Свинец

Особенности свинца, его основные характеристики и применение

Свинец – мягкий тяжелый металл серебристо-серого цвета, блестящий, но довольно быстро теряющий свой блеск. Наравне с оловом и медью относится к элементам, известным человечеству с самых древних времен.

Использовался свинец весьма широко, да и сейчас его применение чрезвычайно разнообразно.

Итак, сегодня мы узнаем, свинец — это металл или неметалл, а также цветной или черный металл, узнаем о его видах, свойствах, применении и добыче.

Свинец – элемент 14 группы таблицы Д. И. Менделеева, расположен в одной группе с углеродом, кремнием и оловом. Свинец является типичным металлом, но инертным: вступает в реакции крайне неохотно даже с сильными кислотами.

Молекулярная масса – 82. Это не только указывает на так называемое магическое число протонов в ядре, но и на большой вес вещества. Самые интересные качества металла связаны именно с его большим весом.

Понятие и особенности металла свинец рассмотрены в  данном видео:

Свинец – металл достаточно мягкий при нормальной температуре, его несложно процарапать или расплющить. Такая пластичность позволяет получить листы и прутки металла очень малой толщины и любой формы. Ковкость и была одной из причин, по которой свинец стал использоваться с самой древности.

[attention type=yellow]

Свинцовые водопроводные трубы Древнего Рима общеизвестны. С тех пор такого рода водопровод устанавливался не единожды и не в одном месте, но действовал не столь долго. Что, без сомнений, сохранило немалое количество человеческих жизней, так как свинец, увы, при длительном контакте с водой, в конце концов, образует растворимые соединения, которые являются токсичными.

[/attention]

Токсичность – то самое свойство металла, благодаря которому его применение стараются ограничить. Пары металла и множество его органических и неорганических солей очень опасны и для окружающей среды, и для людей.

В основном, конечно, опасности подвергаются работники таких предприятий и жители зоны вокруг промышленного объекта. 57% выбрасывается вместе с большими объемами запыленного газа, а 37% – с конвертерными газами.

Проблема этого одна – несовершенство очистительных установок.

Однако и в других случаях люди становятся жертвами свинцового загрязнения. До недавнего времени самым эффективным и популярным стабилизатором бензина являлся тетраэтилсвинец. При сгорании топлива он выделялся в атмосферу и загрязнял ее.

Зато свинец обладает другим, крайне полезным и необходимым качеством – способностью поглощать радиоактивное излучение. Причем жесткую составляющую металл поглощает даже лучше, чем мягкую. Свинцовый слой толщиной в 20 см способен защитить от всех видов излучения, известных на Земле и в ближайшем космосе.

Плюсы и минусы

Свинец соединяет в себе свойства необыкновенно полезные, превращаясь в незаменимый элемент, и откровенно опасные, которые делают его использование задачей очень непростой.

К плюсам с точки зрения народного хозяйства можно отнести:

• легкоплавкость и ковкость – это позволяет формировать из металла изделия любой степени сложности и любой тонкости. Так, для производства звукопоглощающих мембран используются свинцовые пластины толщиной в 0,3–0,4 мм;
• свинец в состоянии образовать сплав с другими металлами (в т.ч. оловом, медью, цинком и др.) которые при обычных условиях друг с другом не сплавляются, на этом качестве основано его применение в качестве припоя;
• металл поглощает радиационное излучение. На сегодня все элементы защиты от радиации – от одежды до отделки рентген-кабинетов и помещений на испытательных полигонах, производятся из свинца;
• металл устойчив к кислотам, уступая в этом лишь благородному золоту и серебру. Так что его активно применяют для облицовки кислотоупорной аппаратуры. По этим же причинам из него производят трубы для передачи кислоты и для стоков на опасных химических предприятиях;
• свинцовый аккумулятор пока что не потерял своего значения в электротехнике, так как позволяет получить ток большого напряжения;
• низкая стоимость – свинец в 1,5 раза дешевле цинка, в 3 раза меди, и едва и не в 10 раз олова. Этим объясняется очень большая выгодность применения именно свинца, а не других металлов.

Недостатками являются:

• токсичность – использование металла в любом виде производства составляет опасность для персонала, а при авариях – чрезвычайную опасность для окружающей среды и населения. Свинец относится к веществам 1 класса опасности;
• изделия из свинца нельзя выбрасывать как обычный мусор. Они требуют утилизации и порой весьма затратной. Потому вопрос о вторичной переработке металла всегда актуален;
• свинец – металл мягкий, так что использоваться в качестве конструкционного материала не может. Учитывая все остальные его качества это, скорее, стоит считать плюсом.

