Свинец

Газовая сварка легированной стали

ПРИМЕНЕНИЕ

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

Висмутат свинца, сульфид свинца PbS, иодид свинца применяются в качестве катодного материала в литиевых аккумуляторных батареях. Хлорид свинца PbCl₂ в качестве катодного материала в резервных источниках тока. Теллурид свинца PbTe широко применяется в качестве термоэлектрического материала (термо-э.д.с. 350 мкВ/К), самый широкоприменяемый материал в производстве термоэлектрогенераторов и термоэлектрических холодильников. Двуокись свинца PbO₂ широко применяется не только в свинцовом аккумуляторе, но и также на её основе производятся многие резервные химические источники тока, например — свинцово-хлорный элемент, свинцово-плавиковый элемент и другие.

Свинцовые белила, основной карбонат Pb(OH)₂•PbCO₃, плотный белый порошок, — получается из свинца на воздухе под действием углекислого газа и уксусной кислоты. Использование свинцовых белил в качестве красящего пигмента теперь не так распространено, как ранее, из-за их разложения под действием сероводорода H₂S. Свинцовые белила применяют также для производства шпатлёвки, в технологии цемента и свинцовокарбонатной бумаги.

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

Борат свинца Pb(BO₂)₂•H₂O, нерастворимый белый порошок, используют для сушки картин и лаков, а вместе с другими металлами — в качестве покрытий стекла и фарфора.

Хлорид свинца PbCl₂, белый кристаллический порошок, растворим в горячей воде, растворах других хлоридов и особенно хлорида аммония NH₄Cl. Его применяют для приготовления мазей при обработке опухолей.

Хромат свинца PbCrO4 известен как хромовый жёлтый краситель, является важным пигментом для приготовления красок, для окраски фарфора и тканей. В промышленности хромат применяют в основном в производстве жёлтых пигментов.

Нитрат свинца Pb(NO₃)₂ — белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде. Это вяжущее ограниченного применения. В промышленности его используют в спичечном производстве, крашении и набивке текстиля, окраске рогов и гравировке.

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

Значительное применение находят сплавы свинца. Пьютер (сплав олова со свинцом), содержащий 85—90 % Sn и 15—10 % Pb, формуется, недорог и используется в производстве домашней утвари. Припой, содержащий 67 % Pb и 33 % Sn, применяют в электротехнике. Сплавы свинца с сурьмой используют в производстве пуль и типографского шрифта, а сплавы свинца, сурьмы и олова — для фигурного литья и подшипников. Сплавы свинца с сурьмой обычно применяют для оболочек кабелей и пластин электрических аккумуляторов. Было время, когда на оболочки кабелей шла значительная часть производимого в мире свинца, благодаря хорошим влагозащитным свойствам таких изделий. Однако впоследствии свинец в существенной мере вытеснили из этой области алюминий и полимеры. Так, в странах Запада использование свинца на оболочки кабелей упало с 342 тысяч тонн в 1976 году до 51 тысяч тонн в 2002 году. Соединения свинца используются в производстве красителей, красок, инсектицидов, стеклянных изделий и как добавки к бензину в виде тетраэтилсвинца (C₂H₅)₄Pb (умеренно летучая жидкость, пары которой в малых концентрациях имеют сладковатый фруктовый запах, в больших — неприятный запах; Тпл = 130 °C, Ткип = +80 °С/13 мм рт. ст.; плотность 1,650 г/см³; nD2v = 1,5198; не растворяется в воде, смешивается с органическими растворителями; высокотоксичен, легко проникает через кожу; ПДК = 0,005 мг/м³; ЛД50 = 12,7 мг/кг (крысы, перорально)) для повышения октанового числа.

Используется для защиты пациентов от излучения рентгеновских аппаратов.

Свинец (англ. Lead) — Pb

Молекулярный вес	207.20 г/моль
Происхождение названия	от латинского plumbum
IMA статус	действителен, описан впервые до 1959 (до IMA)

Моль

Все вещества состоят из атомов и молекул

В химии важно точно измерять массу веществ, вступающих в реакцию и получающихся в результате нее. По определению моль является единицей количества вещества в СИ

Один моль содержит точно 6,02214076×10²³ элементарных частиц. Это значение численно равно константе Авогадро NA, если выражено в единицах моль⁻¹ и называется числом Авогадро. Количество вещества (символ n) системы является мерой количества структурных элементов. Структурным элементом может быть атом, молекула, ион, электрон или любая частица или группа частиц.

Постоянная Авогадро N_A = 6.02214076×10²³ моль⁻¹. Число Авогадро — 6.02214076×10²³.

