Свинец как тяжелый металл

Обновлено: 18.04.2024

Pb, химический элемент IV группы периодической системы Менделеева; атомный номер 82, атомная масса 207,2. С. — тяжёлый металл голубовато-серого цвета, очень пластичный, мягкий (режется ножом, царапается ногтем). Природный С. состоит из 5 стабильных изотопов с массовыми числами 202 (следы), 204 (1,5%), 206 (23,6%), 207 (22,6%), 208 (52,3%). Последние три изотопа — конечные продукты радиоактивных превращений 238 U, 235 U и 232 Th (см. Радиоактивные ряды). При ядерных реакциях образуются многочисленные радиоактивные изотопы С. Историческая справка. С. был известен за 6—7 тыс. лет до н. э. народам Месопотамии, Египта и других стран древнего мира. Он служил для изготовления статуй, предметов домашнего обихода, табличек для письма. Римляне пользовались свинцовыми трубами для водопроводов. Алхимики называли С. сатурном и обозначали его знаком этой планеты (см. Знаки химические). Соединения С. — «свинцовая зола» PbO, свинцовые белила 2PbCO₃•Pb (OH)₂ применялись в Древней Греции и Риме как составные части лекарств и красок. Когда было изобретено огнестрельное оружие, С. начали применять как материал для пуль. Ядовитость С. отметили ещё в 1 в. н. э. греческий врач Диоскорид и Плиний Старший, Распространение в природе. Содержание С. в земной коре (кларк) 1,6·10 -3 % по массе. Образование в земной коре около 80 минералов, содержащих С. (главный из них галенит PbS), связано в основном с формированием гидротермальных месторождений (См. Гидротермальные месторождения) (см. Полиметаллические руды). В зонах окисления полиметаллических руд образуются многочисленные (около 90) вторичные минералы: сульфаты (англезит PbSO₄), карбонаты (церуссит PbCO₃), фосфаты [пироморфит Pb₅(PO₄)₃Cl]. В биосфере С. в основном рассеивается, его мало в живом веществе (5·10 -5 %), морской воде (3·10 -9 %). Из природных вод С. отчасти сорбируется глинами и осаждается сероводородом, поэтому он накапливается в морских илах с сероводородным заражением и в образовавшихся из них чёрных глинах и сланцах, Физические и химические свойства. С. кристаллизуется в гранецентрированной кубической решётке (а = 4,9389 Å), аллотропических модификаций не имеет. Атомный радиус 1,75 Å, ионные радиусы: Pb 2+ 1,26 Å, Pb 4+ 0,76 Å: плотность 11,34 г/см 3 (20°С); t_nл 327,4 °С; t_kип 1725 °С; удельная теплоёмкость при 20°С 0,128 кдж/(кг·К) [0,0306 кал/г·°С]; теплопроводность 33,5 вт/(м·К)[0,08 кал/(см·сек· о С)]; температурный коэффициент линейного расширения 29,1·10 -6 при комнатной температуре; твёрдость по Бринеллю 25—40 Мн/м 2 (2,5—4 кгс/мм 2 ); предел прочности при растяжении 12—13 Мн/м 2 , при сжатии около 50 Мн/м 2 ; относительное удлинение при разрыве 50—70%. Наклёп не повышает механических свойств С., т. к. температура его рекристаллизации лежит ниже комнатной (около —35 °С при степени деформации 40% и выше). С. диамагнитен, его магнитная восприимчивость — 0,12·10 -6 . При 7,18 К становится сверхпроводником.

Конфигурация внешних электронных оболочек атома Pb 6s 2 6р 2 , в соответствии с чем он проявляет степени окисления +2 и +4. С. сравнительно мало активен химически. Металлический блеск свежего разреза С. постепенно исчезает на воздухе вследствие образования тончайшей плёнки PbO, предохраняющей от дальнейшего окисления. С кислородом образует ряд окислов Pb₂O, PbO, PbO₂, Pb₃O₄ и Pb₂O₃ (см. Свинца окислы).

В отсутствие O₂ вода при комнатной температуре на С. не действует, но он разлагает горячий водяной пар с образованием окиси С. и водорода. Соответствующие окислам PbO и PbO₂ гидроокиси Pb (OH)₂ и Pb (OH)₄ имеют амфотерный характер.

