;

Свинец

Свине́ц (лат. plumbum), Pb (читается «плюмбум»), химический элемент с атомным номером 82, атомная масса 207, 2. Природный свинец состоит из пяти стабильных изотопов: 202Pb (следы), 204Pb (1, 48%), 206Pb(23, 6%), 207Pb (22, 6%) и 208Pb (52, 3%). Последние три изотопа — конечные продукты радиоактивного распада Ac, U и Th. В природе образуются радиоактивные изотопы: 209Pb, 210Pb (историческое название радий Д, RaD, Т1/2 = 22 года), 211Pb (актиний Б, АсВ, Т1/2 = 36, 1 мин), 212Pb (торий Б, ThB, Т1/2 = 10, 6 часа), 214Pb (радий Б, RaB, Т1/2 = 26, 8 мин).
Конфигурация внешнего электронного слоя 6s2p2. Степени окисления +2, реже +4 (валентность II, IV). Расположен в группе IVA, в 6 периоде периодической системы элементов. Радиус атома 0, 175 нм, радиус иона Pb2+ 0, 112 нм (координационное число 4) и 0, 133 (6), иона Pb4+— 0, 133 нм (8). Энергии последовательной ионизации 7, 417, 15, 032, 31, 98, 42, 32 и 68, 8 эВ. Работа выхода электрона 4, 05 эВ. Электроотрицательность по Полингу 1, 55.
Свинец был известен жителям Месопотамии и Древнего Египта за 7 тысяч лет до нашей эры, свинец и его соединения использовались в Древней Греции и Древнем Риме. Из свинцовых руд на острове Родос три тысячи лет тому назад получали свинцовые белила и свинцовый сурик. Из металлического свинца были изготовлены трубы древнего римского водопровода.
Содержание в земной коре 1, 6·10-3% по массе. Самородный свинец встречается редко. Входит в состав 80 различных минералов. Важнейшие из них галенит PbS, церуссит PbCO3, англезит PbSO4и крокоит PbCrO4. Всегда содержится в рудах урана и тория.
Редактировать

Получение

Основной источник получения свинца — сульфидные полиметаллические руды. На первом этапе руду обогащают. Полученный концентрат подвергают окислительному обжигу:
2PbS + 3O2 = 2PbO + 2SO2
При обжиге добавляют флюсы (CaCO3, Fe2O3, SiO2). Они образуют жидкую фазу, цементирующую шихту. Полученный агломерат содержит 35-45% Pb. Далее содержащиеся в агломерате свинец(II) и оксид меди восстанавливают коксом:
PbO + C = Pb + CO и PbO + CO = Pb + CO2
Черновой свинец получают взаимодействием исходной сульфидной руды с кислородом (автогенный способ). Процесс протекает в два этапа:
2PbS + 3O2 = 2PbO + 2SO2,
PbS + 2PbO = 3Pb + SO2
Для последующей очистки чернового свинца от примеси Cu, Sb, Sn, Al, Bi, Au, и Ag его очищают пирометаллургическим методом или электролизом.
Редактировать

