Способ получения металла pbs

Металлургия свинца

Свинец — элемент периодической системы Менделеева. Имеет порядковый номер 82 и атомную массу 207,2. В природе находится в виде соединений, но встречаются и металлические самородки.

Физические свойства

Свинец представляет собой серебристо-белый металл с синеватым оттенком. На воздухе приобретает темно-серый цвет, покрываясь тонкой защитной пленкой оксида. Обладает высокой ковкостью. Температура плавления составляет 327,46 ˚C. Плотность в нормальных условиях — 11,336 г/см3. Он обладает низкой теплопроводностью. Например: у серебра этот показатель в 10 раз выше.

Химические свойства 

Металл плохо растворяется в минеральных кислотах. В результате действия серной и соляной кислот на поверхности образуются труднорастворимые соли (PbCl2 и PbSO4), препятствующие проникновению химических реагентов. Лучше всего реакция проходит в разбавленном растворе азотной кислоты.

                                                Pb + 4HNO3 = Pb(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

 Для перевода в растворимое состояние также используют некрепкую уксусную кислоту. В результате образуется ацетат свинца.

Применение 

В современных реалиях основное применение металла — производство свинцовых аккумуляторов. Кроме этого, он востребован для выплавки припоев разных марок, сплавов на основе меди, олова, цинка, алюминия и др.

Из свинца выполняются листовые материалы и трубы для химического производства, оболочки для электрических кабелей. Значительный процент от общего объема выплавленного свинца расходуется для производства тетраэтилсвинца. 

Это соединение повышает значение полезного использования бензина в двигателях внутреннего сгорания. Еще одним потребителем соединений свинца является производство красок и химических реактивов. Свойство металла поглощать излучение используется для защиты от радиации.

Получение

Для выплавки свинца в основном используют руды. Кроме этого, почти половину металла извлекают из вторичного сырья: отработанных аккумуляторов, шламов и шлаков, полученных в цветной металлургии.

Природные источники, содержащие свинец, которые подходят для промышленной переработки — галенит, церрусит и англезит. Помимо, интересующего элемента они содержат в значительных количествах медь, цинк и железо, в виде примесей — висмут, сурьму, мышьяк, селен, германий, индий и др.

Также в полиметаллических рудах встречаются драгоценные металлы: золото и серебро. Содержание свинца в исходном сырье обычно не превышает 8—9 %. Этого недостаточно, поэтому необходимо предварительное обогащение. Процесс проводят методом селективной флотации.

Такой способ позволяет получить концентраты свинца, меди, цинка, железа и бария. Не поддающаяся извлечению часть элементов остается в отвалах обедненной руды.

На металлургическую переплавку отправляют концентрат. Процентное содержание, которого приведено в таблице.

Примеси драгоценных металлов составляют до 5 кг/т.

Основную массу свинца получают по технологии, включающей несколько стадий.

• Подготовка шихты. На этом этапе важно добиться однородности исходного материала, как по химическому составу, так и по размеру кусков. Предварительный расчет должен создать условия для саморасплавления агломерата. Такой прием позволяет опустить процесс введения флюса.
• Обжиг для агломерации. Его цель добиться перевода сульфидных форм соединений в оксидные. Вместе с этим происходит окускование материала, что позволит плавить его в шахтной печи. Для этих целей используют устройства специального назначения. Химизм процесса описывается уравнениями:

•                                                                 2PbS + 3O2 = 2PbO + 2SO2
•                                                                 2PbO + PbS = 3Pb + SO2
• Значение извлечения свинца в агломерат находится в пределах от 99,5 до 99,7 %.

• Плавка шахтным способом. Ее задача добиться максимального извлечения свинца и сопутствующих драгоценных металлов. Возможные примеси цинка необходимо перевести в отходы. Плавильный агрегат мало чем отличается от подобных печей в производстве меди и никеля. Функции восстановителя выполняет кокс. Он создает достаточную атмосферу для протекания реакции:

                                                                PbO + CO = Pb + CO2

Другие химические соединения (например: оксид железа (II) и оксид цинка) не восстанавливаются при таких условиях и поэтому переходят в шлак.

• Процесс огневого рафинирования чернового продукта. Получаемый свинец не может похвастаться чистотой. В нем содержится ряд примесей. Их сумма колеблется от 2 до 10 %.

Для достижения, заявленных в марках ГОСТа, значений, требуется несколько этапов очистки чернового свинца. В процессе происходит удаление групп элементов: меди и теллура; мышьяка, сурьмы, олова; цинка и висмута; кальция и магния.

В ходе технологического процесса происходит выделение газообразного оксида серы (IV), который улавливают и используют в производстве серной кислоты. Пылевые отходы возвращают на стадию агломерации. Штейн служит сырьем в получении меди, а шлаки отправляют на пирометаллургию, для извлечения ценных компонентов.