Соединение С. с водородом PbH₄ получается в небольших количествах при действии разбавленной соляной кислоты на Mg₂Pb. PbH₄ — бесцветный газ, который очень легко разлагается на Pb и H₂. При нагревании С. соединяется с галогенами, образуя галогениды PbX₂ (X — галоген). Все они малорастворимы в воде. Получены также галогениды PbX₄: тетрафторид PbF₄ — бесцветные кристаллы и тетрахлорид PbCl₄ — жёлтая маслянистая жидкость. Оба соединения легко разлагаются, выделяя F₂ или Cl₂; гидролизуются водой. С азотом С. не реагирует. Азид свинца Pb (N₃)₂ получают взаимодействием растворов азида натрия NaN₃ и солей Pb (II); бесцветные игольчатые кристаллы, труднорастворимые в воде; при ударе или нагревании разлагается на Pb и N₂ со взрывом. Сера действует на С. при нагревании с образованием сульфида PbS — чёрного аморфного порошка. Сульфид может быть получен также при пропускании сероводорода в растворы солей Pb (II); в природе встречается в виде свинцового блеска — Галенита.

В ряду напряжений Pb стоит выше водорода (нормальные электродные потенциалы соответственно равны — 0,126 в для Pb ⇔ Pb 2+ + 2e и + 0,65 в для Pb ⇔ Pb 4+ + 4e). Однако С. не вытесняет водород из разбавленной соляной и серной кислот, вследствие перенапряжения (См. Перенапряжение) H₂ на Pb, а также образования на поверхности металла защитных плёнок труднорастворимых хлорида PbCl₂ и сульфата PbSO₄. Концентрированные H₂SO₄ и HCl при нагревании действуют на Pb, причём получаются растворимые комплексные соединения состава Pb (HSO₄)₂ и H₂[PbCl₄]. Азотная, уксусная, а также некоторые органические кислоты (например, лимонная) растворяют С. с образованием солей Pb (II). По растворимости в воде соли делятся на растворимые (ацетат, нитрат и хлорат свинца), малорастворимые (хлорид и фторид) и нерастворимые (сульфат, карбонат, хромат, фосфат, молибдат и сульфид). Соли Pb (IV) могут быть получены электролизом сильно подкисленных H₂SO₄ растворов солей Pb (II); важнейшие из солей Pb (IV) — сульфат Pb (SO₄)₂ и ацетат Pb (C₂H₃O₂)₄. Соли Pb (IV) склонны присоединять избыточные отрицательные ионы с образованием комплексных анионов, например плюмбатов (PbO₃) 2- и (PbO₄) 4- , хлороплюмбатов (PbCl₆) 2- , гидроксоплюмбатов [Pb (OH)₆] 2- и др. Концентрированные растворы едких щелочей при нагревании реагируют с Pb с выделением водорода и гидроксоплюмбитов типа X₂[Pb (OH)₄].

Получение. Металлический С. получают окислительным обжигом PbS с последующим восстановлением PbO до сырого Pb («веркблея») и рафинированием (очисткой) последнего. Окислительный обжиг концентрата ведётся в агломерационных ленточных машинах непрерывного действия (см. Агломерация). При обжиге PbS преобладает реакция: 2PbS + 3O₂ = 2PbO + 2SO₂. Кроме того, получается и немного сульфата PbSO₄, который переводят в силикат PbSiO₃, для чего в шихту добавляют кварцевый песок. Одновременно окисляются и сульфиды других металлов (Cu, Zn, Fe), присутствующие как примеси. В результате обжига вместо порошкообразной смеси сульфидов получают агломерат — пористую спекшуюся сплошную массу, состоящую преимущественно из окислов PbO, CuO, ZnO, Fe₂O₃. Куски агломерата смешивают с коксом и известняком и эту смесь загружают в ватержакетную печь (См. Ватержакетная печь), в которую снизу через трубы («фурмы») подают воздух под давлением. Кокс и окись углерода восстанавливают PbO до Pb уже при невысоких температурах (до 500 °С). При более высоких температурах идут реакции:

Окислы Zn и Fe частично переходят в ZnSiO₃ и FeSiO₃, которые вместе с CaSiO₃ образуют шлак, всплывающий на поверхность. Окислы С. восстанавливаются до металла. Сырой С. содержит 92—98% Pb, остальное — примеси Cu, Ag (иногда Au), Zn, Sn, As, Sb, Bi, Fe. Примеси Cu и Fe удаляют Зейгерованием. Для удаления Sn, As, Sb через расплавленный металл продувают воздух. Выделение Ag (и Au) производится добавкой Zn, который образует «цинковую пену», состоящую из соединений Zn c Ag (и Au), более лёгких, чем Pb, и плавящихся при 600—700 °С. Избыток Zn удаляют из расплавленного Pb пропусканием воздуха, водяного пара или хлора. Для очистки от Bi к жидкому Pb добавляют Ca или Mg, дающие трудноплавкие соединения Ca₃Bi₂ и Mg₃Bi₂. Рафинированный этими способами С. содержит 99,8—99,9% Pb. Дальнейшая очистка производится электролизом, в результате чего достигается чистота не менее 99,99%. Применение. С. широко применяют в производстве свинцовых Аккумуляторов, используют для изготовления заводской аппаратуры, стойкой в агрессивных газах и жидкостях. С. сильно поглощает γ-лучи и рентгеновские лучи, благодаря чему его применяют как материал для защиты от их действия (контейнеры для хранения радиоактивных веществ, аппаратура рентгеновских кабинетов и др.). Большие количества С. идут на изготовление оболочек электрических кабелей, защищающих их от коррозии и механических повреждений. На основе С. изготовляют многие Свинцовые сплавы. Окись С. PbO вводят в хрусталь и оптическое Стекло для получения материалов с большим показателем преломления. Сурик, хромат (жёлтый крон) и основной карбонат С. (свинцовые белила) — ограниченно применяемые пигменты. Хромат С. — окислитель, используется в аналитической химии. Азид и стифнат (тринитрорезорцинат) — инициирующие взрывчатые вещества. Тетраэтилсвинец — антидетонатор (См. Антидетонаторы). Ацетат С. служит индикатором для обнаружения H₂S. В качестве изотопных индикаторов используются 204 Pb (стабильный) и 212 Pb (радиоактивный).

С. в организме. Растения поглощают С. из почвы, воды и атмосферных выпадений. В организм человека С. попадает с пищей (около 0,22 мг), водой (0,1 мг), пылью (0,08 мг). Безопасный суточный уровень поступления С. для человека 0,2—2 мг. Выделяется главным образом с калом (0,22—0,32 мг), меньше с мочой (0,03—0,05 мг). В теле человека содержится в среднем около 2 мг С. (в отдельных случаях — до 200 мг). У жителей промышленно развитых стран содержание С. в организме выше, чем у жителей аграрных стран, у горожан выше, чем у сельских жителей. Основное депо С. — скелет (90% всего С. организма): в печени накапливается 0,2—1,9 мкг/г; в крови — 0,15—0,40 мкг/мл; в волосах — 24 мкг/г, в молоке —0,005—0,15 мкг/мл; содержится также в поджелудочной железе, почках, головном мозге и др. органах. Концентрация и распределение С. в организме животных близки к показателям, установленным для человека. При повышении уровня С. в окружающей среде возрастает его отложение в костях, волосах, печени. Биологические функции С. не установлены.

Отравления С. и его соединениями возможны при добыче руд, выплавке С., при производстве свинцовых красок, в полиграфии, гончарном, кабельном производствах, при получении и применении тетраэтилсвинца и др. Бытовые отравления возникают редко и наблюдаются при употреблении в пищу продуктов, которые длительно хранили в глиняной посуде, покрытой глазурью, содержащей свинцовый сурик или глёт. С. и его неорганические соединения в виде аэрозолей проникают в организм в основном через дыхательные пути, в меньшей степени — через желудочно-кишечный тракт и кожу. В крови С. циркулирует в виде высокодисперсных коллоидов — фосфата и альбумината. Выделяется С. в основном через кишечник и почки. В развитии интоксикации играют роль нарушение порфиринового, белкового, углеводного и фосфатного обменов, дефицит витаминов С и B₁, функциональные и органические изменения центральной и вегетативной нервной системы, токсическое влияние С. на костный мозг. Отравления могут быть скрытыми (т. н. носительство), протекать в лёгкой, средней тяжести и тяжёлой формах.

