Вести

Свинец,  ₈₂ Пб

Вести
Произношение	/ Л ɛ д / ( глава )
Внешность	металлический серый
Стандартный атомный вес A r, std (Pb)	207,2 (1) [1]
Свинец в периодической таблице
Водород Гелий Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Аргон Калий Кальций Скандий Титан Ванадий Хром Марганец Утюг Кобальт Никель Медь Цинк Галлий Германий Мышьяк Селен Бром Криптон Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебро Кадмий Индий Банка Сурьма Теллур Йод Ксенон Цезий Барий Лантан Церий Празеодим Неодим Прометий Самарий Европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Меркурий (элемент) Таллий Вести Висмут Полоний Астатин Радон Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран Нептуний Плутоний Америций Кюрий Берклиум Калифорний Эйнштейний Фермий Менделевий Нобелий Лоуренсий Резерфордий Дубний Сиборгий Бориум Калий Мейтнерий Дармштадтиум Рентгений Копернициум Nihonium Флеровий Московиум Ливерморий Tennessine Оганессон Sn ↑ Pb ↓ Fl таллий ← свинец → висмут
Атомный номер ( Z )	82
Группа	группа 14 (углеродная группа)
Период	период 6
Блокировать	p-блок
Электронная конфигурация	[ Xe ] 4f 14 5d 10 6s 2 6p 2
Электронов на оболочку	2, 8, 18, 32, 18, 4
Физические свойства
Фаза на  СТП	твердый
Температура плавления	600,61  К (327,46 ° С, 621,43 ° F)
Точка кипения	2022 К (1749 ° С, 3180 ° F)
Плотность (около  rt )	11,34 г / см 3
в жидком состоянии (при  т. пл. )	10,66 г / см 3
Теплота плавления	4,77  кДж / моль
Теплота испарения	179,5 кДж / моль
Молярная теплоемкость	26,650 Дж / (моль · К)
Давление газа P  (Па) 1 10 100 1 к 10 тыс. 100 тыс. при  T  (K) 978 1088 1229 1412 1660 2027 г.
Атомные свойства
Состояния окисления	−4, −2, −1, +1, +2 , +3, +4 (  амфотерный оксид)
Электроотрицательность	Шкала Полинга: 1,87 (+2)
Энергии ионизации	1-я: 715,6 кДж / моль 2-я: 1450,5 кДж / моль 3-я: 3081,5 кДж / моль
Радиус атома	эмпирический: 175  пм
Ковалентный радиус	146 ± 5 вечера
Радиус Ван-дер-Ваальса	202 вечера
Спектральные линии свинца
Другие свойства
Естественное явление	изначальный
Кристальная структура	гранецентрированной кубической (ГЦК)
Скорость звука тонкого стержня	1190 м / с (при  комнатной температуре ) (отожженный)
Тепловое расширение	28,9 мкм / (м · К) (при 25 ° C)
Теплопроводность	35,3 Вт / (м · К)
Удельное электрическое сопротивление	208 нОм · м (при 20 ° C)
Магнитный заказ	диамагнитный
Магнитная восприимчивость	-23,0 × 10 -6  см 3 / моль (при 298 К) [2]
Модуль для младших	16 ГПа
Модуль сдвига	5,6 ГПа
Объемный модуль	46 ГПа
коэффициент Пуассона	0,44
Твердость по Моосу	1.5
Твердость по Бринеллю	38–50 МПа
Количество CAS	7439-92-1
История
Открытие	на Ближнем Востоке ( 7000 г. до н.э. )
Основные изотопы свинца
Изотоп Избыток Период полураспада ( t 1/2 ) Режим распада Товар 204 Пб 1,4% стабильный 206 Пб 24,1% стабильный 207 Пб 22,1% стабильный 208 Пб 52,4% стабильный
Изотопные содержания сильно различаются в зависимости от образца
Категория: Свинец Посмотреть разговаривать редактировать | Рекомендации

Свинец - это химический элемент с символом Pb (от латинского plumbum ) и атомным номером 82. Это тяжелый металл , более плотный, чем большинство обычных материалов. Свинец мягкий и податливый , а также имеет относительно низкую температуру плавления . В свежем виде свинец серебристый с оттенком синего; при контакте с воздухом он тускнеет до тускло-серого цвета. Свинец имеет самый высокий атомный номер среди всех стабильных элементов, и три его изотопа являются конечными точками основных ядерных цепочек распада более тяжелых элементов.

Свинец - относительно инертный металл постпереходного периода . Его слабый металлический характер иллюстрируется его амфотерным характером; свинец и оксиды свинца вступают в реакцию с кислотами и основаниями и имеют тенденцию к образованию ковалентных связей . Соединения свинца обычно находятся в степени окисления +2, а не в состоянии +4, характерном для более легких членов углеродной группы . Исключения в основном ограничиваются свинецорганическими соединениями . Подобно более легким членам группы, свинец имеет тенденцию связываться с самим собой ; он может образовывать цепочки и многогранные структуры.

Свинец легко извлекается из руд ; доисторические люди в Западной Азии знали об этом . Галенит - основная руда свинца, часто содержащая серебро. Интерес к серебру способствовал повсеместному использованию свинца в Древнем Риме . Производство свинца снизилось после падения Рима и не достигало сопоставимых уровней до промышленной революции . В 2014 году годовое мировое производство свинца составило около десяти миллионов тонн, более половины из которых приходилось на переработку. Свинец обладает высокой плотностью, низкой температурой плавления, пластичностью и относительной инертностью к окислению.сделать его полезным. Эти свойства, в сочетании с его относительной численностью и низкой стоимостью, привели к его широкому использованию в строительстве, сантехнику, батареи , пуле и выстрел , вес, припои , pewters , плавких сплавы , белых краски , этилированном бензин и радиационной защиту .

В конце 19 века токсичность свинца была признана, и с тех пор во многих областях его использование было прекращено. Однако во многих странах по-прежнему разрешена продажа продуктов, которые подвергают людей воздействию свинца, включая некоторые типы красок и пуль. Свинец - нейротоксин , накапливающийся в мягких тканях и костях; он повреждает нервную систему и нарушает функцию биологических ферментов , вызывая неврологические расстройства, такие как повреждение мозга и поведенческие проблемы.

Физические свойства [ править ]

Атомный [ править ]

Атом свинца имеет 82 электрона , расположенных в электронной конфигурации [ Xe ] 4f ¹⁴ 5d ¹⁰ 6s ² 6p ² . Сумма первой и второй энергий ионизации свинца - полная энергия, необходимая для удаления двух 6p-электронов - близка к сумме олова , верхнего соседа свинца в группе углерода . Это необычно; Энергия ионизации обычно падает вниз по группе, поскольку внешние электроны элемента становятся все более удаленными от ядра и более защищенными меньшими орбиталями.

Сходство энергий ионизации вызвано сжатием лантаноидов - уменьшением радиусов элементов от лантана (атомный номер 57) до лютеция (71) и относительно небольшими радиусами элементов, начиная с гафния (72). Это связано с плохой экранировкой ядра 4f-электронами лантаноидов . Сумма первых четырех энергий ионизации свинца превышает энергию олова ^[3], вопреки прогнозам периодических тенденций . Этому поведению способствуют релятивистские эффекты , которые становятся существенными в более тяжелых атомах. ^[a] Одним из таких эффектов является эффект инертной пары.: 6s-электроны свинца не хотят участвовать в связывании, что делает расстояние между ближайшими атомами в кристаллическом свинце необычно большим. ^[5]

Более легкие конгенеры углеродных групп свинца образуют стабильные или метастабильные аллотропы с тетраэдрически координированной и ковалентно связанной кубической структурой алмаза . Уровни энергии их внешних s- и p-орбиталей достаточно близки, чтобы позволить смешиваться с четырьмя гибридными sp ³ -орбиталями. В свинце эффект инертной пары увеличивает расстояние между его s- и p-орбиталями, и разрыв не может быть преодолен за счет энергии, которая будет высвобождена дополнительными связями после гибридизации. ^[6] Свинец не имеет кубической структуры алмаза, а образует металлические связи.в котором только p-электроны делокализованы и разделены между ионами Pb ²⁺ . Следовательно, свинец имеет гранецентрированную кубическую структуру ^[7], как и двухвалентные металлы такого же размера ^[8], кальций и стронций . ^{[9] [b] [c] [d]}

Массовый [ править ]

Чистый свинец имеет яркий серебристый вид с оттенком синего. ^[14] Он тускнеет при контакте с влажным воздухом и приобретает тусклый вид, оттенок которого зависит от преобладающих условий. Характерные свойства свинца включают высокую плотность , пластичность, пластичность и высокую устойчивость к коррозии за счет пассивации . ^[15]

