Свинец (Pb) — элемент с атомным номером 82 и атомным весом 207,2. Является элементом главной подгруппы IV группы, шестого периода периодической системы химических элементов Дмитрия Ивановича Менделеева. Свинцовый слиток имеет грязно-серый цвет, однако, на свежем срезе металл блестит и имеет синевато-серый оттенок. Это объясняется тем, что на воздухе свинец быстро окисляется и покрывается тонкой окисной пленкой, которая препятствует дальнейшему разрушению металла. Свинец очень пластичный и мягкий металл - слиток можно разрезать ножом и даже поцарапать ногтем. Устоявшееся выражение «свинцовая тяжесть» верно лишь отчасти - действительно - свинец (плотность11,34 г/см 3) тяжелее железа (плотность 7,87 г/см 3) в полтора раза, вчетверо тяжелее алюминия (плотность 2,70 г/см 3) и даже более тяжел, чем серебро (плотность 10,5 г/см 3). Однако многие металлы, используемые современной промышленностью гораздо тяжелее свинца - золото почти в два раза (плотность 19,3 г/см 3), тантал в полтора раза (плотность 16,6 г/см 3); будучи погруженный в ртуть, свинец всплывает на поверхность, ведь он легче ртути (плотность 13,546 г/см 3).
Природный свинец состоит из пяти стабильных изотопов с массовыми числами 202 (следы), 204 (1,5 %), 206 (23,6 %), 207 (22,6 %), 208 (52,3 %). Причем последние три изотопа - конечные продукты радиоактивных превращений 238 U, 235 U и 232 Th. В ходе ядерных реакций происходит образование многочисленных радиоактивных изотопов свинца.
Свинец наряду с золотом, серебром, оловом, медью, ртутью и железом относится к элементам, известным человечеству с глубокой древности. Существует предположение, что впервые люди выплавили свинец из руды более восьми тысяч лет назад. Еще за 6-7 тысяч лет до нашей эры из этого металла в Месопотамии и Египте изготовляли статуи божеств, предметы культа и домашнего обихода, таблички для письма. Римляне, изобретя водопровод, сделали свинец материалом для труб, несмотря на то, что ядовитость этого металла отмечали еще в первом веке нашей эры греческие врачи Диоскорид и Плиний Старший. Такие соединения свинца, как «свинцовая зола» (PbO) и свинцовые белила (2 PbCO 3 ∙Pb(OH) 2) применялись в Древней Греции и Риме как составные части лекарств и красок. В средневековье семерка древних металлов была в почете у алхимиков и магов, каждый из элементов получил отождествление с одной из известных тогда планет, свинцу соответствовал Сатурн, знаком этой планеты и обозначали металл. Именно свинцу алхимики приписывали способность превращаться в благородные металлы - серебро и золото, по этой причине он был частым участником их химических опытов. С появлением огнестрельного оружия свинец стал применяться в качестве материала для пуль.
Свинец широко используется в технике. Наибольшее его количество расходуется при изготовлении оболочек кабелей и пластин аккумуляторов. В химической промышленности на сернокислотных заводах из свинца изготовляют кожухи башен, змеевики холодильников и многие другие ответственные части аппаратуры, так как серная кислота (даже 80 % концентрации) не разъедает свинец. Свинец используется в оборонной промышленности - идет на изготовление боеприпасов и на выделку дроби. Этот металл входит в состав многих сплавов, например, сплавов для подшипников, типографского сплава (гарта), припоев. Свинец великолепно поглощает опасное гамма-излучение, поэтому его используют в качестве защиты от него при работе с радиоактивными веществами. Определенное количество свинца расходуется на производство тетраэтилсвинца - для повышения октанового числа моторного топлива. Свинец активно используют стекольная и керамическая промышленности для производства хрусталя и специальных лазурей. Свинцовый сурик - вещество ярко-красного цвета (Pb 3 O 4) - является основным ингредиентом краски, применяемой для защиты металлов от коррозии.
Биологические свойства
Свинец, как и большинство других тяжелых металлов, попадая в организм, вызывает отравления, которые могут быть скрытыми (носительство), протекать в легкой, средней тяжести и тяжелой формах. Основные признаки отравления свинцом — лиловато-аспидный окрас края десен, бледно-серая окраска кожных покровов, нарушения в кроветворении, поражения нервной системы, боли в брюшной полости, запоры, тошнота, рвота, подъем АД, температуры тела до 37 °С и выше. При тяжелых формах отравления и хронической интоксикации весьма вероятны необратимые поражения печени, сердечно-сосудистой системы, нарушения в работе эндокринной системы, угнетение иммунной системы организма и онкологические заболевания.
Каковы же причины отравления свинцом и его соединениями? Ранее такими причинами были — употребление воды из свинцовых водопроводов; хранение пищи в глиняной посуде, покрытой глазурью из свинцового сурика или глета; использование свинцовых припоев при починке металлической посуды; широкое использование свинцовых белил (даже в косметических целях) — все это неизбежно приводило к накоплению тяжелого металла в организме. В наши дни, когда о токсичности свинца и его соединений известно каждому, такие факторы проникновения металла в человеческий организм почти исключены. Однако развитие прогресса привело к возникновению огромного ряда новых рисков — это отравления на предприятиях по добыче и выплавке свинца; при производстве красителей на основе восемьдесят второго элемента (в том числе для полиграфии); при получении и использовании тетраэтилсвинца; на предприятиях кабельной промышленности. Ко всему этому нужно прибавить возрастающее загрязнение окружающей среды свинцом и его соединениями, поступающими в атмосферу, почву и воду.
Растения, в том числе потребляемые в пищу, поглощают свинец из почвы, воды и воздуха. В человеческий организм свинец поступает с пищей (более 0,2 мг), водой (0,1 мг) и пылью вдыхаемого воздуха (около 0,1 мг). Причем, поступающий с вдыхаемым воздухом свинец наиболее полно усваивается организмом. Безопасным суточным уровнем поступления свинца в человеческий организм считается 0,2—2 мг. Выделяется главным образом через кишечник (0,22-0,32 мг) и почки (0,03-0,05 мг). В теле взрослого человека в среднем постоянно содержится около 2 мг свинца, причем у жителей крупных промышленных городов содержание свинца выше, чем у сельчан.
Основной концентратор свинца в человеческом теле — костная ткань (90 % всего свинца организма), кроме того, свинец накапливается в печени, поджелудочной железе, почках, головном и спинном мозге, крови.
В качестве лечения отравлений могут рассматриваться некоторые специфические препараты комплексообразователи и общеукрепляющие средства — витаминные комплексы, глюкоза и им подобные. Также необходимы курсы физиотерапии и санаторно-курортное лечение (минеральные воды, грязевые ванны). Необходимы профилактические меры на предприятиях, связанных со свинцом и его соединениями: замена свинцовых белил цинковыми или титановыми; замена тетраэтилсвинца менее токсичными антидетонаторами; автоматизация ряда процессов и операций в производстве свинца; установка мощных вытяжных систем; использование СИЗ и периодические осмотры рабочего персонала.
Тем не менее, несмотря на токсичность свинца и его отравляющее действие на человеческий организм, он может приносить и пользу, что используется в медицине. Свинцовые препараты применяют наружно, как вяжущие и антисептические средства. Примером может служить «свинцовая вода» Pb(CH3COO)2.3H2O, которую применяют при воспалительных заболеваниях кожи и слизистых оболочек, а также при ушибах и ссадинах. Простые и сложные свинцовые пластыри помогают при гнойно-воспалительных заболеваниях кожи, фурункулах. При помощи уксуснокислого свинца получают препараты, стимулирующие деятельность печени при выделении желчи.
В Древнем Египте выплавкой золота занимались исключительно жрецы, ведь процесс считался священным искусством, неким таинством недоступным простым смертным. Поэтому именно служители культа подвергались завоевателями самым жестоким пыткам, однако тайна не была раскрыта в течение долгого времени. Как оказалось, египтяне обрабатывали золотую руду расплавленным свинцом, растворяющим благородные металлы, и таким образом извлекали золото из руд. Получившийся раствор подвергали окислительному обжигу, и свинец превращался в окись. Следующая стадия содержала главный секрет жрецов - горшки для обжига, изготовленные из костяной золы. При плавке окись свинца впитывалась в стенки горшка, увлекая при этом случайные примеси, на дне же оставался чистый сплав.
В современном строительстве свинец используют для уплотнения швов и создания сейсмостойких фундаментов. А ведь традиция использования этого металла в строительных целях идет из глубины веков. Древнегреческий историк Геродот (V в. до н. э.) писал о методе укрепления железных и бронзовых скоб в каменных плитах путем заливки отверстий легкоплавким свинцом. Позднее при раскопках Микен археологи обнаружили свинцовые скобы в каменных стенах. В селении Старый Крым и сейчас сохранились руины так называемой свинцовой мечети, сооруженной в XIV столетии. Такое название здание получило оттого, что зазоры в каменной кладке залиты свинцом.
Существует целая легенда о том, как впервые была получена краска сурик. Свинцовые белила люди научились изготовлять более трех тысяч лет назад, только в те времена этот товар был редкостью и имел весьма высокую цену. По этой причине художники древности с большим нетерпением всегда ожидали в порту торговые корабли, везущие столь драгоценный товар. Не был исключением и великий греческий мастер Никий, который однажды в волнении высматривал корабль с острова Родос (основного поставщика свинцовых белил во всем Средиземноморье), везущий груз с краской. Вскоре корабль вошел в порт, но вспыхнул пожар и ценный груз был поглощен огнем. В безысходной надежде, что огонь пожалел хотя бы один сосуд с краской, Никий вбежал на обгоревший корабль. Огонь не уничтожил сосуды с краской, те лишь обгорели. Как же были удивлены художник и хозяин груза, когда, вскрыв сосуды, они обнаружили вместо белой краски ярко-красную!
Простота получения свинца заключается не только в том, что его легко выплавлять из руд, но и в том, что в отличие от многих других промышленно важных металлов, свинец не требует каких-либо специальных условий (создания вакуума или инертной среды) повышающих качество конечного продукта. Все потому, что газы не оказывают на свинец абсолютно никакого влияния. Ведь кислород, водород, азот, углекислый газ и прочие «вредные» для металлов газы не растворяются ни в жидком, ни в твердом свинце!
Средневековые инквизиторы использовали расплавленный свинец в качестве орудия пытки и казни. Особо несговорчивым (а порой наоборот) лицам металл вливали в горло. В далекой от католичества Индии было похожее наказание, ему подвергались лица низших каст, которые имели несчастье услышать (подслушать) чтение священных книг браминов. Нечестивцу заливали в уши расплавленный свинец.
Одной из венецианских «достопримечательностей» является средневековая тюрьма для государственных преступников, соединенная «Мостом вздохов» с Дворцом дожей. Особенность этой тюрьмы заключается в наличии необычных «VIP» камер на чердаке под крышей из свинца. В летний зной узник изнывал от жары, порой задыхаясь насмерть в такой камере, зимой заключенный замерзал от холода. Прохожие на «Мосту вздохов» могли слышать стенания и мольбы узников, при этом постоянно осознавая силу и власть правителя, находящегося рядом - за стенами Дворца дожей…
История
В ходе раскопок в Древнем Египте археологи обнаружили изделия из серебра и свинца в захоронениях до династического периода. Примерно к этому же времени (8—7 тысячелетие до нашей эры) относятся аналогичные находки, сделанные в районе Месопотамии. Совместные находки изделий из свинца и серебра неудивительны. С давних времен внимание людей привлекли красивые тяжелые кристаллы свинцового блеска PbS - наиболее важной руды, из которой добывается свинец. Богатые залежи этого минерала находили в горах Армении и в центральных районах Малой Азии. Минерал галенит помимо свинца содержит значительные примеси серебра и серы и если положить куски этого минерала в костер, то сера выгорит и потечет расплавленный свинец - древесный уголь препятствует окислению свинца. В шестом веке до нашей эры богатые залежи галенита были обнаружены в Лаврионе - гористой местности недалеко от Афин, а во времена римских пунических войн на территории современной Испании в многочисленных шахтах, заложенных еще финикийцами, активно добывался свинец, который римские инженеры использовали в строительстве труб водопровода.