Их расплавляют и при температуре от 1200 до 1300 ˚C и продувают через слой подходящий восстановитель. В результате расплавленные металлические частицы удаляют из пространства печи газообразным потоком, который поступает в охладительную камеру. Мелкая пыль удерживается с помощью фильтров, а крупная фракция остается в котле-утилизаторе.

Показатель извлечения из шлака для цинка и свинца колеблется от 85 до 95 %.

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
• PbS + 1½ O2 = PbO + SO2

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.

1. Восстановительная плавка применима для бедных и богатых концентратов и в настоящее время является основным методом получения свинца.
2. Реакционная плавка может быть осуществлена в разных печах: отражательных, горновых, короткобарабанных или в электропечах.
3. 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.
• Осадительная плавка нигде не применяется.

Сульфид свинца II

Сульфид свинца (галенит, свинцовый блеск) — неорганическое химическое соединение свинца и серы, представляющее собой кристаллическое соединение с окраской от сине-серого до серебристо-серой.

Взаимодействием расплавов или паров свинца с серой:

 Pb + S ⟶ PbS

Осаждением из водного раствора Pb2+ сероводородом или какими-либо другими сульфидами:

 Pb(NO3)2 + Na2S ⟶ PbS ↓ + 2 NaNO3

Сульфид свинца можно также получить из свинец-органических веществ, при взаимодействии с органическими соединениями серы (меркаптанов, тиофенов и др.):

 CH3SH + Pb(C2H5)4 ⟶ PbS ↓ + CH3SC2H5 + 3 C2H6

Физические свойства

• Температура плавления 1114 °C.
• Температура кипения 1281 °C.
• Твёрдость от 2 до 3, в зависимости от получения или природного местонахождения.
• Плотность 7,5 г/см³
• Давление паров при 800 °C − 0,2 мм рт. ст., а при 900 °C − 2 мм рт. ст.
• Уравнение температурной зависимости давления пара в условиях конгруэнтного испарения: lgPPbS, атм = −11597/T + 6,61.

Минерал сульфида свинца — галенит

Для кристаллов PbS при стандартных условиях характерна кубическая сингония (типа NaCl, z = 4, пространственная группа Fm3m), но при повышении давления 2,4—4,2 МПа устойчивой становится ромбическая сингония (типа SnS, пространственная группа Pcmn).

Химические свойства

• В парах происходит частичное разложение сульфида свинца на следующие соединения: Pb2S2, Pb, S2, PbS2.
• Не растворим в воде, щелочах и разбавленных кислотах (кроме азотной), соляная и серная (средней концентрации) кислоты вытесняют сероводород из соли, а концентрированные кислоты-окислители окисляют сульфид свинца до сульфата свинца:

 PbS + 2 HCl ⟶ PbCl2 + H2S ↑ PbS + 8 HNO3 ⟶ PbSO4 + 8 NO2 ↑ + 4 H2O

• При прокаливании в потоке кислорода или воздуха происходит окисление атома серы с образованием оксида свинца II:

 2 PbS + 3 O2 ⟶ 2 PbO + 2 SO2 ↑

• Восстановить сульфид свинца до металлического свинца можно нагреванием в токе водорода:

 PbS + H2 ⟶ Pb + H2S ↑ PbS + 4 O3 ⟶ PbSO4 + 4 O2 ↑Минерал сульфида свинца — галенит

Применение

• Применяют в керамической промышленности;
• Используют для получения защитных плёнок, полупроводниковых, новых современных наноматериалов;
• Сульфид свинца — хороший материал полупроводниковой техники, фотоприемников и детекторов ИК-диапазона.

Интересные факты

Свинцовые белила, использовавшиеся ранее при изготовлении картин, со временем приобретают серый оттенок. Это происходит из-за того, что свинцовые белила реагируют с постоянно присутствующим в воздухе в следовых количествах сероводородом, при этом образуется темный сульфид свинца II:

 2 PbCO3 ⋅ Pb(OH)2 + 3 H2S → 3 PbS + 2 CO2 + 4 H2O

Восстановить такие картины можно обработкой пероксидом водорода, который переводит тёмный сульфид свинца II в белый сульфат:

 PbS + 4 H2O2 → PbSO4 + 4 H2O

Соединение PbS2 на самом деле является не сульфидом свинца IV, а персульфидом свинца II, в молекуле которого присутствует ион S22−, аналогичный пероксид-иону. Сульфид свинца IV не существует в природе и не может быть получен, так как ион Pb4+ является сильным окислителем, а ион S2− — восстановителем, и при попытке образования PbS2 происходит следующая окислительно-восстановительная реакция:

 2 PbO2 + 2 Na2S → PbO + 2 Na2O + 2 SO2

Распространение

• Руды с максимальным содержанием сульфида свинца найдены и добываются на территории Германии, Чехии, Великобритании, Канады и Австрии.
• В рудах сульфиду свинца часто сопутствуют соединения серебра, обычно сульфид серебра Ag2S.
• Сульфид свинца обнаружен также на некоторых планетах Солнечной системы (по данным РФФИ).

Основы металлургии свинца

1. Состав и свойства свинцовых сплавов 2. Сырье для получения свинца 3. Способы выплавки свинца из концентратов

Свинец обладает гранецентрированной кубической кристаллической решеткой (табл. 11).

Температура плавления его 327 ºС, температура кипения 1750 ºС, плотность при комнатной температуре 11,34 г/см3. Чистый свинец коррозионностоек в растворах серной, фосфорной и плавиковой кислот и неустойчив в азотной, уксусной, лимонной и винной кислотах.

Его используют для футеровки аппаратов сернокислотного производства, для защитных оболочек электрических кабелей, для изготовления литых пластин электрических аккумуляторов, в военном деле, для производства различных сплавов.

Наиболее вредными примесями свинца, снижающими коррозионную стойкость, являются медь, олово и цинк. ГОСТ 3778-93 предусматривает выпуск смеси марок свинца (табл. 10).

Сырье для получения свинца

Сырьем для получения свинца служат руды и промышленные отходы. В рудах он встречается в виде множества различных минералов, важнейший из которых – свинцовый блеск, или галенит PbS. Перерабатывают и руды окисленных минералов свинца – церуссита PbCO4. Однако преобладающее количество металла получают из сульфидных руд.

Необходимость в комплексном использовании свинцовых руд и сложность их состава обусловили широкое применение для их переработки флотационного обогащения. Непосредственно из руд свинец теперь нигде не выплавляют. Флотация позволяет обогащать даже очень бедные руды, содержащие всего 0,3–0,5 % Pb.

Свинцовые концентраты, получаемые из свинцово-цинковых руд, имеют такой состав: 39–78 % Pb; 2–15 % Zn; 0,3–4 % Cu; 2–7 % Fe; 14–20 % S; 1–4 % SiO2; 0,3–2,3 % CaO; 0,1–0,6 % Al2O3.

Способы выплавки свинца из концентратов

Среди применяемых теперь способов получения свинца из концентратов наибольшее распространение в производстве имеет восстановительная шахтная плавка. Перед плавкой свинцовый концентрат подвергают обжигу со спеканием для превращения сульфидов в окислы и получения агломерата.

• Галенит окисляется по реакции
• 2PbS + 3O2 →2PbO + 2SO2.
• Агломерат плавят с коксом, чтобы восстановить свинец:
• 2PbO + C→2Pb + CO2,
• PbO + CO→Pb + CO2.

Восстановительную плавку проводят в шахтных печах, для которых нужен кусковой материал, поэтому одновременно с обжигом концентрат спекают. В шихту обжига вводят флюсы, необходимые при плавке.

Горновая плавка

1. Этот способ, известный с древних времен, теперь применяют для переработки очень богатых концентратов, содержащих 75–78 % Pb.
2. В шихту, состоящую из почти чистого свинцового блеска и извести, вдувают воздух; сернистый свинец окисляется:
3. 2PbS + 3O2 →2PbO + 2SO2,
4. 2PbO + 2SO2 + O2 →2PbSO4.
5. Окисление протекает медленно.

   Остаток сульфида взаимодействует с окисью и сульфатом, выделяя свинец:

6. PbS + PbSO4 →2Pb + 2SO2,
7. 2PbO + PbS→2Pb + SO2.
8. Реакции эндотермичны, поэтому для компенсации тепловых потерь к концентрату добавляют небольшое количество мелкого угля или кокса.

Реакции горновой плавки возможны уже при температурах 700– 800 ºС, недостаточных для плавления шихты, которая в течение всего передела остается твердой. Капли восстановленного свинца выделяются из сыпучей шихты неполно, кроме того, реакции между сульфидами прерываются из-за разобщения реагирующих веществ примесями.

В итоге свинец извлекается неполно, отход передела – серый шлак – содержит до 30 % Pb и его требуется дополнительно перерабатывать.

Реакционная плавка

Плавку, подобную по химизму горновой, иногда проводят в электропечах. Исходный свинцовый концентрат, содержащий 65–70 % Pb, окатывают в смеси с измельченным оборотным агломератом и пылью; окатыши спекают на спекательных машинах при 800 ºС. Агломерат, в котором остается 5–6 % S, плавят в электропечах при 1350 ºС.

В черновой свинец и возгоны извлекается до 98 % Pb, и только 0,5 % его теряется в шлаках. Выход шлаков из-за малого расхода флюсов невелик, а возгоны возвращают на спекание. Расход энергии составляет около 600 кВт⋅ч на тонну шихты.

Главным достоинством этого способа считают высокий проплав и лучшие условия труда, чем при шахтной или горновой плавке.

Сульфид свинца (II)

Перейти к навигации
Перейти к поиску

Свинец (II) , сульфид (также пишется сульфид ) представляет собой неорганическое соединение с формулой Pb S . Галенит — основная руда и самое важное соединение свинца . Это полупроводниковый материал с нишевым использованием.

Формация, основные свойства, связанные материалы [ править ]

Добавление сероводорода или солей сульфида к раствору, содержащему соль свинца, например PbCl 2 , дает черный осадок сульфида свинца.

Pb 2+ + H 2 S → PbS ↓ + 2 H +

Эта реакция используется в качественном неорганическом анализе . Присутствие сероводорода или сульфид-ионов можно проверить с помощью «свинцовой ацетатной бумаги».

Как и родственные материалы PbSe и PbTe , PbS является полупроводником . [5] Фактически, сульфид свинца был одним из первых материалов, которые использовались в качестве полупроводника. [6] Сульфид свинца кристаллизуется в мотиве хлорида натрия , в отличие от многих других полупроводников IV-VI .

Поскольку PbS является основной рудой свинца, много усилий было направлено на его переработку. Основной процесс включает плавку PbS с последующим восстановлением образующегося оксида . Идеализированные уравнения для этих двух шагов: [7]

2 PbS + 3 O 2 → 2 PbO + 2 SO 2
PbO + C → Pb + CO

Диоксид серы превращают в серную кислоту .

Наночастицы [ править ]

Наночастицы и квантовые точки , содержащие сульфид свинца, хорошо изучены. [8] Традиционно такие материалы производятся путем объединения солей свинца с различными источниками сульфидов. [9] [10] Наночастицы PbS недавно были исследованы для использования в солнечных элементах. [11]

Приложения [ править ]

Несмотря на небольшую коммерческую ценность, PbS является одним из старейших и наиболее распространенных материалов элементов обнаружения в различных инфракрасных детекторах .

[12] Как инфракрасный детектор, PbS функционирует как фотонный детектор, реагируя непосредственно на фотоны излучения, в отличие от тепловых детекторов, которые реагируют на изменение температуры элемента детектора, вызванное излучением.

Элемент PbS можно использовать для измерения излучения одним из двух способов: путем измерения крошечного фототока, который фотоны вызывают, когда они попадают в материал PbS, или путем измерения изменения электрического сопротивления материала, вызываемого фотонами. Чаще всего используется метод измерения изменения сопротивления.

При комнатной температуре, PbS чувствителен к излучению с длинами волн примерно от 1 до 2,5 мкм . Этот диапазон соответствует более коротким длинам волн в инфракрасной части спектра , так называемой коротковолновой инфракрасной области (SWIR). Только очень горячие объекты излучают излучение в этих длинах волн.

При охлаждении элементов PbS, например, с использованием жидкого азота или системы элементов Пельтье , диапазон их чувствительности смещается примерно от 2 до 4 мкм . Объекты, излучающие излучение в этих длинах волн, должны быть достаточно горячими — несколько сотен градусов по Цельсию, но не такими горячими, как те, которые обнаруживаются неохлаждаемыми датчиками.

(К другим соединениям, используемым для этой цели, относятся антимонид индия (InSb) и теллурид ртути-кадмия (HgCdTe), которые обладают несколько лучшими свойствами для обнаружения более длинных волн ИК-диапазона.) Высокая диэлектрическая проницаемость PbS приводит к относительно медленным детекторам (по сравнению с кремниевыми детекторами). , германий , InSb или HgCdTe).

PbS когда-то использовался как черный пигмент.

Астрономия [ править ]

Возвышенности на планете Венера выше 2,6 км (1,63 мили) покрыты блестящим веществом.

Хотя состав этого покрытия не совсем определен, одна из теорий гласит, что Венера покрывает кристаллизованный сульфид свинца так же, как Земля покрывает замороженную воду.

Если это так, то это будет первый раз, когда вещество будет идентифицировано на чужой планете. Другими менее вероятными кандидатами в «снег» Венеры являются сульфид висмута и теллур . [13]

Безопасность [ править ]

Сульфид свинца (II) настолько нерастворим, что почти не токсичен, но при пиролизе материала, как и при плавке, образуются опасные пары.

[14] Сульфид свинца нерастворим и является стабильным соединением в отношении pH крови, поэтому он, вероятно, является одной из менее токсичных форм свинца.

[15] Большой риск для безопасности возникает при синтезе PbS с использованием карбоксилатов свинца, поскольку они особенно растворимы и могут вызывать негативные физиологические условия.

Ссылки [ править ]

1. ^ Patnaik, Pradyot (2003). Справочник неорганических химических соединений . Макгроу-Хилл. ISBN 978-0-07-049439-8. Проверено 6 июня 2009 .
2. ^ В. Линке (1965). Растворимость. Неорганические и металлоорганические соединения . 2 . Вашингтон, округ Колумбия: Американское химическое общество. п. 1318.
3. ^ Рональд Эйслер (2000). Справочник по оценке химического риска . CRC Press. ISBN 978-1-56670-506-6.
4. ^ http://www.springermaterials.com/docs/pdf/10681727_889.html
5. ↑ Vaughan, DJ; Крейг, младший (1978). Минеральная химия сульфидов металлов . Кембридж: Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-21489-6.;
6. ^ C.Michael Хоган. 2011. Сера . Энциклопедия Земли, ред. А. Йоргенсен и С. Дж. Кливленд, Национальный совет по науке и окружающей среде, Вашингтон, округ Колумбия. Архивировано 28 октября 2012 г. в Wayback Machine.
7. ^ Чарльз А. Сазерленд; Эдвард Ф. Милнер; Роберт К. Керби; Герберт Тейндл; Альберт Мелин; Герман М. Болт (2005). «Вести». Вести. в Энциклопедии промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. DOI : 10.1002 / 14356007.a15_193.pub2 . ISBN 978-3527306732.
8. ^ «Квантовая механика больших полупроводниковых кластеров (« Квантовые точки »)». Ежегодный обзор физической химии . 41 (1): 477–496. 1990-01-01. DOI : 10.1146 / annurev.pc.41.100190.002401 .
9. ^ Чжоу, HS; Honma, I .; Komiyama, H .; Хаус, Джозеф В. (2002-05-01). «Покрытые полупроводниковые наночастицы; синтез и свойства системы сульфид кадмия / сульфид свинца». Журнал физической химии . 97 (4): 895–901. DOI : 10.1021 / j100106a015 .
10. ^ Ван, Вэньчжун; Лю, Инкай; Чжань, Юнцзе; Чжэн, Чанлинь; Ван, Гуангоу (15 сентября 2001 г.). «Новая и простая одностадийная реакция в твердом состоянии для синтеза наночастиц PbS в присутствии подходящего поверхностно-активного вещества». Бюллетень материаловедения . 36 (11): 1977–1984. DOI : 10.1016 / S0025-5408 (01) 00678-X .
11. ^ Ли, ХёДжун; Левентис, Генри С .; Мун, Су-Джин; Чен, Питер; Ито, Сейго; Haque, Saif A .; Торрес, Томас; Нюеш, Франк; Гейгер, Томас (2009-09-09). «Твердотельные солнечные элементы, сенсибилизированные квантовыми точками PbS и CdS:» Старые концепции, новые результаты » «. Современные функциональные материалы . 19 (17): 2735–2742. DOI : 10.1002 / adfm.200900081 . ISSN 1616-3028 . 
12. ^ Putley, EH ; Артур, Дж. Б. (1951). «Сульфид свинца — собственный полупроводник». Труды физического общества . Серия Б. 64 (7): 616–618. DOI : 10.1088 / 0370-1301 / 64/7/110 .
13. ^ « „ Тяжелый металл“снег на Венере сульфид свинца» . Вашингтонский университет в Сент-Луисе . Проверено 7 июля 2009 .
14. ^ «Паспорт безопасности сульфида свинца» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 11 ноября 2006 года . Проверено 20 ноября 2009 .
15. ^ Фриц Бишофф; LC Maxwell; Ричард Д. Эвенс; Франклин Р. Нузум (1928). «Исследования токсичности различных соединений свинца, вводимых внутривенно» . Журнал фармакологии и экспериментальной терапии . 34 (1): 85–109.

Внешние ссылки [ править ]

Кп узел — справочник

Свойства свинца. 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. Недаром в русском языке «свинцовый» – синоним тяжелого: «Ненастной ночи мгла по небу стелется одеждою свинцовой»; «И как свинец пошел ко дну» – эти пушкинские строки напоминают, что со свинцом неразрывно связано понятие гнета, тяжести. 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. По химическим свойствам свинец – малоактивный металл: в электрохимическом ряду напряжений он стоит непосредственно перед водородом. Поэтому свинец легко вытесняется другими металлами из растворов его солей. Если опустить в подкисленный раствор ацетата свинца цинковую палочку, свинец выделяется на ней в виде пушистого налета из мелких кристалликов, имеющего старинного название «сатурнова дерева». Если затормозить реакцию, обернув цинк фильтровальной бумагой, вырастают более крупные кристаллы свинца.

Наиболее типична для свинца степень окисления +2; соединения свинца (IV) значительно менее устойчивы. В разбавленных соляной и серной кислотах свинец практически не растворяется, в том числе из-за образования на поверхности нерастворимой пленки хлорида или сульфата.

С крепкой серной кислотой (при концентрации более 80%) свинец реагирует с образованием растворимого гидросульфата Pb(HSO4)2, а в горячей концентрированной соляной кислоте растворение сопровождается образованием комплексного хлорида H4PbCl6.

Разбавленной азотной кислотой свинец легко окисляется:

Pb + 4HNO3 => Pb(NO3)2 + 2NO2 + H2O.

Разложение нитрата свинца ((II) при нагревании – удобный лабораторный метод получения диоксида азота: 2Pb(NO3)2 => 2PbO + 4NO2 + O2.

В присутствии кислорода свинец растворяется также в ряде органических кислот. При действии уксусной кислоты образуется легкорастворимый ацетат Pb(CH2COO)2 (старинное название – «свинцовый сахар»).

Свинец заметно растворим также в муравьиной, лимонной и винной кислотах. Растворимость свинца в органических кислотах могло раньше приводить к отравлениям, если пищу готовили в посуде, луженной или паянной свинцовым припоем.

Растворимые соли свинца (нитрат и ацетат) в воде гидролизуются:

Pb(NO3)2 + H2O Pb(OH)NO3 + HNO3. Взвесь основного ацетата свинца («свинцовая примочка») имеет ограниченное медицинское применение в качестве наружного вяжущего средства.

Свинец медленно растворяется и в концентрированных щелочах с выделением водорода: Pb + 2NaOH + 2H2O => Na2Pb(OH)4 + H2, что указывает на амфотерные свойства соединений свинца. Белый гидроксид свинца (II), легко осаждаемый из растворов его солей, также растворяется как в кислотах, так и в сильных щелочах: Pb(OH)2 + 2HNO3 => Pb(NO3)2 + 2H2O; Pb(OH)2 + 2NaOH => Na2Pb(OH)4.

При стоянии или нагревании Pb(OH)2 разлагается с выделением PbO. При сплавлении PbO со щелочью образуется плюмбит состава Na2PbO2.

Из щелочного раствора тетрагидроксоплюмбата натрия Na2Pb(OH)4 тоже можно вытеснить свинец более активным металлом.

Если в такой нагретый раствор положить маленькую гранулу алюминия, быстро образуется серый пушистый шарик, который насыщен мелкими пузырьками выделяющегося водорода и потому всплывает.

Если алюминий взять в виде проволоки, выделяющийся на ней свинец превращает ее в серую «змею».

При нагревании свинец реагирует с кислородом, серой и галогенами. Так, в реакции с хлором образуется тетрахлорид PbCl4 – желтая жидкость, дымящая на воздухе из-за гидролиза, а при нагревании разлагающаяся на PbCl2 и Cl2. (Галогениды PbBr4 и PbI4 не существуют, так как Pb(IV) – сильный окислитель, который окислил бы бромид- и иодид-анионы.

) Тонкоизмельченный свинец обладает пирофорными свойствами – вспыхивает на воздухе. При продолжительном нагревании расплавленного свинца он постепенно переходит сначала в желтый оксид PbO (свинцовый глет), а затем (при хорошем доступе воздуха) – в красный сурик Pb3O4 или 2PbO·PbO2.

Это соединение можно рассматривать также как свинцовую соль ортосвинцовой кислоты Pb2[PbO4].

С помощью сильных окислителей, например, хлорной извести, соединения свинца (II) можно окислить до диоксида: Pb(CH3COO)2 + Ca(ClO)Cl + H2O => PbO2 + CaCl2 + 2CH3COOH.

Диоксид образуется также при обработке сурика азотной кислотой:

Pb3O4 + 4HNO3 => PbO2 + 2Pb(NO3)2 + 2H2O.

Если сильно нагревать коричневый диоксид, то при температуре около 300° С он превратится в оранжевый Pb2O3 (PbO·PbO2), при 400° С – в красный Pb3O4, а выше 530° С – в желтый PbO (разложение сопровождается выделением кислорода). В смеси с безводным глицерином свинцовый глет медленно, в течение 30–40 минут реагирует с образованием водоупорной и термостойкой твердой замазки, которой можно склеивать металл, стекло и камень.

Диоксид свинца – сильный окислитель. Струя сероводорода, направленная на сухой диоксид, загорается; концентрированная соляная кислота окисляется им до хлора: PbO2 + 4HCl => PbCl2 + Cl2 + H2O,

сернистый газ – до сульфата: PbO2 + SO2 => PbSO4, а соли Mn2+ – до перманганат-ионов: 5PbO2 + 2MnSO4 + H2SO4 => 5PbSO4 + 2HMnO4 + 2H2O. Диоксид свинца образуется, а затем расходуется при зарядке и последующем разряде самых распространенных кислотных аккумуляторов. Соединения свинца (IV) обладают еще более типичными амфотерными свойствами.

Так, нерастворимый гидроксид Pb(OH)4 бурого цвета легко растворяется в кислотах и щелочах: Pb(OH)4 + 6HCl => H2PbCl6; Pb(OH)4 + 2NaOH => Na2Pb(OH)6. Диоксид свинца, реагируя с щелочью, также образует комплексный плюмбат(IV): PbO2 + 2NaOH + 2H2O => Na2[Pb(OH)6].

Если же PbO2 сплавить с твердой щелочью, образуется плюмбат состава Na2PbO3. Из соединений, в которых свинец(IV) входит в состав катиона, наиболее важен тетраацетат. Его можно получить кипячением сурика с безводной уксусной кислотой:

Pb3O4 + 8CH3COOH => Pb(CH3COO)4 + 2Pb(CH3COO)2 + 4H2O. При охлаждении из раствора выделяются бесцветные кристаллы тетраацетата свинца.

Другой способ – окисление ацетата свинца (II) хлором: 2Pb(CH3COO)2 + Cl2 => Pb(CH3COO)4 + PbCl2. Водой тетраацетат мгновенно гидролизуется до PbO2 и CH3COOH.

Тетраацетат свинца находит применение в органической химии в качестве селективного окислителя.

Например, он весьма избирательно окисляет только некоторые гидроксильные группы в молекулах целлюлозы, а 5-фенил-1-пентанол под действием тетраацетата свинца окисляется с одновременной циклизацией и образованием 2-бензилфурана.

Органические производные свинца – бесцветные очень ядовитые жидкости. Один из методов их синтеза – действие алкилгалогенидов на сплав свинца с натрием:4C2H5Cl + 4PbNa => (C2H5)4Pb + 4NaCl + 3Pb.

Действием газообразного HCl можно отщеплять от тетразамещенных свинца один алкильный радикал за другим, заменяя их на хлор. Соединения R4Pb разлагаются при нагревании с образованием тонкой пленки чистого металла. Такое разложение тетраметилсвинца было использовано для определения времени жизни свободных радикалов. Тетраэтилсвинец – антидетонатор моторного топлива.

Получение свинца. Количество добываемого свинца непрерывно возрастает. Если в 1800 во всем мире его было получено около 30 000 тонн, то в 1850 – 130 000 т, в 1875 – 320 000 т, в 1900 – 850 000 т, 1950 – почти 2 млн. т, а в настоящее время в год добывают около 5 млн. т. По объему производства свинец занимает четвертое место среди цветных металлов – после алюминия, меди и цинка.

Основной источник свинца – сульфидные полиметаллические руды, содержащие от 1 до 5% свинца. Руду концентрируют до содержания свинца 40 – 75%, затем подвергают обжигу: 2PbS + 3O2 => 2PbO + 2SO2 и восстанавливают свинец коксом и оксидом углерода (II).

Более экономичный, так называемый автогенный, способ заключается в проведении реакции PbS + 2PbO => 3Pb + SO2 (PbO образуется при частичном обжиге PbS). Получаемый из руды свинец содержит от 3 до 7% примесей в виде меди, сурьмы, мышьяка, олова, алюминия, висмута а также золота и серебра.

Их удаление (или выделение, если это экономически рентабельно), требует сложных и длительных операций. Очистку свинца можно проводить также методом электрохимического рафинирования. Электролитом служит водный раствор фторосиликата свинца PbSiF6.

На катоде оседает чистый свинец, а примеси концентрируются в анодном шламе, содержащем много ценных компонентов, которые затем выделяют.

Свинец в организме человека. Соединения свинца ядовиты. Но очевидным это стало далеко не сразу.

В прошлом покрытия гончарных изделий свинцовой глазурью, изготовление свинцовых водопроводных труб, использование свинцовых белил (особенно в косметических целях), применение свинцовых трубок в конденсаторах паров на винокуренных заводах – все это приводило к накоплению свинца в организме.

Древние греки знали, что вино и кислые соки нельзя держать в глазурованных глиняных сосудах (глазурь содержала свинец), а вот римляне этим правилом пренебрегали.

Джемс Линд, рекомендовавший в 1753 английскому адмиралтейству лимонный сок как средство против цинги для моряков в дальнем плавании, предостерегал от хранения сока в гончарных глазурованных изделиях. Тем не менее случаи отравления, в том числе и смертельные, наблюдались по той же причине и двести лет спустя.

Свинец проникает в организм через желудочно-кишечный тракт или дыхательную систему и разносится затем кровью по всему организму. Причем вдыхание свинцовой пыли значительно опаснее присутствия свинца в пище. В воздухе городов содержание свинца составляет в среднем от 0,15 до 0,5 мкг/м3. В районах, где расположены предприятия по переработке полиметаллических руд, эта концентрация выше.

Свинец накапливается в костях, частично замещая кальций в фосфате Са3(РО4)2. Попадая в мягкие ткани – мышцы, печень, почки, головной мозг, лимфатические узлы, свинец вызывает заболевание – плюмбизм. Как и многие другие тяжелые металлы, свинец (в виде ионов) блокирует деятельность некоторых ферментов.

Было установлено, что их активность снижается в 100 раз при увеличении концентрации свинца в крови в 10 раз – с 10 до 100 микрограммов на 100 мл крови. При этом развивается анемия, поражаются кроветворная система, почки и мозг, снижается интеллект. Признак хронического отравления – серая кайма на деснах, расстройство нервной системы.

Особенно опасен свинец для детей, так как он вызывает задержку в развитии. В то же время десятки миллионов детей во всем мире в возрасте до 6 лет имеют свинцовое отравление; основная причина – попадание в рот краски, содержащей свинец. Антидотом при отравлении может служить кальциевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты.

В отравленном организме происходит замещение кальция на ионы свинца, которые удерживаются в этой соли очень прочно и в таком виде выводятся.

Свинец легко может попасть в организм с питьевой водой, если она соприкасалась с металлом: в присутствии углекислого газа в раствор медленно переходит растворимый гидрокарбонат Pb(HCO3)2.

В Древнем Риме, где для подачи воды использовали свинцовые трубы, такое отравление было весьма распространенным, на что указывают анализы останков римлян.

Причем отравлялись, в основном, богатые римляне, пользовавшиеся водопроводом, хранившие вино, оливковое масло и другие продукты в освинцованных сосудах, использовавшие содержащие свинец косметические средства.

Достаточно, чтобы в литре воды был всего один миллиграмм свинца – и питье такой воды становится очень опасным. Это количество свинца так мало, что не изменяет ни запаха, ни вкуса воды, и только точные современные приборы могут его обнаружить.

Свинцовым отравлением некоторые историки объясняют и болезненность ряда русских царей. В 1633 в московском Кремле закончили строительство водопровода. Вода в него поступала из колодца в нижнем этаже Свибловой башни, стоявшей на слиянии Неглинной и Москвы-реки. Воду из колодца качали при помощи подъемной машины – взвода (с тех пор эта кремлевская башня называется Водовзводной). Машину приводили в движение лошади. Воду закачивали в большой бак, а оттуда вода сама по трубам текла на царскую кухню, в сады, другие места. Трубы были изготовлены из свинца; бак для воды изнутри тоже был выложен свинцовыми листами, чтобы вода из него не просачивалась в щели. Особенно много свинца накапливалось в воде за ночь, после ее неподвижного стояния в свинцовом баке и трубах. Травились когда-то не только «свинцовой водой». Свинец широко использовали при изготовлении посуды (свинцовая глазурь), свинцовых белил, которыми окрашивали стены домов. Сейчас такое применение свинца строжайше запрещено. Белила, например, делают цинковые или титановые. Тем не менее у жителей промышленно развитых стран свинца в организме больше, чем у жителей отсталых и развивающихся стран, а у городских жителей больше, чем у сельских. Разница может быть огромной – в сотни раз.

Свинцовое загрязнение приобрело в 20 в. глобальный характер.

Даже в снегах Гренландии его содержание за сто лет увеличилось в пять раз, а в центрах крупных городов в почве и растениях свинца в 25 раз больше, чем на окраинах! Загрязнение свинцом наблюдается в районах его добычи, а также в местах переработки и автострад, особенно если еще используется этилированный бензин.

Немало свинца оседает на дне озер в виде охотничьей дроби. Каждый год в Мировой океан со сточными водами попадает более полумиллиона тонн этого ядовитого металла.

А кто не видел выброшенные в мусорные ящики, а то и просто в канавы отработанные аккумуляторы! Пока свинец дешев, сбор и переработка его отходов невыгодна. Малая растворимость большинства соединений свинца, к счастью, не позволяет ему накапливаться в значительных количествах в воде. В водах Мирового океана его содержится в среднем 0,03 мкг/л (3·10–9%). Мало в среднем свинца и в живом веществе – 10–4%.

Применение свинца. Несмотря на ядовитость свинца, отказаться от него невозможно. Свинец дешев – вдвое дешевле алюминия, в 8 раз дешевле олова.

После того как в 1859 французский физик Гастон Планте изобрел свинцовый аккумулятор, для изготовления аккумуляторных пластин с тех пор израсходовали миллионы тонн свинца; в настоящее время на эти цели уходит в ряде стран до 75% всего добываемого свинца! Постепенно снижается применение свинца для изготовления очень ядовитого антидетонатора – тетраэтилсвинца. Способность тетраэтилсвинца улучшать качество бензина было открыто группой молодых американских инженеров в 1922; в своих поисках они руководствовались периодической таблицей элементов, планомерно приближаясь к наиболее эффективному средству. С тех пор производство тетраэтилсвинца непрерывно росло; максимум приходится на конец 1960-х, когда только в США ежегодно с выхлопами выбрасывались сотни тысяч тонн свинца – по килограмму на каждого жителя! В последние годы применение этилированного бензина запрещено во многих регионах, и его производство снижается.

Мягкий и пластичный свинец С1, не ржавеющий в присутствии влаги, – незаменимый материал для изготовления оболочек электрических кабелей; на эти цели в мире расходуется до 20% свинца. Малоактивный свинец используют для изготовления кислотоупорной аппаратуры для химической промышленности, например, для облицовки реакторов, в которых получают соляную и серную кислоты. Тяжелый свинец хорошо задерживает губительные для человека излучения и потому свинцовые экраны используются для защиты работников рентгеновских кабинетов, в свинцовых контейнерах хранят и перевозят радиоактивные препараты. Свинец содержат также подшипниковые сплавы баббиты, мягкие припои ПОС.

В строительстве свинец используют для уплотнения швов и создания сейсмостойких фундаментов. В военной технике – для изготовления шрапнели и сердечников пуль.