Плотноупакованная гранецентрированная кубическая структура свинца и высокий атомный вес приводят к плотности ^[16] 11,34 г / см ³ , что выше, чем у обычных металлов, таких как железо (7,87 г / см ³ ), медь (8,93 г / см ³ ) и цинк (7,14 г / см ³ ). ^[17] Эта плотность является источником идиомы «летать, как свинцовый шар» . ^{[18] [19] [e]} Некоторые более редкие металлы имеют более высокую плотность: вольфрам и золото имеют плотность 19,3 г / см ³ , а осмий - самый плотный из известных металлов - имеет плотность 22,59 г / см ³ , что почти вдвое больше, чем у свинца. .^[20]

Свинец - очень мягкий металл с твердостью 1,5 по шкале Мооса ; его можно поцарапать ногтем. ^[21] Он довольно податлив и несколько пластичен. ^{[22] [е]} объемный модуль упругости свинца-мера легкости сжимаемости-45,8  ГПа . Для сравнения, у алюминия 75,2 ГПа; медь 137,8 ГПа; и низкоуглеродистой стали 160–169 ГПа. ^[23] свинца в прочности при растяжении , МПа при 12-17, является низкой (т.е. алюминия в 6 раз выше, меди в 10 раз, и мягкой стали в 15 раз выше); его можно усилить добавлением небольшого количества меди или сурьмы . ^[24]

Температура плавления свинца - 327,5 ° C (621,5 ° F) ^[25] - очень низкая по сравнению с большинством металлов. ^{[16] [г]} Его температура кипения 1749 ° C (3180 ° F) ^[25] является самой низкой среди элементов углеродной группы. Электрическое сопротивление свинца при 20 ° С составляет 192 nanoohm -meters, почти на порядок выше , чем у других промышленных металлов (меди на 15,43 nΩ · м, золото 20,51 nΩ · м, а также алюминий в 24.15 nΩ · м). ^[27] Свинец является сверхпроводником при температурах ниже 7,19  К ; ^[28] это самая высокая критическая температура из всехсверхпроводники типа I и третье место среди элементных сверхпроводников. ^[29]

Изотопы [ править ]

Природный свинец состоит из четырех стабильных изотопов с массовыми числами 204, 206, 207 и 208 ^[30], а также следов пяти короткоживущих радиоизотопов. ^[31] Большое количество изотопов согласуется с четным атомным номером свинца . ^[h] Свинец имеет магическое число протонов (82), для которого модель ядерной оболочки точно предсказывает особенно стабильное ядро. ^[32] Свинец-208 имеет 126 нейтронов, еще одно магическое число, которое может объяснить, почему свинец-208 чрезвычайно стабилен. ^[32]

Свинец с его высоким атомным номером является самым тяжелым элементом, природные изотопы которого считаются стабильными; Свинец-208 - самое тяжелое стабильное ядро. (Раньше это различие относилось к висмуту с атомным номером 83, пока в 2003 году не было обнаружено , что его единственный первичный изотоп , висмут-209, распадается очень медленно.) ^[I] Четыре стабильных изотопа свинца теоретически могут подвергаться альфа-распаду до изотопы ртути с выделением энергии, но ни для одного из них этого не наблюдалось; их прогнозируемый период полураспада составляет от 10 ³⁵ до 10 ¹⁸⁹ лет ^[35] (по крайней мере, в 10 ²⁵ раз больше нынешнего возраста Вселенной).

Три стабильных изотопа находятся в трех из четырех основных цепочек распада : свинец-206, свинец-207 и свинец-208 являются конечными продуктами распада урана-238, урана-235 и тория-232 соответственно. ^[36] Эти цепочки распада называются урановой цепью, актиниевой цепью и ториевой цепью. ^[37] Их изотопные концентрации в образце естественной породы сильно зависят от присутствия этих трех исходных изотопов урана и тория. Например, относительное содержание свинца-208 может колебаться от 52% в нормальных образцах до 90% в ториевых рудах; ^[38] по этой причине стандартный атомный вес свинца дается только с точностью до одного десятичного знака. ^[39]По прошествии времени соотношение свинца-206 и свинца-207 к свинцу-204 увеличивается, поскольку первые два дополняются радиоактивным распадом более тяжелых элементов, а последние - нет; это позволяет проводить датирование свинца . По мере распада урана на свинец их относительные количества меняются; это основа для датирования уран-свинец . ^[40] Свинец-207 проявляет ядерный магнитный резонанс , свойство, которое использовалось для изучения его соединений в растворе и твердом состоянии, ^{[41] [42] в} том числе в организме человека. ^[43]

Помимо стабильных изотопов, из которых состоит почти весь свинец, существующий в природе, есть следовые количества нескольких радиоактивных изотопов. Один из них - свинец-210; хотя его период полураспада составляет всего 22,3 года ^[30], небольшие количества свинца встречаются в природе, потому что свинец-210 образуется в результате длительного цикла распада, который начинается с урана-238 (который присутствует на Земле в течение миллиардов лет). Свинец-211, -212 и -214 присутствуют в цепочках распада урана-235, тория-232 и урана-238, соответственно, поэтому следы всех трех изотопов свинца обнаруживаются естественным образом. Незначительные следы свинца-209 возникают в результате очень редкого кластерного распада радия-223, одного из дочерних продуктов.природного урана-235 и цепочки распада нептуния-237, следы которой образуются в результате захвата нейтронов в урановых рудах. Свинец-210 особенно полезен для определения возраста образцов путем измерения его отношения к свинцу-206 (оба изотопа присутствуют в одной цепочке распада). ^[44]

Всего синтезировано 43 изотопа свинца с массовыми числами 178–220. ^[30] Свинец-205 является наиболее стабильным радиоизотопом с периодом полураспада около 1,73 × 10 ⁷  лет. ^[j] Вторым по стабильности является свинец-202, период полураспада которого составляет около 52 500 лет, что больше, чем у любого из следовых радиоизотопов в природе. ^[30]

Химия [ править ]

Свинец в массе при контакте с влажным воздухом образует защитный слой различного состава. Карбонат свинца (II) является обычным компонентом; ^{[46] [47] [48]} сульфат или хлорид , может также присутствовать в городских или морских установки. ^[49] Этот слой делает свинец в массе химически инертным на воздухе. ^[49] Мелко порошковый свинец, как со многими металлами, является пирофорным , ^[50] и сгорает с голубовато-белым пламенем. ^[51]

Фтор реагирует со свинцом при комнатной температуре с образованием фторида свинца (II) . Реакция с хлором аналогична, но требует нагревания, так как образующийся хлоридный слой снижает реакционную способность элементов. ^[49] Расплавленный свинец реагирует с халькогенами с образованием халькогенидов свинца (II). ^[52]

Металлический свинец устойчив к серной и фосфорной кислотам, но не к соляной или азотной кислоте ; результат зависит от нерастворимости и последующей пассивации соли продукта. ^[53] Органические кислоты, такие как уксусная кислота , растворяют свинец в присутствии кислорода. ^[49] Концентрированные щелочи растворяют свинец и образуют плюмбиты . ^[54]

Неорганические соединения [ править ]

Свинец имеет два основных состояния окисления: +4 и +2. Четырехвалентное состояние является общим для группы углерода. Двухвалентное состояние редко встречается для углерода и кремния , незначительно для германия, важно (но не преобладает) для олова и является более важным из двух состояний окисления для свинца. ^[49] Это связано с релятивистскими эффектами , в частности, с эффектом инертной пары , который проявляется, когда существует большая разница в электроотрицательности между свинцом и оксидом , галогенидом или нитридом.анионы, приводящие к значительному частичному положительному заряду свинца. Результатом является более сильное сокращение орбитали свинца 6s, чем в случае орбитали 6p, что делает его довольно инертным по отношению к ионным соединениям. Эффект инертной пары менее применим к соединениям, в которых свинец образует ковалентные связи с элементами аналогичной электроотрицательности, такими как углерод в органических соединениях свинца. В них орбитали 6s и 6p остаются одинакового размера, и гибридизация sp ³ по-прежнему является энергетически выгодной. Свинец, как и углерод, в таких соединениях преимущественно четырехвалентен. ^[55]

Существует относительно большая разница в электроотрицательности свинца (II) при 1,87 и свинца (IV) при 2,33. Это различие знаменует собой изменение тенденции к увеличению стабильности степени окисления +4 по углеродной группе; олово, для сравнения, имеет значения 1,80 в степени окисления +2 и 1,96 в состоянии +4. ^[56]

Свинец (II) [ править ]

