Свойства свинца

Свинец является элементом 14-й группы шестого периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. Его атомный номер – 82, соответственно, имеет столько же протонов. Данное вещество является ковким, относительно легкоплавким тяжелым металлом. Однако, если находится в условиях нормального температурного режима, то достаточно легко режется. Имеет серебристо-белый цвет с синеватым отливом.

Человечество познакомилось с данным металлом еще за долго до наступления нашей эры. Это подтверждают многочисленные археологические находки свинцовых изделий. Так, свинец был известен еще во времена первой династии Египта, также он активно использовался римлянами и был достаточно популярен во времена Древней Руси. Поэтому, невозможно сказать достоверно, когда же именно люди нашли свинец и стали его использовать. Существует даже такое мнение, что история металлургии начиналась именно с выплавки свинца, т.е. он был первым металлом, выплавкой которого начал заниматься человек.

В настоящее время популярность свинцовых изделий несколько ниже, в отличие от древних времен, однако добыча и получение свинца активно продолжаются. Это, в первую очередь, обусловлено достаточно интересными свойствами, которыми обладает данный металл.

Характеристика свинца

Физические свойства свинца

Свинец обладает достаточно низкой как теплопроводностью (35,1 Вт/(м·К), при температуре 0°C), так и электропроводностью. Данные показатели существенно ниже, чем у меди. Металл отличается своей мягкостью, достаточно легко режется ножом и царапается ногтем при нормальной температуре (20⁰С). Ему присуща высокая инертность, поэтому на воздухе быстро теряет свой блеск, покрываясь оксидной пленкой. Если же его разрезать, то открывается блестящая поверхность, которая со временем утрачивает свой блеск и тускнеет. Температура плавления свинца составляет 600,61К (327,46⁰С). Температура его кипения достигает 2022К (1749⁰С). Температура его литья составляет 400-450⁰С. В расплавленном состоянии свинец представляет собой жидкотекучий металл. В таком состоянии увеличивается его вязкость – она составляет 20 1,89 до 1,23 МПа∙С^-2. Кроме этого, в диапазоне литья происходит и изменение его поверхностного натяжения – от 4,4 до 4,0 кЕ/м. Однако, при температуре 7,26К (минус 265,89⁰С) становится сверхпроводником.

Является тяжелым металлом с плотностью 11,3415г/см³ при температуре 20⁰С. Однако, плотность свинца и температура взаимосвязаны – чем выше температура окружающей среды, тем ниже плотность металла:

• 327,6⁰С – 10,686 г/см³;
• 450⁰С – 10,536 г/см³;
• 650⁰С – 10,302 г/см³;
• 850⁰С – 10,078 г/см³;

Стоит отметить, что прочностные характеристики металла при его высокой пластичности не являются стоящими. Предел прочности на растяжение колеблется в диапазоне 12-13 МПа (МН/м²). Максимальная прочность при сжатии составляет 50 МПа. Твердость по Бриннелю составляет 0,383 ГПа. Удлинение – 50-70%.

Также свинец обладает одной достаточно интересной особенностью – поглощением рентгеновского излучения. В данном случае присутствует некая закономерность, которая заключается в порядковом номере элемента – чем он выше, тем вещество способно более поглощать и менее рассеивать излучение.

Химические свойства свинца

Свинец имеет кубическую, гранецентрированную кристаллическую решетку и следующую электронную формулу: 5s²5p⁶5d¹⁰6s²6p². Его энергия ионизации (Pb → Pb⁺+ e⁻) составляет 7,42 эВ. Свинец может иметь как 2 так и 4 степени окисления. Это обусловлено четырьмя свободными электронами, находящимися на внешней электронной оболочке (2 на p- и 2 на d-подуровнях). Соли свинца со второй валентностью вступают в реакцию со щелочами, в результате чего образуются практически нерастворимые гидроксиды свинца: Pb²⁺+2OH^- = Pb(OH)₂. Если щелочь находится в избытке, то происходит растворение гидроксида: Pb(OH)₂ +2OH^- = [Pb(OH)₄]^2-. Также отмечается взаимодействие свинца со щелочами и кислотами: Pb+2NaOH+2H₂O = Na₂[Pb(OH)₄]+H₂O↑; Pb+4HNO₃ = Pb(NO₃)₂+2NO₂↑+2H₂O; Pb+2HCl = PbCl₂+H₂↑.

Стоит отметить, что свинцовые аккумуляторы работают именно благодаря реакции диспропорционирования между PbO₂ и Pb.

Свинец имеет две степени окисления - +2 и +4. Согласно этому, образуются его соединения Pb(II) и Pb(IV) Однако, при любой степени, он остается амфотерным и выступает и в роли катионов, так входит в состав анионов.

Стоит отметить, что свинец практически не образует самостоятельных залежей, как правило, он входит в состав множества горных пород, начиная от осадочных, и заканчивая ультраосновными, а также содержится в более чем 80 различных минералов. В связи с тем, что самородный свинец встретить в природе практически невозможно, то его добыча сводится к добыче тех или иных полезных ископаемых, в составе которых присутствует свинец, после чего осуществляется выделение свинца. Как правило, основными свинцовосодержащими минералами являются следующие: галенит, PbS, церрусит PbCO₃, англезит PbSO₄ (сульфат свинца); более сложные - тиллит PbSnS₂ и бетехтинит Pb₂(Cu,Fe)₂₁S₁₅, а также сульфосоли свинца - джемсонит FePb₄Sn₆S₁₄, буланжерит Pb₅Sb₄S₁₁. Также свинец всегда входит в состав урана и тория.

Процесс изготовления свинца является достаточно сложным и трудоемким. Наиболее популярными рудами, которые используются для выделения свинца, выступают руды, содержащие галенит. Но в первозданном виде данного полезного ископаемого, содержание свинца не превышает 8-9%. В связи с этим, руды сначала поддаются флотации (обогащению), после чего из них путем различных химических реакций последовательно удаляются примеси и выделяется практически чистый свинец. В конечном результате в составе свинца остается порядка 0,2% примесей.

Не смотря на то, что свинец обладает достаточно интересными как физическими, так и химическими свойствами, что делает его незаменимым для применения в некоторых сферах человеческой деятельности (например, в медицине, в качестве защиты от рентгеновского излучения), тем не менее, область его применения существенно снизилась. Это связано с достаточно высокой токсичностью как самого свинца, так и всех его соединений. Особую опасность представляют собой пары расплавленного свинца, ведь именно в таком состоянии они наиболее легко попадают в человеческий организм. Отравится свинцом можно достаточно легко и при любом процессе – будь то его добыча, или выплавка, или изготовление веществ, в составе которых присутствует свинец. Буквально в прошлом веке отравления свинцом были очень распространенным явлением, поскольку данный токсичный металл входил в состав белил для лица. Также, до недавнего времени соединения свинца использовались для этилирования бензина (увеличения октанового числа моторного топлива). Однако, эта деятельность была запрещена в связи с тем, что на основе многочисленных исследований было установлено, что с выхлопами автомобильных двигателей в атмосферу выбрасывалось достаточно большое количество свинца. Загрязнение окружающей среды данным химическим элементом является достаточно опасным, поскольку свинец и различные его соединения являются очень токсичными.

Когда свинец попадает в организм, как правило через дыхательные пути, он быстро всасывается в кровь и разносится ко всем органам. После этого его наибольшая концентрация отмечается в костных тканях, а также в печени и почках. Скопление свинца в органах человека приводит к постепенному их разрушению. Однако, самое опасное, это то, что свинец разрушает гемоглобин. Клиническая картина при отравлении свинцом очень напоминает анемию, при которой также характерны усталость, головные боли, нарушения сна и пищеварения, а также постоянная и не прекращающаяся ноющая боль в костях и мышцах. Если не предпринимать никаких действий и никакого лечения, то свинцовое отравление может закончится так называемым «свинцовым параличем». Вывести тяжелый металл из организма является достаточно длительным и сложным процессом, в связи с чем требует специального правильного лечения под наблюдением специалистов.