Физические и химические свойства

Свинец — металл синевато-серого цвета с кубической гранецентрированной решеткой, а = 0, 49389 нм. Плотность 11, 3415 кг/дм3, температура плавления 327, 50°C кипения 1715°C. Свинец мягок, легко прокатывается в тончайшие листы, свинцовую фольгу. Хорошо поглощает рентгеновские и бета-лучи. Химически свинец довольно инертен. Во влажном воздухе поверхность свинца тускнеет, покрываясь сначала оксидной пленкой, которая постепенно переходит в основной карбонат 2PbCO3·Pb(OH)2.
С кислородом свинец образует оксиды: PbO, PbO2, Pb3O4, Pb2O3, Pb12O17, Pb12O19, из которых первые три существуют в низкотемпературной α-форме и высокотемпературной β-форме. Если гидроксид свинца Pb(OH)2 кипятить в большом количестве щелочи, образуется красный α-PbO. При недостатке щелочи образуется желтый β-PbO (см. оксиды свинца). Если суспензию α-PbO длительное время кипятить, она переходит в β-PbO. Переход α-PbO в β-PbO при комнатной температуре протекает очень медленно. β-PbO получают термическим разложением PbCO3 и Pb(NO3)2:
PbCO3 = PbO + CO2; 2Pb(NO3)2 = 2PbО + 4NO2 + О2
В природе встречаются обе формы: α-PbO — минерал глет, β-PbO — минерал массикот. Если мелкий порошок α-PbO прокалить при 500°C в токе воздуха, то образуется высокотемпературная красная модификация α-Pb3О4. Ниже температуры -90°C α-Pb3О4 переходит в β-форму этого оксида. Электрохимическим окислением солей свинца (II) можно получить α-форму диоксида свинца PbO2. Осторожным нагреванием α-PbO2 на воздухе до 200-570°C получают Pb12O19 (температура разложения 200°C), Pb12O17 (350°C), Pb3О4 (380°C) и PbО (570°C). Оксид PbО обладает амфотерными свойствами. Реагирует с кислотами:
PbО + 2СН3СООН = Pb(СН3СОО)2 + Н2О
и с растворами щелочей:
PbО + КОН = К2PbО2 + Н2О
Плюмбат калия К2PbО2 образуется также при взаимодействии свинца с раствором щелочи:
Pb + 2КОН = К2PbО2 + Н2
У PbО2, преобладают кислотные свойства, он является сильным окислителем. Оксид Pb3О4 можно рассматривать как свинцовую соль ортосвинцовой кислоты Pb2[PbO4]. При комнатной температуре свинец не реагирует с серной и соляной кислотами, так как на его поверхности при этом образуются плохо растворимые сульфат свинца PbSO4 и хлорид свинца PbCl2. Но с органическими кислотами (уксусной и муравьиной), а также с разбавленной азотной свинец реагирует, образуя соли свинца(II):
3Pb + 8HNO3 = 3Pb(NO3)2 + 2NO + 4H2O
При взаимодействии свинца с уксусной кислотой, с продувкой кислорода, образуется ацетат свинца Pb(CH3COO)2, «свинцовый сахар», имеющий сладкий вкус.
До 45% свинца идет на изготовление пластин кислотных аккумуляторов. 20% — на изготовление проводов, кабелей и покрытий к ним. Экраны из свинца служат для защиты от радиоактивного и рентгеновского излучения. Из свинца и его сплавов изготавливают контейнеры для хранения радиоактивных веществ. Сплавы свинца с Sb, Sn и Cu используют для изготовления типографских шрифтов, из сплавов свинца с Sb и As изготавливают сердечники пуль, шрапнель, дробь. 5-20% свинца идет на изготовление тетраэтилсвинца (ТЭС) Pb(C2H5)4, который добавляют к бензину для повышения октанового числа. Свинец используется в производстве пигментов, для строительства сейсмостойких фундаментов.
Свинец и его соединения — токсичны. Попадая в организм, свинец накапливается в костях, вызывая их разрушение. ПДК в атмосферном воздухе соединений свинца 0, 003 мг/м3, в воде 0, 03 мг/л, почве 20, 0 мг/кг. Выброс свинца в Мировой океан 430-650 тысяч т/год.
Редактировать

Дополнительная литература

  • Зайцев В. Я., Маргулис Е. В. Металлургия свинца и цинка. М., 1985.
  • Козин Л. Ф., Морачевский А. Г. Физикохимия и металлургия высокочистого свинца. М., 1991.
  • Зайцев В. Я., Маргулис Е. В. Металлургия свинца и цинка. М., 1985.
  • Козин Л. Ф., Морачевский А. Г. Физико-химия и металлургия высокочистого свинца. М., 1991.
  • Павловская Н. А. Свинец, ртуть, никель: ранняя диагностика токсического действия на организм. - Липецк: ГУП ИГ Инфол, 2002.
  • Давыдова С. Л. Ртуть, олово, свинец и их органические производные в окружающей среде. - Астрахань, 2001.
  • Свинец в окружающей среде. - М.: Наука, 1987.
  • Полянский Н. Г. Свинец. - М.: Наука, 1986.
Статья находится в рубриках
Яндекс.Метрика