Соединения свинца (II) характерны для неорганической химии свинца. Даже сильные окислители, такие как фтор и хлор, реагируют со свинцом, давая только PbF ₂ и PbCl ₂ . ^[49] Ионы свинца (II) обычно бесцветны в растворе ^[57] и частично гидролизуются с образованием Pb (OH) ⁺ и, наконец, [Pb ₄ (OH) ₄ ] ⁴⁺ (в котором ионы гидроксила действуют как мостиковые лиганды ) , ^{[58] [59],} но не являются восстановителями, как ионы олова (II). Методы определения присутствия PbИон ²⁺ в воде обычно зависит от осаждения хлорида свинца (II) с использованием разбавленной соляной кислоты. Поскольку хлоридная соль плохо растворима в воде, в очень разбавленных растворах осаждение сульфида свинца (II) достигается барботированием сероводорода через раствор. ^[60]

Окись свинца существует в двух полиморфных модификациях : глет- α-PbO (красный) и массикот- β-PbO (желтый), причем последний стабилен только при температуре около 488 ° C. Глет - наиболее часто используемое неорганическое соединение свинца. ^[61] Нет гидроксида свинца (II); повышение pH растворов солей свинца (II) приводит к гидролизу и конденсации. ^[62] Свинец обычно вступает в реакцию с более тяжелыми халькогенами. Сульфид свинца - это полупроводник , фотопроводник и чрезвычайно чувствительный детектор инфракрасного излучения . Два других халькогенида, селенид свинца и теллурид свинца, также являются светопроводящими. Они необычны тем, что их цвет становится светлее по мере продвижения по группе. ^[63]

Дигалогениды свинца хорошо охарактеризованы; сюда входят диастатид ^[64] и смешанные галогениды, такие как PbFCl. Относительная нерастворимость последнего составляет полезную основу для гравиметрического определения фтора. Дифторид был первым твердым ионопроводящим соединением, которое было обнаружено (в 1834 году Майклом Фарадеем ). ^[65] Другие дигалогениды разлагаются под воздействием ультрафиолета или видимого света, особенно дииодид. ^[66] Известно много псевдогалогенидов свинца (II) , таких как цианид , цианат и тиоцианат . ^{[63] [67]}Свинец (II) , образует большое разнообразие галоидных координационных комплексов , таких как [PbCl ₄ ] ^2- , [PbCl ₆ ] ^4- и [Pb ₂ Cl ₉ ] _п ^{5 п -} цепь анион. ^[66]

Сульфат свинца (II) нерастворим в воде, как и сульфаты других тяжелых двухвалентных катионов . Нитрат свинца (II) и ацетат свинца (II) хорошо растворимы, и это используется в синтезе других соединений свинца. ^[68]

Свинец (IV) [ править ]

Известно немного неорганических соединений свинца (IV). Они образуются только в сильно окисляющих растворах и обычно не существуют в стандартных условиях. ^[69] Оксид свинца (II) при дальнейшем окислении дает смешанный оксид Pb ₃ O ₄ . Он описывается как оксид свинца (II, IV) или структурно 2PbO · PbO ₂ и является наиболее известным соединением свинца со смешанной валентностью. Двуокись свинца - сильный окислитель, способный окислять соляную кислоту до газообразного хлора. ^[70] Это связано с тем, что ожидаемый PbCl _4, который должен быть произведен, нестабилен и самопроизвольно разлагается на PbCl ₂ и Cl ₂ . ^[71]Аналогично монооксиду свинца диоксид свинца способен образовывать свинцовые анионы. Дисульфид свинца ^[72] и диселенид свинца ^[73] стабильны только при высоких давлениях. Тетрафторид свинца , желтый кристаллический порошок, стабилен, но в меньшей степени, чем дифторид . Тетрахлорид свинца (желтое масло) разлагается при комнатной температуре, тетрабромид свинца еще менее стабилен, а существование тетраиодида свинца вызывает сомнения. ^[74]

Другие степени окисления [ править ]

Некоторые соединения свинца существуют в формальных степенях окисления, отличных от +4 или +2. Свинец (III) может быть получен в качестве промежуточного звена между свинцом (II) и свинцом (IV) в более крупных органических комплексах свинца; эта степень окисления нестабильна, поскольку и ион свинца (III), и более крупные комплексы, содержащие его, являются радикалами . ^{[76] [77] [78]} То же самое относится к свинцу (I), который можно найти в таких радикалах. ^[79]

Известны многочисленные смешанные оксиды свинца (II, IV). Когда PbO ₂ нагревается на воздухе, он становится Pb ₁₂ O ₁₉ при 293 ° C, Pb ₁₂ O ₁₇ при 351 ° C, Pb ₃ O ₄ при 374 ° C и, наконец, PbO при 605 ° C. Другой полуторный оксид , Pb ₂ O ₃ , может быть получен при высоком давлении вместе с несколькими нестехиометрическими фазами. Многие из них демонстрируют дефектные структуры флюорита, в которых некоторые атомы кислорода замещены вакансиями: можно считать, что PbO имеет такую ​​структуру, в которой отсутствуют все чередующиеся слои атомов кислорода. ^[80]

Отрицательные состояния окисления могут возникать в виде фаз Zintl , либо свободных анионов свинца, как в Ba ₂ Pb, причем свинец формально является свинцом (-IV), ^[81], либо в чувствительных к кислороду кольцевых или полиэдрических кластерных ионах, таких как тригональные бипирамидальный ион Pb ₅ ^2- , где два атома свинца являются свинцом (-I), а три - свинцом (0). ^[82] В таких анионах каждый атом находится в полиэдрической вершине и вносит два электрона в каждую ковалентную связь вдоль края их гибридных sp ³ орбиталей, два других атома являются внешней неподеленной парой . ^[58] Они могут быть получены в жидком аммиаке путем восстановления свинца путемнатрий . ^[83]

Organolead [ править ]

Свинец может образовывать многосвязные цепи , свойство, которое он разделяет со своими более легкими гомологами в углеродной группе. Его способность делать это намного меньше, потому что энергия связи Pb – Pb более чем в три с половиной раза ниже, чем у связи C – C. ^[52] Сам по себе свинец может образовывать связи металл-металл порядка трех. ^[84] С углеродом свинец образует свинецорганические соединения, подобные типичным органическим соединениям, но обычно менее стабильные, чем обычные органические соединения ^[85] (из-за того, что связь Pb – C довольно слабая). ^[58] Это делает металлоорганическую химию свинца гораздо менее обширной, чем химию олова. ^[86]Свинец преимущественно образует свинецорганические (IV) соединения, даже если исходить из неорганических реагентов свинца (II); известно очень мало свинецорганических (II) соединений. Наиболее известные исключения - это Pb [CH (SiMe ₃ ) ₂ ] ₂ и Pb ( η ⁵ -C ₅ H ₅ ) ₂ . ^[86]

Свинцовым аналогом простейшего органического соединения - метана - является свинец . Plumbane может быть получен в результате реакции между металлическим свинцом и атомарным водородом . ^[87] Два простых производных, тетраметилсвинец и тетраэтилсвинец , являются наиболее известными органическими соединениями свинца . Эти соединения относительно стабильны: тетраэтилсвинец начинает разлагаться только при нагревании ^[88] или под воздействием солнечного или ультрафиолетового света. ^{[89] [k]} С металлическим натрием свинец легко образует эквимолярный сплав, который реагирует с алкилгалогенидами с образованием металлоорганических соединений.такие соединения, как тетраэтилсвинец. ^[90] Окислительная природа многих органических соединений свинца успешно используется: тетраацетат свинца является важным лабораторным реагентом для окисления в органическом синтезе. ^[91] Тетраэтилсвинец после добавления в бензин производился в больших количествах, чем любое другое металлоорганическое соединение. ^[86] Другие свинецорганические соединения менее химически стабильны. ^[85] Для многих органических соединений аналог свинца не существует. ^[87]

Происхождение и возникновение [ править ]

В космосе [ править ]

В частице обилие свинца в в Солнечной системе составляет 0,121 частей на миллиард (частей на миллиард). ^{[92] [l]} Этот показатель в два с половиной раза выше, чем у платины , в восемь раз больше, чем у ртути, и в семнадцать раз больше, чем у золота. ^[92] Количество свинца во Вселенной медленно увеличивается ^[93], поскольку наиболее тяжелые атомы (все нестабильны) постепенно распадаются на свинец. ^[94] Содержание свинца в Солнечной системе с момента ее образования 4,5 миллиарда лет назад увеличилось примерно на 0,75%. ^[95]Таблица содержания в солнечной системе показывает, что свинец, несмотря на его относительно высокий атомный номер, более распространен, чем большинство других элементов с атомным номером больше 40 ^[92].

