Зачем нужен свинец? Использование свинца в промышленности. Свойства и применение свинца

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Свинец - восемьдесят второй элемент Периодической таблицы. Обозначение - Pb от латинского «plumbum». Расположен в шестом периоде, IVA группе. Относится к металлам. Заряд ядра равен 82.

Свинец - голубовато-белый тяжелый металл (рис. 1). В разрезе поверхность свинца блестит. На воздухе покрывается пленкой оксидов и из-за этого тускнеет. Он очень мягок и режется ножом. Обладает низкой теплопроводностью. Плотность 11,34 г/см 3 . Температура плавления 327,46 o С, кипения 1749 o С.

Рис. 1. Свинец. Внешний вид.

Атомная и молекулярная масса свинца

Относительной молекулярная масса вещества (M r) - это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (A r) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.

Поскольку в свободном состоянии свинец существует в виде одноатомных молекул Pb, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 207,2.

Изотопы свинца

Известно, что в природе свинец может находиться в виде четырех стабильных изотопов 204 Pb, 206 Pb, 207 Pb и 208 Pb. Их массовые числа равны 204, 206, 207 и 208 соответственно. Ядро атома изотопа свинца 204 Pb содержит восемьдесят два протона и сто двадцать два нейтрона, а остальные отличаются от него только числом нейтронов.

Существуют искусственные нестабильные изотопы свинца с массовыми числами от 178-ми до 215-ти, а также более десяти изомерных состояний ядер, среди которых наиболее долгоживущими являются изотопы 202 Pb и 205 Pb, периоды полураспада которых равны 52,5 тысячи и 15,3 млн. лет соответственно.

Ионы свинца

На внешнем энергетическом уровне атома свинца имеется четыре электрона, которые являются валентными:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 4f 14 5s 2 5р 6 5d 10 6s 2 6р 2 .

В результате химического взаимодействия свинец отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:

Pb 0 -2e → Pb 2+ ;

Pb 0 -4e → Pb 4+ .

Молекула и атом свинца

В свободном состоянии свинец существует в виде одноатомных молекул Pb. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу свинца:

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2

Зачем нужен свинец? Использование свинца в промышленности.

Свинец является надежной защитой от различных видов радиоактивного излучения и от рентгеновских лучей. Именно поэтому, свинец вводят в защитный фартук, используемый во время рентгена. Слоя свинца, толщиной 15-20 см достаточно, чтобы защитить человека от действия любого излучения. Защитить от радиоактивного излучения может и стекло, которое содержит свинец. Благодаря такому стеклу стало возможным управление обработкой радиоактивных материалов без вреда для здоровья.

Свинец отличается большой устойчивостью от воздействия, воды, воздуха и различных кислот. Это позволяет его использовать в электротехнической промышленности. Широко используется свинец для изготовления аккумуляторов. Кабельные рубки, применяемые в авиапромышленности, так же изготавливаются с участием свинца. Используют свинец и для защиты медных проводов, предохраняя от порчи телеграфные и телефонные линии. Детали, изготовленные из железа и меди, для защиты покрывают тонкими листами из свинца, подвергая их химическому воздействию.

Наибольшее применение свинец нашел в кабельной промышленности. Свинцом предохраняют от коррозии провода , прокладывая их под землей или водой. Используют свинец и в сплавах для электрических предохранителей и точной пригонки деталей, контактирующих между собой. Но главное – использование этого металла в химических источниках тока. Основой свинцового аккумулятора являются две свинцовые пластины, которые погружены в сернокислый электролит. На эти пластины наносится специальная паста из окиси свинца. Химические реакции, возникающие при зарядке и разрядке аккумулятора, происходят с возникновением электрического тока. Аккумуляторная промышленность является одной из самых емких потребителей свинца.

Окись свинца входит в состав хрусталя. Свинцовое стекло, особенностью которого является и то, что оно достаточно легко выдувается и преломляет световые лучи, применяется в оптических приборах. Применяется свинец и в лакокрасочной промышленности, и в строительстве, и в других сферах производства.

