Свинец - Википедия - Lead

Вести,₈₂Pb

Свинец
Произношение	/ˈлɛd/ ​(вел )
Внешность	металлический серый
Стандартный атомный вес Аг, стд(Pb)	207.2(1)[1]
Возглавить периодическая таблица
Водород Гелий Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Аргон Калий Кальций Скандий Титана Ванадий Хром Марганец Утюг Кобальт Никель Медь Цинк Галлий Германий Мышьяк Селен Бром Криптон Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебро Кадмий Индий Банка Сурьма Теллур Йод Ксенон Цезий Барий Лантан Церий Празеодим Неодим Прометий Самарий Европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Меркурий (элемент) Таллий Свинец Висмут Полоний Астатин Радон Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран Нептуний Плутоний Америций Кюрий Берклиум Калифорний Эйнштейний Фермий Менделевий Нобелий Лоуренсий Резерфордий Дубний Сиборгий Бориум Калий Мейтнерий Дармштадтиум Рентгений Копернициум Nihonium Флеровий Московиум Ливерморий Tennessine Оганессон Sn ↑ Pb ↓ Fl таллий ← вести → висмут
Атомный номер (Z)	82
Группа	группа 14 (углеродная группа)
Период	период 6
Блокировать	p-блок
Категория элемента	Другой металл
Электронная конфигурация	[Xe ] 4f14 5d10 6 с2 6p2
Электронов на оболочку	2, 8, 18, 32, 18, 4
Физические свойства
Фаза вSTP	твердый
Температура плавления	600.61 K (327,46 ° С, 621,43 ° F)
Точка кипения	2022 К (1749 ° С, 3180 ° F)
Плотность (возлеr.t.)	11,34 г / см3
в жидком состоянии (приm.p.)	10,66 г / см3
Теплота плавления	4.77 кДж / моль
Теплота испарения	179,5 кДж / моль
Молярная теплоемкость	26,650 Дж / (моль · К)
Давление газа п (Па) 1 10 100 1 к 10 тыс. 100 тыс. вТ (K) 978 1088 1229 1412 1660 2027
Атомные свойства
Состояния окисления	−4, −2, −1, +1, +2, +3, +4 (анамфотерный окись)
Электроотрицательность	Шкала Полинга: 1,87 (+2)
Энергии ионизации	1-я: 715,6 кДж / моль 2-я: 1450,5 кДж / моль 3-я: 3081,5 кДж / моль
Радиус атома	эмпирический: 175вечера
Ковалентный радиус	146 ± 5 вечера
Радиус Ван-дер-Ваальса	202 вечера
Спектральные линии свинца
Другие свойства
Естественное явление	изначальный
Кристальная структура	​гранецентрированная кубическая (fcc)
Скорость звука тонкий стержень	1190 м / с (приr.t.) (отожженный)
Тепловое расширение	28,9 мкм / (м · К) (при 25 ° C)
Теплопроводность	35,3 Вт / (м · К)
Удельное электрическое сопротивление	208 нОм · м (при 20 ° C)
Магнитный заказ	диамагнитный
Магнитная восприимчивость	−23.0×10−6 см3/ моль (при 298 К)[2]
Модуль для младших	16 ГПа
Модуль сдвига	5,6 ГПа
Объемный модуль	46 ГПа
коэффициент Пуассона	0.44
Твердость по Моосу	1.5
Твердость по Бринеллю	38–50 МПа
Количество CAS	7439-92-1
История
Открытие	в Средний Восток (7000 г. до н.э. )
Главный изотопы свинца
Изотоп Изобилие Период полураспада (т1/2) Режим распада Продукт 204Pb 1.4% стабильный 206Pb 24.1% стабильный 207Pb 22.1% стабильный 208Pb 52.4% стабильный
Изотопные содержания сильно различаются в зависимости от образца
Категория: Свинец Посмотреть разговаривать редактировать | Рекомендации

Свинец это химический элемент с символ Pb (от латинский отвес) и атомный номер 82. Это тяжелый металл то есть плотнее чем самые распространенные материалы. Свинец мягкий и податливый, а также имеет относительно низкий температура плавления. В свежем виде свинец серебристый с оттенком синего; Это тускнеет до тускло-серого цвета на воздухе. Свинец имеет самый высокий атомный номер среди всех стабильный элемент и три его изотопа являются конечными точками основных ядерных цепочки распада из более тяжелых элементов.

Свинец относительно инертный постпереходный металл. Его слабый металлический характер иллюстрируется его амфотерный природа; привести и оксиды свинца реагировать с кислоты и базы, и он имеет тенденцию образовывать ковалентные связи. Соединения свинца обычно находятся в +2 степень окисления а не состояние +4, обычное для более легких членов группа углерода. Исключения в основном ограничиваются органические соединения. Как и более легкие члены группы, свинец имеет тенденцию связь с собой; он может образовывать цепочки и многогранные структуры.

Свинец легко извлекается из руды; доисторические люди в Западной Азии знал об этом. Галенит это основная руда свинца, которая часто приносит серебро. Интерес к серебру помог инициировать широкую добычу и использование свинца в древний Рим. Производство свинца снизилось после падение Рима и не достигала сопоставимых уровней до тех пор, пока Индустриальная революция. В 2014 году годовое мировое производство свинца составило около десяти миллионов тонн, более половины из которых приходилось на переработку. Свинец высокая плотность, низкая температура плавления, пластичность и относительная инертность к окисление сделать его полезным. Эти свойства в сочетании с его относительным обилием и низкой стоимостью привели к его широкому использованию в строительстве, сантехника, батареи, пули и выстрелил, веса, припои, оловянные изделия, легкоплавкие сплавы, белые краски, этилированный бензин, и радиационная защита.

В конце 19 век, токсичность свинца был признан, и с тех пор его использование было прекращено во многих приложениях. Однако во многих странах по-прежнему разрешена продажа продуктов, которые подвергают людей воздействию свинца, включая некоторые типы красок и пуль. Свинец - это нейротоксин накапливается в мягких тканях и костях; это вредит нервная система и нарушает функцию биологических ферменты, вызывая неврологические расстройства, такие как повреждение мозга и поведенческие проблемы.