Первородный свинец, состоящий из изотопов свинца-204, свинца-206, свинца-207 и свинца-208, в основном образовался в результате повторяющихся процессов захвата нейтронов, происходящих в звездах. Двумя основными режимами захвата являются s- и r-процессы . ^[96]

В s-процессе (s означает «медленный») захваты разделены годами или десятилетиями, что позволяет менее стабильным ядрам подвергнуться бета-распаду . ^[97] Стабильное ядро ​​таллия-203 может захватить нейтрон и стать таллием-204; он подвергается бета-распаду с образованием стабильного свинца-204; при захвате другого нейтрона он становится свинцом-205, период полураспада которого составляет около 15 миллионов лет. Дальнейшие захваты дают свинец-206, свинец-207 и свинец-208. При захвате другого нейтрона свинец-208 становится свинцом-209, который быстро распадается на висмут-209. При захвате другого нейтрона висмут-209 становится висмутом-210, и этот бета-распад превращается в полоний-210, который альфа-распадом превращается в свинец-206. Таким образом, цикл заканчивается на свинце-206, свинце-207, свинце-208 и висмуте-209. ^[98]

В r-процессе (r означает «быстрый») захваты происходят быстрее, чем ядра могут распадаться. ^[99] Это происходит в средах с высокой плотностью нейтронов, таких как сверхновая звезда или слияние двух нейтронных звезд . Поток нейтронов может составлять порядка 10 ²² нейтронов на квадратный сантиметр в секунду. ^[100] r-процесс не формирует столько свинца, как s-процесс. ^[101] Он имеет тенденцию останавливаться, когда богатые нейтронами ядра достигают 126 нейтронов. ^[102] В этот момент нейтроны располагаются в полных оболочках в атомном ядре, и становится труднее разместить большее их количество с энергетической точки зрения. ^[103]Когда поток нейтронов спадает, эти ядра бета-распадаются на стабильные изотопы осмия, иридия и платины. ^[104]

На Земле [ править ]

Свинец классифицируется как халькофил по классификации Гольдшмидта , что означает, что он обычно встречается в сочетании с серой. ^[105] Он редко встречается в своей естественной металлической форме. ^[106] Многие свинцовые минералы относительно легкие и на протяжении истории Земли оставались в коре, а не уходили глубже в недра Земли. Это объясняет относительно высокое содержание свинца в коре - 14 частей на миллион; это 38 - й наиболее распространенный элемент в земной коре. ^{[107] [м]}

Основным свинцовым минералом является галенит (PbS), который в основном содержится в цинковых рудах. ^[109] Большинство других свинцовых минералов так или иначе связаны с галенитом; буланжерит , Pb ₅ Sb ₄ S ₁₁ , представляет собой смешанный сульфид, полученный из галенита; англезит , PbSO ₄ , является продуктом окисления галенита; а церуссит или белая свинцовая руда, PbCO ₃ , является продуктом разложения галенита. Мышьяк , олово, сурьма, серебро, золото, медь и висмут являются обычными примесями в минералах свинца. ^[109]

Мировые ресурсы свинца превышают два миллиарда тонн. Значительные месторождения находятся в Австралии, Китае, Ирландии, Мексике, Перу, Португалии, России и США. Мировые запасы - ресурсы, которые экономически целесообразно добыть - в 2016 году составили 88 миллионов тонн, из которых у Австралии - 35 миллионов, Китая - 17 миллионов, а у России - 6,4 миллиона. ^[110]

Типичные фоновые концентрации свинца в атмосфере не превышают 0,1 мкг / м ³ ; 100 мг / кг в почве; и 5 мкг / л в пресной и морской воде. ^[111]

Этимология [ править ]

Современное английское слово «lead» имеет германское происхождение; оно происходит от среднеанглийского leed и древнеанглийского lēad ( макрон над «е» означает, что гласный звук этой буквы длинный). ^[112] Древнеанглийское слово происходит от гипотетического реконструированного протогерманского языка * lauda- («свинец»). ^[113] Согласно лингвистической теории, это слово имело потомков в нескольких германских языках с точно таким же значением. ^[113]

Нет единого мнения о происхождении протогерманского * lauda- . Одна из гипотез предполагает, что оно происходит от протоиндоевропейского * lAudh- («свинец»; заглавная буква гласной эквивалентна макрону). ^[114] Другая гипотеза предполагает, что оно заимствовано из прото-кельтского * ɸloud-io- («свинец»). Это слово связано с латинским plumbum , давшим элементу химический символ Pb . Слово * ɸloud-io- считается источником протогерманского * bliwa- (что также означает «свинец»), от которого произошло немецкое слово Blei . ^[115]

Название химического элемента не связано с глаголом того же написания, который происходит от протогерманского * layijan- («вести»). ^[116]

История [ править ]

Предыстория и ранняя история [ править ]

Металлические свинцовые бусы, датируемые 7000–6500 гг. До н.э. , были найдены в Малой Азии и могут представлять собой первый пример плавки металлов . ^[118] В то время у свинца было мало применений (если вообще было) из-за его мягкости и тусклого вида. ^[118] Основной причиной распространения производства свинца была его связь с серебром, которое может быть получено путем сжигания галенита (распространенного минерала свинца). ^[119] Древние египтяне были первыми , чтобы использовать свинцовые минералы в косметике, приложение , которое распространилось в Древней Греции и за ее пределами; ^[120] Египтяне могли использовать свинец для грузила в рыболовных сетях, глазури., стаканы, эмали , украшения. ^[119] Различные цивилизации Плодородного Полумесяца использовали свинец в качестве письменного материала, валюты и строительного материала. ^[119] Свинец использовался при королевском дворе Древнего Китая как стимулятор , ^[119] как валюта, ^[121] и как противозачаточное средство ; ^[122] цивилизация долины Инда и Mesoamericans ^[119] использовал его для изготовления амулетов; народы Восточной и Южной Африки использовали свинец для волочения проволоки . ^[123]

Классическая эпоха [ править ]

Поскольку серебро широко использовалось в качестве декоративного материала и средства обмена, месторождения свинца начали разрабатываться в Малой Азии с 3000 г. до н.э .; позже месторождения свинца были разработаны в Эгейском море и Лаурионе . Эти три региона коллективно доминировали в добыче свинца до c. 1200 г. до н.э. ^[124] Примерно с 2000 г. до н.э. финикийцы разрабатывали месторождения на Пиренейском полуострове ; к 1600 г. до н.э. добыча свинца существовала на Кипре , в Греции и Сардинии . ^[125]

Территориальная экспансия Рима в Европу и Средиземное море, а также развитие горнодобывающей промышленности привели к тому, что Рим стал крупнейшим производителем свинца в классическую эпоху с расчетным годовым объемом производства в 80 000 тонн. Как и их предшественники, римляне получали свинец в основном как побочный продукт при плавке серебра. ^{[117] [127]} Добыча свинца происходила в Центральной Европе, Великобритании , на Балканах , Греции , Анатолии и Испании , на долю последнего приходилось 40% мирового производства. ^[117]

Свинцовые таблетки обычно использовались в качестве материала для писем. ^[128] Свинцовые гробы , отлитые из плоского песка, со сменными мотивами, чтобы соответствовать вере умершего, использовались в древней Иудее . ^[129] Свинец использовался для изготовления пули для пращи с 5 века до нашей эры. Во времена Римской империи широко применялись свинцовые пули, которые были эффективны на расстоянии от 100 до 150 метров. Балеарские пращники, использовавшиеся в качестве наемников в карфагенской и римской армиях, славились своей дальностью стрельбы и точностью. ^[130]

Свинец использовался для изготовления водопроводных труб в Римской империи ; латинское слово для металла, свинец , происхождение английского слова «сантехника». Его простота в эксплуатации и устойчивость к коррозии ^[131] обеспечили его широкое применение в других областях, включая фармацевтику, кровлю, валюту и войну. ^{[132] [133] [134]} Писатели того времени, такие как Катон Старший , Колумелла и Плиний Старший , рекомендовали свинцовые (или покрытые свинцом) сосуды для приготовления подсластителей и консервантов.добавляется в вино и еду. Свинец придавал приятный вкус из-за образования «сахара свинца» (ацетата свинца (II)), в то время как медные или бронзовые сосуды могли придавать горький привкус из-за образования ягод . ^[135]

Римский автор Витрувий сообщил об опасности свинца для здоровья ^[137], а современные авторы предположили, что отравление свинцом сыграло важную роль в упадке Римской империи. ^{[138] [139] [n]} Другие исследователи раскритиковали такие утверждения, отметив, например, что не все боли в животе вызваны отравлением свинцом. ^{[141] [142]} Согласно археологическим исследованиям, римские свинцовые трубы повышали уровень свинца в водопроводной воде, но такой эффект «вряд ли был действительно вредным». ^{[143] [144]} Когда действительно происходило отравление свинцом, жертв называли «мрачными», темными и циничными, в честь омерзительного отца богов Сатурна.. По ассоциации свинец считался отцом всех металлов. ^[145] Его статус в римском обществе был низким, поскольку он был легко доступен ^[146] и дешев. ^[147]

Путаница с оловом и сурьмой [ править ]