Определенно установить первичное значение слова «свинец» не удалось до сих пор, так как неизвестно происхождение самого слова. Догадок и предположений множество. Так одни лингвисты утверждают, что греческое название свинца связано с определенной местностью, где его добывали. Некоторые филологи ошибочно сопоставляют более ранее греческое название с поздним латинским plumbum и утверждают, что последнее слово образовалось из mlumbum, а оба слова берут корни от санскритского bahu-mala, что можно перевести, как «очень грязный». Кстати, считается, что слово «пломба» произошло именно от латинского plumbum, а по-французски название восемьдесят второго элемента так и звучит - plomb. Это связано с тем, что мягкий металл с древних времен было принято использовать в качестве печатей и пломб. Даже в наше время товарные вагоны и складские помещения опечатывают свинцовыми пломбами.
Достоверно можно утверждать, что свинец часто путали с оловом, в XVII в. различали plumbum album (белый свинец, т. е. олово) и plumbum nigrum (черный свинец - собственно свинец). Можно было бы предположить, что в путанице виновны средневековые алхимики, именовавшие свинец множеством секретных имен, и трактовавших греческое название, как как plumbago - свинцовая руда. Однако такая путаница существует и в более ранних славянских названиях свинца. Так на древнеболгарском, сербскохорватском, чешском и польских языках свинец именовался оловом! О чем свидетельствует сохранившееся до нашего времени чешское название свинца - olovo.
Немецкое имя свинца - blei вероятно берет свои корни из древнегерманского blio (bliw), а то в свою очередь созвучно с литовским bleivas (свет, ясный). Вполне возможно, что от немецкого blei происходит и английское слово lead (свинец) и датское lood.
Происхождение русского слова «свинец» неизвестно, также как и близких восточнославянских - украинского (свинець) и белорусского (свінец). Кроме того, созвучие имеется в балтийской группе языков: литовский švinas и латышский svins. Существует теория о том, что эти слова следует связывать со словом «вино», что в свою очередь идет от традиции древних римлян и некоторых кавказских народов хранить вино в свинцовых сосудах для придания ему определенного своеобразного вкуса. Однако эта теория не подтверждена и имеет малую доказательную базу своей правоты.
Благодаря археологическим находкам стало известно, что древние мореплаватели обшивали корпуса деревянных кораблей тонкими пластинами из свинца. Одно из таких судов было поднято со дна Средиземного моря в 1954 году недалеко от Марселя. Древнегреческий корабль ученые датировали третьим веком до нашей эры! А уже в средние века крыши дворцов и шпили некоторых церквей покрывали свинцовыми пластинами, которые были устойчивы ко многим атмосферным явлениям.
Нахождение в природе
Свинец довольно редкий металл, его содержание в земной коре (кларк) составляет 1,6·10 -3 % по массе. Однако этот элемент гораздо более распространен, чем его ближайшие соседи по периоду - золото (всего 5∙10 -7 %), ртуть (1∙10 -6 %) и висмут (2∙10 -5 %). Очевидно, что данный факт связан с постепенным накоплением свинца в земной коре за счет ядерных реакций проходящих в недрах нашей планеты - изотопы свинца являющиеся конечными продуктами распада урана и тория, постепенно пополняют запасы Земли восемьдесят вторым элементом уже в течение миллиардов лет и процесс этот продолжается.
Основное скопление свинцовых минералов (более 80 - главный из них галенит PbS) связано с формированием гидротермальных месторождений. Кроме гидротермальных месторождений, некоторое значение имеют также окисленные (вторичные) руды - это полиметаллические руды, образующиеся в результате процессов выветривания приповерхностных частей рудных тел (до глубины 100-200 метров). Они обычно представлены гидроокислами железа, содержащими сульфаты (англезит PbSO 4), карбонаты (церуссит РbCO 3), фосфаты - пироморфит Рb 5 (РО 4) 3 Сl, смитсонит ZnCO 3 , каламин Zn 4 ∙H 2 O, малахит, азурит и другие.
И если свинец и цинк - главные ценные компоненты комплексных полиметаллических руд, то их спутниками часто являются более ценные металлы - золото, серебро, кадмий, олово, индий, галлий и иногда висмут. Содержания основных ценных компонентов в промышленных месторождениях полиметаллических руд колеблются от нескольких процентов и до более чем 10 %. В зависимости от концентрации рудных минералов различают сплошные или вкрапленные полиметаллические руды. Рудные тела полиметаллических руд отличаются разнообразием размеров, имея длину от нескольких метров до километра. Различны по морфологии - гнезда, пластообразные и линзообразные залежи, жилы, штоки, сложные трубообразные тела. Также различны условия залегания - пологие, крутые, секущие, согласные и другие.
При переработке полиметаллических руд получают два основных вида концентратов, содержащих соответственно 40-70 % свинца и 40-60 % цинка и меди.
Основные месторождения полиметаллических руд в России и странах СНГ - Алтай, Сибирь, Северный Кавказ, Приморский край, Казахстан. Богаты залежами полиметаллических комплексных руд Соединенные Штаты Америки, Канада, Австралия, Испания, Германия.
В биосфере свинец рассеян - его мало в живом веществе (5·10 -5 %) и морской воде (3·10 -9 %). Из природных вод этот металл отчасти сорбируется глинами и осаждается сероводородом, поэтому он накапливается в морских илах с сероводородным заражением и в образовавшихся из них черных глинах и сланцах.
Доказательством значимости свинцовых руд может служить один исторический факт. В рудниках, расположенных недалеко от Афин, греки из добываемого в шахтах свинца извлекали серебро методом купелирования (VI в. до н.э.). Причем древним «металлургам» удавалось извлечь практически весь драгоценный металл! Современные исследования утверждают, что серебра в породе оставалось всего 0,02 %. Вслед за греками отвалы перерабатывали римляне, добывая как свинец, так и остаточное серебро, содержание которого им удалось довести до 0,01 % и менее. Казалось бы - руда пуста и поэтому рудник был заброшен почти две тысячи лет. Однако в конце девятнадцатого века отвалы вновь стали перерабатывать на этот раз исключительно ради серебра, содержание которого составляло менее 0,01 %. На современных же металлургических предприятиях в свинце оставляют еще в сотни раз меньше драгоценного металла.
Применение
С древнейших времен свинец широко использовался человечеством, и области его применения были весьма разнообразны. Древние греки и египтяне использовали этот металл для очистки золота и серебра методом купелирования. Многие народы использовали расплавленный металл в качестве цементирующего раствора при строительстве зданий. Римляне использовали свинец в качестве материала для трубопроводов водопровода, а средневековые европейцы изготовляли из этого металла водостоки и дренажные трубы, облицовывали крыши некоторых зданий. С появлением огнестрельного оружия свинец стал главным материалом при изготовлении пуль и дроби.
В наше время восемьдесят второй элемент и его соединения лишь расширили сферы своего потребления. Аккумуляторная промышленность - один из самых емких потребителей свинца. Огромное количество металла (в некоторых странах до 75 % от всего объема производимого) расходуется на производство свинцовых аккумуляторов. Более прочные и менее тяжелые щелочные аккумуляторы активно завоевывают рынок, однако более емкие и мощные свинцовые аккумуляторы не сдают своих позиций.
Немало свинца расходуется на нужды химической промышленности при изготовлении заводской аппаратуры, стойкой в агрессивных газах и жидкостях. Так в сернокислотной промышленности основное оборудование - трубы, камеры, желоба, промывные башни, холодильники, детали насосов - все это изготовляется из свинца или свинцом облицовывается. Вращающиеся детали и механизмы (мешалки, крыльчатки вентилятора, вращающиеся барабаны) изготовляют из свинцово-сурьмянистого сплава гартблея.
Кабельная промышленность - еще один серьезный потребитель свинца, на эти цели в мире расходуется до 20 % этого металла. Им предохраняют от коррозии телеграфные и электрические провода при подземной или подводной прокладке.
До конца шестидесятых годов двадцатого века росло производство тетраэтилсвинца Pb(С2 Н5)4 - бесцветной ядовитой жидкости, которая является превосходным антидетонатором, улучшающим качество топлива. Однако после того как ученые подсчитали, что ежегодно с автомобильными выхлопами выбрасываются сотни тысяч тонн свинца, отравляя окружающую среду, многие страны сократили потребление ядовитого металла, а некоторое полностью отказались от его использования.
В связи с высокой плотностью и тяжестью свинца его применение в оружейном деле было известно задолго до появления огнестрельного оружия - пращники армии Ганнибала метали в римлян свинцовые шары. Лишь позже люди стали отливать из свинца пули и дробь. Для придания большей твердости к свинцу добавляют другие элементы, так при изготовлении шрапнели, в свинец добавляют до 12 % сурьмы, а свинец ружейной дроби содержит не более 1 % мышьяка. Нитрат свинца применяется для производства мощных смесевых взрывчатых веществ. Кроме того, свинец входит в состав некоторых инициирующих взрывчатых веществ (детонаторы): азид (PbN6) и тринитрорезорцинат свинца (ТНРС).
Свинец активно поглощает гамма- и рентгеновские лучи, благодаря чему его применяют как материал для защиты от их действия (контейнеры для хранения радиоактивных веществ, аппаратура рентгеновских кабинетов и других).
Главные компоненты типографских сплавов - свинец, олово и сурьма. Причем свинец и олово использовались в книгопечатании с первых его шагов, но не были единым сплавом, каковым являются в современной типографии.
Такое же, если не большее значение имеют соединения свинца, так некоторые соединения свинца защищают металл от коррозии не в условиях агрессивных сред, а просто на воздухе. Эти соединения вводят в состав лакокрасочных покрытий, например, свинцовые белила (затертая на олифе основная углекислая соль свинца 2PbCO3 Pb(OH)2), которые обладают рядом замечательных качеств: высокая кроющая способность, прочность и долговечность образуемой пленки, устойчивость к действию воздуха и света. Однако есть несколько отрицательных моментов, которые сводят применение свинцовых белил к минимуму (наружная окраска судов и металлоконструкций) - высокая токсичность и восприимчивость к сероводороду. В состав масляных красок входят и другие соединения свинца. Ранее в качестве желтого пигмента использовали глет PbO, который сменил свинцовый крон PbCrO4, однако использование свинцового глета продолжается - в качестве вещества ускоряющего высыхания масел (сиккатив). По сей день самый популярный и массовый пигмент на свинцовой основе - сурик Pb3O4. Этой замечательной краской ярко-красного цвета красят, в частности, подводные части кораблей.
Арсенат Pb3(AsO4)2 и арсенит свинца Pb3(AsO3)2 применяют в технологии инсектицидов для уничтожения насекомых - вредителей сельского хозяйства (непарного шелкопряда и хлопкового долгоносика).
Производство
Наиболее важная руда, из которой добывается свинец - свинцовый блеск PbS, а также комплексные сульфидные полиметаллические руды. Первая металлургическая операция при получении свинца это окислительный обжиг концентрата в агломерационных ленточных машинах непрерывного действия. При обжиге сульфид свинца превращается в оксид:
2PbS + ЗО2 → 2РbО + 2SO2
Помимо этого, получается и немного сульфата PbSO4, который переводят в силикат PbSiO3, для чего в шихту добавляют кварцевый песок и другие флюсы (CaCO3, Fe2O3), благодаря которым образуется жидкая фаза, цементирующая шихту.