Физические свойства

Атомный

Свинец атом имеет 82 электроны, организованный в электронная конфигурация из [Xe ] 4f¹⁴5d¹⁰6 с²6p². Сумма первого и второго отведения энергии ионизации - полная энергия, необходимая для удаления двух 6p-электронов, - близка к банка, верхний сосед свинца в группа углерода. Это необычно; энергия ионизации обычно падает вниз по группе, поскольку внешние электроны элемента становятся все более удаленными от ядро, и больше защищенный меньшими орбиталями.

Сходство энергий ионизации обусловлено сокращение лантаноидов - уменьшение элемента радиусы из лантан (атомный номер 57) до лютеций (71), а относительно малые радиусы элементов из гафний (72) и далее. Это связано с плохой защитой ядра от лантаноид 4f электроны. Сумма первых четырех энергий ионизации свинца превышает таковую олова,^[3] вопреки чему периодические тенденции предсказал бы. Релятивистские эффекты, которые становятся существенными в более тяжелых атомах, способствуют такому поведению.^[а] Одним из таких эффектов является эффект инертной пары: 6s-электроны свинца неохотно участвуют в связывании, увеличивая расстояние между ближайшими атомами в кристаллический вести необычно долго.^[5]

Более легкая углеродная группа свинца сородичи форма стабильная или метастабильная аллотропы с тетраэдрически согласованными и ковалентно связанный алмаз кубический структура. Уровни энергии их внешних s- и р-орбитали достаточно близки, чтобы можно было смешать четыре гибридный зр³ орбитали. В свинце эффект инертной пары увеличивает расстояние между его s- и p-орбиталями, и разрыв не может быть преодолен за счет энергии, которая будет высвобождена дополнительными связями после гибридизации.^[6] Свинец имеет не кубическую структуру алмаза, а образует металлические облигации в котором только p-электроны делокализованы и распределяются между Pb²⁺ ионы. Свинец, следовательно, имеет гранецентрированная кубическая структура^[7] как и аналогичный размер^[8] двухвалентный металлы кальций и стронций.^[9][b][c][d]

Масса

Чистый свинец имеет яркий серебристый цвет с оттенком синего.^[14] При контакте с влажным воздухом он тускнеет и приобретает тусклый вид, оттенок которого зависит от преобладающих условий. Характерные свойства свинца: плотность, пластичность, пластичность и высокая стойкость к коррозия из-за пассивация.^[15]

Образец свинца, затвердевшего из расплавленного состояния

Плотноупакованная гранецентрированная кубическая структура свинца и высокий атомный вес приводят к плотности^[16] 11,34 г / см³, что больше, чем у обычных металлов, таких как утюг (7,87 г / см³), медь (8,93 г / см³), и цинк (7,14 г / см³).^[17] Эта плотность является источником идиомы пролететь, как свинцовый шар.^[18][19][e] Некоторые более редкие металлы более плотные: вольфрам и золото оба при 19,3 г / см³, и осмий - самый плотный из известных металлов - имеет плотность 22,59 г / см³, почти вдвое больше свинца.^[20]

Свинец - очень мягкий металл с Твердость по Моосу 1,5; его можно поцарапать ногтем.^[21] Он довольно податлив и несколько пластичен.^[22][f] В объемный модуль свинца - показатель легкости сжимаемости - составляет 45,8ГПа. Для сравнения, у алюминия 75,2 ГПа; медь 137,8 ГПа; и мягкая сталь 160–169 ГПа.^[23] Ведущий предел прочности при 12–17 МПа - низкое (алюминия в 6 раз, меди в 10 раз, мягкой стали в 15 раз); его можно усилить добавлением небольшого количества меди или сурьма.^[24]

Температура плавления свинца - 327,5 ° C (621,5 ° F).^[25]- очень низкий по сравнению с большинством металлов.^{[16][грамм]} Его точка кипения 1749 ° C (3180 ° F)^[25] является самым низким среди элементов углеродной группы. В удельное электрическое сопротивление свинца при 20 ° C 192 наноом -метры, почти порядок величины выше, чем у других промышленных металлов (медь - 15,43 нОм · м; золото - 20,51 нОм · м; алюминий - 24,15 нОм · м).^[27] Свинец - это сверхпроводник при температуре ниже 7,19K;^[28] это самый высокий критическая температура из всех сверхпроводники первого типа и третий по величине элементный сверхпроводник.^[29]

Изотопы

Натуральный свинец состоит из четырех стабильных изотопы с массовыми числами 204, 206, 207 и 208,^[30] и следы пяти короткоживущих радиоизотопов.^[31] Большое количество изотопов согласуется с атомный номер быть даже.^[час] Свинец имеет магическое число протонов (82), для которых модель ядерной оболочки точно предсказывает особенно стабильное ядро.^[32] Свинец-208 имеет 126 нейтронов, еще одно магическое число, которое может объяснить, почему свинец-208 необычайно стабилен.^[32]

Свинец с его высоким атомным номером является самым тяжелым элементом, природные изотопы которого считаются стабильными; Свинец-208 - самое тяжелое стабильное ядро. (Это различие раньше приходилось висмут, с атомным номером 83, пока его единственное первичный изотоп висмут-209, как было обнаружено в 2003 г., распадается очень медленно.)^[я] Четыре стабильных изотопа свинца теоретически могут подвергаться альфа-распад к изотопам Меркурий с выделением энергии, но этого не наблюдалось ни у одного из них; их прогнозируемый период полураспада составляет от 10³⁵ до 10¹⁸⁹ годы^[35] (не менее 10²⁵ раз текущий возраст Вселенной).

