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

Задание	К раствору нитрата свинца (II) массой 80г (массовая доля соли 6,6%) прилили раствор йодида натрия массой 60 г (массовая доля NaI 5%). Рассчитайте массу йодида свинца (II), выпадающего в осадок.
Решение	Запишем уравнение реакции взаимодействия нитрата свинца (II) с иодидом натрия: Pb(NO 3) 2 + 2NaI = PbI 2 ↓ + 2NaNO 3 . Найдем массы растворенных веществ нитрата свинца (II) и иодидом натрия: ω = m solute / m solution × 100%; m solute = ω /100%×m solution ; m solute (Pb(NO 3) 2)=ω(Pb(NO 3) 2) /100%×m solution (Pb(NO 3) 2); m solute (Pb(NO 3) 2) = 6,6 /100%× 80 = 5,28 г; m solute (NaI) = ω (NaI) /100%×m solution (NaI); m solute (NaI) =5 /100% × 60 = 3 г. Найдем количество моль веществ, вступивших в реакцию (молярная масса нитрата свинца (II) равна 331 г/моль, иодида натрия - 150 г/моль) и определим, какое из них находится в избытке: n(Pb(NO 3) 2) =m solute (Pb(NO 3) 2) / M (Pb(NO 3) 2); n (Pb(NO 3) 2) = 5,28 / 331 = 0,016моль. n(NaI) =m solute (NaI) / M (NaI); n (NaI) = 3 / 150 = 0,02 моль. Иодид натрия находится в избытке, следовательно, все дальнейшие расчеты ведем по нитрату свинца (II). n (Pb(NO 3) 2) : n (PbI 2) = 1:1, т.е. n (Pb(NO 3) 2) = n (PbI 2) = 0,016 моль. Тогда масса иодида свинца (II) будет равна (молярная масса - 461 г/моль): m (PbI 2) = n (PbI 2) × M (PbI 2); m (PbI 2) = 0,016 × 461 = 7,376 г.
Ответ	Масса иодида свинца (II) равна 7,376 г.

Применение свинца. Металлический свинец широко применяют для изготовления трубопроводов, оболочек для кабелей; листовой свинец используют для покрытий и обкладки, например, свинцовых камер в серно-кислотном производстве. Далее, он служит для изготовления тиглей, чаш и сковород для упаривания, а также пластин для аккумуляторов. Благодаря большому весу свинец используют для наполнения снарядов, а также для изготовления дроби.

К свинцу, идущему на изготовление ружейной дроби, добавляют мышьяк (приблизительно 0,3 %), что делает его более текучим и легко разбиваемым на капли в расплавленном состоянии и более твердым после затвердевания. Из других сплавов свинца следует назвать металл для отливки типографского шрифта (гарт), содержащий 70−90 % свинца, сурьму и часто также олово и третник или мягкий припой. Это легкоплавкие сплавы свинца и олова. Наиболее низкой температурой плавления (181 °С) обладает сплав 64 % олова и 36 % свинца. Однако часто применяют более богатый свинцом припой; для запаивания тары, служащей для хранепия пищевых продуктов, например, консервных банок, следует употреблять припои с содержанием свинца не более 30 %. О содержащих свинец металлах для заливки подшипников было уже сказано в разделе об олове. Свинцовые металлы для заливки подшипников содержат свинец как главную составную часть, к которой для увеличения твердости добавляют либо сурьму (и часто наряду с ней также некоторые количества олова, меди, мышьяка и т. д.), Либо незначительные количества щелочных и щелочноземельных металлов. Ко второй группе относится «дорожный металл», широко применяемый в настоящее время немецким объединением дорог для изготовления подшипников для коленчатых валов. Он состоит из свинца и примерно 0,7 % кальция, 0,6 % натрия и 0,04 % лития и при температурах ниже 65 ºС превосходит оловянные металлы для заливки подшипников. Свинцово-сурьмяные металлы для заливки подшипников содержат обычно 60−80 % свинца, наряду с ним сурьму или сурьму и олово в равных количествах. Свинцово-сурьмяные сплавы называют твердым свинцом, а в противоположность им обычный чистый свинец − мягким свинцом.

