувався для виготовлення водопровідних труб у Римській імперії; латинське слово, що означає цей метал, plumbum, є джерелом англійського слова "plumbing" (сантехніка). Легкість у поводженні з даним металом та його стійкість до корозії забезпечили його широке застосування в інших галузях, включаючи фармацевтичні препарати, покрівельні матеріали, валюту та військове забезпечення. Письменники того часу, такі як Катон-старший, Колумелла та Пліній Старший, рекомендували свинцеві судини для приготування підсолоджувачів та консервантів, доданих до вина та їжі. Свинець давав приємний смак через утворення «цукору свинцю» (ацетат свинцю (II), тоді як мідні або бронзові судини могли надати їжі гіркий смак через утворення вердигрів. Цей метал був, безумовно, найпоширенішим матеріалом у класичній старовині, і доречно послатися на (римську) Свинцеву Еру.Свинець для римлян знаходився в такому ж широкому вживанні, як для нас пластик.Римський автор Вітрувій повідомив про небезпеки, які свинець може представляти для здоров'я, і ​​сучасні автори припустили, що отруєння свинцем відіграло важливу роль Занепад Римської імперії [l] Інші дослідники критикували такі твердження, вказуючи, наприклад, що не всі болі в животі були викликані отруєнням свинцем.За археологічними дослідженнями, римські свинцеві труби збільшили рівні свинцю у водопровідній воді, але такий ефект «навряд був би справді шкідливим". Жертв отруєння свинцем стали називати "сатурнінами", на честь страшного батька богів Сатурна. За асоціацією з цим, свинець вважався "батьком" всіх металів. Його статус у римському суспільстві був низьким, оскільки він був легко доступним та дешевим.

Плутанина з оловом та сурмою

У класичну епоху (і навіть до XVII століття) олово часто не відрізняли від свинцю: римляни називали свинець plumbum nigrum (чорний свинець), а олово plumbum candidum (світлий свинець). Зв'язок свинцю та олова можна простежити і в інших мовах: слово «olovo» чеською означає «свинець», але російською мовою споріднене олово означає «олово». Крім цього, свинець має близьке відношення до сурми: обидва елементи зазвичай зустрічаються у вигляді сульфідів (галена та стибніт), часто разом. Пліній неправильно написав, що стибне дає при нагріванні свинець замість сурми. У таких країнах, як Туреччина та Індія, перська назва сурми належала до сульфіду сурми або сульфіду свинцю, а на деяких мовах, таких як російська, називалася сурмою.

Середні віки та Ренесанс

Видобуток свинцю в Західної Європискоротилася після падіння Західної Римської імперії, причому Аравійська Іберія була єдиним регіоном, що має значний вихід свинцю. Найбільше виробництво свинцю спостерігалося у Південній та Східної Азії, особливо в Китаї та Індії, де видобуток свинцю сильно збільшувався. У Європі виробництво свинцю почало відроджуватися лише в 11 та 12 століттях, де свинець знову почав використовуватися для кладки покрівлі та трубопроводів. Починаючи з 13 століття, свинець використовувався для створення вітражів. У європейських і арабських традиціях алхімії свинець (символ Сатурна в європейській традиції) вважався нечистим базовим металом, який шляхом поділу, очищення та балансування його складових частин міг бути перетворений на чисте золото. Протягом цього періоду свинець все частіше використовувався для забруднення вина. Використання такого вина було заборонено в 1498 наказом Папи, оскільки воно вважалося непридатним для використання в священних обрядах, але його продовжували пити, що призводило до масових отруєнь аж до кінця 18-го століття. Свинець був ключовим матеріалом у частинах друкарського верстата, який був винайдений близько 1440; друковані робітники зазвичай вдихали свинцевий пил, що викликало отруєння свинцем. Вогнепальна зброя була винайдена приблизно в той же час, і свинець, незважаючи на те, що був дорожчим заліза, став основним матеріалом для виготовлення куль. Він був менш небезпечний для залізних гарматних стволів, мав більш високу щільність (що сприяло кращому утриманню швидкості), а його нижча точка плавлення спрощувала виробництво куль, оскільки вони могли бути виготовлені з використанням деревного вогню. Свинець у вигляді венеціанської кераміки широко використовувався в косметичних засобах серед західноєвропейської аристократії, оскільки вибілені особи вважалися ознакою скромності. Ця практика пізніше розширилася до білих перук та олівців для очей і зникла лише під час французької революції, наприкінці 18 століття. Подібна мода з'явилася в Японії у XVIII столітті з появою гейш, практика, яка тривала протягом 20 століття. «Білі особи втілювали чесноту японських жінок», при цьому як відбілювач зазвичай використовувався свинець.