Три стабильных изотопа находятся в трех из четырех основных цепочки распада: свинец-206, свинец-207 и свинец-208 являются конечными продуктами распада урана-238, урана-235 и тория-232 соответственно.^[36] Эти цепочки распада называются урановой цепью, актиниевой цепью и ториевой цепью.^[37] Их изотопные концентрации в образце естественной породы сильно зависят от присутствия этих трех исходных изотопов урана и тория. Например, относительное содержание свинца-208 может колебаться от 52% в нормальных образцах до 90% в ториевых рудах;^[38] по этой причине стандартный атомный вес свинца дается только с точностью до одного десятичного знака.^[39] По прошествии времени соотношение свинца-206 и свинца-207 к свинцу-204 увеличивается, поскольку первые два дополняются радиоактивным распадом более тяжелых элементов, а последние - нет; это позволяет Свидание-свидание. По мере распада урана на свинец их относительные количества меняются; это основа для уран-свинцовое датирование.^[40] Свинец-207 экспонатов ядерный магнитный резонанс, свойство, которое было использовано для изучения его соединений в растворе и твердом состоянии,^[41][42] в том числе в организме человека.^[43]

Метеорит Холзингера, самый большой кусок Каньон Диабло метеорит. Уран-свинец датирование и Свидание-свидание на этом метеорите позволили уточнить возраст Земли до 4,55 млрд ± 70 млн лет.

Помимо стабильных изотопов, которые составляют почти весь свинец, существующий в природе, существуют следовые количества нескольких радиоактивных изотопов. Один из них - свинец-210; хотя его период полураспада составляет всего 22,3 года,^[30] небольшие количества встречаются в природе, потому что свинец-210 образуется в результате длительного цикла распада, который начинается с урана-238 (который присутствует на Земле в течение миллиардов лет). Свинец-211, -212 и -214 присутствуют в цепочках распада урана-235, тория-232 и урана-238, соответственно, поэтому следы всех трех изотопов свинца обнаруживаются естественным образом. Минутные следы свинца-209 возникают из-за очень редких кластерный распад радия-223, одного из дочерние продукты природного урана-235 и цепочки распада нептуния-237, следы которого образуются захват нейтронов в урановых рудах. Свинец-210 особенно полезен для определения возраста образцов путем измерения его отношения к свинцу-206 (оба изотопа присутствуют в одной цепочке распада).^[44]

Всего синтезировано 43 изотопа свинца с массовыми числами 178–220.^[30] Свинец-205 является наиболее стабильным радиоизотопом с периодом полураспада около 1,73×10⁷ годы.^[j] Вторым по стабильности является свинец-202, период полураспада которого составляет около 52 500 лет, что больше, чем у любого из следовых радиоизотопов в природе.^[30]

Химия

Испытание пламенем: свинцовые цвета пламя бледно-голубое

Свинец в массе при контакте с влажным воздухом образует защитный слой различного состава. Карбонат свинца (II) является общим компонентом;^[46][47][48] в сульфат или же хлористый также может присутствовать в городских или морских условиях.^[49] Этот слой делает свинец в массе химически инертным на воздухе.^[49] Тонкоизмельченный свинец, как и многие другие металлы, пирофорный,^[50] и горит голубовато-белым пламенем.^[51]

Фтор реагирует со свинцом при комнатной температуре, образуя фторид свинца (II). Реакция с хлор аналогичен, но требует нагрева, поскольку образующийся хлоридный слой снижает реактивность элементов.^[49] Расплавленный свинец реагирует с халькогены с образованием халькогенидов свинца (II).^[52]

Свинцовый металл сопротивляется серный и фосфорная кислота но нет соляной или же азотная кислота; результат зависит от нерастворимости и последующей пассивации соли продукта.^[53] Органические кислоты, такие как уксусная кислота, растворяют свинец в присутствии кислорода.^[49] Концентрированный щелочи растворяет свинец и образует плюмбиты.^[54]

Неорганические соединения

Свинец имеет два основных состояния окисления: +4 и +2. В четырехвалентный состояние является общим для углеродной группы. Двухвалентное состояние для углерод и кремний, второстепенное для германия, важное (но не преобладающее) для олова и более важное из двух степеней окисления свинца.^[49] Это связано с релятивистские эффекты в частности эффект инертной пары, что проявляется при большой разнице в электроотрицательность между свинцом и окись, галогенид, или же нитрид анионы, приводящие к значительному частичному положительному заряду свинца. Результатом является более сильное сокращение орбитали свинца 6s, чем в случае орбитали 6p, что делает его довольно инертным по отношению к ионным соединениям. Эффект инертной пары менее применим к соединениям, в которых свинец образует ковалентные связи с элементами аналогичной электроотрицательности, такими как углерод в органических соединениях свинца. В них орбитали 6s и 6p остаются одинакового размера и sp³ гибридизация по-прежнему энергетически выгодна. Свинец, как и углерод, в таких соединениях преимущественно четырехвалентен.^[55]

Существует относительно большая разница в электроотрицательности свинца (II) при 1,87 и свинца (IV) при 2,33. Это различие знаменует собой изменение тенденции к увеличению стабильности степени окисления +4 по углеродной группе; олово, для сравнения, имеет значения 1,80 в степени окисления +2 и 1,96 в состоянии +4.^[56]

Оксид свинца (II)

Свинец (II)

Соединения свинца (II) характерны для неорганической химии свинца. Даже сильный окислители как фтор и хлор реагируют со свинцом, давая только PbF₂ и PbCl₂.^[49] Ионы свинца (II) в растворе обычно бесцветны,^[57] и частично гидролизуются с образованием Pb (OH)⁺ и наконец [Pb₄(ОЙ)₄]⁴⁺ (в которой гидроксил ионы действуют как мостиковые лиганды ),^[58][59] но не восстановители как ионы олова (II). Методы для определения наличия Pb²⁺ ион в воде обычно зависит от осаждения хлорида свинца (II) с использованием разбавленной соляной кислоты. Поскольку хлоридная соль плохо растворима в воде, в очень разбавленных растворах осаждение сульфида свинца (II) достигается путем барботирования. сероводород через раствор.^[60]

Окись свинца существует в двух полиморфы, гнев α-PbO (красный) и Massicot β-PbO (желтый), последний стабилен только при температуре выше 488 ° C. Глет - наиболее часто используемое неорганическое соединение свинца.^[61] Нет гидроксида свинца (II); повышение pH растворов солей свинца (II) приводит к гидролизу и конденсации.^[62]Свинец обычно реагирует с более тяжелыми халькогенами. Сульфид свинца - это полупроводник, а фотопроводник, и чрезвычайно чувствительный детектор инфракрасного излучения. Два других халькогенида, селенид свинца и теллурид свинца, также являются светопроводящими. Они необычны тем, что их цвет становится светлее по мере продвижения по группе.^[63]