Среди технически важных соединений свинца, прежде всего, следует назвать свинцовые краски, которые принадлежат к самым древним из минеральных красок. Важнейшими из них являются свинцовые белила (основной карбонат свинца), затем сурик Рb 3 O 4 и хромовая желтая РbСrO 4 . При использовании этих красок следует учитывать ядовитость свинца. После высыхания масляного слоя на подгрунтовке отравления уже можно не опасаться. Из других соединений свинца техническое применение находят прежде всего свинцовый глет [оксид свинца (II)], диоксид свипца (II), хлорид свинца, нитрат свинца и ацетат свинца (свинцовый сахар).

С органическими кислотами, содержащимися в смоле и льняном масле, свинец образует соединения, значительно ускоряющие высыхание и твердение употребляемых для окраски масел. Препараты, способствующие быстрому высыханию красок, называют «сиккативами», а их раствори в льняном масле − «олифами». Помимо оксида свинца, для изготовления сиккативов и олиф применяют еще оксиды марганца и цинка.

В истории развития человечества именно свинец был одним из первых металлов, который был взят в обработку. Первые упоминания об этом относятся к третьему тысячелетию до нашей эры. Гораздо позже перед человеком возникла необходимость изготовления труб для водопроводов и было решено производить их из свинца. От этой идеи пришлось отказаться, когда ученые доказали наличие вредных свойств этого необыкновенного металла. Прошло много времени с тех пор, но и сегодня, имея большой арсенал знаний о токсичности свинца, люди даже не думают отказываться от его использования. Есть много отраслей промышленности и сфер производства, где промышленный прокат и продукция из свинца постоянно востребованы.

Какие марки свинца бывают?

В зависимости от того, какое количество различных примесей содержит свинец, различают 3 основных вида:

С1 - cвинец, называемый первичным, с примесями в количестве 0,015%. Агрессивная среда и коррозия ему не страшны. Пластичен, легок в обработке и плавлении.

C2 - большое сходство с С1, только примесей 0,05%, потому и стоит меньше.

C3 - первичный свинец с предельно допустимым количеством примесей - 0,1%. Слитки и чушки производят именно из такого свинца.

Какие виды проката и изделий из свинца востребованы?

Свинцовый прокат бывает таких типов:

Листовой свинец в рулонах

Трубы из свинца

Свинцовая чушка

Проволока из свинца

Свинцовая дробь

Каждый из этих видов применим в своей сфере. Во многих случаях свинец, как металл токсичный, жизненно необходим людям для защиты от многих природных факторов. Невероятно, но факт. Обо всем подробнее.

1) Листовым свинцом обшивают стены рентгеновских кабинетов с целью защиты их от радиоактивного облучения. Пластины аккумуляторов транспортных средств также изготовлены из листового свинца. Цвет этого вида свинца серый с синим оттенком. Вес листа по ГОСТу в пределах от 3-х кг до 57 кг в зависимости от размеров продукции. Свинец легко плавится и закипает, демонстрируя во всей красе свои летучие свойства, награждая окружающих вредными веществами. Производство свинца является особо опасным.

2) Не зря наши предки изготавливали трубы из свинца - коррозия им не по чем, потому в химической промышленности таким трубам нет равных. Интересным их свойством является то, что они отличные проводники звуков.

3) Слитки в форме параллелепипеда получили название свинцовых чушек и стали заготовками для проката. Для их производства подходит любая марка свинца.

4) Свинцовая проволока мало кому неизвестна. Рыбаки используют грузила, стекольная промышленность по технологии тоже применяет свинцовую проволоку.

