Свинец, свойства атома, химические и физические свойства

Происхождение названия

Происхождение слова «свинец» неясно. Этот металл по-болгарски называется «оло́во», в большинстве других славянских языков (сербско-хорватском, чешском, польском 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), белорусском (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 — Пьомби, из которой, по некоторым данным, ухитрился бежать Казанова.

Экологические характеристики

Загрязнение свинцом окружающей среды считается одним из самых опасных. Все изделия, где используется свинец, нуждаются в специальной утилизации, которая проводится только лицензированными службами.

К сожалению, загрязнение свинцом обеспечивается не только деятельностью предприятий, где это хоть худо-бедно, да регулируется. В городском воздухе наличие свинцовых паров обеспечивает сгорание топлива в автомобилях. На этом фоне наличие свинцовых стабилизаторов в таких, например, привычных конструкциях, как металлопластиковое окно уже не кажется стоящим внимания.

Свинец – металл, имеющий промышленное значение. Несмотря на токсичность, в народном хозяйстве он используется слишком широко, чтобы можно было металл чем-то заменить.

О свойствах солей свинца поведает данное видео:

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

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.

Это интересно: Электрохимическая коррозия: описание процесса и методы борьбы

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 %[

Основные соединения свинца

Оксиды свинца

Оксиды свинца имеют преимущественно основный 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.

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.

Применение

До 45 % свинца идет на изготовление пластин свинцово-кислотных аккумуляторов. 20 % — на изготовление проводов, кабелей и покрытий к ним. Экраны из свинца служат для защиты от радиоактивного и рентгеновского излучения. Из свинца и его сплавов изготавливают кирпичи и контейнеры для хранения и защиты от радиоактивных веществ. Небольшие количества свинца постоянно расходуются для производства азида свинца в качестве детонатора (первичного взрывчатого вещества).

Сплавы свинца с Sb, Sn и Cu используют для изготовления типографских шрифтов, из сплавов свинца с Sb и As изготавливают сердечники пуль, шрапнель, дробь.

5—20 % свинца идет на изготовление тетраэтилсвинца (ТЭС) (CH₃CH₂)₄Pb, который добавляют к бензину для повышения октанового числа (в наcтоящее время не используют, поскольку доказана его канцерогенность).

Свинец используется в производстве пигментов (таких, как сурик, белила), в производстве хрусталя, для строительства сейсмостойких фундаментов.

Нитрат свинца применяется для производства мощных смесевых взрывчатых веществ.
Теллурид свинца широко применяется в качестве термоэлектрического материала (термо-э.д.с 350 мкВ/К).
Азид свинца применяется как наиболее широкоупотребляемый детонатор (инициирующее взрывчатое вещество).
Перхлорат свинца используется для приготовления тяжелой жидкости (плотность 2,6) используемой во флотационном обогащении руд, так же 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,йодид свинца применяются в качестве катодного материала в литиевых аккумуляторных батареях.Хлорид свинца в качестве катодного материала в резервных источниках тока.
Теллурид свинца самый широкоприменяемый материал в производстве термоэлектрогенераторов и термоэлектрических холодильников.
Двуокись свинца 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.

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):

Основные соединения свинца

Оксиды свинца

Оксиды свинца имеют преимущественно основный 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.

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.

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.

Никель

Чистый никель используется в качестве защитного антикоррозионного покрытия поверхностей от воздействия химически активных веществ.

Кроме этого, из него изготавливаются различные котлы, цистерны и тигли, обладающие высокой коррозионной стойкостью, и применяемые в химической, текстильной, пищевой промышленности. Широко используется никель при производстве различного вида аккумуляторов и электродов для топливных элементов.

В некоторых областях используется порошкообразный никель в качестве катализатора химических процессов. К примеру, он применяется в реакциях гидрогенизации спиртов, циклических альдегидов ароматических и непредельных углеводородов.

Происхождение названия

Происхождение слова «свинец» неясно. В большинстве славянских языков (болгарском, сербс

Свинцовые пломбы

ко-хорватском, чешском, польском) свинец называется оловом. Слово с тем же значением, но похожее по произношению на «свинец», встречается только в языках балтийской группы: svinas (литовский), svin (латышский).

Английское название свинца lead и голландское lood, возможно, связаны с русским «лудить», хотя лудят опять же не ядовитым свинцом, а оловом. Латинское же plumbum (тоже неясного происхождения) дало английское слово plumber — водопроводчик (когда-то трубы зачеканивали мягким свинцом), и название венецианской тюрьмы со свинцовой крышей — Пьомбе, из которой по некоторым данным ухитрился бежать Казанова.

Общие сведения:

Влияние свинца на организм человека и симптомы отравления

Любые соединения свинца очень ядовиты. Металл проникает в организм вместе с едой или со вдыхаемым воздухом и разносится кровью. Причем вдыхание паров свинцовых соединений и пыли намного более опасно, чем присутствие его в пище. Свинец имеет свойство накапливаться в костях, частично замещая в этом случае кальций. При повышении концентрации свинца в организме развивается анемия, поражается головной мозг, что приводит к снижению интеллекта, а у детей может вызвать необратимые задержки в развитии. Достаточно растворить один миллиграмм свинца в литре воды и она станет не только непригодной, но и опасной для питья. Такое низкое количество свинца представляет также определенную опасность, ни цвет ни вкус воды не изменяется. Основные симптомы отравления свинцом:

• серая кайма на деснах,
• вялость,
• апатия,
• потеря памяти,
• слабоумие,
• проблемы со зрением,
• раннее старение.

Химические свойства металлов

Все мы, так или иначе, но сталкиваемся с химией в нашей повседневной жизни. Например, во время приготовления еды, растворение поваренной соли в воде является простейшей химической реакцией. Вступают в разнообразные химические реакции и металлы, а их способность реагировать с другими веществами это и есть их химические свойства.

Среди основных химических свойств или качеств металлов можно выделить их окисляемость и коррозийную стойкость. Реагируя с кислородом, металлы образуют пленку, то есть проявляют окисляемость.

Аналогичным образом происходит и коррозия металлов – их медленное разрушение по причине химического или электрохимического взаимодействия. Способность металлов противостоять коррозии называется их коррозийной стойкостью.

Значение различных свойств твердых металлов при использовании на производстве

Механические свойства. Главным требованием, которому должно отвечать любое изделие, является достаточная прочность.

По сравнению с остальными материалами, металлы имеют более высокую прочность, поэтому их используют для изготовления нагруженных деталей машин, механизмов и сооружений.

Однако прочность – не единственное важное свойство. Также многие изделия должны иметь особые качества, обеспечивающие их нормальную работу

Так, режущим инструментам требуется повышенная твердость, поэтому их производят из инструментальных сталей и сплавов.

Для рессор и пружин используют стали и сплавы с высокой упругостью.

Вязкие металлы необходимы для деталей, которые в процессе работы должны испытывать на себе ударную нагрузку.

Такое свойство, как пластичность, позволяет обрабатывать интересующий нас материал давлением, то есть ковать, прокатывать.

Физические свойства. Для авиа-, авто- и вагоностроения небольшой вес деталей является одним из самых важных качеств, поэтому в данной сфере используют легкие сплавы алюминия и магния. Интересно, что удельная прочность, то есть отношение предела прочности к удельному весу, у некоторых алюминиевых сплавов превышает данный показатель мягкой стали.

Плавкость считается важным свойством, позволяющим получать отливки при помощи заливки расплавленного металла в формы. Легкоплавкие металлы (такие как свинец) принято использовать как закалочную среду для стали. Существуют сложные сплавы, температура плавления которых настолько низкая, что позволяет им расплавляться в горячей воде. Из них изготавливают типографические матрицы. Кроме того, они используются в приборах, обеспечивающих защиту от пожаров.

Медь, алюминий обладают высокой электропроводностью, поэтому широко используются в электромашиностроении, при строительстве линий электропередач. А сплавы с высоким электросопротивлением незаменимы в качестве материала для элементов ламп накаливания, электронагревательных приборов.

Благодаря магнитным свойствам твердых металлов удается изготавливать динамо-машины, моторы, трансформаторы, различные приборы связи, такие как телефонные и телеграфные аппараты, и целый ряд других устройств.

Теплопроводность используется в процессе пайки и сварки металлов.

Коэффициент линейного расширения у ряда сплавов приближен к нулю, благодаря чему удается использовать подобные материалы в производстве точных приборов, радиоламп. В процессе строительства длинных сооружений, таких как мосты, необходимо учитывать расширение металлов. Кроме того, нельзя забывать, что нагревание двух скрепленных друг с другом деталей из металлов с различным коэффициентом расширения приводит к их изгибу или разрушению.

Химические свойства. Коррозионная стойкость является ключевым свойством изделий, используемых в сильноокислительных средах. К таким изделиям относятся колосниковые решетки, детали химических машин и приборов. Если требуется повышенная коррозионная стойкость, используют нержавеющие, кислостойкие и жаропрочные стали. Кроме того, на них могут наноситься специальные защитные покрытия.

Технологические свойства имеют немаловажное значение при осуществлении разного рода производственных операций