Однако, в последнее время использование свинца в промышленности ограничено, а то и вовсе запрещено рядом европейских государств. Россия тоже находится в поисках альтернативных технологий (материалам по развитию промышленности и внедрению новых технологий посвящен сайт www.сайт). Связано это, конечно, с экологией. Повышенное содержание свинца в поверхностных водах является следствием его высокой концентрации в сточных водах металлургических заводов, рудообогатительных фабрик и шахт. Из почвы свинец поступает в сельскохозяйственные культуры и, соответственно, в организм человека. А виною этому, как было сказано выше, промышленные предприятия. К тому же, на самих предприятиях экологическая обстановка такова, что среди профессиональных заболеваний свинцовая интоксикация занимает одно из первых мест. Свинец вызывает необратимые изменения в нервной системе, влияет на деятельность репродуктивной и сердечно-сосудистой систем. Поэтому, несмотря на всю пользу, которую свинец приносит промышленности, недооценивать вред, который он может нанести окружающей среде и здоровью людей, тоже не приходится.

Министерство образования и науки РФ

«Свинец и его свойства»

Выполнил:

Проверил:

СВИНЕЦ (лат. Plumbum), Pb, химический элемент IV группы периодической системы Менделеева, атомный номер 82, атомная масса 207,2.

1.Свойства

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

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

2.Химические свойства

По химическим свойствам свинец – малоактивный металл: в электрохимическом ряду напряжений он стоит непосредственно перед водородом. Поэтому свинец легко вытесняется другими металлами из растворов его солей. Если опустить в подкисленный раствор ацетата свинца цинковую палочку, свинец выделяется на ней в виде пушистого налета из мелких кристалликов, имеющего старинного название «сатурнова дерева». Если затормозить реакцию, обернув цинк фильтровальной бумагой, вырастают более крупные кристаллы свинца. Наиболее типична для свинца степень окисления +2; соединения свинца(IV) значительно менее устойчивы. В разбавленных соляной и серной кислотах свинец практически не растворяется, в том числе из-за образования на поверхности нерастворимой пленки хлорида или сульфата. С крепкой серной кислотой (при концентрации более 80%) свинец реагирует с образованием растворимого гидросульфата Pb(HSO4)2, а в горячей концентрированной соляной кислоте растворение сопровождается образованием комплексного хлорида H 4 PbCl 6 . Разбавленной азотной кислотой свинец легко окисляется:

Pb + 4HNO 3 = Pb(NO 3) 2 + 2NO 2 + H 2 O.

Разложение нитрата свинца(II) при нагревании – удобный лабораторный метод получения диоксида азота:

2Pb(NO 3) 2 = 2PbO + 4NO 2 + O 2 .

В присутствии кислорода свинец растворяется также в ряде органических кислот. При действии уксусной кислоты образуется легкорастворимый ацетат Pb(CH 3 COO) 2 (старинное название – «свинцовый сахар»). Свинец заметно растворим также в муравьиной, лимонной и винной кислотах. Растворимость свинца в органических кислотах могло раньше приводить к отравлениям, если пищу готовили в посуде, луженной или паянной свинцовым припоем. Растворимые соли свинца (нитрат и ацетат) в воде гидролизуются:

Pb(NO 3) 2 + H 2 O = Pb(OH)NO 3 + HNO 3 .

Взвесь основного ацетата свинца («свинцовая примочка») имеет ограниченное медицинское применение в качестве наружного вяжущего средства. Свинец медленно растворяется и в концентрированных щелочах с выделением водорода:

Pb + 2NaOH + 2H 2 O = Na 2 Pb(OH) 4 + H 2

что указывает на амфотерные свойства соединений свинца. Белый гидроксид свинца(II), легко осаждаемый из растворов его солей, также растворяется как в кислотах, так и в сильных щелочах:

Pb(OH) 2 + 2HNO 3 = Pb(NO 3) 2 + 2H 2 O;