5) Про дробь из свинца и говорить нечего - известна каждому. Рыбаки, охотники, военные, полиция знают о ней не понаслышке. Существует целый ряд типоразмеров дроби, каждый из которых предназначен для соответствующих целей. при этом используется не только на охоте, но и для спортивной стрельбы по тарелочкам, а также в спецподразделениях и армии для снаряжения патронов гладкоствольного штурмового оружия.

Свинцовый прокат в нашей жизни.

Оглянувшись вокруг, понимаем, что свинцовый прокат рядом с нами, хотя и название у него другое, привычное с детства: батарейка, аккумуляторы, тросы, кабели и многое другое. Свинец легко плавится, поэтому с успехом используется в датчиках, извещающих о пожаре. Антикоррозийные свойства применяются особенно часто. Подводные фундаменты без этой защиты не обходятся. В строительстве применяются листы из свинца, благодаря их крепости, гибкости, возможности длительного использования. Интересным является факт использования свинцовых труб в органах и других музыкальных инструментах. Приборостроительные отрасли промышленности тоже не обходятся без продукции из свинца.

В природе существуют элементы, которые, будучи добавленными в свинец, значительно улучшают многие его свойства: мышьяк, никель, кальций, натрий, медь, кадмий, олово. Многие характеристики, являющиеся важными в технологических процессах, значительно улучшаются. Часто свинец находит применение в таких областях, о которых многие не знают:

Производство керамической глазури

Экраны, поглощающие звуки

Производство хрусталя

Изготовление зеркал

Вторичное использование лома свинца является не только выгодно финансово, но и приносит большую пользу природе.

Зачем нужен свинец? Использование свинца в промышленности.

Свинец можно назвать одним из самых применяемых в промышленности металлом. Его главное достоинство - простота получения из руды, поскольку при обработке галенита (свинцовой руды), свинец легко отделяется от серы, что объясняется низкой температурой его плавления. Свинец очень пластичен. Благодаря этому, он легко куется, что позволяет использовать свинец в машиностроении для изготовления различных сплавов. Сплав свинца с оловом используется для пайки металлов. Сплавы свинца с сурьмой и оловом используются в типографии.

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.

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.

Смотрите так же:

СТРУКТУРА

Свинец кристаллизуется в гранецентрированной кубической решетке (а = 4,9389Å), аллотропических модификаций не имеет. Атомный радиус 1,75Å, ионные радиусы: Рb 2+ 1,26Å, Рb 4+ 0,76Å. Двойниковые кристаллы по {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/см 3 (+20 °С). С повышением температуры плотность свинца падает. Предел прочности на растяжение - 12-13 МПа (МН/м 2). При температуре 7,26 К становится сверхпроводником.

ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА

Содержание в земной коре - 1,6 10 −3 % по массе. Самородный свинец встречается редко, круг пород, в которых он установлен, достаточно широк: от осадочных пород до ультраосновных интрузивных пород. В этих образованиях он часто образует интерметаллические соединения (например, звягинцевит (Pd,Pt) 3 (Pb,Sn) и др.) и сплавы с другими элементами (например, (Pb + Sn + Sb)). Он входит в состав 80 различных минералов. Важнейшие из них: галенит PbS, церуссит PbCO 3 , англезит PbSO 4 (сульфат свинца); из более сложных - тиллит PbSnS 2 и бетехтинит Pb 2 (Cu,Fe) 21 S 15 , а также сульфосоли свинца - джемсонит FePb 4 Sn 6 S 14 , буланжерит Pb 5 Sb 4 S 11 . Всегда содержится в рудах урана и тория, имея часто радиогенную природу.