В классическую эпоху (и даже до 17 века) олово часто не отделяли от свинца: римляне называли свинец plumbum nigrum («черный свинец») и tin plumbum Candidum («светлый свинец»). Связь свинца и олова можно увидеть и на других языках: слово олово на чешском языке переводится как «свинец», но на русском языке его родственное слово олово ( олово ) означает «олово». ^[148] Чтобы усугубить путаницу, свинец имел тесную связь с сурьмой: оба элемента обычно встречаются в виде сульфидов (галенит и антимонит ), часто вместе. Плиний неправильно писал, что при нагревании стибнит дает свинец, а не сурьму. ^[149]В таких странах, как Турция и Индия, первоначально персидское название сурма стало обозначать либо сульфид сурьмы, либо сульфид свинца ^[150], а в некоторых языках, таких как русский, дало название сурьме ( сурьма ). ^[151]

Средние века и Возрождение [ править ]

Добыча свинца в Западной Европе снизилась после падения Западной Римской империи , при этом Аравийская Иберия была единственным регионом, где добыча была значительна. ^{[152] [153]} Наибольшее производство свинца произошло в Южной и Восточной Азии, особенно в Китае и Индии, где добыча свинца быстро росла. ^[153]

В Европе производство свинца начало расти в XI и XII веках, когда он снова стал использоваться для кровли и трубопроводов. Начиная с 13 века свинец использовали для создания витражей . ^[155] В европейской и арабской традициях алхимии свинец (символ в европейской традиции) ^[156] считался нечистым недрагоценным металлом, который путем разделения, очистки и уравновешивания составляющих его сущностей мог быть преобразован в чистый и нетленный. золото. ^[157] В тот период свинец все чаще использовался для фальсификациивино. Использование такого вина было запрещено для использования в христианских обрядах папской буллой в 1498 году, но оно продолжало употребляться и приводило к массовым отравлениям вплоть до конца 18 века. ^{[152] [158]} Свинец был ключевым материалом в частях печатного станка , и свинцовая пыль обычно вдыхалась печатными работниками, вызывая отравление свинцом. ^[159] Несмотря на то, что свинец был дороже железа, он также стал основным материалом для изготовления пуль для огнестрельного оружия. Он был менее разрушительным для железных стволов, имел более высокую плотность (что позволяло лучше сохранять скорость), а его более низкая температура плавления делала производство пуль проще, поскольку их можно было изготовить с помощью дровяного огня. ^[160] Свинец в видеВенецианская лазурь широко использовалась в косметике западноевропейской аристократией, поскольку побеленные лица считались признаком скромности. ^{[161] [162]} Эта практика позже распространилась на белые парики и подводку для глаз, и исчезла только во время Французской революции в конце 18 века. Подобная мода появилась в Японии в 18 веке с появлением гейш , практика, которая продолжалась и в 20 веке. Белые лица женщин «стали олицетворением их женских достоинств японских женщин» ^[163], при этом свинец обычно используется в отбеливателе. ^[164]

За пределами Европы и Азии [ править ]

В Новом Свете производство свинца было зафиксировано вскоре после прибытия европейских поселенцев. Самые ранние записи относятся к 1621 году в английской колонии Вирджиния , через четырнадцать лет после ее основания. ^[165] В Австралии первым рудником, открытым колонистами на континенте, был свинцовый рудник в 1841 году. ^[166] В Африке добыча и выплавка свинца были известны в желобе Бенуэ ^[167] и нижнем течении бассейна Конго , где свинец использовалась для торговли с европейцами и в качестве валюты к 17 веку ^[168] задолго до битвы за Африку .

Промышленная революция [ править ]

Во второй половине 18 века Британия, а затем континентальная Европа и США пережили промышленную революцию . Это был первый раз, когда объемы производства свинца превысили показатели Рима. ^[117] Великобритания была ведущим производителем, потеряв этот статус к середине 19 века из-за истощения ее рудников и развития добычи свинца в Германии, Испании и США. ^[169] К 1900 году Соединенные Штаты были лидером по производству свинца в мире, а другие неевропейские страны - Канада, Мексика и Австралия - начали значительное производство; производство за пределами Европы превышало внутренний. ^[170] Большая часть спроса на свинец приходилась на водопроводные и малярные работы - свинцовые краски.использовались регулярно. ^[171] В то время больше людей (из рабочего класса) подвергались воздействию металла, и случаи отравления свинцом участились. Это привело к исследованию эффектов потребления свинца. Доказано, что свинец более опасен в виде дыма, чем в виде твердого металла. Отравление свинцом и подагра были связаны; Британский врач Альфред Баринг Гаррод отметил, что треть его пациентов с подагрой были сантехниками и малярами. Последствия хронического употребления свинца, включая психические расстройства, также изучались в XIX веке. Первые законы, направленные на снижение отравления свинцом на фабриках, были приняты в 1870–1880-х годах в Соединенном Королевстве. ^[171]

Современная эпоха [ править ]

Еще одно свидетельство угрозы, которую представляет свинец для человека, было обнаружено в конце 19 - начале 20 веков. Механизмы вреда были лучше поняты, свинцовая слепота была задокументирована, и этот элемент был постепенно выведен из общественного использования в Соединенных Штатах и ​​Европе. Соединенное Королевство ввело обязательные производственные инспекции в 1878 году и назначило первого медицинского инспектора фабрик в 1898 году; в результате было сообщено о 25-кратном сокращении случаев отравления свинцом с 1900 по 1944 год. ^[172] Большинство европейских стран запретили свинцовую краску - обычно используемую из-за ее непрозрачности и водостойкости ^[173] - для внутренних работ к 1930 году ^[174].

Последним серьезным воздействием свинца на человека было добавление тетраэтилсвинца к бензину в качестве антидетонационного агента - практика, которая зародилась в Соединенных Штатах в 1921 году. К 2000 году она была прекращена в Соединенных Штатах и Европейском союзе ^[171].

В 1970-х годах США и страны Западной Европы ввели законодательство по сокращению загрязнения воздуха свинцом. ^{[175] [176]} Воздействие было значительным: в то время как исследование, проведенное Центрами по контролю и профилактике заболеваний в США в 1976–1980 годах, показало, что 77,8% населения имели повышенный уровень свинца в крови , в 1991–1994 гг. исследование того же института показало, что доля людей с таким высоким уровнем снизилась до 2,2%. ^[177] Основным продуктом, изготовленным из свинца к концу 20 века, были свинцово-кислотные батареи . ^[178]

С 1960 по 1990 год производство свинца в Западном блоке выросло примерно на 31%. ^[179] Доля мирового производства свинца в странах Восточного блока увеличилась с 10% до 30% с 1950 по 1990 год, при этом Советский Союз был крупнейшим производителем свинца в мире в середине 1970-х и 1980-х годов, а Китай - ведущим производителем свинца. производство в конце 20 века. ^[180] В отличие от европейских коммунистических стран, Китай к середине 20 века в значительной степени не был индустриализирован; в 2004 году Китай обогнал Австралию как крупнейший производитель свинца. ^[181] Как и во время европейской индустриализации, свинец оказывает негативное влияние на здоровье в Китае. ^[182]

Производство [ править ]

По состоянию на 2014 год производство свинца во всем мире растет из-за его использования в свинцово-кислотных аккумуляторах. ^[183] Существует две основные категории продукции: первичная из добытых руд и вторичная из лома. В 2014 году 4,58 миллиона метрических тонн были получены от первичного производства и 5,64 миллиона тонн от вторичного производства. В тройку лидеров по производству добытого свинцового концентрата в этом году входили Китай, Австралия и США. ^[110] В тройку лидеров по производству рафинированного свинца вошли Китай, США и Индия. ^[184] Согласно отчету International Resource Panel " Запасы металлов в обществе".В 2010 году общее количество свинца, которое используется, складывается, выбрасывается или рассеивается в окружающей среде в глобальном масштабе, составляет 8 кг на душу населения. Большая часть этого приходится на более развитые страны (20–150 кг на душу населения), а не в менее развитых (1–4 кг на душу населения). ^[185]

Процессы производства первичного и вторичного свинца схожи. Некоторые предприятия первичного производства в настоящее время дополняют свою деятельность ломом свинца, и эта тенденция, вероятно, усилится в будущем. При использовании соответствующих технологий свинец, полученный во вторичных процессах, неотличим от свинца, полученного в первичных процессах. Свинцовый лом из строительной отрасли обычно довольно чистый и переплавляется без переплавки, хотя иногда требуется рафинирование. Таким образом, производство вторичного свинца обходится дешевле с точки зрения потребности в энергии, чем производство первичного, часто на 50% или более. ^[186]

Первичный [ править ]

Большинство свинцовых руд содержат низкий процент свинца (богатые руды обычно имеют содержание 3–8%), который необходимо концентрировать для добычи. ^[187] Во время начальной обработки руды обычно подвергаются дроблению, разделению на плотную среду , измельчению , пенной флотации и сушке. Полученный концентрат с содержанием свинца 30–80% по массе (обычно 50–60%) ^[187] затем превращается в (нечистый) металлический свинец.