В ходе реакции окисляются и сульфиды других металлов (медь, цинк, железо), присутствующие как примеси. Конечным результатом обжига вместо порошкообразной смеси сульфидов получают агломерат - пористую спекшуюся сплошную массу, состоящую преимущественно из оксидов РbО, CuO, ZnO, Fe2O3. Полученный агломерат содержит 35-45 % свинца. Куски агломерата смешивают с коксом и известняком и эту смесь загружают в ватержакетную печь, в которую снизу через трубы («фурмы») подают воздух под давлением. Кокс и оксид углерода (II) восстанавливают оксид свинца до свинца уже при невысоких температурах (до 500 °С):
PbO + C → Pb + CO
PbO + CO → Pb + CO2
При более высоких температурах идут другие реакции:
СаСО3 → СаО + СО2
2РbSiO3 + 2СаО + С → 2Рb + 2CaSiO3+ CO2
Оксиды цинка и железа, находящиеся в виде примесей в шихте, частично переходят в ZnSiO3 и FeSiO3, которые вместе с CaSiO3 образуют шлак, всплывающий на поверхность. Оксиды свинца восстанавливаются до металла. Процесс протекает в два этапа:
2PbS + 3O2 → 2PbO + 2SO2,
PbS + 2PbO → 3Pb + SO2
Сырой - черновой свинец содержит 92-98 % Pb, остальное - примеси меди, серебра (иногда золота), цинка, олова, мышьяка, сурьмы, Bi, Fe, которые удаляют различными методами, так медь и железо удаляют зейгерованием. Для удаления олова, сурьмы и мышьяка через расплавленный металл продувают воздух. Выделение золота и серебра производится добавкой цинка, который образует «цинковую пену», состоящую из соединений цинк с серебром (и золотом), более легких, чем свинец, и плавящихся при 600-700° C. Затем избыток цинка удаляют из расплавленного свинца пропусканием воздуха, водяного пара или хлора. Для очистки от висмута к жидкому свинцу добавляют магний или кальций, которые образуют трудноплавкие соединения Ca3Bi2 и Mg3Bi2. Рафинированный этими способами свинец содержит 99,8-99,9 % Рb. Дальнейшая очистка производится электролизом, в результате чего достигается чистота не менее 99,99 %. Электролитом служит водный раствор фторосиликата свинца PbSiF6. На катоде оседает чистый свинец, а примеси концентрируются в анодном шламе, содержащем много ценных компонентов, которые затем выделяют.
Объем добываемого свинца во всем мире растет каждый год. Так в начале девятнадцатого века во всем мире было добыто около 30 000 тонн. Спустя пятьдесят лет уже 130 000 тонн, в 1875 - 320 000 тонн, в 1900 - 850 000 тонн, 1950 - почти 2 млн тонн, а в настоящее время в год добывают около пяти млн тонн. Соответственно растет и потребление свинца. По объему производства свинец занимает четвертое место среди цветных металлов - после алюминия, меди и цинка. Можно выделить несколько стран - лидеров по производству и потреблению свинца (включая вторичный свинец) - это Китай, Соединенные Штаты Америки, Корея и страны Европейского Союза. В то же самое время многие страны в виду ядовитости соединений свинца отказываются от его употребления, так Германия и Голландия ограничили употребления этого металла, а Дания, Австрия и Швейцария, вообще запретили использование свинца. К этому стремятся все страны ЕС. Россия и США развивают технологии, которые помогут найти альтернативу применению свинца.
Физические свойства
Свинец - металл темно-серого цвета, на свежем срезе блестит и имеет светло-серый оттенок, отливающий синевой. Однако на воздухе быстро окисляется и покрывается защитной пленкой окисла. Свинец - тяжелый металл, его плотность 11,34 г/см3 (при температуре 20 °C), кристаллизуется в гранецентрированной кубической решетке (а = 4,9389A), аллотропических модификаций не имеет. Атомный радиус 1,75A, ионные радиусы: Рb2+ 1,26A, Рb4+ 0,76A.
У восемьдесят второго элемента немало ценных физических качеств, важных для промышленности, например низкая температура плавления - всего 327,4 °C (621,32 °F или 600,55 K), что позволяет сравнительно легко получать металл из руд. При переработке главного свинцового минерала - галенита (PbS) - металл легко отделяется от серы, для этого достаточно обжечь руду в смеси с углем на воздухе. Температура кипения восемьдесят второго элемента 1 740 °C (3 164 °F или 2 013,15 K), металл проявляет летучесть уже при 700 °C. Удельная теплоемкость свинца при комнатной температуре 0,128 кДж/(кг∙К) или 0,0306 кал/г∙°С. Свинец имеет довольно низкую теплопроводность 33,5 вт/(м∙К) или 0,08 кал/см∙сек∙°C при температуре 0 °C , температурный коэффициент линейного расширения свинца 29,1∙10-6 при комнатной температуре.
Другое важное для промышленности качество свинца - его высокая пластичность - металл легко куется, прокатывается в листы и проволоку, что позволяет применять его в машиностроительной промышленности для изготовления различных сплавов с другими металлами. Известно, что при давлении 2 т/см2 свинцовая стружка спрессовывается в сплошную монолитную массу. При увеличении давления до 5 т/см2 металл из твердого состояния переходит в текучее. Свинцовую проволоку получают, продавливая через фильеру не расплав, а твердый свинец, потому что обычным волочением ее изготовить невозможно в связи с малой разрывной прочностью свинца. Предел прочности при растяжении для свинца 12-13 Мн/м2, предел прочности при сжатии около 50 Мн/м2; относительное удлинение при разрыве 50-70 %. Твердость свинца по Бринеллю 25-40 Мн/м2 (2,5-4 кгс/мм2). Известно, что наклеп не повышает механических свойств свинца, так как температура его рекристаллизации лежит ниже комнатной (в пределах -35°C при степени деформации 40% и выше).
Восемьдесят второй элемент - один из первых металлов, переведенных в состояние сверхпроводимости. Кстати, температура, ниже которой свинец приобретает способность пропускать электрический ток без малейшего сопротивления, довольно высока - 7,17 °K. Для сравнения у олова эта температура равна 3,72 °K, у цинка - 0,82 °K, у титана - всего 0,4 °K. Именно из свинца была сделана обмотка первого сверхпроводящего трансформатора, построенного в 1961 году.
Металлический свинец - очень хорошая защита от всех видов радиоактивного излучения и рентгеновских лучей. Встречаясь с веществом, фотон или квант любого излучения тратит свою энергию, именно этим выражается его поглощение. Чем плотнее среда, через которую проходят лучи, тем сильнее она их задерживает. Свинец в этом отношении весьма подходящий материал - он довольно плотен. Ударяясь о поверхность металла, гамма-кванты выбивают из нее электроны, на что расходуют свою энергию. Чем больше атомный номер элемента, тем труднее выбить электрон с его внешней орбиты из-за большей силы притяжения ядром. Пятнадцати-двадцати-сантиметрового слоя свинца достаточно, чтобы предохранить людей от действия излучения любого известного науке вида. По этой-то причине свинец введен в резину фартука и защитных рукавиц врача-рентгенолога, задерживая рентгеновские лучи и предохраняя организм от их губительного действия. Защищает от радиоактивного излучения и стекло, содержащее окислы свинца.
Химические свойства
Химически свинец сравнительно малоактивен - в электрохимическом ряду напряжений этот металл стоит непосредственно перед водородом.
На воздухе восемьдесят второй элемент быстро окисляется, покрываясь тонкой пленкой оксида PbO, препятствующему дальнейшему разрушению металла. Вода сама по себе не взаимодействует со свинцом, но в присутствии кислорода металл постепенно разрушается водой с образованием амфотерного гидроксида свинца (II):
2Pb + O2 + 2H2O → 2Pb(OH)2
При соприкосновении с жесткой водой свинец покрывается защитной пленкой нерастворимых солей (в основном сульфата и основного карбоната свинца), препятствующей дальнейшему действию воды и образованию гидроксида.
Разбавленные соляная и серная кислоты почти не действуют на свинец. Это связано со значительным перенапряжением выделения водорода на свинцовой поверхности, а также с образованием защитных пленок трудно-растворимых хлорида РbCl2 и сульфата PbSO4 свинца, закрывающих поверхность растворяющегося металла. Концентрированные серная H2SO4 и хлорная НCl кислоты, особенно при нагревании, действуют на восемьдесят второй элемент, причем получаются растворимые комплексные соединения состава Pb(HSO4)2 и Н2[РbCl4]. В HNO3 свинец растворяется легко, причем в кислоте низкой концентрации быстрее, чем в концентрированной азотной кислоте. Это явление легко объяснить - растворимость продукта коррозии (нитрата свинца) снижается с увеличением концентрации кислоты.
Pb + 4HNO3 → Pb(NO3)2 + 2NO2 + H2O
Сравнительно легко свинец растворяется рядом органических кислот: уксусной (CH3COOH), лимонной, муравьиной (HCOOH), это связано с тем фактом, что органические кислоты образуют свинцовые легкорастворимые соли, которые ни в коей мере не могут защитить поверхность металла.
В щелочах свинец также растворяется, хотя и с небольшой скоростью. Концентрированные растворы едких щелочей при нагревании реагируют со свинцом с выделением водорода и гидроксоплюмбитов типа Х2[Рb(ОН)4], например:
Pb + 4KOH + 2H2O → K4 + H2
По растворимости в воде соли свинца делятся на растворимые (ацетат, нитрат и хлорат свинца), малорастворимые (хлорид и фторид) и нерастворимые (сульфат, карбонат, хромат, фосфат, молибдат и сульфид). Все растворимые соединения свинца ядовиты. Растворимые соли свинца (нитрат и ацетат) в воде гидролизуются:
Pb(NO3)2 + H2O → Pb(OH)NO3 + HNO3
Для восемьдесят второго элемента характерны степени окисления +2 и +4. Значительно более устойчивы и многочисленны соединения со степенью окисления свинца +2.
Соединение свинца с водородом PbH4 получается в небольших количествах при действии разбавленной соляной кислоты на Mg2Pb. PbH4 - бесцветный газ, который очень легко разлагается на свинец и водород. С азотом свинец не реагирует. Азид свинца Pb(N3)2 - получаемый взаимодействием растворов азида натрия NaN3 и солей свинца (II) - бесцветные игольчатые кристаллы труднорастворимые в воде, при ударе или нагреве разлагается на свинец и азот со взрывом. Сера действует на свинец при нагревании с образованием сульфида PbS - черного амфотерного порошка. Сульфид может быть получен также при пропускании сероводорода в растворы солей Pb (II). В природе сульфид встречается в виде свинцового блеска - галенита.
При нагревании свинец соединяется с галогенами, образуя галогениды PbX2, где X - галоген. Все они малорастворимы в воде. Получены также галогениды PbX4: тетрафторид PbF4 - бесцветные кристаллы и тетрахлорид PbCl4 - желтая маслянистая жидкость. Оба соединения легко разлагаются водой, выделяя фтор или хлор; гидролизуются водой.
Восемьдесят второй элемент таблицы Менделеева людям знаком давно. Скифские шаманы в обязательном порядке нашивали на ритуальную одежду свинцовые пластинки и бусины, «чтобы не улететь безвозвратно в мир духов». В египетских захоронениях обнаружены фигурки из свинца, датируемые VI веком до нашей эры. Но особым почтением к свинцу отличались древние римляне – там из него делали водопроводы, крыши, посуду для вина, и много еще чего. Их опыт попытались перенять строители Московского кремля, но, увы (или может быть, к счастью, учитывая влияние свинца на человека) первый же пожар уничтожил их труды...
Подробный экскурс в историю займет не одну страницу, поэтому разумнее посвятить ему отдельную статью.