Далее будут рассмотрены температура плавления и плотность свинца, удельная теплоемкость и масса, а также иные свойства и характеристики такого металла.

Свойства и характеристики

Свинец – мягкий, ковкий, но при этом тяжелый и плотный металл. Молекулярная решетка – кубическая, гранецентрированная. Прочность его невелика, а вот пластичность превосходна. Физические характеристики металла таковы:

• плотность при нормальной температуре 11,34 г/куб см;
• температура плавления – 327,46 С;
• температуры кипения – 1749 С;
• стойкость к нагрузке на разрыв – 12– 3 МПа;
• стойкость к нагрузке на сжатие – 50 МПа;
• твердость по Бринеллю – 3,2–3,8 НВ;
• теплопроводность – 33,5 вт/(м·К);
• удельное сопротивление составляет 0,22 Ом-кв. мм/м.

Как и всякий металл он проводит электроток, хотя, надо отметить, и намного хуже меди – почти в 11 раз. Однако металл обладает другими интересным свойством: при температуре 7,26 К он становится сверхпроводником и проводит электричество без всякого сопротивления. Свинец был первым элементом, который проявил это свойство.

На воздухе кусок металла или изделие из него довольно быстро пассивируется оксидной пленкой, которая успешно защищает металл от внешнего воздействия. Да и само вещество не склонно к химической активности, из-за чего его и используют при изготовлении кислотоупорного оборудования.

Почти такими же устойчивыми к коррозии являются и краски, включающие соединения свинца. Из-за токсичности они не применяются внутри помещений, однако успешно используются при окрашивании мостов, например, каркасных сооружений и так далее.

О том, как сделать чистый свинец, расскажет видео ниже:

Во всем диапазоне температур выделяют только одну модификацию свинца, так что и под действием температуры, и с течением времени свойства металл изменяет совершенно закономерно. Никаких резких переходов, когда качества меняются кардинально, не отмечено.

Производство металла

Свинец довольно распространен, образует несколько промышленно значимых минералов – галенит, церуссит, англезит, так что производство его обходится относительно дешево.

Получают металл пирометаллургическим и гидрометаллургическим методом.

Второй способ более безопасен, однако применяется намного реже, так как более дорог, да и полученный металл все равно нуждается в конечной обработке при высокой температуре.

Производство пирометаллургическим методом включает следующие стадии:

• добыча руды;
• дробление и обогащение в основном флотационным методом;
• плавка с целью получения чернового свинца – восстановительная, горновая, щелочная и так далее;
• рафинирование, то есть, очистка черного свинца от примесей и получение чистого металла.

Несмотря на одинаковость технологии производства оборудование может использоваться самое разное. Это зависит от содержания металла в руде, объемов производства, требований к качеству продукта и так далее.

Об использовании и цене за 1 кг свинца читайте ниже.

Первое применение свинца – изготовление водопроводов и предметов быта, к счастью, относится к довольно давним временам. На сегодня в жилище металл попадает только с защитным слоем и при условии отсутствия контактов с пищей, водой и человеком.

• А вот использование свинца для сплавов и в качестве припоя началось еще на заре цивилизации и продолжается до сих пор.
• Свинец – металл стратегического значения, особенно с тех пор, как из него стали отливать пули. Боеприпас для стрелкового и спортивного оружия и сейчас изготавливается только из свинца. А его соединения применяются в качестве взрывчатых веществ.
• 75% производимого в мире металла используется для производства свинцовых аккумуляторов. Вещество продолжает оставаться одним из главных элементов химических источников тока.
• Коррозийная устойчивость металла эксплуатируется при изготовлении кислотоупорной аппаратуры, трубопроводов, а также защитных оболочек для силовых кабелей.
• Ну и, конечно, свинец применяют при оборудовании рентген-кабинетов: облицовка стен, потолка, пола, защитные перегородки, защитные костюмы – все изготавливается с участием свинца. На испытательных полигонах, в том числе и ядерных, металл незаменим.

Стоимость металлов определяется на нескольких биржах мирового значения. Наиболее известной является Лондонская биржа металлов. Стоимость свинца в октябре 2016 года составляет 2087,25 $ за тонну.

Свинец – металл, очень востребованный в современной промышленности. Некоторые его качества – коррозионная стойкость, способность поглощать жесткое излучение, совершенно уникальны и делают металл незаменимым несмотря на его высокую токсичность.

