Свинець: ступінь окислення, хімічні властивості, формула, застосування
Опубликованно 04.01.2018 02:05
Свинець (Pb) – м\'який сріблясто-білий або сіруватий метал 14-й (IVa) групи періодичної таблиці з атомним номером 82. Це дуже податливе, пластичне і щільне речовина, яке погано проводить електрику. Електронна формула свинцю – [Хе] 4f14 5d10 6s2 6p2. Відомий в давнину і вважався алхіміками найстарішим з металів, він дуже довговічний і стійкий до корозії, про що свідчить тривала експлуатація водопровідних труб, встановлених древніми римлянами. Символ Pb в хімічній формулі свинцю є абревіатурою латинського слова plumbum. Поширеність у природі
Свинець часто згадується в ранніх біблійних текстах. Вавілоняни використовували метал для виготовлення пластин для письма. Римляни робили з нього водопровідні труби, монети і навіть кухонні приналежності. Результатом останнього стало отруєння населення свинцем в епоху імператора Августа Цезаря. З\'єднання, відоме як білий свинець, використовувалося в якості декоративного пігменту ще в 200 р. до н. е.
У ваговому відношенні вміст свинцю в земній корі відповідає олову. В космосі 106 атомів кремнію припадає 0,47 атома свинцю. Це можна порівняти з вмістом цезію, празеодіма, гафнію і вольфраму, кожен з яких розглядається як досить дефіцитний елемент.
Видобуток
Хоча свинцю не так багато, процеси природної концентрації призвели до значних покладів комерційного значення, особливо в Сполучених Штатах, Канаді, Австралії, Іспанії, Німеччини, Африці і Південній Америці. Рідко зустрічається в чистому вигляді свинець присутній у кількох мінералах, але всі вони мають другорядне значення, за винятком сульфіду PbS (галеніту), який є основним джерелом промислового виробництва даного хімічного елемента в усьому світі. Метал також міститься в англезите (PbSO4) і церуссите (PbCO3). До початку XXI ст. провідними світовими виробниками концентрату свинцю були такі країни, як Китай, Австралія, США, Перу, Мексика та Індія.
Свинець може бути вилучені шляхом випалювання руди з подальшою плавкою в доменній печі або методом прямої плавки. Домішки видаляються в ході додаткового очищення. Майже половина всього очищеного свинцю витягується з переробленого брухту.
Хімічні властивості
Елементарний свинець може бути окислен до іона Pb2+ іонами водню, але його нерозчинність більшості солей робить цей хімічний елемент стійким до впливу багатьох кислот. Окислення в лужному середовищі відбувається легше і сприяє утворенню розчинних сполук при ступені окислення свинцю +2. Оксид PbO2 з іоном Pb4+ є одним з найбільш сильних окислювачів у кислому розчині, але він порівняно слабкий в лужному розчині. Окислення свинцю полегшується шляхом утворення комплексів. Електроосадження краще всього проводити з водних розчинів, що містять гексафторсиликат свинцю і гексафторсиликатную кислоту.
На повітрі метал швидко окислюється, утворюючи тьмяно-сіре покриття, що раніше вважалося субоксидом Pb2O. Тепер загальновизнано, що це суміш Pb і оксиду PbO, який захищає метал від подальшої корозії. Хоча свинець розчиняється у розбавленій азотній кислоті, він лише поверхово піддається впливу соляної або сірчаної кислот, тому що утворюються нерозчинні хлориди (PbCl2) або сульфати (PbSO4) запобігають продовження реакції. Хімічні властивості свинцю, що обумовлюють його загальну стійкість, дозволяють використовувати метал для виготовлення покрівельних матеріалів, оболонки електричних кабелів, розміщених в грунті або під водою, і в якості прокладки для водопровідних труб і конструкцій, що служать для транспортування і переробки корозійних речовин.
Застосування свинцю
Відома лише одна кристалічна модифікація даного хімічного елемента з щільно упакованої металевою решіткою. У вільному стані проявляється нульова ступінь окислення свинцю (як і будь-якої іншої речовини). Широке застосування елементарної форми елемента обумовлено її пластичністю, легко зварювання, низькою температурою плавлення, високою щільністю і здатністю поглинати гамма - і рентгенівське випромінювання. Розплавлений свинець є чудовим розчинником і дозволяє концентрувати вільний срібло і золото. Конструкційне застосування свинцю обмежено його низькою міцністю на розтяг, втомою і плинністю навіть при малому навантаженні.
Елемент знаходить застосування у виробництві акумуляторних батарей, у боєприпасах (пострілах і кулях), у складі припою, друкарській, підшипникових, легких сплавах і сплавах з оловом. У важкому і промисловому обладнанні для зниження шуму і вібрації можуть використовуватися деталі сполук свинцю. Оскільки метал ефективно поглинає короткохвильове електромагнітне випромінювання, він застосовується для захисного захисту ядерних реакторів, прискорювачів частинок, рентгенівського обладнання та контейнерів для транспортування та зберігання радіоактивних матеріалів. У складі оксиду (PbO2) і сплаву з сурмою або кальцієм елемент використовується в звичайних акумуляторних батареях.