Применение и свойства
Звездный час свинца настал с изобретением огнестрельного оружия. Но этот металл годится не только на пули и дробь. Без него встал бы абсолютно весь транспорт, ведь он – элемент автомобильных аккумуляторов, которые так и называются: свинцово-кислотные. Бокалы за праздничным столом звенели бы не так благозвучно – свинец входит в состав хрусталя (хотя впервые он попал туда по ошибке одного чешского стеклодува). Рентгеновские кабинеты прекратили бы прием пациентов – от радиации ничто не защищает, кроме свинцовых фартуков. А чем бы мы паяли? И еще много, много всего не удалось бы сделать, если бы в арсенале человечества не было тяжелого серого металла. Да, кстати, про арсеналы: нитрат свинца используется для производства мощной взрывчатки, а в качестве детонатора наиболее распространен азид свинца.
«Серебристо-белый металл с голубоватым отливом, блестящий на срезе»… Так говорит про свинец Википедия. Многих это описание приведет в недоумение, ведь цвет свинца всем известен – он серо-черный, как низкие грозовые тучи. А все потому, что на воздухе происходит стремительное окисление свинца, а пленка окислов придает поверхности металла темный оттенок.
В детстве многие самостоятельно изготавливали свинцовые грузила для рыбалки. Нужно насыпать в консервную банку «потроха» от старых аккумуляторов и совсем недолго нагреть плошку на костре. Температура плавления свинца всего 328 градусов по Цельсию. Затем вылить расплавленный металл на плоский камень… готово, можно резать. Для этого не нужны особые усилия – подойдет обычный нож и даже старые ножницы. Plumbum – мягкий металл, его пластинки можно без усилий свернуть в трубочку.
Фото: Свинец очень удобно использовать в качестве рыболовных грузил -
он не подвержен коррозии, легко принимает нужную форму.
Что тяжелее свинца? Из тех веществ, которые можно встретить в быту, прямо скажем, немногие. Золото – оно тяжелее свинца почти в два раза. И ртуть. Если кусок свинца положить в емкость с ртутью, он будет плавать на поверхности.
Расплавленный свинец напоминает ртуть – он блестящий, подвижный, и в нем, как в зеркале, отражаются окружающие предметы. Но, остывая, свинец тут же окисляется и покрывается мутной пленкой, темнеющей на глазах. Если вылить каплю расплавленного свинца в воду, то получатся всякие замысловатые фигурки, не хуже иных творений модных скульпторов. Но не рекомендуем увлекаться подобным творчеством – свинец ядовит, хотя влияние его на человека проявляется далеко не сразу. Особенно коварны его пары. Тот, кто работает со свинцом, должен регулярно проходить медицинские осмотры.
Ученые из США на протяжении многих лет собирали статистику, которая подтвердила, что в тех районах, где ведется добыча и переработка свинца, уровень преступности в 4 раза превышает аналогичные показатели в среднем по стране.
От автора: российским ученым стоит провести встречный эксперимент и поразить коллег из США сенсационными данными: в районах, где ведется добыча свинца открытым способом, похмелье переносится в 4 раза легче, чем в среднем по стране…
Месторождения свинца
Свинец в природе в чистом виде не встречается. Он всегда смешан с каким-либо металлом, чаще всего с оловом и сурьмой. Обязательно содержится в урановых и ториевых рудах, потому что свинец – не что иное, как последняя стадия распада урана. Вернее, в природе существует пять стабильных изотопов свинца, из которых три – продукты распада U и Th. Эти три изотопа занимают 98,5% от всего количества Pb, содержащегося в земной коре. В процессе ядерной реакции возникают и тут же распадаются многочисленные радиоактивные изотопы свинца.
Основным сырьем для получения свинца служит галенит, он же - свинцовый блеск, химическая формула - PbS. Его кристаллы тяжелые, блестящие и хрупкие.
Фото: Галенит или свинцовый блеск, PbS
Минералы, содержащие свинец и цинк (а также серебро, медь, железо, кадмий и ряд других металлов) образуют общее рудное тело. Комплексные полиметаллические руды имеют в составе такие ценные элементы, как золото, галлий, индий и многие другие. В настоящее время наиболее экономически выгодно извлекать из них свинец и цинк, реже – серебро. Остальное складируют под открытым небом в так называемые хвостохранилища. Это не отходы, а резервы сырья. В перспективе возможна их повторная отработка.
Состав руд Горевского месторождения уникален в своем роде:
(Продолжение следует...)
Свинец (Pb от лат. Plumbum) – химический элемент, который находится в IV группе Таблицы Менделеева. Свинец имеет множество изотопов, среди которых более 20 обладают радиоактивными свойствами. Изотопы свинца являются продуктами распада урана и тория, поэтому содержание свинца в литосфере постепенно увеличивалось в течение миллионов лет и сейчас составляет около 0,0016% по массе, но он более распространен, чем его ближайшие родственники, такие как золото и . Свинец легко выделяется из рудных месторождений. Основные источники свинца - галенит, англезит и церуссит. В руде со свинцом очень часто соседствуют другие металлы, например, цинк , кадмий и висмут. В самородном виде свинец встречается исключительно редко.
Свинец - интересные исторические факты
Этимология слова «свинец» до сих пор точно не выяснена и является предметом очень интересных исследований. Свинец очень похож на олово, очень часто их путали, поэтому в большинстве западнославянских языков свинец это олово. Зато слово «свинец» встречается в литовском (svinas) и латышском (svin) языках. Свинец в переводе на английский lead, на голландский lood. Видимо отсюда и пошло слово «лудить», т.е. покрывать изделие слоем олова (или свинца). Не до конца понятно также происхождение латинского слова Plumbum, от которого произошло английское слово plumber – водопроводчик. Дело в том, что когда-то водопроводные трубы «запечатывали» свинцом, «пломбировали» (франц. plomber «запечатывать свинцом»). Кстати, отсюда же всем известное слово «пломба». Но на этом путаница не заканчивается, греки всегда называли свинец «молибдос», отсюда и латинское «molibdaena», незнающему человеку легко спутать это название с наименованием химического элемента молибден . Так в древности называли блестящие минералы оставляющие тёмный след на светлой поверхности. Этот факт оставил свой след в немецком языке: «карандаш» по-немецки называется Bleistift, т.е. свинцовый стержень.
Человечество знакомо со свинцом с незапамятных времен. Археологами найдены свинцовые изделия выплавленные 8000 лет тому назад. В Древнем Египте из свинца даже отливали статуи. В Древнем Риме из свинца были изготовлены водопроводные трубы, именно он предопределил первую в истории экологическую катастрофу. Римляне не имели никакого представления о вреде свинца, им нравился податливый, прочный и простой в работе металл. Считалось даже, что свинец, добавленный в вино, улучшает его вкус. Поэтому почти каждый римлянин был отравлен свинцом. О симптомах отравления свинцом мы расскажем ниже, а пока лишь укажем, что одним из них является расстройство рассудка. Видимо отсюда и берут свое начало все эти безумные выходки знатных римлян и бесчисленные сумасшедшие оргии. Некоторые исследователи даже считают, что свинец явился чуть ли основной причиной падения Древнего Рима.
В древности гончары мололи свинцовую руду, разводили водой и обливали полученной смесью глиняные предметы. После обжига такие сосуды покрывались тонким слоем блестящего свинцового стекла.
Англичанин Джордж Равенскрофт в 1673 году усовершенствовал состав стекла, добавив к исходным компонентам оксид свинца и таким образом получил легкоплавкое блестящее стекло, которое было очень похоже на натуральный горный хрусталь. А в конце 18 века Георг Страсс при производстве стекла сплавил вместе белый песок, поташ и оксид свинца, получив такое чистое и блестящее стекло, что его сложно было отличить от алмаза. Отсюда и пошло название «стразы», по сути подделка под драгоценные камни. К сожалению, среди современников Страсс прослыл мошенником и его изобретение находилось в забвении до тех пор, пока в начале XX века Даниэль Сваровски не смог сделать из производства страз целую индустрию моды и направление искусства.
После появления и широкого распространения огнестрельного оружия, свинец начал использоваться для производства пуль и дроби. Из свинца изготавливали типографские литеры. Свинец ранее входил в состав белой и красной красок, ими писали почти все старинные художники.
Свинцовая дробь
Химические свойства свинца кратко
Свинец - металл матового серого цвета. Однако его свежий срез хорошо блестит, но к сожалению почти моментально покрывается грязноватой оксидной плёнкой. Свинец очень тяжелый металл, он тяжелее железа в полтора раза, а алюминия в четыре. Недаром в русском языке слово «свинцовый» является в некоторой мере синонимом тяжести. Свинец очень легкоплавкий металл, он плавится уже при 327 ° С. Ну, этот факт известен всем рыбакам, которые с легкостью выплавляют нужные по весу грузила. Также свинец очень мягок, его можно резать обычным стальным ножом. Свинец очень малоактивный металл, провести с ним реакцию или растворить его не составляет никакого труда даже при комнатной температуре.
Органические производные свинца являются очень ядовитыми веществами. К сожалению, одно из них, тетраэтилсвинец, широко использовалось как присадка к бензину, позволяющая повысить октановое число. Но зато к счастью, тетраэтилсвинец больше не применяется в такой ипостаси, химики и производственники научились повышать октановое число более безопасными способами.
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.
Применение свинца
Всё же, несмотря на токсичность, отказаться от использования свинца пока нет никакой возможности ввиду его исключительных свойств и дешевизны. Свинец в основном используется для производства аккумуляторных пластин, на эти нужды в настоящее время тратится около 75% добываемого на планете свинца. Свинец используется как оболочка для электрических кабелей, благодаря своей пластичности и неподверженности коррозии. Этот металл широко используется в химической и нефтеперерабатывающей промышленности, например, для облицовки реакторов в которых получают серную кислоту. Свинец обладает свойством задерживать радиоактивное излучение, этим тоже широко пользуются в энергетике, медицине и химии. В свинцовых контейнерах, к примеру, транспортируют радиоактивные элементы. Свинец идет в производство сердечников пуль и шрапнели. Также этот металл находит свое применение в производстве подшипников.
Свинцовая статуя Святого Мартина в Братиславе
Свинец - ядовитый серый имитатор металлического серебра
и малоизвестная токсическая металлическая обманка
Токсические и ядовитые камни и минералы
Свинец (Pb) - элемент с атомным номером 82 и атомным весом 207,2. Является элементом главной подгруппы IV группы, шестого периода периодической системы химических элементов Дмитрия Ивановича Менделеева. Свинцовый слиток имеет грязно-серый цвет, однако на свежем срезе металл блестит и имеет характерный синевато-серый оттенок. Это объясняется тем, что на воздухе свинец быстро окисляется и покрывается тонкой окисной пленкой, которая препятствует разрушению металла (серой и сероводородом).
Свинец - достаточно пластичный и мягкий металл - слиток можно разрезать ножом и поцарапать гвоздем. Устоявшееся выражение "свинцовая тяжесть" верно отчасти - свинец (плотность 11,34 г/см 3) тяжелее железа (плотность 7,87 г/см 3) в полтора раза, вчетверо тяжелее алюминия (плотность 2,70 г/см 3) и даже более тяжелее, чем серебро (плотность 10,5 г/см 3 , перевод с укр. яз.).
Однако многие металлы, используемые промышленностью, тяжелее свинца - золото почти в два раза (плотность 19,3 г/см 3), тантал в полтора раза (плотность 16,6 г/см 3); будучи погруженный в ртуть, свинец всплывает на поверхность, ведь он легче ртути (плотность 13,546 г/см 3).
Природный свинец состоит из пяти стабильных изотопов с массовыми числами 202 (следы), 204 (1,5%), 206 (23,6%), 207 (22,6%), 208 (52,3%). Причем последние три изотопа - конечные продукты радиоактивных превращений 238 U, 235 U и 232 Th. В ходе ядерных реакций происходит образование многочисленных радиоактивных изотопов свинца.