Данное видео расскажет, что будет если вылить свинец в воду:

Что такое свинец, его свойства и характеристики

Свинец – это металл, который был известен еще в древние времена. Человек использует его со 2-3 тыс. до нашей эры, и впервые он был открыт в Месопотамии. Там из свинца делали небольшие кирпичи, статуэтки, разнообразные бытовые предметы. Уже тогда люди получали с помощью этого элемента бронзу, а также изготавливали из этого металла таблички для письма острыми предметами.

Какой цвет имеет металл?

Он является элементом IV группы 6 периода таблицы Менделеева, где он имеет порядковый номер 82. Что такое свинец в природе? Это чаще всего встречающийся галенит, формула которого – PbS. Иначе галенит называется свинцовым блеском. Чистый элемент является мягким и ковким металлом грязно-серого цвета.

На воздухе его срез быстро покрывается небольшим слоем окиси. Оксиды надежно защищают металл от дальнейшего окисления как во влажной, так и в сухой среде. Если же металлическую поверхность, покрытую оксидами, очистить, она приобретет блестящий оттенок с синим отливом.

Такую очистку можно произвести, если перелить свинец в вакууме и запаять его в вакуумную колбу.

Взаимодействие с кислотами

Серная и соляная кислоты действуют на свинец очень слабо, но зато металл легко растворяется в азотной кислоте. Все химические соединения металла, которые могут быть растворимыми, являются ядовитыми. Его получают, главным образом, из руд: сначала свинцовый блеск обжигается до перехода в окись свинца, а затем это вещество восстанавливают при помощи угля до чистого металла.

Плотность свинца составляет 11,34 г/см3. Это в 1,5 раза больше, чем плотность железа и в четыре раза больше, чем у легкого алюминия. Неспроста в русском языке слово «свинцовый» является синонимом слова «тяжелый».

Плавление свинца происходит при температуре 327,5 оС. Летучим становится металл уже при температуре окружающей среды в 700 С°. Эта информация очень важна для тех, кто работает в сфере добывания этого металла.

Его очень легко поцарапать даже ногтем, его легко прокатать в тонкие листы. Это очень мягкий металл.

Взаимодействие с другими металлами, нагревание

Удельная теплоемкость свинца равна 140 Дж/кг. По своим химическим свойствам это малоактивный металл. В ряду напряжений он расположен перед водородом. Из своих солей свинец легко вытесняется другими металлами.

Например, можно провести опыт: опустить палочку из цинка в раствор ацетата этого элемента. Тогда он осядет на цинковой палочке в виде пушистых кристаллов, которые химики называют «сатурновым деревом». Сколько удельная теплоемкость свинца равна? Что это означает? Этот показатель — 140 Дж/кг.

А значит он следующее: чтобы нагреть килограмм металла на 1 оС, требуется 140 Джоулей тепла.

Распространение в природе

Этого металла не так уж и много в земной коре – всего лишь 0,0016% по массе. Однако даже эта величина показывает, что он больше распространен, чем ртуть, висмут и золото.

Ученые связывают это с тем, что различные свинцовые изотопы представляют собой продукты распада тория и урана, поэтому содержание свинца в земной коре медленно увеличивалось в течение миллионов лет.

В настоящий момент известно множество свинцовых руд – это уже указанный галенит, а также результаты его химических перевоплощений.

в природе: часть руды

В последние входят свинцовый купорос, церуссит (другое название – белая свинцовая руда), миметит, штольцит. В рудах также содержатся другие металлы – кадмий, медь, цинк, серебро, висмут.

Там, где залегают руды из свинца, этим металлом насыщается не только почва, но и водоемы, растения. Что такое свинец в природе? Это всегда его определенное соединение.

А также этот металл содержится в рудах радиоактивных металлов – урана и тория.

Тяжелый металл в промышленности

Самым используемым в промышленности является соединение свинца и олова. Обыкновенный припой под названием «третник» широко используется для соединений трубопроводов и электрических проводов. Это соединение содержит в себе одну часть свинца и две части олова. Оболочки для телефонных кабелей, части аккумуляторов также могут содержать в себе свинец.

Температура плавления некоторых его соединений является очень низкой – например, сплавы с кадмием или оловом плавятся при 70 оС. Из таких соединений изготавливают противопожарное оборудование. Широко используются сплавы металла в судостроении. Они обычно окрашены в светло-серый цвет. Суда часто покрывают сплавами из олова и свинца для защиты от коррозии.