За межами Європи та Азії

У Новому Світі свинець став вироблятися невдовзі після прибуття європейських поселенців. Найраніше зареєстроване виробництво свинцю датується 1621 роком англійської колоніїВірджинія, через чотирнадцять років після її заснування. В Австралії перша шахта, відкрита колоністами на континенті, була провідною шахтою в 1841 році. В Африці видобуток і плавка свинцю були відомі в Бенуе-Таурі і нижньому басейні Конго, де свинець використовувався для торгівлі з європейцями і як валюта до 17 століття, задовго до боротьби за Африку.

Промислова революція

У другій половині 18 століття, у Британії, а потім і в континентальній Європі та Сполучених Штатах, відбулася індустріальна революція. Це був перший випадок, коли темпи виробництва свинцю десь у світі перевищили темпи виробництва свинцю в Римі. Британія була провідним виробником свинцю, однак, вона втратила цей статус до середини 19-го століття зі виснаженням своїх шахт та з розвитком видобутку свинцю в Німеччині, Іспанії та Сполучених Штатах. До 1900 року, Сполучені Штати були лідерами світового виробництва свинцю, інші неєвропейські країни – Канада, Мексика та Австралія – почали значне виробництво свинцю; провадження за межами Європи збільшилося. Значна частка попиту на свинець припадала на водопровід та фарби – свинцеві фарби тоді регулярно використовувалися. У цей час більше людей (робочий клас) контактували з металами та збільшувалися випадки отруєння свинцем. Це спричинило дослідження впливу споживання свинцю на організм. Свинець виявився небезпечнішим у своїй димарі, ніж твердий метал. Було виявлено зв'язок між отруєнням свинцем та подагрою; британський лікар Альфред Барінг Гаррод зазначив, що третина його пацієнтів із подагрою були водопровідниками та художниками. Наслідки постійного потрапляння свинцю в організм, включаючи психічні розлади, також вивчалися у ХІХ столітті. Перші закони, спрямовані на зниження випадків отруєння свинцем на фабриках, були введені в дію у 1870-х та 1880-х роках у Сполученому Королівстві.

Новий час

Подальші свідчення загрози, пов'язаної зі свинцем, були виявлені наприкінці 19-го та на початку 20-го століть. Механізми шкоди були краще зрозумілі, а також задокументовано свинцеву сліпоту. Країни Європи та США розпочали зусилля зі скорочення кількості свинцю, з яким люди вступали в контакт. У 1878 Сполучене Королівство ввело обов'язкові обстеження на фабриках і призначило першого медичного інспектора заводів у 1898; в результаті повідомлялося про 25-кратне скорочення випадків отруєння свинцем з 1900 по 1944 роки. Останнім основним впливом свинцю на людину було додавання тетраетилового ефіру до бензину як антидетонаційна речовина, практика, яка з'явилася у Сполучених Штатах у 1921 році. Вона була поступово припинена у Сполучених Штатах та Європейському союзі до 2000 року. Більшість європейських країнзаборонили свинцеву фарбу, яка зазвичай використовується через її непрозорість і водонепроникність для прикраси інтер'єрів до 1930 року. Вплив був значним: в останній чверті 20-го століття відсоток людей із надлишковим рівнем свинцю в крові знизився з більш ніж трьох чвертей населення Сполучених Штатів до трохи більше двох відсотків. Основним продуктом зі свинцю до кінця 20-го століття була свинцево-акумуляторна батарея, яка не була безпосередньою загрозою для людини. З 1960 до 1990 року виробництво свинцю в Західному блоці зросло на третину. Частка світового виробництва свинцю в Східному блоці збільшилася втричі з 10% до 30% з 1950 по 1990 роки, коли Радянський Союз був найбільшим у світі виробником свинцю в середині 1970-х і 1980-х років, а Китай почав широке виробництво свинцю в кінці 20 -го століття. На відміну від європейських комуністичних країн, у середині 20 століття Китай був, в основному, неіндустріалізованою країною; 2004 року Китай перевершив Австралію як найбільшого виробника свинцю. Як і у випадку європейської індустріалізації, свинець негативно позначився на здоров'ї Китаю.