Наиболее частые признаки отравления С.: кайма (полоска лиловато-аспидного цвета) по краю дёсен, землисто-бледная окраска кожных покровов; ретикулоцитоз и другие изменения крови, повышенное содержание порфиринов в моче, наличие в моче С. в количествах 0,04—0,08 мг/л и более и т. д. Поражение нервной системы проявляется астенией, при выраженных формах — энцефалопатией, параличами (преимущественно разгибателей кисти и пальцев рук), полиневритом. При т. н. свинцовой колике возникают резкие схваткообразные боли в животе, запор, продолжающиеся от нескольких ч до 2—3 нед; нередко колика сопровождается тошнотой, рвотой, подъёмом артериального давления, температуры тела до 37,5—38 °С. При хронической интоксикации возможны поражения печени, сердечно-сосудистой системы, нарушение эндокринных функций (например, у женщин — выкидыши, дисменорея, меноррагии и др.). Угнетение иммунобиологической реактивности способствует повышенной общей заболеваемости.

Лечение: специфические (комплексонообразователи и др.) и общеукрепляющие (глюкоза, витамины и др.) средства, физиотерапия, санаторно-курортное лечение (Пятигорск, Мацеста, Серноводск). Профилактика: замена С. менее токсичными веществами (например, цинковые и титановые белила вместо свинцовых), автоматизация и механизация операций в производстве С., эффективная вытяжная вентиляция, индивидуальная защита рабочих, лечебное питание, периодическая витаминизация, предварительные и периодические медицинские осмотры.

Препараты С. используют в медицинской практике (только наружно) как вяжущие и антисептические средства. Применяют: свинцовую воду (при воспалительных заболеваниях кожи и слизистых оболочек), простой и сложный свинцовые пластыри (при гнойно-воспалительных заболеваниях кожи, фурункулах) и др.

Лит.: Андреев В. М., Свинец, в кн.: Краткая химическая энциклопедия, т. 4, М., 1965; Реми Г., Курс неорганической химии, пер. с нем., т. 1, М., 1963; Чижиков Д. М., Металлургия свинца, в кн.: Справочник металлурга по цветным металлам, т. 2, М., 1947; Вредные вещества в промышленности, под ред. Н. В. Лазарева, 6 изд., ч. 2, Л., 1971; Тарабаева Г. И., Действие свинца на организм и лечебно-профилактические мероприятия, А.-А., 1961; Профессиональные болезни, 3 изд., М., 1973,

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .

Свинец

Свинец — редкий минерал, самородный металл класса самородных элементов. Ковкий, сравнительно легкоплавкий металл серебристо-белого цвета с синеватым отливом. Известен с глубокой древности. Очень пластичный, мягкий (режется ножом, царапается ногтем). При ядерных реакциях образуются многочисленные радиоактивные изотопы свинца.

СТРУКТУРА

Свинец кристаллизуется в гранецентрированной кубической решетке (а = 4,9389Å), аллотропических модификаций не имеет. Атомный радиус 1,75Å, ионные радиусы: Рb 2+ 1,26Å, Рb 4+ 0,76Å. Двойниковые кристаллы по . Встречается в мелких округлых зёрнах, чешуйках, шариках, пластинках и нитевидных образованиях.

СВОЙСТВА

Свинец имеет довольно низкую теплопроводность, она составляет 35,1 Вт/(м•К), при температуре 0 °C. Металл мягкий, режется ножом, легко царапается ногтем. На поверхности он обычно покрыт более или менее толстой плёнкой оксидов, при разрезании открывается блестящая поверхность, которая на воздухе со временем тускнеет. Температура плавления — 600,61 K (327,46 °C), кипит при 2022 K (1749 °C). Относится к группе тяжёлых металлов; его плотность — 11,3415 г/см 3 (+20 °С). С повышением температуры плотность свинца падает. Предел прочности на растяжение — 12—13 МПа (МН/м 2 ). При температуре 7,26 К становится сверхпроводником.

ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА

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.

Для получения свинца в основном используют руды, содержащие галенит. Сначала методом флотации получают концентрат, содержащий 40—70 процентов свинца. Затем возможно несколько способов переработки концентрата в веркблей (черновой свинец): прежде широко распространённый метод шахтной восстановительной плавки, разработанные в СССР метод кислородно-взвешенной циклонной электротермической плавки свинцово-цинковых продуктов (КИВЦЭТ-ЦС), метод плавки Ванюкова (плавка в жидкой ванне). Для плавки в шахтной (ватержакетной) печи предварительно производят агломерационный обжиг концентрата, а затем его загружают в шахтную печь, где происходит восстановление свинца из оксида.