Pb(OH) 2 + 2NaOH = Na 2 Pb(OH) 4

При стоянии или нагревании Pb(OH) 2 разлагается с выделением PbO. При сплавлении PbO со щелочью образуется плюмбит состава Na 2 PbO 2 . Из щелочного раствора тетрагидроксоплюмбата натрия Na2Pb(OH)4 тоже можно вытеснить свинец более активным металлом. Если в такой нагретый раствор положить маленькую гранулу алюминия, быстро образуется серый пушистый шарик, который насыщен мелкими пузырьками выделяющегося водорода и потому всплывает. Если алюминий взять в виде проволоки, выделяющийся на ней свинец превращает ее в серую «змею». При нагревании свинец реагирует с кислородом, серой и галогенами. Так, в реакции с хлором образуется тетрахлорид PbCl 4 – желтая жидкость, дымящая на воздухе из-за гидролиза, а при нагревании разлагающаяся на PbCl 2 и Cl 2 . (Галогениды PbBr 4 и PbI 4 не существуют, так как Pb(IV) – сильный окислитель, который окислил бы бромид- и иодид-анионы.) Тонкоизмельченный свинец обладает пирофорными свойствами – вспыхивает на воздухе. При продолжительном нагревании расплавленного свинца он постепенно переходит сначала в желтый оксид PbO (свинцовый глет), а затем (при хорошем доступе воздуха) – в красный сурик Pb 3 O 4 или 2PbO·PbO 2 . Это соединение можно рассматривать также как свинцовую соль ортосвинцовой кислоты Pb 2 . С помощью сильных окислителей, например, хлорной извести, соединения свинца(II) можно окислить до диоксида:

Pb(CH 3 COO) 2 + Ca(ClO)Cl + H 2 O = PbO 2 + CaCl 2 + 2CH 3 COOH

Диоксид образуется также при обработке сурика азотной кислотой:

Pb 3 O 4 + 4HNO 3 = PbO 2 + 2Pb(NO 3) 2 + 2H 2 O.

Если сильно нагревать коричневый диоксид, то при температуре около 300° С он превратится в оранжевый Pb 2 O 3 (PbO·PbO 2), при 400° С – в красный Pb 3 O 4 , а выше 530° С – в желтый PbO (разложение сопровождается выделением кислорода). В смеси с безводным глицерином свинцовый глет медленно, в течение 30–40 минут реагирует с образованием водоупорной и термостойкой твердой замазки, которой можно склеивать металл, стекло и камень. Диоксид свинца – сильный окислитель. Струя сероводорода, направленная на сухой диоксид, загорается; концентрированная соляная кислота окисляется им до хлора:

PbO 2 + 4HCl = PbCl 2 + Cl 2 + H 2 O,

сернистый газ – до сульфата:

PbO 2 + SO 2 = PbSO 4 ,

а соли Mn 2+ – до перманганат-ионов:

5PbO 2 + 2MnSO 4 + H 2 SO 4 = 5PbSO 4 + 2HMnO 4 + 2H 2 O.

Диоксид свинца образуется, а затем расходуется при зарядке и последующем разряде самых распространенных кислотных аккумуляторов. Соединения свинца(IV) обладают еще более типичными амфотерными свойствами. Так, нерастворимый гидроксид Pb(OH) 4 бурого цвета легко растворяется в кислотах и щелочах:

Pb(OH) 4 + 6HCl = H 2 PbCl 6 ;

Pb(OH) 4 + 2NaOH = Na 2 Pb(OH) 6 .

Диоксид свинца, реагируя со щелочью, также образует комплексный плюмбат(IV):

PbO 2 + 2NaOH + 2H 2 O = Na 2 .

Если же PbO2 сплавить с твердой щелочью, образуется плюмбат состава Na2PbO3. Из соединений, в которых свинец(IV) входит в состав катиона, наиболее важен тетраацетат. Его можно получить кипячением сурика с безводной уксусной кислотой:

Pb 3 O 4 + 8CH 3 COOH = Pb(CH 3 COO) 4 + 2Pb(CH 3 COO) 2 + 4H 2 O.

При охлаждении из раствора выделяются бесцветные кристаллы тетраацетата свинца. Другой способ – окисление ацетата свинца(II) хлором:

2Pb(CH 3 COO) 2 + Cl 2 = Pb(CH 3 COO) 4 + PbCl 2 .

