Плюмбум как пишется в химии

Таблица

^{^}
=>>

v

Свинец листовой применяется для защиты от рентгеновских лучей

История открытия:

Свинец известен с III — II тысячелетия до н.э. в Месопотамии, Египте и других древних странах, где из него изготовляли большие кирпичи (чушки), статуи богов и царей, печати и различные предметы быта. Из свинца делали бронзу, а также таблички для письма острым твердым предметом. В более позднее время римляне стали изготовлять из свинца трубы для водопроводов. В древности свинец сопоставлялся с планетой Сатурн и часто именовался сатурном. В средние века благодаря своему тяжелому весу свинец играл особую роль в алхимических операциях, ему приписывали способность легко превращаться в золото.

Нахождение в природе, получение:

Содержание в земной коре 1,6·10^-3% по массе. Самородный свинец встречается редко, круг пород, в которых он установлен, достаточно широк: от осадочных пород до ультраосновных интрузивных пород. В основном встречается в виде сульфидов (PbS — свинцовый блеск).

Получение свинца из свинцового блеска проводят путем обжигательно-реакционной плавки: сначала подвергают шихту неполному обжигу (при 500-600°С), при котором часть сульфида переходит в оксид и сульфат:
2PbS + 3О₂ = 2РbО + 2SO₂ PbS + 2О₂ = РbSO₄
Затем, продолжая нагревание, прекращают доступ воздуха; при этом оставшийся сульфид регирует с оксидом и сульфатом, образуя металлический свинец:
PbS + 2РbО = 3Рb + SO₂ PbS + РbSO₄ = 2Рb +2SO₂

Физические свойства:

Один из самых мягких металлов, легко режется ножом. Обычно покрыт более или менее толстой плёнкой оксидов грязно-серого цвета, при разрезании открывается блестящая поверхность, которая на воздухе со временем тускнеет.
Плотность — 11,3415 г/см³ (при 20°C).
Температура плавления — 327,4°C, температура кипения — 1740°C

Химические свойства:

При большой температуре свинец образует с галогенами соединения вида РbХ₂, с азотом прямо не реагирует, при нагревании с серой образует сульфид PbS, кислородом окисляется до PbO.
В отсутствии кислорода свинец не реагирует с водой при комнатной температуре, но при действии горячего водяного пара образует оксиды свинца и водород. В ряду напряжений свинец стоит левее водорода, но он не вытесняет водород из разбавленных HCl и H₂SO₄, из-за перенапряжения выделения Н₂ на свинце, а также из-за образования на поверхности металла плёнки труднорастворимых солей, защищающих металл от дальнейшего действия кислот.
В концентрированных серной и соляной кислотах при нагревании свинец растворяется, образуя соответственно Pb(HSO₄)₂ и Н₂[РbCl₄]. Азотная, а также некоторые органические кислоты (например, лимонная) растворяют свинец с получением солей Рb(II). Реагирует свинец и с концентрированными растворами щелочей:

Pb + 8HNO₃ (разб.,гор.) = 3Pb(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O.

Pb + 3H₂SO₄ (>80%) = Pb(HSO₄)₂ + SO₂ + 2H₂O

Pb + 2NаOН (конц.) + 2H₂O = Nа₂[Pb(OН)₄] + Н₂
Для свинца наиболее характерны соединения со степенью окисления: +2 и +4.

Важнейшие соединения:

Оксиды свинца — с кислородом свинец образует ряд соединений Рb₂О, РbО, Рb₂О₃, Рb₃О₄, РbО₂, преимущественно амфотерного характера. Многие из них окрашены в красные, жёлтые, чёрные, коричневые цвета.

Оксид свинца (II) — РbО. Красный (низкотемпературная a-модификация, глет) или желтый (высокотемпературная b-модификация, массикот). Термически устойчив. Очень плохо реагируют с водой, раствором аммиака. Проявляет амфотерные свойства, реагирует с кислотами и щелочами. Окисляется кислородом, восстанавливается водородом и монооксидом углерода.
Оксид свинца (IV) — РbО₂. Платтнерит. Темно-коричневый, тяжелый порошок, при слабом нагревании разлагается без плавления. Не реагирует с водой, разбавленными кислотами и щелочами, раствором аммиака. Разлагается концентрированными кислотами, концентрированными щелочами при кипячении медленно переводится в раствор с образованием ….

Сильный окислитель в кислой и щелочной среде.

Оксидам РbО и РbО₂ соответствуют амфотерные гидрооксиды Рb(ОН)₂ и Рb(ОН)₄. Получение …, Свойства …

Рb₃О₄ — свинцовый сурик. Рассматривается как смешаный оксид или орто-плюмбат свинца(II) — Рb₂PbО₄. Оранжево-красный порошок. При сильном нагревании разлагается, плавится только под избыточном давлением О₂. Не реагирует с водой, гидратом аммиака. Разлагается конц. кислотами и щелочами. Сильный окислитель.
Соли свинца(II). Как правило бесцветны, по растворимости в воде делятся на нерастворимые (например, сульфат, карбонат, хромат, фосфат, молибдат и сульфид), малорастворимые (йодид, хлорид и фторид) и растворимые (к примеру, ацетат, нитрат и хлорат свинца).
Ацетат свинца, или свинцовый сахар, Pb(CH₃COO)₂·3H₂O, бесцветные кристаллы или белй порошок сладкого вкуса, медленно выветривается с потерей гидратной воды, относится к очень ядовитым веществам.

Халькогениды свинца — PbS, PbSe, и PbTe — кристаллы чёрного цвета, узкозонные полупроводники.

Соли свинца(IV) могут быть получены электролизом сильно подкисленных серной кислотой растворов солей свинца(II). Свойства …
Гидрид свинца(IV) — PbH₄ — газообразное вещество без запаха, которое очень легко разлагается на свинец и водород. Получается в небольших количествах при реакции Mg₂Pb и разбавленной HCl.

Применение:

Свинец хорошо экранирует радиацию и рентгеновские лучи, применяется в качестве защитного материала, в частности, в рентгеновских кабинетах, в лабораториях, где существует опасность облучения радиацией. Также используют для изготовления пластин аккумуляторов (около 30% выплавляемого свинца), оболочек электрических кабелей, защиты от гамма-излучения (стенки из свинцовых кирпичей), как компонент типографских и антифрикционных сплавов, полупроводниковых материалов.

Свинец и его соединения, особенно органические, токсичны. Попадая в клетки, свинец дезактивирует ферменты, тем самым нарушая обмен веществ, вызывая умственную отсталость у детей, заболевания мозга. Свинец может заменять кальций в костях, становясь постоянным источником отравления. ПДК в атмосферном воздухе соединений свинца 0,003 мг/м³, в воде 0,03 мг/л, почве 20,0мг/кг.

Барсукова М.
Петрова М.

ХФ ТюмГУ, 571 группа.

Источники: Википедия: http://ru.wikipedia.org/wiki/Свинец и др.,
Н.А.Фигуровский «Открытие элементов и происхождение их названий». Москва, Наука, 1970. (на сайте ХФ МГУ http://www.chem.msu.su/rus/history/element/Pb.html)
Реми Г. «Курс неорганической химии», т.1. Изд-во иностранной литературы, Москва.

Лидин Р.А. «Химические свойства неорганических соединений». М.: Химия, 2000. 480 с.: ил.

Источник

Ключевые слова: свинец, свинец в природе, ,получение свинца, применение свинца, токсичность свинца и его соединений, физические и химические свойства свинца, соединения свинца: гидриды свинца, азиды свинца,оксиды свинца, гидроксиды свинца.

Благодаря доступности сернистых руд, легкости получения, свинец был знаком человеку издревле. Некоторые историки, датируют предметы культа и быта изготовленные из свинца 7 тысячелетием до н.э. Упоминание о свинце встречается у Плиния, который называл его plumbum nigrum. Вплоть до XVII в. его порой не отличали от олова, известного в средние века под названием plumbum album. Атомная масса свинца 207,2 Природный свинец представляет собой смесь четырех стабильных изотопов ²⁰⁴РЬ, ²⁰⁶РЬ, ²⁰⁷РЬ и ²⁰⁸РЬ, из которых три последних являются конечными продуктами радиоактивных превращений ²³⁸U, ²³⁵U и ²³²Th. По этой причине относительная распространенность изотопов в различных объектах исследования не является постоянной величиной. Пользуясь основным законом радиоактивного распада и определяя содержание урана или тория, а также изотопные отношения ²⁰⁶ РЬ: ²³⁸ U, ²⁰⁷Pb:²³⁵U, ²⁰⁸Pb: ²³²Th или ²⁰⁷РЪ: ²⁰⁶РЬ, рассчитывают абсолютный геологический возраст радиоактивных минералов в интервале от 1 млн. до 6 млрд, лет .

СВИНЕЦ В ПРИРОДЕ

Земная кора содержит 1,6 ∙10^-3 масс%. Рb. Космическая распространенность этого элемента, согласно данным различных авторов, варьирует от 0,47 до 2,9 атомов на 106 атомов кремния. Для Солнечной системы соответствующая величина составляет 1,3 атома на 106 атомов кремния .В высокой концентрации свинец содержится во многих минералах и рудах, в микро- и ультрамикроколичествах — практически во всех объектах окружающего мира.Содержание свинца в атмосфере зависит от места и времени отбора проб, а также от условий погоды. В среднем, в воздухе промышленных городов содержится 2,5—4,5 мкг Рb/м³, в воздухе сел — 0,5 мкг/м³ . Содержание свинца в дождевой воде — (6— 29)∙10^-7 масс%, вода речная и родниковая — 2∙ 10^-8 — 9∙10^-6 масс%, морская вода — 1,3∙10^-7 масс %.Общее содержание свинца (в т): в атмосфере — 1,8 ∙10⁴, в почвах — 4,8 ∙10⁹, в осадочных отложениях — 48 ∙10¹², в водах океанов — 2,7 ∙10⁷, в водах рек и озер — 6,1∙ 10⁴, в подпочвенных водах — 8,2 ∙ 10⁴, в организмах воды и суши: живущих — 8,4 ∙10⁴, отмерших — 4,6 ∙10⁶.Свинец является составной частью более 200 минералов, но только три из них (галенит, англезит и церуссит) находятся в природе в виде промышленных залежей свинцовых руд. Самым важным является галенит PbS (86,6% Pb). Под действием веществ, растворенных в природных водах, и при выветривании он переходит в англезит PbSО₄ (68,3% Pb), который в результате двойного обмена с карбонатами кальция и магния образует церуссит РЬСОз (77,5% РЬ). Второстепенное значение имеют плюмбоярозит PbFe₆ (SО₄)₄ (ОН) _{х 2}(18,3% РЬ), крокоит РЬСгО₄ (64,1% РЬ), пироморфит РЬ₅ (РО₄) зС1 (76,4% РЬ), миметезит Pb₅ (AsО₄)₃Cl(69,6% Pb), ванадинит Pb₅ (VО₄)₃С1(73,1% РЬ) и вульфенит РЬМоО₄ (56,4% РЬ). Свинцу в его минералах сопутствуют Ag, As, Bi, Cd, Cu, Fe, In, Sb, Se, Sn, Те, Tl, V и Zn . Многие из этих элементов в том или ином количестве следуют за свинцом на всех стадиях технологического процесса его получения, а висмут даже концентрируется.

ПОЛУЧЕНИЕ СВИНЦА

По объему промышленного производства свинец занимает четвертое место в группе цветных металлов, уступая только алюминию, меди и цинку. Для получения свинца наибольшее практическое значение имеют полиметаллические сульфидные и смешанные руды, так как чисто свинцовые руды встречаются редко. В результате флотации сульфидных руд получают концентраты, содержащие согласно химическому анализу 40—60% РЬ, 3—14% Zn, 4—15% Fe, 3—6% SiО₂, 0,3-2,0% CaO, 0,2—15% А1₂О₃ и 15—24% S. Как правило, переработку концентратов начинают со спекающего обжига (агломерации) с целью перевода сульфидов в легковосстанавливаемые оксиды. Очистка свинца производится главным образом пирометаллургическим способом, который сводится к последовательному удалению Си, Те, сумм Sn, As и Sb, Au и Ag, а затем Zn, Bi, Са и Mg. В результате пирометаллургического рафинирования, помимо свинца, получаются ценные побочные продукты: золото-серебряный сплав, элементные висмут и теллур, штейн или черновая медь, антимонат натрия и арсенат кальция. Высокая эффективность очистки свинца достигается также методом зонной плавки .

ПРИМЕНЕНИЕ СВИНЦА

Высокая плотность, мягкость, легкая обрабатываемость, сравнительно малая проводимость, коррозионная устойчивость и способность реагировать с органическими веществами придают свинцу особую практическую ценность. Он применяется в целях радиационной защиты, в качестве конструкционного материала в химической промышленности, для изготовления защитных покрытий электрических кабелей и электродов аккумуляторов. Большие количества свинца идут на изготовление разнообразных сплавов: с висмутом (теплоноситель в ядерной технологии), с оловом и небольшими добавками золота и меди (припои для изготовления печатных плат), с сурьмой, оловом и другими металлами (припои и сплавы типографского и антифрикционного назначения). Самым крупнотоннажным продуктом является тетраэтилсвинец и его гомологи, применяемые в качестве антидетонатора . Многие свинецсодержащие органические соединения являются продуктами «малой» химии, но имеют большое практическое значение. К их числу относятся стеарат и фталат свинца (термо- и светостабилизаторы пластмасс ), основной фумарат свинца (термостабилизатор для электрических изоляторов и вулканизирующий агент для хлорсульфополиэтилена ), диамилдитиокарбамат свинца (многофункциональная добавка к смазочным маслам ), этилендиаминтетраацетат свинца (рентгеноконтрастный препарат), тетраацетат свинца (окислитель в органической химии). Из числа практически важных неорганических соединений является оксид свинца (идущий на производство стекол с высоким показателем преломления, эмалей, аккумуляторных батарей и высокотемпературных смазок ); хлорид свинца (изготовление источников тока); основной карбонат, сульфат и хромат свинца, сурик (компоненты красок ); титанат-цирконат свинца (производство пьезоэлектрической керамики).

ТОКСИЧНОСТЬ СВИНЦА И ЕГО СОЕДИНЕНИЙ

Источники поступления свинца в различные сферы обитания человека и животных подразделяются на природные (извержения вулканов, пожары, разложение умерших организмов, морская и ветровая пыль) и антропогенные (деятельность свинецпроизводящих и перерабатывающих предприятий, сжигание ископаемого топлива и отходов его переработки).По масштабам выброса в атмосферу свинец занимает первое место среди микроэлементов, причем главным источником загрязнений является сжигание этилированного бензина в двигателях внутреннего сгорания. Значительная часть свинца, содержащегося в каменном угле, при сжигании вместе с дымовыми газами поступает в атмосферу. Большой вклад в загрязнение атмосферы свинцом вносят производства металлов, цемента и т.д. Атмосфера загрязняется не только стабильными, но и радиоактивными изотопами свинца ²¹⁴Рb, ²¹²Рb . Их источником являются радиоактивные инертные газы, из которых наиболее долгоживущий — радон достигает даже стратосферы. Образующийся свинец частично возвращается на землю с атмосферными осадками и аэрозолями, загрязняя поверхность почвы и водоемы . В водоемы некоторое количество свинца поступает из почвы, но решающий вклад и в эту сферу вносит деятельность человека, особенно в виде промышленных сточных вод и выхлопных газов автотранспорта. Из овощей и других продуктов питания, из воздуха и воды свинец поступает в организм человека. Исходя из содержания свинца в воздухе крупных промышленных городов 4,5 мкг/м³ через дыхательную систему человека поглощается около 91 мкг Pb/сут, причем около 35% от вдыхаемого количества поступает через трахеобронхиальную систему в кровь . Общее потребление свинца человеком со всеми продуктами питания и с водой может достигать 0,910 мг. Содержание свинца в организме у современного городского человека в 500 раз больше, чем у первобытного. Таким образом, антропогенные загрязнения окружающей среды в конечном счете возвращаются в организмы людей, животных и растений. Свинец является ядом, он и его соединения опасны не только болезнетворным действием, но также кумулятивностью терапевтического эффекта, высоким коэффициентом накопления в организме, малой скоростью и неполнотой выделения с продуктами жизнедеятельности. Степень токсичности зависит от концентрации, физико-химического состояния и природы соединений свинца. Особенно опасен свинец в состоянии молекулярно-ионной дисперсности; он проникает из легких в кровеносную систему и оттуда транспортируется по всему организму . Хотя качественно свинец и его неорганические соединения действуют сходно, токсичность растет с ростом их растворимости в биологических жидкостях организма. Ионы свинца, связываясь с электронодонорными атомами серы сульфгидрильных групп, отравляют ферменты. Именно поэтому свинец подавляет многие ферментативные процессы в организме. При свинцовой интоксикации наступают серьезные изменения в нервной системе, нарушаются терморегуляция, кровообращение и трофические процессы, изменяются иммунобиологические свойства организма и его генетический аппарат. Аналогичные, но более остро выраженные эффекты наблюдаются даже при непродолжительном воздействии органических соединений, особенно тетраэтил- и тетраметил свинца, растворимых в липоидах и потому способных проникать в организм не только через легкие, но и через кожу. В начальной фазе отравления наблюдается нарушение условно-рефлекторной деятельности, а затем наступают расстройства симпатической и парасимпатической нервной системы с возможным появлением бессонницы, галлюцинаций и судорог.

ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СВИНЦА

Свинец является блестящим металлом серо-голубого цвета, который сохраняется в сухом воздухе, но быстро тускнеет в присутствии влаги. Физические, физико-механические и химические свойства свинца зависят от природы и количества содержащихся в нем примесей. Натрий, кальций и магний повышают твердость и прочность свинца, но снижают его химическую устойчивость. Висмут и цинк ухудшают коррозионные свойства металла, причем примесь 0,1% Bi делает свинец совершенно непригодным для применения в химической и других отраслях промышленности . Примеси меди и сурьмы повышают коррозионную устойчивость свинца в растворах серной кислоты, предел ползучести и твердость. Кадмий, олово и теллур увеличивают и твердость, и сопротивление усталости свинца . Примеси кислорода уменьшают вибропрочность свинцовых оболочек электрических кабелей . Оксид свинца даже в небольших количествах сильно влияет на физические и механические свойства металла . В свою очередь, примеси свинца и его соединений влияют на многие свойства различных материалов. Они ухудшают механические свойства жаропрочных сплавов , неблагоприятно влияют на структуру чугуна и снижают его прочность на изгиб , вызывают красноломкость меди и латуни и обусловливают нежелательное повышение прочности электролитической меди. В то же время дозированные добавки свинца улучшают обрабатываемость стали без снижения ее механической прочности , а присутствие в сырьевой смеси оксида свинца позволяет снизить на 10—15% влажность сырьевого шлама, уменьшить расход топлива на обжиг клинкера, повысить гадратационную активность цемента .

Свинец растворяется в ртути, образуя довольно концентрированные амальгамы, сохраняемые под слоем слегка подкисленной воды . В амальгамах, как и в парах, свинец находится в атомарном состоянии. В 1 л воды при отсутствии воздуха растворяется 311 мкг свинца , но механизм процесса растворения неизвестен.

Со многими химическими элементами (As, Au, Ва, Са, Cd, Си, Mg, Ni, Sb, Se, Sn и т.д.) Pb дает сплавы; некоторые из них образуют эвтектические смеси и твердые растворы (Sb, Sn), другие (Mg, Se, Те) — интерметаллические соединения.

С углеродом, кремнием, фосфором, мышьяком, бором, молекулярными водородом и азотом свинец не реагирует. Однако известно , что порошкообразный металл выше 400° С взаимодействует с азотом с выделением тепла, а с атомарным водородом образует незначительные количества гидрида.

СОЕДИНЕНИЯ СВИНЦА

Металлический свинец при действии кислорода воздуха на холоду покрывается оксидной пленкой, а тонко измельченный металл может возгораться . Расплавленный свинец окисляется на воздухе до РЬО, который при 430° С переходит в РЬ₃О₄, а последний выше 550°С разлагается на РЬО и О2.

Сухой фтор на холоду не действует на свинец. С повышением температуры взаимодействие возможно, но выше 100°С пленка фторида сильно тормозит реакцию. Хлорид свинца также обладает защитными свойствами, благодаря чему по стойкости к хлору до 300° С свинец превосходит алюминий, медь, чугун и сталь. К действию брома свинец настолько устойчив, что может служить для изготовления испарителей и защиты резервуаров. С твердым иодом свинец не реагирует, но с парами и растворами этого галогена образует иодид .

В присутствии кислорода вода действует на свинец, причем скорость коррозии металла при подкислении возрастает. Небольшие концентрации СО₂, напротив, задерживают разрушение металла из-за образования поверхностной пленки РЬСО₃. В присутствии растворимых карбонатов, сульфатов, а при повышенной температуре и силикатов образуются соответствующие труднорастворимые соли свинца, препятствующие коррозии труб из этого металла. Однако при больших концентрациях СО₂ возможно образование растворимого бикарбоната, и в таком случае пользование свинцовыми трубами для водопроводов чревато опасностью отравления .В присутствии кислорода свинец довольно хорошо растворяется в уксусной и других органических кислотах, с которыми он образует комплексные соединения . Комплексообразование является причиной растворимости свинца в серной кислоте с концентрацией >80% . В разбавленной кислоте металл достаточно устойчив, так как покрывается пленкой труднорастворимого PbSО₄. Это позволяет использовать свинец в аккумуляторах и в производстве серной кислоты камерным способом, однако полученная таким путем кислота содержит примеси свинца. Свинец устойчив к действию плавиковой кислоты и мало растворим в соляной, поскольку соответствующие галогениды трудно растворимы в указанных средах. Благодаря растворимости плюмбитов и амфотерности свинец довольно легко растворяется в нагретых щелочах, если их концентрация выше 10— 15% .

Гидриды свинца. Имеются данные о существовании неустойчивого РЬН₂, образующегося в процессе электролиза щелочных или слабо кислых растворов со свинцовым катодом. Более известный плюмбан РbН₄ в незначительных количествах образуется при растворении свинцово-магниевого сплава в разбавленные кислотах, а с лучшими выходами — при электролизе разбавленной H₂SО₄ со свинцовыми электродами.

Азиды свинец образует в состоянии окисления 2+ и 4+ . Известный детонатор Pb(N₃)₂ получается в виде достаточно мелких кристаллов при интенсивном перемешивании смеси растворов Pb(NО₃)₂ и NaN₃ . Азид свинца Pb(N₃)₄ образуется при взаимодействии водного раствора HN₃ с РЬ₃О₄ , но его раствор красного цвета быстро обесцвечивается по мере образования Pb(N₃)_2.

Оксиды свинца. Известны РbО, РbО₂, а также Рb₂О₃ и Рb₃О₄, в которых представлены обе степени окисления свинца. Оксид Рb₂О₃ рассматривают как производное метасвинцовой кислоты Н₂РbО₃, свинцовый сурик Рb₃О₄ — ортосвинцовой кислоты Н₄РbО₄. В настоящее время известно две модификаций РbО: α-РbО красного цвета (глёт) и β-РbО желтого (массикот). Глёт, устойчивый при низких температурах, подобно SnO, имеет слоистую структуру, в которой каждый атом Рb связан с одной стороны с четырьмя атомами О с одинаковыми расстояниями Рb-О (0,230 нм). β-РbО имеет сходную структуру, но межатомные расстояния Рb-О попарно различны и составляют соответственно 0,221 и 0,249 нм . Именно благодаря этому структурному сходству желтая модификация, устойчивая на воздухе выше 488° С, стабилизируется небольшими примесями и в их присутствии может существовать при обычной температуре. Выше 488° С глёт переходит в массикот. РbО обычно получают окислением расплавленного свинца кислородом воздуха или же термическим разложением высших оксидов.

Для специальных целей, например, для аналитических стандартов, химического анализа , необходим оксид особой чистоты. Препарат такой квалификации готовят в химической лаборатории с использованием полиэтиленовых сосудов, осаждая гидроксид свинца из раствора ацетата действием водного аммиака. Интересно отметить, что примеси 10^-3% Si, Ge, Р, As, Sb, Se, Те, Mo и W препятствуют превращению первичного продукта β-РbО в α-РbО. Поэтому проведение данной реакций в стеклянных сосудах недопустимо. Реагируя с кислотами, РbО дает соответствующие соли, а действие концентрированных растворов щелочей. приводит к гидроксоплюмбитам, например Na [Pb (ОН) ₃] и Na₂ [Pb (ОН) ₄].

РbО₂, используется как аналитический реактив и как форма количественного определения свинца с гравиметрическим , вольтамперометрическим или фотометрическим окончанием. Диоксид свинца независимо от кристаллической структуры модификации имеет черно-коричневый цвет. Получают РbО₂ окислением солей свинца элементными галогенами, гипохлоритом и другими окислителями, а также анодным окислением суспензии РbО в растворе NaCl. Диоксид высокой чистоты готовят гидролизом тетраацетата свинца . Диоксид свинца нерастворим в холодной и горячей воде, но реагирует с концентрированными кислотами НС1 и Н₂SО₄ с выделением соответственно С1₂ и О₂ и образованием солей свинца. Разбавленные растворы щелочей на РbО₂ не действуют, но при сплавлении с твердыми щелочами образуются гексагидроксоплюмбаты, например К₂[Рb(ОН)₆], с оксидами — плюмбаты, например Са₂РbО₄.

Гидроксосоединения свинца. Гидроксид Pb (OH)₂ выпадает в виде белого аморфного осадка при действии водного аммиака или стехиометрического количества щелочей на растворы солей свинца. В отличие от аналогичных соединений других p-элементов IV группы, у Рb(ОН)₂ преобладают основные свойства. Гидроксид свинца легко дегидратируется, причем выше 100° С образуется красная, при более низкой температуре — желтая модификация РbО.

Источник

82	Таллий ← Свинец → Висмут
82Pb

Внешний вид простого вещества

Тяжёлый металл серебристо-серого цвета

Свойства атома

Имя, символ, номер

Свине́ц / Plumbum (Pb), 82

Атомная масса
(молярная масса)

207,2 а. е. м. (г/моль)

Электронная конфигурация

[Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p²

Радиус атома

175 пм

Химические свойства

Ковалентный радиус

147 пм

Радиус иона

(+4e) 84 (+2e) 120 пм

Электроотрицательность

1,8 (шкала Полинга)

Электродный потенциал

Pb←Pb²⁺ −0,126 В
Pb←Pb⁴⁺ 0,80 В

Степени окисления

4, 2, 0

Энергия ионизации
(первый электрон)

715,2 (7,41) кДж/моль (эВ)

Термодинамические свойства простого вещества

Плотность (при н. у.)

11,3415^[1] г/см³

Температура плавления

600,65 K (327,5 °C)

Температура кипения

2 013 К (1740 °C)

Теплота плавления

4,77 кДж/моль

Теплота испарения

177,8 кДж/моль

Молярная теплоёмкость

26,65^[1] Дж/(K·моль)

Молярный объём

18,3 см³/моль

Кристаллическая решётка простого вещества

Структура решётки

кубическая гранецентрированая

Параметры решётки

4,950 Å

Температура Дебая

88,00 K

Прочие характеристики

Теплопроводность

(300 K) 35,3 Вт/(м·К)

Свине́ц — элемент 14-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы IV группы), шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 82. Обозначается символом Pb (лат. Plumbum). Простое вещество свинец (CAS-номер: 7439-92-1) — ковкий, сравнительно легкоплавкий металл серого цвета.

Исторические сведения

Происхождение названия

Происхождение слова «свинец» неясно. В большинстве славянских языков (болгарском, сербско-хорватском, чешском, польском, дореформенном белорусском (тарашкевица)^[2]^[3]) свинец называется словом, близким по звучанию к «олово» (волава, olovo, ołów и т.п.). Слово с тем же значением, но похожее по произношению на «свинец», встречается в языках балтийской группы: švinas (литовский), svins (латышский), а также в нескольких славянских — русском, украинском (свинець), официальном белорусском («наркомовка») (свінец) и словенском (svinec).

Латинское plumbum, дало английское слово plumber — водопроводчик (в Древнем Риме трубы водопровода были именно из этого металла, как наиболее подходящего для отливки), и название венецианской тюрьмы со свинцовой крышей — Пьомбе, из которой по некоторым данным ухитрился бежать Казанова. Известен с глубокой древности. Изделия из этого металла (монеты, медальоны) использовались в Древнем Египте, свинцовые водопроводные трубы — в Древнем Риме. Указание на свинец как на определённый металл имеется в Ветхом Завете. Выплавка свинца была первым из известных человеку металлургических процессов. До 1990 г. большое количество свинца использовалось (вместе с сурьмой и оловом) для отливки типографских шрифтов, а также в виде тетраэтилсвинца — для повышения октанового числа моторного топлива^[4].

Нахождение в природе

Содержание в земной коре 1,6·10⁻³ % по массе. Самородный свинец встречается редко, круг пород, в которых он установлен, достаточно широк: от осадочных пород до ультраосновных интрузивных пород. В этих образованиях он часто образует интерметаллические соединения (например, звягинцевит (Pd,Pt)₃(Pb,Sn) и др.) и сплавы с другими элементами (например, (Pb + Sn + Sb)). Он входит в состав 80 различных минералов. Важнейшие из них: галенит PbS, церуссит PbCO₃, англезит PbSO₄ (сульфат свинца); из более сложных — тиллит PbSnS₂ и бетехтинит Pb₂(Cu,Fe)₂₁S₁₅, а также сульфосоли свинца — джемсонит FePb₄Sn₆S₁₄, буланжерит Pb₅Sb₄S₁₁. Всегда содержится в рудах урана и тория, имея часто радиогенную природу. В природных условиях часто образует крупные залежи свинцово-цинковых или полиметаллических руд стратиформного типа (Холоднинское, Забайкалье), а также скарнового (Дальнегорское (бывшее Тетюхинское), Приморье; Брокен-Хилл в Австралии) типа; галенит часто встречается и в месторождениях других металлов: колчеданно-полиметаллических (Южный и Средний Урал), медно-никелевых (Норильск), урановых (Казахстан), золоторудных и др. Сульфосоли обычно встречаются в низкотемпературных гидротермальных месторождениях с сурьмой, мышьяком, а также в золоторудных месторождениях (Дарасун, Забайкалье). Минералы свинца сульфидного типа имеют гидротермальный генезис, минералы окисного типа часты в корах выветривания (зонах окисления) свинцово-цинковых месторождений. В кларковых концентрациях свинец входит практически во все породы.

В таблице приведены некоторые параметры распространённости свинца в природных условиях по А. П. Виноградову^[5]:

Обобщённые концентрации элементов в минералах приведены в таблице, в скобках — количества минералов, по которым рассчитаны средние содержания компонентов^[6].

Минерал	Свинец (общ)	Уран	Торий
00Настуран	04,750 (308)	58,87 (242)	2,264 (108)
00Монацит	00,6134 (143)	0,2619 (160)	6,567 (150)
000Ортит	00,0907 (90)	0,1154 (88)	6,197 (88)
000Циркон	00,0293 (203)	0,1012 (290)	0,1471 (194)
Сфен (Титанит)	00,0158 (12)	0,0511 (14)	0,0295 (21)

Получение

Страны — крупнейшие производители свинца (включая вторичный свинец) на 2004 год (по данным ILZSG), в тыс.тонн:

ЕС	2200
США	1498
Китай	1256
Корея	219

Физические свойства

Свинец имеет довольно низкую теплопроводность, она составляет 35,1 Вт/(м·К), при температуре 0 °C. Металл мягкий, легко режется ножом. На поверхности он обычно покрыт более или менее толстой плёнкой оксидов, при разрезании открывается блестящая поверхность, которая на воздухе со временем тускнеет.

Температура плавления: 327,4 °C

Температура кипения: 1740 °C

Химические свойства

Электронная формула: KLMN5s²5p⁶5d¹⁰6s²6p², энергия ионизации (Pb → Pb⁺ + e⁻) равна 7,42 эВ.

Основные соединения свинца

Основная статья: :Категория:Соединения свинца

Оксиды свинца

Оксиды свинца имеют преимущественно основной или амфотерный характер. Многие из них окрашены в красные, жёлтые, чёрные, коричневые цвета. На фотографии в начале статьи, на поверхности свинцовой отливки, в её центре видны цвета побежалости — это тонкая плёнка оксидов свинца, образовавшаяся из-за окисления горячего металла на воздухе.

Галогениды свинца

Халькогениды свинца

Халькогениды свинца — сульфид свинца, селенид свинца и теллурид свинца — представляют собой кристаллы чёрного цвета, которые являются узкозонными полупроводниками.

Соли свинца

Сульфат свинца
Нитрат свинца
Ацетат свинца — свинцовый сахар, относится к очень ядовитым веществам. Ацетат свинца, или свинцовый сахар, Pb(CH₃COO)₂·3H₂O существует в виде бесцветных кристаллов или белого порошка, медленно выветривающегося с потерей гидратной воды. Соединение хорошо растворимо в воде. Оно обладает вяжущим действием, но так как содержит ионы ядовитого свинца, то применяется как наружное в ветеринарии. Ацетат применяют также в аналитической химии, крашении, ситценабивном деле, как наполнитель шёлка и для получения других соединений свинца. Основной ацетат свинца Pb(CH₃COO)₂·Pb(OH)₂ — менее растворимый в воде белый порошок — используется для обесцвечивания органических растворов и очистки растворов сахара перед анализом^[7].

Изотопный состав

Весь свинец в основном является смесью изотопов ²⁰⁴Pb, ²⁰⁶Pb, ²⁰⁷Pb, ²⁰⁸Pb. Эти изотопы не радиоактивны, то есть стабильны, но изотопы ²⁰⁶Pb, ²⁰⁷Pb, ²⁰⁸Pb являются радиогенными и образуются в результате радиоактивного распада соответственно ²³⁸U, ²³⁵U и ²³²Th. Схемы радиоактивного распада имеют вид:

²³⁸U → ²⁰⁶Pb + 8⁴He;

²³⁵U → ²⁰⁷Pb + 7⁴He;

²³²Th → ²⁰⁸Pb + 6⁴He.

Уравнения распада имеют вид соответственно:

$^{206}mathsf{Pb} = ^{238}mathsf{U}(e^{lambda_{8}}t-1),$

$^{207}mathsf{Pb} = ^{235}mathsf{U}(e^{lambda_{5}}t-1),$

$^{208}mathsf{Pb} = ^{232}mathsf{Th}(e^{lambda_{2}}t-1),$

где ²³⁸U, ²³⁵U, ²³²Th — современные концентрации изотопов; $lambda_{8} = 1{,}55125cdot10^{-10}$ год⁻¹, $lambda_{5} = 9{,}8485cdot10^{-10}$ год⁻¹, $lambda_{2} = 4{,}9475cdot10^{-11}$ год⁻¹ — постоянные распада атомов соответственно урана ²³⁸U, урана ²³⁵U и тория ²³²Th^[8].

Кроме этих изотопов известны и нестабильные изотопы ¹⁹⁴Pb — ²⁰³Pb, ²⁰⁵Pb, ²⁰⁹Pb — ²¹⁴Pb. Из них наиболее долгоживущие — ²⁰²Pb и ²⁰⁵Pb (с периодами полураспада 52,5 тысяч и 15,3 млн лет). Короткоживущие изотопы свинца ²¹⁰Pb (радий D), ²¹¹Pb (актиний B), ²¹²Pb (торий B) и ²¹⁴Pb (радий B) имеют периоды полураспада соответственно 22,2 года, 36,1 мин, 10,64 ч и 26,8 мин (в скобках приведены редко используемые исторические названия этих изотопов); эти четыре радиоактивных изотопа входят в состав радиоактивных рядов урана и тория и, следовательно, также встречаются в природе, хотя и в крайне малых количествах^[9].