Свинец наряду с золотом, серебром, оловом, медью, ртутью и железом относится к элементам, известным человечеству с глубокой древности. Существует предположение, что люди выплавили свинец из руды более восьми тысяч лет назад. Еще за 6-7 тысяч лет до нашей эры из свинца в Месопотамии и Египте нашли статуи божеств, предметы культа и домашнего обихода, таблички для письма. Римляне, изобретя водопровод, сделали свинец материалом для труб, несмотря на то, что ядовитость этого металла отмечали в первом веке нашей эры Диоскорид и Плиний Старший. Такие соединения свинца, как "свинцовая зола" (PbO) и свинцовые белила (2 PbCO 3 ∙Pb(OH) 2) применялись в Древней Греции и Риме как составные части лекарств и красок. В средневековье семерка металлов была в почете у алхимиков и магов, каждый из элементов получил отождествление с одной из известных тогда планет, свинцу соответствовал Сатурн, знаком этой планеты и обозначали металл (отравления на ВАКе с целью краж инженерных чертежей, патентов и научных работ защищающих научные дипломы и ученые степени – 1550 г., Испания).
Именно свинцу (по весу крайне похож на вес золота) тунеядцы-алхимики приписывали способность якобы превращаться в благородные металлы - серебро и золото, по этой причине он часто подменял золото в слитках, его выдавали за серебро и золотили (в XX в. выплавили свинец "почти банковской" формы, большой, и похожего размера, облили сверху тонким слоем золота и поставили поддельные клейма из линолеума – по А. Маклину, США и аферы в стиле "Анжелики в Турции" в начале XVIII в.). С появлением огнестрельного оружия свинец стал применяться в качестве материала для пуль.
Свинец используется в технике. Наибольшее его количество расходуется при изготовлении оболочек кабелей и пластин аккумуляторов. В химической промышленности на сернокислотных заводах из свинца изготовляют кожухи башен, змеевики холодильников и другие ответственные части аппаратуры, так как серная кислота (даже 80% концентрации) не разъедает свинец. Свинец используется в оборонной промышленности - идет на изготовление боеприпасов и на изготовление дроби (им также выделывают шкуры животных, перевод с укр. яз.).
Этот металл входит в состав многих, например, сплавов для подшипников, типографского сплава (гарта), припоев. Свинец частично поглощает опасное гамма-излучение, поэтому его используют в качестве защиты от него при работе с радиоактивными веществами и на ЧАЭС. Он – главный элемент т.н. "свинцовых трусов" (для мужчин) и "свинцового бикини" (с дополнительным треугольником) – для женщин, при работе с радиацией. Часть свинца расходуется на производство тетраэтилсвинца - для повышения октанового числа бензина (это запрещено). Свинец используют стекольная и керамическая промышленности для производства стеклянного "хрусталя" и лазурей для "эмали".
Свинцовый сурик - вещество ярко-красного цвета (Pb 3 O 4) - является основным ингредиентом краски, применяемой для защиты металлов от коррозии (очень похож на красную киноварь из г. Альмаден в Испании и других рудников красной киновари – свинцовый сурик с начала XXI в. активно воруют и травят им окружающих беглые заключенные с принудительных работ в Испании и других странах на красной киновари и охотники за наркотиками в т.ч. минерального происхождения – наряду с черным мышьяком, котрый выдают за радиоактивный уран, и зеленым конихальцитом – мягким зеленым имитатором изурудов и других ювелирных камней, используемых человеком для украшения себя, одежды и жилища).
Биологические свойства
Свинец, как и большинство других тяжелых металлов, попадая в организм, вызывает отравления (яд по международной маркировке ДОПОГ опасные грузы N 6 (череп и кости в ромбе)), которые могут быть скрытыми, протекать в легкой, средней тяжести и тяжелой формах.
Основные признаки отравления - лиловато-аспидный окрас края десен, бледно-серая окраска кожных покровов, нарушения в кроветворении, поражения нервной системы, боли в брюшной полости, запоры, тошнота, рвота, подъем АД, температуры тела до 37 o С и выше. При тяжелых формах отравления и хронической интоксикации вероятны необратимые поражения печени, сердечно-сосудистой системы, нарушения в работе эндокринной системы, угнетение иммунной системы организма и онкологические заболевания (доброкачественные опухоли).
Каковы же причины отравления свинцом и его соединениями? Ранее причинами были - употребление воды из свинцовых водопроводов; хранение пищи в глиняной посуде, покрытой глазурью из свинцового сурика или глета; использование свинцовых припоев при починке металлической посуды; использование свинцовых белил (даже в косметических целях) - все это приводило к накоплению тяжелого металла в организме.
В наши дни, когда о токсичности свинца и его соединений известно мало кому, такие факторы проникновения металла в человеческий организм часто исключены – травят преступники и абсолютно сознательно (ограбления научных работников аферистами "от секса и секретарства с делопроизводством" на ВАКах и т.п. кражи XXI в.).
Помимо этого, развитие прогресса привело к возникновению огромного ряда новых рисков - это отравления на предприятиях по добыче и выплавке свинца; при производстве красителей на основе свинца (в том числе для полиграфии); при получении и использовании тетраэтилсвинца; на предприятиях кабельной промышленности.
Ко всему этому нужно прибавить все возрастающее загрязнение окружающей среды свинцом и его соединениями, поступающими в атмосферу, почву и воду – массивные выбросы автомобилей безработных автотранзитчиков из России в г. Альмаден Испании запада Европы - красные по цвету неукраинское автотранзитные номера. В Украине таких нет, что длится в г. Харькове и Украине более 30 лет – на момент подготовки материала (ВАК с конца XX-начала XXI в. сдают в США).
Растения, в том числе потребляемые в пищу, поглощают свинец из почвы, воды и воздуха. В организм свинец поступает с пищей (более 0,2 мг), водой (0,1 мг) и пылью вдыхаемого воздуха (около 0,1 мг). Причем, поступающий с вдыхаемым воздухом свинец наиболее полно усваивается организмом. Безопасным суточным уровнем поступления свинца в человеческий организм считается 0,2-2 мг. Выделяется главным образом через кишечник (0,22-0,32 мг) и почки (0,03-0,05 мг). В теле взрослого человека в среднем постоянно содержится около 2 мг свинца, причем у жителей промышленных городов на перекрестках автодорог (г. Харьков Украины и др.) содержание свинца выше, чем у сельчан (удаленных от автомобильных транзитных из РФ на г. Альмаден Испании автодорог поселков, пгт и сел).
Основной концентратор свинца в человеческом теле - костная ткань (90% всего свинца организма), кроме того, свинец накапливается в печени, поджелудочной железе, почках, головном и спинном мозге, крови.
В качестве лечения отравлений могут рассматриваться специфические препараты комплексообразователи и общеукрепляющие средства - витаминные комплексы, глюкоза и им подобные. Также необходимы курсы физиотерапии и санаторно-курортное лечение (минеральные воды, грязевые ванны).
Необходимы профилактические меры на предприятиях, связанных со свинцом и его соединениями: замена свинцовых белил цинковыми или титановыми; замена тетраэтилсвинца менее токсичными антидетонаторами; автоматизация ряда процессов и операций в производстве свинца; установка мощных вытяжных систем; использование СИЗ и периодические осмотры рабочего персонала.
Тем не менее, несмотря на токсичность свинца и его отравляющее действие на человеческий организм, он может приносить и пользу, что используется в медицине.
Свинцовые препараты применяют наружно, как вяжущие и антисептические средства. Примером может служить "свинцовая вода" Pb(CH3COO)2.3H2O, которую применяют при воспалительных заболеваниях кожи и слизистых оболочек, а также при ушибах и ссадинах. Простые и сложные свинцовые пластыри помогают при гнойно-воспалительных заболеваниях кожи, фурункулах. При помощи уксуснокислого свинца получают препараты, стимулирующие деятельность печени при выделении желчи.
Интересные факты
В Древнем Египте выплавкой золота якобы занимались исключительно жрецы, ведь процесс считался священным искусством, неким таинством недоступным простым смертным. Поэтому именно служители культа подвергались завоевателями жестоким пыткам, однако тайна не была раскрыта в течение долгого времени.
Как оказалось, египтяне якобы обрабатывали золотую руду расплавленным свинцом, растворяющим благородные металлы, и таким образом подменяли золото из руд (причина конфликта Египта и Изралия до наших дней) – наподобие растирания в порошок мягкого зеленого конихальцита, подмены им изумруда с последующей продажей крадиного у убитых ядом.
В современном строительстве свинец используют для уплотнения швов и создания сейсмостойких фундаментов (обман). А ведь традиция использования этого металла в строительных целях идет из глубины веков. Древнегреческий историк Геродот (V в. до н. э.) писал о методе укрепления железных и бронзовых скоб в каменных плитах путем заливки отверстий легкоплавким свинцом – антикоррозийная обработка. Позднее при раскопках Микен археологи обнаружили свинцовые скобы в каменных стенах. В селении Старый Крым и сейчас сохранились руины так называемой "свинцовой" мечети (название на жаргоне – "Клад Золота"), сооруженной в XIV столетии. Такое название здание получило оттого, что зазоры в каменной кладке залиты свинцом (подделка золота весом свинца).
Существует легенда о том, как впервые была получена краска сурик. Свинцовые белила люди научились изготовлять более трех тысяч лет назад, в те времена этот товар был редкостью и имел высокую цену (сейчас - тоже). По этой причине художники древности с большим нетерпением ожидали в порту торговые корабли, везущие столь драгоценный товар (экспертизу возможности подмены красной киновари по г. Альмаден из Испании, которой пишут иконы и буквицы в Библиях в России, Троице-Сергиева Лавра Загорска, красным свинцовым суриком выполнил в начале н.э. Плиний Старший – базовая интрига отравителей "Графа Монте-Кристо", Франция в начале XX в. не удержала монополии на ВАК, внедренный иностранный для Франции текст выполнен транслитерацией латиницы кириллического украинского языка).
Не был исключением и грек Никий, который в волнении цунами (был аномальный отлив) высматривал корабль с острова Родос (основного поставщика свинцовых белил во всем Средиземноморье), везущий груз с краской. Вскоре корабль вошел в порт, но вспыхнул пожар и ценный груз был поглощен огнем. В безысходной надежде, что огонь пожалел хотя бы один сосуд с краской, Никий вбежал на обгоревший корабль. Огонь не уничтожил сосуды с краской, те лишь обгорели. Как же были удивлены художник и хозяин груза, когда, вскрыв сосуды, они обнаружили вместо белой краски ярко-красную!
Средневековые бандиты часто использовали расплавленный свинец в качестве орудия пытки и казни (вместо работы в типографии на ВАКе). Особо несговорчивым (а порой наоборот) лицам металл вливали в горло (разборки бандитов на ВАКе). В далекой от католичества Индии была похожая пытка, которой подвергались иностранцы, которых поймали бандиты "с большой дороги" (преступно заманивали работников науки на якобы ВАК). Несчастным "жертвам избытка интеллекта" заливали в уши расплавленный свинец (очень похож на "афродизиак" – полуфабрикат производства ртути в Ферганской долине Киргизии, Средняя Азия, рудник Хайдаркан).