Виробництво

Виробництво свинцю збільшується у всьому світі через його використання у свинцево-акумуляторних батареях. Існують дві основні категорії продукції: первинні, із руд; та вторинні, від брухту. У 2014 році з первинної продукції було вироблено 4,58 млн. тонн свинцю, а з вторинної – 5,64 млн. тонн. Цього року трійку провідних виробників видобутого свинцевого концентрату очолили Китай, Австралія та Сполучені Штати. Трійку виробників рафінованого свинцю очолили Китай, США та Південна Корея. Згідно з доповіддю Міжнародної асоціації експертів з металів, зробленій у 2010 році, загальний обсяг використання свинцю, накопичений, викинутий або розсіяний у навколишнє середовище на глобальному рівні на душу населення, становить 8 кг. Значна частина цього обсягу посідає більш розвинені країни (20-150 кг душу населення), а чи не менш розвинені країни (1-4 кг душу населення). Виробничі процесидля первинного та вторинного свинцю аналогічні. Деякі первинні виробничі заводи в даний час доповнюють свою діяльність листами свинцю, і ця тенденція, ймовірно, зростатиме в майбутньому. При адекватних методах виробництва, вторинний свинець не відрізняється від первинного свинцю. Відходи металобрухту від будівельної торгівлі зазвичай досить чисті та повторно розплавляються без необхідності плавки, хоча іноді потрібна перегонка. Таким чином, виробництво вторинного свинцю є дешевшим з погляду енергетичних потреб, ніж виробництво первинного свинцю, часто на 50% і більше.

Основне

Більшість свинцевих руд містять низький відсоток свинцю (багаті руди мають типовий вміст свинцю 3-8%), який має бути сконцентрований для вилучення. Під час початкової обробки, руди зазвичай піддаються дробленню, відділенню щільних середовищ, шліфування, пінної флотації та сушінню. Отриманий концентрат із вмістом свинцю 30-80% по масі (зазвичай 50-60%) потім перетворюється на (нечистий) свинцевий метал. Існує два основних способи зробити це: двоступінчастий процес, що включає випал з подальшим вилученням з доменної печі, що здійснюється в окремих судинах; або прямий процес, в якому екстракція концентрату відбувається в одній посудині. Останній спосібстав більш поширеним, хоча перший, як і раніше, значний.

Двостадійний процес

По-перше, сульфідний концентрат обсмажується на повітрі для окислення сульфіду свинцю: 2 PbS + 3 O2 → 2 PbO + 2 SO2 Початковий концентрат не був чистим сульфідом свинцю, і випал дає оксид свинцю і суміш сульфатів і силікатів свинцю та інших металів, руду. Цей неочищений оксид свинцю відновлюється в коксовій печі до (знову ж таки нечистого) металу: 2 PbO + C → Pb + CO2 . Домішки, переважно, є миш'як, сурму, вісмут, цинк, мідь, срібло і золото. Розплав обробляють у ревербераційній печі повітрям, парою та сіркою, яка окислює домішки, за винятком срібла, золота та вісмуту. Окислені забруднюючі речовини плавають у верхній частині розплаву та знімаються. Металеве срібло та золото видаляються та витягуються економічно за допомогою процесу Парксу, в який цинк додається до свинцю. Цинк розчиняє срібло та золото, обидва з яких, не змішуючись у свинці, можуть бути розділені та витягнуті. Знесеребряний свинець звільняється вісмутом методом Беттертона-Кролла, обробляючи його металевим кальцієм та магнієм. Отримані висмутсодержащіе шлаки можуть бути зняті. Дуже чистий свинець може бути отриманий шляхом електролітичної обробки свинцю плавленого з використанням процесу Беттса. Аноди нечистого свинцю та катоди чистого свинцю поміщають в електроліт фторосилікату свинцю (PbSiF6). Після застосування електричного потенціалу, нечистий свинець на аноді розчиняється і накладаються на катод, залишаючи переважну більшість домішок у розчині.