Количество ядер изотопа ²⁰⁴Pb (нерадиогенного и нерадиоактивного) является стабильным, в минералах свинца концентрация ²⁰⁴Pb во многом зависит от концентрации радиогенных изотопов, образованных как в процессе распада радиоактивных ядер, так и в процессах вторичного преобразования свинецсодержащих минералов. Поскольку число радиогенных ядер, образовавшихся в результате радиоактивного распада, зависит от времени, то и абсолютные, и относительные концентрации зависят от времени образования минерала. Этим свойством пользуются при определении возраста горных пород и минералов^[10].

Распространённость изотопов свинца

Изотоп	²⁰⁴Pb	²⁰⁶Pb	²⁰⁷Pb	²⁰⁸Pb
Содержание в природе (в %) ^[11]	01,40	024,10	22,1	52,4

Свинец, состав которого приведён в таблице, отражает изотопный состав свинца преимущественно в галенитах, в которых урана и тория практически нет, и породах, преимущественно осадочных, в которых количество урана находится в кларковых пределах. В радиоактивных минералах этот состав существенно отличается и зависит от вида радиоактивного элемента, слагающего минерал. В урановых минералах, таких как уранинит UO₂, настуран UO₂ (урановая смолка), урановые черни, в которых существенно преобладает уран, радиогенный изотоп ²⁰⁶Pb_рад существенно преобладает над другими изотопами свинца и его концентрации могут достигать 90 %. Например, в урановой смолке (Сан-Сильвер, Франция) концентрация ²⁰⁶Pb равна 92,9 %, в урановой смолке из Шинколобве (Киншаса) — 94,25 %^[5]. В ториевых минералах, например, в торите ThSiO₄, существенно преобладает радиогенный изотоп ²⁰⁸Pb_рад, в монаците из Казахстана концентрация ²⁰⁸Pb равна 94,02 %, в монаците из пегматита Бекета (Зимбабве) — 88,8 %^[5]. Имеется комплекс минералов, например, монацит CeSiO₄, циркон ZrSiO₄ и др., в которых в переменных соотношениях находятся уран и торий и соответственно в разных соотношениях присутствуют все или большинство изотопов свинца. Следует отметить, что в цирконах содержание нерадиогенного свинца крайне мало, что делает их удобным объектом для уран-торий-свинцового метода датирования (цирконометрия).

Применение

В народном хозяйстве

Нитрат свинца применяется для производства мощных смесевых взрывчатых веществ.

Азид свинца применяется как наиболее широкоупотребляемый детонатор (инициирующее взрывчатое вещество).

Перхлорат свинца используется для приготовления тяжелой жидкости (плотность 2,6 г/см³), используемой во флотационном обогащении руд, он иногда применяется в мощных смесевых взрывчатых веществах как окислитель. Фторид свинца самостоятельно, а так же совместно с фторидом висмута, меди, серебра применяется в качестве катодного материала в химических источниках тока.

Висмутат свинца, сульфид свинца PbS, иодид свинца применяются в качестве катодного материала в литиевых аккумуляторных батареях.

Хлорид свинца PbCl₂ в качестве катодного материала в резервных источниках тока.

Теллурид свинца PbTe широко применяется в качестве термоэлектрического материала (термо-э.д.с 350 мкВ/К), самый широкоприменяемый материал в производстве термоэлектрогенераторов и термоэлектрических холодильников.

Двуокись свинца PbO₂ широко применяется не только в свинцовом аккумуляторе, но так же на её основе производятся многие резервные химические источники тока, например — свинцово-хлорный элемент, свинцово-плавиковый элемент и др.

Свинцовые белила, основной карбонат Pb(OH)₂•PbCO₃, плотный белый порошок, — получается из свинца на воздухе под действием углекислого газа и уксусной кислоты. Использование свинцовых белил в качестве красящего пигмента теперь не так распространено, как ранее, из-за их разложения под действием сероводорода H₂S. Свинцовые белила применяют также для производства шпатлевки, в технологии цемента и свинцовокарбонатной бумаги.

Арсенат и арсенит свинца применяют в технологии инсектицидов для уничтожения насекомых — вредителей сельского хозяйства (непарного шелкопряда и хлопкового долгоносика).

Борат свинца Pb(BO₂)₂·H₂O, нерастворимый белый порошок, используют для сушки картин и лаков, а вместе с другими металлами — в качестве покрытий стекла и фарфора.

Хлорид свинца PbCl₂, белый кристаллический порошок, растворим в горячей воде, растворах других хлоридов и особенно хлорида аммония NH₄Cl. Его применяют для приготовления мазей при обработке опухолей.

Хромат свинца PbCrO₄ известен как хромовый жёлтый краситель, является важным пигментом для приготовления красок, для окраски фарфора и тканей. В промышленности хромат применяют в основном в производстве желтых пигментов.

Нитрат свинца Pb(NO₃)₂ — белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде. Это вяжущее ограниченного применения. В промышленности его используют в спичечном производстве, крашении и набивке текстиля, окраске рогов и гравировке.

Сульфат свинца PbSO₄, нерастворимый в воде белый порошок, применяют как пигмент в аккумуляторах, литографии, в технологии набивных тканей.

Сульфид свинца PbS, чёрный нерастворимый в воде порошок, используют при обжиге глиняной посуды и для обнаружения ионов свинца.

Поскольку свинец хорошо поглощает γ-излучение, он используется для радиационной защиты в рентгеновских установках и в ядерных реакторах. Кроме того, свинец рассматривается в качестве теплоносителя в проектах перспективных ядерных реакторов на быстрых нейтронах.

Значительное применение находят сплавы свинца. Пьютер (сплав олова со свинцом), содержащий 85-90 % Sn и 15-10 % Pb, формуется, недорог и используется в производстве домашней утвари. Припой, содержащий 67 % Pb и 33 % Sn, применяют в электротехнике. Сплавы свинца с сурьмой используют в производстве пуль и типографского шрифта, а сплавы свинца, сурьмы и олова — для фигурного литья и подшипников. Сплавы свинца с сурьмой обычно применяют для оболочек кабелей и пластин электрических аккумуляторов. Соединения свинца используются в производстве красителей, красок, инсектицидов, стеклянных изделий и как добавки к бензину в виде тетраэтилсвинца (C₂H₅)₄Pb (умеренно летучая жидкость, пары к-рой в малых концентрациях имеют сладковатый фруктовый запах, в больших-неприятный запах; Т_пл = 130 °C, Т_кип = 80°С/13 мм рт.ст.; плотн. 1,650 г/см³; n_D^2v = 1,5198; не раств. в воде, смешивается с орг. растворителями; высокотоксичен, легко проникает через кожу; ПДК = 0,005 мг/м³; ЛД₅₀ = 12,7 мг/кг (крысы, перорально)) для повышения октанового числа.

В медицине

В геологии

Измерение содержания изотопов свинца используется для определения возраста минералов и горных пород в абсолютной геохронологии. Обобщённая сводка геохронологических методов приведена в работе^[10]. Уран-торий-свинцовый метод датирования основан на уравнениях (1) распада изотопов урана и тория (см. подраздел Изотопный состав). Достаточно широко применяется комбинация этих уравнений; так, для урана:

$frac{^{206}Pb}{^{207}Pb} = frac{^{238}U( e^{{lambda_{8}}t}-1)}{^{235}U( e^{{lambda_{5}}t}-1)}.$

Следует отметить, что современное изотопное отношение $frac{^{238}U}{^{235}U} = const = 137{,}88$ ^[8] в большинстве природных объектов на Земле одинаково и практически не зависит от вида и интенсивности протекания природных геологических процессов (единственным исключением является природный ядерный реактор в Окло, Габон, Африка).

Экономические показатели

Цены на свинец в слитках (марка С1) в 2006 году составили в среднем 1,3—1,5 долл/кг.

Страны, крупнейшие потребители свинца в 2004 году, в тыс. тонн (по данным ILZSG):

Китай	1770
ЕС	1553
США	1273
Корея	286

Физиологическое действие

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.

Ссылки

Свинец на Webelements
Свинец в Популярной библиотеке химических элементов
Химия на сайте РХТУ
Свойства свинца

Литература

↑ ¹ ² Редкол.:Зефиров Н. С. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т.. — Москва: Советская энциклопедия, 1995. — Т. 4. — С. 300. — 639 с. — 20 000 экз. — ISBN 5—85270—039—8
↑ Свид—Свис // Падручны расійска-крыўскі (беларускі) слоўнік / Укладальнік: Вацлаў Ластоўскі. — Коўна: Міністэрства Беларускіх Спраў у Літве, 1924.
↑ Волава // Беларуска-расійскі слоўнік / Укладальнікі: М. Байкоў, С. Некрашэвіч. — Менск: Дзяржаўнае выдавецтва Беларусі, 1925. Факсімільнае выданьне: Менск: Народная асвета, 1993. ISBN 5-341-00918-5.
↑ Химия. Справочник Дидин, Аликберова
↑ ¹ ² ³ Войткевич Г. В., Мирошников А. Е., Поваренных А. С., Прохоров В. Г. Краткий справочник по геохимии. — М.: Недра, 1970.
↑ Макаров В. П. Некоторые методологические проблемы геохронологии. Мат-лы XI научного семинара «Система планета Земля». М.: РОО «Гармония строения Земли и планет». 2003, С.71- 95.
↑ Свинец [1]
↑ ¹ ² Известия АН СССР, сер. Геологическая, 1978, № 11, с. 148.
↑ Титаева Н. А. Ядерная геохимия. М.: Изд-во МГУ, 2000.
↑ ¹ ² Шуколюков Ю. А. и др. Графические методы изотопной геологии. М.: Наука, 1976.
↑ Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report). Pure Appl. Chem. Vol. 75, No. 6, pp. 683-800, (2003).

Источник

Свинец – это химический элемент с атомным номером 82 и символом Pb (от латинского plumbum – слиток). Это тяжелый металл с плотностью, превышающей плотность большинства обычных материалов; свинец мягкий, податливый и плавится при относительно низких температурах. Свежесрубленный свинец имеет голубовато-белый оттенок; он притупляется до тускло-серого при воздействии воздуха. Свинец имеет второй по величине атомный номер классически устойчивых элементов и стоит в конце трех основных цепочек распада более тяжелых элементов. Свинец является относительно нереактивным постпереходным элементом. Его слабый металлический характер иллюстрируется его амфотерной природой (оксиды свинца и свинец реагируют как с кислотами, так и с основаниями) и склонностью к образованию ковалентных связей. Соединения свинца обычно находятся в состоянии окисления +2, а не +4, как правило, с более легкими членами углеродной группы. Исключения, в основном, ограничены органическими соединениями. Как и более легкие члены этой группы, свинец проявляет тенденцию связываться сам с собой; он может образовывать цепи, кольца и многогранные структуры. Свинец легко извлекается из свинцовых руд и был известен уже доисторическим людям в Западной Азии. Основная руда свинца, галена, часто содержит в себе серебро, и интерес к серебру способствовал широкомасштабной экстракции свинца и его использованию в Древнем Риме. Производство свинца сократилось после падения Римской империи и не доходило до тех же уровней вплоть до промышленной революции. В настоящее время, мировое производство свинца составляет около десяти миллионов тонн в год; вторичная добыча от переработки составляет более половины от этого количества. Свинец обладает несколькими свойствами, которые делают его полезным: высокая плотность, низкая температура плавления, пластичность и относительная инертность к окислению. В сочетании с относительным изобилием и низкой стоимостью, эти факторы привели к широкому использованию свинца в строительстве, сантехнике, производстве батарей, пуль, весов, припоев, сплавов олова со свинцом, плавких сплавов и радиационной защите. В конце 19-го века, свинец был признан высокотоксичным, и с тех пор его применение было постепенно сокращено. Свинец является нейротоксином, который накапливается в мягких тканях и костях, повреждая нервную систему и вызывая нарушения головного мозга, а у млекопитающих – расстройства крови.

Физические свойства

Атомные свойства

Атом свинца имеет 82 электрона, расположенных в электронной конфигурации [Xe] 4f145d106s26p2. Объединенная первая и вторая энергии ионизации – полная энергия, необходимая для удаления двух 6p электронов – близка к энергии олова, верхнего соседа свинца в углеродной группе. Это необычно; энергии ионизации обычно идут вниз по группе, так как внешние электроны элемента становятся более отдаленными от ядра и более экранированы меньшими орбиталями. Сходство энергий ионизации обусловлено сокращением лантанидов – уменьшением радиусов элементов из лантана (атомный номер 57) до лютеция (71) и относительно малыми радиусами элементов после гафния (72). Это связано с плохим экранированием ядра электронами лантанида. Объединенные первые четыре энергии ионизации свинца превышают объёмы олова ¹⁾, вопреки предсказаниям периодических тенденций. Релятивистские эффекты, которые становятся значительными в более тяжелых атомах, способствуют такому поведению. Одним из таких эффектов является эффект инертной пары: электроны 6s свинца неохотно участвуют в связывании, делая расстояние между ближайшими атомами в кристаллическом свинце необычайно длинными ²⁾.
Более легкие углеродные группы свинца образуют стабильные или метастабильные аллотропы с тетраэдрически координированной и ковалентно связанной алмазной кубической структурой. Энергетические уровни их внешних s- и p-орбиталей достаточно близки, чтобы позволить смешивать их с четырьмя гибридными sp3-орбиталями. В свинце, эффект инертных пар увеличивает расстояние между его s- и p-орбиталями, и разрыв не может быть преодолен энергией, которая будет высвобождаться дополнительными связями после гибридизации. В отличие от алмазной кубической структуры, свинец образует металлические связи, в которых только p-электроны делокализуются и разделяются между ионами Pb2 +. Следовательно, свинец имеет гранецентрированную кубическую структуру, такую как двухвалентные металлы одинакового размера, кальций и стронций. ³⁾

Большие объемы

Чистый свинец имеет яркий серебристый цвет с оттенком синего. Он тускнеет при контакте с влажным воздухом, и его оттенок зависит от преобладающих условий. Характерные свойства свинца включают высокую плотность, пластичность и высокую устойчивость к коррозии (из-за пассивации). ⁴⁾
Плотная кубическая структура и высокий атомный вес свинца приводит к плотности 11,34 г / см3, что больше, чем у обычных металлов, таких как железо (7,87 г / см3), медь (8,93 г / см3) и цинк (7,14 г / см3).
Некоторые более редкие металлы имеют большую плотность: вольфрам и золото – 19,3 г / см3, а осмий – самый плотный металл – имеет плотность 22,59 г / см3, что почти в два раза больше, чем у свинца ⁵⁾.
Свинец – очень мягкий металл с твердостью по Моосу 1,5; его можно поцарапать ногтем. Он довольно ковкий и в некотором смысле пластичный. Объемный модуль свинца – мера его легкости сжимаемости – составляет 45,8 ГПа. Для сравнения, объемный модуль алюминия составляет 75,2 ГПа; меди – 137,8 ГПа; а мягкой стали – 160-169 ГПа. Прочность на растяжение при 12-17 МПа низка (у алюминия в 6 раз выше, у меди – в 10 раз, а у мягкой стали – в 15 раз); её можно усилить добавлением небольшого количества меди или сурьмы.
Точка плавления свинца – 327,5 ° C (621,5 ° F) ⁶⁾ – является низкой по сравнению с большинством металлов. Его температура кипения составляет 1749 °C (3180 °F) и является самой низкой среди элементов углеродной группы. Электросопротивление свинца при 20 °С составляет 192 нанометра, что почти на порядок выше, чем у других промышленных металлов (медь при 15,43 nΩ·m, золото 20,51 nΩ·m и алюминий при 24,15 nΩ·m). Свинец представляет собой сверхпроводник при температурах ниже 7,19 К, это самая высокая критическая температура всех сверхпроводников I типа. Свинец является третьим по величине элементным сверхпроводником.

Изотопы свинца

Естественный свинец состоит из четырех устойчивых изотопов с массовым числом 204, 206, 207 и 208, и следов пяти короткоживущих радиоизотопов ⁷⁾. Большое количество изотопов согласуется с тем, что число атомов свинца является четным. Свинец имеет магическое число протонов (82), для которых модель ядерной оболочки точно предсказывает особенно стабильное ядро. Свинец-208 имеет 126 нейтронов, другое магическое число, которое может объяснить, почему свинец-208 необычайно устойчив. Учитывая его высокий атомный номер, свинец является самым тяжелым элементом, естественные изотопы которого считаются стабильными. Это звание ранее принадлежало висмуту, имеющему атомный номер 83, до тех пор, пока в 2003 году не было обнаружено, что его единственный изначальный изотоп, висмут-209, очень медленно распадается. Четыре стабильных изотопа свинца теоретически могли пройти альфа-распад на изотопы ртути с высвобождением энергии, но это нигде не наблюдалось, их предсказанные периоды полураспада варьируются от 1035 до 10189 лет. Три стабильных изотопа встречаются в трех из четырех основных цепей распада: свинец-206, свинец-207 и свинец-208 являются конечными продуктами распада урана-238, урана-235 и тория-232 соответственно; эти цепочки распада называются сериями урана, сериями актиния и сериями тория. Их изотопная концентрация в образце природной породы очень зависит от наличия этих трех родительских изотопов урана и тория. Например, относительное обилие свинца-208 может варьироваться от 52% в нормальных образцах до 90% в ториевых рудах, поэтому стандартная атомная масса свинца дается только в одном знаке после запятой . С течением времени, отношение свинца-206 и свинца-207 к свинцу-204 увеличивается, поскольку первые два дополняются радиоактивным распадом более тяжелых элементов, в то время как последний не дополняется; это позволяет осуществлять связи свинец-свинец. Поскольку уран распадается на свинец, их относительные количества меняются; это основа для создания урана-свинца. Помимо стабильных изотопов, составляющих почти весь свинец, который существует естественным образом, имеются следовые количества нескольких радиоактивных изотопов. Один из них – свинец-210; хотя его период полураспада составляет всего 22,3 года, в природе присутствуют лишь небольшие количества этого изотопа, потому что свинец-210 вырабатывается длинным циклом распада, который начинается с урана-238 (который присутствует на Земле миллиарды лет). В цепях распада урана-235, тория-232 и урана-238 присутствуют свинец-211, -212 и -214, поэтому естественным образом обнаруживаются следы всех этих трех изотопов свинца. Небольшие следы свинца-209 возникают из-за очень редкого кластерного распада радия-223, одного из дочерних продуктов природного урана-235. Свинец-210 особенно полезен для того, чтобы помочь идентифицировать возраст образцов путем измерения его отношения к свинцу-206 (оба изотопа присутствуют в одной цепи распада). Всего было синтезировано 43 изотопа свинца, с массовыми номерами 178-220. Свинец-205 является наиболее стабильным с периодом полураспада около 1,5 × 107 лет. [I] Вторым по стабильности является свинец-202, период полураспада которого составляет около 53000 лет, дольше, чем у любого естественного следового радиоизотопа. Оба являются вымершими радионуклидами, которые были произведены в звездах вместе со стабильными изотопами свинца, но давно уже распались.

