Новоангарский обогатительный комбинат. Свинец и его характеристики
(первый электрон)
(по Полингу)
Pb←Pb 4+ 0,80 В
| Pb | 82 |
| 207,2 | |
| 4f 14 5d 10 6s 2 6p 2 | |
| Свинец | |
Свинец — элемент главной подгруппы четвёртой группы, шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 82. Обозначается символом Pb (лат. Plumbum). Простое вещество свинец (CAS-номер: 7439-92-1) — ковкий, сравнительно легкоплавкий металл серого цвета.
Происхождение слова «свинец» неясно. В большинстве славянских языков (болгарском, сербско-хорватском, чешском, польском) свинец называется оловом. Слово с тем же значением, но похожее по произношению на «свинец», встречается только в языках балтийской группы: švinas (литовский), svins (латышский).
Латинское же plumbum (тоже неясного происхождения) дало английское слово plumber — водопроводчик (когда-то трубы зачеканивали мягким свинцом), и название венецианской тюрьмы со свинцовой крышей — Пьомбе, из которой по некоторым данным ухитрился бежать Казанова. Известен с глубокой древности. Изделия из этого металла (монеты, медальоны) использовались в Древнем Египте, свинцовые водопроводные трубы — в Древнем Риме. Указание на свинец как на определённый металл имеется в Ветхом Завете. Выплавка свинца была первым из известных человеку металлургических процессов. До 1990 г. большое количество свинца использовалось (вместе с сурьмой и оловом) для отливки типографских шрифтов, а также в виде тетраэтилсвинца — для повышения октанового числа моторного топлива.
Нахождение свинца в природе
Получение свинца
Страны — крупнейшие производители свинца (включая вторичный свинец) на 2004 год (по данным ILZSG), в тыс. тонн:
| ЕС | 2200 |
| США | 1498 |
| Китай | 1256 |
| Корея | 219 |
Физические свойства свинца
Свинец имеет довольно низкую теплопроводность, она составляет 35,1 Вт/(м·К) при температуре 0°C. Металл мягкий, легко режется ножом. На поверхности он обычно покрыт более или менее толстой плёнкой оксидов, при разрезании открывается блестящая поверхность, которая на воздухе со временем тускнеет.
Плотность — 11,3415 г/см³ (при 20 °C)
Температура плавления — 327,4 °C
Температура кипения — 1740 °C
Химические свойства свинца
Электронная формула: KLMN5s 2 5p 6 5d 10 6s 2 6p 2 , в соответствии с чем он имеет степени окисления +2 и +4. Свинец не очень активен химически. На металлическом разрезе свинца виден металлический блеск, постепенно исчезающий из-за образования тонкой плёнки РbО.
С кислородом образует ряд соединений Рb2О, РbО, РbО2, Рb2О3, Рb3О4. Без кислорода вода при комнатной температуре не реагирует со свинцом, но при большой температуре получают оксида свинца и водород при взаимодействии свинца и горячего водяного пара.
Оксидам РbО и РbО2 соответствуют амфотерные гидрооксиды Рb(ОН)2 и Рb(ОН)4.
При реакции Mg2Pb и разбавленной HCl получается небольшое количество РbН4. PbH4 — газозообразное вещество без запаха, которое очень легко разлагается на свинец и и водород. При большой температуре галогены образовывают со свинцом соединения вида РbХ2 (X — соответствующий галоген). Все эти соединения мало растворяются в воде. Могут быть получены галогениды и типа РbХ4. Свинец с азотом прямо не реагирует. Азид свинца Pb(N3)2 получают косвенным путём: взаимодействием растворов солей Рb (II) и соли NaN3. Сульфиды свинца можно получить при нагревании серы со свинцом, образуется сульфид PbS. Сульфид получают также пропусканием сероводорода в растворы солей Pb (II). В ряду напряжений Pb стоит левее водорода, но свинец не вытесняет водород из разбавленных HCl и H2SO4, из-за перенапряжения Н2 на Pb, а также на поверхности металла образуются плёнки трудно-растворимых хлорида РbCl2 и сульфата PbSO4, защищающие металл от дальнейшего действия кислот. Концентрированные кислоты типа H2SO4 и НCl при нагревании действуют на Pb и образуют с ним растворимые комплексные соединения состава Pb(HSO4)2 и Н2[РbCl4]. Азотная, а также некоторые органических кислоты (например, лимонная) растворяют свинец с получением солей Рb(II). По растворимости в воде соли свинца делятся на нерастворимые (напрммер, сульфат, карбонат, хромат, фосфат, молибдат и сульфид), малорастворимые (вроде, хлорид и фторид) и растворимые (к примеру,ацетат, нитрат и хлорат свинца). Соли Pb (IV) могут быть получены электролизом сильно подкисленных серной кислотой растворов солей Рb (II). Соли Pb (IV) присоединяют отрицательные ионы с образованием комплексных анионов, например, плюмбатов (РbО3)2- и (РbО4)4-, хлороплюмбатов (РbCl6)2-, гидроксоплюмбатов [Рb(ОН)6]2- и других. Концентрированные растворы едких щелочей при нагревании реагируют с Pb с выделением водорода и гидроксоплюмбитов типа Х2[Рb(ОН)4]. Еион (Ме=>Ме++e)=7,42 эВ.
Основные соединения свинца
Оксиды свинца
Оксиды свинца имеют преимущественно основный или амфотерный характер. Многие из них окрашены в красные, жёлтые, чёрные, коричневые цвета. На фотографии в начале статьи, на поверхности свинцовой отливки, в её центре видны цвета побежалости — это тонкая плёнка оксидов свинца, образовавшаяся из-за окисления горячего металла на воздухе.
Галогениды свинца
Халькогениды свинца
Халькогениды свинца — сульфид свинца, селенид свинца и теллурид свинца — представляют собой кристаллы чёрного цвета, которые являются узкозонными полупроводниками.
Соли свинца
Сульфат свинца
Нитрат свинца
Ацетат свинца
— свинцовый сахар, относится к очень ядовитым веществам. Ацетат свинца, или свинцовый сахар, Pb(CH 3 COO) 2 ·3H 2 O существует в виде бесцветных кристаллов или белого порошка, медленно выветривающегося с потерей гидратной воды. Соединение хорошо растворимо в воде. Оно обладает вяжущим действием, но так как содержит ионы ядовитого свинца, то применяется как наружное в ветеринарии. Ацетат применяют также в аналитической химии, крашении, ситценабивном деле, как наполнитель шёлка и для получения других соединений свинца. Основной ацетат свинца Pb(CH 3 COO) 2 ·Pb(OH) 2 — менее растворимый в воде белый порошок — используется для обесцвечивания органических растворов и очистки растворов сахара перед анализом.
Применение свинца
Свинец в народном хозяйстве
Нитрат свинца применяется для производства мощных смесевых взрывчатых веществ. Азид свинца применяется как наиболее широкоупотребляемый детонатор (инициирующее взрывчатое вещество). Перхлорат свинца используется для приготовления тяжелой 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 так же 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 так же на её основе производятся многие резервные химические источники тока, например — свинцово-хлорный элемент, свинцово-плавиковый элемент и др.
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 шпатлевки, 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 желтый краситель, является важным пигментом для приготовления красок, для окраски фарфора и тканей. В промышленности хромат применяют в основном в производстве желтых 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. Сульфат свинца Pb(SO4)2, нерастворимый в воде белый порошок, применяют как пигмент в аккумуляторах, литографии, в технологии набивных тканей.
Сульфид свинца PbS, чёрный нерастворимый в воде порошок, используют при обжиге глиняной посуды и для обнаружения ионов свинца.
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. Соединения свинца используются в производстве красителей, красок, инсектицидов, стеклянных изделий и как добавки к бензину в виде тетраэтилсвинца (C2H5)4Pb (умеренно летучая жидкость, пары к-рой в малых концентрациях имеют сладковатый фруктовый запах, в больших-неприятный запах; Тпл = 130 °C, Ткип = 80°С/13 мм рт.ст.; плотн. 1,650 г/см³; nD2v = 1,5198; не раств. в воде, смешивается с орг. растворителями; высокотоксичен, легко проникает через кожу; ПДК = 0,005 мг/м³; ЛД50 = 12,7 мг/кг (крысы, перорально)) для повышения октанового числа.
Свинец в медицине
Экономические показатели
Цены на свинец в слитках (марка С1) в 2006 году составили в среднем 1,3—1,5 долл/кг.
Страны, крупнейшие потребители свинца в 2004 году, в тыс. тонн (по данным ILZSG):
| Китай | 1770 |
| ЕС | 1553 |
| США | 1273 |
| Корея | 286 |
Физиологическое действие
Свинец и его соединения токсичны. Попадая в организм, свинец накапливается в костях, вызывая их разрушение. ПДК в атмосферном воздухе соединений свинца 0,003 мг/м³, в воде 0,03 мг/л, почве 20,0 мг/кг. Выброс свинца в Мировой океан 430—650 тысяч т/год.
– мягкий, ковкий, химически инертный металл весьма стойкий к коррозии. Именно эти качества в основном обуславливают широчайшее его применение в народном хозяйстве. К тому же металл обладает довольно низкой температурой плавления и легко образует разнообразные сплавы.
Давайте поговорим сегодня про и его применение в строительстве и промышленности: сплавы, свинцовые кабельные оболочки, краски на основе него,
Первое применение свинца было связано с его превосходной ковкостью и устойчивостью к коррозии. В результате металл использовался там, где применяться не должен был: при изготовлении посуды, водопроводных труб, умывальников и так далее. Увы, последствия такого использования были самые печальные: свинец является материалом токсичным, как и большинство его соединений и, попадая в организм человека, вызывает множество тяжких повреждений.
- Настоящее же распространение металл получил после того, как от опытов с электричеством перешли к повсеместному использованию электротока. Именно свинец применяется в многочисленных химических источниках тока. Более 75% от всей доли выплавляемого вещества уходит на производство свинцовых аккумуляторов. Щелочные аккумуляторы, несмотря на большую легкость и надежность, вытеснить их не могут, поскольку свинцовые создают ток более высокого напряжения.
- Свинец образует множество легкоплавких сплавов с висмутом, кадмием и так далее и все они применяются для получения электрических предохранителей.
Свинец, являясь токсичным, отравляет окружающую среду, да и для человека представляет немалую опасность. Свинцовые аккумуляторы нуждаются в утилизации или что перспективнее в переработке. На сегодня до 40% металла получают путем переработки аккумуляторов.
- Еще одно интересное применение металла – обмотка сверхпроводящего трансформатора. Свинец был одним из первых металлов, проявивших сверхпроводимость, причем при относительно высокой температуре – 7,17 К (для сравнения температура сверхпроводимости для – 0,82 К).
- 20% от объема вещества свинец используется при производстве свинцовых оболочек для силовых кабелей при подводной и подземной укладке.
- Свинец, а, вернее, его сплавы – баббиты, являются антифрикционными. Их повсеместно используют при производстве подшипников.
- В химической промышленности металл используется при получении кислотоупорной аппаратуры, так как очень неохотно реагирует с кислотами и с очень небольшим их числом. По тем же причинам из него производят трубы для перекачки кислот и сточную канализацию для лабораторий и химических предприятий.
- В военном производстве роль свинца преуменьшить сложно. Свинцовые шары метали катапульты еще Древнего Рима. Сегодня это не только боеприпас для стрелкового, охотничьего или спортивного оружия, но и инициирующие взрывчатые вещества, например, знаменитый азид свинца.
- Еще одно общеизвестное применение – припои. предоставляет универсальный материал для соединения всех остальных металлов, которые обычным способом не сплавляются.
- Свинец металл хотя и мягкий, но относится к тяжелым, к тому же не просто тяжелым, а самым доступным в получении. А с этим связано одно из самых интересных его свойств, хотя и относительно недавно открытых – поглощение радиоактивного излучения, причем любой жесткости. Свинцовая защита применяется везде, где есть угроза повышения радиации – от рентгеновского кабинета до ядерного полигона.
Жесткое излучение обладает большей проникающей способностью, то есть, для защиты от него требуется более толстый слой материала. Однако свинец поглощает жесткое излучение даже лучше, чем мягкое: это связано с образованием электронно-позитронной пары вблизи массивного ядра. Слой свинца толщиной в 20 см способен защитить от любого известного науке излучения.
Во многих случаях альтернативы металлу попросту нет, так что ожидать приостановления из-за его экологической опасности нельзя. Все усилия такого рода должны быть направлены на разработку и внедрение эффективных способов очистки и вторичной переработки.
Данное видео расскажет о добыче и применении свинца:
Его использование в строительстве
Металл в строительных работах применяется нечасто: его токсичность ограничивает круг применения. Однако в составе сплавов или при сооружении специальных конструкций вещество используется. И первое, о чем мы погорим, это кровли из свинца.
Кровля
В качестве свинец применяется с незапамятных времен. В Древней Руси свинцовым листом покрывали церкви и колокольни, так как его цвет прекрасно подходил для этой цели. Металл пластичен, что позволяет получить листы едва ли не любой толщины, а, главное, формы. При перекрытии нестандартных архитектурных элементов, сооружении сложных карнизов свинцовый лист подходит просто идеально, поэтому используется постоянно.
Для кровли выпускают прокатный свинец, как правило, в рулонах. Кроме листов со стандартной ровной поверхностью, есть также материал волнистый – плиссированный, окрашенный, луженный и даже самоклеящийся с одной стороны.
На воздухе свинцовый лист довольно быстро покрывается патиной, состоящей из слоя оксида и карбонатов. Патина защищает металл от коррозии. Но если ее внешний вид по каким-то причина не нравится, кровельный материал можно покрыть специальным патинирующим маслом. Это делается вручную или в производственных условиях.
Звукопоглощение
Звукоизоляция жилища – одна из непреходящих проблем старых, и многих современных домов. Причин тому множество: сама конструкция, где стены или перекрытия проводят звук, материал перекрытий и стен, который не поглощает звук, новшество в виде лифта новой конструкции, который проектом не предусмотрен и создает дополнительную вибрацию и множество других факторов. Но в итоге обитатель квартиры вынужден самостоятельно справляться с этими проблемами.
На предприятии, в звукозаписывающей студии, в здании стадиона эта проблема приобретает куда большие размеры, а решается таким же образом – монтажом звукопоглощающей отделки.
Свинец, как ни странно, используется именно в этой роли – звукопоглотителя. Конструкция материала практически одинакова. Свинцовая пластина малой толщины – 0,2–0,4 мм покрывается защитным полимерным слоем, поскольку металл все же относится к опасным, а с двух сторон пластины закрепляется органический материал – вспененный каучук, полиэтилен, полипропилен. Звукоизолятор поглощает не только звук, но вибрацию.
Механизм таков: звуковая волна, проходя через первый полимерный слой, теряет часть энергии и возбуждает колебания свинцовой пластины. Часть энергии при этом поглощается металлом, а остаток гасится во втором вспененном слое.
Стоит отметить, что направление волны в этом случае никакого значения не имеет.
О том, как используют свинец в строительстве и хозяйстве, расскажет этот видеоролик:
Рентген-кабинеты
Рентгеновское излучение чрезвычайно широко используется в медицине, по сути, составляя базу инструментального обследования. Но если в минимальных дозах особой опасности оно не представляет, то получение большой дозы облучения составляет угрозу для жизни.
При обустройстве рентгеновского кабинета именно свинец используется в качестве защитного слоя:
- стен и дверей;
- пола и потолка;
- мобильных перегородок;
- средств индивидуальной защиты – фартуков, надплечников, перчаток и других предметов со свинцовыми вставками.
Защиту обеспечивают благодаря определенной толщине экранирующего материала, что требует точных расчетов с учетом размеров помещения, мощности аппаратуры, интенсивности использования и так далее. Способность материала снижать излучение измеряется в «свинцовом эквиваленте» – значении толщины такого слоя чистого свинца, который способен рассчитанное излучение поглотить. Эффективной считается такая защита, которая превосходит указанную величину на ¼ мм.
Уборка рентгеновских кабинетов проводится особым образом: здесь важным является своевременное удаление свинцовой пыли, так как последняя представляет опасность.
Другие направления
Свинец – тяжелый, ковкий, стойкий к коррозии металл, и что самое важное: доступный и достаточно дешевый в производстве. К тому же металл незаменим при защите от излучения. Так что полный отказ от его использования – дело довольно отдаленного будущего.
О проблемах со здоровьем, вызванных применением свинца, расскажет Елена Малышева в видео ниже:
СВИНЕЦ, Pb (лат. plumbum * а. lead, plumbum; н. Blei; ф. plomb; и. plomo), — химический элемент IV группы периодической системы Менделеева , атомный номер 82, атомная масса 207,2. Природный свинец представлен четырьмя стабильными 204 Pb (1,48%), 206 Pb (23,6%), 207 Pb (22,6%) и 208 Pb (52,3%) и четырьмя радиоактивными 210 Pb, 211 Pb, 212 Pb и 214 Pb изотопами; кроме того, получено более десяти искусственных радиоактивных изотопов свинца. Известен с древних времён.
Физические свойства
Свинец — мягкий пластичный синевато-серый металл; кристаллическая решётка кубическая гранецентрированная (а=0,49389 нм). Атомный радиус свинца 0,175 нм, ионный радиус 0,126 нм (Pb 2+) и 0,076 нм (Pb 4+). Плотность 11 340 кг/м 3 , t плавления 327,65°С, t кипения 1745°С, теплопроводность 33,5 Вт/(м.град), теплоёмкость Cp° 26,65 Дж/(моль.К), удельное электрическое сопротивление 19,3.10 -4 (Ом.м), температурный коэффициент линейного расширения 29,1.10 -6 К -1 при 20°С. Свинец диамагнитен, при 7,18 К становится сверхпроводником.
Химические свойства свинца
Степень окисления +2 и +4. Свинец сравнительно мало химически активен. На воздухе свинец довольно быстро покрывается тонкой плёнкой оксида, предохраняющей его от дальнейшего окисления. Хорошо реагирует с азотной и уксусной кислотами, растворами щелочей, не взаимодействует с соляной и серной кислотами. При нагревании свинец взаимодействует с галогенами, серой , селеном , таллием . Азид свинца Pb(N 3) 2 разлагается при нагревании или ударе со взрывом . Соединения свинца токсичны , ПДК 0,01 мг/м 3 .
Среднее содержание (кларк) свинца в земной коре 1,6.10 -3 % по массе, при этом ультраосновные и основные горные породы содержат меньше свинца (1.10 -5 и 8.10 -3 % соответственно), чем кислые (10 -3 %); в осадочных горных породах — 2.10 -3 %. Свинец накапливается главным образом в результате гидротермальных и гипергенных процессов, нередко образуя крупные месторождения. Существует более 100 минералов свинца, среди которых наиболее важное значение имеют галенит (PbS), церуссит (PbCО 3), англезит (PbSО 4). Одна из особенностей свинца состоит в том, что из четырёх стабильных изотопов один (204 Pb) нерадиогенный и, следовательно, количество его остаётся постоянным, а три других (206 Pb, 207 Pb и 208 Pb) — конечные продукты радиоактивного распада 238 U, 235 U и 232 Th соответственно, вследствие чего их количество постоянно возрастает. Изотопный состав Pb Земли за 4,5 млрд. лет изменился от первичного 204 Pb (1,997%), 206 Pb (18,585%), 207 Pb (20,556%), 208 Pb (58,861%) до современного 204 Pb (1,349%), 206 Pb (25,35%), 207 Pb (20,95%), 208 Pb (52,349%). Изучая изотопный состав свинца в горных породах и рудах , можно устанавливать генетические соотношения, решать разнообразные вопросы геохимии , геологии , тектоники отдельных регионов и Земли в целом и т.д. Изотопные исследования свинца применяются и в поисково-разведочных работах. Широкое развитие получили также методы U-Th-Pb геохронологии , основанные на изучении количественных соотношений между материнскими и дочерними изотопами в горных породах и минералах. В биосфере свинец рассеян, его очень мало в живом веществе (5.10 -5 %) и в морской воде (3.10 -9 %). В промышленно развитых странах концентрация свинца в воздухе, особенно вблизи автомобильных дорог с интенсивным движением, резко возрастает, достигая в отдельных случаях опасных содержаний для здоровья людей.
Получение и применение
Металлический свинец получают окислительным обжигом сульфидных руд с последующим восстановлением PbO до чернового металла и рафинированием последнего. В черновом свинца содержится до 98% Pb, в рафинированном — 99,8-99,9%. Дальнейшая очистка свинца до значений, превышающих 99,99%, проводится с помощью электролиза. Для получения особо чистого металла применяют методы амальгамации , зонной перекристаллизации и др.
Свинец широко применяется в производстве свинцовых аккумуляторов, для изготовления аппаратуры, устойчивой в агрессивных средах и газах. Из свинца изготавливают оболочки электрических кабелей и различные сплавы. Широкое применение нашёл свинец при изготовлении средств защиты от ионизирующих излучений. Оксид свинца добавляют в шихту при производстве хрусталя. Соли свинца используются при производстве красителей, азид свинца — как инициирующее взрывчатое вещество , а тетраэтилсвинец Pb(С 2 Н 5) 4 — как антидетонатор горючего для двигателей внутреннего сгорания.
Свинец обычно имеет грязно-серый цвет, хотя свежий его разрез имеет синеватый отлив и блестит. Однако блестящий металл быстро покрывается тускло-серой защитной пленкой оксида. Плотность свинца (11,34 г/см3) в полтора раза больше, чем у железа, вчетверо больше, чем у алюминия; даже серебро легче свинца. Свинец очень легко плавится – при 327,5° С, кипит при 1751° С и заметно летуч уже при 700° С. Этот факт очень важен для работающих на комбинатах по добыче и переработке свинца. Свинец – один из самых мягких металлов. Он легко царапается ногтем и прокатывается в очень тонкие листы. Свинец сплавляется со многими металлами. С ртутью он дает амальгаму, которая при небольшом содержании свинца жидкая.
Свинец кристаллизуется в гранецентрированной кубической решётке (а = 4,9389), аллотропических модификаций не имеет. Атомный радиус 1,75, ионные радиусы: Pb 2+ 1,26 , Pb 4+ 0,76: плотность 11,34 г/см 3 (20°C); удельная теплоёмкость при 20°C 0,128 кДж/(кг·К) ; теплопроводность 33,5 вт/(м·К); температурный коэффициент линейного расширения 29,1·10 -6 при комнатной температуре; твёрдость по Бринеллю 25-40 Мн/м 2 (2,5-4 кгс/мм 2); предел прочности при растяжении 12-13 Мн/м 2 , при сжатии около 50 Мн/м 2 ; относительное удлинение при разрыве 50-70%. Наклёп не повышает механических свойств свинца, т. к. температура его рекристаллизации лежит ниже комнатной (около -35 °C при степени деформации 40% и выше). Свинец диамагнитен, его магнитная восприимчивость - 0,12·10 -6 . При 7,18 К становится сверхпроводником.
Относительная атомная масса (A r = 207,2) является усредненной из масс нескольких изотопов: 204 Pb (1,4%), 206 Pb (24,1%), 207 Pb (22,1%) и 208 Pb (52,4%). Последние три нуклида – конечные продукты естественных радиоактивных превращений урана, актиния и тория. Известно также более 20 радиоактивных изотопов свинца, из которых наиболее долгоживущие – 202 Pb и 205 Pb (с периодами полураспада 300 тысяч и 15 млн. лет). В природе образуются также и короткоживущие изотопы свинца с массовыми числами 209, 210, 212 и 214 с периодами полураспада соответственно 3,25 ч, 27,1 года, 10,64 ч и 26,8 мин. Соотношение различных изотопов в разных образцах свинцовых руд может несколько различаться, что не дает возможности определить для свинца значение A r с большей точностью.