  Свинец и   кислород в тетрагональном ячейка из оксид свинца (II, IV)

Дигалогениды свинца хорошо охарактеризованы; это включает диастатид^[64] и смешанные галогениды, такие как PbFCl. Относительная нерастворимость последнего составляет полезную основу для гравиметрический определение фтора. Дифторид был первым твердым ионно проводящий соединение, которое предстоит открыть (в 1834 г. Майкл Фарадей ).^[65] Другие дигалогениды разлагаются под воздействием ультрафиолета или видимого света, особенно дииодид.^[66] Многие свинцы (II) псевдогалогениды известны, такие как цианид, цианат, и тиоцианат.^[63][67] Свинец (II) образует большое количество галогенидов. координационные комплексы, например [PbCl₄]²⁻, [PbCl₆]⁴⁻, а [Pb₂Cl₉]_п^5п− цепной анион.^[66]

Сульфат свинца (II) не растворим в воде, как и сульфаты других тяжелых двухвалентных катионы. Нитрат свинца (II) и свинец (II) ацетат очень растворимы, и это используется в синтезе других соединений свинца.^[68]

Свинец (IV)

Известно немного неорганических соединений свинца (IV). Они образуются только в сильно окисляющих растворах и обычно не существуют в стандартных условиях.^[69] Оксид свинца (II) при дальнейшем окислении образует смешанный оксид, Pb₃О₄. Он описывается как оксид свинца (II, IV), или структурно 2PbO · PbO₂, и является наиболее известным соединением свинца со смешанной валентностью. Диоксид свинца является сильным окислителем, способным окислять соляную кислоту до газообразного хлора.^[70] Это потому, что ожидаемый PbCl₄ который будет производиться, нестабилен и самопроизвольно разлагается до PbCl₂ и Cl₂.^[71] Аналогично оксид свинца, диоксид свинца способен образовывать отвес анионы. Дисульфид свинца^[72] и диселенид свинца^[73] стабильны только при высоких давлениях. Тетрафторид свинца, желтый кристаллический порошок, стабилен, но в меньшей степени, чем дифторид. Тетрахлорид свинца (желтое масло) разлагается при комнатной температуре, тетрабромид свинца еще менее стабилен, а существование тетраиодида свинца вызывает сомнения.^[74]

В закрытый квадратный антипризматический анион [Pb₉]⁴⁻ от [К (18-крон-6)]₂K₂Pb₉· (Ru)_1.5^[75]

Другие степени окисления

Некоторые соединения свинца существуют в формальных степенях окисления, отличных от +4 или +2. Свинец (III) может быть получен в качестве промежуточного звена между свинцом (II) и свинцом (IV) в более крупных комплексах свинцаорганических соединений; эта степень окисления нестабильна, так как ион свинца (III) и более крупные комплексы, содержащие его, являются радикалы.^[76][77][78] То же самое относится к свинцу (I), который можно найти в таких радикальных формах.^[79]

Известны многочисленные смешанные оксиды свинца (II, IV). Когда PbO₂ нагревается на воздухе, становится Pb₁₂О₁₉ при 293 ° C, Pb₁₂О₁₇ при 351 ° C, Pb₃О₄ при 374 ° C и, наконец, PbO при 605 ° C. Дальше полуторный оксид, Pb₂О₃, может быть получен при высоком давлении вместе с несколькими нестехиометрическими фазами. Многие из них неисправны флюорит структуры, в которых некоторые атомы кислорода замещены вакансиями: можно рассматривать PbO как имеющий такую ​​структуру, в которой отсутствуют все альтернативные слои атомов кислорода.^[80]

Отрицательные состояния окисления могут возникать как Фазы Zintl, как свободные анионы свинца, как в Ba₂Pb, причем свинец формально является свинцом (−IV),^[81] или в чувствительных к кислороду кольцевых или многогранных кластерных ионах, таких как тригонально-бипирамидный Pb₅²⁻ ion, где два атома свинца - это свинец (-I), а три - свинец (0).^[82] В таких анионах каждый атом находится в многогранной вершине и вкладывает два электрона в каждую ковалентную связь вдоль ребра от их sp.³ гибридные орбитали, два других - внешние одинокая пара.^[58] Они могут быть сделаны в жидкий аммиак за счет сокращения опережения на натрий.^[83]

Структура тетраэтилсвинец молекула:
  Углерод
  Водород
  Свинец

Organolead

Свинец может сформировать многосвязные цепи, собственность, которую он разделяет со своей зажигалкой гомологи в углеродной группе. Его способность делать это намного меньше, потому что Pb – Pb энергия связи более чем в три с половиной раза ниже, чем у связи C – C.^[52] Сам по себе свинец может образовывать связи металл-металл порядка трех.^[84] С углеродом свинец образует органические соединения, подобные типичным органическим соединениям, но обычно менее стабильные.^[85] (из-за достаточно слабой связи Pb – C).^[58] Это делает металлоорганическая химия свинца гораздо меньше, чем олова.^[86] Свинец преимущественно образует свинецорганические (IV) соединения, даже если исходить из неорганических реагентов свинца (II); известно очень мало свинецорганических (II) соединений. Наиболее характерными исключениями являются Pb [CH (SiMe₃)₂]₂ и Pb (η⁵-C₅ЧАС₅)₂.^[86]

Ведущий аналог простейшего органическое соединение, метан, является отвес. Плюмбан может быть получен в результате реакции между металлическим свинцом и атомарный водород.^[87] Две простые производные, тетраметилсвинец и тетраэтилсвинец, самые известные органолид соединения. Эти соединения относительно стабильны: тетраэтилсвинец начинает разлагаться только при нагревании.^[88] или при воздействии солнечного или ультрафиолетового света.^[89][k] С металлическим натрием свинец легко образует эквимолярный сплав, который реагирует с алкилгалогениды формировать металлоорганический такие соединения, как тетраэтилсвинец.^[90] Окислительная природа многих органических соединений свинца используется с пользой: тетраацетат свинца является важным лабораторным реактивом для окисления в органическом синтезе.^[91] После добавления в бензин тетраэтилсвинец производился в больших количествах, чем любое другое металлоорганическое соединение.^[86] Другие свинецорганические соединения менее химически стабильны.^[85] Для многих органических соединений аналог свинца не существует.^[87]