Химия

Большой объем свинца, подвергнутый воздействию влажного воздуха, образует защитный слой различного состава. Сульфит или хлорид также могут присутствовать в городских или морских условиях. Этот слой делает большой объем свинца эффективно химически инертным в воздухе. Мелкопорошковый свинец, как и многие металлы, является пирофорным и горит голубовато-белым пламенем ⁹⁾.
Фтор вступает в реакцию со свинцом при комнатной температуре, образуя фторид свинца (II). Реакция с хлором аналогична, но требует нагревания, так как полученный хлоридный слой уменьшает реакционную способность элементов. Расплавленный свинец реагирует с халькогенами с образованием халькогенидов свинца (II).
Металл свинца не подвергается воздействию разбавленной серной кислоты, а растворяется в концентрированной форме. Он медленно реагирует с соляной кислотой и энергично – с азотной кислотой с образованием оксидов азота и нитрата свинца (II) ¹⁰⁾. Органические кислоты, такие как уксусная кислота, растворяют свинец в присутствии кислорода. Концентрированные щелочи растворяют свинец и формируют плюмбиты.

Неорганические соединения

Свинец имеет два основных состояния окисления: +4 и +2. Четырехвалентное состояние является общим для углеродной группы. Двухвалентное состояние редко встречается для углерода и кремния, незначительно для германия, важно (но не преобладающее) для олова, и более важно для свинца. ¹¹⁾ Это объясняется релятивистскими эффектами, в частности, эффектом инертных пар, который проявляется, когда наблюдается большая разница в электроотрицательности между свинцовыми и оксидными, галогенидными или нитридными анионами, что приводит к значительным частичным положительным зарядам свинца. В результате наблюдается более сильное сжатие 6s-орбитали свинца, чем 6p-орбитали, что делает свинец весьма инертным в ионных соединениях. Это менее применимо к соединениям, в которых свинец образует ковалентные связи с элементами аналогичной электроотрицательности, такими как углерод в органолептических соединениях. В таких соединениях, 6s и 6p-орбитали имеют одинаковый размер, и sp3-гибридизация все еще энергетически выгодна. Свинец, как и углерод, преимущественно четырехвалентный в таких соединениях.
Относительно большая разница в электроотрицательности свинца (II) при 1,87 и свинца (IV) составляет 2,33. Эта разница подчеркивает обратную тенденцию повышения устойчивости состояния окисления +4 с понижением концентрации углерода; олово, для сравнения, имеет значения 1,80 в состоянии окисления +2 и 1,96 в состоянии +4.

Свинец (II)

Соединения свинца (II) характерны для неорганической химии свинца. Даже сильные окислители, такие как фтор и хлор, реагируют со свинцом при комнатной температуре, образуя только PbF2 и PbCl2 ¹²⁾. Большинство из них менее ионны, чем соединения других металлов, и поэтому они в значительной степени нерастворимы. Ионы свинца (II) обычно бесцветны в растворе и частично гидролизуются с образованием Pb (OH)+ и, наконец, Pb4 (OH) 4 (в котором гидроксильные ионы действуют как мостиковые лиганды). В отличие от ионов олова (II), они не являются восстанавливающими агентами. Методы идентификации присутствия иона Pb2+ в воде обычно полагаются на осаждение хлорида свинца (II) с использованием разбавленной соляной кислоты. Поскольку хлоридная соль немного растворима в воде, затем предпринимается попытка осаждения сульфида свинца (II) путем барботирования сероводорода через раствор.
Моноксид свинца существует в двух полиморфах: красный α-PbO и желтый β-PbO, последний стабилен только при температуре выше 488 °C. Это наиболее часто используемое соединение свинца. Гидроокись свинца (II) может существовать только в растворе; известно, что она образует плюмбитные анионы. Свинец обычно реагирует с более тяжелыми халькогенами. Сульфид свинца представляет собой полупроводник, фотопроводник и чрезвычайно чувствительный детектор инфракрасного излучения. Другие два халькогенида, селенид свинца и теллурид свинца, также являются фотопроводниками. Они необычны тем, что их цвет становится тем светлее, чем ниже группа.
Дигалиды свинца хорошо описаны; они включают диастатид ¹³⁾ и смешанные галогениды, такие как PbFCl. Относительная нерастворимость последних является полезной основой для гравиметрического определения фтора. Дифторид был первым твердым ионопроводящим соединением, которое было обнаружено (в 1834 году Майклом Фарадеем). Другие дигалогениды разлагаются при воздействии ультрафиолетового или видимого света, особенно дийодид. Известно много псевдогалогенидов свинца. Свинец (II) образует большое количество галогенидных координационных комплексов, таких как [PbCl4] 2-, [PbCl6] 4- и анион [Pb2Cl9] n5n-цепи.
Сульфат свинца (II) нерастворим в воде, как и сульфаты других тяжелых двухвалентных катионов. Нитрат свинца (II) и ацетат свинца (II) являются очень растворимыми, и это используется при синтезе других соединений свинца ¹⁴⁾.

Свинец (IV)

Известно несколько неорганических соединений свинца (IV), и они обычно являются сильными окислителями или существуют только в сильнокислотных растворах ¹⁵⁾. Оксид свинца (II) дает смешанный оксид при дальнейшем окислении, Pb3O4. Он описывается как оксид свинца (II, IV) или структурно 2PbO·PbO2 и является наиболее известным смешанным валентным соединением свинца. Двуокись свинца является сильным окислителем, способным окислять хлористоводородную кислоту до газообразного хлора. Это связано с тем, что ожидаемый PbCl4, который будет производиться, нестабилен и спонтанно разлагается до PbCl2 и Cl2. Аналогично монооксиду свинца, диоксид свинца способен образовывать вспененные анионы. Дисульфид свинца и диселенид свинца устойчивы при высоких давлениях. Тетрафторид свинца, желтый кристаллический порошок, стабилен, но в меньшей степени, чем дифторид. Тетрахлорид свинца (желтое масло) разлагается при комнатной температуре, тетрабромид свинца еще менее стабилен, а существование тетрайодида свинца оспаривается.

Другие состояния окисления

Некоторые соединения свинца существуют в формальных состояниях окисления, отличных от +4 или +2. Свинец (III) может быть получен в качестве промежуточного соединения между свинцом (II) и свинцом (IV) в более крупных органолептических комплексах; это состояние окисления нестабильно, так как и ион свинца (III), и более крупные комплексы, содержащие его, являются радикалами. ¹⁶⁾ То же самое относится и к свинцу (I), который можно найти в таких видах. Известны многочисленные смешанные оксиды свинца (II, IV). Когда PbO2 нагревается на воздухе, он становится Pb12O19 при 293 °C, Pb12O17 при 351 °C, Pb3O4 при 374 °C и, наконец, PbO при 605 °C. Еще один полуторный оксид Pb2O3 может быть получен при высоком давлении наряду с несколькими нестехиометрическими фазами. Многие из них показывают дефектные структуры флюорита, в которых некоторые атомы кислорода заменяются пустотами: PbO можно рассматривать как имеющий такую структуру, причем каждый альтернативный слой атомов кислорода отсутствует. Отрицательные состояния окисления могут возникать как фазы Цинтля, как либо в случае Ba2Pb, причем свинец формально представляет собой свинец (-IV), или как в случае чувствительных к кислороду кольцеобразных или полиэдрических кластерных ионов, таких как тригональный бипирамидный ион Pb52-i, где два свинцовых атома – свинец (- I), а три – свинец (0). В таких анионах, каждый атом находится на полиэдральной вершине и вносит два электрона в каждую ковалентную связь по краю от их sp3-гибридных орбиталей, а остальные два являются внешней одиночной парой. Они могут быть сформированы в жидком аммиаке путем восстановления свинца натрием.

Свинецорганическое соединение

Свинец может образовывать многосвязные цепи, и это свойство он разделяет с более легким своим гомологом, углеродом. Его способность к этому намного меньше, потому что энергия связи Pb-Pb в три с половиной раза ниже, чем у C-C-связи. Сам с собой, свинец может строить металло-металлические связи до третьего порядка. ¹⁷⁾ С углеродом, свинец формирует свинецорганические соединения, сходные с, но обычно менее стабильные, чем типичные органические соединения (из-за слабости связи Pb-C). Это делает металлоорганическую химию свинца гораздо менее широкой, чем у олова. Свинец преимущественно образует органические соединения (IV), даже если это образование начинается с неорганических реагентов свинца (II); известно очень мало соединений органолата (II). Наиболее хорошо охарактеризованными исключениями являются Pb [CH (SiMe3)2]2 и Pb (η5-C5H5)2. ¹⁸⁾ Свинцовый аналог простейшего органического соединения, метан, является плюмбаном. Плюмбан может быть получен в реакции между металлическим свинцом и атомарным водородом. Два простых производных, тетраметиладин и тетраэтилэлид, являются наиболее известными свинецорганическими соединениями. Эти соединения являются относительно стабильными: тетраэтилэлид начинает разлагаться только при 100 °С или при воздействии солнечного света или ультрафиолетового излучения. (Тетрафенилсвинец еще более термически устойчив, разлагаясь при 270 °C). С натрием-металлом, свинец легко образует эквимолярный сплав, который реагирует с алкилгалогенидами с образованием металлоорганических соединений, таких как тетраэтилэлид. Окислительная природа многих органоорганических соединений также используется: тетраацетат свинца является важным лабораторным реагентом для окисления в органической химии, а тетраэтилэлид производился в больших количествах, чем любое другое металлоорганическое соединение ¹⁹⁾. Другие органические соединения менее химически стабильны. Для многих органических соединений не существует свинцового аналога.

Происхождение и распространенность

В космосе

Распространенность свинца на частицу в Солнечной системе составляет 0,121 чнм (частей на миллиард). ²⁰⁾ Эта цифра в два с половиной раза выше, чем у платины, в восемь раз выше, чем у ртути, и в 17 раз выше, чем у золота. Количество свинца во Вселенной медленно увеличивается, поскольку самые тяжелые атомы (все из которых нестабильны) постепенно распадаются на свинец. Обилие свинца в Солнечной системе с момента её образования 4,5 миллиарда лет назад увеличилось примерно на 0,75%. Таблица численности изотопов солнечной системы показывает, что свинец, несмотря на его относительно высокий атомный номер, более распространен, чем большинство других элементов с атомными числами больше 40. Изначальный свинец, который содержит изотопы свинца-204, свинца-206, свинца-207 и свинца-208-, в основном, были созданы в результате повторяющихся процессов захвата нейтронов, происходящих в звездах. Двумя основными режимами захвата являются s- и r-процессы. В s-процессе (s означает «медленный»), захваты разделяются годами или десятилетиями, позволяя менее стабильным ядрам проходить бета-распад. Устойчивое ядро таллия-203 может захватить нейтрон и стать таллием-204; это вещество подвергается бета-распаду, давая стабильный свинец-204; при захвате другого нейтрона, он становится свинцом-205, период полураспада которого составляет около 15 миллионов лет. Дальнейшие захваты приводят к образованию свинца-206, свинца-207 и свинца-208. При захвате другого нейтрона, свинец-208 становится свинцом-209, который быстро распадается на висмут-209. При захвате другого нейтрона, висмут-209 становится висмутом-210, бета которого распадается на полоний-210, а альфа распадается на свинец-206. Цикл, следовательно, заканчивается у свинца-206, свинца-207, свинца-208 и висмута-209. ²¹⁾
В r-процессе (r означает «быстрый»), захваты бывают быстрее, чем ядра могут распадаться. Это происходит в средах с высокой плотностью нейтронов, таких как сверхновая или слияние двух нейтронных звезд. Поток нейтронов может быть порядка 1022 нейтронов на квадратный сантиметр в секунду. R-процесс не формирует столько же свинца, сколько s-процесс. Он имеет тенденцию останавливаться, как только нейтрон-богатые ядра достигают 126 нейтронов. В этот момент, нейтроны располагаются в полных оболочках в атомном ядре, и становится сложнее энергетически вместить большее их количество. Когда поток нейтронов спадает, их бета-ядра распадаются на стабильные изотопы осмия, иридия и платины.

На Земле

Свинец классифицируется как халькофил по классификации Гольдшмидта, что означает, что он обычно встречается в сочетании с серой. Он редко встречается в своей естественной металлической форме. ²²⁾ Многие минералы свинца относительно легки и, в течение истории Земли, остались в коре, а не погружались глубже в недра Земли. Это объясняет относительно высокий уровень содержания свинца в коре, 14 чнм; это 38-й наиболее распространенный элемент в коре. Основным свинцовым минералом является галенит (PbS), который, в основном, содержится в цинковых рудах. Большинство других минералов свинца в какой-то мере связаны с галенитом; буланжерит, Pb5Sb4S11, представляет собой смешанный сульфид, полученный из галенита; англезит, PbSO4, является продуктом окисления галенита; а серусит или белая свинцовая руда, PbCO3, является продуктом разложения галенита. Мышьяк, олово, сурьма, серебро, золото, медь и висмут являются распространенными примесями в свинцовых минералах.
Мировые ресурсы свинца превышают 2 миллиарда тонн. Значительные запасы свинца были обнаружены в Австралии, Китае, Ирландии, Мексике, Перу, Португалии, России и США. Глобальные резервы – ресурсы, которые экономически целесообразно добывать – в 2015 году составили 89 млн. тонн, 35 млн из которых находятся в Австралии, 15,8 млн – в Китае, и 9,2 млн. – в России. ²³⁾ Типичные фоновые концентрации свинца не превышают 0,1 мкг / м3 в атмосфере; 100 мг / кг в почве; и 5 мкг / л в пресной воде и морской воде.

Этимология

Современное английское слово «lead» (свинец) имеет германское происхождение; оно происходит из среднеанглийского и староанглийского языка (со знаком долготы над гласным «е», означающим, что гласный звук этой буквы длинный). Староанглийское слово происходит от гипотетического реконструированного протогерманского *lauda- («lead»). Согласно принятой лингвистической теории, это слово «родило» потомков на нескольких германских языках с точно таким же значением. Происхождение протогерманского *lauda не однозначно в лингвистическом сообществе. Согласно одной из гипотез, это слово является производным от протоиндоевропейского *lAudh- («свинец»). [98] Согласно другой гипотезе, это слово заимствовано из прото-кельтского * ɸloud-io- («свинец»). Это слово связано с латинским plumbum, который давал этому элементу химический символ Pb. Слово *ɸloud-io- также может быть источником протогерманского *bliwa- (что также означает «свинец»), из которого вытекает немецкое Blei. Название химического элемента не связано с глаголом такого же написания, полученного из протогерманского *layijan- («to lead»). ²⁴⁾

История

Предыстория и ранняя история

Металлические свинцовые бусины, относящиеся к 7000-6500 г. до н.э., найденные в Малой Азии, могут представлять собой первый пример плавки металлов. В то время, у свинца было несколько применений (если вообще было) из-за его мягкости и блеклого внешнего вида. Основной причиной распространения производства свинца была его связь с серебром, которое может быть получено путем сжигания галенита (общего свинцового минерала). Древние египтяне первыми использовали свинец в косметике, что распространилось на Древнюю Грецию и за ее пределы. ²⁵⁾ Египтяне, возможно, использовали свинец в качестве грузила в рыболовных сетях, а также при изготовлении глазури, очков, эмали и украшений. Различные цивилизации Плодородного Полумесяца использовали свинец в качестве письменного материала, как валюту и в строительстве. Свинец использовался в древнекитайском королевском дворе в качестве стимулятора, в качестве валюты и в качестве противозачаточного средства. В цивилизации долины Инда и у мезоамериканцев, свинец использовался для изготовления амулетов; восточные и южноафриканские народы использовали свинец при волочении проволоки.

Классическая эпоха

Поскольку серебро широко использовалось в качестве декоративного материала и средства обмена, свинцовые отложения стали обрабатываться в Малой Азии с 3000 г. до н.э.; позже месторождения свинца были разработаны в Эгейском и Лорионском районах. Эти три региона, в совокупности, доминировали в производстве добытого свинца до приблизительно 1200 г. до н.э. С 2000 года до н.э., финикийцы работали на месторождениях на Иберийском полуострове; к 1600 г. до н.э. добыча свинца существовала на Кипре, в Греции и на Сицилии ²⁶⁾.
Территориальная экспансия Рима в Европе и Средиземноморье, а также развитие горной промышленности привели к тому, что эта область стала крупнейшим производителем свинца в классическую эпоху, при этом ежегодный объем производства достиг 80000 тонн. Как и их предшественники, римляне получали свинец, главным образом, как побочный продукт плавки серебра. Ведущими добытчиками были Центральная Европа, Британия, Балканы, Греция, Анатолия и Испания, на долю которых приходится 40% мирового производства свинца.
Свинец использовался для изготовления водопроводных труб в Римской империи; латинское слово, обозначающее этот металл, plumbum, является источником английского слова «plumbing» (сантехника). Легкость в обращении с данным металлом и его устойчивость к коррозии обеспечили его широкое применение в других областях, включая фармацевтические препараты, кровельные материалы, валюту и военное обеспечение. ²⁷⁾ Писатели того времени, такие как Катон-старший, Колумелла и Плиний Старший, рекомендовали свинцовые сосуды для приготовления подсластителей и консервантов, добавленных к вину и пище. Свинец давал приятный вкус из-за образования «сахара свинца» (ацетат свинца (II), тогда как медные или бронзовые сосуды могли придать пище горький вкус из-за образования вердигров.
Этот металл был, безусловно, наиболее распространенным материалом в классической древности, и уместно сослаться на (римскую) Свинцовую Эру. Свинец для римлян находился в столь же широком употреблении, как для нас пластик.
Римский автор Витрувий сообщил об опасностях, которые свинец может представлять для здоровья, и современные авторы предположили, что отравление свинцом сыграло важную роль в упадке Римской империи. [l] Другие исследователи критиковали такие утверждения, указывая, например, что не все боли в животе были вызваны отравлением свинцом. ²⁸⁾ Согласно археологическим исследованиям, римские свинцовые трубы увеличили уровни свинца в водопроводной воде, но такой эффект «вряд ли был бы действительно вредным». Жертв отравления свинцом стали называть «сатурнинами», в честь страшного отца богов Сатурна. По ассоциации с этим, свинец считался «отцом» всех металлов. Его статус в римском обществе был низким, поскольку он был легко доступенным и дешевым.

Путаница с оловом и сурьмой

В классическую эпоху (и даже до XVII века), олово часто не отличали от свинца: римляне называли свинец plumbum nigrum («черный свинец»), а олово – plumbum candidum («светлый свинец»). Связь свинца и олова можно проследить и в других языках: слово «olovo» на чешском языке означает «свинец», но на русском языке родственное олово означает «олово». Кроме этого, свинец имеет близкое отношение к сурьме: оба элемента обычно встречаются в виде сульфидов (галена и стибнит), часто вместе. Плиний неправильно написал, что стибнит дает при нагревании свинец вместо сурьмы.
В таких странах, как Турция и Индия, первоначально персидское название сурьмы относилось к сульфиду сурьмы или сульфиду свинца, а на некоторых языках, таких как русский, называлось сурьмой. ²⁹⁾

Средние века и Ренессанс

Добыча свинца в Западной Европе сократилась после падения Западной Римской империи, причем Аравийская Иберия была единственным регионом, имеющим значительный выход свинца. Наибольшее производство свинца наблюдалось в Южной и Восточной Азии, особенно в Китае и Индии, где добыча свинца сильно увеличивалась.
В Европе, производство свинца начало возрождаться только в 11 и 12 веках, где свинец снова начал использоваться для кладки кровли и трубопроводов. Начиная с 13-го века, свинец использовался для создания витражей. В европейских и арабских традициях алхимии, свинец (символ Сатурна в европейской традиции) считался нечистым базовым металлом, который путем разделения, очистки и балансировки его составных частей мог быть преобразован в чистое золото. В течение этого периода, свинец все чаще использовался для загрязнения вина. Использование такого вина было запрещено в 1498 году приказом Папы, поскольку оно считалось непригодным для использования в священных обрядах, но его продолжали пить, что приводило к массовым отравлениям вплоть до конца 18-го века. Свинец был ключевым материалом в частях печатного станка, который был изобретен около 1440 года; печатные рабочие обычно вдыхали свинцовую пыль, что вызывало отравления свинцом. ³⁰⁾ Огнестрельное оружие было изобретено примерно в то же время, и свинец, несмотря на то, что был дороже железа, стал основным материалом для изготовления пуль. Он был менее опасен для железных орудийных стволов, имел более высокую плотность (что способствовало лучшему удержанию скорости), а его более низкая точка плавления упрощала производство пуль, поскольку они могли быть изготовлены с использованием древесного огня. Свинец, в виде венецианской керамики, широко использовался в косметических средствах среди западноевропейской аристократии, поскольку отбеленные лица считались признаком скромности [105]. Эта практика позже расширилась до белых париков и карандашей для глаз и исчезла только во время французской революции, в конце 18 века. Подобная мода появилась в Японии в XVIII веке с появлением гейш, практика, которая продолжалась в течение 20-го века. «Белые лица воплощали добродетель японских женщин», при этом в качестве отбеливателя обычно использовался свинец. ³¹⁾

За пределами Европы и Азии

В Новом Свете, свинец стал производиться вскоре после прибытия европейских поселенцев. Самое раннее зарегистрированное производство свинца датируется 1621 годом в английской колонии Вирджиния, спустя четырнадцать лет после её основания. В Австралии, первая шахта, открытая колонистами на континенте, была ведущей шахтой в 1841 году. ³²⁾ В Африке, добыча и плавка свинца были известны в Бенуэ-Тауре и нижнем бассейне Конго, где свинец использовался для торговли с европейцами и в качестве валюты к 17 веку, задолго до борьбы за Африку.

Промышленная революция

Во второй половине 18 века, в Британии, а затем и в континентальной Европе и Соединенных Штатах, произошла индустриальная революция. Это был первый случай, когда темпы производства свинца где-либо в мире превысили темпы производства свинца в Риме [101]. Британия была ведущим производителем свинца, однако, она потеряла этот статус к середине 19-го века с истощением своих шахт и с развитием добычи свинца в Германии, Испании и Соединенных Штатах. ³³⁾ К 1900 году, Соединенные Штаты были лидерами мирового производства свинца, а другие неевропейские страны – Канада, Мексика и Австралия – начали значительное производство свинца; производство за пределами Европы увеличилось. Значительная доля спроса на свинец приходилась на водопровод и краски – свинцовые краски тогда регулярно использовались. В это время больше людей (рабочий класс) контактировали с металлами и увеличивались случаи отравления свинцом. Это привело к исследованию влияния потребления свинца на организм. Свинец оказался более опасным в своей дымовой форме, чем твердый металл. Была обнаружена связь между отравлением свинцом и подагрой; британский врач Альфред Баринг Гаррод отметил, что треть его пациентов с подагрой были водопроводчиками и художниками. Последствия постоянного попадания свинца в организм, включая психические расстройства, также изучались в XIX веке. Первые законы, направленные на снижение случаев отравления свинцом на фабриках, были введены в действие в 1870-х и 1880-х годах в Соединенном Королевстве. ³⁴⁾

Новое время

Дальнейшие свидетельства угрозы, которая связана со свинцом, были обнаружены в конце 19-го и начале 20-го веков. Механизмы вреда были лучше поняты, а также была задокументирована свинцовая слепота. Страны Европы и США приступили к усилиям по сокращению количества свинца, с которым люди вступали в контакт. В 1878 году Соединенное Королевство ввело обязательные обследования на фабриках и назначило первого медицинского инспектора заводов в 1898 году; в результате сообщалось о 25-кратном сокращении случаев отравления свинцом с 1900 по 1944 годы. Последним основным воздействием свинца на человека было добавление тетраэтилового эфира к бензину в качестве антидетонационного вещества, практика, которая появилась в Соединенных Штатах в 1921 году. Она была постепенно прекращена в Соединенных Штатах и Европейском союзе к 2000 году. Большинство европейских стран запретили свинцовую краску, обычно используемую из-за ее непрозрачности и водонепроницаемости ³⁵⁾ для украшения интерьеров к 1930 году. Воздействие было значительным: в последней четверти 20-го века процент людей с избыточным уровнем свинца в крови снизился с более чем трех четвертей населения Соединенных Штатов до немногим более двух процентов. Основным продуктом из свинца к концу 20-го века была свинцово-аккумуляторная батарея, которая не представляла непосредственной угрозы для человека. С 1960 по 1990 годы производство свинца в Западном блоке выросло на треть. Доля мирового производства свинца в Восточном блоке увеличилась втрое с 10% до 30% с 1950 по 1990 годы, когда Советский Союз был крупнейшим в мире производителем свинца в середине 1970-х и 1980-х годов, а Китай начал обширное производство свинца в конце 20-го века. ³⁶⁾ В отличие от европейских коммунистических стран, в середине 20-го века Китай был, в основном, неиндустриализированой страной; в 2004 году Китай превзошел Австралию как крупнейшего производителя свинца. Как и в случае европейской индустриализации, свинец негативно сказался на здоровье в Китае.

Производство

Производство свинца увеличивается во всем мире из-за его использования в свинцово-аккумуляторных батареях. Существуют две основные категории продукции: первичные, из руд; и вторичные, от лома. В 2014 году, из первичной продукции было произведено 4,58 млн. тонн свинца, а из вторичной – 5,64 млн. тонн. В этом году, тройку ведущих производителей добытого свинцового концентрата возглавили Китай, Австралия и Соединенные Штаты. Тройку производителей рафинированного свинца возглавили Китай, США и Южная Корея.
Согласно докладу Международной ассоциации экспертов по металлам, сделанном в 2010 году, общий объем использования свинца, накопленный, выброшенный или рассеянный в окружающую среду на глобальном уровне на душу населения, составляет 8 кг. Значительная часть из этого объема приходится на более развитые страны (20-150 кг на душу населения), а не на менее развитые страны (1-4 кг на душу населения). Производственные процессы для первичного и вторичного свинца аналогичны. Некоторые первичные производственные заводы в настоящее время дополняют свою деятельность листами свинца, и эта тенденция, вероятно, будет увеличиваться в будущем. При адекватных методах производства, вторичный свинец неотличим от первичного свинца. Отходы металлолома от строительной торговли обычно довольно чисты и повторно расплавляются без необходимости плавки, хотя иногда требуется перегонка. Таким образом, производство вторичного свинца является более дешевым с точки зрения энергетических потребностей, чем производство первичного свинца, часто на 50% и более. ³⁷⁾

Основное

Большинство свинцовых руд содержат низкий процент свинца (богатые руды имеют типичное содержание свинца 3-8%), который должен быть сконцентрирован для извлечения. Во время первоначальной обработки, руды обычно подвергаются дроблению, отделению плотных сред, шлифованию, пенной флотации и сушке. Полученный концентрат с содержанием свинца 30-80% по массе (обычно 50-60%) затем превращается в (нечистый) свинцовый металл. Существует два основных способа сделать это: двухступенчатый процесс, включающий обжиг с последующим извлечением из доменной печи, осуществляемый в отдельных сосудах; или прямой процесс, в котором экстракция концентрата происходит в одном сосуде. Последний способ стал более распространенным, хотя первый по-прежнему значителен. ³⁸⁾

Двухстадийный процесс

Во-первых, сульфидный концентрат обжаривается на воздухе для окисления сульфида свинца: 2 PbS + 3 O2 → 2 PbO + 2 SO2 ↑ Первоначальный концентрат не был чистым сульфидом свинца, и обжиг дает оксид свинца и смесь сульфатов и силикатов свинца и других металлов, содержащихся в руде. Этот неочищенный оксид свинца восстанавливается в коксовой печи до (опять же нечистого) металла: ³⁹⁾ 2 PbO + C → Pb + CO2 ↑. Примеси, в основном, представляют собой мышьяк, сурьму, висмут, цинк, медь, серебро и золото. Расплав обрабатывают в реверберационной печи воздухом, паром и серой, которая окисляет примеси, за исключением серебра, золота и висмута. Окисленные загрязняющие вещества плавают в верхней части расплава и снимаются. Металлическое серебро и золото удаляются и извлекаются экономически с помощью процесса Паркса, в который цинк добавляется к свинцу. Цинк растворяет серебро и золото, оба из которых, не смешиваясь в свинце, могут быть разделены и извлечены. Обессеребрянный свинец освобождается висмутом методом Беттертона-Кролла, обрабатывая его металлическим кальцием и магнием. Полученные висмутсодержащие шлаки могут быть сняты. Очень чистый свинец может быть получен путем электролитической обработки плавленого свинца с использованием процесса Беттса. Аноды нечистого свинца и катоды чистого свинца помещают в электролит фторосиликата свинца (PbSiF6). После применения электрического потенциала, нечистый свинец на аноде растворяется и накладываются на катод, оставляя подавляющее большинство примесей в растворе. ⁴⁰⁾

Прямой процесс

В этом процессе, свинцовый слиток и шлак получают непосредственно из свинцовых концентратов. Сульфидный концентрат свинца расплавляется в печи и окисляется, образуя монооксид свинца. Углерод (кокс или угольный газ) добавляется к расплавленному заряду вместе с флюсами. Таким образом, монооксид свинца восстанавливается до металлического свинца в середине шлака, богатого монооксидом свинца. До 80% свинца в высококонцентрированных исходных концентратах можно получить в виде слитков; остальные 20% образуют шлак, богатый монооксидом свинца. Для низкосортного сырья, весь свинец может быть окислен до высокосортного шлака. ⁴¹⁾ Металлический свинец далее получают из высокосортных (25-40%) шлаков с помощью сжигания или впрыскивания с подводным топливом, с помощью вспомогательной электропечи или комбинации обоих методов.

Альтернативы

Продолжаются исследования более чистого и менее энергоемкого процесса добычи свинца; основным его недостатком является то, что либо слишком много свинца теряется в качестве отходов, либо альтернативные методы приводят к высокому содержанию серы в полученном свинцовом металле. Гидрометаллургическая экстракция, в которой аноды нечистого свинца погружены в электролит, и чистый свинец осаждаются на катод, является методом, который может иметь потенциал.

Вторичный метод

Плавление, являющееся неотъемлемой частью первичной продукции, часто пропускается во время вторичного производства. Это происходит только тогда, когда металлический свинец подвергся значительному окислению. Этот процесс аналогичен процессу первичной добычи в доменной печи или роторной печи, причем существенным отличием является большая изменчивость выходов. Процесс выплавки свинца – это более современный метод, который может выступать в качестве продолжения первичной продукции; аккумуляторная паста из отработанных свинцово-аккумуляторных батарей удаляет серу, обрабатывая ее щелочью, и затем обрабатывается в печи с угольным топливом в присутствии кислорода, что приводит к образованию нечистого свинца, причем сурьма является наиболее распространенной примесью. ⁴²⁾ Переработка вторичного свинца аналогична переработке первичного свинца; Некоторые процессы очистки могут быть пропущены в зависимости от переработанного материала и его потенциального загрязнения, причем висмут и серебро чаще всего принимаются в качестве примесей. Из источников свинца для утилизации, свинцово-аккумуляторные батареи являются наиболее важными источниками; свинцовая труба, лист и оболочка кабеля также являются значительными.

Применения

Вопреки распространенному мнению, графит в деревянных карандашах никогда не делался из свинца. Когда карандаш был создан как инструмент для намотки графита, конкретный тип используемого графита был назван plumbago (в буквальном смысле – для свинца или свинцового макета). ⁴³⁾

Элементарная форма

Металл свинца имеет несколько полезных механических свойств, включая высокую плотность, низкую температуру плавления, пластичность и относительную инертность. Многие металлы превосходят свинец в некоторых из этих аспектов, но, как правило, они менее распространены и их труднее извлекать из руд. Токсичность свинца привела к поэтапному отказу от некоторых видов его использования. Свинец использовался для изготовления пуль с момента их изобретения в средние века. Свинец недорог; его низкая температура плавления означает, что стрелковые боеприпасы могут быть отлиты с минимальным использованием технического оборудования; кроме того, свинец плотнее других обычных металлов, что позволяет лучше удерживать скорость. Были высказаны опасения, что свинцовые пули, используемые для охоты, могут нанести вред окружающей среде. Его высокая плотность и устойчивость к коррозии были использованы в ряде связанных применений. Свинец используется в качестве киля на кораблях. Его вес позволяет ему уравновешивать эффект взвода ветра на парусах; будучи настолько плотным, он занимает небольшой объем и минимизирует водостойкость. Свинец используется при подводных погружениях, чтобы противостоять способности дайвера держаться на поверхности. В 1993 году, базу Пизанской башни в Пизе стабилизировали с помощью 600 тонн свинца. Из-за своей коррозионной стойкости, свинец используется как защитная оболочка для подводных кабелей. Свинец используется в архитектуре. Листы свинца используются в качестве кровельных материалов, при облицовке, оплавлении, при изготовлении водосточных желобов и соединений водосточных труб, а также парапетов на крыше. Свинцовые молдинги используются в качестве декоративного материала для фиксации свинцовых листов. Свинец все еще используется при изготовлении статуй и скульптур. ⁴⁴⁾ В прошлом, свинец часто использовался для балансировки колес автомобилей; по экологическим причинам, это использование постепенно прекращается. Свинец добавляется к медным сплавам, таким как латунь и бронза, для улучшения их обрабатываемости и смазочных свойств. Будучи практически нерастворимым в меди, свинец образует твердые глобулы в несовершенствах по всему сплаву, такие как границы зерен. В низких концентрациях, а также в качестве смазки, глобулы препятствуют образованию стружки при работе сплава, тем самым улучшая обрабатываемость. В подшипниках используются медные сплавы с большей концентрацией свинца. Свинец обеспечивает смазку, а медь обеспечивает несущую опору. Благодаря своей высокой плотности, атомному номеру и формуемости, свинец используется в качестве барьера, поглощающего звук, вибрацию и излучение. Свинец не имеет естественных резонансных частот, в результате, лист свинца используется в качестве звукоизоляционного слоя в стенах, полах и потолках звуковых студий. ⁴⁵⁾ Органические трубы часто изготавливаются из свинцового сплава, смешанного с различными количествами олова, чтобы контролировать тон каждой трубы. Свинец – это защитный материал, используемый от излучения в ядерной науке и в рентгеновских камерах: гамма-лучи поглощаются электронами. Атомы свинца плотно упакованы и плотность их электронов велика; большой атомный номер означает, что на атом приходится много электронов. Расплавленный свинец использовался в качестве охлаждающей жидкости для быстрых реакторов со свинцовым охлаждением. Наибольшее использование свинца наблюдалось в начале XXI века в свинцово-аккумуляторных батареях. Реакции в батарее между свинцом, диоксидом свинца и серной кислотой обеспечивают надежный источник напряжения. Свинец в батареях не подвергается непосредственному контакту с людьми, поэтому связан с меньшей угрозой токсичности. Суперконденсаторы, содержащие свинцово-аккумуляторные батареи, были установлены в киловаттах и мегаваттах в Австралии, Японии и США в области частотного регулирования, сглаживания солнечной энергии и для других применений. ⁴⁶⁾ Эти батареи имеют более низкую плотность энергии и эффективность разряда заряда, чем литий-ионные батареи, но значительно дешевле. Свинец используется в высоковольтных силовых кабелях в качестве материала оболочки для предотвращения диффузии воды при теплоизоляции; такое использование уменьшается по мере постепенного прекращения использования свинца. В некоторых странах также сокращается использование свинца в припоях для электроники, чтобы уменьшить количество экологически опасных отходов. Свинец является одним из трех металлов, используемых в тесте Одди для музейных материалов, помогая обнаружить органические кислоты, альдегиды и кислые газы. ⁴⁷⁾

Соединения

Соединения свинца используются в качестве или в составе красящих агентов, окислителей, пластика, свечей, стекла и полупроводников. Красители на основе свинца используются в керамической глазури и стекле, особенно для красных и желтых оттенков. В качестве окислителей в органической химии используют тетраацетат свинца и диоксид свинца. Свинец часто используется в поливинилхлоридных покрытиях электрических шнуров. Его можно использовать для обработки свечных фитилей, чтобы обеспечить более продолжительное, более равномерное сжигание. Из-за токсичности свинца, европейские и североамериканские производители используют такие альтернативы, как цинк. ⁴⁸⁾ Стекло свинца состоит из 12-28% оксида свинца. Он изменяет оптические характеристики стекла и уменьшает передачу ионизирующего излучения. Свинцовые полупроводники, такие как теллурид свинца, селенид свинца и антимонид свинца, используются в фотогальванических элементах и инфракрасных детекторах.

Биологические и экологические эффекты

Биологические эффекты

Свинец не имеет подтвержденной биологической роли. Его распространенность в организме человека, в среднем, составляет 120 мг у взрослого человека – его распространенность превосходит только цинк (2500 мг) и железо (4000 мг) среди тяжелых металлов. Соли свинца очень эффективно поглощаются телом. ⁴⁹⁾ Небольшое количество свинца (1%) будет храниться в костях; остальное будет выводиться с мочой и фекалиями в течение нескольких недель после воздействия. Ребенок будет способен выводить из организма только около трети свинца. Постоянное воздействие свинца может привести к биоаккумуляции свинца.

Токсичность

Свинец – чрезвычайно ядовитый металл (при вдыхании или проглатывании), затрагивающий почти каждый орган и систему в организме человека. При уровне в воздухе 100 мг / м3, он представляет собой немедленную опасность для жизни и здоровья. Свинец быстро всасывается в кровоток. Основной причиной его токсичности является его склонность вмешиваться в правильное функционирование ферментов. Он делает это путем связывания с сульфгидрильными группами, обнаруженными на многих ферментах, или имитирует и вытесняет другие металлы, которые действуют как кофакторы во многих ферментативных реакциях.
Среди основных металлов, с которыми взаимодействует свинец, находятся кальций, железо и цинк. ⁵⁰⁾ Высокие уровни кальция и железа, как правило, обеспечивают некоторую защиту от отравления свинцом; низкие уровни вызывают повышенную восприимчивость.

Эффекты

Свинец может нанести серьезный ущерб мозгу и почкам и, в конечном счете, привести к смерти. Как и кальций, свинец может пересекать гематоэнцефалический барьер. Он разрушает миелиновые оболочки нейронов, уменьшает их количество, препятствует пути нейротрансмиссии и уменьшает рост нейронов.
Симптомы отравления свинцом включают нефропатию, коликовые боли в животе и, возможно, слабость в пальцах, запястьях или лодыжках. Малое кровяное давление увеличивается, особенно у людей среднего и старшего возраста, что может вызывать анемию. У беременных женщин, высокий уровень воздействия свинца может вызывать выкидыш. Было показано, что хроническое воздействие высоких уровней свинца снижает фертильность у мужчин. В развивающемся мозге ребенка, свинец препятствует образованию синапсов в коре головного мозга, нейрохимическому развитию (в том числе нейротрансмиттеров) и организации ионных каналов. Раннее воздействие свинца на детей связано с повышенным риском нарушений сна и чрезмерной дневной сонливости в более позднем детском возрасте. Высокий уровень свинца в крови связан с задержкой полового созревания у девочек. ⁵¹⁾ Увеличение и снижение воздействия переносимого по воздуху свинца от сжигания тетраэтилсвинца в бензине в течение 20-го века связано с историческим ростом и снижением уровня преступности, однако, эта гипотеза не является общепринятой.

Лечение

Лечение отравления свинцом обычно включает введение димеркапрола и сукцимера. Острые случаи могут потребовать использования динатрия кальция эдетата, хелата кальция динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТК). Свинец имеет большее сродство к свинцу, чем кальций, в результате чего хелат свинца образуется путем обмена и выводится с мочой, оставляя безвредный кальций.

Источники воздействия

Воздействие свинца является глобальной проблемой, поскольку добыча и плавка свинца распространены во многих странах мира. Отравление свинцом обычно происходит в результате приема пищи или воды, зараженной свинцом, и реже – в результате случайного попадания в организм загрязненной почвы, пыли или краски на основе свинца. Продукты морской воды могут содержать свинец, если вода подвергается воздействию промышленных вод. Плоды и овощи могут быть заражены высоким содержанием свинца в почвах, в которых они выращивались. Почва может быть загрязнена путем накопления твердых частиц из свинца в трубах, свинцовой краске и остаточных выбросов из этилированного бензина. ⁵²⁾
Использование свинца в водопроводных трубах проблематично в районах с мягкой или кислой водой. Твердая вода образует нерастворимые слои в трубах, тогда как мягкая и кислая вода растворяет свинцовые трубы. Растворенный диоксид углерода в перевозимой воде может привести к образованию растворимого бикарбоната свинца; кислородсодержащая вода может аналогичным образом растворять свинец в виде гидроксида свинца (II). Питьевая вода со временем может вызывать проблемы со здоровьем из-за токсичности растворенного свинца. Чем тверже вода, тем больше она будет содержать бикарбоната и сульфата кальция, и тем больше внутренняя часть труб будет покрыта защитным слоем карбоната свинца или сульфата свинца.
Проглатывание свинцовой краски является основным источником воздействия свинца на детей. По мере того как краска разрушается, она отслаивается, измельчается в пыль, а затем поступает в организм через контакт с руками или загрязненную пищу, воду или спирт. Проглатывание некоторых народных средств может привести к воздействию свинца или его соединений. Вдыхание – это второй важный путь воздействия свинца, в том числе для курящих, и особенно для работников, занятых свинцом. Сигаретный дым содержит, среди других токсичных веществ, радиоактивный свинец-210. [239] Почти весь вдыхаемый свинец всасывается в тело; для приема внутрь, показатель составляет 20-70%, при этом дети поглощают больше свинца, чем взрослые. ⁵³⁾
Кожное воздействие может быть значительным для узкой категории людей, работающих с органическими соединениями свинца. Скорость поглощения свинца в коже ниже для неорганического свинца.

Экология

Добыча, производство, использование и утилизация свинца и его продуктов вызвали значительное загрязнение почв и вод Земли. Атмосферные выбросы свинца находились на пике во время промышленной революции, а бензиновый период свинца был во второй половине двадцатого века. Повышенные концентрации свинца сохраняются в почвах и отложениях в постиндустриальных и городских районах; промышленные выбросы, в том числе, связанные со сжиганием угля, продолжаются во многих частях мира. ⁵⁴⁾
Свинец может накапливаться в почвах, особенно с высоким содержанием органических веществ, где он сохраняется в течение от сотен до тысяч лет. Он может занять место других металлов в растениях и может накапливаться на их поверхностях, тем самым замедляя процесс фотосинтеза и предотвращая их рост или убивая их. Загрязнение почв и растений влияет на микроорганизмы и на животных. Пострадавшие животные имеют уменьшенную способность синтезировать эритроциты, что вызывает анемию. Аналитические методы определения свинца в окружающей среде включают спектрофотометрию, рентгеновскую флуоресценцию, атомную спектроскопию и электрохимические методы. Конкретный ион-селективный электрод был разработан на основе ионофора S, S'-метиленбиса (N, N-диизобутилдитиокарбамат).

Ограничение и восстановление

К середине 1980-х годов произошел значительный сдвиг в использовании свинца. В Соединенных Штатах, природоохранные правила сокращают или исключают использование свинца в не-аккумуляторных продуктах, включая бензин, краски, припои и системы водоснабжения. Устройства для контроля твердых частиц могут использоваться на угольных электростанциях для сбора выбросов свинца. Использование свинца еще более ограничено Директивой Европейского союза об ограничении использования опасных веществ. ⁵⁵⁾ Использование свинцовых пуль для охоты и спортивной стрельбы было запрещено в Нидерландах в 1993 году, что привело к значительному сокращению выбросов свинца с 230 тонн в 1990 году до 47,5 тонн в 1995 году. В Соединенных Штатах Америки, Администрация профессиональной безопасности и здоровья установила допустимый предел воздействия свинца на рабочем месте на уровне 0,05 мг / м3 в течение 8-часового рабочего дня; это относится к металлическому свинцу, неорганическим свинцовым соединениям и свинцовым мылам. Национальный институт безопасности и гигиены труда США рекомендует, чтобы концентрации свинца в крови находились ниже 0,06 мг на 100 г крови. Свинец может все еще встречаться во вредных количествах в керамике, виниле (используемом для прокладки труб и изоляции электрических шнуров) и китайской латуни. В старых домах, все еще может содержаться свинцовая краска. Белая свинцовая краска была выведена из продажи в промышленно развитых странах, но желтый хромат свинца все ещё остается в употреблении. Удаление старой краски путем шлифования дает пыль, которую человек может вдыхать. ⁵⁶⁾ Некоторые ведомства уполномочены осуществлять программы по борьбе со свинцовым загрязнением зданий, в которых живут маленькие дети. Отходы свинца, в зависимости от юрисдикции и характера отходов, могут рассматриваться как бытовые отходы (в целях содействия мероприятиям по борьбе со свинцовым загрязнением), или как потенциально опасные отходы, требующие специальной обработки или хранения. Были проведены исследования по удалению свинца из биосистем биологическими способами. Рыбные кости изучаются относительно их способности к биовосстановлению свинца в загрязненной почве. Гриб Aspergillus versicolor эффективен при удалении ионов свинца. ⁵⁷⁾ Было исследовано несколько бактерий относительно их способности удалять свинец из окружающей среды, включая сульфат-восстанавливающие бактерии Desulfovibrio и Desulfotomaculum, обе из которых являются высокоэффективными в водных растворах.

:Tags

Список использованной литературы:

¹⁾
Lide 2004, p. 10-179.Lide, D. R., ed. (2004). CRC Handbook of Chemistry and Physics (84th ed.). CRC Press. ISBN 978-0-8493-0484-2.

²⁾
Pyykko, P. (1988). «Relativistic effects in structural chemistry». Chemical Reviews. 88 (3): 563–94. doi:10.1021/cr00085a006

³⁾
Christensen, N. E. (2002). «Relativistic Solid State Theory». In Schwerdtfeger, P. Relativistic Electronic Structure Theory — Fundamentals. Elsevier. pp. 867–68. ISBN 978-0-08-054046-7.

⁴⁾
Greenwood, N. N.; Earnshaw, A. (1998). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth Heinemann. ISBN 0-7506-3365-4.

⁵⁾
Lide, D. R., ed. (2004). CRC Handbook of Chemistry and Physics (84th ed.). CRC Press. ISBN 978-0-8493-0484-2.

⁶⁾
Koshal, D. (2014). Manufacturing Engineer's Reference Book. Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-08-052395-8.

⁷⁾
«Shell Model of Nucleus». hyperphysics.phy-astr.gsu.edu. Georgia State University. Retrieved 12 April 2017.

Greenwood, N. N.; Earnshaw, A. (1998). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth Heinemann. ISBN 0-7506-3365-4.

⁹⁾
Harbison, R. D.; Bourgeois, M. M.; Johnson, G. T. (2015). Hamilton and Hardy's Industrial Toxicology. John Wiley & Sons. ISBN 978-0-470-92973-5.

¹⁰⁾
Polyanskiy, N. G. (1986). Fillipova, N. A, ed. Аналитическая химия элементов: Свинец [Analytical Chemistry of the Elements: Lead] (in Russian). Nauka.

¹¹⁾
Kaupp, M. (2014). «Chemical bonding of main-group elements». In Frenking, G.; Shaik, S. The Chemical Bond: Chemical Bonding Across the Periodic Table (PDF). John Wiley & Sons. doi:10.1002/9783527664658.ch1

¹²⁾
Greenwood, N. N.; Earnshaw, A. (1998). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth Heinemann. ISBN 0-7506-3365-4.

¹³⁾
Zuckerman, J. J.; Hagen, A. P. (1989). Inorganic Reactions and Methods, the Formation of Bonds to Halogens. John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-18656-4.

¹⁴⁾
Polyanskiy, N. G. (1986). Fillipova, N. A, ed. Аналитическая химия элементов: Свинец [Analytical Chemistry of the Elements: Lead] (in Russian). Nauka.

¹⁵⁾
Macintyre, J. E. (1992). Dictionary of Inorganic Compounds. CRC Press. ISBN 978-0-412-30120-9.

¹⁶⁾
Konu, J.; Chivers, T. (2011). «Stable Radicals of the Heavy p-Block Elements». In Hicks, R. Stable Radicals: Fundamentals and Applied Aspects of Odd-Electron Compounds. John Wiley & Sons. ISBN 978-1-119-95696-9.

¹⁷⁾
Stabenow, F.; Saak, W.; Weidenbruch, M. (2003). «Tris(triphenylplumbyl)plumbate: An anion with three stretched lead–lead bonds». Chemical Communications (18): 2342. doi:10.1039/B305217F

¹⁸⁾
Wiberg, E.; Wiberg, N.; Holleman, A. F. (2001). Inorganic Chemistry. Academic Press. ISBN 978-0-12-352651-9.

¹⁹⁾
Zýka, J. (1966). «Analytical study of the basic properties of lead tetraacetate as oxidizing agent». Pure and Applied Chemistry. 13 (4): 569–81. doi:10.1351/pac196613040569. Retrieved 2 March 2017.

²⁰⁾
Lodders, K. (2003). «Solar System abundances and condensation temperatures of the elements». The Astrophysical Journal. 591 (2): 1220–47. Bibcode:2003ApJ…591.1220L. ISSN 0004-637X. doi:10.1086/375492

²¹⁾
Burbidge, E. M.; Burbidge, G. R.; Fowler, W. A.; et al. (1957). «Synthesis of the Elements in Stars» (PDF). Reviews of Modern Physics. 29 (4): 547–654. Bibcode:1957RvMP…29..547B. doi:10.1103/RevModPhys.29.547

²²⁾
Davidson, A.; Ryman, J.; Sutherland, C. A.; et al. (2014). «Lead». Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. ISBN 978-3-527-30673-2. doi:10.1002/14356007.a15_193.pub3

²³⁾
United States Geological Survey (2016). Lead (PDF) (Report). Retrieved 20 February 2016.

²⁴⁾
Kroonen, G. (2013). Etymological Dictionary of Proto-Germanic. Leiden Indo-European Etymological Dictionary Series. Brill. ISBN 978-90-04-18340-7.

²⁵⁾
«A History of Cosmetics from Ancient Times». Cosmetics Info. Retrieved 18 July 2016.

²⁶⁾
United States Geological Survey (2005). Lead (PDF) (Report). Retrieved 20 February 2016.

²⁷⁾
Retief, F.; Cilliers, L. P. (2006). «Lead poisoning in ancient Rome». Acta Theologica. 26 (2): 147–64 (149–51). doi:10.4314/actat.v26i2.52570

²⁸⁾
Waldron, H. A. (1985). «Lead and lead poisoning in antiquity». Medical History. 29 (1): 107–08. ISSN 0025-7273. PMC 1139494

²⁹⁾
Vasmer, M. (1986–1987) [1950–1958]. Trubachyov, O. N.; Larin, B. O., eds. Этимологический словарь русского языка [Russisches etymologisches Wörterbuch] (in Russian) (2nd ed.). Progress. Retrieved 4 March 2017.

³⁰⁾
Sinha, S. P.; Shelly; Sharma, V.; et al. (1993). «Neurotoxic effects of lead exposure among printing press workers». Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology. 51 (4). doi:10.1007/BF00192162

³¹⁾
Nakashima, T.; Hayashi, H.; Tashiro, H.; et al. (1998). «Gender and hierarchical differences in lead-contaminated Japanese bone from the Edo period». Journal of Occupational Health. 40: 55–60. doi:10.1539/joh.40.55

³²⁾
Gill, T.; Libraries Board of South Australia (1974). The history and topography of Glen Osmond, with map and illustrations. Libraries Board of South Australia.

³³⁾
«Lead mining». The Northern Echo. Retrieved 16 February 2016.

³⁴⁾
Riva, M. A.; Lafranconi, A.; d'Orso, M. I.; et al. (2012). «Lead poisoning: Historical aspects of a paradigmatic «occupational and environmental disease»». Safety and Health at Work. 3 (1): 11–16. PMC 3430923 Freely accessible. PMID 22953225. doi:10.5491/SHAW.2012.3.1.11

³⁵⁾
«Why use lead in paint?». Chemistry World. Royal Society of Chemistry. Retrieved 22 February 2017.

³⁶⁾
Rich, V. (1994). The International Lead Trade. Woodhead Publishing. ISBN 978-0-85709-994-5.

³⁷⁾
Thornton, I.; Rautiu, R.; Brush, S. M. (2001). Lead: The Facts (PDF). International Lead Association. ISBN 978-0-9542496-0-1. Retrieved 5 February 2017.

³⁸⁾
Davidson, A.; Ryman, J.; Sutherland, C. A.; et al. (2014). «Lead». Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. ISBN 978-3-527-30673-2. doi:10.1002/14356007.a15_193.pub3

³⁹⁾
«Primary Extraction of Lead Technical Notes». LDA International. Archived from the original on 22 March 2007. Retrieved 7 April 2007.

⁴⁰⁾
Davidson, A.; Ryman, J.; Sutherland, C. A.; et al. (2014). «Lead». Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. ISBN 978-3-527-30673-2. doi:10.1002/14356007.a15_193.pub3

⁴¹⁾
Street, A.; Alexander, W. (1998). Metals in the Service of Man. Penguin Books. ISBN 978-0-14-025776-2.

⁴²⁾
Evans, J. W. (1908). «V.— The meanings and synonyms of plumbago». Transactions of the Philological Society. 26 (2): 133–79. doi:10.1111/j.1467-968X.1908.tb00513.x

⁴³⁾
Baird, C.; Cann, N. (2012). Environmental Chemistry (5th ed.). W. H. Freeman and Company. ISBN 978-1-4292-7704-4.

⁴⁴⁾
Putnam, B. (2003). The Sculptor's Way: A Guide to Modelling and Sculpture. Dover Publications. ISBN 978-0-486-42313-5.

⁴⁵⁾
Lansdown, R.; Yule, W., eds. (1986). The Lead debate : the environment, toxicology, and child health. Croom Helm. ISBN 978-0-7099-1653-6.

⁴⁶⁾
«State & Federal Energy Storage Technology Advancement Partnership (ESTAP)» (PDF). Clean Energy States Alliance. Retrieved 28 February 2017.

⁴⁷⁾
Szczepanowska, H. M. (2013). Conservation of Cultural Heritage: Key Principles and Approaches. Routledge. ISBN 978-1-136-17211-3.

⁴⁸⁾
Nriagu, J. O. (1983). «Saturnine gout among Roman aristocrats». The New England Journal of Medicine. 308 (11): 660–63. ISSN 0028-4793. PMID 6338384. doi:10.1056/NEJM198303173081123

⁴⁹⁾
Venugopal, B. (2013). Physiologic and Chemical Basis for Metal Toxicity. Springer. ISBN 978-1-4684-2952-7.

⁵⁰⁾
Kosnett, M. J. (2006). «Lead». In Olson, K. R. Poisoning and Drug Overdose (5th ed.). McGraw-Hill Professional. p. 238. ISBN 978-0-07-144333-3.

⁵¹⁾
Schoeters, G.; Den Hond, E.; Dhooge, W.; et al. (2008). «Endocrine disruptors and abnormalities of pubertal development». Basic & Clinical Pharmacology & Toxicology. 102 (2): 168–175. PMID 18226071. doi:10.1111/j.1742-7843.2007.00180.x

⁵²⁾
«Information for the Community Lead Toxicity». Agency for Toxic Substances and Disease Registry (MP4 webcast, 82 MB). Retrieved 11 February 2017.

⁵³⁾
Tarragó, A. (2012). «Case Studies in Environmental Medicine (CSEM) Lead Toxicity» (PDF). Agency for Toxic Substances and Disease Registry.

⁵⁴⁾
United Nations Environment Programme (2010). Final review of scientific information on lead (PDF). Chemicals Branch, Division of Technology, Industry and Economics. Retrieved 31 January 2017.

⁵⁵⁾
Smith, D. R.; Flegal, A. R. (1995). «Lead in the biosphere: Recent trends». AMBIO. 24: 21–23. JSTOR 4314280

⁵⁶⁾
Marino, P. E.; Landrigan, P. J.; Graef, J.; et al. (1990). «A case report of lead paint poisoning during renovation of a Victorian farmhouse». American Journal of Public Health. 80 (10): 1183–85. PMC 1404824 Freely accessible. PMID 2119148. doi:10.2105/AJPH.80.10.1183

⁵⁷⁾
Acton, Q. A., ed. (2013). Issues in Global Environment—Pollution and Waste Management: 2012 Edition. ScholarlyEditions. p. 94. ISBN 978-1-4816-4665-9

Источник

СВИНЕЦ – химический элемент IV группы периодической таблицы. Относительная атомная масса (A_r = 207,2) является усредненной из масс нескольких изотопов: ²⁰⁴Pb (1,4%), ²⁰⁶Pb (24,1%), ²⁰⁷Pb (22,1%) и ²⁰⁸Pb (52,4%). Последние три нуклида – конечные продукты естественных радиоактивных превращений урана, актиния и тория. Известно также более 20 радиоактивных изотопов свинца, из которых наиболее долгоживущие – ²⁰²Pb и ²⁰⁵Pb (с периодами полураспада 300 тысяч и 15 млн. лет). В природе образуются также и короткоживущие изотопы свинца с массовыми числами 209, 210, 212 и 214 с периодами полураспада соответственно 3,25 ч, 27,1 года, 10,64 ч и 26,8 мин. Соотношение различных изотопов в разных образцах свинцовых руд может несколько различаться, что не дает возможности определить для свинца значение A_r с большей точностью.

В земной коре свинца немного – 0,0016% по массе, но этот один из самых тяжелых металлов распространен гораздо больше, чем его ближайшие соседи – золото, ртуть и висмут. Это связано с тем, что разные изотопы свинца являются конечными продуктами распада урана и тория, так что содержание свинца в земной коре медленно увеличивалось в течение миллиардов лет.

Известно много рудных месторождений, богатых свинцом, причем металл легко выделяется из минералов. Всего известно более ста свинцовых минералов. Из них основные – галенит (свинцовый блеск) PbS и продукты его химических превращений – англезит (свинцовый купорос) PbSO₄ и церуссит («белая свинцовая руда») PbCO₃. Реже встречаются пироморфит («зеленая свинцовая руда») PbCl₂·3Pb₃(PO₄)₂, миметит PbCl₂·3Pb₃(AsO₄)₂, крокоит («красная свинцовая руда») PbCrO₄, вульфенит («желтая свинцовая руда») PbMoO₄, штольцит PbWO₄. В свинцовых рудах часто находятся также другие металлы – медь, цинк, кадмий, серебро, золото, висмут и др. В месте залегания свинцовых руд этим элементом обогащена почва (до 1% Pb), растения и воды.

В сильноокислительной щелочной среде степей и пустынь возможно образование диоксида свинца – минерала платтнерита. И исключительно редко встречается самородный металлический свинец. См. также СВИНЦОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ.

История.

Происхождение слова «свинец» неясно. В старину свинец не всегда четко отличали от олова. В большинстве славянских языков (болгарском, сербскохорватском, чешском, польском) свинец и называется оловом. Наш же «свинец» встречается только в языках балтийской группы: svinas (литовский), svin (латышский). У некоторых горе-переводчиков это приводило к забавным недоразумениям, например, к «оловянным аккумуляторам» в автомобилях. Английское название свинца lead и голландское lood, возможно, связаны с нашим «лудить». Латинское же plumbum (тоже неясного происхождения) дало английское слово plumber – водопроводчик (когда-то трубы зачеканивали мягким свинцом. И еще одна путаница, связанная со свинцом. Древние греки называли свинец «молибдос» (название сохранилось и в новогреческом языке). Отсюда – латинское molibdaena: так в средние века называли и свинцовый блеск PbS, и более редкий молибденовый блеск (MoS₂), и другие похожие минералы, оставлявшие черный след на светлой поверхности. Такой же след оставляли графит и сам свинец. Тонкими свинцовыми стержнями можно было писать на пергаменте; недаром по-немецки карандаш – Bleistift, т.е. свинцовый стержень.

Свинец вместе с золотом, серебром, медью, оловом, железом и ртутью входит в семерку металлов, известных с глубокой древности. Эти металлы сопоставлялись с известными тогда планетами (свинцу соответствовал Сатурн). Считается, что впервые люди выплавили свинец из руд 8 тысяч лет назад. Раскопки в Древнем Египте обнаружили изделия из серебра и свинца в захоронениях до династического периода. К этому же времени относятся аналогичные находки, сделанные в Месопотамии. Совместные находки серебряных и свинцовых изделий не удивительны. Еще в доисторические времена внимание людей привлекли красивые тяжелые кристаллы свинцового блеска. Залежи этого минерала находили в горах Армении, в центральных районах Малой Азии. А минерал галенит часто содержит значительные примеси серебра. Если положить куски этого минерала в костер, то сера выгорит и потечет расплавленный свинец (древесный уголь препятствует окислению свинца). Уже за много тысячелетий до новой эры в Месопотамии, Египте из него отливали статуи.

В VI в. до н.э. богатые залежи галенита были обнаружены в Лаврионе – гористой местности недалеко от Афин. Во времена пунических войн (264–146 до н.э.) на территории современной Испании работали многочисленные свинцовые шахты, которые были заложены греками и финикийцами. Позднее они разрабатывались римлянами; римские инженеры использовали свинец для изготовления труб древнего водопровода. Древнегреческий историк Геродот (V в. до н.э.) писал о методе укрепления железных и бронзовых скоб в каменных плитах путем заливки отверстий легкоплавким свинцом. Позднее при раскопках Микен нашли свинцовые скобы в каменных стенах.

При получении свинца античные металлурги сначала прокаливали руду, при этом шли реакции

2PbS + 3O₂ ® 2PbO + 2SO₂ и PbS + 2O₂ ® PbSO₄. Затем температуру повышали, что приводило к выплавке свинца:

PbS + 2PbO ® 3Pb + SO₂; PbS + PbSO₄ ® 2Pb + 2SO₂. Первые плавильные печи, сделанные из глины и камней, были весьма примитивны. Их старались установить на склонах холмов, где дуют ветры, помогающие обжигу. Выплавленный свинец, как правило, содержал серебро – иногда до 0,5% и более. При медленном охлаждении такого расплава сначала кристаллизуется чистый свинец, а жидкость обогащается серебром – примерно до 2%. Для выделения серебра использовали метод купелирования: окисляли расплавленный свинец в пористом глиняном сосуде – купели, а его оксид затем снова восстанавливали до металла. Механизм этого процесса был изучен только в 1833.

Использовали свинец и для очистки золота и серебра методом купелирования. Для этого подлежащий очистке драгоценный металл сплавляли со свинцом. Свинец и другие примеси легко окислялись при высокой температуре; образующиеся оксиды сдувались струей воздуха, а частично впитывались в поры купели, а на дне оставался слиток чистого серебра или золота. Оксид свинца затем снова могли превратить в металл, нагревая его с древесным углем. Археологические находки в Уре и Трое свидетельствуют, что купелирование было известно на северо-западе Малой Азии уже в первой половине III тыс. до н.э. А греческим умельцам из добытого в Лаврионе свинца удавалось извлечь почти все серебро: по современным анализам его оставалось в свинце всего 0,02%! Искусство древних металлургов достойно удивления: ведь у них не было ни возможности контролировать температуру на разных стадиях процесса, ни проводить химических анализов. И все же в отвалах рудников оставалось много неизвлеченного свинца. Еще лучших результатов добились римские металлурги, вдвое снизив остаточное количество серебра. Конечно, их беспокоила не чистота свинца, а полнота извлечения из него драгоценного металла. Более того, как свидетельствует греческий историк Страбон, перерабатывая старые отвалы в Лаврионе, римляне смогли извлечь довольно много и свинца, и серебра, оставив около двух миллионов тонн отработанной руды в отвалах. После этого рудники были заброшены почти на два тысячелетия, но в 1864 отвалы снова начали перерабатывать – теперь уже ради только серебра (его в них оставалось около 0,01%). На современных металлургических предприятиях в свинце оставляют еще в сотни раз меньше серебра.

Древние гончары, размалывая свинцовый блеск с глиной и водой, обливали этой смесью подлежащие обжигу глиняные сосуды. При высокой температуре поверхность сосуда покрывалась легкоплавким свинцовым стеклом. В 1673 английский стекольный мастер Джордж Равенскрофт, добавив в состав стекла оксид свинца, изобрел хрустальное стекло, которое легко плавится, прекрасно поддается обработке и обладает особым блеском, приближающим его к настоящему горному хрусталю. Позднее, сплавив чистый белый песок, поташ и оксид свинца, получили страз (от имени жившего в конце 18 в. ювелира Страсса) – сорт стекла с таким сильным блеском, что оно хорошо имитировало алмаз, а с примесью разных пигментов – другие драгоценные камни.

Тонкими свинцовыми пластинами обшивали деревянные корпуса древних кораблей. Один такой греческий корабль, построенный в III в. до н.э., был найден в 1954 на дне Средиземного моря недалеко от Марселя. Римляне изготовляли также из свинца трубы длиной 3 метра и разного, но строго определенного диаметра (всего было 15 вариантов). Это первый в истории пример стандартизированного промышленного производства. Сначала из свинца отливали пластину, оборачивали ее вокруг деревянного стержня и запаивали шов оловянно-свинцовым припоем (его состав с тех пор практически не изменился). В трубах нередко обнаруживались течи, и их надо было ремонтировать. До сих пор во время раскопок в Италии и в Англии находят такие трубы в очень хорошем состоянии. Римский зодчий и инженер Марк Витрувий Поллион рекомендовал заменить свинцовые трубы керамическими – из обожженной глины. Он обратил внимание на болезненность рабочих, занятых выплавкой свинца и считал, что свинец «лишает кровь ее силы». Однако не все разделяли это мнение. Так, римский государственный деятель, ученый и писатель Плиний, автор знаменитой «Естественной истории», писал о пользе свинцовых препаратов, о том, что свинцовая мазь помогает выводить шрамы, излечивать язвы и глазные болезни.

В средние века крыши церквей и дворцов нередко покрывали свинцовыми пластинами, устойчивыми к атмосферным влияниям. Еще в 669 свинцом покрыли крышу монастырской церкви в Йорке, а в 688 епископ в Нортумберленде приказал обшить свинцовыми пластинами крышу и стены церкви. Знаменитые витражи в соборах собирали с помощью свинцовых рамок с желобками, в которых укрепляли пластинки цветного стекла. Делали из свинца, по примеру римлян, и водопроводные, а также дренажные трубы. Так, в 1532 в Вестминстерском дворце установили свинцовые водосточные трубы квадратного сечения. Все эти изделия в те времена не прокатывали, а отливали в формах, на дно которых насыпали тонко просеянный песок. Со временем на свинцовых изделиях появлялся прочный защитный слой – патина. Некоторые облицованные свинцом средневековые шпили сохранились в течение почти семисот лет. К сожалению, пожар 1561 в Лондоне уничтожил такой шпиль величайшего собора святого Петра.

Когда появилось огнестрельное оружие, большие количества свинца пошли для изготовления пуль и дроби, и свинец начал ассоциироваться также со смертельной опасностью: «Засвищет вокруг меня губительный свинец» (А.Пушкин), «За твой окоп другой боец подставил грудь под злой свинец» (К.Симонов). Сначала дробь отливали в разъемных формах. В 1650 английский принц Руперт изобрел более быстрый и удобный способ. Он обнаружил, что если к свинцу добавить немного мышьяка и лить этот сплав через своего рода большой дуршлаг в бак с водой, то получаются шарики дроби правильной сферической формы. А после того, как в 1436 Иоганн Гутенберг изобрел способ печатать книги с использованием подвижных металлических литер, печатники в течение сотен лет отливали буквы из так называемого типографского сплава на основе свинца (с примесью олова и сурьмы).

Из соединений свинца с древних времен использовали свинцовый сурик Pb₃O₄ и основной карбонат свинца (свинцовые белила) в качестве красной и белой краски. Почти все картины старых мастеров писаны красками, приготовленными на основе свинцовых белил. Оригинальным был старинный способ их получения: горшки с крепким уксусом ставили в навоз, а над ними подвешивали скрученные в спираль тонкие свинцовые пластины. Разлагаясь, навоз давал тепло (оно необходимо для усиленного испарения уксусной кислоты) и углекислый газ. Совместное действие на свинец этих веществ, а также кислорода воздуха и давало белила. Помимо ядовитости, эти белила темнеют со временем, так как реагируют со следами сероводорода, который всегда присутствует в воздухе: 2PbCO₃·Pb(OH)₂ + 3H₂S ® 3PbS + 2CO₂ + 4H₂O. При реставрации таких картин потемневшие участки осторожно обрабатывают раствором Н₂О₂, что переводит черный сульфид в белый сульфат: PbS + 4H₂O₂ ® PbSO₄ + 4H₂O. В настоящее время ядовитые свинцовые белила заменены более дорогими, но безвредными титановыми. Ограниченное применение (например, в качестве пигментов для художественных масляных красок) имеют пигменты, содержащих свинец: свинцовый крон лимонный 2PbCrO₄·PbSO₄, свинцовый крон желтый 13PbCrO₄·PbSO₄, красного цвета свинцово-молибдатный крон 7PbCrO₄·PbSO₄·PbMoO₄.

Свойства свинца.

Свинец обычно имеет грязно-серый цвет, хотя свежий его разрез имеет синеватый отлив и блестит. Однако блестящий металл быстро покрывается тускло-серой защитной пленкой оксида. Плотность свинца (11,34 г/см³) в полтора раза больше, чем у железа, вчетверо больше, чем у алюминия; даже серебро легче свинца. Недаром в русском языке «свинцовый» – синоним тяжелого: «Ненастной ночи мгла по небу стелется одеждою свинцовой»; «И как свинец пошел ко дну» – эти пушкинские строки напоминают, что со свинцом неразрывно связано понятие гнета, тяжести.