Это можно сделать двумя основными способами: двухстадийный процесс, включающий обжиг с последующим извлечением в доменную печь, проводимый в отдельных сосудах; или прямой процесс, при котором экстракция концентрата происходит в одном сосуде. Последний стал наиболее распространенным маршрутом, хотя первый по-прежнему важен. ^[188]

Крупнейшие в мире страны, занимающиеся добычей свинца, 2016 год ^[110]

Страна	Выход (тыс. Тонн)
Китай	2400
Австралия	500
Соединенные Штаты	335
Перу	310
Мексика	250
Россия	225
Индия	135
Боливия	80
Швеция	76
индюк	75
Иран	41 год
Казахстан	41 год
Польша	40
Южная Африка	40
Северная Корея	35 год
Ирландия	33
Македония	33
Другие страны	170

Двухэтапный процесс [ править ]

Сначала сульфидный концентрат обжигают на воздухе для окисления сульфида свинца: ^[189]

2 PbS (т.) + 3 O ₂ (г) → 2 PbO (т. Е.) + 2 SO ₂ (г) ↑

Поскольку исходный концентрат не был чистым сульфидом свинца, обжиг дает не только желаемый оксид свинца (II), но и смесь оксидов, сульфатов и силикатов свинца и других металлов, содержащихся в руде. ^[190] Этот нечистый оксид свинца восстанавливается в коксовой доменной печи до (опять же нечистого) металла: ^[191]

2 PbO (тв.) + C (тв.) → 2 Pb (тв.) + CO ₂ (г) ↑

Примеси - это в основном мышьяк, сурьма, висмут, цинк, медь, серебро и золото. Обычно их удаляют в серии пирометаллургических процессов . Расплав обрабатывают в отражательной печи воздухом, паром и серой, которая окисляет примеси, за исключением серебра, золота и висмута. Окисленные загрязнения всплывают в верхнюю часть расплава и удаляются. ^{[192] [193]} Металлическое серебро и золото удаляются и извлекаются экономично с помощью процесса Паркса , в котором цинк добавляется к свинцу. Цинк, который не смешивается со свинцом, растворяет серебро и золото. Раствор цинка можно отделить от свинца, а серебро и золото извлечь. ^{[193] [194]}Обессеребренный свинец освобождают от висмута с помощью процесса Беттертона – Кролла , обрабатывая его металлическим кальцием и магнием . Образовавшийся шлак висмута можно удалить. ^[193]

В качестве альтернативы пирометаллургическим процессам очень чистый свинец можно получить путем электролитической обработки расплавленного свинца с использованием процесса Беттса . Аноды из нечистого свинца и катоды из чистого свинца помещены в электролит из фторсиликата свинца (PbSiF ₆ ). При приложении электрического потенциала нечистый свинец на аноде растворяется и оседает на катоде, оставляя большинство примесей в растворе. ^{[193] [195]} Это дорогостоящий процесс, поэтому в основном он предназначен для аффинажа слитков с высоким содержанием примесей. ^[196]

Прямой процесс [ править ]

В этом процессе слиток свинца и шлак получают непосредственно из свинцовых концентратов. Концентрат сульфида свинца плавится в печи и окисляется, образуя монооксид свинца. Углерод (в виде кокса или угольного газа ^[p] ) добавляется в расплавленную шихту вместе с флюсующими добавками . Таким образом, монооксид свинца восстанавливается до металлического свинца в шлаке, богатом монооксидом свинца. ^[188]

Если сырье богато свинцом, до 80% исходного свинца может быть получено в виде слитков; остальные 20% образуют шлак, богатый монооксидом свинца. В случае низкосортного сырья весь свинец может быть окислен до шлака с высоким содержанием свинца. ^[188] Металлический свинец также получают из шлаков с высоким содержанием свинца (25-40%) путем сжигания или впрыска топлива под флюсом, восстановления с помощью электрической печи или их комбинации. ^[188]

Альтернативы [ править ]

Продолжаются исследования более чистого и менее энергоемкого процесса извлечения свинца; Главный недостаток состоит в том, что либо слишком много свинца теряется в виде отходов, либо альтернативные методы приводят к высокому содержанию серы в образующемся металлическом свинце. Гидрометаллургическая экстракция, при которой аноды из нечистого свинца погружаются в электролит, а чистый свинец осаждается на катод, представляет собой метод, который может иметь потенциал, но в настоящее время не является экономичным, за исключением случаев, когда электричество очень дешево. ^[197]

Вторичный [ править ]

Плавка, которая является важной частью первичного производства, часто пропускается во время вторичного производства. Это выполняется только тогда, когда металлический свинец подвергся значительному окислению. ^[186] Процесс аналогичен первичному производству в доменной печи или вращающейся печи , с существенной разницей в большей вариативности выхода: в доменных печах производится твердый свинец (10% сурьмы), а в отражательных и вращающихся печах - полумягкий свинец (3–4% сурьмы). ^[198] Isasmeltпроцесс - это более новый метод плавки, который может выступать в качестве дополнения к первичному производству; Из аккумуляторной пасты из отработанных свинцово-кислотных аккумуляторов (содержащих сульфат свинца и оксиды свинца) сульфат удаляется обработкой щелочью, а затем обрабатывается в угольной печи в присутствии кислорода, что дает нечистый свинец, а сурьму - самая обычная примесь. ^[199] Рафинирование вторичного свинца аналогично рафинированию первичного свинца; некоторые процессы рафинирования могут быть пропущены в зависимости от перерабатываемого материала и его потенциального загрязнения. ^[199]

Из источников свинца для переработки наиболее важными являются свинцово-кислотные батареи; Свинцовая труба, лист и оболочка кабеля также важны. ^[186]

Приложения [ править ]

Вопреки распространенному мнению, грифели в деревянных карандашах никогда не делались из грифеля. Когда карандаш возник как обернутый графитовый пишущий инструмент, конкретный тип используемого графита назывался plumbago (буквально, действие для свинцового или свинцового макета ). ^[201]

Элементальная форма [ править ]

Металлический свинец обладает несколькими полезными механическими свойствами, включая высокую плотность, низкую температуру плавления, пластичность и относительную инертность. Многие металлы превосходят свинец в некоторых из этих аспектов, но, как правило, они менее распространены и их труднее извлечь из материнских руд. Токсичность свинца привела к прекращению его использования в некоторых случаях. ^[202]

Свинец использовался для изготовления пуль с момента их изобретения в средние века. Это недорого; его низкая температура плавления означает, что боеприпасы для стрелкового оружия и дробовики могут быть отлиты с минимальным техническим оборудованием; и он более плотный, чем другие обычные металлы, что позволяет лучше сохранять скорость. Он остается основным материалом для пуль, легированных другими металлами в качестве отвердителей. ^[160] Высказывались опасения, что свинцовые пули, используемые для охоты, могут нанести вред окружающей среде. ^[q]

Высокая плотность и устойчивость свинца к коррозии использовались в ряде связанных приложений. Используется как балласт в килях парусников; его плотность позволяет ему занимать небольшой объем и минимизировать водонепроницаемость, таким образом уравновешивая кренящее воздействие ветра на паруса. ^[204] Он используется в поясах для подводного плавания с аквалангом, чтобы противодействовать плавучести дайвера. ^[205] В 1993 году основание Пизанской башни было укреплено 600 тоннами свинца. ^[206] Из-за своей коррозионной стойкости свинец используется в качестве защитной оболочки для подводных кабелей. ^[207]

Свинец имеет множество применений в строительной отрасли; Свинцовые листы используются в качестве архитектурных металлов в кровельных материалах, облицовке , гидроизоляции , желобах и стыках желобов, а также в парапетах крыш. ^{[208] [209]} Свинец по-прежнему используется в статуях и скульптурах, ^{[r] в} том числе для изготовления арматуры . ^[211] В прошлом его часто использовали для балансировки колес автомобилей ; по экологическим причинам это использование постепенно прекращается в пользу других материалов. ^[110]

Свинец добавляют в медные сплавы, такие как латунь и бронза, для улучшения обрабатываемости и смазывающих свойств. Практически нерастворимый в меди свинец образует твердые глобулы на дефектах по всему сплаву, таких как границы зерен . В низких концентрациях глобулы не только действуют как смазка, но и препятствуют образованию стружки во время обработки сплава, тем самым улучшая обрабатываемость. В подшипниках используются медные сплавы с повышенным содержанием свинца . Свинец обеспечивает смазку, а медь обеспечивает несущую опору. ^[212]

