С какими металлами реагирует свинец

Свинец – металл, который тоже можно отнести к одним из известных с самых древних времен. Полагают, что выплавка его стала первым металлургическим процессом в истории человечества. За прошедшие тысячелетия свинец то мало использовался, то вновь «входил в моду», но никогда не забывался.

Причиной тому его интересные качества. И сегодня нами будут изучены физико-химические, механические и магнитные свойства, технические характеристики свинца, его сплавов и окиси, рассмотрены фото элемента и даны полезные советы по его использованию.

Свинец – типичный металл, тяжелый, плотный, имеет голубовато-серый цвет. Блеск на воздухе быстро исчезает, так как металл покрывается защитной оксидной пленкой. Свинец довольно распространен и легко добывается, чем и объясняется его столь давняя известность.

При большой плотности, металл остается мягким: при температуре 20 С он легко царапается ногтем. Свинец ковкий, но из-за не слишком презентабельного вида и быстрой потери блеска, очень редко используется для изготовления декоративных предметов. В древности из него делали и украшения, и посуду.

Данное видео посвящено изучению свойств и характеристик свинца в химии и физике:

Молекулярная масса элемента равна 82, что уже указывает на приличную тяжесть вещества. Кристаллическая решетка – кубическая гранецентрированная: в углу куба расположен атом металла и в центре каждой грани.

Относится вещество к категории тяжелых металлов. Плотность по мере повышения температуры падает:

• три температуре в 20 С плотность составляет 11,34 г/куб см;
• при 327,6 С м10, 686 г/куб. см;
• при 650 С – 10, 302 г/куб .см;
• при 850 С – 10,078 г/куб. см.

Массу свинца вычисляют исходя из плотности, размеров образца и учитывая температуру. Последнее важно при выплавке металлов.

Далее поговорим про литейные свойства свинца.

Температуры плавления, литья и кипения

• Температура плавления – 327,46 С.
• Температуры кипения – 1749 С.
• Температура литья – 400–450 С.
• При температуре ниже 7,26 К свинец становится сверхпроводником.

Расплавляясь, металл становится жидкотекучим, в диапазоне литья его вязкость поднимается от 1,89 до 1,23 МПа*С-2. Поверхностное натяжение в том же диапазоне изменяется от 4,4 до 4,0 кН/м.

Механические характеристики

При высокой пластичности металл не обладает стоящими прочностными характеристиками:

• сопротивление разрыву составляет 12–13 МПа;
• предел прочности при сжатии – 50 МПа;
• твердость по Бринеллю – 3,2– ,8 НВ;
• удлинение составляет 50–70%.

Наклеп или нагартовка – деформационное уплотнение, механическую прочность металла не увеличивает: дело в низкой температуре рекристаллизации.

Теплопроводность

Этот показатель у металла невелик: примерно в 2 раза меньше железа и в 11 раз меньше чем у меди:

• теплопроводность – 33,5 вт/(м·К);
• теплоемкость при нормальной температуре – 0,128 кДж/(кг·К).

Данное видео продолжит рассказ о свойствах свинца:

Тепло- и электропроводность металлов довольно хорошо коррелируют друг с другом. Свинец не слишком хорошо проводит тепло и к лучшим проводникам электричества тоже не относится: удельное сопротивление составляет 0,22 Ом-кв. мм/м при сопротивлении той же меди 0,017.

Коррозионная стойкость

Свинец – металл неблагородный, однако по уровню химической инертности к таковым приближается. Низкая активность и способность покрываться оксидной пленкой и обуславливает достойную коррозионную стойкость.

Во влажной сухой атмосфере металл практически не корродирует. Причем в последнем случае сероводород, угольный ангидрид и серная кислота – обычные «виновники» коррозии, на него не влияют.

Показатели коррозии в разной атмосфере такие:

• в городской (смог) – 0,00043–0,00068 мм/год,
• в морской (соли) – 0,00041–0,00056 мм/год;
• сельской – 0,00023– ,00048 мм/год.

Воздействие пресной или дистиллированной воды нулевое.

• Металл устойчив к действию хромовой, плавиковой, концентрированной уксусной, сернистой и фосфорной кислоте.
• А вот в разбавленной уксусной или азотной с концентрацией менее 70% быстро разрушается.
• Так же действует и концентрированная – более 90%, серная кислота.

Газы – хлор, сернистый газ, сероводород на металл не действуют. Однако под влиянием фтористого водорода свинец корродирует.

На коррозионные качества его влияют другие металлы. Так, контакт с железом и медью никак не сказывается на коррозионной стойкости, а добавка висмута или цинка снижает стойкость вещества к кислоте.

Токсичность

Наибольшую опасность представляют собой пары металла и его пыль, поскольку в таком состоянии они легче всего проникает в организм. Основной путь – дыхательный тракт. Часть может усвоиться и через кишечно-желудочный тракт и даже кожу при непосредственном контакте – те же свинцовые белила и краски.

• Попадая в легкие, свинец всасывается кровью, разносится по всему телу и скапливается в основном в костях. Главное его отравляющее действие связано с нарушениями в синтезе гемоглобина. Типичные признаки свинцового отравления сходны с анемией – усталость, головные боли, расстройства сна и пищеварения, но сопровождаются постоянными ноющими болями в мышцах и костях.
• Длительное отравление может вызвать «свинцовый паралич». Острое отравление провоцирует повышение давления, склерозирование сосудов и так далее.

Лечение специфическое и длительное, поскольку вывести тяжелый металл из организма непросто.

О том, какими экологическими свойствами обладает свинец, расскажем ниже.

Загрязнение свинцом окружающей среды считается одним из самых опасных. Все изделия, где используется свинец, нуждаются в специальной утилизации, которая проводится только лицензированными службами.

К сожалению, загрязнение свинцом обеспечивается не только деятельностью предприятий, где это хоть худо-бедно, да регулируется. В городском воздухе наличие свинцовых паров обеспечивает сгорание топлива в автомобилях. На этом фоне наличие свинцовых стабилизаторов в таких, например, привычных конструкциях, как металлопластиковое окно уже не кажется стоящим внимания.

Свинец – металл, имеющий промышленное значение. Несмотря на токсичность, в народном хозяйстве он используется слишком широко, чтобы можно было металл чем-то заменить.

О свойствах солей свинца поведает данное видео:

№82 Свинец

Свинец листовой применяется для защиты от рентгеновских лучей

Свинец известен с III — II тысячелетия до н.э. в Месопотамии, Египте и других древних странах, где из него изготовляли большие кирпичи (чушки), статуи богов и царей, печати и различные предметы быта. Из свинца делали бронзу, а также таблички для письма острым твердым предметом.

В более позднее время римляне стали изготовлять из свинца трубы для водопроводов. В древности свинец сопоставлялся с планетой Сатурн и часто именовался сатурном.

В средние века благодаря своему тяжелому весу свинец играл особую роль в алхимических операциях, ему приписывали способность легко превращаться в золото.

Нахождение в природе, получение:

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 основном встречается в виде сульфидов (PbS — свинцовый блеск).

Получение свинца из свинцового блеска проводят путем обжигательно-реакционной плавки: сначала подвергают шихту неполному обжигу (при 500-600°С), при котором часть сульфида переходит в оксид и сульфат:

• 2PbS + 3О2 = 2РbО + 2SO2       PbS + 2О2 = РbSO4
• PbS + 2РbО = 3Рb + SO2       PbS + РbSO4 = 2Рb +2SO2

Затем, продолжая нагревание, прекращают доступ воздуха; при этом оставшийся сульфид регирует с оксидом и сульфатом, образуя металлический свинец:

Физические свойства:

Один из самых мягких металлов, легко режется ножом. Обычно покрыт более или менее толстой плёнкой оксидов грязно-серого цвета, 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:

При большой температуре свинец образует с галогенами соединения вида РbХ2, с азотом прямо не реагирует, при нагревании с серой образует сульфид PbS, кислородом окисляется до PbO.
В отсутствии кислорода свинец не реагирует с водой при комнатной температуре, но при действии горячего водяного пара образует оксиды свинца и водород.

В ряду напряжений свинец стоит левее водорода, но он не вытесняет водород из разбавленных HCl и H2SO4, из-за перенапряжения выделения Н2 на свинце, а также из-за образования на поверхности металла плёнки труднорастворимых солей, защищающих металл от дальнейшего действия кислот.

В концентрированных серной и соляной кислотах при нагревании свинец растворяется, образуя соответственно Pb(HSO4)2 и Н2[РbCl4]. Азотная, а также некоторые органические кислоты (например, лимонная) растворяют свинец с получением солей Рb(II). Реагирует свинец и с концентрированными растворами щелочей:
Pb + 8HNO3 (разб.,гор.) = 3Pb(NO3)2 + 2NO + 4H2O.

Pb + 3H2SO4 (>80%) = Pb(HSO4)2 + SO2 + 2H2O
Pb + 2NаOН (конц.) + 2H2O = Nа2[Pb(OН)4] + Н2
Для свинца наиболее характерны соединения со степенью окисления: +2 и +4.

Важнейшие соединения:

Оксиды свинца — с кислородом свинец образует ряд соединений Рb2О, РbО, Рb2О3, Рb3О4, РbО2, преимущественно амфотерного характера. Многие из них окрашены в красные, жёлтые, чёрные, коричневые цвета.
Оксид свинца (II) — РbО.

Красный (низкотемпературная a-модификация, глет) или желтый (высокотемпературная b-модификация, массикот). Термически устойчив. Очень плохо реагируют с водой, раствором аммиака. Проявляет амфотерные свойства, реагирует с кислотами и щелочами. Окисляется кислородом, восстанавливается водородом и монооксидом углерода.

Оксид свинца (IV) — РbО2. Платтнерит. Темно-коричневый, тяжелый порошок, при слабом нагревании разлагается без плавления. Не реагирует с водой, разбавленными кислотами и щелочами, раствором аммиака.

Разлагается концентрированными кислотами, концентрированными щелочами при кипячении медленно переводится в раствор с образованием …. Сильный окислитель в кислой и щелочной среде.

Оксидам РbО и РbО2 соответствуют амфотерные гидрооксиды Рb(ОН)2 и Рb(ОН)4. Получение …, Свойства …

Рb3О4 — свинцовый сурик. Рассматривается как смешаный оксид или орто-плюмбат свинца(II) — Рb2PbО4. Оранжево-красный порошок. При сильном нагревании разлагается, плавится только под избыточном давлением О2. Не реагирует с водой, гидратом аммиака. Разлагается конц. кислотами и щелочами. Сильный окислитель.
Соли свинца(II). Как правило бесцветны, по растворимости в воде делятся на нерастворимые (например, сульфат, карбонат, хромат, фосфат, молибдат и сульфид), малорастворимые (йодид, хлорид и фторид) и растворимые (к примеру, ацетат, нитрат и хлорат свинца). Ацетат свинца, или свинцовый сахар, Pb(CH3COO)2·3H2O, бесцветные кристаллы или белй порошок сладкого вкуса, медленно выветривается с потерей гидратной воды, относится к очень ядовитым веществам. Халькогениды свинца — PbS, PbSe, и PbTe — кристаллы чёрного цвета, узкозонные полупроводники.
Соли свинца(IV) могут быть получены электролизом сильно подкисленных серной кислотой растворов солей свинца(II). Свойства …
Гидрид свинца(IV) — PbH4 — газообразное вещество без запаха, которое очень легко разлагается на свинец и водород. Получается в небольших количествах при реакции Mg2Pb и разбавленной HCl.

Применение:

Свинец хорошо экранирует радиацию и рентгеновские лучи, применяется в качестве защитного материала, в частности, в рентгеновских кабинетах, в лабораториях, где существует опасность облучения радиацией.

Также используют для изготовления пластин аккумуляторов (около 30% выплавляемого свинца), оболочек электрических кабелей, защиты от гамма-излучения (стенки из свинцовых кирпичей), как компонент типографских и антифрикционных сплавов, полупроводниковых материалов.

Свинец и его соединения, особенно органические, токсичны. Попадая в клетки, свинец дезактивирует ферменты, тем самым нарушая обмен веществ, вызывая умственную отсталость у детей, заболевания мозга. Свинец может заменять кальций в костях, становясь постоянным источником отравления. ПДК в атмосферном воздухе соединений свинца 0,003 мг/м3, в воде 0,03 мг/л, почве 20,0мг/кг.

Барсукова М.
Петрова М.

ХФ ТюмГУ, 571 группа.

Источники: Википедия: http://ru.wikipedia.org/wiki/Свинец и др.,
Н.А.Фигуровский «Открытие элементов и происхождение их названий». Москва, Наука, 1970. (на сайте ХФ МГУ http://www.chem.msu.su/rus/history/element/Pb.html) Реми Г. «Курс неорганической химии», т.1. Изд-во иностранной литературы, Москва.

Лидин Р.А. «Химические свойства неорганических соединений». М.: Химия, 2000. 480 с.: ил.

КонТрен – Химия для школьников, студентов, учителей … подготовка к экзаменам и олимпиадам

Свинец | Химические свойства

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

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.

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

Свинец

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 204Pb (1,48%), 206Pb (23,6%), 207Pb (22,6%) и 208Pb (52,3%) и четырьмя радиоактивными 210Pb, 211Pb, 212Pb и 214Pb 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 (Pb2+) и 0,076 нм (Pb4+).

Плотность 11 340 кг/м3, 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(N3)2 разлагается при нагревании или ударе со взрывом. Соединения свинца токсичны, ПДК 0,01 мг/м3.

Содержание свинца в природе

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 (PbCО3), англезит (PbSО4).

Одна из особенностей свинца состоит в том, что из четырёх стабильных изотопов один (204Pb) нерадиогенный и, следовательно, количество его остаётся постоянным, а три других (206Pb, 207Pb и 208Pb) — конечные продукты радиоактивного распада 238U, 235U и 232Th соответственно, вследствие чего их количество постоянно возрастает. Изотопный состав Pb Земли за 4,5 млрд.

лет изменился от первичного 204Pb (1,997%), 206Pb (18,585%), 207Pb (20,556%), 208Pb (58,861%) до современного 204Pb (1,349%), 206Pb (25,35%), 207Pb (20,95%), 208Pb (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(С2Н5)4 — как антидетонатор горючего для двигателей внутреннего сгорания.

Свинец реагирует с медью

20 Ноября 2016 Согласно знаменитой поговорке, «электротехника — наука о контактах».

Любому электромонтажнику известно, что нельзя скручивать между собой медный и алюминиевый провода.

Медная шина заземления или латунная стойка для платы плохо сочетаются с оцинкованными винтиками, купленными в ближайшем строительном супермаркете — коррозия может уничтожить электрический контакт.

Голая алюминиевая деталь вообще может постепенно превратиться в прах, если к ней приложить даже низковольтное напряжение.

В советских ГОСТах было написано почти всё о допустимых контактах металлов, однако сейчас может быть весьма неудобно искать в старых документах информацию о соединениях. Хабраюзер @teleghost собрал все данные в одной таблице.

Далее приведена выдержка из ГОСТ 9.005-72 для средних атмосферных (т.е. комнатных) условий. Кликабельно.

Несколько слов о металлах.

Оцинкованная сталь — основная рабочая лошадка народного хозяйства. В виде различных метизов «оцинковка» встречается в магазинах стройматериалов гораздо чаще, чем, например, нержавейка. Фабричные корпуса ПК, технологические ящички и шкафчики для оборудования чаще всего выполнены из оцинкованной холоднокатанной стали толщиной порядка 1мм.

Нержавеющая сталь — королева сталей: прочная, пластичная, стойкая к коррозии, электропроводная, круто выглядит. Слишком тугая, чтобы резать и гнуть её дома в промышленных масштабах.

Хромистые и хромисто-никелевые нержавейки электрически плохо совместимы с цинком и «голой» сталью, зато дают надёжный контакт с медью без помощи олова. Алюминий, а также азотированная, оксидированная и фосфатированная низколегированная сталь ограниченно совместимы при стандартных атмосферных условиях.

Нержавейка марки А2 не «магнитится», но существуют и нержавеющие стали с магнитными свойствами. Магнитные свойства не влияют на коррозионную стойкость нержавеющей стали.

Алюминий и его сплавы бывают анодированные (с защитным слоем) и обычные (неанодированные). Алюминий легко обрабатывать в домашних условиях, но необходимо помнить о коррозии.

Не используйте голый алюминий в качестве проводника даже с низковольтным напряжением, иначе ток медленно обратит деталь в прах.

Обработанным в мастерской алюминиевым и дюралюминиевым деталям показана полная эквипотенциальность (наведённые полями токи вроде бы по фиг, заземлять тоже можно).

Алюминий совместим с цинковым покрытием, но для контакта с медью, «голой» или никелированной сталью требуется оловянная «прокладка». Ограниченно допустим контакт алюминия с нержавейкой в атмосферных условиях. Для простоты можно принять, что при контакте с другими металлами и покрытиями алюминий будет корродировать сам по себе, без помощи внешнего электричества.

Медь мягкая и довольно неаппетитно окисляется на воздухе, поэтому изделия из меди заключают в герметичную оболочку или лакируют.

Латунные бляхи солдатских ремней и стойки для электронных печатных плат лучше сопротивляются окислению и выглядят аппетитнее позеленевшей меди, особенно если их периодически полировать (я про бляхи, конечно).

При этом ни медь, ни её сплав с цинком (латунь) «не дружат» с чистым цинком и его покрытиями. Зато медь совмещается с хромом, никелем и нержавейкой. А если вы держите в руках какую-нибудь клемму, то она наверняка из лужёной (покрытой оловом) меди.

Олово относительно стойко к коррозии (в комнатных условиях) и электрически совместимое почти со всем, кроме чугуна, низколегированных и углеродистых сталей и магния.

Не стоит паять оловом и бериллий, будьте внимательны при сборке домашнего ядерного реактора. Олово используют, чтобы из недопустимого электрического контакта получить допустимый, т.е. в качестве «прокладки».

Клеммы из лужёной меди — отличный пример.

  Реакция хлорида меди с сульфидом калия

Не следует использовать олово при низких температурах — с прошлого века известна т.н. «оловянная чума» — полиморфное превращение т. н. «белого олова» в «серое» (b-Sn → a-Sn), при котором металл рассыпается в серый порошок. Причина разрушения состоит в резком увеличении удельного объёма металла (плотность b-Sn больше, чем a-Sn).

Переход облегчается при контакте олова с частицами a-Sn и распространяется подобно «болезни». Наибольшую скорость распространения оловянная чума имеет при температуре —33°С; свинец и многие др. примеси её задерживают. В результате разрушения «чумой» паянных оловом сосудов с жидким топливом в 1912 погибла экспедиция Р.

Скотта к Южному полюсу.

Оловянная чума (распад олова при низких температурах).

Никелем покрыты блестящие «компьютерные» винтики. Такое покрытие совместимо с медью и бронзой, латунью, оловом, хромом и нержавеющей сталью. Никель несовместим с цинком и алюминием (для алюминия лучше контакт с нержавеющей сталью, см. ниже).

Особенности коррозионной агрессивности неметаллов. Приложение 3б к ГОСТ 9.005-72:

1. Коррозионная агрессивность органических материалов определяется активностью выделяющихся продуктов старения.
   • Коррозионная агрессивность фенопластов, аминопластов, пенопластов, формальдегидных клеев определяется выделением формальдегида, возможностью его окисления до муравьиной кислоты и уротропина, который может быть источником аммиака.
   • Коррозионная агрессивность материалов из древесины определяется выделением растворов уксусной и муравьиной кислот.
   • Коррозионная агрессивность эпоксидных материалов определяется наличием в них свободного хлора и хлористого водорода, карбоновых и дикарбоновых кислот.
   • Коррозионная агрессивность резинотехнических изделий определяется содержанием в них серы и ее соединений, соединений водорода с галогенидами, органических соединений с окислительными свойствами.
2. Полимерные материалы, получаемые реакцией конденсации (эпоксидные, полиэфирные и т.п.), обладают наибольшей коррозионной агрессивностью в период отверждения. Процесс отверждения в замкнутых объемах конструкции проводить не рекомендуется.
3. Облучение неметалла ионизирующим облучением (ультрафиолетовым, гамма-облучением и т.д.) может увеличивать его коррозионную агрессивность.
4. Коррозионная агрессивность неметалла при прямом контакте с металлом определяется его водо- и кислородопроницаемостью. Значения водо- и кислородопроницаемости для ряда неметаллов приведены в табл.4 и 5.

Источник

Свойства соединений свинца и степень окисления металла

Степень окисления свинца является важным параметром, характеризующим химические свойства металла и его соединений. Он учитывается при разведке, разработке месторождений разных типов, технологии извлечения ценного компонента и сферах применения материала.

Химические и физические свойства металла

Химический элемент № 82 представляет собой тяжелый металл серебристого цвета с синеватым оттенком. Его плотность при нормальных условиях составляет 11,34 г/см³, которая падает при повышении температуры. Степени окисления свинца в соединениях равны 4,2 и 0.

• Металл обладает отличной ковкостью, температура его плавления соответствует 327,46 °C, кипения – 1749 °C. Кристаллическая решетка минерального образования имеет кубическую структуру.
• Химическому элементу свойственна низкая теплопроводность. При механическом воздействии он деформируется, легко режется ножом. Поверхность металла обычно защищена пленкой из оксида, образующаяся под влиянием воздуха.
• Свинец является смесью нерадиоактивных (стабильных) изотопов, образующихся в результате распада урана и тория. Абсолютные и относительные концентрации металла зависят от времени образования минерала. Это свойство используется при определении возраста горных пород.

  Стоимость меди в нефтеюганске

Свинец известен человечеству с древних времен, а процесс выплавки металла из руды был первым из разработанных металлургических процессов. Материал широко применялся в Древнем Риме для производства труб для водопроводов.

На протяжении истории материал применялся в разных сферах. Его использовали для навесных печатей к грамотам, делали покрытия крыш храмов, добавляли в вино для улучшения вкусовых качеств.

До недавнего времени большое количество материала применялось для изготовления типографских шрифтов, в виде соединения — для повышения способности топлива противостоять самовозгоранию при сжатии.

В самородном виде свинец встречается очень редко. Обычно он входит в состав осадочных и интрузивных пород, в которых часто образует интерметаллические соединения с платиной, оловом и естественные сплавы.

Природные минералы химического элемента

В природе находится множество минеральных образований свинца, но промышленное значение имеют соединения с серой. Сульфид свинца PbS (свинцовая окалина, галенит) — хрупкий минерал серого цвета, в нем содержится до 87% металла.

В природе он встречается в форме кристаллической зернистой массы. В основном минерал сосредоточен в гидротермальных месторождениях, где он находится в форме кубических или восьмигранных кристаллов.

Твердость образования составляет 2,5–2,7 по шкале Мооса, плотность 7,5. При ударе молотком минеральное образование распадается на мелкие кубики со ступенчатыми уступами. Галенит отличается совершенной спайностью в 3 направлениях по граням куба.

Спутниками сульфида свинца являются такие минералы:

• кварц;
• сфалерит;
• азурит;
• малахит;
• доломит;
• антимонит;
• халькопирит;
• самородное серебро;
• пирит.

Основные месторождения свинца в России расположены в Красноярском и Приморском краях, на Алтае, Дальнем Востоке, в Бурятии. Крупные запасы руды находятся во многих странах мира и сосредоточены в США, Канаде, Перу, Мексике, Австралии. Месторождения свинцовых руд имеются в Казахстане, Китае, Болгарии, ФРГ, Венгрии, Словении, Вьетнаме.

В меньшей степени проводится промышленная разработка окисленных руд, которые сложены карбонатом свинца (церуссит) и сульфатом (англезит). Повышает ценность руд наличие драгоценных и цветных металлов.

Месторождения разрабатываются в основном подземным способом. Однако в зависимости от характера формирования залежей верхние горизонты разрабатываются открытым методом.

Технологический процесс производства металла

В естественных условиях химический элемент входит в состав залежей полиметаллических руд разного типа. Он содержится в рудах тория и урана. Свинец является компонентом 180 минералов, в числе которых находятся такие соединения:

Но основным минералом для извлечения ценного компонента является сульфид свинца (II) PbS. Он представляет собой неорганическое минеральное образование, известное под названием галенит или свинцовый блеск.

1. Технологический процесс предусматривает использование различных методов обогащения руды. В результате флотации получают концентрат, содержащий до 70% металла.
2. Затем проводят предварительный обжиг, после чего материал загружают в печь для восстановления свинца из оксида металла. Для удаления примесей меди из чернового свинца его разогревают. За счет различия температур плавления происходит отделение металлов.
3. После обработки серой путем очистки (рафинирования) удаляют примеси мышьяка и сурьмы. С помощью цинка отделяют из состава благородные металлы (серебро и золото). Висмут удаляют при обработке материала магнием, кальцием.

Соединения химического элемента

Свинец не реагирует с серной и соляной кислотами благодаря пленке из малорастворимых соединений металла, препятствующих реакции. При взаимодействии с азотной кислотой образуется нитрат, где свинец проявляет степень окисления +2.

  Сплав оксида меди с алюминием

Металл растворяется в водных щелочных растворах при нагревании с образованием комплексных соединений и выделением водорода. Химический элемент образует гидроксиды со степенью окисления +2 и +4 и амфотерные оксиды:

• оксид свинца (II) — кристаллы красного цвета, плохо растворимые в воде;
• метаплюмбат — черные кристаллы или порошок, нерастворимые в воде;
• оксид свинца (IV) — порошок темно-коричневого цвета с характерным запахом озона;
• свинцовый сурик — твердое, устойчивое соединение темного красного цвета.

Свинец непосредственно не реагирует с азотом, фосфором, водородом, углеродом, мышьяком, бором. В жидком состоянии он растворяет кремний без образования соединения и поглощает фосфор, который выделяется при затвердевании.

Если соединения металла, образованные в результате взаимодействия с кислотой, растворяются в ней, то и металл растворяется в реагенте. Протеканию реакции способствует наличие окислителей в кислотах.

Например, плавиковая кислота слабо реагирует с металлом, поэтому ее можно готовить и хранить в сосудах из свинца. Разбавленная соляная и серная кислоты взаимодействуют со свинцом с поверхности. При подогреве разрушаются защитные пленки PbCl2 и PbSO4.

Под воздействием органических кислот в присутствии кислорода металл образует соединение, где проявляет валентность II. Концентрированные растворы щелочей при нагревании растворяют металл. При этом образуются гидроксоплюмбиты, и выделяется водород. При плавке металла с нитратом калия образуется свинец (степень окисления II) и KNO2.

Практическое применение металла и его соединений

• Свинец применяется как материал для свинцового аккумулятора, где на 2 пластинах по-разному изменяет свое состояние окисления. При разрядке происходит переход окислителя, содержащего свинец в степени окисления +4, в состояние, при котором показатель изменяется на +2. При этом восстановитель из состояния 0 переходит в соединение со степенью окисления +2.
• Свинцовый сурик применяют как пигмент для антикоррозионных красок и замазки в аккумуляторах.
• Сульфид металла используют при изготовлении керамических изделий. Его применяют в качестве материала для получения защитных пленок, полупроводниковых и новых наноматериалов.
• Как лигатурный компонент свинец входит в состав особых сплавов-баббитов, типографских соединений, бронзы. В смеси с мышьяком его применяют для изготовления дроби.
• Свойство металла не пропускать рентгеновское излучение применяется на практике для изготовления изолятора. Соединения свинца используются при производстве красок (белила, сурик, крон).
• Известен факт, что свинцовые белила, используемые при создании картин, со временем приобретают серый оттенок. Это связано с реакцией соединения с присутствующим в воздухе сероводородом с образованием сульфида металла.
• Свинец применяют в качестве добавки при изготовлении хрустального стекла. Неорганическое химическое соединение нитрат свинца применяется при изготовлении взрывчатых веществ. Соли азотистоводородной кислоты (азид металла) используются в качестве материала для детонаторов.
• Соединение металла — перхлорат применяется при обогащении руд методом флотации в тяжелой жидкости. Фторид и хлорид свинца используются для изготовления катодов. Соединение металла с теллуром применяется в качестве материала для производства термоэлектрических генераторов.
• Арсенат свинца применяется в сельском хозяйстве при борьбе с насекомыми вредителями. Нерастворимый порошок белого цвета — борат свинца используют как материал для покрытия изделий из фарфора и стекла.

Источник

Свинец

Свинец — один из самых первых металлов, освоенных человеком. Во многом это связано с его распространенностью и простой обработки. Со временем открылись более ценные качества свинца, и сегодня этот металл занимает важное место в жизни человечества.

История открытия свинца

Самыми древними артефактами, изготовленными человеком из свинца, считаются древнеегипетские статуэтки возрастом около 5 тысяч лет, хотя археологи находили более древние простые изделия из этого металла.

Первый бум использования свинца случился во времена Римской Империи, когда из него стали изготавливать водопроводные трубы и даже использовали в гастрономических целях. Уже в те годы были подозрения, что это может быть вредным для здоровья.

После падения Рима потребление свинца значительно снизилось, но применение токсичного материала в организации водоснабжения продержалось практически до 20-го века во многих странах.

Податливый металл активно использовали как соединительный материал в оконных рамах и покрытиях крыш.

С промышленной революцией викторианской эпохи потребность в свинце многократно возросла, с каждым годом открывались новые возможности и сферы применения свинцовых соединений.

Довольно быстро этот металл стал одним из важнейших элементов, необходимых для технического прогресса, и остается таким до сих пор.

Свойства свинца

Свинец обладает прекрасной пластичностью и ковкостью, но низкой устойчивостью к нагрузке на разрыв. Металл плотный и тяжелый при сравнительной мягкости. Плавится уже при температуре 327 0C, что делает работу с металлом предельно легкой. Сдерживает радиоактивное излучение — например, свинцовый лист толщиной всего 5 миллиметров будет непроходим для рентгеновских лучей.

В металлургии и промышленности ценится способность свинца вступать в сплавы с металлами, которые между собой без свинца соединяться не могут.

Устойчивость к кислотам (сравнимая с золотом) находит применение в различных производственных отраслях — из свинца изготавливают трубы и емкости для транспортировки кислот.

В сочетании с низкой стоимостью, перечисленные качества предопределили сферы использования этого уникального металла. Картину портит лишь один существенный минус — токсичность для человека и окружающей среды.

Нахождение в природе

В виде самородков практически не встречается, зато присутствует в множестве полиметаллических пород. Металл всегда содержится в урановых рудах.

Забайкальские и северно-сибирские месторождения часто представляют собой свинцово-цинковую руду. В соединениях с другими металлами свинец присутствует в составе более 80 минералов.

Наиболее богатые свинцом залежи находятся в США, России, Австралии и Казахстане.

Основные свинцовые руды

Галенит — главный источник свинца, упоминавшийся еще в трудах античных авторов. Характерен кубической структурой кристаллизации и классическим «свинцовым» цветом. Имеет металлический блеск, но на воздухе активно вступает в реакцию с кислородом и становится тускло-матовым. Среди примесей отмечается кадмий — ценный для промышленности металл.

Церуссит — образуется от выветривания галенита, также ценный источник свинца. Отличается высокой прозрачностью, из-за чего можно легко спутать с более ценными породами. Еще пару столетий назад растертый в порошок церуссит использовался как косметическое средство, а кристаллы предавали огранке и торговали ими под видом драгоценных.

Андорит — стоит особняком среди многочисленных руд, содержащих свинец, благодаря равнозначному содержанию серебра, добывается для получения и того, и другого металла. Распространен в Средней Азии и гористых районах Южной Америки.

Крокоит — один из немногих минералов свинца, который не имеет промышленного значения и применения, но используется в качестве декоративного или коллекционного экспоната.

«Красная свинцовая руда» обладает уникальным внешним видом и структурой, напоминающей прессованный шафран (от французского названия которого и получил свое название).

Хотя открыт минерал был в России, на Урале, и изначально назывался «сибирский красный свинец».

Главные страны-производители свинца

Львиная доля мирового объема производства свинца приходится на Евросоюз, но стоит отметить, что 60% металла они получают от вторичной переработки, а не прямой добычей — такая тенденция набирает популярность и в других странах.

Следующие 3 места делят между собой США, Россия и Китай, с небольшими отрывами друг от друга. На постсоветском пространстве высокие показатели производства свинца традиционно демонстрируют Украина и Казахстан.

Последний также обладает одними из крупнейших в мире разведанных запасов этого металла.

Промышленное получение

Из руды, содержащей свинец (чаще всего это галенит — минерал сульфидного класса), на первом этапе получают концентрат 50-70%. Для этого сырье измельчают и перемешивают с маслом и водой. Сульфидные соединения обволакиваются маслом и удерживаются на поверхности раствора, в то время как побочная порода выпадает в осадок. Этот метод называется флотация.

Далее из получившегося концентрата необходимо получить веркблей (название чернового свинца в металлургии, содержание целевого металла составляет примерно 90%). Сначала производится термическое окускование концентрата, при этом масса существенно обогащается кислородом. После этого в ватержакетной шахте из оксида восстанавливается свинец.

На последнем этапе получают чистый свинец. Для удаления из сплава конкретного металла и прочих примесей необходима отдельная процедура:

• Пользуясь разницей в температуре плавления, отделяют металлы, более тугоплавкие чем свинец (например, медь). Процесс называется зейгерованием.
• Мышьяк и сурьма удаляются с помощью рафинирования щелочами.
• Цинковая пена позволяет выделить некоторые драгоценные металлы.
• Реакции соединений кальция помогают удалить висмут из состава.

Конечный набор необходимых процессов зависит от степени загрязнения породы. В результате получают свинец с содержанием примесей около 0,1% и менее.

Важнейшие соединения свинца и их применение

Свинец, будучи легкоплавким тяжелым металлом, издревле и по сей день применяется для изготовления боеприпасов, в том числе и гражданского назначения. Другая особенность свинца — способность поглощать радиацию, обусловила его широкое использование в атомной энергетике и медицинской технике.

Но гораздо более обширные возможности открывают различные соединения свинца с другими веществами и сплавы металлов. Без них сложно представить какую-либо отрасль жизнедеятельности человека.

Химическая промышленность и сельское хозяйство, военное дело и аккумуляторы, машиностроение и литография, геология и многое другое — во всех этих сферах задействованы соединения свинца.

Свинцовые баббиты

Это сплавы свинца с целью придать ему лучшую износостойкость и снизить коэффициент трения. В качестве легирующих добавок может быть использован целый ряд металлов – медь, никель, кальций и другие. Баббиты на основе свинца хорошо зарекомендовали себя при производстве подшипников различного назначения:

• вагоны и электровозы;
• крутящиеся части дизелей;
• тяжелая промышленность;
• сложная техника и автомобилестроение.

С 1847 года свинцовые баббиты — неотъемлемая часть российской промышленности.

Из недостатков отмечают довольно быстрое разрушение от тяжелых нагрузок, поэтому долговечность агрегатов с применением подобных сплавов сильно зависит от качества металла корпуса подшипникового устройства. Чем он толще и прочнее — тем более объемным можно сделать баббитовый слой, а значит и увеличить срок службы изделия.

Плюмбаты

Ортоплюмбат кальция — кристаллическое вещество слабо-оранжевого цвета.

На протяжении всего 20-го столетия использовался в химии и медицине как источник для простого получения чистого кислорода, который выделяется при нагревании.

Способствовала этому и простота синтеза самого вещества — оно получается при прокаливании оксида свинца и карбоната кальция. Дальнейшему успеху мешала лишь токсичность процесса.

Следующая группа плюмбатов применяется в химическом получении сложных свинцовых соединений:

• метаплюмбат натрия;
• гексахлороплюмбат аммония;
• гексахлорсвинцовая кислота;
• триодоплюмбат калия.

Все они легко разлагаются, растворяются в воде и вступают в реакцию с другими соединениями. Это делает их незаменимым сырьем и катализатором для многих процессов, а также базовым компонентом при получении некоторых сложных веществ.

Оксиды свинца

Оксид свинца (PbO) – представляет собой слаборастворимые в воде кристаллы, желтоватого или алого цвета. Применяется в изготовлении стеклянных изделий, хрусталя, глянцевых эмалей и лаков. Распространенный компонент кислотно-свинцовых аккумуляторов. Сырье для других соединений.

Диоксид свинца — ядовитый бурый порошок с характерным запахом. Важный катализатор множества химических реакций и процессов, ни одна исследовательская лаборатория не обходится без этого вещества. При добавлении в состав красок ускоряет процесс их высыхания, чем активно пользуются производители лако-красочной продукции.

Тетраоксид свинца, он же сурик — нерастворимый порошок оранжево-красного цвета. Редко, но встречается в природном виде. Широкое применение получил в качестве пигмента для антикоррозийных покрытий при строительстве зданий, мостов, кораблей и других крупных объектов. Когда некоторые детали недостроенного судна кажутся «ржавыми» — это эффект от свинцового сурика в составе защитных эмульсий.

Отдельно стоит упомянуть ЦТС — оксид соединения цирконатов и титанатов свинца. Ценнейшее вещество, способное при деформирующем воздействии индуцировать заряд, или же выдавать обратную реакцию — под влиянием тока деформироваться. Без него было бы невозможным создание многих видов электроакустических устройств и конденсаторов.

Соли свинца

Нитрат свинца — получают растворением свинцовых пластин в азотной кислоте. Известен более 400 лет, но коммерческое производство начато лишь в 19-м веке. В спокойном состоянии представляет собой бесцветный порошок, хорошо растворимый в воде.

Применяется в качестве подавителя реакций в нейлоновых полимерах и улучшителя при цианировании золота. Некоторое время использовался в качестве пестицида и окислителя в органической химии, но из-за сильной токсичности применение фактически сошло на нет.

В настоящее время служит сырьем для получения более сложных соединений свинца и других веществ.

Азид свинца — соль азотистоводородной кислоты, чрезвычайно ядовита. Распространенное взрывчатое вещество, используемое в качестве инициатора (в детонаторах). Будучи очень чувствительным к физическому и температурному воздействию, требует особых мер осторожности при обращении.

Хлорид свинца — получается при реакции с соляной кислотой. Изредка встречается в природе (коттунит) с относительно малым количеством примесей. При этом имеет умеренную радиоактивность, некоторых ученых это наводит на мысли о метеоритном происхождении минерала. Широко используется в аккумуляторах, как катод.

Сульфат свинца — он же свинцовый купорос. Ядовит, опасен для здоровья людей. Часто встречается в природе (англезит). Синтезируется как побочное вещество при реакциях в аккумуляторах и является одним из главных загрязняющих факторов. В промышленности нашел применение в качестве пигментирующего материала.

Воздействие свинца на человека

Самым частым виновником отравления тяжелыми металлами является именно свинец.

Долгое время свинцовые присадки использовались для этилирования бензина, что приводило к тяжелейшим загрязнениям воздуха в крупных городах.

Сегодня использование свинца для повышения октанового числа топлива запрещено почти по всему миру (в Российской Федерации — с 2002 года). Другие возможные источники отравления:

• промышленные выбросы;
• загрязненная тяжелыми металлами аграрная продукция;
• предметы обихода с содержанием свинца;
• работа на вредных производствах.

Попадая в организм, свинец оказывает сильное токсическое действие. Особенно опасным является отравление металлом в детском возрасте.

Интоксикация ребенка свинцом приводит к отставанию в физическом и умственном развитии, а когнитивные нарушения могут проявляться в течение всей последующей жизни.

У взрослых постоянный контакт со свинцом или регулярное вдыхание его паров вызывает хроническое отравление, нарушает функцию мозга и в разы увеличивает вероятность тяжелых заболеваний, в том числе онкологических.