Прямий процес

У цьому процесі свинцевий злиток і шлак отримують безпосередньо з свинцевих концентратів. Сульфідний концентрат свинцю розплавляється в печі та окислюється, утворюючи монооксид свинцю. Вуглець (кокс або вугільний газ) додається до розплавленого заряду разом із флюсами. Таким чином, монооксид свинцю відновлюється до металевого свинцю в середині шлаку, багатого на монооксид свинцю. До 80% свинцю у висококонцентрованих вихідних концентратах можна отримати у вигляді злитків; інші 20% утворюють шлак, багатий на монооксид свинцю. Для низькосортної сировини весь свинець може бути окислений до високосортного шлаку. Металевий свинець далі одержують із високосортних (25-40%) шлаків за допомогою спалювання або впорскування з підводним паливом, за допомогою допоміжної електропечі або комбінації обох методів.

Альтернативи

Продовжуються дослідження більш чистого та менш енергоємного процесу видобутку свинцю; основним його недоліком є ​​те, що або занадто багато свинцю втрачається як відходи, або альтернативні методиприводять до високого вмісту сірки в отриманому свинцевому металі. Гідрометалургійна екстракція, в якій аноди нечистого свинцю занурені в електроліт, і чистий свинець осідають на катод, є методом, який може мати потенціал.

Вторинний метод

Плавлення, що є невід'ємною частиною первинної продукції, часто пропускається під час вторинного виробництва. Це відбувається лише тоді, коли металевий свинець зазнав значного окислення. Цей процес аналогічний процесу первинного видобутку доменної печі або роторної печі, причому істотною відмінністю є велика мінливість виходів. Процес виплавки свинцю – це сучасніший метод, який може бути як продовження первинної продукції; акумуляторна паста з відпрацьованих свинцево-акумуляторних батарей видаляє сірку, обробляючи її лугом, потім обробляється в печі з вугільним паливом у присутності кисню, що призводить до утворення нечистого свинцю, причому сурма є найбільш поширеною домішкою. Переробка вторинного свинцю аналогічна до переробки первинного свинцю; Деякі процеси очищення можуть бути пропущені в залежності від переробленого матеріалу та його потенційного забруднення, причому вісмут і срібло найчастіше приймаються як домішки. З джерел свинцю для утилізації, свинцево-акумуляторні батареї є найбільш важливими джерелами; свинцева труба, лист та оболонка кабелю також є значними.

Застосування

Попри поширену думку, графіт у дерев'яних олівцях ніколи не робився зі свинцю. Коли олівець був створений як інструмент для намотування графіту, конкретний тип графіту, що використовується, був названий plumbago (в буквальному сенсі – для свинцю або свинцевого макета).