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

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

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

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

В природных условиях часто образует крупные залежи свинцово-цинковых или полиметаллических руд стратиформного типа (Холоднинское, Забайкалье), а также скарнового (Дальнегорское (бывшее Тетюхинское), Приморье; Брокен-Хилл в Австралии) типа; галенит часто встречается и в месторождениях других металлов: колчеданно-полиметаллических (Южный и Средний Урал), медно-никелевых (Норильск), урановых (Казахстан), золоторудных и др. Сульфосоли обычно встречаются в низкотемпературных гидротермальных месторождениях с сурьмой, мышьяком, а также в золоторудных месторождениях (Дарасун, Забайкалье). Минералы свинца сульфидного типа имеют гидротермальный генезис, минералы окисного типа часты в корах выветривания (зонах окисления) свинцово-цинковых месторождений. В кларковых концентрациях свинец входит практически во все породы. Единственное место на земле, где в породах больше свинца по сравнению с ураном - Кохистанско-Ладакхская дуга на севере Пакистана.

ПРИМЕНЕНИЕ

Нитрат свинца применяется для производства мощных смесевых взрывчатых веществ. Азид свинца применяется как наиболее широко употребляемый детонатор (инициирующее взрывчатое вещество). Перхлорат свинца используется для приготовления тяжёлой жидкости (плотность 2,6 г/см³), используемой во флотационном обогащении руд, он иногда применяется в мощных смесевых взрывчатых веществах как окислитель. Фторид свинца самостоятельно, а также совместно с фторидом висмута, меди, серебра применяется в качестве катодного материала в химических источниках тока.

Висмутат свинца, сульфид свинца PbS, иодид свинца применяются в качестве катодного материала в литиевых аккумуляторных батареях. Хлорид свинца PbCl 2 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 PbO 2 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 PbCO 3 , 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 H 2 S. Свинцовые белила применяют также для производства шпатлёвки, в технологии цемента и свинцовокарбонатной бумаги.

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

Борат свинца Pb(BO 2) 2 H 2 O, нерастворимый белый порошок, используют для сушки картин и лаков, а вместе с другими металлами - в качестве покрытий стекла и фарфора.

Хлорид свинца PbCl 2 , белый кристаллический порошок, растворим в горячей воде, растворах других хлоридов и особенно хлорида аммония NH 4 Cl. 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(NO 3) 2 - белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде. Это вяжущее ограниченного применения. В промышленности его используют в спичечном производстве, крашении и набивке текстиля, окраске рогов и гравировке.

Поскольку свинец хорошо поглощает γ-излучение, он используется для радиационной защиты в рентгеновских установках и в ядерных реакторах. Кроме того, свинец рассматривается в качестве теплоносителя в проектах перспективных ядерных реакторов на быстрых нейтронах.

Значительное применение находят сплавы свинца. Пьютер (сплав олова со свинцом), содержащий 85-90 % Sn и 15-10 % Pb, формуется, недорог и используется в производстве домашней утвари. Припой, содержащий 67 % Pb и 33 % Sn, применяют в электротехнике. Сплавы свинца с сурьмой используют в производстве пуль и типографского шрифта, а сплавы свинца, сурьмы и олова - для фигурного литья и подшипников. Сплавы свинца с сурьмой обычно применяют для оболочек кабелей и пластин электрических аккумуляторов. Было время, когда на оболочки кабелей шла значительная часть производимого в мире свинца, благодаря хорошим влагозащитным свойствам таких изделий. Однако впоследствии свинец в существенной мере вытеснили из этой области алюминий и полимеры. Так, в странах Запада использование свинца на оболочки кабелей упало с 342 тысяч тонн в 1976 году до 51 тысяч тонн в 2002 году. Соединения свинца используются в производстве красителей, красок, инсектицидов, стеклянных изделий и как добавки к бензину в виде тетраэтилсвинца (C 2 H 5) 4 Pb (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

КЛАССИФИКАЦИЯ

Strunz (8-ое издание)	1/A.05-20
Nickel-Strunz (10-ое издание)	1.AA.05
Dana (7-ое издание)	1.1.21.1
Dana (8-ое издание)	1.1.1.4
Hey’s CIM Ref	1.30