Что изготавливают из свинца. Применение металла свинец в народном хозяйстве и строительстве. Примеры решения задач

СВИНЕЦ, Pb (лат. plumbum * а. lead, plumbum; н. Blei; ф. plomb; и. plomo), — химический элемент IV группы периодической системы Менделеева , атомный номер 82, атомная масса 207,2. Природный свинец представлен четырьмя стабильными 204 Pb (1,48%), 206 Pb (23,6%), 207 Pb (22,6%) и 208 Pb (52,3%) и четырьмя радиоактивными 210 Pb, 211 Pb, 212 Pb и 214 Pb изотопами; кроме того, получено более десяти искусственных радиоактивных изотопов свинца. Известен с древних времён.

Физические свойства

Свинец — мягкий пластичный синевато-серый металл; кристаллическая решётка кубическая гранецентрированная (а=0,49389 нм). Атомный радиус свинца 0,175 нм, ионный радиус 0,126 нм (Pb 2+) и 0,076 нм (Pb 4+). Плотность 11 340 кг/м 3 , t плавления 327,65°С, t кипения 1745°С, теплопроводность 33,5 Вт/(м.град), теплоёмкость Cp° 26,65 Дж/(моль.К), удельное электрическое сопротивление 19,3.10 -4 (Ом.м), температурный коэффициент линейного расширения 29,1.10 -6 К -1 при 20°С. Свинец диамагнитен, при 7,18 К становится сверхпроводником.

Химические свойства свинца

Степень окисления +2 и +4. Свинец сравнительно мало химически активен. На воздухе свинец довольно быстро покрывается тонкой плёнкой оксида, предохраняющей его от дальнейшего окисления. Хорошо реагирует с азотной и уксусной кислотами, растворами щелочей, не взаимодействует с соляной и серной кислотами. При нагревании свинец взаимодействует с галогенами, серой , селеном , таллием . Азид свинца Pb(N 3) 2 разлагается при нагревании или ударе со взрывом . Соединения свинца токсичны , ПДК 0,01 мг/м 3 .

Среднее содержание (кларк) свинца в земной коре 1,6.10 -3 % по массе, при этом ультраосновные и основные горные породы содержат меньше свинца (1.10 -5 и 8.10 -3 % соответственно), чем кислые (10 -3 %); в осадочных горных породах — 2.10 -3 %. Свинец накапливается главным образом в результате гидротермальных и гипергенных процессов, нередко образуя крупные месторождения. Существует более 100 минералов свинца, среди которых наиболее важное значение имеют галенит (PbS), церуссит (PbCО 3), англезит (PbSО 4). Одна из особенностей свинца состоит в том, что из четырёх стабильных изотопов один (204 Pb) нерадиогенный и, следовательно, количество его остаётся постоянным, а три других (206 Pb, 207 Pb и 208 Pb) — конечные продукты радиоактивного распада 238 U, 235 U и 232 Th соответственно, вследствие чего их количество постоянно возрастает. Изотопный состав Pb Земли за 4,5 млрд. лет изменился от первичного 204 Pb (1,997%), 206 Pb (18,585%), 207 Pb (20,556%), 208 Pb (58,861%) до современного 204 Pb (1,349%), 206 Pb (25,35%), 207 Pb (20,95%), 208 Pb (52,349%). Изучая изотопный состав свинца в горных породах и рудах , можно устанавливать генетические соотношения, решать разнообразные вопросы геохимии , геологии , тектоники отдельных регионов и Земли в целом и т.д. Изотопные исследования свинца применяются и в поисково-разведочных работах. Широкое развитие получили также методы U-Th-Pb геохронологии , основанные на изучении количественных соотношений между материнскими и дочерними изотопами в горных породах и минералах. В биосфере свинец рассеян, его очень мало в живом веществе (5.10 -5 %) и в морской воде (3.10 -9 %). В промышленно развитых странах концентрация свинца в воздухе, особенно вблизи автомобильных дорог с интенсивным движением, резко возрастает, достигая в отдельных случаях опасных содержаний для здоровья людей.

Получение и применение

Металлический свинец получают окислительным обжигом сульфидных руд с последующим восстановлением PbO до чернового металла и рафинированием последнего. В черновом свинца содержится до 98% Pb, в рафинированном — 99,8-99,9%. Дальнейшая очистка свинца до значений, превышающих 99,99%, проводится с помощью электролиза. Для получения особо чистого металла применяют методы амальгамации , зонной перекристаллизации и др.

Свинец широко применяется в производстве свинцовых аккумуляторов, для изготовления аппаратуры, устойчивой в агрессивных средах и газах. Из свинца изготавливают оболочки электрических кабелей и различные сплавы. Широкое применение нашёл свинец при изготовлении средств защиты от ионизирующих излучений. Оксид свинца добавляют в шихту при производстве хрусталя. Соли свинца используются при производстве красителей, азид свинца — как инициирующее взрывчатое вещество , а тетраэтилсвинец Pb(С 2 Н 5) 4 — как антидетонатор горючего для двигателей внутреннего сгорания.

Свойства свинца

Существует не только свекольный или тростниковый , но и свинцовый. Так называют одно из соединений металла.

Ацетат выглядит как сладкая добавка к пище, — мелкие белого цвета или порошок, хорошо растворимый в воде.

Однако, свинцовый сахар не сладкий, да и есть его, не рекомендуется. Вещество содержит яд, коим являются как раз ионы металла.

Применяют ацетат только в ветеринарии исключительно наружно, поскольку обладает вяжущими свойствами.

Ядовитость некоторых соединений свинца, как это ни странно, используется во благо человека, но не насекомых.

Вещество под названием арсенат, содержащее металл, — отрава для вредителей полей, таких как долгоносик хлопковый и непарный шелкопряд.

Есть целый спектр и безобидных сочетаний свинца с другими элементами.

В сочетании с металл обладает сушащими свойствами, веществом обрабатывают картины, чтобы краска быстрее запустевала.

— Хромат свинца солнечного цвета. Его применяют для окрашивания тканей, .

— Без сульфата металла не обходятся аккумуляторы.

— Тетраэтилсвинец служит добавкой к машинному топливу, улучшает качественные параметры .

— Без сульфида металла не возможен обжиг посуды и изделий из .

— Хлорид свинца замедляет рост опухолей, поэтому используется медиками в качестве мази.

Это, применение химических соединений свинца . В чистом же виде элемент пригождается в промышленности.

Применение свинца

Металл не благородный, зато, помогает получить драгоценные и в их чистом виде. Процесс называется купелирование.

В процессе плавления смеси и свинца под воздействием окисления, отделяется драгоценный металл без каких-либо примесей.

Добавляют свинец и в смеси, которые употребляют в качестве припоев.

Их применяют для спаивания между собой деталей . Сам по себе свинец не отличается эстетической красотой.

Не соприкасаясь с воздухом, он блестящий, бело-голубой. Но, стоит металлу прореагировать с кислородом в атмосфере, как он теряет лоск, покрывается непрозрачной, мутной пленкой. Так что, с эстетической точки зрения свинец не представляет ценности.

Зато, элемент под порядковым номером 82 в – герой многих литературных трудов. Писатели любят эпитет «свинцовый».

Обычно, он означает неимоверную тяжесть чего-либо. К примеру, фраза «свинцовые ноги » трактуется, как конечности, которыми невозможно передвигать из-за ощущения в них тяжести.

Металл №82, действительно, не легок, но далеко не самый тяжелый из известных веществ. К примеру, в кусочек свинца плавает на поверхности.

Так что, более точно другое литературное применение образа элемента. Понятие «свинцовый» употребляют по отношению к цвету.

Часто говорят «свинцовый цвет лица». Это значит что покровы нездоровой серо-синей окраски, такой, какую металл приобретает при соприкосновении с воздухом.

В переводе некоторых текстов можно встретить фразу «оловянные аккумуляторы».

Это издержки перевода текстов на литовском, латышском, болгарском языках не совсем компетентными людьми.

Дело в том, что слова свинец во многих странах просто нет. Этот элемент называют оловом.

Еще древние люди путали два похожих друг на друга металла. Правда, олово тысячелетия назад не удостоилось чести представлять какую-нибудь планету.

Другие металлы, известные с незапамятных времен, древние люди разделили по небесным телам. Не секрет, что символизировало Марс. Свинец же стал обозначать Сатурн.

82-ым элементом буквально напичкана земля и, это касается не только природных запасов металла, но и коммуникационных систем.

Свойства свинца спасают от коррозии линии электропередач, телеграфные провода. Их часто приходится прокладывать не по воздуху, а под водоемами или, просто, под землей.

Не обходятся без бело-голубого металла и водопроводные системы. В них элемент свинец – материал для запорных устройств. Они препятствуют незапланированному доступу, в коллекторы, к примеру.

Количество свинца во внешней среде влияет на уровень преступности. К такому выводу пришли ученые США.

Они обследовали все штаты страны, соотнесли цифры и выявили закономерность.

Там, где концентрация металл максимальна, совершается в 4 раза больше правонарушений, чем в областях с меньшими показателями элемента №82.

Ученые мужи даже нашли объяснение статистическим данным. Они предположили, что металл свинец способствует нарушению нейронных связей в мозге, разрушает некоторые химические соединения, необходимые для нормальной работы органа.

Возможно, это способствует перепрограммированию человека на более нестандартное и агрессивное поведение.

Кстати, свинец в истории человечества часто был связан именно с агрессией. Металл применяли в пытках.

Лили в расплавленном виде на кожные покровы, рот. В индии сплав заливали в уши представителям низшей касты, если те подслушали разговоры своих высших собратьев.

А в Венеции для опасных преступников делали свинцовые потолки камер на верхнем этаже тюрьмы.

В жару они раскалялись, — узники изнывали от температур и духоты. В прохладную погоду, напротив, в помещениях было очень холодно.

Но, к счастью, сейчас металл №82 используют, в основном, в благих целях. Основной добытчик свинца – КНР.

В Поднебесной добывают около 2-х миллионов тонн элемента в год. Для сравнения, все запасы России равны лишь 17-ти миллионам тонн. Большинство из них скрыты в недрах Приморского, Алтайского, Красноярского краев.

Свинец - во многом идеальный металл, ведь он обладает массой важных для промышленности достоинств. Наиболее очевидное из них - сравнительная легкость его получения из руд, которая объясняется низкой температурой плавления (всего 327°С). При обработке важнейшей свинцовой руды - галенита, - металл легко отделяется от серы. Для этого галенит достаточно в смеси с углем обжечь на воздухе..

Из-за высокой пластичности свинец легко куется, прокатывается в листы и проволоку, что позволяет применять его в машиностроительной промышленности для изготовления различных сплавов с другими металлами. Широкой известностью пользуются так называемые баббиты (подшипниковые сплавы свинца с оловом, цинком и некоторыми другими металлами), типографские сплавы свинца с сурьмой и оловом, сплавы свинца с оловом для пайки различных металлов.

Металлический свинец - очень хорошая защита от всех видов радиоактивного излучения и рентгеновских лучей. Он введен в резину фартука и защитных рукавиц врача-рентгенолога, задерживая рентгеновские лучи и предохраняя организм от их губительного действия. Защищает от радиоактивного излучения и стекло, содержащее окислы свинца. Подобное свинцовое стекло позволяет управлять обработкой радиоактивных материалов с помощью "механической руки" - манипулятора.

При воздействии воздуха, воды и различных кислот свинец проявляет большую устойчивость. Это свойство позволяет широко использовать его в электротехнической промышленности, особенно для изготовления аккумуляторов и кабельных рубок. Последние находят широкое применение в авиа- и радиопромышленности. Устойчивость свинца позволяет использовать его и для предохранения от порчи медных проводов телеграфных и телефонных линий. Тонкими свинцовыми листами покрывают железные и медные детали, подвергающиеся химическому воздействию (ванны для электролиза меди, цинка и других металлов).

Особенно много свинца потребляет кабельная промышленность, где им предохраняют от коррозии телеграфные и электрические провода при подземной или подводной прокладке. Много свинца идет и на изготовление легкоплавких сплавов (с висмутом, оловом и кадмием) для электрических предохранителей, а также для точной пригонки контактирующих деталей. Но главное, видимо, – это использование свинца в химических источниках тока.

Свинцовый аккумулятор с момента своего создания претерпел много конструктивных изменений, но основа его осталась той же: две свинцовые пластины, погруженные в сернокислый электролит. На пластины нанесена паста из окиси свинца. При зарядке аккумулятора на одной из пластин выделяется водород, восстанавливающий окись до металлического свинца, на другой – кислород, переводящий окись в перекись. Вся конструкция превращается в гальванический элемент с электродами из свинца и перекиси свинца. В процессе разрядки перекись раскисляется, а металлический свинец превращается в окись. Эти реакции сопровождаются возникновением электрического тока, который будет течь по цепи до тех пор, пока электроды не станут одинаковыми – покрытыми окисью свинца.

Производство щелочных аккумуляторов достигло в наше время гигантских размеров, но оно не вытеснило аккумуляторы свинцовые. Последние уступают щелочным в прочности, они тяжелее, но зато дают ток большего напряжения. Так, для питания автостартера нужно пять кадмиево-никелевых аккумуляторов или три свинцовых.

Аккумуляторная промышленность – один из самых емких потребителей свинца.

Можно, пожалуй, сказать и то, что свинец находился у истоков современной электронно-вычислительной техники.

Свинец был одним из первых металлов, переведенных в состояние сверхпроводимости. Кстати, температура, ниже которой этот металл приобретает способность пропускать электрический ток без малейшего сопротивления, довольно высока – 7,17°K. (Для сравнения укажем, что у олова она равна 3,72, у цинка – 0,82, у титана – всего 0,4°K). Из свинца была сделана обмотка первого сверхпроводящего трансформатора, построенного в 1961 г.

На сверхпроводимости свинца основан один из самых эффектных физических «фокусов», впервые продемонстрированный в 30-х годах советским физиком В.К. Аркадьевым.

По преданию, гроб с телом Магомета висел в пространстве без опор. Из трезвомыслящих людей никто, конечно, этому не верит. Однако в опытах Аркадьева происходило нечто подобное: небольшой магнитик висел без какой-либо опоры над свинцовой пластинкой, находившейся в среде жидкого гелия, т.е. при температуре 4,2°K, намного меньшей, чем критическая для свинца.

Известно, что при изменении магнитного поля в любом проводнике возникают вихревые токи (токи Фуко). В обычных условиях они быстро гасятся сопротивлением. Но, если сопротивления нет (сверхпроводимость!), эти токи не затухают и, естественно, сохраняется созданное ими магнитное поле. Магнитик над свинцовой пластинкой имел, разумеется, свое поле и, падая на нее, возбуждал магнитное поле от самой пластинки, направленное навстречу полю магнита, и оно отталкивало магнит. Значит, задача сводилась к тому, чтобы подобрать магнитик такой массы, чтобы его могла удержать на почтительном расстоянии эта сила отталкивания.

В наше время сверхпроводимость – огромнейшая область научных исследований и практического приложения. Говорить о том, что она связана только со свинцом, конечно нельзя. Но значение свинца в этой области не исчерпывается приведенными примерами.

Один из лучших проводников электричества – медь – никак не удается перевести в сверхпроводящее состояние. Почему это так, у ученых еще нет единого мнения. В экспериментах по сверхпроводимости меди отведена роль электроизолятора. Но сплав меди со свинцом используют в сверхпроводниковой технике. В температурном интервале 0,1...5°K этот сплав проявляет линейную зависимость сопротивления от температуры. Поэтому его используют в приборах для измерения исключительно низких температур.

И эта тема складывается из нескольких аспектов. Первый – это антифрикционные сплавы на основе свинца. Наряду с общеизвестными баббитами и свинцовыми бронзами, антифрикционным сплавом часто служит свинцово-кальциевая лигатура (3...4% кальция). То же назначение имеют и некоторые припои, отличающиеся низким содержанием олова и, в отдельных случаях, добавкой сурьмы. Все более важную роль начинают играть сплавы свинца с таллием. Присутствие последнего повышает теплостойкость подшипников, уменьшает коррозию свинца органическими кислотами, образующимися при физико-химическом разрушении смазочных масел.

Второй аспект – борьба с детонацией в двигателях. Процесс детонации сродни процессу горения, но скорость его слишком велика... В двигателях внутреннего сгорания он возникает из-за распада молекул еще не сгоревших углеводородов под влиянием растущих давления и температуры. Распадаясь, эти молекулы присоединяют кислород и образуют перекиси, устойчивые лишь в очень узком интервале температур. Они-то и вызывают детонацию, и топливо воспламеняется раньше, чем достигнуто необходимое сжатие смеси в цилиндре. В результате мотор начинает «барахлить», перегреваться, появляется черный выхлоп (признак неполного сгорания), ускоряется выгорание поршней, сильнее изнашивается шатунно-кривошипный механизм, теряется мощность...

Самый распространенный антидетонатор – тетраэтилсвинец (ТЭС) Pb(С 2 Н 5) 4 – бесцветная ядовитая жидкость. Действие ее (и других металлоорганических антидетонаторов) объясняется тем, что при температуре выше 200°C происходит распад молекул вещества-антидетонатора. Образуются активные свободные радикалы, которые, реагируя прежде всего с перекисями, уменьшают их концентрацию. Роль металла, образующегося при полном распаде тетраэтилсвинца, сводится к дезактивации активных частиц – продуктов взрывного распада тех же перекисей.

Добавка тетраэтилсвинца к топливу никогда не превышает 1%, но не только из-за токсичности этого вещества. Избыток свободных радикалов может инициировать образование перекисей.

Важная роль в изучении процессов детонации моторных топлив и механизма действия антидетонаторов принадлежит ученым Института химической физики АН СССР во главе с академиком Н.Н. Семеновым и профессором А.С. Соколиком.

Свинец – тяжелый металл, его плотность 11,34. Именно это обстоятельство послужило причиной массового использования свинца в огнестрельном оружии. Между прочим, свинцовыми метательными снарядами пользовались еще в древности: пращники армии Ганнибала метали в римлян свинцовые шары. И сейчас пули отливают из свинца, лишь оболочку их делают из других, более твердых металлов.

Любая добавка к свинцу увеличивает его твердость, но количественно влияние добавок неравноценно. В свинец, идущий на изготовление шрапнели, добавляют до 12% сурьмы, а в свинец ружейной дроби – не более 1% мышьяка.

Без инициирующих взрывчатых веществ ни одно скорострельное оружие действовать не будет. Среди веществ этого класса преобладают соли тяжелых металлов. Используют, в частности, азид свинца PbN 6 .

Ко всем взрывчатым веществам предъявляют очень жесткие требования с точки зрения безопасности обращения с ними, мощности, химической и физической стойкости, чувствительности. Из всех известных инициирующих взрывчатых веществ по всем этим характеристикам «проходят» лишь «гремучая ртуть», азид и тринитрорезорцинат свинца (ТНРС).

В Аламогордо – место первого атомного взрыва – Энрико Ферми выехал в танке, оборудованном свинцовой защитой. Чтобы понять, почему от гамма-излучения защищаются именно свинцом, нам необходимо обратиться к сущности поглощения коротковолнового излучения.

Гамма-лучи, сопровождающие радиоактивный распад, идут из ядра, энергия которого почти в миллион раз превышает ту, что «собрана» во внешней оболочке атома. Естественно, что гамма-лучи неизмеримо энергичнее лучей световых. Встречаясь с веществом, фотон или квант любого излучения теряет свою энергию, этим-то и выражается его поглощение. Но энергия лучей различна. Чем короче их волна, тем они энергичнее, или, как принято выражаться, жестче. Чем плотнее среда, через которую проходят лучи, тем сильнее она их задерживает. Свинец плотен. Ударяясь о поверхность металла, гамма-кванты выбивают из нее электроны, на что расходуют свою энергию. Чем больше атомный номер элемента, тем труднее выбить электрон с его внешней орбиты из-за большей силы притяжения ядром.

Возможен и другой случай, когда гамма-квант сталкивается с электроном, сообщает ему часть своей энергии и продолжает свое движение. Но после встречи он стал менее энергичным, более «мягким», и в дальнейшем слою тяжелого элемента поглотить такой квант легче. Это явление носит название комптон-эффекта по имени открывшего его американского ученого.

Чем жестче лучи, тем больше их проникающая способность – аксиома, не требующая доказательств. Однако ученых, положившихся на эту аксиому, ожидал весьма любопытный сюрприз. Вдруг выяснилось, что гамма-лучи энергией более 1 млн эВ задерживаются свинцом не слабее, а сильнее менее жестких! Факт, казалось, противоречащий очевидности. После проведения тончайших экспериментов выяснилось, что гамма-квант энергией более 1,02 МэВ в непосредственной близости от ядра «исчезает», превращаясь в пару электрон – позитрон, и каждая из частиц уносит с собой половину затраченной на их образование энергии. Позитрон недолговечен и, столкнувшись с электроном, превращается в гамма-квант, но уже меньшей энергии. Образование электронно-позитронных пар наблюдается только у гамма-квантов высокой энергии и только вблизи от «массивного» ядра, то есть в элементе с бóльшим атомным номером.

Свинец – один из последних стабильных элементов таблицы Менделеева. И из тяжелых элементов – самый доступный, с отработанной веками технологией добычи, с разведанными рудами. И очень пластичный. И очень удобный в обработке. Вот почему свинцовая защита от излучения – самая распространенная. Пятнадцати-двадцати-сантиметрового слоя свинца достаточно, чтобы предохранить людей от действия излучения любого известного науке вида.

Коротко упомянем еще об одной стороне служения свинца науке. Она тоже связана с радиоактивностью.

В часах, которыми мы пользуемся, нет свинцовых деталей. Но в тех случаях, когда время измеряют не часами и минутами, а миллионами лет, без свинца не обойтись. Радиоактивные превращения урана и тория завершаются образованием стабильных изотопов элемента №82. При этом, правда, получается разный свинец. Распад изотопов 235 U и 238 U приводит в конечном итоге к изотопам 207 Pb и 206 Pb. Наиболее распространенный изотоп тория 232 Th заканчивает свои превращения изотопом 208 Pb. Установив соотношение изотопов свинца в составе геологических пород, можно узнать, сколько времени существует тот или иной минерал. При наличии особо точных приборов (масс-спектрометров) возраст породы устанавливают по трем независимым определениям – по соотношениям 206 Pb: 238 U; 207 Pb: 235 U и 208 Pb: 232 Th.

Начнем с того, что эти строчки отпечатаны литерами, изготовленными из свинцового сплава. Главные компоненты типографских сплавов – свинец, олово и сурьма. Интересно, что свинец и олово стали использовать в книгопечатании с первых его шагов. Но тогда они не составляли единого сплава. Немецкий первопечатник Иоганн Гуттенберг литеры из олова отливал в свинцовые формы, так как считал удобным чеканить из мягкого свинца формы, которые выдерживали определенное количество заливок олова. Нынешние оловянно-свинцовые типографские сплавы составляют так, чтобы они удовлетворяли многим требованиям: они должны иметь хорошие литьевые свойства и незначительную усадку, быть достаточно твердыми и химически стойкими по отношению к краскам и смывающим их растворам; при переплавке должно сохраняться постоянство состава.

Однако служение свинца человеческой культуре началось задолго до появления первых книг. Живопись появилась раньше письменности. На протяжении многих столетий художники использовали краски на свинцовой основе, и они до сих пор не вышли из употребления: желтая – свинцовый крон, красная – сурик и, конечно, свинцовые белила. Между прочим, именно из-за свинцовых белил кажутся темными картины старых мастеров. Под действием микропримесей сероводорода в воздухе свинцовые белила превращаются в темный сернистый свинец PbS...

С давних пор стенки гончарных изделий покрывали глазурями. Простейшая глазурь делается из окиси свинца и кварцевого песка. Ныне санитарный надзор запрещает использовать эту глазурь при изготовлении предметов домашнего обихода: контакт пищевых продуктов с солями свинца должен быть исключен. Но в составе майоликовых глазурей, предназначенных для декоративных целей, сравнительно легкоплавкие соединения свинца используют, как и прежде.

Наконец, свинец входит в состав хрусталя, точнее, не свинец, а его окись. Свинцовое стекло варится без каких-либо осложнений, оно легко выдувается и гранится, сравнительно просто нанести на него узоры и обычную нарезку, винтовую, в частности. Такое стекло хорошо преломляет световые лучи и потому находит применение в оптических приборах.

Добавляя в шихту свинец и поташ (вместо извести), приготовляют страз – стекло с блеском, большим, чем у драгоценных камней.

Попадая в организм, свинец, как и большинство тяжелых металлов, вызывает отравления. И тем не менее свинец нужен медицине. Со времен древних греков остались во врачебной практике свинцовые примочки и пластыри, но этим не ограничивается медицинская служба свинца.

Желчь нужна не только сатирикам. Содержащиеся в ней органические кислоты, прежде всего гликохолевая C 23 H 36 (OH) 3 CONHCH 2 COOH, а также таурохолевая C 23 H 36 (OH) 3 CONHCH 2 CH 2 SO 3 H, стимулируют деятельность печени. А поскольку не всегда и не у всех печень работает с точностью хорошо отлаженного механизма, эти кислоты нужны медицине. Выделяют их и разделяют с помощью уксуснокислого свинца. Свинцовая соль гликохолевой кислоты выпадает при этом в осадок, а таурохолевой – остается в маточном растворе. Отфильтровав осадок, из маточного раствора выделяют и второй препарат, действуя опять же свинцовым соединением – основной уксусной солью.

Но главная работа свинца в медицине связана с диагностикой и рентгенотерапией. Он защищает врачей от постоянного рентгеновского облучения. Для практически полного поглощения лучей Рентгена достаточно на их пути поставить слой свинца в 2...3 мм. Вот почему медицинский персонал рентгеновских кабинетов облачен в фартуки, рукавицы и шлемы из резины, в состав которой введен свинец. И изображение на экране наблюдают через свинцовое стекло.

Таковы главные аспекты взаимоотношений человечества со свинцом – элементом, известным с глубокой древности, но и сегодня служащим человеку во многих областях его деятельности.

Чудесные горшки благодаря свинцу

Производство металлов, прежде всего золота, в Древнем Египте считалось «священным искусством». Завоеватели Египта истязали его жрецов, выпытывая у них секреты выплавки золота, но те умирали, сохраняя тайну. Сущность процесса, который египтяне так оберегали, выяснили спустя много лет. Они обрабатывали золотую руду расплавленным свинцом, растворяющим благородные металлы, и таким образом извлекали золото из руд. Этот раствор затем подвергали окислительному обжигу, и свинец превращался в окись. Главной тайной этого процесса были горшки для обжига. Их делали из костяной золы. При плавке окись свинца впитывалась в стенки горшка, увлекая при этом случайные примеси. А на дне оставался чистый сплав.

Использование свинцового балласта

26 мая 1931 г. профессор Огюст Пиккар должен был подняться в небо на стратостате собственной конструкции – с герметичной кабиной. И поднялся. Но, разрабатывая детали предстоящего полета, Пиккар неожиданно столкнулся с препятствием совсем не технического порядка. В качестве балласта он решил взять на борт не песок, а свинцовую дробь, для которой требовалось гораздо меньше места в гондоле. Узнав об этом, чиновники, ведавшие полетом, категорически запретили замену: в правилах сказано «песок», ничто другое сбрасывать на головы людей недопустимо (за исключением лишь воды). Пиккар решил доказать безопасность своего балласта. Он вычислил силу трения свинцовой дроби о воздух и распорядился сбросить эту дробь ему на голову с самой высокой постройки Брюсселя. Полная безопасность «свинцового дождя» была доказана наглядно. Однако администрация оставила опыт без внимания: «Закон есть закон, сказано песок, значит, песок, а не дробь». Препятствие казалось неодолимым, но ученый нашел выход: он объявил, что в гондоле стратостата в качестве балласта будет находиться «свинцовый песок». Заменой слова «дробь» на слово «песок» бюрократы были обезоружены и более не препятствовали Пиккару.

Свинец в лакокрасочной промышленности

Свинцовые белила умели изготовлять 3 тыс. лет назад. Основным поставщиком их в древнем мире был остров Родос в Средиземном море. Красок тогда не хватало, и стоили они чрезвычайно дорого. Прославленный греческий художник Никий однажды с нетерпением ожидал прибытия белил с Родоса. Драгоценный груз прибыл в афинский порт Пирей, но там неожиданно вспыхнул пожар. Пламя охватило корабли, на которых были привезены белила. Когда пожар погасили, расстроенный художник поднялся на палубу одного из пострадавших кораблей. Он надеялся, что не весь груз погиб, мог же уцелеть хотя бы один бочонок с нужной ему краской. Действительно, в трюме нашлись бочки с белилами: они не сгорели, но сильно обуглились. Когда бочки вскрыли, то удивлению художника не было границ: в них была не белая краска, а ярко-красная! Так пожар в порту подсказал путь изготовления замечательной краски – сурика.

Свинец и газы

При плавке того или иного металла приходится заботиться об удалении из расплава газов, так как иначе получается низкокачественный материал. Добиваются этого различными технологическими приемами. Выплавка же свинца в этом смысле никаких хлопот металлургам не доставляет: кислород, азот, сернистый газ» водород, окись углерода, углекислый газ, углеводороды не растворяются ни в жидком, ни в твердом свинце.

Свинец в строительстве

В древности при строительстве зданий или оборонительных сооружений камни нередко скрепляли расплавленным свинцом. В селении Старый Крым и сейчас сохранились руины так называемой свинцовой мечети, сооруженной в XIV столетии. Такое название здание получило оттого, что зазоры в каменной кладке залиты свинцом.

Ограничения в применении свинца

В настоящее время промышленность всего мира переживает очередной этап преобразований, связанных с ужесточением экологических стандартов - происходит всеобщий отказ от свинца. Германия существенно ограничила его использование с 2000 г., Голландия - с 2002 г., а такие европейские страны, как Дания, Австрия и Швейцария, вообще запретили использование свинца. Эта тенденция станет общей для всех стран ЕС в 2015 г. США и Россия также активно развивают технологии, которые помогут найти альтернативу применению свинца.

Его широкое применение в промышленности привело к тому, что свинцовое загрязнение можно обнаружить повсюду. Рассмотрим важнейшие составляющие биосферы, такие как воздух, вода и почва.

Начнем с атмосферы. С воздухом в организм человека поступает незначительное количество свинца - (всего 1-2%), но при этом большая часть свинца усваивается. Наибольшие выбросы свинца в атмосферу происходят в следующих отраслях производства:

• металлургическая промышленность;
• машиностроение (производство аккумуляторов);
• топливно-энергетический комплекс (производство этилированного бензина);
• химический комплекс (производство пигментов, смазок и др.);
• стекольные предприятия;
• консервное производство;
• деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная промышленность;
• предприятия оборонной промышленности.

Без сомнения, наиболее значимым источником загрязнения атмосферы свинцом является автомобильный транспорт, использующий этилированный бензин.

Доказано, что повышение содержания свинца в питьевой воде обуславливает, как правило, увеличение его концентрации в крови. Значительное повышение содержания этого металла в поверхностных водах связано с его высокой концентрацией в сточных водах рудообогатительных фабрик, некоторых металлургических заводов, шахт и т.д.

Из загрязненной почвы свинец поступает в сельскохозяйственные культуры, а вместе с пищей - и непосредственно в организм человека. Отмечено активное накопление данного металла в капусте и корнеплодах, причем именно в тех, которые повсеместно употребляются в пищу (например, в картофеле). Некоторые виды почв прочно связывают свинец, что предохраняет от загрязнения грунтовые и питьевые воды, растительную продукцию. Но тогда сама почва постепенно становится все более зараженной и в какой-то момент может произойти разрушение органического вещества почвы с выбросом свинца в почвенный раствор. В итоге она окажется непригодной для сельскохозяйственного использования.

Таким образом, вследствие глобального загрязнения окружающей среды свинцом, он стал вездесущим компонентом любой растительной и животной пищи. В организм человека большая часть свинца поступает с продуктами питания - от 40 до 70% в разных странах. Растительные продукты в целом содержат больше свинца, чем животные.

Как уже было сказано, всему виною промышленные предприятия. Естественно, на самих производствах, имеющих дело со свинцом, экологическая обстановка хуже, чем где бы то ни было. По результатам официальной статистики, среди профессиональных интоксикаций свинцовая занимает первое место. В электротехнической промышленности, цветной металлургии и машиностроении интоксикация обусловлена превышением ПДК свинца в воздухе рабочей зоны в 20 и более раз. Свинец вызывает обширные патологические изменения в нервной системе, нарушает деятельность сердечно-сосудистой и репродуктивной систем.

Восемьдесят второй элемент таблицы Менделеева людям знаком давно. Скифские шаманы в обязательном порядке нашивали на ритуальную одежду свинцовые пластинки и бусины, «чтобы не улететь безвозвратно в мир духов». В египетских захоронениях обнаружены фигурки из свинца, датируемые VI веком до нашей эры. Но особым почтением к свинцу отличались древние римляне – там из него делали водопроводы, крыши, посуду для вина, и много еще чего. Их опыт попытались перенять строители Московского кремля, но, увы (или может быть, к счастью, учитывая влияние свинца на человека) первый же пожар уничтожил их труды...

Подробный экскурс в историю займет не одну страницу, поэтому разумнее посвятить ему отдельную статью.

Применение и свойства

Звездный час свинца настал с изобретением огнестрельного оружия. Но этот металл годится не только на пули и дробь. Без него встал бы абсолютно весь транспорт, ведь он – элемент автомобильных аккумуляторов, которые так и называются: свинцово-кислотные. Бокалы за праздничным столом звенели бы не так благозвучно – свинец входит в состав хрусталя (хотя впервые он попал туда по ошибке одного чешского стеклодува). Рентгеновские кабинеты прекратили бы прием пациентов – от радиации ничто не защищает, кроме свинцовых фартуков. А чем бы мы паяли? И еще много, много всего не удалось бы сделать, если бы в арсенале человечества не было тяжелого серого металла. Да, кстати, про арсеналы: нитрат свинца используется для производства мощной взрывчатки, а в качестве детонатора наиболее распространен азид свинца.

«Серебристо-белый металл с голубоватым отливом, блестящий на срезе»… Так говорит про свинец Википедия. Многих это описание приведет в недоумение, ведь цвет свинца всем известен – он серо-черный, как низкие грозовые тучи. А все потому, что на воздухе происходит стремительное окисление свинца, а пленка окислов придает поверхности металла темный оттенок.

В детстве многие самостоятельно изготавливали свинцовые грузила для рыбалки. Нужно насыпать в консервную банку «потроха» от старых аккумуляторов и совсем недолго нагреть плошку на костре. Температура плавления свинца всего 328 градусов по Цельсию. Затем вылить расплавленный металл на плоский камень… готово, можно резать. Для этого не нужны особые усилия – подойдет обычный нож и даже старые ножницы. Plumbum – мягкий металл, его пластинки можно без усилий свернуть в трубочку.

Фото: Свинец очень удобно использовать в качестве рыболовных грузил -
он не подвержен коррозии, легко принимает нужную форму.

Что тяжелее свинца? Из тех веществ, которые можно встретить в быту, прямо скажем, немногие. Золото – оно тяжелее свинца почти в два раза. И ртуть. Если кусок свинца положить в емкость с ртутью, он будет плавать на поверхности.

Расплавленный свинец напоминает ртуть – он блестящий, подвижный, и в нем, как в зеркале, отражаются окружающие предметы. Но, остывая, свинец тут же окисляется и покрывается мутной пленкой, темнеющей на глазах. Если вылить каплю расплавленного свинца в воду, то получатся всякие замысловатые фигурки, не хуже иных творений модных скульпторов. Но не рекомендуем увлекаться подобным творчеством – свинец ядовит, хотя влияние его на человека проявляется далеко не сразу. Особенно коварны его пары. Тот, кто работает со свинцом, должен регулярно проходить медицинские осмотры.

Ученые из США на протяжении многих лет собирали статистику, которая подтвердила, что в тех районах, где ведется добыча и переработка свинца, уровень преступности в 4 раза превышает аналогичные показатели в среднем по стране.

От автора: российским ученым стоит провести встречный эксперимент и поразить коллег из США сенсационными данными: в районах, где ведется добыча свинца открытым способом, похмелье переносится в 4 раза легче, чем в среднем по стране…

Месторождения свинца

Свинец в природе в чистом виде не встречается. Он всегда смешан с каким-либо металлом, чаще всего с оловом и сурьмой. Обязательно содержится в урановых и ториевых рудах, потому что свинец – не что иное, как последняя стадия распада урана. Вернее, в природе существует пять стабильных изотопов свинца, из которых три – продукты распада U и Th. Эти три изотопа занимают 98,5% от всего количества Pb, содержащегося в земной коре. В процессе ядерной реакции возникают и тут же распадаются многочисленные радиоактивные изотопы свинца.

Основным сырьем для получения свинца служит галенит, он же - свинцовый блеск, химическая формула - PbS. Его кристаллы тяжелые, блестящие и хрупкие.

Фото: Галенит или свинцовый блеск, PbS

Минералы, содержащие свинец и цинк (а также серебро, медь, железо, кадмий и ряд других металлов) образуют общее рудное тело. Комплексные полиметаллические руды имеют в составе такие ценные элементы, как золото, галлий, индий и многие другие. В настоящее время наиболее экономически выгодно извлекать из них свинец и цинк, реже – серебро. Остальное складируют под открытым небом в так называемые хвостохранилища. Это не отходы, а резервы сырья. В перспективе возможна их повторная отработка.

Состав руд Горевского месторождения уникален в своем роде:

(Продолжение следует...)

Физические свойства. Свинец - тяжелый цветной металл синевато-серого цвета, свежий излом его имеет сильный металлический блеск. Подобно большинству металлов, свинец кристаллизуется в правильной системе, давая кубы и октаэдры несовершенной формы.
Чистый свинец очень мягок и легко чертится ногтем. Его твердость зависит от способа охлаждения и присутствия примесей. Медленно охлажденный свинец более мягок, чем быстро охлажденный.
Примеси очень сильно изменяют механические и физико-химические свойства свинца. Некоторые присадки значительно улучшают механические свойства (прочность, твердость, сопротивление ползучести) при сохранении высокой стойкости против коррозии.
Свинец - очень пластичный металл, легко поддается ковке и прокатке в тончайшую фольгу. Благодаря исключительной мягкости и ковкости он легко выдавливается в сплошные и пустотелые цилиндры при температуре ниже его точки плавления. Ho вместе с тем свинец обладает настолько малой тягучестью, что вытянуть из него тонкую проволоку почти невозможно, вследствие чего проволоку выдавливают и прессуют так же, как изготовляют свинцовые трубы.
Свинец хорошо поддается обработке, обладает хорошими литейными свойствами, но низкая механическая прочность и относительно высокая ползучесть ограничивают его применение как конструкционного материала.
Свинец легко сплавляется с некоторыми металлами, давая простые и сложные сплавы. Основные свинцовые сплавы - подшипниковые (баббиты), деформируемые (для кабельных оболочек), типографские сплавы и припои. Свинцовые баббиты содержат, кроме основной составляющей - свинца, натрий, кальций и другие элементы. Оловянные баббиты, кроме свинца и олова, содержат медь, сурьму, кадмий, никель, теллур и др.
Свинцовые натриекальциевые баббиты обладают хорошими механическими антифрикционными свойствами, что позволяет применять их для заливки подшипников.
В состав деформируемых свинцовых сплавов в качестве добавок входят олово, медь, теллур и сурьма.
Типографские сплавы на свинцовой основе содержат сурьму, олово и медь.
Для характеристики физических свойств свинца приведем некоторые цифровые данные, заимствованные из литературы.
Температура плавления свинца 327° С; температура кипения 1750° С. Давление насыщенного пара свинца в зависимости от температуры следующее:

Объемная масса твердого свинца колеблется в пределах 11,273-11,48 г/см3.
Объемная масса жидкого свинца меняется в зависимости от температуры:

Теплота плавления свинца при 327°С 5100 дж/моль*°К. Изменение теплоты плавления в зависимости от температуры выражается следующей зависимостью:

Зависимость теплоты испарения свинца от температуры следующая:

Средняя удельная теплоемкость свинца:
- твердого:

- жидкого:

Поверхностное натяжение в зависимости от температуры:

Вязкость свинца в зависимости от температуры:

Твердость свинца по Бринелю 3,8-4,2 кг/мм2.
Давление истечения свинца высокой чистоты 6,6 кг/мм2. Тепловой поток для твердого и жидкого свинца при разных температурах:

Из приведенных цифр видно, что свинец - легкоплавкий металл, но уже при низких температурах обладает заметной летучестью, которая возрастает с температурой.
От летучести свинца и его соединений возрастают потери при металлургическом производстве, что вынуждает принимать ряд мер по улавливанию свинцовых паров. Некоторые примеси, как например мышьяк и сурьма, повышают летучесть свинца.
Свинец - очень жидкотекучий металл, его вязкость лишь в 2 раза больше, чем воды. Свинец плохой проводник электрического тока, по отношению к серебру его проводимость составляет меньше 0,1.
Химические свойства . Свинец - химический элемент IV группы периодической системы Д.И. Менделеева. Порядковый номер его 82. Атомный вес 207,21. Валентность 2 и 4. В совершенно сухом воздухе свинец химически не изменяется. Во влажном и содержащем углекислый газ воздухе свинец тускнеет, покрываясь пленкой закиси Рb2О, которая медленно превращается в основной карбонат ЗРbСО3*Рb(OН)2. Расплавленный свинец в присутствии воздуха медленно окисляется до закиси, которая при повышении температуры превращается в окись PbO (глет).
При продолжительном нагревании расплавленного свинца в атмосфере воздуха в интервале от 330 до 450° С образующийся глет превращается в трехокись свинца Рb2О3; в интервале от 450 до 470° С образуется сурик Рb3O4. Как Рb2О3, так и Рb3O4 при повышении температуры разлагаются.
Диссоциация Рb3O4 протекает по реакции

Зависимость между давлением р диссоциации Рb3O4 и температурой выражается следующими цифрами:

Все окислы свинца, кроме окиси PbO, при повышенных температурах нестойки и диссоциируют на PbO и О2.
Углекислый газ оказывает на свинец незначительное окисляющее действие.
Чистая вода реагирует со свинцом лишь в присутствии кислорода и при продолжительном воздействии образует рыхлый гидрат окиси свинца.
Соляная и серная кислоты действуют только на поверхность свинца, так как образующийся хлористый (РbСl2) и сернокислый (PbSO4) свинец почти нерастворимы и предохраняют лежащий под ними слой металла от дальнейшего действия кислот. Концентрированная серная кислота растворяет свинец лишь при температуре выше 200° С. Кроме того, свинец химически стоек по отношению к следующим веществам; смесям серной и азотной кислот, нитрозам, щелочам, аммиаку и аммиачным солям, хлору и хлорсодержащим растворам, плавиковой кислоте и ее солям, большинству органических кислот, цианистому калию, фосфорному ангидриду, расплавленной буре и маслам.
Лучший растворитель свинца - азотная кислота.
Применение свинца. Свинец обладает рядом ценнейших свойств, обеспечивающих применение его в самых различных областях промышленности.
Очень большой потребитель свинца - аккумуляторная промышленность. Из свинца изготовляют пластины аккумуляторов, решетки которых делают из свинцово-сурьмяного сплава и заполняют смесью свинца и глета. Потребность в свинцовых аккумуляторах непрерывно возрастает в связи с ростом выпуска автомобилей и тракторов.
В электротехнической промышленности свинец используют в производстве кабелей для покрытия их коррозионностойкой оболочкой.
Свинец применяют для изготовления химических соединений (белила, сурик, глет, нитрид) и для химического аппарато- и машиностроения. В больших количествах расходуют свинец в производстве серной кислоты, белильных солей, искусственного шелка, целлюлозы и др. Широко используют свинец при производстве связанного азота, квасцов, в жировой и мыловаренной промышленности.
В металлургическом производстве свинец используют на многих гидрометаллургических установках, при электролитическом рафинировании и для аппаратов пылеулавливания.
Широко применяют сплавы свинца с другими металлами, входящими в большую группу бронз, латуней, баббитов и припоев. Эти сплавы используют для подшипников в машиностроении и в электротехнике. Большое значение имеет типографский сплав.
Свинец лучше других материалов способен поглощать гамма-лучи, благодаря чему применяется при использовании атомной энергии.
Свинец применяют также в современной военной технике.
Применение тетраэтила свинца как добавки к бензину для уменьшения его взрывоопасности (антидетонация) и для улучшения его качества - также крупные статьи расхода свинца.
В современной технике имеется тенденция заменять свинец другими материалами. Для покрытия кабелей вместо свинца в возрастающих количествах применяются алюминиевые и пластикатные полиэтиленовые оболочки.
Свинцовые пигментные продукты успешно заменяют пигментами на основе титана.
Свинец, расходуемый на антикоррозионные покрытия, в ряде случаев может быть заменен синтетическими химическими материалами. Свинцовую фольгу успешно заменяют алюминиевой. Внедрение в полиграфической промышленности цинковых сплавов. вместо свинцовосурьмяных также должно сократить расход свинца.