Значение для людей прошлого и применение

Римляне использовали этот металл для изготовления труб в трубопроводах. Свинец в древние времена ассоциировался у людей с планетой Сатурн, и поэтому раньше его и называли сатурном.

В средневековье благодаря своему тяжелому весу металл часто использовали для алхимических опытов. Ему нередко приписывали способность превращаться в золото.

Свинец – это металл, который очень часто путали с оловом, что продолжалось вплоть до 17 века. А на древнеславянских языках он и носил это название.

[attention type=red]

Оно дошло и до современного чешского языка, где этот тяжелый металл называют olovo. Некоторые специалисты в области языкознания считают, что название Plumbum связано с определенной греческой местностью. Русское происхождение слова «свинец» для ученых пока неясно. Некоторые лингвисты связывают его с литовским словом «scwinas».

[/attention]

Традиционное применение свинца в истории – это изготовление пуль, оружейной дроби, и других различных снарядов. Его использовали из-за дешевизны и низкой температуры плавления. Раньше при изготовлении оружейной дроби в металл добавляли небольшое количество мышьяка.

Использовался свинец и в Древнем Египте. Из него изготавливали строительные блоки, статуи знатных людей, во всю чеканили монеты. Египтяне были уверены, что свинец обладает особой энергетикой.

Они делали из него небольшие пластинки и пользовались ими для защиты от недоброжелателей. А древние римляне не только делали водопроводные трубы. Они еще и производили из этого металла косметику, даже не подозревая, что сами себе подписывают этим смертный приговор.

Ведь, попадая в организм каждый день, свинец вызывал серьезные заболевания.

А как насчет современной окружающей среды?

Есть такие вещества, которые убивают человечество медленно, но верно. И это относится не только к непросвещенным предкам древности. Источники токсичного свинца сегодня – это дым сигарет, городская пыль жилых домов. Опасность несут также пары лакокрасочных материалов. Но самый большой вред несут выхлопные газы автомобилей, в большом количестве содержащие свинец.

Но в зоне риска находятся не только жители мегаполисов, но и те, кто живет в деревнях. Здесь металл может накапливаться в почвах, затем попадать в состав фруктов и овощей.

В результате человек более трети свинца получает через пищу. В этом случае противоядием могут послужить только мощные антиоксиданты: магний, кальций, селен, витамины А, С.

Если их употреблять регулярно, можно надежно обезвредить себя от вредного действия металла.

Каждый школьник знает, что такое свинец. Но не все взрослые способны ответить на вопрос о том, в чем заключается его вред. Частицы его попадают в организм через дыхательную систему.

Далее он начинает взаимодействовать с кровью, вступая в реакции с различными частями организма. Больше всего от этого страдает опорно-двигательный аппарат.

Здесь оказывается 95% всего потребленного человеком свинца.

Высокий уровень содержания его в организме приводит к отставанию в умственном развитии, а у взрослых он проявляется в виде депрессивных симптомов. Об избытке свидетельствует рассеянность, утомляемость. Страдает и кишечник – из-за свинца часто могут возникать спазмы.

Этот тяжелый металл также негативно воздействует и на репродуктивную систему. Женщинам становится трудно выносить плод, а у мужчин могут наблюдаться проблемы с качеством спермы. Также он очень опасен для почек.

[attention type=green]

По некоторым исследованиям, он способен вызвать злокачественные опухоли. Однако в количестве, не превышающем 1 мг, свинец может быть полезен для организма.

[/attention]

Ученые выяснили, что этот металл может оказывать бактерицидное действие на органы зрения – однако следует помнить, что такое свинец и использовать его только в дозах, не превышающих допустимые.

В качестве заключения

Как уже было сказано, в древности покровителем этого металла считалась планета Сатурн. Но Сатурн в астрологии – это образ одиночества, печали и тяжелой судьбы.

Не поэтому ли свинец – не самый лучший спутник для человека? Возможно, ему не стоит навязывать свое общество, как интуитивно предполагали древние, называя свинец сатурном.

Ведь вред для организма от этого металла может быть непоправимым.

Свинец химический элемент

Химия Свинец

В художественной литературе часто приходится встречаться с эпитетом «свинцовый». Как правило, он означает тяжесть в прямом или переносном смысле; иногда же он указывает на угрюмый сине-серый цвет. Против последнего сравнения возражать не приходится. Первое же требует уточнений. Среди металлов, используемых техникой нашего времени, многие тяжелее свинца.