Высокая плотность, атомный номер и формуемость свинца составляют основу использования свинца в качестве барьера, поглощающего звук, вибрацию и излучение. ^[213] Свинец не имеет собственных резонансных частот; ^[213] в результате листовой свинец используется в качестве звукоизоляционного слоя в стенах, полах и потолках звуковых студий. ^[214] Трубы для органа часто изготавливаются из свинцового сплава, смешанного с различным количеством олова, чтобы контролировать тон каждой трубы. ^{[215] [216]} Свинец является общепризнанным материалом для защиты от излучения в ядерной науке и в рентгеновских кабинетах ^[217] из-за его плотности и высокойкоэффициент затухания . ^[218] Расплавленный свинец используется в качестве теплоносителя в быстрых реакторах со свинцовым теплоносителем . ^[219]

В начале 21 века свинец больше всего использовался в свинцово-кислотных аккумуляторах. Свинец в батареях не контактирует напрямую с людьми, поэтому опасений по поводу токсичности меньше. ^[s] Люди, работающие на заводах по производству аккумуляторов, могут подвергаться воздействию свинцовой пыли и вдыхать ее. ^[221] } Реакции в батарее между свинцом, диоксидом свинца и серной кислотой обеспечивают надежный источник напряжения . ^[t] Суперконденсаторы со свинцово-кислотными батареями были установлены в приложениях киловаттного и мегаваттного масштаба в Австралии, Японии и Соединенных Штатах для регулирования частоты, сглаживания и переключения солнечной энергии, сглаживания ветра и других приложений. ^[223]Эти батареи имеют более низкую плотность энергии и эффективность заряда-разряда, чем литий-ионные , но значительно дешевле. ^[224]

Свинец используется в высоковольтных силовых кабелях в качестве материала оболочки для предотвращения проникновения воды в изоляцию; это использование сокращается по мере отказа от использования свинца. ^[225] Его использование в припое для электроники также постепенно прекращается в некоторых странах, чтобы уменьшить количество экологически опасных отходов. ^[226] Свинец - один из трех металлов, используемых в тесте Oddy для музейных материалов, помогающий обнаруживать органические кислоты, альдегиды и кислые газы. ^{[227] [228]}

Соединения [ править ]

Свинцово-кислотные аккумуляторы не только являются основным применением свинцового металла, но и являются основным потребителем соединений свинца. Реакция накопления энергии / выпуск , используемая в этих устройствах включает сульфат свинца и диоксид свинца :

Pb (s) + PbO
₂(s) + 2 H
₂ТАК
₄(водн.) → 2 PbSO
₄(s) + 2 H
₂О (л)

Другие применения соединений свинца очень специализированы и часто исчезают. Красители на основе свинца используются в керамической глазури и стекле, особенно для красных и желтых оттенков. ^[229] Хотя свинцовые краски постепенно прекращаются в Европе и Северной Америке, они по-прежнему используются в менее развитых странах, таких как Китай, ^[230] Индия, ^[231] или Индонезия. ^[232] Тетраацетат свинца и диоксид свинца используются в качестве окислителей в органической химии. Свинец часто используется в поливинилхлоридном покрытии электрических шнуров. ^{[233] [234]}Его можно использовать для обработки фитилей свечей, чтобы обеспечить более длительный и равномерный горение. Из-за его токсичности европейские и североамериканские производители используют такие альтернативы, как цинк. ^{[235] [236]} Свинцовое стекло состоит из 12–28% оксида свинца , что меняет его оптические характеристики и снижает пропускание ионизирующего излучения. ^[237] Полупроводники на основе свинца, такие как теллурид свинца и селенид свинца, используются в фотоэлектрических элементах и инфракрасных детекторах. ^[238]

Биологические эффекты [ править ]

Вести

Опасности
Пиктограммы GHS
Сигнальное слово GHS	Опасность
Формулировки опасности GHS	H302 , H332 , H351 , H360Df , H373 , H410
Меры предосторожности GHS	P201 , P261 , P273 , P304 , P340 , P312 , P308 , P313 , P391 [239]
NFPA 704 (огненный алмаз)	0 2 0

Свинец не имеет подтвержденной биологической роли, и нет подтвержденного безопасного уровня воздействия свинца. ^[240] Канадско-американское исследование 2009 г. пришло к выводу, что даже при уровнях, которые считаются незначительными или не представляющими риска, свинец может вызывать «неблагоприятные последствия для психического здоровья». ^[241] Его распространенность в организме человека - в среднем 120 мг ^{[ед.] У} взрослого человека - тем не менее среди тяжелых металлов превышает только цинк (2500 мг) и железо (4000 мг). ^[243] Соли свинца очень эффективно усваиваются организмом. ^[244] Небольшое количество свинца (1%) хранится в костях; остальное выводится с мочой и калом в течение нескольких недель после заражения. Только около трети свинца выводится из организма ребенка. Продолжительное воздействие может привести кбиоаккумуляция свинца. ^[245]

Токсичность [ править ]

Свинец - очень ядовитый металл (при вдыхании или проглатывании), поражающий почти все органы и системы человеческого тела. ^[246] При концентрации в воздухе 100 мг / м ³ он немедленно опасен для жизни и здоровья . ^[247] Большая часть проглоченного свинца всасывается в кровоток. ^[248] Основной причиной его токсичности является его склонность вмешиваться в правильное функционирование ферментов. Это происходит за счет связывания с сульфгидрильными группами многих ферментов ^[249] или имитации и вытеснения других металлов, которые действуют как кофакторы во многих ферментативных реакциях. ^[250]Среди важнейших металлов, с которыми взаимодействует свинец, - кальций, железо и цинк. ^[251] Высокий уровень кальция и железа, как правило, обеспечивает некоторую защиту от отравления свинцом; низкие уровни вызывают повышенную восприимчивость. ^[244]

Эффекты [ править ]

Свинец может вызвать серьезное повреждение мозга и почек и, в конечном итоге, смерть. Имитируя кальций, свинец может преодолевать гематоэнцефалический барьер . Он разрушает миелиновые оболочки нейронов , уменьшает их количество, нарушает пути нейротрансмиссии и снижает рост нейронов. ^[249] В организме человека свинец ингибирует порфобилиногенсинтазу и феррохелатазу , предотвращая как образование порфобилиногена, так и включение железа в протопорфирин IX , заключительный этап синтеза гема . Это вызывает неэффективный синтез гема и микроцитарную анемию .^[252]

Симптомы отравления свинцом включают нефропатию , боли в животе, похожие на колики , и, возможно, слабость в пальцах, запястьях или лодыжках. Небольшое повышение артериального давления, особенно у людей среднего и пожилого возраста, может быть очевидным и вызывать анемию . Несколько исследований, в основном поперечных, обнаружили связь между повышенным воздействием свинца и снижением вариабельности сердечного ритма. ^[253] У беременных женщин высокие уровни воздействия свинца могут вызвать выкидыш. Было показано, что хроническое воздействие высокого уровня снижает фертильность у мужчин. ^[254]

В развивающемся мозге ребенка свинец препятствует образованию синапсов в коре головного мозга , нейрохимическому развитию (в том числе нейротрансмиттеров) и организации ионных каналов . ^[255] Воздействие в раннем детстве связывают с повышенным риском нарушения сна и чрезмерной дневной сонливости в более позднем детстве. ^[256] Высокий уровень в крови связан с задержкой полового созревания у девочек. ^[257] Увеличение и уменьшение воздействия переносимого по воздуху свинца в результате сжигания тетраэтилсвинца в бензине в течение 20-го века было связано с историческим ростом и снижением уровня преступности, гипотезачто не является общепринятым. ^[258]

Источники воздействия [ править ]

Воздействие свинца является глобальной проблемой, поскольку добыча и выплавка свинца, а также производство / утилизация / переработка аккумуляторов широко распространены во многих странах. Свинец попадает в организм при вдыхании, проглатывании или абсорбции через кожу. Почти весь вдыхаемый свинец всасывается в организм; при приеме внутрь этот показатель составляет 20–70%, при этом у детей процент абсорбции выше, чем у взрослых. ^[259]

Отравление обычно происходит в результате проглатывания пищи или воды, загрязненных свинцом, и реже - в результате случайного проглатывания загрязненной почвы, пыли или краски на основе свинца. ^[260] Продукты с морской водой могут содержать свинец, если они находятся под воздействием близлежащих промышленных вод. ^[261] Фрукты и овощи могут быть загрязнены высоким содержанием свинца в почве, в которой они были выращены. Почва может быть загрязнена из-за накопления твердых частиц в трубах, свинцовой краски и остаточных выбросов этилированного бензина. ^[262]