Происхождение и возникновение

В космосе

Содержание свинца на частицу в Солнечная система составляет 0,121 ppb (частей на миллиард).^[92][l] Этот показатель в два с половиной раза выше, чем у платина, в восемь раз больше ртути и в семнадцать раз больше золота.^[92] Количество свинца в вселенная медленно увеличивается^[93] поскольку наиболее тяжелые атомы (все нестабильны) постепенно распадаются на свинец.^[94] Содержание свинца в Солнечной системе с момента ее образования 4,5 миллиарда лет назад увеличилось примерно на 0,75%.^[95] Таблица содержания в Солнечной системе показывает, что свинец, несмотря на его относительно высокий атомный номер, более распространен, чем большинство других элементов с атомным номером больше 40.^[92]

Первородный свинец, состоящий из изотопов свинца-204, свинца-206, свинца-207 и свинца-208, в основном образовался в результате повторяющихся процессов захвата нейтронов, происходящих в звездах. Двумя основными режимами захвата являются s- и r-процессы.^[96]

В s-процессе (s означает «медленный») захваты разделены годами или десятилетиями, что позволяет менее стабильным ядрам претерпеть бета-распад.^[97] Стабильное ядро ​​таллия-203 может захватить нейтрон и стать таллием-204; он подвергается бета-распаду с образованием стабильного свинца-204; при захвате другого нейтрона он становится свинцом-205, период полураспада которого составляет около 15 миллионов лет. Дальнейшие захваты приводят к свинцу-206, свинцу-207 и свинцу-208. При захвате другого нейтрона свинец-208 становится свинцом-209, который быстро распадается на висмут-209. При захвате другого нейтрона висмут-209 становится висмутом-210, и этот бета-распад превращается в полоний-210, который альфа-распадом превращается в свинец-206. Таким образом, цикл заканчивается на свинце-206, свинце-207, свинце-208 и висмуте-209.^[98]

График финальной части s-процесс, из Меркурий к полоний. Красные линии и круги представляют захват нейтронов; синие стрелки представляют бета-распад; зеленая стрелка представляет альфа-распад; голубые стрелки представляют захват электронов.

В r-процессе (r означает «быстрый») захваты происходят быстрее, чем ядра могут распадаться.^[99] Это происходит в средах с высокой плотностью нейтронов, таких как сверхновая звезда или слияние двух нейтронные звезды. Поток нейтронов может быть порядка 10²² нейтронов на квадратный сантиметр в секунду.^[100] R-процесс не формирует столько свинца, как s-процесс.^[101] Он имеет тенденцию останавливаться, как только богатые нейтронами ядра достигают 126 нейтронов.^[102] В этот момент нейтроны располагаются в полных оболочках в атомном ядре, и становится труднее разместить их большее количество энергетически.^[103] Когда поток нейтронов спадает, эти ядра бета-распадаются на стабильные изотопы осмия, иридий, и платина.^[104]

На земле

Свинец классифицируется как халькофил под Классификация Гольдшмидта, что означает, что он обычно встречается в сочетании с серой.^[105] Редко встречается в ее родные, металлическая форма.^[106] Многие минералы свинца относительно легкие и на протяжении всей истории Земли оставались в корка вместо того, чтобы глубже погрузиться в недра Земли. Это объясняет относительно высокую изобилие корки 14 частей на миллион; это 38-е место обильный элемент в коре.^[107][м]

Основным свинцовым минералом является галенит (PbS), который в основном содержится в цинковых рудах.^[109] Большинство других свинцовых минералов так или иначе связаны с галенитом; буланжерит, Pb₅Sb₄S₁₁, представляет собой смешанный сульфид, полученный из галенита; англезит, PbSO₄, является продуктом окисления галенита; и церуссит или свинцовая руда, PbCO₃, является продуктом разложения галенита. Мышьяк, олово, сурьма, серебро, золото, медь и висмут - обычные примеси в минералах свинца.^[109]

Свинец - довольно распространенный элемент в земной коры за его высокий атомный номер (82). Большинство элементов с атомным номером больше 40 встречаются в меньшем количестве.

Мировые ресурсы свинца превышают два миллиарда тонн. Значительные месторождения находятся в Австралии, Китае, Ирландии, Мексике, Перу, Португалии, России и США. Мировые запасы - ресурсы, которые экономически целесообразно добыть - в 2016 году составили 88 миллионов тонн, из которых у Австралии - 35 миллионов, Китая - 17 миллионов, а у России - 6,4 миллиона.^[110]

Типичные фоновые концентрации свинца не превышают 0,1 мкг / м3.³ в атмосфере; 100 мг / кг в почве; и 5 мкг / л в пресной и морской воде.^[111]

Этимология

Современное английское слово «lead» имеет германское происхождение; это происходит из Средний английский Лид и Древнеанглийский вести (с макрон над буквой «е», означающей, что гласный звук этой буквы длинный).^[112] Древнеанглийское слово происходит от гипотетического реконструированного Прото-германский *лауда- ("вести").^[113] Согласно лингвистической теории, от этого слова произошли потомки в нескольких германских языках с точно таким же значением.^[113]

Нет единого мнения о происхождении протогерманских *лауда-. Одна гипотеза предполагает, что это происходит из Протоиндоевропейский *lAudh- («свинец»; заглавная гласная эквивалентна макрону).^[114] Другая гипотеза предполагает, что он заимствован из Прото-кельтский *ɸloud-io- ("вести"). Это слово связано с латинский отвес, что дало элементу химический символ Pb. Слово *ɸloud-io- считается происхождением протогерманского *Bliwa- (что также означает «свинец»), откуда и произошло немецкое Блей.^[115]

Название химического элемента не связано с глаголом того же написания, который происходит от прото-германского *Layijan- ("вести").^[116]