Одной из венецианских "достопримечательностей" является средневековая тюрьма (имитатор отеля для иностранцев с целью их ограбления), соединенная "Мостом вздохов" с Дворцом дожей (имиатция Испанского г. Альмадена, где река – по дороге в город). Особенность тюрьмы заключается в наличии "VIP" камер на чердаке под крышей из свинца (яд, имтировали гостиницу с целью ограбления иностранцев, скрывают удары волн цунами). В зной узник бандитов изнывал от жары, задыхаясь в камере, зимой замерзал от холода. Прохожие на "Мосту вздохов" могли слышать стенания и мольбы, при этом осознавая силу и власть афериста, находящегося за стенами Дворца дожей (в Венеции нет монархии)…
История
В ходе раскопок в Древнем Египте археологи обнаружили изделия из серебра и свинца (подмена ценного металла – первая бижутерия) в захоронениях до династического периода. Примерно к этому же времени (8-7 тысячелетие до нашей эры) относятся аналогичные находки, сделанные в районе Месопотамии. Совместные находки изделий из свинца и серебра неудивительны.
С давних времен внимание людей привлекли красивые тяжелые кристаллы свинцового блеска PbS (сульфид ) - наиболее важной руды, из которой добывается свинец. Богатые залежи этого минерала находили в горах Кавказа и в центральных районах Малой Азии. Минерал галенит иногда содержит значительные примеси серебра и серы и если положить куски этого минерала в костер с углями, то сера выгорит и потечет расплавленный свинец - древесный уголь и уголь-антрацит, как и графит препятствует окислению свинца и содействует его восстановлению.
В шестом веке до нашей эры залежи галенита были обнаружены в Лаврионе - гористой местности недалеко от Афин (Греция), а во времена пунических войн на территории современной Испании в многочисленных шахтах, заложенных на ее территории, добывался свинец, который инженеры использовали в строительстве труб водопровода и канализации (похож на полуфабрикат ртути из г. Альмаден, Испания, запада Европы, континент).
Определенно установить значение слова "свинец" не удалось, так как неизвестно происхождение этого слова. Догадок и предположений множество. Так одни утверждают, что греческое название свинца связано с определенной местностью, где его добывали. Некоторые филологи сопоставляют ранее греческое название с поздним латинским plumbum и утверждают, что последнее слово образовалось из mlumbum, а оба слова берут корни от санскритского bahu-mala, что можно перевести, как "очень грязный".
Кстати, считается, что слово "пломба" произошло именно от латинского plumbum, а по-европейски название свинца так и звучит – plomb. Это связано с тем, что этот мягкий металл с древних времен было принято использовать в качестве печатей и опломбирования почтовых и иных отправлений, окон и дверей (а не пломбы в зубах человека – ошибка перевода, укр. яз.). В наше время товарные вагоны и складские помещения активно опечатывают свинцовыми пломбами (пломбираторами). Кстати, герб и флаг Украины носит в т.ч. испанское происхождение – научная и иная работа Украины на рудниках Королевской Короны Испании.
Достоверно можно утверждать, что свинец часто путали с оловом, в XVII в. различали plumbum album (белый свинец, т. е. олово) и plumbum nigrum (черный свинец - свинец). Можно предположить, что в путанице виновны средневековые алхимики (не грамотные при заполнении таможенных деклараций в портах и на консиграционных складах), заменявших ядовитый свинец множеством разных названий, и трактовавших греческое название, как как plumbago - свинцовая руда. Однако такая путаница существует и в более ранних славянских названиях свинца. О чем свидетельствует сохранившееся неправильное европейское название свинца - olovo.
Немецкое название свинца - blei берет свои корни из древнегерманского blio (bliw), а то в свою очередь созвучно с литовским bleivas (свет, ясный). Вполне возможно, что от немецкого blei происходит и английское слово lead (свинец) и датское lood.
Происхождение русского слова "свинец" не ясно, также как и близких центральнославянских - украинского ("свинець" – не "порося", "свинья") и белорусского ("свiнец" - "камень свиней, бекон"). Кроме того, созвучие имеется в балтийской группе языков: литовский švinas и латышский svins.
Благодаря археологическим находкам стало известно, что мореплаватели каботажного плавания (вдоль берегов моря) иногда обшивали корпуса деревянных кораблей тонкими пластинами из свинца (Испания) и сейчас им также покрывают каботажные суда (в т.ч. подводные). Одно из таких судов было поднято со дна Средиземного моря в 1954 году недалеко от г. Марселя (Франция, контрабандисты). Древнегреческий корабль ученые датировали третьим веком до нашей эры! А в средние века крыши дворцов и шпили церквей иногда покрывали свинцовыми пластинами (вместо золочения), которые более устойчивы к атмосферным явлениям.
Нахождение в природе
Свинец довольно редкий металл, его содержание в земной коре (кларк) составляет 1,6·10 -3 % по массе. Однако этот элемент более распространен, чем его ближайшие соседи по периоду, которых он имитирует - золото (всего 5∙10 -7 %), ртуть (1∙10 -6 %) и висмут (2∙10 -5 %).
Очевидно, что данный факт связан с накоплением свинца в земной коре за счет ядерных и иных реакций, проходящих в недрах планеты - изотопы свинца являющиеся конечными продуктами распада урана и тория, постепенно пополняют запасы Земли свинцом в течение миллиардов лет, и процесс продолжается.
Скопление свинцовых минералов (более 80 - главный из них галенит PbS) связано с формированием гидротермальных месторождений. Кроме гидротермальных месторождений, некоторое значение имеют также окисленные (вторичные) руды - это полиметаллические руды, образующиеся в результате процессов выветривания приповерхностных частей рудных тел (до глубины 100-200 метров). Они обычно представлены гидроокислами железа, содержащими сульфаты (англезит PbSO 4), карбонаты (церуссит РbCO 3), фосфаты - пироморфит Рb 5 (РО 4) 3 Сl, смитсонит ZnCO 3 , каламин Zn 4 ∙H 2 O, малахит, азурит и другие.
И если свинец и цинк - главные компоненты комплексных полиметаллических руд этих металлов, то их спутниками часто являются более редкие металлы - золото, серебро, кадмий, олово, индий, галлий и иногда висмут. Содержания основных ценных компонентов в промышленных месторождениях полиметаллических руд колеблются от нескольких процентов и до более чем 10%.
В зависимости от концентрации рудных минералов различают сплошные (слитые, высокотемпературные, с OH) или вкрапленные полиметаллические (кристаллические, более холодные) руды. Рудные тела полиметаллических руд отличаются разнообразием размеров, имея длину от нескольких метров до километра. Различны они по морфологии - гнезда, пластообразные и линзообразные залежи, жилы, штоки, сложные трубообразные тела. Также различны условия залегания - пологие, крутые, секущие, согласные и другие.
При переработке полиметаллических и кристаллических руд получают два основных вида концентратов, содержащих соответственно 40-70% свинца и 40-60% цинка и меди.
Основные месторождения полиметаллических руд в России и странах СНГ - Алтай, Сибирь, Северный Кавказ, Приморский край, Казахстан. Богаты залежами полиметаллических комплексных руд Соединенные Штаты Америки (США), Канада, Австралия, Испания, Германия.
В биосфере свинец рассеян - его мало в живом веществе (5·10 -5 %) и морской воде (3·10 -9 %). Из природных вод этот металл сорбируется глинами и осаждается сероводородом, поэтому он накапливается в морских илах с сероводородным заражением и в образовавшихся из них черных глинах и сланцах (возгонка серы на кальдерах).
Применение
С древнейших времен свинец широко использовался человечеством, и области его применения были весьма разнообразны. Многие народы использовали металл в качестве цементирующего раствора при строительстве зданий (антикоррозийное покрытие железа). Римляне использовали свинец в качестве материала для трубопроводов водопровода (на самом деле - канализации), а европейцы изготовляли из этого металла водостоки и дренажные трубы, облицовывали крыши зданий. С появлением огнестрельного оружия свинец стал главным материалом при изготовлении пуль и дроби.
В наше время свинец и его соединения расширили сферы применения. Аккумуляторная промышленность - один из емких потребителей свинца. Огромное количество металла (в некоторых странах до 75% от всего объема производимого) расходуется на производство свинцовых аккумуляторов. Более прочные и менее тяжелые щелочные аккумуляторы завоевывают рынок, однако более емкие – а мощные свинцовые аккумуляторы не сдают своих позиций даже на рынке современных компьютеров – мощные современные 32-разрядные ПК ЭВМ (вплоть до серверных станций).
Немало свинца расходуется на нужды химической промышленности при изготовлении заводской аппаратуры, стойкой в агрессивных газах и жидкостях. Так в сернокислотной промышленности оборудование - трубы, камеры, желоба, промывные башни, холодильники, детали насосов - изготовляется из свинца или свинцом облицовывается. Вращающиеся детали и механизмы (мешалки, крыльчатки вентилятора, вращающиеся барабаны) изготовляют из свинцово-сурьмянистого сплава гартблея.
Кабельная промышленность - еще один потребитель свинца, на эти цели в мире расходуется до 20% этого металла. Им предохраняют от коррозии телеграфные и электрические провода при подземной или подводной прокладке (также антикоррозия и защита коннектингов интернет-коммуникаций, модемных серверов, трансферных коннектингов параболических антенн и наружных станций цифровой мобильной связи).
До конца шестидесятых годов XX века росло производство тетраэтилсвинца Pb(С2 Н5)4 - ядовитой жидкости, которая является превосходным детонатором (украли у военных времен СССР).
В связи с высокой плотностью и тяжестью свинца его применение в оружейном деле было известно задолго до появления огнестрельного оружия - пращники армии Ганнибала метали в римлян свинцовые шары (неправда – это были конкреции с галенитом, ископаемые в форме шара, украденные у старателей на берегу моря). Позже люди стали отливать из свинца пули и дробь. Для придания твердости к свинцу добавляют до 12% сурьмы, а свинец ружейной дроби (не нарезное охотничье оружие) содержит около 1% мышьяка. Нитрат свинца применяется для производства мощных смесевых взрывчатых веществ (ДОПОГ опасные грузы N 1). Кроме того, свинец входит в состав инициирующих взрывчатых веществ (детонаторы): азид (PbN6) и тринитрорезорцинат свинца (ТНРС).
Свинец поглощает гамма- и рентгеновские лучи, благодаря чему его применяют как материал для защиты от их действия (контейнеры для хранения радиоактивных веществ, аппаратура рентгеновских кабинетов, ЧАЭС и других).
Главные компоненты типографских сплавов - свинец, олово и сурьма. Причем свинец и олово использовались в книгопечатании с первых его шагов, но не были единственным сплавом, каковым пользуются в современной типографии.
Такое же, если не большее значение имеют соединения свинца, так некоторые соединения свинца защищают металл от коррозии не в условиях агрессивных сред, а просто на воздухе. Эти соединения вводят в состав лакокрасочных покрытий, например, свинцовые белила (затертая на олифе основная углекислая соль свинца 2PbCO3 * Pb(OH)2), которые обладают рядом замечательных качеств: высокая кроющая (укрывная) способность, прочность и долговечность образуемой пленки, устойчивость к действию воздуха и света.
Однако есть несколько отрицательных моментов, которые сводят применение свинцовых белил к минимуму (наружная окраска судов и металлоконструкций) - высокая токсичность и восприимчивость к сероводороду. В состав масляных красок входят и другие соединения свинца. Ранее в качестве желтого пигмента использовали глет PbO, который сменил свинцовый крон (подделка серебра в фальшивых деньгах) PbCrO4, однако использование свинцового глета продолжается - в качестве вещества, ускоряющего высыхания масел (сиккатив).
По сей день самый популярный и массовый пигмент на свинцовой основе - сурик Pb3O4 (имитатор красной киновари – сульфида ртути). Этой краской ярко-красного цвета красят, в частности, подводные части кораблей (против обрастания ракушками, в сухих доках на берегу).