Водой тетраацетат мгновенно гидролизуется до PbO 2 и CH 3 COOH. Тетраацетат свинца находит применение в органической химии в качестве селективного окислителя. Например, он весьма избирательно окисляет только некоторые гидроксильные группы в молекулах целлюлозы, а 5-фенил-1-пентанол под действием тетраацетата свинца окисляется с одновременной циклизацией и образованием 2-бензилфурана. Органические производные свинца – бесцветные очень ядовитые жидкости. Один из методов их синтеза – действие алкилгалогенидов на сплав свинца с натрием:

4C 2 H 5 Cl + 4PbNa = (C 2 H 5) 4 Pb + 4NaCl + 3Pb

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

3.Применение

Используют для изготовления пластин для аккумуляторов (около 30% выплавляемого свинца), оболочек электрических кабелей, защиты от гамма-излучения (стенки из свинцовых кирпичей), как компонент типографских и антифрикционных сплавов, полупроводниковых материалов

Данное видео продолжит рассказ о свойствах свинца:

Электропроводность

Тепло- и электропроводность металлов довольно хорошо коррелируют друг с другом. Свинец не слишком хорошо проводит тепло и к лучшим проводникам электричества тоже не относится: удельное сопротивление составляет 0,22 Ом-кв. мм/м при сопротивлении той же меди 0,017.

Коррозионная стойкость

Свинец – металл неблагородный, однако по уровню химической инертности к таковым приближается. Низкая активность и способность покрываться оксидной пленкой и обуславливает достойную коррозионную стойкость.

Во влажной сухой атмосфере металл практически не корродирует. Причем в последнем случае сероводород, угольный ангидрид и серная кислота – обычные «виновники» коррозии, на него не влияют.

Показатели коррозии в разной атмосфере такие:

• в городской (смог) – 0,00043–0,00068 мм/год,
• в морской (соли) – 0,00041–0,00056 мм/год;
• сельской – 0,00023– ,00048 мм/год.

Воздействие пресной или дистиллированной воды нулевое.

• Металл устойчив к действию хромовой, плавиковой, концентрированной уксусной, сернистой и фосфорной кислоте.
• А вот в разбавленной уксусной или азотной с концентрацией менее 70% быстро разрушается.
• Так же действует и концентрированная – более 90%, серная кислота.

Газы – хлор, сернистый газ, сероводород на металл не действуют. Однако под влиянием фтористого водорода свинец корродирует.

На коррозионные качества его влияют другие металлы. Так, контакт с железом и никак не сказывается на коррозионной стойкости, а добавка висмута или снижает стойкость вещества к кислоте.

Токсичность

И свинец, и все его органические соединения относятся к химически опасным веществам 1 класса. Металл очень токсичен, а отравление им возможно при многих технологических процессах: выплавка, изготовление свинцовых красок, добыча руды и так далее. Совсем не так давно, менее 100 лет назад, не менее распространены были и бытовые отравления, поскольку свинец добавляли даже в белила для лица.

Наибольшую опасность представляют собой пары металла и его пыль, поскольку в таком состоянии они легче всего проникает в организм. Основной путь – дыхательный тракт. Часть может усвоиться и через кишечно-желудочный тракт и даже кожу при непосредственном контакте – те же свинцовые белила и краски.

• Попадая в легкие, свинец всасывается кровью, разносится по всему телу и скапливается в основном в костях. Главное его отравляющее действие связано с нарушениями в синтезе гемоглобина. Типичные признаки свинцового отравления сходны с анемией – усталость, головные боли, расстройства сна и пищеварения, но сопровождаются постоянными ноющими болями в мышцах и костях.
• Длительное отравление может вызвать «свинцовый паралич». Острое отравление провоцирует повышение давления, склерозирование сосудов и так далее.

Лечение специфическое и длительное, поскольку вывести тяжелый металл из организма непросто.

О том, какими экологическими свойствами обладает свинец, расскажем ниже.

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

О свойствах солей свинца поведает данное видео:

Свойства свинца

Существует не только свекольный или тростниковый , но и свинцовый. Так называют одно из соединений металла.

Ацетат выглядит как сладкая добавка к пище, — мелкие белого цвета или порошок, хорошо растворимый в воде.

Однако, свинцовый сахар не сладкий, да и есть его, не рекомендуется. Вещество содержит яд, коим являются как раз ионы металла.

Применяют ацетат только в ветеринарии исключительно наружно, поскольку обладает вяжущими свойствами.

Ядовитость некоторых соединений свинца, как это ни странно, используется во благо человека, но не насекомых.

Вещество под названием арсенат, содержащее металл, — отрава для вредителей полей, таких как долгоносик хлопковый и непарный шелкопряд.

Есть целый спектр и безобидных сочетаний свинца с другими элементами.

В сочетании с металл обладает сушащими свойствами, веществом обрабатывают картины, чтобы краска быстрее запустевала.

— Хромат свинца солнечного цвета. Его применяют для окрашивания тканей, .