Елементарна форма

Метал свинцю має кілька корисних механічних властивостей, включаючи високу щільність, низьку температуру плавлення, пластичність та відносну інертність. Багато металів перевершують свинець у деяких із цих аспектів, але, як правило, вони менш поширені і їх важче витягувати з руд. Токсичність свинцю призвела до поетапного відмови від деяких видів його використання. Свинець використовувався для виготовлення куль з моменту їх винаходу у середні віки. Свинець недорогий; його низька температура плавлення означає, що стрілецькі боєприпаси можуть бути відлиті з мінімальним використанням технічного обладнання; крім того, свинець щільніший за інші звичайні метали, що дозволяє краще утримувати швидкість. Було висловлено побоювання, що свинцеві кулі, що використовуються для полювання, можуть завдати шкоди навколишньому середовищу. Його висока щільність та стійкість до корозії були використані у ряді пов'язаних застосувань. Свинець використовується як кіль на кораблях. Його вага дозволяє йому врівноважувати ефект взводу вітру на вітрилах; будучи настільки щільним, він займає невеликий об'єм та мінімізує водостійкість. Свинець використовується при підводних зануреннях, щоб протистояти здатності дайвера триматися на поверхні. У 1993 році базу Пізанської вежі в Пізі стабілізували за допомогою 600 тонн свинцю. Через свою корозійну стійкість, свинець використовується як захисна оболонка для підводних кабелів. Свинець використовується у архітектурі. Листи свинцю використовуються як покрівельні матеріали, при облицюванні, оплавленні, при виготовленні водостічних жолобів і з'єднань водостічних труб, а також парапетів на даху. Свинцеві молдинги використовуються як декоративний матеріал для фіксації свинцевих листів. Свинець все ще використовується при виготовленні статуй та скульптур. У минулому свинець часто використовувався для балансування коліс автомобілів; з екологічних причин це використання поступово припиняється. Свинець додається до мідних сплавів, таких як латунь і бронза, для поліпшення їх обробки та мастильних властивостей. Будучи практично нерозчинним у міді, свинець утворює тверді глобули в недосконалості по всьому сплаву, такі як межі зерен. У низьких концентраціях, а також як мастило, глобули перешкоджають утворенню стружки при роботі сплаву, тим самим покращуючи оброблюваність. У підшипниках використовуються мідні метали з більшою концентрацією свинцю. Свинець забезпечує мастило, а мідь забезпечує несучу опору. Завдяки своїй високій щільності, атомному номеру і формуваності, свинець використовується як бар'єр, що поглинає звук, вібрацію та випромінювання. Свинець не має природних резонансних частот, в результаті лист свинцю використовується як звукоізоляційний шар у стінах, підлогах і стелях звукових студій. Органічні труби часто виготовляються із свинцевого сплаву, змішаного з різними кількостями олова, щоб контролювати тон кожної труби. Свинець – це захисний матеріал, що використовується від випромінювання в ядерній науці та рентгенівських камерах: гамма-промені поглинаються електронами. Атоми свинцю щільно упаковані та щільність їх електронів велика; Великий атомний номер означає, що атом припадає багато електронів. Розплавлений свинець використовувався як охолоджувальна рідина для швидких реакторів зі свинцевим охолодженням. Найбільше використаннясвинцю спостерігалося на початку XXI століття у свинцево-акумуляторних батареях. Реакції в батареї між свинцем, діоксидом свинцю та сірчаною кислотою забезпечують надійне джерело напруги. Свинець у батареях не піддається безпосередньому контакту з людьми, тому пов'язаний із меншою загрозою токсичності. Суперконденсатори, що містять свинцево-акумуляторні батареї, були встановлені в кіловатах і мегаватах в Австралії, Японії та США в області частотного регулювання, згладжування сонячної енергії та інших застосувань. Ці батареї мають нижчу щільність енергії та ефективність розряду заряду, ніж літій-іонні батареї, але значно дешевші. Свинець використовується у високовольтних силових кабелях як матеріал оболонки для запобігання дифузії води при теплоізоляції; таке використання зменшується в міру поступового припинення використання свинцю. У деяких країнах також скорочується використання свинцю в припоях для електроніки, щоб зменшити кількість екологічно небезпечних відходів. Свинець є одним із трьох металів, що використовуються в тесті Одді для музейних матеріалів, допомагаючи виявити органічні кислоти, альдегіди та кислі гази.

З'єднання

З'єднання свинцю використовуються як або у складі барвників, окислювачів, пластику, свічок, скла і напівпровідників. Барвники на основі свинцю використовуються в керамічній глазурі та склі, особливо для червоних та жовтих відтінків. В якості окислювачів в органічній хімії використовують тетраацетат свинцю та діоксид свинцю. Свинець часто використовується у полівінілхлоридних покриттях електричних шнурів. Його можна використовувати для обробки свічкових ґнотів, щоб забезпечити більш тривале, більш рівномірне спалювання. Через токсичність свинцю, європейські та північноамериканські виробники використовують такі альтернативи, як цинк. Скло свинцю складається з 12-28% оксиду свинцю. Він змінює оптичні характеристики скла та зменшує передачу іонізуючого випромінювання. Свинцеві напівпровідники, такі як телурид свинцю, селенід свинцю та антимонід свинцю, використовуються у фотогальванічних елементах та інфрачервоних детекторах.

Біологічні та екологічні ефекти

Біологічні ефекти

Свинець немає підтвердженої біологічної ролі. Його поширеність в організмі людини, в середньому, становить 120 мг у дорослої людини – її поширеність перевищує лише цинк (2500 мг) та залізо (4000 мг) серед важких металів. Солі свинцю дуже ефективно поглинаються тілом. Невелика кількість свинцю (1%) зберігатиметься у кістках; решта буде виводитися з сечею та фекаліями протягом кількох тижнів після дії. Дитина буде здатна виводити з організму лише близько третини свинцю. Постійна дія свинцю може призвести до біоакумуляції свинцю.