Другими словами моль — это количество вещества, равное по массе сумме атомных масс атомов и молекул вещества, умноженное на число Авогадро. Единица количества вещества моль является одной из семи основных единиц системы СИ и обозначается моль. Поскольку название единицы и ее условное обозначение совпадают, следует отметить, что условное обозначение не склоняется, в отличие от названия единицы, которую можно склонять по обычным правилам русского языка. Один моль чистого углерода-12 равен точно 12 г.

Исторические сведения

Свинец используется многие тысячелетия, поскольку он широко распространён, легко добывается и обрабатывается. Он очень ковкий и легко плавится. Выплавка свинца была первым из известных человеку металлургических процессов. Бусины из свинца, датируемые 6400 г. до н. э., были найдены в культуре Чатал-Хююк. Самым древним предметом, сделанным из свинца, часто считается статуэтка стоящей женщины в длинной юбке времён первой династии Египта, датируемая 3100—2900 гг. до н. э., хранящаяся в Британском музее (инвентарный номер EA 32138). Она была найдена в храме Осириса в Абидосе и привезена из Египта в 1899 году. В Древнем Египте использовались медальоны из свинца. В раннем бронзовом веке свинец использовался наряду с сурьмой и мышьяком. Указание на свинец как на определённый металл имеется в Ветхом Завете.

Свинцовые трубы древнеримского водопровода с надписями

Самым крупным производителем свинца доиндустриальной эпохи был Древний Рим, с годовым производством 80 000 тонн. Добыча римлянами свинца происходила в Центральной Европе, римской Британии, на Балканах, в Греции, Малой Азии и Испании. Римляне широко применяли свинец в производстве труб для водопроводов, свинцовые трубы часто имели надписи римских императоров. Правда, ещё Плиний и Витрувий считали, что это нехорошо для общественного здоровья.

Папская булла 1637 года со свинцовой печатью

После падения Римской империи в V в. н. э. использование свинца в Европе упало и оставалось на низком уровне около 600 лет. Затем свинец начали добывать в восточной Германии. Свинцовый сахар ещё с римских времён добавляли в вино для улучшения его вкусовых качеств, это стало широко распространено и продолжалось даже после запрета папской буллой в 1498 году. Такое использование свинца в средние века приводило к эпидемиям свинцовой колики. В Древней Руси свинец использовали для покрытия крыш церквей, а также широко применяли в качестве материала навесных печатей к грамотам Позднее, в 1633 году, в Кремле был сооружён водопровод со свинцовыми трубами, вода по которому шла из Водовзводной башни, он просуществовал до 1737 года.

В алхимии свинец ассоциировался с планетой Сатурн и обозначался её символом ♄. В древности олово, свинец и сурьму часто не отличали друг от друга, считая их разными видами одного и того же металла, хотя ещё Плиний Старший различал олово и свинец, называя олово «plumbum album», а свинец — «plumbum nigrum».

Индустриальная революция привела к новому росту потребности в свинце. К началу 1840-х гг. годовое производство очищенного свинца впервые превысило 100 000 тонн и выросло до более чем 250 000 тонн в течение следующих 20 лет. До последних десятилетий XIX века добыча свинца в основном проводилась тремя странами: Британией, Германией и Испанией. К началу XX века добыча свинца в Европе стала меньше, чем в остальном мире, благодаря увеличившейся добыче в США, Канаде, Мексике и Австралии. До 1990 года большое количество свинца использовалось (вместе с сурьмой и оловом) для отливки типографских шрифтов, а также в виде тетраэтилсвинца — для повышения октанового числа моторного топлива.

Немного истории

В местах, где находились месторождения свинца, после лесных пожаров люди находили свинцовые слитки. Это связано с его низкой температурой плавления, которая равна 327 °C. Похожий по этому параметру элемент — олово — был открыт гораздо позднее. Поэтому свинец стал самым первым металлом, который еще 3 тыс. лет назад научились выплавлять древние люди. Наши предки использовали его для отливки украшений, позднее — для изготовления посуды.

Древняя монета и украшение из свинца

В Древнем Риме был построен водопровод из свинцовых труб.

Для производства орудий труда и оружия этот материал не был пригодным из-за своей мягкости. Достаточно провести по поверхности ногтем, чтобы на ней осталась царапина.

В природе он содержится в виде минералов. Всего их более 180 разновидностей, в промышленности чаще применяют:

• галенит, или свинцовый блеск,
• белую свинцовую руду церуссит,
• свинцовый купорос англезит.