Дія на організм
Хімічний елемент свинець та його сполуки токсичні і накопичуються в організмі протягом тривалого періоду часу (це явище відоме як кумулятивне отруєння) до досягнення смертельної дози. Токсичність зростає по мірі збільшення розчинності сполук. У дітей нагромадження свинцю може призвести до когнітивних розладів. У дорослих воно викликає прогресуючу хворобу нирок. До симптомів отруєння відносяться біль у животі та діарея, за якими слідують запори, нудота, блювання, запаморочення, головний біль і загальна слабкість. Усунення контакту з джерелом свинцю зазвичай є достатньою для лікування. Усунення хімічного елемента з інсектицидів і пігментних фарб, а також використання респіраторів та інших захисних пристроїв у місцях впливу значно зменшили кількість випадків отруєння свинцем. Визнання того, що тетраетилсвинець Pb (C2H5)4 у вигляді антидетонаційній присадки до бензину забруднює повітря і воду, призвело до припинення його застосування в 1980-х роках.
Біологічна роль
Свинець не грає ніякої біологічної ролі в організмі. Токсичність цього хімічного елемента зумовлена його здатністю імітувати такі метали, як кальцій, залізо і цинк. Взаємодія свинцю з тими ж молекулами білка, що і ці метали, призводить до припинення їх нормального функціонування.Ядерні властивості
Хімічний елемент свинець утворюється в результаті нейтронно-абсорбційних процесів, так і при розпаді радіонуклідів більш важких елементів. Існують 4 стабільних ізотопи. Відносна поширеність 204Pb становить 1,48 %, 206Pb – 23,6 %, 207Pb – 22,6 % і 208Pb – 52,3 %. Стабільні нукліди є кінцевими продуктами природного радіоактивного розпаду урану (до 206Pb), торію (до 208Pb) і актинія (до 207Pb). Відомо більше 30 радіоактивних ізотопів свинцю. З них у процесах природного розпаду беруть участь 212Pb (ряд торію), 214Pb і 210Pb (серія урану) і 211Pb (ряд актинія). Атомний вага природного свинцю варіюється від джерела до джерела в залежності від його походження.
Монооксиды
У з\'єднаннях ступеня окислення свинцю в основному дорівнюють +2 і +4. До числа найбільш важливих з них входять оксиди. Це PbO, в якому хімічний елемент знаходиться у стані +2, діоксид PbO2, в якому проявляється найвища ступінь окислення свинцю (+4), і тетраоксид, Pb3O4.
Монооксид існує в двох модифікаціях – литарга і глету. Литарг (альфа-оксид свинцю) являє собою червоне або червонувато-жовта тверда речовина з тетрагональної кристалічною структурою, стабільна форма якого існує при температурах нижче 488 °С. Глет (бета-монооксид свинцю) є жовтим твердим речовиною і має орторомбическую кристалічну структуру. Його стабільна форма існує при температурах, що перевищують 488 °C.
Обидві форми нерозчинні у воді, але розчиняються в кислотах з утворенням солей, що містять іон Pb2+ або в лугах з утворенням плюмбитов, які мають PbO22--іон. Литарг, який утворюється при реакції свинцю з киснем повітря, є самим важливим комерційним з\'єднанням цього хімічного елемента. Речовина використовується у великих кількостях безпосередньо і як вихідний матеріал для отримання інших сполук свинцю.
Значна кількість PbO витрачається при виготовленні пластин свинцево-кислотних акумуляторних батарей. Високоякісна скляна посуд (кришталь) містить до 30 % литарга. Це збільшує показник заломлення скла і робить його блискучим, міцним і дзвінким. Литарг також служить осушувачем в лаках і застосовується у виробництві свинцовокислого натрію, який використовується для видалення з бензину неприємно пахнуть тіолів (органічних сполук, що містять сірку).
Діоксид
У природі PbO2 існує у вигляді коричнево-чорного мінералу платтнерита, який комерційно проводиться з тетраоксид триалада окисленням хлором. Він розкладається при нагріванні і дає кисень і оксиди з більш низьким ступенем окислення свинцю. PbO2 використовується в якості окислювача при виробництві барвників, хімікатів, піротехніки і спиртів і як затверджувач для полісульфідних каучуків.
Тетраоксид трисвинца Pb3O4 (відомий як свинцевий сурик або мініум) отримують шляхом подальшого окислення PbO. Це пігмент від оранжево-червоного до цегляно-червоного кольору, який входить до складу корозійностійких фарб, що застосовуються для захисту піддаються впливу навколишнього середовища заліза і сталі. Він також реагує з оксидом заліза з утворенням фериту, використовуваного при виготовленні постійних магнітів.Ацетат
Також економічно значущим з\'єднанням свинцю ступеня окислення +2 є ацетат Рb(C2H3O2)2. Це водорозчинна сіль, одержувана шляхом розчинення глету в концентрованої оцтової кислоти. Загальна форма, тригідрат, Pb(C2H3O2)2 · 3H2O, званий цукром свинцю, використовується в якості закріплювача при фарбуванні тканин і як сикатив в деяких фарбах. Крім того, він застосовується у виробництві інших сполук свинцю та в установках для ціанування золота, де він у вигляді PbS служить для осадження з розчину розчинних сульфідів.Інші солі
Основні карбонат, сульфат і силікат свинцю колись широко застосовувалися в якості пігментів для білих фарб зовнішнього застосування. Проте з середини ХХ ст. використання т. зв. білих свинцевих пігментів значно зменшилася через занепокоєння з приводу їх токсичності та супутньої небезпеки для здоров\'я людини. З тієї ж причини практично припинилося застосування арсената свинцю інсектицидів.
Крім основних станів окиснення (+4 і +2) свинець може мати негативні ступеня -4, -2, -1 в фазах Цинтля (наприклад, BaPb, Na8Ba8Pb6), а +1 і +3 – в свинецорганических з\'єднаннях, таких як гексаметилдиплюмбан Pb2(CH3)6.
Категория: Новости