— Без сульфата металла не обходятся аккумуляторы.

— Тетраэтилсвинец служит добавкой к машинному топливу, улучшает качественные параметры .

— Без сульфида металла не возможен обжиг посуды и изделий из .

— Хлорид свинца замедляет рост опухолей, поэтому используется медиками в качестве мази.

Это, применение химических соединений свинца . В чистом же виде элемент пригождается в промышленности.

Применение свинца

Металл не благородный, зато, помогает получить драгоценные и в их чистом виде. Процесс называется купелирование.

В процессе плавления смеси и свинца под воздействием окисления, отделяется драгоценный металл без каких-либо примесей.

Добавляют свинец и в смеси, которые употребляют в качестве припоев.

Их применяют для спаивания между собой деталей . Сам по себе свинец не отличается эстетической красотой.

Не соприкасаясь с воздухом, он блестящий, бело-голубой. Но, стоит металлу прореагировать с кислородом в атмосфере, как он теряет лоск, покрывается непрозрачной, мутной пленкой. Так что, с эстетической точки зрения свинец не представляет ценности.

Зато, элемент под порядковым номером 82 в – герой многих литературных трудов. Писатели любят эпитет «свинцовый».

Обычно, он означает неимоверную тяжесть чего-либо. К примеру, фраза «свинцовые ноги » трактуется, как конечности, которыми невозможно передвигать из-за ощущения в них тяжести.

Металл №82, действительно, не легок, но далеко не самый тяжелый из известных веществ. К примеру, в кусочек свинца плавает на поверхности.

Так что, более точно другое литературное применение образа элемента. Понятие «свинцовый» употребляют по отношению к цвету.

Часто говорят «свинцовый цвет лица». Это значит что покровы нездоровой серо-синей окраски, такой, какую металл приобретает при соприкосновении с воздухом.

В переводе некоторых текстов можно встретить фразу «оловянные аккумуляторы».

Это издержки перевода текстов на литовском, латышском, болгарском языках не совсем компетентными людьми.

Дело в том, что слова свинец во многих странах просто нет. Этот элемент называют оловом.

Еще древние люди путали два похожих друг на друга металла. Правда, олово тысячелетия назад не удостоилось чести представлять какую-нибудь планету.

Другие металлы, известные с незапамятных времен, древние люди разделили по небесным телам. Не секрет, что символизировало Марс. Свинец же стал обозначать Сатурн.

82-ым элементом буквально напичкана земля и, это касается не только природных запасов металла, но и коммуникационных систем.

Свойства свинца спасают от коррозии линии электропередач, телеграфные провода. Их часто приходится прокладывать не по воздуху, а под водоемами или, просто, под землей.

Не обходятся без бело-голубого металла и водопроводные системы. В них элемент свинец – материал для запорных устройств. Они препятствуют незапланированному доступу, в коллекторы, к примеру.

Количество свинца во внешней среде влияет на уровень преступности. К такому выводу пришли ученые США.

Они обследовали все штаты страны, соотнесли цифры и выявили закономерность.

Там, где концентрация металл максимальна, совершается в 4 раза больше правонарушений, чем в областях с меньшими показателями элемента №82.

Ученые мужи даже нашли объяснение статистическим данным. Они предположили, что металл свинец способствует нарушению нейронных связей в мозге, разрушает некоторые химические соединения, необходимые для нормальной работы органа.

Возможно, это способствует перепрограммированию человека на более нестандартное и агрессивное поведение.

Кстати, свинец в истории человечества часто был связан именно с агрессией. Металл применяли в пытках.

Лили в расплавленном виде на кожные покровы, рот. В индии сплав заливали в уши представителям низшей касты, если те подслушали разговоры своих высших собратьев.

А в Венеции для опасных преступников делали свинцовые потолки камер на верхнем этаже тюрьмы.

В жару они раскалялись, — узники изнывали от температур и духоты. В прохладную погоду, напротив, в помещениях было очень холодно.

Но, к счастью, сейчас металл №82 используют, в основном, в благих целях. Основной добытчик свинца – КНР.

В Поднебесной добывают около 2-х миллионов тонн элемента в год. Для сравнения, все запасы России равны лишь 17-ти миллионам тонн. Большинство из них скрыты в недрах Приморского, Алтайского, Красноярского краев.