Химический элемент Свинец

Несмотря на то, что свинец является мягким и ковким металлом, элемент периодической таблицы является одним из самых плотных распространенных материалов. Это серебристо-синий постпереходный металл, который становится тускло-серым при воздействии воздуха. В конструкции, батареях, пулях и этилированном бензине используется свинец. Свинец является стабильным элементом с наибольшим атомным номером в периодической таблице: 82.

Десять интересных и забавных фактов о свинце

В карандашах никогда не использовался свинец. Первоначально это был инструмент из обернутого графита под названием plumbago, что означает “макет свинца”.
Символ свинца, Pb, происходит от его латинского названия, свинца. Это слово относится к большинству мягких металлов. Plumbum также является корнем английского слова "сантехника".
Древние китайцы использовали свинец в качестве опасного контрацептива. Люди, которые употребляли свинец в качестве контрацептива, часто умирали.
Многие привыкли думать, что Римская империя пала из-за отравления свинцом. Скорее всего, это неправда, но отравление свинцом по-прежнему оставалось серьезной проблемой для здоровья. Недавние исследования показывают, что в водопроводной воде Древнего Рима было примерно в 100 раз больше свинца, чем в сегодняшней родниковой воде.
Снег Венеры состоит из сульфида свинца и сульфида висмута.
В 1993 году в Пизанскую башню было добавлено более 500 тонн свинца для ее стабилизации. Это немного выпрямило башню.
Венецианский церуз был средством для отбеливания кожи, состоящим из свинцовых белил из Венеции, которые, вероятно, использовались Елизаветой I из Англии. Эта и другие токсичные косметические средства, возможно, привели к ее смерти.
Свинец является одним из наиболее распространенных материалов, используемых в радиационной защите. Его плотность делает его эффективным для защиты от рентгеновских и гамма-лучей.
Самые тяжелые атомы распадаются на свинец, в результате чего количество свинца во Вселенной постепенно увеличивается с течением времени. За последние 4,5 миллиарда лет количество свинца увеличилось на 0,75%. Этот процесс радиоактивного распада также производит радиоактивные частицы.
В настоящее время имеется более 2 миллиардов тонн свинца, и 88 миллионов тонн свинца могут быть извлечены из запасов.

Свинец в периодической таблице
Свинец, атомный символ Pb, имеет атомный номер 82. Он находится в группе 14 периодической таблицы, ниже олова и слева от висмута. Этот элемент является самым тяжелым из группы углерода и имеет четыре валентных электрона. Это делает его менее реактивным, потому что для потери или получения четырех электронов потребуется больше энергии.

Электроотрицательность свинца составляет 2,33 (по шкале Полинга). Электронная конфигурация свинца равна [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p2. Другие элементы в семействе углерода включают углерод, кремний, германий, олово и флеровий.

Отравление свинцом
Свинец - это нейротоксин, который может повредить нервную систему. При попадании в организм он поражает все органы и системы организма.

Как работает отравление свинцом?
Отравление свинцом повреждает нервную систему и нарушает работу ферментов, связываясь с сульфгидрильными группами и имитируя другие металлы, жизненно важные для реакций, такие как кальций, железо и цинк. Уровни кальция и железа могут влиять на воздействие свинца, обеспечивая защиту при высоком уровне и приводя к восприимчивости при низком.

Как отравление свинцом влияет на людей?
Когда свинец имитирует кальций, он может проникать через гематоэнцефалический барьер и воздействовать на мозг. Общие неврологические эффекты включают нарушение памяти и концентрации внимания, расстройства настроения, головные боли, бред, раздражительность и другие когнитивные нарушения. Другие распространенные симптомы включают высокое кровяное давление, мышечные боли и боли в животе. Отравление свинцом также может повлиять на беременность и вызвать выкидыш, мертворождение, преждевременные роды, снижение веса при рождении и задержки в развитии.
Как происходит отравление свинцом?
Свинец может попасть в организм при вдыхании, проглатывании и всасывании через кожу. Организм поглощает почти весь проглоченный свинец и поглощает 20-70% проглоченного свинца. Люди, работающие с добычей свинца, производством аккумуляторов и переработкой свинца. Сигаретный дым также содержит радиоактивный свинец-210.

Наиболее распространенной формой отравления свинцом является зараженная пища или вода. Посевы могут быть загрязнены почвой, в которой накапливается свинец из труб и остаточные выбросы. Свинцовые водопроводные трубы могут растворяться при контакте с мягкой или кислой водой и вызывать проблемы со здоровьем. Жесткая вода создает защитный слой из карбоната и сульфата свинца, предотвращающий растворение свинца.

Дети поглощают больше свинца при воздействии. Краска на основе свинца является крупнейшим источником воздействия на детей. Краска портится и создает пыль, которая может попасть в корпус. Жевание старых подоконников, покрытых свинцовой краской, является прямым источником отравления свинцом. Некоторые пластиковые игрушки также подвергают детей воздействию свинца. Пластик, содержащий свинец, более гибкий и устойчивый к нагреванию.

Свинец в Римской империи
Римская империя в значительной степени полагалась на свинец. Они превращают его в листы, используемые для сантехники и других трубопроводов. Кухонные горшки и посуда, облицованные свинцом, предотвращали загрязнение пищи привкусом меди. Свинец использовался в качестве подсластителя для вина. Это привело к распространенному заболеванию, известному как “сатурниновая подагра”, ныне известному как форма отравления свинцом. Римляне добывали 80 000 тонн свинца в год, такого высокого уровня производства свинца не было до промышленной революции. Римляне действительно знали о токсичности свинца, но все равно продолжали полагаться на него.

Экологические проблемы
Свинец постепенно выводится из многих применений, включая припои и системы водоснабжения, из-за экологических проблем. Свинец может накапливаться в почве, где он может конкурировать с другими металлами, нарушая фотосинтез в растениях. Загрязненная почва также может привести к перемещению свинца по пищевой цепи и поражению других животных. Кроме того, рыба может поглощать свинец из загрязненной воды и осадков. Рыболовные грузила загрязняют морскую воду. Соединенные Штаты запретили свинцовые грузила на месяц в 2017 году, прежде чем полоса стала неэффективной. Спектрофотометрия, рентгенофлуоресценция и электрохимические методы могут определять уровни свинца в окружающей среде.

Применение свинца в современном мире
Для чего используется свинец?
Батареи и пули являются основными источниками свинца сегодня. Косметика, краски и другие материалы больше не содержат свинца из-за проблем с токсичностью. Весовые пояса для подводного плавания, органные трубы, защита от рентгеновского излучения и балласт в килях парусников содержат свинец. Кроме того, при обработке свечным фитилем, которая увеличивает время горения, используется свинец.

Пули
Свинец является основным металлом, используемым для пуль, и был с момента изобретения пули. Кроме того, он недорогой, требует минимального оборудования и лучше сохраняет скорость благодаря своей плотности. Свинец также имеет меньший отскок и отливается при низких температурах.

Конструкция
Свинец легко извлекать и с ним легко работать, поэтому он обычно используется для строительства. Акустические демпферы, проволочные оболочки, трубы, витражи, сантехника, скульптуры, кровля и водостоки содержат свинец. Свинцовая краска предотвращает коррозию железных и стальных конструкций, таких как мосты и железные дороги.

Аккумуляторы
Батареи содержат как элементарный свинец, так и соединения свинца. Это наиболее распространенное современное использование свинца. Свинец, диоксид свинца и серная кислота вступают в реакцию внутри батарей, создавая источник напряжения. Это менее токсично, поскольку нет прямого контакта свинца в батареях с людьми. Суперконденсаторы в Австралии, Японии и Соединенных Штатах используют свинец. Свинцовые батареи имеют меньшую плотность энергии, но намного дешевле литий-ионных батарей.

Где находится свинец?
Свинец редко встречается в металлической форме и часто встречается в минеральном галените в сочетании с цинковыми рудами. Он классифицируется как халькофил, потому что он часто встречается с серой. Свинец является 38-м по распространенности элементом в земной коре с содержанием в земной коре 14 частей на миллион. Китай производит почти 50% всего свинца. Австралия, Перу и Соединенные Штаты также добывают свинец.

Когда и как был обнаружен свинец?
Первый найденный пример выплавки свинца датируется 7000-6500 годами до н.э. в Малой Азии. Когда его впервые обнаружили, у него было мало применений. Древние египтяне были первыми, кто широко использовал свинец для таких целей, как косметика, рыболовные сети и керамика. Древние китайцы использовали свинец в качестве валюты. Производство свинца было самым большим во время промышленной революции.

Химия свинца - соединения, реакции, степени окисления, выделение
Химические свойства элемента свинца
При воздействии воздуха свинец вступает в реакцию с образованием слоя, состоящего в основном из карбоната свинца (II), что делает свинец химически инертным. При комнатной температуре фтор вступает в реакцию со свинцом, но хлору требуется тепло для протекания реакции. Свинец не вступает в реакцию с серной или фосфорной кислотой, но может подвергаться воздействию соляной и азотной кислот.

Соединения свинца
Элемент свинец часто образует ковалентные соединения, а не металлические сплавы. Вот несколько распространенных соединений свинца и их применение:

Оксид свинца (II, IV)
Называемое “красным свинцом”, это соединение имеет ярко-красный / оранжевый цвет, используемый для пигментов. Его молекулярная формула - Pb3O4. Он также используется в батарейках и грунтовочной краске. Это соединение смешанной валентности, в котором Pb (II) и Pb (IV) находятся в соотношении 2: 1.

Монооксид свинца
Это соединение (PbO) имеет бледно-желтый цвет. Это соединение свинца, которое чаще всего используется в стекле. Он также используется в керамике, чтобы сделать материал более инертным.

Диоксид свинца
Это темно-коричневое соединение (PbO2) нерастворимо в воде и ценно для электрохимии. В спичках и пиротехнике, а также в красителях используется диоксид свинца.

Сульфат свинца
Сульфат свинца (PbSO 4) представляет собой минимально растворимый белый порошок, используемый в электродах автомобильных аккумуляторов. Он образуется при разрядке аккумулятора и превращается в металлический свинец и серную кислоту на отрицательной клемме и диоксид свинца и серную кислоту на положительной клемме.

Ацетат свинца (II)
Это соединение (Pb (CH3COO)2) имеет много названий, включая сахар или свинец, соль Сатурна и порошок Гуляра из-за его сладкого вкуса. Он растворим в воде и имеет белый кристаллический вид. Краски для волос содержат ацетат свинца (II) в низких концентрациях. Кроме того, ацетат свинца (II) подслащивал вино и использовался в косметике в Римской империи. Папа Климент II - первая зафиксированная смерть от ацетата свинца. Людвиг ван Бетховен, возможно, также умер по этой причине.

Выделение свинца
Свинец перерабатывается из свинцовой руды, в основном состоящей из галенита. Этот процесс требует обогащения руды, плавки и рафинирования. Почти 50% свинца перерабатывается, и более 90% свинца, используемого в Соединенных Штатах, перерабатывается. Переработка свинца - это двухступенчатый процесс, включающий небольшие печи для нагрева свинца и восстановителя на основе углерода.

Степени окисления свинца
Две основные степени окисления свинца - +4 и + 2. Соединения обычно находятся в состоянии +2 с более легкими элементами углеродной группы. В растворе ионы свинца часто бесцветны.

Физические свойства свинца
Хотя свинец более плотный, чем другие распространенные металлы, такие как железо, медь и цинк, это не самый плотный металл. Вольфрам плотнее свинца, а осмий - самый плотный металл с плотностью, почти вдвое превышающей плотность свинца. По шкале Мооса свинец имеет твердость 1,5. Это означает, что он достаточно мягкий, чтобы его можно было поцарапать ногтем. Свинец несколько пластичен и обладает низкой прочностью на разрыв. Он имеет низкую температуру плавления и самую низкую температуру кипения в углеродной группе.

Символ: Pb
Температура плавления: 327,46 °C
Температура кипения: 1749 °C
Плотность (г/см3): 11,34
Атомная масса: 207,2
Атомный номер: 82
Электроотрицательность (шкала Полинга): 2,33
Классификация: Постпереходный металл, металл группы 14
Содержание в земной коре (ppm): 14
Электронная конфигурация: [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p2
Ключевые изотопы: 204Pb, 206Pb, 207Pb, 208Pb
Встречается в природе в минералах: галенит, буланжерит, англезит, церуссит
Токсичность: Высокая экспозиция очень токсична и может привести к смерти

Где я могу купить элементарный свинец?
Магазины оборудования, такие как ACE Hardware, и веб-сайты по металлу, такие как RotoMetals и Metal Shipper, продают свинцовые слитки и самородки различного веса. Килограмм свинца стоит около 4-10 долларов.