Свинец всплывает на поверхность, будучи погружен в ртуть. В расплаве меди свинцовый кораблик, несомненно, опустился бы на дно, тогда как в золоте плавал бы с очень большой легкостью. «Бы» — потому, что этого произойти не может: свинец плавится задолго до меди или золота (температуры плавления — 327, 1083 и 1063°С соответственно), и кораблик расплавится раньше, чем утонет.

Народы древности не могли изготовить из свинца ни меча, ни лемеха, ни даже горшка — для этого он слишком мягок и легкоплавок. Но в природе нет ни одного металла, который при обычных условиях мог бы соперничать с ним в пластичности. По десятибалльной «алмазной» шкале Мооса сравнительная твердость элемента № 82 выражается цифрой 1,5.

Чтобы получить на свинце какое-нибудь изображение или надпись, нет надобности прибегать к чекану, достаточно простого тиснения. Отсюда — свинцовые печати старины. И в наше время принято товарные вагоны, сейфы, складские помещения опечатывать свинцовой пломбой.

Кстати, само слово «пломба» (а их сейчас делают из разных материалов) произошло, видимо, от латинского названия свинца plumbum; по-французски название элемента — plomb.

Столь примитивное использование пластичности свинца, как получение на нем оттисков, для современной техники кажется анахронизмом. Тем не менее отпечатки на свинце иногда незаменимы и в наше время.

https://www.youtube.com/watch?v=i0qpRte6Hy8

При глубинном бурении инструмент отнюдь не застрахован от поломок, вызывающих подчас аварии. Если на глубине нескольких сот метров в скважине останется сломанный бур, то как его извлечь обратно, как подцепить?Самое простое и падежное в таком случае средство — свинцовая болванка.

Ее опускают в скважину, и она расплющивается от удара, наткнувшись на сломанный бур. Извлеченная на поверхность болванка «предъявит» отпечаток, по которому можно определить, каким образом, за какую часть зацепить обломок.

Появились, правда, гораздо более удобные «осведомители» — каротажные телеустановки. Но насколько они дороже, прихотливей, сложнее!

Свинец очень легко куется и прокатывается. Уже при давлении 2 т/см2 свинцовая стружка спрессовывается в сплошную монолитную массу. С увеличением давления до 5 т/см2 твердый свинец переходит в текучее состояние. Свинцовую проволоку получают, продавливая через фильеру не расплав, а твердый свинец. Обычным волочением ее сделать нельзя из-за малой разрывной прочности свинца.

Свинец и наука

В Аламогордо — место первого атомного взрыва — Энрико Ферми выехал в танке, оборудованном свинцовой защитой. Чтобы понять, почему от гамма-излучения защищаются именно свинцом, нам необходимо обратиться к сущности поглощения коротковолнового излучения.

Гамма-лучи, сопровождающие радиоактивный распад, идут из ядра, энергия которого почти в миллион раз превышает ту, что «собрана» во внешней оболочке атома. Естественно, что гамма-лучи неизмеримо энергичнее лучей световых. Встречаясь с веществом, фотон или квант любого излучения теряет свою энергию, этим-то и выражается его поглощение. Но энергия лучей различна.

Чем короче их волна, тем они энергичнее, или, как принято выражаться, жестче. Чем плотнее среда, через которую проходят лучи, тем сильнее она их задерживает. Свинец плотен. Ударяясь о поверхность металла, гамма-кванты выбивают из нее электроны, на что расходуют свою энергию.

[attention type=yellow]

Чем больше атомный номер элемента, тем труднее выбить электрон с его внешней орбиты из-за большей силы притяжения ядром.Возможен и другой случай, когда гамма-квант сталкивается с электроном, сообщает ему часть своей энергии и продолжает свое движение.

[/attention]

Но после встречи он стал менее энергичным, более «мягким», и в дальнейшем слою тяжелого элемента поглотить такой квант легче. Это явление носит название комптон-эффекта по имени открывшего его американского ученого.Чем жестче лучи, тем больше их проникающая способность — аксиома, не требующая доказательств.

Однако ученых, положившихся на эту аксиому, ожидал весьма любопытный сюрприз. Вдруг выяснилось, что гамма-лучи энергией более 1 млн. эв задерживаются свинцом не слабее, а сильнее менее жестких! Факт, казалось, противоречащий очевидности.

После проведения тончайших экспериментов выяснилось, что гамма-квант энергией более 1,02 Мэв в непосредственной близости от ядра «исчезает», превращаясь в пару электрон — позитрон, и каждая из частиц уносит с собой половину затраченной на их образование энергии. Позитрон недолговечен и, столкнувшись с электроном, превращается в гамма-квант, но уже меньшей энергии. Образование электронно-позитронных пар наблюдается только у гамма-квантов высокой энергии и только вблизи от «массивного» ядра, то есть в элементе с большим атомным номером.

Свинец — один из последних стабильных элементов таблицы Менделеева. И из тяжелых элементов — самый доступный, с отработанной веками технологией добычи, с разведанными рудами. И очень пластичный.

И очень удобный в обработке. Вот почему свинцовая защита от излучения — самая распространенная.

Пятнадцати-двадцатисантиметрового слоя свинца достаточно, чтобы предохранить людей от действия излучения любого известного науке вида.

Коротко упомянем еще об одной стороне служения свинца науке. Она тоже связана с радиоактивностью.

В часах, которыми мы пользуемся, нет свинцовых деталей. Но в тех случаях, когда время измеряют не часами и минутами, а миллионами лет, без свинца не обойтись.

[attention type=red]

Радиоактивные превращения урана и тория завершаются образованием стабильных изотопов элемента № 82. При этом, правда, получается разный свинец. Распад изотопов 235U и 238U приводит в конечном итоге к изотопам 207РЬ и 208РЬ.

[/attention]

Наиболее распространенный изотоп тория 232Th заканчивает свои превращения изотопом 208РЬ. Установив соотношение изотопов свинца в составе геологических пород, можно узнать, сколько времени существует тот или иной минерал.

При наличии особо точных приборов (масс- спектрометров) возраст породы устанавливают по трем независимым определениям — по соотношениям 206Pb : 238U: 207Pb : 235U и 208Pb : 232Th.

Начнем с того, что эти строчки отпечатаны литерами, изготовленными из свинцового сплава. Главные компоненты типографских сплавов — свинец, олово и сурьма. Интересно, что свинец и олово стали использовать в книгопечатании с первых его шагов. Но тогда они не составляли единого сплава.

Немецкий первопечатник Иоганн Гутенберг литеры из олова отливал в свинцовые формы, так как считал удобным чеканить из мягкого свинца формы, которые выдерживали определенное количество заливок олова.

Нынешние оловянно-свинцовые типографские сплавы составляют так, чтобы они удовлетворяли многим требованиям: они должны иметь хорошие литьевые свойства и незначительную усадку, быть достаточно твердыми и химически стойкими по отношению к краскам и смывающим их растворам; при переплавке должно сохраняться постоянство состава.

Однако служение свинца человеческой культуре началось задолго до появления первых книг. Живопись появилась раньше письменности. На протяжении многих столетий художники использовали краски на свинцовой основе, и они до сих пор не вышли из употребления: желтая — свинцовый крон, красная — сурик и, конечно, свинцовые белила.

Между прочим, именно из-за свинцовых белил кажутся темными картины старых мастеров. Под действием микропримесей сероводорода в воздухе свинцовые белила превращаются в темный сернистый свинец PbS…С давних пор стенки гончарных изделий покрывали глазурями. Простейшая глазурь делается из окиси свинца и кварцевого песка.

[attention type=green]

Ныне санитарный надзор запрещает использовать эту глазурь при изготовлении предметов домашнего обихода: контакт пищевых продуктов с солями свинца должен быть исключен. Но в составе майоликовых глазурей, предназначенных для декоративных целей, сравнительно легкоплавкие соединения свинца используют, как и прежде.

[/attention]

Наконец, свинец входит в состав хрусталя, точнее, не свинец, а его окись. Свинцовое стекло варится без каких-либо осложнений, оно легко выдувается и гранится, сравнительно просто нанести на него узоры и обычную нарезку, винтовую, в частности. Такое стекло хорошо преломляет световые лучи и потому находит применение в оптических приборах.

Добавляя в шихту свинец и поташ (вместо извести), приготовляют страз — стекло с блеском, большим, чем у драгоценных камней.

Свинец в медицине

Попадая в организм, свинец, как и большинство тяжелых металлов, вызывает отравления. И тем не менее свинец нужен медицине. Со времен древних греков остались во врачебной практике свинцовые примочки и пластыри, но этим не ограничивается медицинская служба свинца.

Желчь нужна не только сатирикам. Содержащиеся в ней органические кислоты, прежде всего гликохолевая С23Н36(ОН)3СОNНСН2СH2COOН, а также таурохолевая С23Н36(ОН)3СОNНСН2СH2SO3Н, стимулируют деятельность печени.

А поскольку не всегда и не у всех печень работает с точностью хорошо отлаженного механизма, эти кислоты нужны медицине. Выделяют их и разделяют с помощью уксуснокислого свинца. Свинцовая соль гликохолевой кислоты выпадает при этом в осадок, а таурохолевой — остается в маточном растворе.

Отфильтровав осадок, из маточного раствора выделяют и второй препарат, действуя опять же свинцовым соединением — основной уксусной солью.

Но главная работа свинца в медицине связана с диагностикой и рентгенотерапией. Он защищает врачей от постоянного рентгеновского облучения. Для практически полного поглощения лучей Рентгена достаточно на их пути поставить слой свинца в 2-3 мм.

Вот почему медицинский персонал рентгеновских кабинетов облачен в фартуки, рукавицы и шлемы из резины, в состав которой введен свинец. И изображение на экране наблюдают через свинцовое стекло.

Таковы главные аспекты взаимоотношений человечества со свинцом — элементом, известным с глубокой древности, но и сегодня служащим человеку во многих областях его деятельности.

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: Рb2+ 1,26Å, Рb4+ 0,76Å. Двойниковые кристаллы по {111}. 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/см3 (+20 °С).

С повышением температуры плотность свинца падает. Предел прочности на растяжение — 12—13 МПа (МН/м2). При температуре 7,26 К становится сверхпроводником.

Запасы и добыча

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.

[attention type=yellow]

Веркблей, содержащий более 90 процентов свинца, подвергается дальнейшему очищению. Сначала для удаления меди применяют зейгерование и последующую обработку серой.

[/attention]

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.

[attention type=red]

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

[/attention]

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.

[attention type=green]

Так, в странах Запада использование свинца на оболочки кабелей упало с 342 тысяч тонн в 1976 году до 51 тысяч тонн в 2002 году.

[/attention]

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.

Используется для защиты пациентов от излучения рентгеновских аппаратов.

Свинец (англ. Lead) — Pb

Кристаллографические свойства



Применение и получение свинца

Свинец представляет собой металл, имеющий серебристо-белый цвет и синеватый отлив. В периодической системе химических элементов ему присвоен номер 82. Металл имеет достаточно широкую популярность. Не является дефицитом. Лёгок в добыче и обработке.

Таблица 1. Характеристика свинца ХарактеристикаЗначение

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 ВPb←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)

По содержанию различных примесей различают следующие виды свинца:

1. С1 – первичный свинец, имеющий в своем составе количество примесей, равное 0,015%. Считается наиболее качественным продуктом, не поддающимся влиянию агрессивной среде и коррозии.
2. С2 – чем-то похож на предыдущий вид, однако имеет чуть большее процентное содержание примесей – 0,05%.

   Его стоимость отличается от стоимости С1 в меньшую сторону.

3. С3 – первичный свинец, имеющий в своем составе максимальное количество примесей, равное 0,1%. Именно данный вид свинца является основным сырьем для производства слитков и чушек.

Стоит отметить, что человечество знакомо со свинцом еще с древних времен. Свидетельством этого являются археологические находки, среди которых свинцовые бусы 6400 года до н.э.

, статуэтка стоящей барышни в длинной юбке, которая относится ко временам первой династии Египта и еще много других предметов. Статуэтка датируется 3100 – 2900 гг. до н.э. В настоящее время ее можно увидеть в экспозиции Британского музея.

Таким образом, ученые пришли к выводу, что выплавка свинца была одним из первых освоенных металлургических процессов людьми. В те далекие времена пальма первенства по производству свинца принадлежала Древнему Риму, который в год выдавал порядка 80 тысяч тонн материала.

Самородный свинец в природе встретить достаточно сложно. Однако, количество пород, в составе которых был обнаружен свинец, представляет собой огромное множество, начиная от осадочных до ультраосновных интрузивных.

В таких образованиях он, как правило, формирует интерметаллические соединения и сплавы с другими элементами. Свинец является неотъемлемым элементом в составе 80 разных минералов, основными среди которых выступают галенит, церуссит англезит, тиллит, бетехнинит, джемсонит ,буланжерит.

Также его содержание в рудах урана и тория является постоянным.

Добыча свинца

Как уже было сказано, свинец достаточно распространенный элемент. Его месторождения встречаются на территории многих стран, среди которых: Россия, Австралия, Казахстан и многие другие.

Получение свинца осуществляется, главным образом, путем выплавки из полиметаллических руд: свинцово-цинковых, медно-свинцово-цинковых. Как правило, в их составе содержатся и другие составляющие, например, золото, серебро, висмут, мышьяк.

Производство свинца осуществляется по определенной схеме, которая состоит из добычи сырья, подготовки шихты, агломерирующего обжига, шахтной плавки, огневого рафинирования чернового материала.

С целью получения самоплавкого конечного продукта во время расчета шихты по возможности производят расчеты ее содержимого. Это позволяет избежать ввода флюсов во время плавки.

Из всех минералов в ходе получения металла преимущество имеют галенит – сульфид свинца, церуссит – карбоновая соль, англезит – сульфат. Максимальное содержание металла в руде составляет 8-9%.

Данный показатель свидетельствует об экономически невыгодной добыче продукта. В связи с этим, руда перед извлечением из нее свинца, обогащается различными способами, после чего из нее получают свинец.

Однако, гораздо рациональнее использовать более богатую руду для добычи свинца – сульфидную.

Порядка 40% металла получают в процессе переработки вторичного сырья.

[attention type=yellow]

Стоит отметить, что свинец обладает очень высокой токсичностью, в связи с чем абсолютно каждое готовое изделие, содержание в своем составе свинец, подлежит специальной утилизации.

[/attention]

В связи с этим, сегодня существуют технологии, позволяющие не утилизировать тяжелый металл, а переработать опасный продукт. Вторсырье, как правило, применяют для изготовления различных сплавов.

Получение свинца

В связи с тем, что руда, из которой добывается свинец, имеет достаточно сложную структуру, ее на протяжении длительного периода тщательно обрабатывают и лишь только потом отправляют на выплавку. Итак, весь процесс производства свинца из руды состоит из следующих этапов:

• измельчение руды;
• флотация руды. Стоит сказать, что она имеет различные варианты осуществления, зависимо от характера руды. Существует два основных флотационных методов: коллективный и прямой селективный. Последний метод используется в разы чаще. Он вязан с последовательным выделением свинцового, медного и цинкового концентратов посредством применения различных химических реагентов.

Среди главных промышленных методов получения свинца выделяют:

1. Пирометаллургический. В данном случае абсолютно все компоненты материала плавятся. Данный метод является наиболее распространенным в металлургии. 
2. Гидрометаллургический. При использовании этого метода происходит разложения концентратов, для чего применяются растворители, после чего происходит восстановление свинца химическими способами.

Первый метод включает в себя различные виды плавки:

• восстановительная плавка, которая является универсальным способом, применяемым для руды, в которой содержится любое количество вещества и любые добавки;
• шахтная плавка, при которой плавление продукта происходит в восстановительной атмосфере;
• отражательная плавка.

  В настоящее время не используется;

• горновая плавка. Как и отражательная, не используется;
• осадительная плавка. Благодаря ее применению можно получить вещество из руды, миную предварительный обжиг;
• щелочная плавка. Используется для плавки свинцового концентрата, который нагревают до 8500С с щелочным натром.

  На выходе получается достаточно чистый металл и щелочной сплав.

Применение свинца

Сфера использования металла достаточно широка. Его соединения используются:

• для изготовления смесевых взрывчатых веществ (нитрат свинца);
• в качестве детонатора (азид свинца);
• для производства жидкости для флотации (перхлорат свинца);
• как катодный материал в химических источниках тока (фторид свинца самостоятельно или же наряду с фторидом висмута, меди, серебра);
• как катодный материал в литиевых аккумуляторных батареях (висмутат свинца, сульфид свинца);
• как термоэлектрический материал (теллурид свинца);
• со свинцовыми белилами изготавливается шпатлевка, цемент, а также свинцовокарбонатная бумага;
• в сельском хозяйстве для борьбы с насекомыми и другими различными вредителями(арсенат и арсенат свинца);
• в художественном искусстве. С помощью бората свинца, представляющего собой нерастворимый белый порошок, производят сушку картин и лаков;
• для покрытия стекла и фарфора;
• в производстве мазей, которые предназначены для обработки опухолей (хлорид свинца);
• в лакокрасочной промышленности в качестве пигмента при производстве красок (хромат свинца, дающий желтый цвет);
• при производстве спичек (нитрат свинца);
• а также в ядерных реактора, в качестве присадки для бензина;
• в качестве припоя, для фигурного литья подшипников;
• в медицине и в геологии.

Стоит отметить, что это далеко не полный перечень возможных применений свинца, его сплавов и соединений.