В разные исторические периоды свинец становился то очень популярным материалом, то интерес к нему ослабевал. Это объясняется его специфическими свойствами.

Препараты свинца

В мед. практике в качестве лекарственных средств используют нек-рые неорганические и органические соли С., к-рые назначают исключительно для наружного применения, поскольку, всасываясь в жел.-киш. тракте или дыхательных путях, они проявляют высокую токсичность.

Препараты С. практически не оказывают прижигающего и кератоли-тического действия и лишь в значительных концентрациях и при длительной экспозиции могут вызывать нек-рое раздражение тканей и слизистых оболочек.

Местное действие препаратов С. характеризуется вяжущим и антисептическим эффектами. Их вяжущее действие обусловлено тем, что ионы Pb2+, освобождающиеся при диссоциации соединений С., образуют с белками поверхностных тканей труднорастворимые альбумина-ты. Вяжущий эффект препаратов С. сопровождается спазмом мелких сосудов окружающих тканей и уменьшением секреции экзокринных желез, что способствует ослаблению интенсивности воспалительной реакции и болевых ощущений в области ушибов, мелких ссадин и небольших ран. По антисептической ф-тивности препараты С. значительно уступают другим антисептикам.

Препараты С. в мед. практике используют в виде мазей, водных р-ров (примочек) или пластырей для наружного применения. К ним относятся свинца ацетат, вода свинцовая, пластырь свинцовый простой, пластырь свинцовый сложный, мазь диахильная.

Свинца ацетат (Plumbi acetas, Plumbum aceticum; сп. Б), Pb(CH₃COO)₂•3H₂O, представляет собой прозрачные бесцветные кристаллы со слабым запахом уксуса, сладковатого вкуса, хорошо растворимые в смеси из 2,5 ч. воды комнатной температуры и 0,5 ч. кипятка, в глицерине, несколько хуже в спирте, практически не растворимые в эфире. Свинца ацетат используют для приготовления мазей или в виде водных р-ров (0,25—0,5%). Назначают местно в качестве вяжущего средства при воспалительных заболеваниях кожи и слизистых оболочек. В исключительных случаях вводят внутрь для получения вяжущего эффекта при заболеваниях жел.-киш. тракта. Хранят в хорошо укупоренной таре.

Вода свинцовая (Aqua Plumbi; син. свинцовая примочка) — смесь, состоящая из 2 ч. раствора основного свинца ацетата и 98 ч. дистиллированной воды; слегка мутноватая жидкость со слабощелочной реакцией.

Входящий в состав свинцовой воды ацетат С. легко разлагается под влиянием углекислого газа воздуха, поэтому свинцовую воду приготовляют extempore и незамедлительно помещают в плотно закрывающуюся склянку из темного стекла.

Употребляют местно в виде примочек и компрессов при лечении ушибов, ссадин, при нек-рых заболеваниях кожи и слизистых оболочек.

Пластырь свинцовый простой (Emplastrum Plumbi simplex, Emplastrum diachylon simplex; син. диахильный пластырь) состоит из равных частей оксида С., подсолнечного масла, свиного сала с добавлением воды в количестве, необходимом для получения пластичной массы. Применяют наружно при гнойно-воспалительных заболеваниях кожи, ранах, фурункулах, изъязвлениях кожи и слизистых оболочек, а также используют в качестве основы для других пластырей, применяемых в дерматологической и косметологической практике. Форма выпуска: пластырь в пакетах. Хранят в защищенном от света прохладном месте.

Пластырь свинцовый сложный (Emplastrum Plumbi compositum; син. гуммозный пластырь) состоит из 85 ч. пластыря свинцового простого, 10 ч. канифоли и 5 ч. терпентина. Показания к назначению в основном такие же, как при применении пластыря свинцового простого. В отличие от пластыря свинцового простого обладает нек-рым раздражающим действием и используется при длительно не заживающих ранах, ушибах и др. Хранят в банках из темного стекла.

Мазь диахильная (Unguentum diachylon) состоит из 50 ч. пластыря свинцового простого и 50 ч. вазелина. Показания к назначению такие же, как при применении свинцовых пластырей. Хранят в стеклянных банках из темного стекла в сухом, прохладном и защищенном от света месте.

Оксид свинца IV

Оксид свинца 4, он же диоксид свинца, имеет формулу PbO2. Является оксидом высших степеней. Как и другие соединения свинца с кислородом является бинарным веществом. Это порошок тёмно-коричневого цвета, довольно тяжелый, которому присущ запах озона. Раньше его можно было встретить под названием пероксид, или перекись свинца.