История

Пик мирового производства свинца в Римский период и Индустриальная революция.^[117]

Предыстория и ранняя история

Металлические свинцовые бусины датируется 7000–6500 гг. до н. э. были найдены в Малая Азия и может представлять собой первый пример металла плавка.^[118] В то время у свинца было мало применений (если вообще было) из-за его мягкости и тусклого вида.^[118] Основной причиной распространения производства свинца была его связь с серебром, которое можно получить путем сжигания галенита (распространенного минерала свинца).^[119] В Древние египтяне были первыми, кто начал использовать свинец в косметике, и это применение распространилось на Древняя Греция и дальше;^[120] египтяне могли использовать свинец для грузила в рыболовных сетях, глазури, очки, эмали, и для украшений.^[119] Различные цивилизации Плодородный Полумесяц свинец использовался как письменный материал, валюта и строительный материал.^[119] Свинец использовался в Древний китайский королевский двор как стимулятор,^[119] как валюта,^[121] и как контрацептив;^[122] в Цивилизация долины Инда и Мезоамериканцы^[119] использовал его для изготовления амулетов; а народы Восточной и Южной Африки использовали свинец в волочение проволоки.^[123]

Классическая эпоха

Поскольку серебро широко использовалось в качестве декоративного материала и средства обмена, месторождения свинца начали разрабатываться в Малой Азии с 3000 г. до н.э .; позже месторождения свинца были разработаны в Эгейское море и Лаурион. Эти три региона коллективно доминировали в добыче свинца до c. 1200 г. до н.э.^[124] Начиная примерно с 2000 г. до н. Э. Финикийцы отработанные депозиты в Пиренейский полуостров; к 1600 г. до н.э. добыча свинца существовала в Кипр, Греция и Сардиния.^[125]

Древнегреческие свинцовые пращные пули с крылатой молнией на одной стороне и надписью «ΔΕΞΑΙ» («возьми это» или «поймай») на другой стороне.^[126]

Рима территориальная экспансия в Европе и Средиземноморье, а также развитие горнодобывающей промышленности привели к тому, что она стала крупнейшим производителем свинца в период классическая эпоха, с расчетным годовым объемом производства 80 000 тонн. Как и их предшественники, римляне получали свинец в основном как побочный продукт при плавке серебра.^[117][127] Свинцовая добыча произошло в Центральная Европа, Британия, то Балканы, Греция, Анатолия, и Hispania, на долю последнего приходится 40% мирового производства.^[117]

Свинцовые таблетки обычно использовались в качестве материала для писем.^[128] Свинцовые гробы, отлитые в плоские песчаные формы, со сменными мотивами, соответствующими вере умершего, использовались в древних Иудея.^[129] Свинец использовался для изготовления пращовых пуль с 5 века до нашей эры. Во времена Римской империи широко применялись свинцовые пули, которые были эффективны на расстоянии от 100 до 150 метров. Балеарские пращники, использовавшиеся в качестве наемников в карфагенской и римской армиях, славились своей дальностью стрельбы и точностью.^[130]

Свинец использовался для изготовления водопроводные трубы в Римская империя; в латинский слово для металла, отвес, это происхождение английского слова "сантехника ". Простота работы и устойчивость к коррозии.^[131] обеспечил его широкое использование в других приложениях, включая фармацевтику, кровлю, валюту и войну.^{[132][133][134]} Писатели того времени, такие как Катон старший, Колумелла, и Плиний Старший, рекомендуемые свинцовые (или покрытые свинцом) сосуды для приготовления подсластители и консерванты добавляется в вино и еду. Свинец придавал приятный вкус из-за образования «сахара свинца» (ацетата свинца (II)), тогда как медь или бронза сосуды могли придавать горький привкус через Verdigris формирование.^[135]

Римский автор Витрувий сообщили об опасности свинца для здоровья^[137] и современные писатели предположили, что отравление свинцом сыграло важную роль в упадке Римской империи.^{[138][139][n]} Другие исследователи раскритиковали такие утверждения, отметив, например, что не все боли в животе вызваны отравлением свинцом.^[141][142] Согласно археологическим исследованиям, Роман свинцовые трубы повышенный уровень свинца в водопроводной воде, но такой эффект «вряд ли был действительно вредным».^[143][144] Когда отравление свинцом действительно происходило, жертв называли «мрачными», темными и циничными, в честь омерзительного отца богов, Сатурн. По ассоциации свинец считался отцом всех металлов.^[145] Его статус в римском обществе был низким, поскольку он был легко доступен.^[146] и дешево.^[147]

Свинцовые римские трубы^[o]

Путаница с оловом и сурьмой

В классическую эпоху (и даже до 17 века) олово часто не отличалось от свинца: римляне называли свинец. отвес («черный свинец») и олово кандида свинца («светлый поводок»). Связь свинца и олова можно увидеть в других языках: слово Олово в Чешский переводится как «вести», но в русский, это родственный олово (Олово) означает «жесть».^[148] Кроме того, свинец имел тесную связь с сурьмой: оба элемента обычно встречаются в виде сульфидов (галенит и стибнит ), часто вместе. Плиний неправильно писал, что при нагревании стибнит дает свинец, а не сурьму.^[149] В таких странах, как Турция и Индия, первоначально персидское название Surma стали обозначать сульфид сурьмы или сульфид свинца,^[150] а в некоторых языках, например в русском, дала название сурьме (сурьма).^[151]

Средние века и эпоха Возрождения

Добыча свинца в Западной Европе снизилась после падения Западная Римская Империя, с Аравийская Иберия являясь единственным регионом, имеющим значительный объем производства.^[152][153] Наибольшее производство свинца произошло в Южной и Восточной Азии, особенно в Китае и Индии, где добыча свинца быстро росла.^[153]

Елизавета I Англии обычно изображался с побелевшим лицом. Считается, что свинец в отбеливателях для лица способствовал ее смерти.^[154]

В Европе производство свинца начало расти в XI и XII веках, когда он снова стал использоваться для кровли и трубопроводов. Начиная с 13 века свинец использовался для создания витраж.^[155] в Европейский и Арабский традиции алхимия, свинец (символ в европейской традиции)^[156] считался нечистым основной металл которое путем разделения, очищения и уравновешивания составляющих его сущностей могло быть преобразовано в чистое и нетленное золото.^[157] В течение этого периода свинец все чаще использовался для фальсификация вино. Использование такого вина в христианских обрядах было запрещено. папская булла в 1498 году, но он продолжал впитываться и приводил к массовым отравлениям вплоть до конца 18 века.^[152][158] Свинец был ключевым материалом в некоторых частях печатный станок Работники печати обычно вдыхали свинцовую пыль, вызывая отравление свинцом.^[159] Несмотря на то, что свинец был дороже железа, он также стал основным материалом для изготовления пуль для огнестрельного оружия. Он был менее разрушительным для железных стволов, имел более высокую плотность (что позволяло лучше сохранять скорость), а его более низкая температура плавления делала производство пуль проще, поскольку их можно было изготовить с помощью дровяного огня.^[160] Свинец в виде Венецианский Ceruse, широко использовалась в косметике западноевропейской аристократией, поскольку выбеленные лица считались признаком скромности.^[161][162] Позже эта практика распространилась на белые парики и подводку для глаз и исчезла только с появлением французская революция в конце 18 века. Подобная мода появилась в Японии в 18 веке с появлением гейши, практика, которая продолжалась долгое время в 20 веке. Белые лица женщин «стали олицетворять их женскую добродетель японских женщин»,^[163] со свинцом, обычно используемым в отбеливателе.^[164]

За пределами Европы и Азии

в Новый мир, производство свинца было зарегистрировано вскоре после прибытия европейских поселенцев. Самые ранние записи датируются 1621 годом на английском языке. Колония Вирджиния, четырнадцать лет после основания.^[165] В Австралии первой шахтой, открытой колонистами на континенте, была свинцовая шахта в 1841 году.^[166] В Африке добыча и выплавка свинца были известны в Корыто Бенуэ^[167] и нижний Бассейн Конго, где свинец использовался для торговли с европейцами и в качестве валюты к 17 веку,^[168] задолго до борьба за Африку.

Свинцовая добыча в верхних Река Миссисипи регион в США в 1865 г.

Индустриальная революция

Во второй половине 18 века Великобритания, а затем континентальная Европа и Соединенные Штаты испытали на себе Индустриальная революция. Это был первый раз, когда объемы производства свинца превысили показатели Рима.^[117] Великобритания была ведущим производителем, потеряв этот статус к середине 19 века с истощением ее рудников и развитием добычи свинца в Германии, Испании и Соединенных Штатах.^[169] К 1900 году Соединенные Штаты были лидером по производству свинца в мире, а другие неевропейские страны - Канада, Мексика и Австралия - начали значительное производство; производство за пределами Европы превышало внутренний.^[170] Большая часть спроса на свинец приходилась на сантехнику и покраску.свинцовые краски использовались регулярно.^[171] В это время больше людей (из рабочего класса) подвергались воздействию металла, и случаи отравления свинцом участились. Это привело к исследованию эффектов потребления свинца. Доказано, что свинец более опасен в виде дыма, чем в виде твердого металла. Свинцовое отравление и подагра были связаны; Британский врач Альфред Бэринг Гаррод отметил, что треть его пациентов с подагрой были сантехниками и малярами. Последствия хронического употребления свинца, включая психические расстройства, также изучались в XIX веке. Первые законы, направленные на уменьшение отравления свинцом на заводах, были приняты в 1870–1880-х годах в Соединенном Королевстве.^[171]

Рекламный плакат для Голландский мальчик свинцовая краска, США, 1912 г.

Современная эра

Еще одно свидетельство угрозы, которую представляет свинец для человека, было обнаружено в конце 19 - начале 20 веков. Механизмы вреда были лучше поняты, свинцовая слепота была задокументирована, и этот элемент был постепенно выведен из общественного использования в Соединенных Штатах и ​​Европе. Соединенное Королевство ввело обязательные производственные инспекции в 1878 году и назначило первого медицинского инспектора фабрик в 1898 году; в результате было сообщено о 25-кратном сокращении случаев отравления свинцом с 1900 по 1944 год.^[172] Большинство европейских стран запретили свинцовую краску - обычно используемую из-за ее непрозрачности и водостойкости.^[173]- для интерьеров к 1930 г.^[174]

Последним серьезным воздействием свинца на человека было добавление тетраэтилсвинца к бензину в качестве антидетонационный агент, практика, которая зародилась в Соединенных Штатах в 1921 году. Она была прекращена в Соединенных Штатах и Евросоюз к 2000 г.^[171]

В 1970-х годах США и страны Западной Европы ввели законодательство по сокращению загрязнения воздуха свинцом.^[175][176] Воздействие было значительным: в то время как исследование, проведенное Центры по контролю и профилактике заболеваний в США в 1976–1980 гг. показали, что 77,8% населения имели повышенный уровень свинца в крови, в 1991–1994 годах исследование того же института показало, что доля людей с таким высоким уровнем снизилась до 2,2%.^[177] Основным продуктом из свинца к концу ХХ века был свинцово-кислотная батарея.^[178]

С 1960 по 1990 гг. Добыча свинца в Западный блок вырос примерно на 31%.^[179] Доля мирового производства свинца Восточный блок увеличился с 10% до 30%, с 1950 по 1990 год, с Советский союз будучи крупнейшим производителем свинца в мире в середине 1970-х и 1980-х годах, а Китай начал производство свинца в конце 20-го века.^[180] В отличие от европейских коммунистических стран, Китай к середине 20-го века практически не был индустриализирован; в 2004 году Китай обогнал Австралию как крупнейший производитель свинца.^[181] Как и во время европейской индустриализации, свинец оказывает негативное влияние на здоровье в Китае.^[182]

Производство

Первичное производство свинца с 1840 г.