Токсичність

Свинець – надзвичайно отруйний метал (при вдиханні чи ковтанні), що зачіпає майже кожен орган та систему в організмі людини. При рівні в повітрі 100 мг/м3, він є негайною небезпекою для життя та здоров'я. Свинець швидко всмоктується у кровотік. Основною причиною його токсичності є його схильність втручатися у правильне функціонування ферментів. Він робить це шляхом зв'язування з сульфгідрильними групами, виявленими на багатьох ферментах, або імітує та витісняє інші метали, які діють як кофактори у багатьох ферментативних реакціях. Серед основних металів, з якими взаємодіє свинець, є кальцій, залізо і цинк. Високі рівні кальцію та заліза, як правило, забезпечують деякий захист від отруєння свинцем; низькі рівнівикликають підвищену сприйнятливість.

Ефекти

Свинець може завдати серйозної шкоди мозку та ниркам і, зрештою, призвести до смерті. Як і кальцій, свинець може перетинати гематоенцефалічний бар'єр. Він руйнує мієлінові оболонки нейронів, зменшує їх кількість, перешкоджає шляхи нейротрансмісії та зменшує зростання нейронів. Симптоми отруєння свинцем включають нефропатію, біль у животі і, можливо, слабкість у пальцях, зап'ястях або кісточках. Малий кров'яний тиск збільшується, особливо у людей середнього та старшого віку, що може спричинити анемію. У вагітних жінок високий рівень впливу свинцю може викликати викидень. Було показано, що хронічна дія високих рівнів свинцю знижує фертильність у чоловіків. У мозку, що розвивається, свинець перешкоджає утворенню синапсів у корі головного мозку, нейрохімічному розвитку (у тому числі нейротрансмітерів) та організації іонних каналів. Раннє вплив свинцю на дітей пов'язане з підвищеним ризикомпорушень сну та надмірної денної сонливості в пізнішому дитячому віці. Високий рівень свинцю в крові пов'язаний із затримкою статевого дозрівання у дівчаток. Збільшення і зниження впливу свинцю, що переноситься по повітрю, від спалювання тетраетилсвинцю в бензині протягом 20-го століття пов'язане з історичним зростанням і зниженням рівня злочинності, однак, ця гіпотеза не є загальноприйнятою.

Лікування

Лікування отруєння свинцем зазвичай включає введення димеркапролу та сукцимеру. Гострі випадки можуть вимагати використання динатрію кальцію едетату, хелату кальцію динатрієвої солі етилендіамінтетраоцтової кислоти (ЕДТК). Свинець має більшу спорідненість до свинцю, ніж кальцій, внаслідок чого хелат свинцю утворюється шляхом обміну та виводиться із сечею, залишаючи нешкідливий кальцій.

Джерела впливу

Вплив свинцю є глобальною проблемою, оскільки видобуток та плавка свинцю поширені у багатьох країнах світу. Отруєння свинцем зазвичай відбувається в результаті прийому їжі або води, зараженої свинцем, і рідше – внаслідок випадкового потрапляння в організм забрудненого ґрунту, пилу чи фарби на основі свинцю. Продукти морської води можуть містити свинець, якщо вода піддається впливу промислових вод. Плоди та овочі можуть бути заражені високим вмістом свинцю в ґрунтах, в яких вони вирощувалися. Ґрунт може бути забруднений шляхом накопичення твердих частинокіз свинцю в трубах, свинцевій фарбі та залишкових викидів із етилованого бензину. Використання свинцю у водопровідних трубах проблематично у районах з м'якою чи кислою водою. Тверда водаутворює нерозчинні шари в трубах, тоді як м'яка та кисла вода розчиняє свинцеві труби. Розчинений діоксид вуглецю в воді, що перевозиться, може призвести до утворення розчинного бікарбонату свинцю; кисневмісна вода може аналогічним чином розчиняти свинець у вигляді гідроксиду свинцю (II). Питна вода з часом може викликати проблеми зі здоров'ям через токсичність розчиненого свинцю. Чим твердіша вода, тим більше вона міститиме бікарбонату і сульфату кальцію, і тим більше внутрішня частина труб буде покрита захисним шаром карбонату свинцю або сульфату свинцю. Попадання свинцевої фарби є основним джерелом впливу свинцю на дітей. У міру того, як фарба руйнується, вона відшаровується, подрібнюється в пил, а потім надходить в організм через контакт з руками або забруднену їжу, воду або спирт. Проковтування деяких народних засобів може призвести до впливу свинцю або його сполук. Вдихання – це другий важливий шлях впливу свинцю, зокрема для курців, і особливо працівників, зайнятих свинцем. Сигаретний дим містить серед інших токсичних речовин радіоактивний свинець-210. Майже весь свинець, що вдихається, всмоктується в тіло; для вживання, показник становить 20-70%, при цьому діти поглинають більше свинцю, ніж дорослі. Шкірний вплив може бути значним для вузької категорії людей, які працюють з органічними сполуками свинцю. Швидкість поглинання свинцю в шкірі є нижчою для неорганічного свинцю.

Екологія

Видобуток, виробництво, використання та утилізація свинцю та його продуктів викликали значне забруднення ґрунтів та вод Землі. Атмосферні викиди свинцю перебували на піку під час промислової революції, а бензиновий період свинцю був у другій половині ХХ століття. Підвищені концентрації свинцю зберігаються у ґрунтах та відкладеннях у постіндустріальних та міських районах; промислові викиди, зокрема, пов'язані зі спалюванням вугілля, тривають у багатьох частинах світу. Свинець може накопичуватися у ґрунтах, особливо з високим вмістом органічних речовинде він зберігається протягом сотень до тисяч років. Він може зайняти місце інших металів у рослинах і може накопичуватися на їх поверхнях, тим самим уповільнюючи процес фотосинтезу та запобігаючи їх росту або вбиваючи їх. Забруднення грунтів та рослин впливає на мікроорганізми та на тварин. Постраждалі тварини мають зменшену здатність синтезувати еритроцити, що спричиняє анемію. Аналітичні методивизначення свинцю у навколишньому середовищі включають спектрофотометрію, рентгенівську флуоресценцію, атомну спектроскопію та електрохімічні методи. Конкретний іон-селективний електрод був розроблений на основі іонофору S, S"-метиленбісу (N, N-диізобутилдитиокарбамат).

Обмеження та відновлення

До середини 1980-х років відбулося значне зрушення у використанні свинцю. У Сполучених Штатах природоохоронні правила скорочують або виключають використання свинцю в не-акумуляторних продуктах, включаючи бензин, фарби, припої та системи водопостачання. Пристрої контролю твердих частинок можуть використовуватися на вугільних електростанціях для збору викидів свинцю. Використання свинцю ще більш обмежене Директивою Європейського Союзу про обмеження використання небезпечних речовин. Використання свинцевих куль для полювання та спортивної стрільби було заборонено у Нідерландах у 1993 році, що призвело до значного скорочення викидів свинцю з 230 тонн у 1990 році до 47,5 тонн у 1995 році. У Сполучених Штатах Америки, Адміністрація професійної безпеки та здоров'я встановила допустиму межу впливу свинцю на робочому місці на рівні 0,05 мг/м3 протягом 8-годинного робочого дня; це відноситься до металевого свинцю, неорганічних свинцевих сполук і свинцевих милів. Національний інститут безпеки та гігієни праці США рекомендує, щоб концентрації свинцю в крові знаходилися нижче 0,06 мг на 100 г крові. Свинець може все ще зустрічатися у шкідливих кількостях у кераміці, вінілі (що використовується для прокладання труб та ізоляції електричних шнурів) та китайської латуні. У старих будинках, досі може бути свинцева фарба. Біла свинцева фарба була виведена з продажу у промислово розвинених країнах, але жовтий хромат свинцю все ще залишається у вжитку. Видалення старої фарби шляхом шліфування дає пил, який може вдихати.

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 кислій 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 речовинабез запаху, який 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 властивостінеорганічних сполук". М: Хімія, 2000. 480 с.: іл.

Свинець (Pb) - м'який сріблясто-білий або сіруватий метал 14-ї (IVa) групи періодичної таблиціз атомним номером 82. Це дуже податлива, пластична та щільна речовина, яка погано проводить електрику. Електронна формуласвинцю - [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). До початку XXIв. 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, підшипниковому, 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 У складі оксиду (PbO 2) та сплаву з сурмою або кальцієм елемент використовується у звичайних акумуляторних батареях.

Дія на організм

Хімічний елемент свинець та його сполуки токсичні та накопичуються в організмі протягом тривалого періодучасу ( дане явищевідомо 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 більта 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 пристроїв у 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 .