Использование свинца для водопроводных труб является проблемой в районах с мягкой или кислой водой . ^[263] Жесткая вода образует нерастворимые слои в трубах, тогда как мягкая и кислая вода растворяет свинцовые трубы. ^[264] Растворенный диоксид углерода в переносимой воде может привести к образованию растворимого бикарбоната свинца ; кислородсодержащая вода может растворять свинец аналогично гидроксиду свинца (II) . Питье такой воды со временем может вызвать проблемы со здоровьем из-за токсичности растворенного свинца. Чем жестче вода, тем больше бикарбоната и сульфата кальция.он будет содержать, и тем более внутренняя часть труб будет покрыта защитным слоем карбоната свинца или сульфата свинца. ^[265]

Проглатывание нанесенной краски на основе свинца является основным источником воздействия на детей: прямой источник - жевание старых окрашенных подоконников. В качестве альтернативы, когда нанесенная сухая краска портится, она отслаивается, превращается в пыль и затем попадает в организм через контакт руки в рот или через загрязненную пищу, воду или спирт. Прием некоторых домашних средств может привести к контакту со свинцом или его соединениями. ^[266]

Вдыхание является вторым основным путем воздействия, затрагивающим курильщиков и особенно рабочих, связанных со свинцом. ^[248] Сигаретный дым содержит, среди прочих токсичных веществ, радиоактивный свинец-210 . ^[267]

Воздействие на кожу может быть значительным для людей, работающих с органическими соединениями свинца. Скорость всасывания неорганического свинца через кожу ниже. ^[268]

Лечение [ править ]

Лечение отравления свинцом обычно включает введение димеркапрола и сукцимера . ^{[269] В} острых случаях может потребоваться использование динатрия эдетата кальция, хелата кальция и динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты ( ЭДТА ). Он имеет большее сродство к свинцу, чем кальций, в результате чего хелат свинца образуется путем обмена и выводится с мочой, оставляя безвредный кальций. ^[270]

Воздействие на окружающую среду [ править ]

Добыча, производство, использование и удаление свинца и его продуктов вызвали значительное загрязнение почв и вод Земли. Выбросы свинца в атмосферу достигли своего пика во время промышленной революции и периода использования этилированного бензина во второй половине двадцатого века. Выбросы свинца происходят из природных источников (т. Е. Концентраций свинца природного происхождения), промышленного производства, сжигания и переработки, а также мобилизации ранее захороненного свинца. ^[271] Повышенные концентрации свинца сохраняются в почвах и отложениях в постиндустриальных и городских районах; промышленные выбросы, в том числе в результате сжигания угля ^[272], продолжаются во многих частях мира, особенно в развивающихся странах. ^[273]

Свинец может накапливаться в почвах, особенно с высоким содержанием органических веществ, где он остается в течение сотен и тысяч лет. Экологический свинец может конкурировать с другими металлами, обнаруженными на поверхности растений и на их поверхности, потенциально ингибируя фотосинтез, и при достаточно высоких концентрациях, отрицательно влияя на рост и выживание растений. Загрязнение почвы и растений может позволить свинцу подняться по пищевой цепи, поражая микроорганизмы и животных. У животных свинец токсичен для многих органов, повреждая нервную, почечную , репродуктивную, кроветворную и сердечно-сосудистую системы после проглатывания, вдыхания или всасывания через кожу. ^[274] Рыбы поглощают свинец как из воды, так и из донных отложений; ^[275]биоаккумуляция в пищевой цепи представляет опасность для рыб, птиц и морских млекопитающих. ^[276]

Антропогенный свинец включает свинец от дроби и грузила . Они являются одними из самых мощных источников загрязнения свинцом наряду с объектами производства свинца. ^[277] Свинец был запрещен для дроби и грузила в США в 2017 году, ^[278] хотя этот запрет действовал только в течение месяца ^[279], и аналогичный запрет рассматривается в Европейском союзе. ^[280]

Аналитические методы определения свинца в окружающей среде включают спектрофотометрию , рентгеновскую флуоресценцию , атомную спектроскопию и электрохимические методы . Конкретный ион-селективный электрод был разработан на основе ионофора S, S'-метилен - бис (N, N-диизобутил дитиокарбаматный ). ^[281] Важным биомаркером отравления свинцом является уровень δ-аминолевулиновой кислоты в плазме, сыворотке и моче. ^[282]

Ограничение и исправление [ править ]

К середине 1980-х годов произошло значительное сокращение использования свинца в промышленности. В Соединенных Штатах экологические нормы уменьшили или отменили использование свинца в изделиях, не относящихся к аккумуляторным батареям, включая бензин, краски, припои и водные системы. На угольных электростанциях были установлены устройства контроля твердых частиц для улавливания выбросов свинца. ^[272] В 1992 году Конгресс США потребовал от Агентства по охране окружающей среды снизить уровень свинца в крови детей страны. ^[283] Использование свинца было дополнительно ограничено Директивой Европейского Союза 2003 г. об ограничении использования опасных веществ . ^[284]Значительное сокращение отложения свинца произошло в Нидерландах после национального запрета на использование свинцовой дроби для охоты и спортивной стрельбы в 1993 году: с 230 тонн в 1990 году до 47,5 тонн в 1995 году. ^[285]

В Соединенных Штатах допустимый предел воздействия свинца на рабочем месте, включая металлический свинец, неорганические соединения свинца и свинцовые мыла, был установлен на уровне 50 мкг / м ^{3 в} течение 8-часового рабочего дня, а предел уровня свинца в крови - 5 мкг на 100 г крови в 2012 году. ^[286] Свинец все еще может быть обнаружен во вредных количествах в керамограните, ^[287] виниле ^[288] (например, используемом для изготовления трубок и изоляции электрических шнуров) и китайской латуни. ^[v] Старые дома все еще могут содержать свинцовую краску. ^[288] Белая свинцовая краска была снята с продажи в промышленно развитых странах, но специализированное использование других пигментов, таких как желтыйхромат свинца остается. ^{[173] При} удалении старой краски шлифованием образуется пыль, которую можно вдыхать. ^[290] Некоторые органы власти санкционировали программы по снижению выбросов свинца на территориях, где живут маленькие дети. ^[291]

Свинцовые отходы, в зависимости от юрисдикции и характера отходов, могут рассматриваться как бытовые отходы (для облегчения мероприятий по снижению выбросов свинца) ^[292] или потенциально опасные отходы, требующие специальной обработки или хранения. ^[293] Свинец попадает в дикую природу в местах отстрела, и для борьбы с загрязнением свинцом был разработан ряд методов управления свинцом, таких как охрана окружающей среды и снижение общественного контроля. ^[294] Миграция свинца может увеличиваться в кислых почвах; Чтобы противостоять этому, рекомендуется обрабатывать почвы известью, чтобы нейтрализовать почвы и предотвратить вымывание свинца. ^[295]

Было проведено исследование того, как удалить свинец из биосистем с помощью биологических средств: рыбьи кости исследуются на их способность к биологическому восстановлению свинца в загрязненной почве. ^{[296] [297]} Гриб Aspergillus versicolor эффективно поглощает ионы свинца из промышленных отходов перед попаданием в водоемы. ^[298] Некоторые бактерии были исследованы на предмет их способности удалять свинец из окружающей среды, включая сульфатредуцирующие бактерии Desulfovibrio и Desulfotomaculum , оба из которых очень эффективны в водных растворах. ^[299]

См. Также [ править ]

• Томас Миджли-младший  - обнаружил, что добавление тетраэтилсвинца к бензину предотвращает "детонацию" в двигателях внутреннего сгорания.

Примечания [ править ]

Ссылки [ править ]

Библиография [ править ]

Эта статья была отправлена ​​в WikiJournal of Science для внешнего научного рецензирования в 2019 году ( отчеты рецензентов ). Обновленный контент был повторно интегрирован на страницу Википедии по лицензии CC-BY-SA-3.0 ( 2018 ). Рецензированная версия протокола: Михаил Болдырев; и другие. (3 июля 2018 г.). «Лид: свойства, история и приложения» (PDF) . WikiJournal of Science . 1 (2): 7. DOI : 10,15347 / WJS / 2018,007 . ISSN 2470-6345 . Викиданные Q56050531 .   

Дальнейшее чтение [ править ]

• Astrid, S .; Helmut, S .; Сигель, РКО, ред. (2017). Свинец: его влияние на окружающую среду и здоровье . Ионы металлов в науках о жизни. 17 . Де Грюйтер. ISBN 978-3-11-044107-9. Оглавление
• Casas, JS; Сордо, Дж., Ред. (2006). Свинец, химия, аналитические аспекты. Воздействие на окружающую среду и влияние на здоровье . Эльзевир. ISBN 978-0-444-52945-9.

Внешние ссылки [ править ]

В Wikisource есть текст статьи Lead об американской циклопедии 1879 года .

Поищите свинец в Викисловаре, бесплатном словаре.

Викискладе есть медиафайлы по теме свинца .

• Свинец в Британской энциклопедии
• Токсикология тяжелых металлов: вывод , Американское общество клинической патологии