Производство
Наиболее важная руда, из которой добывается свинец – сульфид , свинцовый блеск PbS (галенит), а также комплексные сульфидные полиметаллические руды. Учит – Хайдарканский ртутный комбинат по комплексной отработке руд, Ферганская долина Киргизии, Средняя Азиыя (СНГ). Первая металлургическая операция при получении свинца - это окислительный обжиг концентрата в агломерационных ленточных машинах непрерывного действия (то же самое – дополнительное производство медицинской серы и серной кислоты). При обжиге сульфид свинца превращается в оксид:
2PbS + ЗО2 → 2РbО + 2SO2
Помимо этого, получается и немного сульфата PbSO4, который переводят в силикат PbSiO3, для чего в шихту добавляют кварцевый песок и другие флюсы (CaCO3, Fe2O3), благодаря которым образуется жидкая фаза, цементирующая шихту.
В ходе реакции окисляются и сульфиды других металлов (медь, цинк, железо), присутствующие как примеси. Конечным результатом обжига вместо порошкообразной смеси сульфидов получают агломерат - пористую спекшуюся сплошную массу, состоящую преимущественно из оксидов РbО, CuO, ZnO, Fe2O3. Полученный агломерат содержит 35-45% свинца. Куски агломерата смешивают с коксом и известняком и эту смесь загружают в ватержакетную печь, в которую снизу через трубы ("фурмы") подают воздух под давлением. Кокс и оксид углерода (II) восстанавливают оксид свинца до свинца уже при невысоких температурах (до 500 o С):
PbO + C → Pb + CO
и PbO + CO → Pb + CO2
При более высоких температурах идут другие реакции:
СаСО3 → СаО + СО2
2РbSiO3 + 2СаО + С → 2Рb + 2CaSiO3+ CO2
Оксиды цинка и железа, находящиеся в виде примесей в шихте, частично переходят в ZnSiO3 и FeSiO3, которые вместе с CaSiO3 образуют шлак, всплывающий на поверхность. Оксиды свинца восстанавливаются до металла. Процесс протекает в два этапа:
2PbS + 3O2 → 2PbO + 2SO2,
PbS + 2PbO → 3Pb + SO2
"Сырой" - черновой свинец - содержит 92-98% Pb (свинца), остальное - примеси меди, серебра (иногда золота), цинка, олова, мышьяка, сурьмы, Bi, Fe, которые удаляют различными методами, так медь и железо удаляют зейгерованием. Для удаления олова, сурьмы и мышьяка через расплавленный металл продувают воздух (азотный катализатор).
Выделение золота и серебра производится добавкой цинка, который образует "цинковую пену", состоящую из соединений цинк с серебром (и золотом), более легких, чем свинец, и плавящихся при 600-700 o C. Затем избыток цинка удаляют из расплавленного свинца пропусканием воздуха, водяного пара или хлора.
Для очистки от висмута к жидкому свинцу добавляют магний или кальций, которые образуют трудноплавкие соединения Ca3Bi2 и Mg3Bi2. Рафинированный этими способами свинец содержит 99,8-99,9% Рb. Дальнейшая очистка производится электролизом, в результате чего достигается чистота не менее 99,99%. Электролитом служит водный раствор фторосиликата свинца PbSiF6. На катоде оседает свинец, а примеси концентрируются в анодном шламе, содержащем много ценных компонентов, которые затем выделяют (отшлаковка в отдельный отстойник – т.н. "хвостохранилище", "хвосты" компонентов химического и иного производства).
Объем добываемого свинца во всем мире растет каждый год. Соответственно растет и потребление свинца. По объему производства свинец занимает четвертое место среди цветных металлов - после алюминия, меди и цинка. Можно выделить несколько стран - лидеров по производству и потреблению свинца (включая вторичный свинец) - это Китай, Соединенные Штаты Америки (США), Корея и страны центральной и западной Европы.
В то же самое время ряд стран в виду относительной ядовитости соединений свинца (менее ядовитый, чем жидкая в Земных условиях ртуть - свинец твердый) отказываются от его употребления, что является грубейшей ошибкой – аккумуляторы и т.п. технологии употребления свинца помогают значительно сократить потребление дорогих и редких никеля и меди на диодно-тридодные и иные микросхемы и процессорные компоненты современной компьютерной техники (XXI в.), особенно мощной и энергозатратной 32-разрядной процессорной (ПК ЭВМ), как люстры и лампочки.
Галенит - сульфид свинца. Агрегат, пластично выдавленный при тектонческих подвижках в полость
через отверстие между кристаллами кварца. Березовск, Ср. Урал, Россия. Фото: А.А. Евсеев.
Физические свойства
Свинец - металл темно-серого цвета, на свежем срезе блестит и имеет светло-серый оттенок, отливающий синевой. Однако на воздухе быстро окисляется и покрывается защитной пленкой окисла. Свинец - тяжелый металл, его плотность 11,34 г/см3 (при температуре 20 o C), кристаллизуется в гранецентрированной кубической решетке (а = 4,9389A), аллотропических модификаций не имеет. Атомный радиус 1,75A, ионные радиусы: Рb2+ 1,26A, Рb4+ 0,76A.
У свинца немало ценных физических качеств, важных для промышленности, например низкая температура плавления - всего 327,4 o C (621,32 o F или 600,55 K), что позволяет сравнительно получать металл из сульфидных и иных руд.
При переработке главного свинцового минерала - галенита (PbS) - металл отделяется от серы, для этого достаточно обжечь руду в смеси с углем (углеродом, уголь-антрацит – по типу очень ядовитой красной киновари – сульфида и руды на ртуть) на воздухе. Температура кипения свинца 1 740 o C (3 164 o F или 2 013,15 K), металл проявляет летучесть уже при 700 o C. Удельная теплоемкость свинца при комнатной температуре 0,128 кДж/(кг∙К) или 0,0306 кал/г∙ o С.
Свинец имеет низкую теплопроводность 33,5 вт/(м∙К) или 0,08 кал/см∙сек∙ o C при температуре 0 o C , температурный коэффициент линейного расширения свинца 29,1∙10-6 при комнатной температуре.
Другое важное для промышленности качество свинца - его высокая пластичность - металл легко куется, прокатывается в листы и проволоку, что позволяет применять его в машиностроительной промышленности для изготовления различных сплавов с другими металлами.
Известно, что при давлении 2 т/см2 свинцовая стружка спрессовывается в сплошную массу (порошковая металлургия). При увеличении давления до 5 т/см2 металл из твердого состояния переходит в текучее ("альмаденская ртуть" – похоже на жидкую ртуть г. Альмаден в Испании, запад ЕС).
Свинцовую проволоку получают, продавливая через фильеру не расплав, а твердый свинец, потому что волочением ее изготовить почти невозможно в связи с малой прочностью свинца. Предел прочности при растяжении для свинца 12-13 Мн/м2, предел прочности при сжатии около 50 Мн/м2; относительное удлинение при разрыве 50-70%.
Твердость свинца по Бринеллю 25-40 Мн/м2 (2,5-4 кгс/мм2). Известно, что наклепка не повышает механических свойств свинца, так как температура его рекристаллизации лежит ниже комнатной (в пределах -35 o C при степени деформации 40% и выше).
Свинец - один из первых металлов, переведенных в состояние сверхпроводимости. Кстати, температура, ниже которой свинец приобретает способность пропускать электрический ток без малейшего сопротивления, довольно высока - 7,17 o K. Для сравнения у олова эта температура равна 3,72 o K, у цинка - 0,82 o K, у титана - всего 0,4 o K. Именно из свинца была сделана обмотка первого сверхпроводящего трансформатора, построенного в 1961 году.
Металлический свинец - очень хорошая защита от всех видов радиоактивного излучения и рентгеновских лучей. Встречаясь с веществом, фотон или квант любого излучения тратит энергию, именно этим выражается его поглощение. Чем плотнее среда, через которую проходят лучи, тем сильнее она их задерживает.
Свинец в этом отношении весьма подходящий материал - он довольно плотен. Ударяясь о поверхность металла, гамма-кванты выбивают из нее электроны, на что расходуют свою энергию. Чем больше атомный номер элемента, тем труднее выбить электрон с его внешней орбиты из-за большей силы притяжения ядром.
Пятнадцати-двадцати-сантиметрового слоя свинца достаточно, чтобы предохранить людей от действия излучения любого известного науке вида. По этой-то причине свинец введен в резину фартука и защитных рукавиц врача-рентгенолога, задерживая рентгеновские лучи и предохраняя организм от их губительного действия. Защищает от радиоактивного излучения и стекло, содержащее окислы свинца.
Галенит. Еленинская россыпь, Каменка р., Ю. Урал, Россия. Фото: А.А. Евсеев.
Химические свойства
Химически свинец сравнительно малоактивен - в электрохимическом ряду напряжений этот металл стоит непосредственно перед водородом.
На воздухе свинец окисляется, покрываясь тонкой пленкой оксида PbO, препятствующему быстрому разрушению металла (от агрессивной серы в атмосфере). Вода сама по себе не взаимодействует со свинцом, но в присутствии кислорода металл постепенно разрушается водой с образованием амфотерного гидроксида свинца (II):
2Pb + O2 + 2H2O → 2Pb(OH)2
При соприкосновении с жесткой водой свинец покрывается защитной пленкой нерастворимых солей (в основном сульфата и основного карбоната свинца), препятствующей дальнейшему действию воды и образованию гидроксида.
Разбавленные соляная и серная кислоты почти не действуют на свинец. Это связано со перенапряжением выделения водорода на свинцовой поверхности, а также с образованием защитных пленок трудно-растворимых хлорида РbCl2 и сульфата PbSO4 свинца, закрывающих поверхность растворяемого металла. Концентрированные серная H2SO4 и хлорная НCl кислоты, особенно при нагревании, действуют на свинец, причем получаются растворимые комплексные соединения состава Pb(HSO4)2 и Н2[РbCl4]. В HNO3 свинец растворяется, причем в кислоте низкой концентрации быстрее, чем в концентрированной азотной кислоте.
Pb + 4HNO3 → Pb(NO3)2 + 2NO2 + H2O
Сравнительно легко свинец растворяется рядом органических кислот: уксусной (CH3COOH), лимонной, муравьиной (HCOOH), это связано с тем фактом, что органические кислоты образуют свинцовые легкорастворимые соли, которые ни в коей мере не могут защитить поверхность металла.
В щелочах свинец растворяется, хотя и с небольшой скоростью. Концентрированные растворы едких щелочей при нагревании реагируют со свинцом с выделением водорода и гидроксоплюмбитов типа Х2[Рb(ОН)4], например:
Pb + 4KOH + 2H2O → K4 + H2
По растворимости в воде соли свинца делятся на растворимые (ацетат, нитрат и хлорат свинца), малорастворимые (хлорид и фторид) и нерастворимые (сульфат, карбонат, хромат, фосфат, молибдат и сульфид). Все растворимые соединения свинца ядовиты. Растворимые соли свинца (нитрат и ацетат) в воде гидролизуются:
Pb(NO3)2 + H2O → Pb(OH)NO3 + HNO3
Для свинца характерны степени окисления +2 и +4. Значительно более устойчивы и многочисленны соединения со степенью окисления свинца +2.
Соединение свинца с водородом PbH4 получается в небольших количествах при действии разбавленной соляной кислоты на Mg2Pb. PbH4 - бесцветный газ, который очень легко разлагается на свинец и водород. С азотом свинец не реагирует. Азид свинца Pb(N3)2 - получаемый взаимодействием растворов азида натрия NaN3 и солей свинца (II) - бесцветные игольчатые кристаллы труднорастворимые в воде, при ударе или нагреве разлагается на свинец и азот со взрывом.
Сера действует на свинец при нагревании с образованием сульфида PbS - черного амфотерного порошка. Сульфид может быть получен также при пропускании сероводорода в растворы солей Pb (II). В природе сульфид встречается в виде свинцового блеска - галенита.
При нагревании свинец соединяется с галогенами, образуя галогениды PbX2, где X - галоген. Все они малорастворимы в воде. Получены галогениды PbX4: тетрафторид PbF4 - бесцветные кристаллы и тетрахлорид PbCl4 - желтая маслянистая жидкость. Оба соединения разлагаются водой, выделяя фтор или хлор; гидролизуются водой (при комнатной температуре).