Добывают PbO2 в промышленности при помощи обработки азотной кислотой сурика свинца, после чего проводится промывка, помещение в вакуум и сушка: Pb3O4+4HNO3—PbO2+2Pb(NO3)2+2H2O.

Температура плавления данного соединения равна 290 градусов, плотность составляет 9.38г/ см³, молярная масса — 239,1988г/моль. Диоксид свинца 4 является очень сильным окислителем, способен вытеснять из концентрированной соляной кислоты хлор в результате нагревания (PbO2+4HCl—PbCl2+Cl2+2H2O). Соли марганца (II) также поддаются окислению до перманганата (5PbO2+2MnSO4+3H2SO4—5PbSO4+2HMnO4+2H2O). Является весьма токсичным веществом.

Плавление в домашних условиях: подготовка

Необходимо подобрать подходящую емкость, желательно, чтобы ее ручка была из жаростойкого материала. Хорошо для этих целей подойдет старый чайник, кофейник или другая вышедшая из употребления кухонная утварь с удобной рукоятью. Можно расплавить материал и в старой чугунной посуде, а для заливки использовать глубокую ложку с длинной ручкой.

В крайнем случае подойдет и жестяная консервная банка. Но тут не обойтись без плоскогубцев. Ими можно снять с огня разогретую посуду и залить расплавленный свинец в подготовленную форму

Но это следует делать очень осторожно. Для удобства на ободке жестянки лучше сделать желобок

Тогда расплавленный металл выльется тонкой струйкой без подтеков и точно в нужное место. Место для захвата плоскогубцами также следует заранее оборудовать, чтобы не производить лишних манипуляций с посудой и разогретым металлом.

Читать также: Виды насадок для болгарки

Подготовленный и максимально очищенный от посторонних примесей свинец по возможности измельчают на мелкие кусочки. Так он быстрее будет плавиться. Емкость надежно устанавливается над горелкой и прогревается. Это делается для выгорания с ее поверхности влаги и нежелательных посторонних примесей.

Свойства свинца

Свинец – элемент IV группы периодической системы Д.И. Менделеева, металл серовато-белого цвета, атомный номер 82, атомная масса 207,19, валентность 2 или 4. Температура плавления свинца 327,4°С, температура кипения 1740°С.

Плотность твердого свинца 11,35 г/см3, с повышением температуры после перехода металла в жидкое состояние его плотность линейно снижается (в интервале от 328 до 750° С с 10.68 до 10,19 г/см3). Свинец плохой проводник тепла и электричества: теплопроводность при 18° С равна 34,69 Дж/ (см·с) (7,5% от теплопроводности серебра) при 0° С и 116,4 мкОм/см при 800°С.

Механические свойства невысокие: твердость по Бринеллю всего (28ч42) МПа, металл – мягок, пластичен, легко прокатывается в тончайшую фольгу.

Удельная теплоемкость свинца при 18° С равна 12 кДж/ (кг·К), а жидкость металла 0,142 кДж/ (кг·К). Металлургам большей частью приходится иметь дело с жидким металлом. При переходе в жидкое состояние теплота плавления свинца составляет 5,1 кДж/моль, теплота испарения свинца 176±0,9 кДж/моль.

Давление насыщенного пара свинца при высоких температурах имеет следующие значения:

Т,К 973 1162 1234 1309 1358 1750

рPb(пар), мПа 0,133 1,33 13,3 133 1330 101

Столь высокая летучесть свинца уже при сравнительно низких температурах заставляет принимать дополнительные меры по технике безопасности при организации свинцового производства или при работе с этим металлом в других отраслях промышленности.

В жидком состоянии свинец жидкотекуч, вязкость его в интервале температур (340ч550)° С изменяется от 1,89 до 1,23 мПа·с. Поверхностное натяжение в интервале (328ч1000)° С изменяется от 4,44 до 3,97 кН/м.

В химическом отношении свинец достаточно инертен. Во влажном воздухе он медленно окисляется с образованием плотной пленки из PbO или основных углекислых и сернокислых солей, предохраняющей его от дальнейшего окисления. В свинце практически не растворяются такие газы, как O2, SO2, H2, N2, CO и CO2. При комнатной температуре свинец не реагирует с серной и соляной кислотой, но хорошо растворяется в азотной. Свинец устойчив по отношению к водному раствору аммиака, хлору, щелочам и органическим маслам.

При повышенных температурах свинец с кислородом воздуха образует ряд химических соединений; Pb2O, PbO (глёт), Pb2O3 и Pb3O4 (сурик). Последнее соединение широко используется для изготовления красок. Все кислородные соединения свинца (кроме PbO) при повышенных температурах нестойки и распадаются на PbO и O2.

