Как получить свинец уравнение

Применение и получение свинца

Свинец представляет собой металл, имеющий серебристо-белый цвет и синеватый отлив. В периодической системе химических элементов ему присвоен номер 82. Металл имеет достаточно широкую популярность. Не является дефицитом. Лёгок в добыче и обработке.

Таблица 1. Характеристика свинца

Характеристика Значение
Свойства атома
Название, символ, номер Свине́ц / Plumbum (Pb), 82
Атомная масса(молярная масса) 207,2(1)[1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p2
Радиус атома 175 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус 147 пм
Радиус иона (+4e) 84 (+2e) 120 пм
Электроотрицательность 2,33 (шкала Полинга)
Электродный потенциал Pb←Pb2+ −0,126 ВPb←Pb4+ 0,80 В
Степени окисления 4, 2, 0
Энергия ионизации(первый электрон) 715,2 (7,41) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.) 11,3415[2] г/см³
Температура плавления 600,61 K (327,46 °C, 621,43 °F)[3]
Температура кипения 2022 K (1749 °C, 3180 °F)[3]
Уд. теплота плавления 4,77 кДж/моль
Уд. теплота испарения 177,8 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 26,65[2] Дж/(K·моль)
Молярный объём 18,3 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки кубическая гранецентрированая
Параметры решётки 4,950 Å
Температура Дебая 88,00 K
Прочие характеристики
Теплопроводность (300 K) 35,3 Вт/(м·К)

По содержанию различных примесей различают следующие виды свинца:

  1. С1 – первичный свинец, имеющий в своем составе количество примесей, равное 0,015%. Считается наиболее качественным продуктом, не поддающимся влиянию агрессивной среде и коррозии.
  2. С2 – чем-то похож на предыдущий вид, однако имеет чуть большее процентное содержание примесей – 0,05%. Его стоимость отличается от стоимости С1 в меньшую сторону.
  3. С3 – первичный свинец, имеющий в своем составе максимальное количество примесей, равное 0,1%. Именно данный вид свинца является основным сырьем для производства слитков и чушек.

Стоит отметить, что человечество знакомо со свинцом еще с древних времен. Свидетельством этого являются археологические находки, среди которых свинцовые бусы 6400 года до н.э., статуэтка стоящей барышни в длинной юбке, которая относится ко временам первой династии Египта и еще много других предметов. Статуэтка датируется 3100 – 2900 гг. до н.э. В настоящее время ее можно увидеть в экспозиции Британского музея. Таким образом, ученые пришли к выводу, что выплавка свинца была одним из первых освоенных металлургических процессов людьми. В те далекие времена пальма первенства по производству свинца принадлежала Древнему Риму, который в год выдавал порядка 80 тысяч тонн материала.

Самородный свинец в природе встретить достаточно сложно. Однако, количество пород, в составе которых был обнаружен свинец, представляет собой огромное множество, начиная от осадочных до ультраосновных интрузивных. В таких образованиях он, как правило, формирует интерметаллические соединения и сплавы с другими элементами. Свинец является неотъемлемым элементом в составе 80 разных минералов, основными среди которых выступают галенит, церуссит англезит, тиллит, бетехнинит, джемсонит ,буланжерит. Также его содержание в рудах урана и тория является постоянным.

Добыча свинца

Как уже было сказано, свинец достаточно распространенный элемент. Его месторождения встречаются на территории многих стран, среди которых: Россия, Австралия, Казахстан и многие другие.

Получение свинца осуществляется, главным образом, путем выплавки из полиметаллических руд: свинцово-цинковых, медно-свинцово-цинковых. Как правило, в их составе содержатся и другие составляющие, например, золото, серебро, висмут, мышьяк.

Производство свинца осуществляется по определенной схеме, которая состоит из добычи сырья, подготовки шихты, агломерирующего обжига, шахтной плавки, огневого рафинирования чернового материала.

С целью получения самоплавкого конечного продукта во время расчета шихты по возможности производят расчеты ее содержимого. Это позволяет избежать ввода флюсов во время плавки.

Из всех минералов в ходе получения металла преимущество имеют галенит – сульфид свинца, церуссит – карбоновая соль, англезит – сульфат. Максимальное содержание металла в руде составляет 8-9%. Данный показатель свидетельствует об экономически невыгодной добыче продукта. В связи с этим, руда перед извлечением из нее свинца, обогащается различными способами, после чего из нее получают свинец. Однако, гораздо рациональнее использовать более богатую руду для добычи свинца – сульфидную.

Порядка 40% металла получают в процессе переработки вторичного сырья. Стоит отметить, что свинец обладает очень высокой токсичностью, в связи с чем абсолютно каждое готовое изделие, содержание в своем составе свинец, подлежит специальной утилизации. В связи с этим, сегодня существуют технологии, позволяющие не утилизировать тяжелый металл, а переработать опасный продукт. Вторсырье, как правило, применяют для изготовления различных сплавов.

Получение свинца

В связи с тем, что руда, из которой добывается свинец, имеет достаточно сложную структуру, ее на протяжении длительного периода тщательно обрабатывают и лишь только потом отправляют на выплавку. Итак, весь процесс производства свинца из руды состоит из следующих этапов:

  • измельчение руды;
  • флотация руды. Стоит сказать, что она имеет различные варианты осуществления, зависимо от характера руды. Существует два основных флотационных методов: коллективный и прямой селективный. Последний метод используется в разы чаще. Он вязан с последовательным выделением свинцового, медного и цинкового концентратов посредством применения различных химических реагентов.

Среди главных промышленных методов получения свинца выделяют:

  1. Пирометаллургический. В данном случае абсолютно все компоненты материала плавятся. Данный метод является наиболее распространенным в металлургии.
  2. Гидрометаллургический. При использовании этого метода происходит разложения концентратов, для чего применяются растворители, после чего происходит восстановление свинца химическими способами.

Первый метод включает в себя различные виды плавки:

  • восстановительная плавка, которая является универсальным способом, применяемым для руды, в которой содержится любое количество вещества и любые добавки;
  • шахтная плавка, при которой плавление продукта происходит в восстановительной атмосфере;
  • отражательная плавка. В настоящее время не используется;
  • горновая плавка. Как и отражательная, не используется;
  • осадительная плавка. Благодаря ее применению можно получить вещество из руды, миную предварительный обжиг;
  • щелочная плавка. Используется для плавки свинцового концентрата, который нагревают до 850 0 С с щелочным натром. На выходе получается достаточно чистый металл и щелочной сплав.

Применение свинца

Сфера использования металла достаточно широка. Его соединения используются:

  • для изготовления смесевых взрывчатых веществ (нитрат свинца);
  • в качестве детонатора (азид свинца);
  • для производства жидкости для флотации (перхлорат свинца);
  • как катодный материал в химических источниках тока (фторид свинца самостоятельно или же наряду с фторидом висмута, меди, серебра);
  • как катодный материал в литиевых аккумуляторных батареях (висмутат свинца, сульфид свинца);
  • как термоэлектрический материал (теллурид свинца);
  • со свинцовыми белилами изготавливается шпатлевка, цемент, а также свинцовокарбонатная бумага;
  • в сельском хозяйстве для борьбы с насекомыми и другими различными вредителями(арсенат и арсенат свинца);
  • в художественном искусстве. С помощью бората свинца, представляющего собой нерастворимый белый порошок, производят сушку картин и лаков;
  • для покрытия стекла и фарфора;
  • в производстве мазей, которые предназначены для обработки опухолей (хлорид свинца);
  • в лакокрасочной промышленности в качестве пигмента при производстве красок (хромат свинца, дающий желтый цвет);
  • при производстве спичек (нитрат свинца);
  • а также в ядерных реактора, в качестве присадки для бензина;
  • в качестве припоя, для фигурного литья подшипников;
  • в медицине и в геологии.

Стоит отметить, что это далеко не полный перечень возможных применений свинца, его сплавов и соединений.

Источник

Способы получения свинца

Руды и концентраты

Самородный свинец в природе не найден.

Монометаллические свинцовые руды встречаются очень редко. Наибольшее распространение имеют свинцово-цинковые руды, реже встречаются медно-свинцовые. Часто руды, кроме свинца и цинка, содержат медь, золото, серебро, кадмий и другие металлы. Такие руды называются полиметаллическими.

Кадмий часто присутствует в полиметаллических рудах в виде минерала гренокита CdS. Но во многих случаях кадмий находится в цинковой обманке в виде тончайшей механической или изоморфной примеси сульфида.

Железо и избыток серы, не связанный c сульфидами цветных металлов, нередко присутствуют в полиметаллических рудах в виде пирита.

Сурьма присутствует в полиметаллических рудах в форме комплексных сульфоантимонитов свинца и серебра (бурнонит, буланжерит, пираргирит).

Мышьяк входит в состав комплексных сульфоарсенитов свинца и серебра и арсенитов свинца (миметезит, бэдантит). В рудах некоторых полиметаллических месторождений мышьяк присутствует в форме арсенопиритов.

Руды классифицируют: на 1) сернистые или сульфидные руды, в которых свинец и цинк содержатся в сульфидной форме, и 2) окисленные руды, содержащие окислы металлов. Наиболее распространены в природе сульфидные руды, в которых свинец находится главным образам в виде галенита (свинцового блеска) PbS, а цинк — в виде цинковой обманки (сфалерита) ZnS.

В окисленных рудах свинец находится обычно в виде церуссита РbСО3, а цинк — в виде смитсонита ZnCO3 и каламина H2Zn2SiO5.Окисленные руды называют карбонатными.

К свинцовым концентратам, перерабатываемым на современных заводах, предъявляются жесткие требования: содержание свинца должно быть не ниже 70 -75%.

Усредненный состав свинцовых концентратов, %: 70 Pb, 0.25 Cu, 3.13 Zn, 15.53 S, 5.9 SiO2, 0.32 CaO, 3.2 Fe, 0.66 Al2O3.

Чем богаче свинцовый концентрат, тем выше извлечение свинца и тем меньше шихты требуется проплавить на 1 тполучаемого металла. Если в концентрате содержится много меди, то потери свинца при плавке значительно повышаются.

Цинк, содержащийся в свинцовых концентратах, отрицательно влияет на извлечение свинца, хотя и не так значительно, как медь.

В тех случаях, когда в концентратах содержатся в повышенных количествах одновременно медь и цинк, их отрицательное влияние усиливается.

Висмут не оказывает вредного действия ни на обжиг, ни на плавку. Из концентрата он почти полностью переходит в черновой свинец.

Свинец можно получить двумя путями: пирометаллургическим и гидрометаллургическим. Пирометаллургия — это совокупность процессов получения и очистки металлов и металлических сплавов, протекающих при высоких температурах. При пирометаллургическом способе весь материал, содержащий свинец, подвергают плавке.

Гидрометаллургия — совокупность так называемых мокрых процессов получения металлов, протекающих при невысоких температурах. При гидрометаллургическом способе пользуются растворением (выщелачиванием) свинцовых соединений в различных растворителях.

В настоящее время практически весь свинец получают только пирометаллургическими способами, для чего используют восстановительную, реакционную, осадительную плавку.

Восстановительная плавка — универсальный метод получения cвинца из руд и концентратов любого состава: богатых и бедных, чистых и сильно загрязненных различными примесями.

Сульфидный свинцовый концентрат, полученный после обогащения соответствующих руд, смешивают с флюсами и подвергают окислительному обжигу. При обжиге сульфид свинца превращается в окись свинца по реакции

При этом окисляются и сульфиды других металлов, а обжигаемая смесь спекается, превращаясь в агломерат. Окускование материала при обжиге необходимо для плавки в шахтной печи.

Плавку агломерата в шахтной печи проводят при восстановительной атмосфере, т. е. при содержании в печных газах достаточного количества окиси углерода, энергично восстанавливающей свинец из окисленной формы:

РbО + CO = Pb + СО2

Глет РbО частично восстанавливается также и углеродом топлива. При шахтной плавке получается: черновой свинец, содержащий золото, серебро, висмут и другие примеси. Черновой свинец рафинируют и получают при этом чистый свинец, сплав золота с серебром, висмут и некоторые другие содержащие медь полупродукты либо отправляют на медный завод, либо перерабатывают на черновую медь.

Восстановительная плавка применима для бедных и богатых концентратов и в настоящее время является основным методом получения свинца.

Реакционная плавка может быть осуществлена в разных печах: отражательных, горновых, короткобарабанных или в электропечах.

Отражательная плавка, широко применявшаяся ранее, в настоящее время, не применяется.

При горновой плавке смесь богатой свинцовой сульфидной руды или концентрата с твердым топливом обрабатывают струей сжатого воздуха. Топливом служит древесный уголь, антрацит или кокс. Обжиг и реакционная плавка проводятся одновременно, часть окиси свинца восстанавливается углеродом топлива.

Горновая плавка — старинный способ, применяется и в настоящее время. Несмотря на ряд преимуществ (малый расход топлива и рабочей силы), она пригодна для очень ограниченной категории чистых и богатых руд и концентратов.

Осадительной плавкой получали свинец непосредственно из сырой сульфидной руды, без предварительного обжига. Принцип осадительной плавки заключается в том, что металлы, обладающие большим химическим сродством к сере, способны вытеснять свинец из сульфида свинца, а сами, соединяясь с серой, превращаются в сульфиды по реакции

PbS +Me = Pb + MeS.

Основная реакция этого способа свинцовой плавки — вытеснение свинца из его сульфида металлическим железом:

PbS + Fe = Pb + FeS.

Реакция протекает слева направо не полностью и относится к реакциям обратимым.

Источник

Свинец

Название, символ, номер Свинец / Plumbum (Pb), 82 Атомная масса
(молярная масса) 207,2(1) а. е. м. (г/моль) Электронная конфигурация [Xe] 4f 14 5d 10 6s 2 6p 2 Радиус атома 175 пм Ковалентный радиус 147 пм Радиус иона (+4e) 84 (+2e) 120 пм Электроотрицательность 2,33 (шкала Полинга) Электродный потенциал Pb←Pb 2+ −0,126 В
Pb←Pb 4+ 0,80 В Степени окисления 4, 2, 0 Энергия ионизации
(первый электрон) 715,2 (7,41) кДж/моль (эВ) Плотность (при н. у.) 11,3415 г/см³ Температура плавления 600,61 K (327,46 °C, 621,43 °F) Температура кипения 2022 K (1749 °C, 3180 °F) Уд. теплота плавления 4,77 кДж/моль Уд. теплота испарения 177,8 кДж/моль Молярная теплоёмкость 26,65 Дж/(K·моль) Молярный объём 18,3 см³/моль Структура решётки кубическая гранецентрированая Параметры решётки 4,950 Å Температура Дебая 88,00 K Теплопроводность (300 K) 35,3 Вт/(м·К) Номер CAS 7439-92-1

Содержание

  • 1 Исторические сведения
  • 2 Происхождение названия
  • 3 Нахождение в природе
  • 4 Получение
    • 4.1 Производство в мире
  • 5 Физические свойства
  • 6 Химические свойства
  • 7 Основные соединения свинца
    • 7.1 Галогениды свинца
    • 7.2 Халькогениды свинца
      • 7.2.1 Оксиды свинца
    • 7.3 Соли свинца
  • 8 Изотопы
    • 8.1 Распространённость изотопов свинца
  • 9 Применение
    • 9.1 В медицине
    • 9.2 В геологии
    • 9.3 Экономические показатели
  • 10 Физиологическое действие

Исторические сведения

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

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

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

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

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

Происхождение названия

Происхождение слова «свинец» неясно. Этот металл по-болгарски называется «оло́во», в большинстве других славянских языков (сербско-хорватском, чешском, польском свинец называется словом, близким по звучанию к «олово»: волава, olovo, ołów и т. п. Слово с тем же значением, но похожее по произношению на «свинец», встречается в языках балтийской группы: švinas (литовский), svins (латышский), а также в нескольких славянских — русском, украинском (свинець), белорусском (свінец) и словенском (svinec).

Латинское plumbum дало английское слово plumber — водопроводчик (в Древнем Риме трубы водопровода были именно из этого металла, как наиболее подходящего для отливки), и название венецианской тюрьмы со свинцовой крышей — Пьомби, из которой, по некоторым данным, ухитрился бежать Казанова.

Нахождение в природе

Содержание в земной коре — 1,6·10 −3 % по массе. Самородный свинец встречается редко, круг пород, в которых он установлен, достаточно широк: от осадочных пород до ультраосновных интрузивных пород. В этих образованиях он часто образует интерметаллические соединения (например, звягинцевит (Pd,Pt)3(Pb,Sn) и др.) и сплавы с другими элементами (например, (Pb + Sn + Sb)). Он входит в состав 80 различных минералов. Важнейшие из них: галенит PbS, церуссит PbCO3, англезит PbSO4 (сульфат свинца); из более сложных — тиллит PbSnS2 и бетехтинит Pb2(Cu,Fe)21S15, а также сульфосоли свинца — джемсонит FePb4Sn6S14, буланжерит Pb5Sb4S11. Всегда содержится в рудах урана и тория, имея часто радиогенную природу. В природных условиях часто образует крупные залежи свинцово-цинковых или полиметаллических руд стратиформного типа (Холоднинское, Забайкалье), а также скарнового (Дальнегорское (бывшее Тетюхинское), Приморье; Брокен-Хилл в Австралии) типа; галенит часто встречается и в месторождениях других металлов: колчеданно-полиметаллических (Южный и Средний Урал), медно-никелевых (Норильск), урановых (Казахстан), золоторудных и др. Сульфосоли обычно встречаются в низкотемпературных гидротермальных месторождениях с сурьмой, мышьяком, а также в золоторудных месторождениях (Дарасун, Забайкалье). Минералы свинца сульфидного типа имеют гидротермальный генезис, минералы окисного типа часты в корах выветривания (зонах окисления) свинцово-цинковых месторождений. В кларковых концентрациях свинец входит практически во все породы. Единственное место на земле, где в породах больше свинца по сравнению с ураном — Кохистанско-Ладакхская дуга на севере Пакистана.

В таблице приведены некоторые параметры распространённости свинца в природных условиях по А. П. Виноградову:

Породы Каменные метеориты Дуниты и др. Базальты и др. Диориты и др. Граниты и др. Глины и др. Земная кора
Содержание, масс.% 000000 2×10 −5 000 1×10 −5 000 8×10 −4 000 1,5×10 −3 000 2×10 −3 000 2×10 −3 1,6×10 −3
Объекты Живое вещество Земли Литосфера Почва 0 Растения (в золе) Вода океанов (мг/л)
Содержание, масс.% 00000000 5×10 −5 00 0,0016 0 0,001 00000 0,001 000000 0,00003

Обобщённые концентрации элементов в минералах приведены в таблице, в скобках — количества минералов, по которым рассчитаны средние содержания компонентов.

Минерал Свинец (общ) Уран Торий
00 Настуран 0 4,750 (308) 58,87 (242) 2,264 (108)
00 Монацит 0 0,6134 (143) 0,2619 (160) 6,567 (150)
000 Ортит 0 0,0907 (90) 0,1154 (88) 6,197 (88)
000 Циркон 0 0,0293 (203) 0,1012 (290) 0,1471 (194)
Сфен (Титанит) 0 0,0158 (12) 0,0511 (14) 0,0295 (21)

Получение

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

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

Производство в мире

Страны — крупнейшие производители свинца (включая вторичный свинец) на 2004 год (по данным ILZSG):

Страна Количество в метрических килотоннах
Евросоюз 2200
США 1400
Китай 1200
Россия 1100
Южная Корея 600
Казахстан 550
Украина 400

Физические свойства

Свинец имеет довольно низкую теплопроводность, она составляет 35,1 Вт/(м·К), при температуре 0 °C. Металл мягкий, режется ножом, легко царапается ногтем. На поверхности он обычно покрыт более или менее толстой плёнкой оксидов, при разрезании открывается блестящая поверхность, которая на воздухе со временем тускнеет. Температура плавления — 600,61 K (327,46 °C), кипит при 2022 K (1749 °C). Относится к группе тяжёлых металлов; его плотность — 11,3415 г/см 3 (при +20 °C). С повышением температуры плотность свинца падает:

Изменение плотности свинца в зависимости от температуры

Температура, °C Плотность, г/см 3
327,6 10,686
450 10,536
650 10,302
850 10,078

Предел прочности на растяжение — 12—13 МПа (МН/м 2 ).

При температуре 7,26 К становится сверхпроводником.

Химические свойства

Электронная формула: 5s 2 5p 6 5d 10 6s 2 6p 2 , энергия ионизации (Pb → Pb + + e − ) равна 7,42 эВ. На внешней электронной оболочке находятся 4 неспаренных электрона (2 на p- и 2 на d-подуровнях), поэтому основные степени окисления атома свинца — +2 и +4.

  • Соли двухвалентного свинца реагируют со щелочами, образуя почти нерастворимый гидроксид свинца:

Pb 2+ + 2OH − = Pb(OH)2

  • При избытке щёлочи гидроксид растворяется:

Pb(OH)2 + 2OH − = [Pb(OH)4] 2−

  • Реагирует со щелочами и кислотами:

Pb + 2NaOH + 2H2O = Na2[Pb(OH)4] + H2↑ Pb + 4HNO3 = Pb(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O Pb + 2HCl = PbCl2 + H2

Свинец образует комплексные соединения с координационным числом 4, например, [Pb(OH)4] 2−

Реакция диспропорционирования между PbO2 и Pb лежит в основе работы свинцовых аккумуляторов.

Основные соединения свинца

Свинец в соединениях может находиться в степенях окисления +2 и +4, образуя соединения Pb(II) и Pb(IV), соответственно. В обеих степенях окисления свинец является амфотерным и может как выступать в роли катионов Pb 2+ и Pb 4+ , так и входить в состав анионов ( плюмбита PbO 2-
2 с Pb(II) и плюмбатов с Pb(IV): метаплюмбата PbO 2-
3 и ортоплюмбата PbO 4-
4 ), в связи с этим может образовывать четыре типа солей.

Галогениды свинца

Свинец образует галогениды в степени окисления +2 вида PbHal2 для всех галогенов. Известны также галогениды свинца(IV): PbF4 и PbCl4, тетрабромиды и тетрайодиды не получены.

  • Фторид свинца(II)
  • Хлорид свинца(II) — белый кристаллический порошок, растворим в горячей воде. Хорошо растворяется также в растворах других хлоридов, особенно в хлориде аммония NH4Cl.
  • Бромид свинца(II)
  • Йодид свинца(II)

Халькогениды свинца

Халькогениды свинца — сульфид свинца PbS, селенид свинца(II) PbSe и теллурид свинца PbTe — представляют собой кристаллы чёрного цвета, которые являются узкозонными полупроводниками.

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. Свинец образует два простых оксида — оксид свинца(II) PbO и оксид свинца(IV) PbO2 — и один смешанный Pb3O4 (свинцовый сурик), фактически являющийся плюмбатом (IV) свинца(II) Pb2PbO4.

Соли свинца

  • Сульфат свинца(II) PbSO4
  • Нитрат свинца(II) Pb(NO3)2
  • Ацетат свинца(II) Pb(CH3COO)2 (свинцовый сахар).
  • Хромат свинца(II) PbCrO4

Изотопы

Весь свинец в основном является смесью изотопов 204 Pb, 206 Pb, 207 Pb, 208 Pb. Эти изотопы не радиоактивны, то есть стабильны. Свинец — последний элемент в периодической таблице, у которого существуют стабильные изотопы, элементы после свинца стабильных изотопов не имеют (хотя висмут-209 на практике можно считать стабильным, т.к. его период полураспада примерно в миллиард раз больше возраста Вселенной). Изотопы 206 Pb, 207 Pb, 208 Pb являются радиогенными и образуются в результате радиоактивного распада соответственно 238 U, 235 U и 232 Th. Изотоп 208
82 Pb 126
является одним из пяти существующих в природе дважды магических ядер. Схемы радиоактивного распада имеют вид:

238 U → 206 Pb + 8 4 He; 235 U → 207 Pb + 7 4 He; 232 Th → 208 Pb + 6 4 He.

Уравнения распада имеют вид соответственно:

206 Pb = 238 U (e λ8 t − 1 ), 207 Pb = 235 U (e λ5 t − 1 ), 208 Pb = 232 Th(e λ2 t − 1 ),

где 238 U, 235 U, 232 Th — современные концентрации изотопов; λ8 = 1,55125 ⋅ 10 −10 год −1 , λ5 = 9,8485 ⋅ 10 −10 год −1 , λ2 = 4,9475 ⋅ 10 −11 год −1 — постоянные распада атомов соответственно урана 238 U, урана 235 U и тория 232 Th.

Кроме этих изотопов, известны и нестабильные изотопы 194 Pb — 203 Pb, 205 Pb, 209 Pb — 214 Pb. Из них наиболее долгоживущие — 202 Pb и 205 Pb (с периодами полураспада 52,5 тысяч и 15,3 млн лет). Короткоживущие изотопы свинца 210 Pb (радий D), 211 Pb (актиний B), 212 Pb (торий B) и 214 Pb (радий B) имеют периоды полураспада соответственно 22,2 года, 36,1 мин, 10,64 ч и 26,8 мин (в скобках приведены редко используемые исторические названия этих изотопов); эти четыре радиоактивных изотопа входят в состав радиоактивных рядов урана и тория и, следовательно, также встречаются в природе, хотя и в крайне малых количествах.

Количество ядер изотопа 204 Pb (нерадиогенного и нерадиоактивного) является стабильным, в минералах свинца концентрация 204 Pb во многом зависит от концентрации радиогенных изотопов, образованных как в процессе распада радиоактивных ядер, так и в процессах вторичного преобразования свинецсодержащих минералов. Поскольку число радиогенных ядер, образовавшихся в результате радиоактивного распада, зависит от времени, то и абсолютные, и относительные концентрации зависят от времени образования минерала. Этим свойством пользуются при определении возраста горных пород и минералов.

Распространённость изотопов свинца

Изотоп 204 Pb 206 Pb 207 Pb 208 Pb
Содержание в природе (в %) 0 1,4 0 0 24,1 0 22,1 52,4

Свинец, состав которого приведён в таблице, отражает изотопный состав свинца преимущественно в галенитах, в которых урана и тория практически нет, и породах, преимущественно осадочных, в которых количество урана находится в кларковых пределах. В радиоактивных минералах этот состав существенно отличается и зависит от вида радиоактивного элемента, слагающего минерал. В урановых минералах, таких, как уранинит UO2, настуран UO2 (урановая смолка), урановые черни, в которых существенно преобладает уран, радиогенный изотоп 206 Pbрад существенно преобладает над другими изотопами свинца, и его концентрации могут достигать 90 %. Например, в урановой смолке (Сан-Сильвер, Франция) концентрация 206 Pb равна 92,9 %, в урановой смолке из Шинколобве (Киншаса) — 94,25 %. В ториевых минералах, например, в торите ThSiO4, существенно преобладает радиогенный изотоп 208 Pbрад. Так, в монаците из Казахстана концентрация 208 Pb равна 94,02 %, в монаците из пегматита Бекета (Зимбабве) — 88,8 %. Имеется комплекс минералов, например, монацит (Ce, La, Nd)[PO4], циркон ZrSiO4 и др., в которых в переменных соотношениях находятся уран и торий и соответственно в разных соотношениях присутствуют все или большинство изотопов свинца. Следует отметить, что в цирконах содержание нерадиогенного свинца крайне мало, что делает их удобным объектом для уран-торий-свинцового метода датирования (цирконометрия).

Применение

Нитрат свинца применяется для производства мощных смесевых взрывчатых веществ.

Азид свинца применяется как наиболее широко употребляемый детонатор (инициирующее взрывчатое вещество).

Перхлорат свинца используется для приготовления тяжёлой жидкости (плотность 2,6 г/см³), используемой во флотационном обогащении руд, он иногда применяется в мощных смесевых взрывчатых веществах как окислитель.

Фторид свинца самостоятельно, а также совместно с фторидом висмута, меди, серебра применяется в качестве катодного материала в химических источниках тока.

Висмутат свинца, сульфид свинца PbS, йодид 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.

Диоксид свинца PbO2 широко применяется не только в свинцовом аккумуляторе, но и также на её основе производятся многие резервные химические источники тока, например — свинцово-хлорный элемент, свинцово-плавиковый элемент и другие.

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

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

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

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

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

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

Сульфат свинца PbSO4, 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.

Тетраэтилсвинец (C2H5)4Pb до недавнего времени применялся к качестве присадки к бензину для повышения октанового числа.

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.

Свинец издавна применялся для изготовления пуль (а до изобретения огнестрельного оружия — других метательных снарядов, — например, для пращи) благодаря своей высокой плотности и, как следствие, большому импульсу и пробивной способности снаряда.

Значительное применение находят сплавы свинца. Пьютер (сплав олова со свинцом), содержащий 85—90 % Sn и 15—10 % Pb, формуется, недорог и используется в производстве домашней утвари. Припой, содержащий 67 % Pb и 33 % Sn, применяют в электротехнике. Сплавы свинца с сурьмой используют в производстве пуль и типографского шрифта, а сплавы свинца, сурьмы и олова — для фигурного литья и подшипников. Сплавы свинца с сурьмой обычно применяют для оболочек кабелей и пластин электрических аккумуляторов. Было время, когда на оболочки кабелей шла значительная часть производимого в мире свинца, благодаря хорошим влагозащитным свойствам таких изделий. Однако впоследствии свинец в существенной мере вытеснили из этой области алюминий и полимеры. Так, в странах Запада использование свинца на оболочки кабелей упало с 342 тысяч тонн в 1976 году до 51 тысяч тонн в 2002 году.

В медицине

Используется для защиты пациентов от излучения рентгеновских аппаратов.

В геологии

Измерение содержания изотопов свинца используется для определения возраста минералов и горных пород в абсолютной геохронологии. Обобщённая сводка геохронологических методов приведена в работе. Уран-торий-свинцовый метод датирования основан на уравнениях распада изотопов урана и тория.

В большинстве природных объектов на Земле одинаково и практически не зависит от вида и интенсивности протекания природных геологических процессов (единственным исключением является природный ядерный реактор в Окло, Габон, Африка).

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 тысячах тонн (по данным ILZSG):

Источник

Читайте также:  Неорганические соединения свинца агрегатное состояние