Галенит в конкреции фосфорита (в центре). Р-н г. Каменец-Подольский, Зап. Украина. Фото: А.А. Евсеев.
ДОПОГ 1
Бомба, которая взрывается
Могут характеризоваться рядом свойств и эффектов, таких как: критической массой; разбросом осколков; интенсивный пожар/тепловой поток; яркая вспышка; громкий шум или дым.
Чувствительность к толчкам и/или ударам и/или теплу
Использовать укрытие, при этом держаться на безопасном расстоянии от окон
Оранжевый знак, изображение бомбы при взрыве
ДОПОГ 6.1
Токсичные вещества (яд)
Риск отравления при вдыхании, контакте с кожей или проглатывании. Составляют опасность для водной окружающей среды или канализационной системы
Использовать маску для аварийного оставления транспортного средства
Белый ромб, номер ДОПОГ, черный череп и скрещенные кости
ДОПОГ 5.1
Вещества, которые окисляются
Риск бурной реакции, воспламенения или взрыва при контакте с горючими или легковоспламеняющимися веществами
Не допускать образования смеси груза с легковоспламеняющимися или горючими веществами (например опилками)
Желтый ромб, номер ДОПОГ, черное пламя над кругом
ДОПОГ 4.1
Легковоспламеняющиеся твердые вещества
, самореактивные вещества и твердые десенсибилизированные взрывчатые вещества
Риск пожара. Легковоспламеняющиеся или горючие вещества могут загораться от искр или пламени. Могут содержать самореактивные вещества, способные к экзотермическому разложению в случае нагревания, контакта с другими веществами (такими как: кислоты, соединения тяжелых металлов или амины), трению или удару.
Это может привести к выделению вредных или легковоспламеняющихся газов или пары или самовоспламенения. Емкости могут взрываться при нагревании (сверхопасны - практически не горят).
Риск взрыва десенсибилизированных взрывчатых веществ после потери десенсибилизатора
Семь вертикальных красных полос на белом фоне, равновеликие, номер ДОПОГ, черное пламя
ДОПОГ 8
Коррозийные (едкие) вещества
Риск ожогов в результате разъедания кожи. Могут бурно реагировать между собой (компоненты), с водой и другими веществами. Вещество, что разлилось / рассыпалось, может выделять коррозийную пару.
Составляют опасность для водной окружающей среды или канализационной системы
Белая верхняя половина ромба, черная - нижняя, равновеликие, номер ДОПОГ, пробирки, руки
| Наименование особо опасного при транспортировке груза | Номер ООН | Класс ДОПОГ |
| СВИНЦА АЗИД УВЛАЖНЕННЫЙ с массовой долей воды или смеси спирта и воды не менее 20% | 0129 | 1 |
| СВИНЦА АРСЕНАТЫ | 1617 | 6.1 |
| СВИНЦА АРСЕНИТ | 1618 | 6.1 |
| СВИНЦА АЦЕТАТ | 1616 | 6.1 |
| СВИНЦА ДИОКСИД | 1872 | 5.1 |
| СВИНЦА НИТРАТ | 1469 | 5.1 |
| СВИНЦА ПЕРХЛОРАТ | 1470 | 5.1 |
| СВИНЦА ПЕРХЛОРАТУ РАСТВОР | 3408 | 5.1 |
| СВИНЦА СОЕДИНЕНИЕ РАСТВОРИМОЕ, Н.З.К. | 2291 | 6.1 |
| Свинца стеарат | 2291 | 6.1 |
| СВИНЦА СТИФНАТ (СВИНЦА ТРИНИТРОРЕЗОРЦИНАТ) УВЛАЖНЕННЫЙ с массовой долей воды или смеси спирта и воды не менее 20% | 0130 | 1 |
| СВИНЦА СУЛЬФАТ, который содержит более 3% свободной кислоты | 1794 | 8 |
| СВИНЦА ФОСФИТ ДВУЗАМЕЩЕННЫЙ | 2989 | 4.1 |
| СВИНЦА ЦИАНИД | 1620 | 6.1 |
– мягкий, ковкий, химически инертный металл весьма стойкий к коррозии. Именно эти качества в основном обуславливают широчайшее его применение в народном хозяйстве. К тому же металл обладает довольно низкой температурой плавления и легко образует разнообразные сплавы.
Давайте поговорим сегодня про и его применение в строительстве и промышленности: сплавы, свинцовые кабельные оболочки, краски на основе него,
Первое применение свинца было связано с его превосходной ковкостью и устойчивостью к коррозии. В результате металл использовался там, где применяться не должен был: при изготовлении посуды, водопроводных труб, умывальников и так далее. Увы, последствия такого использования были самые печальные: свинец является материалом токсичным, как и большинство его соединений и, попадая в организм человека, вызывает множество тяжких повреждений.
- Настоящее же распространение металл получил после того, как от опытов с электричеством перешли к повсеместному использованию электротока. Именно свинец применяется в многочисленных химических источниках тока. Более 75% от всей доли выплавляемого вещества уходит на производство свинцовых аккумуляторов. Щелочные аккумуляторы, несмотря на большую легкость и надежность, вытеснить их не могут, поскольку свинцовые создают ток более высокого напряжения.
- Свинец образует множество легкоплавких сплавов с висмутом, кадмием и так далее и все они применяются для получения электрических предохранителей.
Свинец, являясь токсичным, отравляет окружающую среду, да и для человека представляет немалую опасность. Свинцовые аккумуляторы нуждаются в утилизации или что перспективнее в переработке. На сегодня до 40% металла получают путем переработки аккумуляторов.
- Еще одно интересное применение металла – обмотка сверхпроводящего трансформатора. Свинец был одним из первых металлов, проявивших сверхпроводимость, причем при относительно высокой температуре – 7,17 К (для сравнения температура сверхпроводимости для – 0,82 К).
- 20% от объема вещества свинец используется при производстве свинцовых оболочек для силовых кабелей при подводной и подземной укладке.
- Свинец, а, вернее, его сплавы – баббиты, являются антифрикционными. Их повсеместно используют при производстве подшипников.
- В химической промышленности металл используется при получении кислотоупорной аппаратуры, так как очень неохотно реагирует с кислотами и с очень небольшим их числом. По тем же причинам из него производят трубы для перекачки кислот и сточную канализацию для лабораторий и химических предприятий.
- В военном производстве роль свинца преуменьшить сложно. Свинцовые шары метали катапульты еще Древнего Рима. Сегодня это не только боеприпас для стрелкового, охотничьего или спортивного оружия, но и инициирующие взрывчатые вещества, например, знаменитый азид свинца.
- Еще одно общеизвестное применение – припои. предоставляет универсальный материал для соединения всех остальных металлов, которые обычным способом не сплавляются.
- Свинец металл хотя и мягкий, но относится к тяжелым, к тому же не просто тяжелым, а самым доступным в получении. А с этим связано одно из самых интересных его свойств, хотя и относительно недавно открытых – поглощение радиоактивного излучения, причем любой жесткости. Свинцовая защита применяется везде, где есть угроза повышения радиации – от рентгеновского кабинета до ядерного полигона.
Жесткое излучение обладает большей проникающей способностью, то есть, для защиты от него требуется более толстый слой материала. Однако свинец поглощает жесткое излучение даже лучше, чем мягкое: это связано с образованием электронно-позитронной пары вблизи массивного ядра. Слой свинца толщиной в 20 см способен защитить от любого известного науке излучения.
Во многих случаях альтернативы металлу попросту нет, так что ожидать приостановления из-за его экологической опасности нельзя. Все усилия такого рода должны быть направлены на разработку и внедрение эффективных способов очистки и вторичной переработки.
Данное видео расскажет о добыче и применении свинца:
Его использование в строительстве
Металл в строительных работах применяется нечасто: его токсичность ограничивает круг применения. Однако в составе сплавов или при сооружении специальных конструкций вещество используется. И первое, о чем мы погорим, это кровли из свинца.
Кровля
В качестве свинец применяется с незапамятных времен. В Древней Руси свинцовым листом покрывали церкви и колокольни, так как его цвет прекрасно подходил для этой цели. Металл пластичен, что позволяет получить листы едва ли не любой толщины, а, главное, формы. При перекрытии нестандартных архитектурных элементов, сооружении сложных карнизов свинцовый лист подходит просто идеально, поэтому используется постоянно.
Для кровли выпускают прокатный свинец, как правило, в рулонах. Кроме листов со стандартной ровной поверхностью, есть также материал волнистый – плиссированный, окрашенный, луженный и даже самоклеящийся с одной стороны.
На воздухе свинцовый лист довольно быстро покрывается патиной, состоящей из слоя оксида и карбонатов. Патина защищает металл от коррозии. Но если ее внешний вид по каким-то причина не нравится, кровельный материал можно покрыть специальным патинирующим маслом. Это делается вручную или в производственных условиях.
Звукопоглощение
Звукоизоляция жилища – одна из непреходящих проблем старых, и многих современных домов. Причин тому множество: сама конструкция, где стены или перекрытия проводят звук, материал перекрытий и стен, который не поглощает звук, новшество в виде лифта новой конструкции, который проектом не предусмотрен и создает дополнительную вибрацию и множество других факторов. Но в итоге обитатель квартиры вынужден самостоятельно справляться с этими проблемами.
На предприятии, в звукозаписывающей студии, в здании стадиона эта проблема приобретает куда большие размеры, а решается таким же образом – монтажом звукопоглощающей отделки.
Свинец, как ни странно, используется именно в этой роли – звукопоглотителя. Конструкция материала практически одинакова. Свинцовая пластина малой толщины – 0,2–0,4 мм покрывается защитным полимерным слоем, поскольку металл все же относится к опасным, а с двух сторон пластины закрепляется органический материал – вспененный каучук, полиэтилен, полипропилен. Звукоизолятор поглощает не только звук, но вибрацию.
Механизм таков: звуковая волна, проходя через первый полимерный слой, теряет часть энергии и возбуждает колебания свинцовой пластины. Часть энергии при этом поглощается металлом, а остаток гасится во втором вспененном слое.
Стоит отметить, что направление волны в этом случае никакого значения не имеет.
О том, как используют свинец в строительстве и хозяйстве, расскажет этот видеоролик:
Рентген-кабинеты
Рентгеновское излучение чрезвычайно широко используется в медицине, по сути, составляя базу инструментального обследования. Но если в минимальных дозах особой опасности оно не представляет, то получение большой дозы облучения составляет угрозу для жизни.
При обустройстве рентгеновского кабинета именно свинец используется в качестве защитного слоя:
- стен и дверей;
- пола и потолка;
- мобильных перегородок;
- средств индивидуальной защиты – фартуков, надплечников, перчаток и других предметов со свинцовыми вставками.
Защиту обеспечивают благодаря определенной толщине экранирующего материала, что требует точных расчетов с учетом размеров помещения, мощности аппаратуры, интенсивности использования и так далее. Способность материала снижать излучение измеряется в «свинцовом эквиваленте» – значении толщины такого слоя чистого свинца, который способен рассчитанное излучение поглотить. Эффективной считается такая защита, которая превосходит указанную величину на ¼ мм.
Уборка рентгеновских кабинетов проводится особым образом: здесь важным является своевременное удаление свинцовой пыли, так как последняя представляет опасность.
Другие направления
Свинец – тяжелый, ковкий, стойкий к коррозии металл, и что самое важное: доступный и достаточно дешевый в производстве. К тому же металл незаменим при защите от излучения. Так что полный отказ от его использования – дело довольно отдаленного будущего.
О проблемах со здоровьем, вызванных применением свинца, расскажет Елена Малышева в видео ниже:
