Свинец

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 PbCO_3, англезит PbSO₄и крокоит PbCrO₄. Всегда содержится в рудах урана и тория.

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.

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.

Авторы: С.С. Бердоносов, П.С. Бердоносов