Свинец образует твердые растворы с целым рядом металлов: с оловом, кадмием, медью, висмутом, сурьмой, кальцием, ртутью. Особенностью этого металла является то, что он практически не растворяет железо. Это позволяет вести металлургические операции даже при высоких температурах в аппаратуре, изготовленной из стали и чугуна.

Свинец по сравнению с другими цветными металлами имеет наиболее высокий массовый коэффициент поглощения рентгеновских лучей /1/.

ТОП-7 лучших сушилок для овощей и фруктов

Химические особенности и свойства

Растворение хорошо протекает в азотной и кислородной кислотах, ухудшается растворимость в серной и соляной кислоте, так как образуются PbC12 и PbSO4, которые слаборастворимы. При растворении в щелочной среде образуются гексагидроксоплюмбаты (Na2). Они являются сильными окислителями, некоторые из них могут проявлять свойства амфотеров — окисляться и поглощать другие вещества. Все они способны окисляться до различных состояний, например, на открытом воздухе PbO при температуре 370 градусов перейдет в состояние молекулы Pb12O17, при 540 градусах образуется Pb3O4, а в водородной (H2) и монооксид углеродной (СО) среде вновь образуется металл путем восстановления.

Приготовление расплава

Плавление материала предусматривает процесс перехода из твердого состояния в жидкость под влиянием температурного градиента. Этот показатель имеет зависимость от характеристик компонентов, формирующих сплав.

К примеру, температура плавления свинца составляет 327 °C, а олова — 232 °C. Для припоя, состоящего из этих материалов, температура перехода в жидкость составляет 183 °C.

Плавка материалов происходит при нагревании. Показатель перехода в жидкое состояние называется температурой плавления.

Температура плавления свинца позволяет разогревать его в ковше на простом очаге с последующим отливом в формы.

Удельная теплоемкость свинца при комнатной температуре равна 127,5 Дж/кг, а при нагревании металла до кипения показатель увеличивается.

Расчет молярной массы

Молярную массу рассчитывают так:

• определяют атомные массы элементов по таблице Менделеева;
• определяют количество атомов каждого элемента в формуле соединения;
• определяют молярную массу, складывая атомные массы входящих в соединение элементов, умноженные на их количество.

Например, рассчитаем молярную массу уксусной кислоты

Она состоит из:

• двух атомов углерода
• четырех атомов водорода
• двух атомов кислорода

Расчет:

• углерод C = 2 × 12,0107 г/моль = 24,0214 г/моль
• водород H = 4 × 1,00794 г/моль = 4,03176 г/моль
• кислород O = 2 × 15,9994 г/моль = 31,9988 г/моль
• молярная масса = 24,0214 + 4,03176 + 31,9988 = 60,05196 g/mol

Наш калькулятор выполняет именно такой расчет. Можно ввести в него формулу уксусной кислоты и проверить что получится.

Автор статьи: Anatoly Zolotkov

ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА

Содержание в земной коре — 1,6•10−3 % по массе. Самородный свинец встречается редко, круг пород, в которых он установлен, достаточно широк: от осадочных пород до ультраосновных интрузивных пород. В этих образованиях он часто образует интерметаллические соединения (например, звягинцевит (Pd,Pt)3(Pb,Sn) и др.) и сплавы с другими элементами (например, (Pb + Sn + Sb)). Он входит в состав 80 различных минералов. Важнейшие из них: галенит PbS, церуссит PbCO3, англезит PbSO4 (сульфат свинца); из более сложных — тиллит PbSnS2 и бетехтинит Pb2(Cu,Fe)21S15, а также сульфосоли свинца — джемсонит FePb4Sn6S14, буланжерит Pb5Sb4S11. Всегда содержится в рудах урана и тория, имея часто радиогенную природу.

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

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

Физические свойства

Свинец имеет довольно низкую теплопроводность, она составляет 35,1 Вт/(м·К), при температуре 0 °C. Металл мягкий, режется ножом, легко царапается ногтем. На поверхности он обычно покрыт более или менее толстой плёнкой оксидов, при разрезании открывается блестящая поверхность, которая на воздухе со временем тускнеет. Температура плавления — 600,61 K (327,46 °C), кипит при 2022 K (1749 °C). Относится к группе тяжёлых металлов; его плотность — 11,3415 г/см3 (при +20 °C). С повышением температуры плотность свинца падает:

Изменение плотности свинца в зависимости от температуры

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

Предел прочности на растяжение — 12—13 МПа (МН/м2).

При температуре 7,26 К становится сверхпроводником.