Веркблей, содержащий более 90 процентов свинца, подвергается дальнейшему очищению. Сначала для удаления меди применяют зейгерование и последующую обработку серой. Затем щелочным рафинированием удаляют мышьяк и сурьму. Далее выделяют серебро и золото с помощью цинковой пены и отгоняют цинк. Обработкой кальцием и магнием удаляют висмут. В результате содержание примесей падает до менее чем 0,2 %[

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Образует вкрапленность в изверженных, главным образом кислых, горных породах, в м-ниях Fe и Мn ассоциирует с магнетитом и гаусманитом. Встречается в россыпях с самородными Au, Pt, Os, Ir.

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. Единственное место на земле, где в породах больше свинца по сравнению с ураном — Кохистанско-Ладакхская дуга на севере Пакистана.

ПРИМЕНЕНИЕ

Нитрат свинца применяется для производства мощных смесевых взрывчатых веществ. Азид свинца применяется как наиболее широко употребляемый детонатор (инициирующее взрывчатое вещество). Перхлорат свинца используется для приготовления тяжёлой 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 также 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 и также на её основе производятся многие резервные химические источники тока, например — свинцово-хлорный элемент, свинцово-плавиковый элемент и другие.

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 шпатлёвки, 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 жёлтых 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.

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. Было время, когда на оболочки кабелей шла значительная часть производимого в мире свинца, благодаря хорошим влагозащитным свойствам таких изделий. Однако впоследствии свинец в существенной мере вытеснили из этой области алюминий и полимеры. Так, в странах Запада использование свинца на оболочки кабелей упало с 342 тысяч тонн в 1976 году до 51 тысяч тонн в 2002 году. Соединения свинца используются в производстве красителей, красок, инсектицидов, стеклянных изделий и как добавки к бензину в виде тетраэтилсвинца (C₂H₅)₄Pb (умеренно летучая жидкость, пары которой в малых концентрациях имеют сладковатый фруктовый запах, в больших — неприятный запах; Тпл = 130 °C, Ткип = +80 °С/13 мм рт. ст.; плотность 1,650 г/см³; nD2v = 1,5198; не растворяется в воде, смешивается с органическими растворителями; высокотоксичен, легко проникает через кожу; ПДК = 0,005 мг/м³; ЛД50 = 12,7 мг/кг (крысы, перорально)) для повышения октанового числа.

СВИНЕЦ — необходимая болезнь цивилизаций

Репутация за всю историю «сотрудничества» с человеком у нашего героя сложилась не слишком хорошая. Хотя применялся свинец еще в Древнем Египте (в основном для нужд косметики), в Античности — римляне с присущим им размахом строили города с водопроводами. И трубы делали из свинца.

Косметика, водопровод, типографские литеры…

В Британском музее есть свинцовая статуэтка женщины из Египта, датируется она третьим тысячелетием до нашей эры. Это самый древний (официально) свинцовый предмет. Египтяне (более-менее состоятельные) считали неприличным выйти на улицу, не подкрасив глаза. Потому и рынок косметики был хорошо развит. Для подводки глаз использовали черный сульфид или белый карбонат свинца. Жировой основой служил гусиный жир. Вороной блеск древнеегипетских шевелюр зачастую достигался вульгарной окраской пастой из оксида свинца.

Великая Римская Империя

Вечный город оставил после себя вечные дороги (до сих пор некоторые вполне годны), вечное римское право (которое, несмотря на древний возраст, до сих пор изучают юристы), и акведуки. По ним с гор доставлялась для жителей вода. В разветвленной системе водопровода использовались свинцовые трубы.

Римляне уделяли водоснабжению огромное значение. Секст Юлий Фронтин, живший в первом веке н.э., написал целую книгу «О водопроводах».

Вот пара цитат из нее:

«труба делается сворачиванием в круг свинцовой пластины в пять пальцев шириной.

…Все кураторы … до своего назначения побывали консулами, что указывает на высокий статус куратора вод».

Время, вперед!

С развитием типографского дела свинца требовалось все больше. Его применяли для изготовления типографских литер. Изобретение аккумуляторов и развитие автомобилестроения подхлестнули добычу металла. И бытовые, но нужные мелочи, вроде пигментов свинцовых соединений для красок до сих пор востребованы.

Так назвали…

Происхождение названия металла неявно до сих пор. В старину олово и свинец частенько путали, хотя просвещенные люди (тот же Плиний) различали их: Plumbum nigrum (свинец), Plumbum album (олово). Для англичан водопроводчик — plumber.

Познавательно: в Венеции была тюрьма Пьомби; ее еще называли Свинцовая. В ней сидел и из нее ухитрился удрать любовник всех времен и народов Казанова.

Во многих славянских языках нашего героя называют оловом. Хотя в старорусском это (свинець), словенском (svinec), на белорусском (свінец). А вот в языках Прибалтики названия похожи — svinas (литовский), svin (латышский).

Свинец (Plumbum, Pb) — элемент с номером 82 в таблице Менделеева. Находится в 14 группе (старая классификация «держала» металл в главной подгруппе VI группы).

Это тяжелый, мягкий металл. Цвет имеет светло-серый, с металлическим блеском.

Поговорим о химических свойствах цветного металла.

Основные степени окисления +2 и +4; в каждой из них металл амфотерный, принимает роль катиона или входит в состав аниона.

Свойства атома
Название, символ, номер	Свине́ц / Plumbum (Pb), 82
Атомная масса (молярная масса)	207,2(1)[1] 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	2,33 (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[2] г/см³
Температура плавления	600,61 K (327,46 °C, 621,43 °F)[3]
Температура кипения	2022 K (1749 °C, 3180 °F)[3]
Уд. теплота плавления	4,77 кДж/моль
Уд. теплота испарения	177,8 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	26,65[2] 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)
Номер CAS	7439-92-1

Физические свойства востребованы во многих сферах жизни. Металл отлично плавится, быстро принимает нужную форму и застывает без трещин. К тому же он такой мягкий, что на поверхности слитка легко продавить черту ногтем, или отрезать ножом кусочек. Плотность 11,34 г/см3. Свинец плавится при 300оС, кипит при 1749 градусов. При температуре 7,26 по Кельвину становится сверхпроводником.

Любителям ядерной физики: металл относится к пяти элементам, имеющим дважды магическое число нейтронов и протонов в ядрах.

Измерения оптических свойств металлов основано на свойствах поляризованного луча света, отраженного от металлической поверхности.

Оптические свойства свинца:

отсутствует плеохроизм;
отсутствует люминисценция;
в отраженном свете имеет серо-белый с коричневатым оттенком цвет с коричнево-красным внутренним отражением.

Структура кристаллической решетки гранецентрированная, кубическая.

Природный свинец содержит пять стабильных изотопов:

208Pb (изотопная распространённость 52,%);
207Pb (изотопная распространённость 22%);
206Pb (изотопная распространённость 24%);
204Pb (изотопная распространенность 1,4%);
202Pb (изотопная распространённость — следы).

Соединения металла

Галогениды свинца образуются, когда степень окисления +2 (для каждого галогена). Это фториды, бромиды, йодиды и хлориды свинца. Металл может вступать в реакции с фтором и хлором (степень окисления +4).

Халькогениды свинца являются теллурит, сульфид, селенит свинца. Их химические формулы PbTe, PbS, PbSe. Как видим, и галенит, важнейшая свинцовая руда, тоже халькогенит.

Оксиды свинца могут быть основными или амфотерными. Чистая, свежая свинцовая отливка быстро покроется пленкой оксида («союз» металла с кислородом воздуха). У металла два простых оксида — PbO и PbO2, и один смешанный — свинцовый сурик, Pb3O4. Им кораблестроители покрывали днища кораблей, а мастеровитые советские автовладельцы брюшко своих железных коняшек — у свинцового сурика отличные антикоррозионные качества.

К соединениям свинца относятся его соли. Вот некоторые из них:

Соль свинца, формула	Свойства, применение
Сульфат, свинцовый купорос (PbSO4)	Минерал англезит; применяют для создания пигментов
Метасиликат (PbSiO3)	Минерал аламосит; применяют как стабилизатор пластмасс и для красок по керамике
Нитрат Pb(NO3)2	Востребован в цианировании золота, как ингибитор полимеров нейлона, как зооцид
Хромат (PbCrO4)	Минерал крокоит (с примесью серебра и цинка); очень токсичен, крайне канцерогенный, опасен для окружающей среды
Хлорид PbCl2	Минерал коттунит; очень токсичен
Линолеат, PbC36H62O4	Применяют как сиккатив (добавляют в масляные краски, чтоб быстрее высыхали)

Свинец хорош коррозионной стойкостью, хорошими литейными качествами, а вот его высокая ползучесть и просто никакая прочность отталкивает производителей. Другое дело — сплавы. Но добавки нужно выбирать с умом.

Висмут, мышьяк не годятся: первый уменьшает кислотоупорность свинца, второй сильно уменьшает пластичность. Теллур и медь повысят кислотоупорность. Но сплав свинца и меди нежелателен в производстве свинцовых белил и глета для хрусталя.

Сурьма улучшит кислотоупорность сплава и твердость, но уменьшит электропроводность с пластичностью.

Серебро и никель повысят устойчивость сплава к серной кислоте.

Месторождения свинцовых руд

Образуется свинец в гидротермальных месторождениях, в зонах окисления полиметаллических руд, в черных глинах и сланцах.

Нахождение в природе в основном в виде соединений, минералов. Основной минерал для добычи металла галенит, PbS, свинцовый блеск.

Плиний в «Естественной истории» сообщает о добыче металла:

«Черный свинец мы употребляем для труб и плит; его с трудом выкапывают в Испании и во всех Галлиях, но в Британии он добывается из верхнего слоя земли в таком изобилии, что издан закон, ограничивающий добычу известной мерой».

Черным свинцом тогда называли собственно свинец, белым или серебристым — олово. Ну, не было тогда образованных минералогов…

Добыча и производство

По оценке Геологического бюро США запасы металла в мире достигают полутора миллиардов тонн. Основной их частью владеют страны:

Годовое производство металла в мире составляет около 3 миллионов тонн. Дефицит свинца на этом рынке создает Китай. Его спрос на металл составляет около 45% мировой добычи.

Получение нашего серого героя происходит из минералов и из вторичного сырья (тонны аккумуляторов с отработавших срок машин).

От атомной энергетики до рыбацких утех

В промышленности и быту обширно применение свинца.

В медицине без укрытий из металла не обойтись в рентгенологических исследованиях.

В геологии «тяжёлый» металл используется для определения возраста Земли и в частности ее минералов и горных пород. Это геохронологические методы с помощью изотопов различных элементов, в том числе свинца.

Исчезни завтра все свинцово-кислотные аккумуляторы, нам пришлось бы пересаживаться на лошадей, велосипеды или пойти пешком. Свинец движет все автомобили на планете.

Он же, наш серый герой, входит в составы для пайки. И попробуйте доказать рыбаку, что без грузила из свинца он как-нибудь обойдется.

Как металл стал орудием убийства

Создается впечатление, что человечество не может без войн, драк, разборок или хотя бы охоты. Увлечение сильной половины человечества всегда означало близкий контакт со свинцом. Свинец прост в обработке. Еще в Древнем Риме снаряды для пращей отливали из свинца. Позже из него столетиями изготавливали пули. По сей день пули делают из свинца по одной простой причине — большой пробивной способности относительно размера и скорости полета пули.

В первых огнестрельных орудиях убийства пули были просто свинцовыми шариками, сейчас это прекрасно сбалансированные, имеющие разные конструкции, маленькие убийцы. Но будь это обычная или специальная (бронебойная, экспансивная, разрывная), пуля содержит свинец. Сердечники пули делают из свинцовой проволоки (для 45 калибра проволока потолще, для 20 калибра пойдет тонкая). Сердечники «одевают» в гильзы из меди.

Нитраты, перхлораты и азиды свинца применяют в приготовлении взрывчатых веществ.

Мрачное прошлое металла

Об ядовитых свойствах металла писали Плиний и врач Диоскорид (их беспокоили свинцовые трубы водопровода и плитки из металла, которыми выкладывали стены и иногда пол).

Русский царь Алексей Михайлович, проводя реконструкцию Кремля, приказал установить на Водовзводной башне машину, которая поднимала воду в Кремль. Все хорошо, только вот трубы были свинцовые. Часть историков и медиков винят воздействие металла на потомство царя. Его дети, Федор и Иван были очень больными. На Петре Великом питье свинцовой воды тоже отразилось. В кино царь-батюшка красавец, а в жизни был нескладным, узкие плечи, широкий таз, длинные руки и ноги.

Отравление соединениями токсичного металла продолжались и дальше.

ТЭС (тетраэтилсвинец)

Мне 42 года и я специалист в области минералогии. Здесь на сайте я делюсь информацией про камни и их свойства — задавайте вопросы и пишите комментарии!

Читайте также: