Свинец – польза и опасность металла

Ассоциации с этим металлом суровы: свинцовое небо, девять граммов свинца (вес пули). Но современная жизнь без него была бы сложна.

Содержание

  1. Что представляет собой
  2. История
  3. Древний мир
  4. Средневековье
  5. Индустриальная эпоха
  6. Физико-химические характеристики
  7. Технология получения
  8. Месторождения, добыча
  9. Присутствие в природе
  10. Где используется
  11. Промышленность
  12. Другие сферы
  13. Ограничения
  14. Влияние металла на экологию
  15. Предостережение
  16. Что представляет собой

    Свинец – элемент периодической системы Менделеева №82. Международное обозначение (и формула) – Pb.

    Это типичный металл – тяжелый, плотный, сизовато-серых оттенков.

    Состоит из четырех стабильных и четырех «мобильных» природных радиоактивных изотопов. Их дополняет десяток радиоактивных искусственного происхождения.

    По классификации причислен к «тяжелой» группе цветных металлов.

    История

    Повсеместная распространенность плюс легкоплавкость и легкость обработки способствовали знакомству человека с металлом тысячелетия назад.

    У него бурная история, сочетающая ажиотаж и времена забвения.

    Древний мир

    Он считается первым выплавленным людьми металлом.

    Его использовали как декоративный материал:

    • Бусины из свинца возрастом 8,5 тысяч лет нашли на территории современной Турции.
    • В Древнем Египте ходили монеты, чеканились подвески из свинца. Статуэтка женщины, изготовленная 5-6 тыс. лет назад, признана древнейшим на планете артефактом из свинца.

    Свинец как металл упоминается книгами Ветхого Завета.

    Производителем металла номер один был Древний Рим. Его добывали по всей Римской империи, выдавая ежегодно 80 тыс. тонн продукта. Такие объемы не залеживались: из свинца был сделан римский водопровод.

    Падение Римской империи (V век) прервало использование металла европейцами на 600 лет.

    Средневековье

    Следующий всплеск популярности металла связан с Германией, где начали добычу свинцовой руды:

    • Металл добавляли к вину, чтобы облагородить вкус. Папа Александр VI запретил это своей буллой от 1498 года, но безуспешно. Эпидемии свинцовой колики стали для Средневековья обыденностью.
    • Почти весь свинец превращался в дробь и пули для огнестрельного оружия.
    • Свинцовые белила были основой при изготовлении косметики и красок для живописцев.

    Для алхимиков Plumbum воплощал планету Сатурн. Его забрасывали в тигли, чтобы получить взамен золото.

    В Древней Руси свинцовыми листами покрывали крыши храмов, «пломбировали» такими печатями грамоты и конфиденциальную переписку. Подражая римлянам, соорудили свинцовый водопровод. Он снабжал Кремль водой сто лет – до 1737 года.

    Свинцовые трубы древнеримского водопровода с надписями

    Индустриальная эпоха

    Промышленная революция возродила величие металла. К середине XIX века мировой объем добычи превысил 100 тысяч тонн. А за следующие 20 лет увеличился еще в 2,5 раза.

    Вплоть до 1990 года гарт (свинцово-сурьмяно-оловянный сплав) был сырьем для типографских шрифтов.

    Свинцовыми соединениями повышали октановое число бензина.

    Физико-химические характеристики

    Свинец – один из наиболее массивных металлов.

    Сизоватость оттенков дополняется металлическим блеском:

    • Блеск присущ свежеразрезанным фрагментам: на воздухе он тускнеет, покрываясь оксидом-пленкой.
    • Металл мягок (твердость по Моосу – 1,5). Режется ножом или ножницами, царапается ногтем.
    • Тепло- и электропроводность средние: у меди больше в 11 и 15 раз.
    • Металл пластичен, легко прокатывается до фольги.

    По химическим свойствам «простолюдин» свинец спорит с благородными металлами:

    • Не ржавеет при любой влажности воздуха. Коррозию провоцирует только фтористый водород.
    • Воздействие воды, большинства кислот, металлов, газов нулевое.
    • Разрушается лишь некоторыми кислотами: слабой уксусной, азотной (до 70%) либо концентрированной (90+%) серной.

    Такую стойкость металлу обеспечивает «щит» из оксидной пленки на поверхности.

    Свойства атома Название, символ, номер Атомная масса
    (молярная масса) Электронная конфигурация Радиус атома Химические свойства Ковалентный радиус Радиус иона Электроотрицательность Электродный потенциал Степени окисления Энергия ионизации
    (первый электрон) Термодинамические свойства простого вещества Плотность (при н. у.) Температура плавления Температура кипения Уд. теплота плавления Уд. теплота испарения Молярная теплоёмкость Молярный объём Кристаллическая решётка простого вещества Структура решётки Параметры решётки Температура Дебая Прочие характеристики Теплопроводность Номер CAS
    Свине́ц / Plumbum (Pb), 82
    207,2(1) а. е. м. (г/моль)
    [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p2
    175 пм
    147 пм
    (+4e) 84 (+2e) 120 пм
    2,33 (шкала Полинга)
    Pb←Pb2+ −0,126 В
    Pb←Pb4+ 0,80 В
    4, 2, 0
     715,2 (7,41) кДж/моль (эВ)
    11,3415 г/см³
    600,61 K (327,46 °C, 621,43 °F)
    2022 K (1749 °C, 3180 °F)
    4,77 кДж/моль
    177,8 кДж/моль
    26,65 Дж/(K·моль)
    18,3 см³/моль
    кубическая гранецентрированая
    4,950 Å
    88,00 K
    (300 K) 35,3 Вт/(м·К)
    7439-92-1

    Металл проявляет интересное оптическое свойство. Отраженный свет придает ему коричневатость, дополняемую буровато-багровым внутренним отражением.

    Ниже в таблице данные изменения плотности свинца в зависимости от температуры.

    Температура, °C Плотность, г/см3
    327,6 10,686
    450 10,536
    650 10,302
    850 10,078

    Технология получения

    Главный исходник для получения чистого металла – руды, содержащие галенит.

    Галенит

    Процесс многоступенчатый:

    • На обогатительной фабрике сырье обрабатывается методом флотации. Получается 40-70% концентрат свинца.
    • Чтобы получить из него черновой свинец, применяют плавку.
    • Для этого оксид-концентрат обжигают, затем загружают в печь. Восстановление достигает чистоты 90%.
    • Далее отделяют ценные примеси: медь, мышьяк, сурьму.
    • Затем выделяются серебро, золото, цинк, висмут.

    На выходе образуется свинец с содержанием примесей до 0,2%. Еще большую чистоту металла получают рафинированием.

    Месторождения, добыча

    Залежи сульфидных руд рассредоточены по планете. В России это Забайкалье, Приморье, Южный и Средний Урал, Норильск.

    Добыча ведется открытым либо закрытым способом.

    Запасы исчисляются миллионами тонн, но, по расчетам ученых, исчерпаются к концу XXI века.

    Присутствие в природе

    Свинец – один из самых распространенных элементов земной коры (0,016% по массе). Формы нахождения в природе – осадочные и кислые горные породы, основные и ультраосновные массивы.

    Накоплению крупных объемов способствуют гипергенные и гидротермальные процессы.

    Чемпион по запасам и уникум – Пакистан. Только в породах Кохистанско-Ладакхской дуги на севере страны свинца больше, чем урана.

    Зарегистрирована почти сотня свинцовых минералов. Самые важные – галенит, англезит, церрусит.

    Из четырех стабильных изотопов свинца три радиогенны. Их доля постоянно возрастает.

    Изотоп 204Pb 206Pb 207Pb 208Pb
    Содержание в природе (в %) 1,4 24,1 22,1 52,4

    В биологических организмах и воде доля металла на порядки меньше.

    Где используется

    Главная сфера применения свинцовых продуктов – промышленный и оборонный комплекс, наука.

    Применение свинца

    На практике используется чистый «тяжёлый» металл и сплавы.

    Промышленность

    Физические свойства – пластичность, гибкость, малая тепло- и электропроводность – обусловили ассортимент продукции из свинца и сплавов:

    • Внешний слой кабелей.
    • Припои для электротехники.
    • Подшипники.
    • Катоды химических, резервных источников тока.
    • Приборы для работы в агрессивных средах.
    • Вставки предохранителей, пластин для кислотных аккумуляторов.

    Самый известный продукт из соединений свинца – аккумуляторы.

    Сегодня две трети объемов свинцовых продуктов расходуется на производство электродов, аккумуляторов, проводов, кабелей и покрытий к ним.

    Второй «раскрученный» продукт – свинцовые белила. Химически это основной карбонат, выглядит как плотный белый порошок.

    Компонент шпатлевки, цемента, свинцово-карбонатной бумаги.

    Другие сферы

    Из соединений свинца получают продукты для многих сфер деятельности человека:

    • Без оксида свинца невозможно производство хрусталя.
    • Соли свинца (хромат, или хромовый желтый краситель) используются при изготовлении спичек. А также красителей для окраски тканей (технология батик), фаянса, фарфора, изделий промышленного ассортимента.
    • Азид металла – детонатор взрывчатки.
    • Тетраэтилсвинец – антидетонатор горючего для двигателей внутреннего сгорания.
    • Халькогениды свинца (сульфид, селенид, теллурит) – материал полупроводников.
    • Галогениды свинца востребованы в медицине как компонент мазей для нужд онкологии.
    • Также это посуда, покрытие стекла, фарфора. Инсектициды, уничтожающие насекомых – вредителей растений.

    Полезное свойство металла – поглощение гамма-излучения. Оно востребовано медициной и энергетикой. Свинцовые экраны служат щитом в рентгеновских аппаратах и реакторах на атомных объектах.

    Свинец планируют использовать как источник тепла в реакторах на быстрых нейтронах.

    Свойство радиогенности изотопов используется в геологии. Оно дает возможность устанавливать возраст горных пород, ход геологических процессов в диапазоне миллиардов лет.

    Ограничения

    Применение металла ограничивают малая стойкость к вибрациям, низкая коррозионная устойчивость к гниющим органическим веществам, растворам извести, бетона, некоторым другим смесям. Такие свойства создает структура кристаллической решетки.

    Кабели со свинцовой оболочкой не прокладывают в местах, подвергающихся вибрации, сотрясениям: обочины автобанов, железных дорог, эстакады мостов.

    Механические сотрясения, вибрации разрушают свинец.

    Для устранения дефекта создают свинцовые сплавы с сурьмой, медью, кадмием, другими присадками.

    Влияние металла на экологию

    Производство свинца в мире уменьшается (его вытесняет пластик).

    Но загрязнение окружающей среды остается одним из опаснейших. Только океан ежегодно «получает» 500-600 тонн отработанного материала.

    Для изделий с использованием металла обязательна утилизация по специальной процедуре.

    Предостережение

    Главный недостаток металла – токсичность. Это также опасный канцероген.

    Свинец и его соединения отнесены к химически опасным веществам 1 класса.

    В XIX веке в зоне риска находились модницы: металл был основным компонентом белил для лица.

    Сегодня отравиться еще легче:

    • Добывая руду.
    • Работая на металлургическом комбинате.
    • Вдыхая автомобильные выхлопы.

    Свинцовые пары и пыль особо опасны: проникают в организм через носоглотку. Из легких свинец переходит в кровь, с ней разносится по телу. Аккумулируется в костях, печени, почках, сбивает синтез гемоглобина в крови.

    Признаки свинцового отравления:

    • Усталость, быстрая утомляемость.
    • Мигрень, головные боли.
    • Расстройство ЖКТ.
    • Нарушение сна.

    Они характерны и для анемии. Опознать свинцовое отравление помогают дополнительные симптомы: судороги, боль в костях, животе, тошнота, рвота. В тяжелых случаях добавляется скачок давления.

    Для человека токсичная доза свинца – 1-3 г, смертельная – 10 г. Свинцовое отравление важно сразу распознать, чтобы начать очищение организма. Иначе процесс чреват склерозом сосудов, патологиями костной и нервной систем, почек, печени. У детей может проявиться умственная отсталость.

    Выводится металл долго, трудно. Люди, постоянно работающие с ним, нередко наживают профессиональные заболевания.

    Отравление соединениями свинца называется сатурнизмом.

    Источник: jgems.ru

    Читайте также  Лапша удон с курицей и овощами — 5 пошаговых рецептов приготовления
Mila Vitsa