Свинец очень легко плавится – при 327,5° С, кипит при 1751° С и заметно летуч уже при 700° С. Этот факт очень важен для работающих на комбинатах по добыче и переработке свинца. Свинец – один из самых мягких металлов. Он легко царапается ногтем и прокатывается в очень тонкие листы. Свинец сплавляется со многими металлами. С ртутью он дает амальгаму, которая при небольшом содержании свинца жидкая.

По химическим свойствам свинец – малоактивный металл: в электрохимическом ряду напряжений он стоит непосредственно перед водородом. Поэтому свинец легко вытесняется другими металлами из растворов его солей. Если опустить в подкисленный раствор ацетата свинца цинковую палочку, свинец выделяется на ней в виде пушистого налета из мелких кристалликов, имеющего старинного название «сатурнова дерева». Если затормозить реакцию, обернув цинк фильтровальной бумагой, вырастают более крупные кристаллы свинца.

Наиболее типична для свинца степень окисления +2; соединения свинца(IV) значительно менее устойчивы. В разбавленных соляной и серной кислотах свинец практически не растворяется, в том числе из-за образования на поверхности нерастворимой пленки хлорида или сульфата. С крепкой серной кислотой (при концентрации более 80%) свинец реагирует с образованием растворимого гидросульфата Pb(HSO₄)₂, а в горячей концентрированной соляной кислоте растворение сопровождается образованием комплексного хлорида H₄PbCl₆. Разбавленной азотной кислотой свинец легко окисляется:

Pb + 4HNO₃ ® Pb(NO₃)₂ + 2NO₂ + H₂O. Разложение нитрата свинца(II) при нагревании – удобный лабораторный метод получения диоксида азота:

2Pb(NO₃)₂ ® 2PbO + 4NO₂ + O₂.

В присутствии кислорода свинец растворяется также в ряде органических кислот. При действии уксусной кислоты образуется легкорастворимый ацетат Pb(CH₂COO)₂ (старинное название – «свинцовый сахар»). Свинец заметно растворим также в муравьиной, лимонной и винной кислотах. Растворимость свинца в органических кислотах могло раньше приводить к отравлениям, если пищу готовили в посуде, луженной или паянной свинцовым припоем. Растворимые соли свинца (нитрат и ацетат) в воде гидролизуются:

Pb(NO₃)₂ + H₂O Pb(OH)NO₃ + HNO₃. Взвесь основного ацетата свинца («свинцовая примочка») имеет ограниченное медицинское применение в качестве наружного вяжущего средства.

Свинец медленно растворяется и в концентрированных щелочах с выделением водорода: Pb + 2NaOH + 2H₂O ® Na₂Pb(OH)₄ + H₂, что указывает на амфотерные свойства соединений свинца. Белый гидроксид свинца(II), легко осаждаемый из растворов его солей, также растворяется как в кислотах, так и в сильных щелочах:

Pb(OH)₂ + 2HNO₃ ® Pb(NO₃)₂ + 2H₂O; Pb(OH)₂ + 2NaOH ® Na₂Pb(OH)₄. При стоянии или нагревании Pb(OH)₂ разлагается с выделением PbO. При сплавлении PbO со щелочью образуется плюмбит состава Na₂PbO₂.

Из щелочного раствора тетрагидроксоплюмбата натрия Na₂Pb(OH)₄тоже можно вытеснить свинец более активным металлом. Если в такой нагретый раствор положить маленькую гранулу алюминия, быстро образуется серый пушистый шарик, который насыщен мелкими пузырьками выделяющегося водорода и потому всплывает. Если алюминий взять в виде проволоки, выделяющийся на ней свинец превращает ее в серую «змею».

При нагревании свинец реагирует с кислородом, серой и галогенами. Так, в реакции с хлором образуется тетрахлорид PbCl₄ – желтая жидкость, дымящая на воздухе из-за гидролиза, а при нагревании разлагающаяся на PbCl₂ и Cl₂. (Галогениды PbBr₄ и PbI₄ не существуют, так как Pb(IV) – сильный окислитель, который окислил бы бромид- и иодид-анионы.) Тонкоизмельченный свинец обладает пирофорными свойствами – вспыхивает на воздухе. При продолжительном нагревании расплавленного свинца он постепенно переходит сначала в желтый оксид PbO (свинцовый глет), а затем (при хорошем доступе воздуха) – в красный сурик Pb₃O₄ или 2PbO·PbO₂. Это соединение можно рассматривать также как свинцовую соль ортосвинцовой кислоты Pb₂[PbO₄]. С помощью сильных окислителей, например, хлорной извести, соединения свинца(II) можно окислить до диоксида:

Pb(CH₃COO)₂ + Ca(ClO)Cl + H₂O ® PbO₂ + CaCl₂ + 2CH₃COOH. Диоксид образуется также при обработке сурика азотной кислотой:

Pb₃O₄ + 4HNO₃ ® PbO₂ + 2Pb(NO₃)₂ + 2H₂O. Если сильно нагревать коричневый диоксид, то при температуре около 300° С он превратится в оранжевый Pb₂O₃ (PbO·PbO₂), при 400°С – в красный Pb₃O₄, а выше 530° С – в желтый PbO (разложение сопровождается выделением кислорода). В смеси с безводным глицерином свинцовый глет медленно, в течение 30–40 минут реагирует с образованием водоупорной и термостойкой твердой замазки, которой можно склеивать металл, стекло и камень.

Диоксид свинца – сильный окислитель. Струя сероводорода, направленная на сухой диоксид, загорается; концентрированная соляная кислота окисляется им до хлора:

PbO₂ + 4HCl ® PbCl₂ + Cl₂ + H₂O, сернистый газ – до сульфата: PbO₂ + SO₂ ® PbSO₄, а соли Mn²⁺ – до перманганат-ионов: 5PbO₂ + 2MnSO₄ + H₂SO₄ ® 5PbSO₄ + 2HMnO₄ + 2H₂O. Диоксид свинца образуется, а затем расходуется при зарядке и последующем разряде самых распространенных кислотных аккумуляторов. Соединения свинца(IV) обладают еще более типичными амфотерными свойствами. Так, нерастворимый гидроксид Pb(OH)₄ бурого цвета легко растворяется в кислотах и щелочах: Pb(OH)₄ + 6HCl ® H₂PbCl₆; Pb(OH)₄ + 2NaOH ® Na₂Pb(OH)₆. Диоксид свинца, реагируя с щелочью, также образует комплексный плюмбат(IV):

PbO₂ + 2NaOH + 2H₂O ® Na₂[Pb(OH)₆]. Если же PbO₂ сплавить с твердой щелочью, образуется плюмбат состава Na₂PbO₃. Из соединений, в которых свинец(IV) входит в состав катиона, наиболее важен тетраацетат. Его можно получить кипячением сурика с безводной уксусной кислотой:

Pb₃O₄ + 8CH₃COOH ® Pb(CH₃COO)₄ + 2Pb(CH₃COO)₂ + 4H₂O. При охлаждении из раствора выделяются бесцветные кристаллы тетраацетата свинца. Другой способ – окисление ацетата свинца(II) хлором: 2Pb(CH₃COO)₂ + Cl₂ ® Pb(CH₃COO)₄ + PbCl₂. Водой тетраацетат мгновенно гидролизуется до PbO₂ и CH₃COOH. Тетраацетат свинца находит применение в органической химии в качестве селективного окислителя. Например, он весьма избирательно окисляет только некоторые гидроксильные группы в молекулах целлюлозы, а 5-фенил-1-пентанол под действием тетраацетата свинца окисляется с одновременной циклизацией и образованием 2-бензилфурана.

Органические производные свинца – бесцветные очень ядовитые жидкости. Один из методов их синтеза – действие алкилгалогенидов на сплав свинца с натрием:

4C₂H₅Cl + 4PbNa ® (C₂H₅)₄Pb + 4NaCl + 3Pb. Действием газообразного HCl можно отщеплять от тетразамещенных свинца один алкильный радикал за другим, заменяя их на хлор. Соединения R₄Pb разлагаются при нагревании с образованием тонкой пленки чистого металла. Такое разложение тетраметилсвинца было использовано для определения времени жизни свободных радикалов. Тетраэтилсвинец – антидетонатор моторного топлива.

Получение свинца.

Количество добываемого свинца непрерывно возрастает. Если в 1800 во всем мире его было получено около 30 000 тонн, то в 1850 – 130 000 т, в 1875 – 320 000 т, в 1900 – 850 000 т, 1950 – почти 2 млн. т, а в настоящее время в год добывают около 5 млн. т. По объему производства свинец занимает четвертое место среди цветных металлов – после алюминия, меди и цинка.

Основной источник свинца – сульфидные полиметаллические руды, содержащие от 1 до 5% свинца. Руду концентрируют до содержания свинца 40 – 75%, затем подвергают обжигу: 2PbS + 3O₂ ® 2PbO + 2SO₂ и восстанавливают свинец коксом и оксидом углерода(II). Более экономичный, так называемый автогенный, способ заключается в проведении реакции PbS + 2PbO ® 3Pb + SO₂ (PbO образуется при частичном обжиге PbS). Получаемый из руды свинец содержит от 3 до 7% примесей в виде меди, сурьмы, мышьяка, олова, алюминия, висмута а также золота и серебра. Их удаление (или выделение, если это экономически рентабельно), требует сложных и длительных операций. Очистку свинца можно проводить также методом электрохимического рафинирования. Электролитом служит водный раствор фторосиликата свинца PbSiF₆. На катоде оседает чистый свинец, а примеси концентрируются в анодном шламе, содержащем много ценных компонентов, которые затем выделяют.

Свинец в организме человека.

Соединения свинца ядовиты. Но очевидным это стало далеко не сразу. В прошлом покрытия гончарных изделий свинцовой глазурью, изготовление свинцовых водопроводных труб, использование свинцовых белил (особенно в косметических целях), применение свинцовых трубок в конденсаторах паров на винокуренных заводах – все это приводило к накоплению свинца в организме. Древние греки знали, что вино и кислые соки нельзя держать в глазурованных глиняных сосудах (глазурь содержала свинец), а вот римляне этим правилом пренебрегали. Джемс Линд, рекомендовавший в 1753 английскому адмиралтейству лимонный сок как средство против цинги для моряков в дальнем плавании, предостерегал от хранения сока в гончарных глазурованных изделиях. Тем не менее случаи отравления, в том числе и смертельные, наблюдались по той же причине и двести лет спустя.

Свинец проникает в организм через желудочно-кишечный тракт или дыхательную систему и разносится затем кровью по всему организму. Причем вдыхание свинцовой пыли значительно опаснее присутствия свинца в пище. В воздухе городов содержание свинца составляет в среднем от 0,15 до 0,5 мкг/м³. В районах, где расположены предприятия по переработке полиметаллических руд, эта концентрация выше.

Свинец накапливается в костях, частично замещая кальций в фосфате Са₃(РО₄)₂. Попадая в мягкие ткани – мышцы, печень, почки, головной мозг, лимфатические узлы, свинец вызывает заболевание – плюмбизм. Как и многие другие тяжелые металлы, свинец (в виде ионов) блокирует деятельность некоторых ферментов. Было установлено, что их активность снижается в 100 раз при увеличении концентрации свинца в крови в 10 раз – с 10 до 100 микрограммов на 100 мл крови. При этом развивается анемия, поражаются кроветворная система, почки и мозг, снижается интеллект. Признак хронического отравления – серая кайма на деснах, расстройство нервной системы. Особенно опасен свинец для детей, так как он вызывает задержку в развитии. В то же время десятки миллионов детей во всем мире в возрасте до 6 лет имеют свинцовое отравление; основная причина – попадание в рот краски, содержащей свинец. Антидотом при отравлении может служить кальциевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты. В отравленном организме происходит замещение кальция на ионы свинца, которые удерживаются в этой соли очень прочно и в таком виде выводятся.

Свинец легко может попасть в организм с питьевой водой, если она соприкасалась с металлом: в присутствии углекислого газа в раствор медленно переходит растворимый гидрокарбонат Pb(HCO₃)₂. В Древнем Риме, где для подачи воды использовали свинцовые трубы, такое отравление было весьма распространенным, на что указывают анализы останков римлян. Причем отравлялись, в основном, богатые римляне, пользовавшиеся водопроводом, хранившие вино, оливковое масло и другие продукты в освинцованных сосудах, использовавшие содержащие свинец косметические средства. Достаточно, чтобы в литре воды был всего один миллиграмм свинца – и питье такой воды становится очень опасным. Это количество свинца так малó, что не изменяет ни запаха, ни вкуса воды, и только точные современные приборы могут его обнаружить.

Свинцовым отравлением некоторые историки объясняют и болезненность ряда русских царей. В 1633 в московском Кремле закончили строительство водопровода. Вода в него поступала из колодца в нижнем этаже Свибловой башни, стоявшей на слиянии Неглинной и Москвы-реки. Воду из колодца качали при помощи подъемной машины – взвода (с тех пор эта кремлевская башня называется Водовзводной). Машину приводили в движение лошади. Воду закачивали в большой бак, а оттуда вода сама по трубам текла на царскую кухню, в сады, другие места. Трубы были изготовлены из свинца; бак для воды изнутри тоже был выложен свинцовыми листами, чтобы вода из него не просачивалась в щели. Особенно много свинца накапливалось в воде за ночь, после ее неподвижного стояния в свинцовом баке и трубах.

Кремлевский «свинцовый водопровод» работал чуть больше 100 лет – его уничтожил пожар 1737. И в период действия этого водопровода русские цари жили меньше обычного. Так, царь и великий князь Иван V Алексеевич, сын царя Алексея Михайловича и первой жены его, Милославской, прожил всего 29 лет. Незадолго до смерти он выглядел дряхлым стариком. С детства он был, как писали тогда, «слабый и болезненный, немощен телом и рассудком, заикался, скорбен головою, страдал цингою и глазною болезнью». Из шести братьев царя пятеро не дожили до 20 лет. Некоторые ученые считают, что это последствия свинцового отравления. А вот шестой брат, Петр Алексеевич, будущий Петр I, избежал отравления – детство и отрочество он провел не в Кремле, а в подмосковных селах. Да и позднее он мало бывал в Кремле – много воевал, путешествовал по Европе, а потом и вовсе перенес столицу на берега Невы. Кстати, первый водопровод в Петербурге, который давал воду для дворцов и фонтанов Летнего сада, был деревянным. Его трубы были сделаны из бревен с просверленными в них отверстиями. Свинец же Петр использовал в военных целях – для отливки пуль.

А вот как пишут о свинцовом отравлении современные медицинские справочники: вялость, апатия, потеря памяти, раннее слабоумие, ослабление зрения, больные выглядят старше своих лет. Удивительно напоминает старинное описание царя Ивана Алексеевича!

Травились когда-то не только «свинцовой водой». Свинец широко использовали при изготовлении посуды (свинцовая глазурь), свинцовых белил, которыми окрашивали стены домов. Сейчас такое применение свинца строжайше запрещено. Белила, например, делают цинковые или титановые. Тем не менее у жителей промышленно развитых стран свинца в организме больше, чем у жителей отсталых и развивающихся стран, а у городских жителей больше, чем у сельских. Разница может быть огромной – в сотни раз.

Свинцовое загрязнение приобрело в 20 в. глобальный характер. Даже в снегах Гренландии его содержание за сто лет увеличилось в пять раз, а в центрах крупных городов в почве и растениях свинца в 25 раз больше, чем на окраинах! Загрязнение свинцом наблюдается в районах его добычи, а также в местах переработки и автострад, особенно если еще используется этилированный бензин. Немало свинца оседает на дне озер в виде охотничьей дроби. Каждый год в Мировой океан со сточными водами попадает более полумиллиона тонн этого ядовитого металла. А кто не видел выброшенные в мусорные ящики, а то и просто в канавы отработанные аккумуляторы! Пока свинец дешев, собирание и переработка его отходов невыгодна. Малая растворимость большинства соединений свинца, к счастью, не позволяет ему накапливаться в значительных количествах в воде. В водах Мирового океана его содержится в среднем 0,03 мкг/л (3·10^–9%). Мало в среднем свинца и в живом веществе – 10^–4%.

Применение свинца.

Несмотря на ядовитость свинца, отказаться от него невозможно. Свинец дешев – вдвое дешевле алюминия, в 11 раз дешевле олова. После того как в 1859 французский физик Гастон Планте изобрел свинцовый аккумулятор, для изготовления аккумуляторных пластин с тех пор израсходовали миллионы тонн свинца; в настоящее время на эти цели уходит в ряде стран до 75% всего добываемого свинца! Постепенно снижается применение свинца для изготовления очень ядовитого антидетонатора – тетраэтилсвинца. Способность тетраэтилсвинца улучшать качество бензина было открыто группой молодых американских инженеров в 1922; в своих поисках они руководствовались периодической таблицей элементов, планомерно приближаясь к наиболее эффективному средству. С тех пор производство тетраэтилсвинца непрерывно росло; максимум приходится на конец 1960-х, когда только в США ежегодно с выхлопами выбрасывались сотни тысяч тонн свинца – по килограмму на каждого жителя! В последние годы применение этилированного бензина запрещено во многих регионах, и его производство снижается.

Мягкий и пластичный свинец, не ржавеющий в присутствии влаги, – незаменимый материал для изготовления оболочек электрических кабелей; на эти цели в мире расходуется до 20% свинца. Малоактивный свинец используют для изготовления кислотоупорной аппаратуры для химической промышленности, например, для облицовки реакторов, в которых получают соляную и серную кислоты. Тяжелый свинец хорошо задерживает губительные для человека излучения и потому свинцовые экраны используются для защиты работников рентгеновских кабинетов, в свинцовых контейнерах хранят и перевозят радиоактивные препараты. Свинец содержат также подшипниковые сплавы баббиты, «мягкие» припои (самый известный – «третник» – сплав свинца с оловом).

В строительстве свинец используют для уплотнения швов и создания сейсмостойких фундаментов. В военной технике – для изготовления шрапнели и сердечников пуль.

Илья Леенсон

Источник