Физические свойства.
Свинец - тяжелый цветной металл синевато-серого цвета, свежий излом его имеет сильный металлический блеск. Подобно большинству металлов, свинец кристаллизуется в правильной системе, давая кубы и октаэдры несовершенной формы.
Чистый свинец очень мягок и легко чертится ногтем. Его твердость зависит от способа охлаждения и присутствия примесей. Медленно охлажденный свинец более мягок, чем быстро охлажденный.
Примеси очень сильно изменяют механические и физико-химические свойства свинца. Некоторые присадки значительно улучшают механические свойства (прочность, твердость, сопротивление ползучести) при сохранении высокой стойкости против коррозии.
Свинец - очень пластичный металл, легко поддается ковке и прокатке в тончайшую фольгу. Благодаря исключительной мягкости и ковкости он легко выдавливается в сплошные и пустотелые цилиндры при температуре ниже его точки плавления. Ho вместе с тем свинец обладает настолько малой тягучестью, что вытянуть из него тонкую проволоку почти невозможно, вследствие чего проволоку выдавливают и прессуют так же, как изготовляют свинцовые трубы.
Свинец хорошо поддается обработке, обладает хорошими литейными свойствами, но низкая механическая прочность и относительно высокая ползучесть ограничивают его применение как конструкционного материала.
Свинец легко сплавляется с некоторыми металлами, давая простые и сложные сплавы. Основные свинцовые сплавы - подшипниковые (баббиты), деформируемые (для кабельных оболочек), типографские сплавы и припои. Свинцовые баббиты содержат, кроме основной составляющей - свинца, натрий, кальций и другие элементы. Оловянные баббиты, кроме свинца и олова, содержат медь, сурьму, кадмий, никель, теллур и др.
Свинцовые натриекальциевые баббиты обладают хорошими механическими антифрикционными свойствами, что позволяет применять их для заливки подшипников.
В состав деформируемых свинцовых сплавов в качестве добавок входят олово, медь, теллур и сурьма.
Типографские сплавы на свинцовой основе содержат сурьму, олово и медь.
Для характеристики физических свойств свинца приведем некоторые цифровые данные, заимствованные из литературы.
Температура плавления свинца 327° С; температура кипения 1750° С. Давление насыщенного пара свинца в зависимости от температуры следующее:
Объемная масса твердого свинца колеблется в пределах 11,273-11,48 г/см3.
Объемная масса жидкого свинца меняется в зависимости от температуры:
Теплота плавления свинца при 327°С 5100 дж/моль*°К. Изменение теплоты плавления в зависимости от температуры выражается следующей зависимостью:
Зависимость теплоты испарения свинца от температуры следующая:
Средняя удельная теплоемкость свинца:
- твердого:
- жидкого:
Поверхностное натяжение в зависимости от температуры:
Вязкость свинца в зависимости от температуры:
Твердость свинца по Бринелю 3,8-4,2 кг/мм2.
Давление истечения свинца высокой чистоты 6,6 кг/мм2. Тепловой поток для твердого и жидкого свинца при разных температурах:
Из приведенных цифр видно, что свинец - легкоплавкий металл, но уже при низких температурах обладает заметной летучестью, которая возрастает с температурой.
От летучести свинца и его соединений возрастают потери при металлургическом производстве, что вынуждает принимать ряд мер по улавливанию свинцовых паров. Некоторые примеси, как например мышьяк и сурьма, повышают летучесть свинца.
Свинец - очень жидкотекучий металл, его вязкость лишь в 2 раза больше, чем воды. Свинец плохой проводник электрического тока, по отношению к серебру его проводимость составляет меньше 0,1.
Химические свойства
. Свинец - химический элемент IV группы периодической системы Д.И. Менделеева. Порядковый номер его 82. Атомный вес 207,21. Валентность 2 и 4. В совершенно сухом воздухе свинец химически не изменяется. Во влажном и содержащем углекислый газ воздухе свинец тускнеет, покрываясь пленкой закиси Рb2О, которая медленно превращается в основной карбонат ЗРbСО3*Рb(OН)2. Расплавленный свинец в присутствии воздуха медленно окисляется до закиси, которая при повышении температуры превращается в окись PbO (глет).
При продолжительном нагревании расплавленного свинца в атмосфере воздуха в интервале от 330 до 450° С образующийся глет превращается в трехокись свинца Рb2О3; в интервале от 450 до 470° С образуется сурик Рb3O4. Как Рb2О3, так и Рb3O4 при повышении температуры разлагаются.
Диссоциация Рb3O4 протекает по реакции
Зависимость между давлением р диссоциации Рb3O4 и температурой выражается следующими цифрами:
Все окислы свинца, кроме окиси PbO, при повышенных температурах нестойки и диссоциируют на PbO и О2.
Углекислый газ оказывает на свинец незначительное окисляющее действие.
Чистая вода реагирует со свинцом лишь в присутствии кислорода и при продолжительном воздействии образует рыхлый гидрат окиси свинца.
Соляная и серная кислоты действуют только на поверхность свинца, так как образующийся хлористый (РbСl2) и сернокислый (PbSO4) свинец почти нерастворимы и предохраняют лежащий под ними слой металла от дальнейшего действия кислот. Концентрированная серная кислота растворяет свинец лишь при температуре выше 200° С. Кроме того, свинец химически стоек по отношению к следующим веществам; смесям серной и азотной кислот, нитрозам, щелочам, аммиаку и аммиачным солям, хлору и хлорсодержащим растворам, плавиковой кислоте и ее солям, большинству органических кислот, цианистому калию, фосфорному ангидриду, расплавленной буре и маслам.
Лучший растворитель свинца - азотная кислота.
Применение свинца.
Свинец обладает рядом ценнейших свойств, обеспечивающих применение его в самых различных областях промышленности.
Очень большой потребитель свинца - аккумуляторная промышленность. Из свинца изготовляют пластины аккумуляторов, решетки которых делают из свинцово-сурьмяного сплава и заполняют смесью свинца и глета. Потребность в свинцовых аккумуляторах непрерывно возрастает в связи с ростом выпуска автомобилей и тракторов.
В электротехнической промышленности свинец используют в производстве кабелей для покрытия их коррозионностойкой оболочкой.
Свинец применяют для изготовления химических соединений (белила, сурик, глет, нитрид) и для химического аппарато- и машиностроения. В больших количествах расходуют свинец в производстве серной кислоты, белильных солей, искусственного шелка, целлюлозы и др. Широко используют свинец при производстве связанного азота, квасцов, в жировой и мыловаренной промышленности.
В металлургическом производстве свинец используют на многих гидрометаллургических установках, при электролитическом рафинировании и для аппаратов пылеулавливания.
Широко применяют сплавы свинца с другими металлами, входящими в большую группу бронз, латуней, баббитов и припоев. Эти сплавы используют для подшипников в машиностроении и в электротехнике. Большое значение имеет типографский сплав.
Свинец лучше других материалов способен поглощать гамма-лучи, благодаря чему применяется при использовании атомной энергии.
Свинец применяют также в современной военной технике.
Применение тетраэтила свинца как добавки к бензину для уменьшения его взрывоопасности (антидетонация) и для улучшения его качества - также крупные статьи расхода свинца.
В современной технике имеется тенденция заменять свинец другими материалами. Для покрытия кабелей вместо свинца в возрастающих количествах применяются алюминиевые и пластикатные полиэтиленовые оболочки.
Свинцовые пигментные продукты успешно заменяют пигментами на основе титана.
Свинец, расходуемый на антикоррозионные покрытия, в ряде случаев может быть заменен синтетическими химическими материалами. Свинцовую фольгу успешно заменяют алюминиевой. Внедрение в полиграфической промышленности цинковых сплавов. вместо свинцовосурьмяных также должно сократить расход свинца.