По состоянию на 2014 год производство свинца во всем мире растет из-за его использования в свинцово-кислотных аккумуляторах.^[183] Существует две основные категории продукции: первичная из добытых руд и вторичная из лома. В 2014 году 4,58 миллиона метрических тонн были получены от первичного производства и 5,64 миллиона тонн от вторичного производства. В тройку лидеров по производству добытого свинцового концентрата в этом году входили Китай, Австралия и США.^[110] В тройку лидеров по производству рафинированного свинца вошли Китай, США и Индия.^[184] Согласно Международная панель ресурсов с Отчет "Запасы металлов в обществе" В 2010 году общее количество свинца, которое используется, накапливается, выбрасывается или рассеивается в окружающей среде в глобальном масштабе, составляет 8 кг на душу населения. Большая часть этого приходится на более развитые страны (20–150 кг на душу населения), а не в менее развитых (1–4 кг на душу населения).^[185]

Процессы производства первичного и вторичного свинца схожи. Некоторые предприятия первичного производства в настоящее время дополняют свою деятельность ломом свинца, и эта тенденция, вероятно, усилится в будущем. При использовании соответствующих технологий свинец, полученный во вторичных процессах, неотличим от свинца, полученного в первичных процессах. Свинцовый лом из строительной отрасли обычно довольно чистый и переплавляется без переплавки, хотя иногда требуется рафинирование. Таким образом, производство вторичного свинца дешевле с точки зрения потребности в энергии, чем производство первичного, часто на 50% или более.^[186]

Начальный

Большинство свинцовых руд содержат низкий процент свинца (богатые руды обычно содержат 3–8%), который необходимо концентрировать для извлечения.^[187] Во время первичной обработки руды обычно подвергаются дроблению, разделение плотной среды, шлифование, пенная флотация, и сушка. Полученный концентрат с содержанием свинца 30–80% по массе (обычно 50–60%),^[187] затем превращается в (нечистый) свинец.

Это можно сделать двумя основными способами: двухстадийный процесс, включающий обжиг с последующим извлечением в доменную печь, проводимый в отдельных сосудах; или прямой процесс, при котором экстракция концентрата происходит в одном сосуде. Последний стал наиболее распространенным маршрутом, хотя первый по-прежнему важен.^[188]

Крупнейшие в мире горнодобывающие страны свинца, 2016 г.^[110]

Страна	Выход (тысяча тонн)
Китай	2,400
Австралия	500
Соединенные Штаты	335
Перу	310
Мексика	250
Россия	225
Индия	135
Боливия	80
Швеция	76
индюк	75
Иран	41
Казахстан	41
Польша	40
Южная Африка	40
Северная Корея	35
Ирландия	33
Македония	33
Другие страны	170

Двухэтапный процесс

Во-первых, сульфидный концентрат жареный на воздухе для окисления сульфида свинца:^[189]

2 PbS + 3 O₂(г) → 2 PbO (т) + 2 SO₂(ж) ↑

Поскольку исходный концентрат не был чистым сульфидом свинца, обжиг дает не только желаемый оксид свинца (II), но и смесь оксидов, сульфатов и силикатов свинца и других металлов, содержащихся в руде.^[190] Этот нечистый оксид свинца восстанавливается в кокс доменная печь на (опять же нечистый) металл:^[191]

2 PbO (тв.) + C (тв.) → 2 Pb (тв.) + CO₂(ж) ↑

Примеси - это в основном мышьяк, сурьма, висмут, цинк, медь, серебро и золото. Обычно их удаляют серией пирометаллургические процессы. Обработка расплава в отражательная печь с воздухом, паром и серой, которая окисляет примеси, за исключением серебра, золота и висмута. Окисленные загрязнители попадают в верх расплава и снимаются.^[192][193] Металлическое серебро и золото удаляются и восстанавливаются экономично с помощью Процесс Паркса, в котором цинк добавлен к свинцу. Цинк, который не смешивается со свинцом, растворяет серебро и золото. Раствор цинка можно отделить от свинца, а серебро и золото извлечь.^[193][194] Обессеребренный свинец освобождается от висмута за счет Процесс Беттертона – Кролла, обработав его металлическим кальцием и магний. Образовавшийся шлак висмута можно удалить.^[193]

В качестве альтернативы пирометаллургическим процессам очень чистый свинец может быть получен путем электролитической обработки расплавленного свинца с использованием Процесс ставок. Аноды из нечистого свинца и катоды из чистого свинца помещены в электролит из свинца. фторсиликат (ПбСиФ₆). При приложении электрического потенциала загрязненный свинец на аноде растворяется и оседает на катоде, оставляя большинство примесей в растворе.^[193][195] Это дорогостоящий процесс, и поэтому он в основном предназначен для аффинажа слитков с высоким содержанием примесей.^[196]

Прямой процесс

В этом процессе свинцовые слитки и шлак получают непосредственно из свинцовых концентратов. Концентрат сульфида свинца плавится в печи и окисляется, образуя монооксид свинца. Углерод (в виде кокса или угольный газ^[п]) добавляется в расплав вместе с флюсирующие агенты. Таким образом, монооксид свинца восстанавливается до металлического свинца в шлаке, богатом монооксидом свинца.^[188]

Если сырье богато свинцом, до 80% исходного свинца можно получить в слитках; остальные 20% образуют шлак, богатый монооксидом свинца. В случае низкосортного сырья весь свинец может быть окислен до шлака с высоким содержанием свинца.^[188] Металлический свинец также получают из шлаков с высоким содержанием свинца (25–40%) путем сжигания или впрыска топлива под флюсом, восстановления с помощью электрической печи или их комбинации.^[188]

Альтернативы

Продолжаются исследования более чистого и менее энергоемкого процесса извлечения свинца; Главный недостаток состоит в том, что либо слишком много свинца теряется в виде отходов, либо альтернативные методы приводят к высокому содержанию серы в образующемся металлическом свинце. Гидрометаллургический добыча, в которой аноды нечистого свинца погружены в электролит и осаждение чистого свинца на катод, это метод, который может иметь потенциал, но в настоящее время не является экономичным, за исключением случаев, когда электричество очень дешево.^[197]

Вторичный

Плавка, которая является важной частью первичного производства, часто пропускается во время вторичного производства. Это выполняется только тогда, когда металлический свинец подвергся значительному окислению.^[186] Этот процесс аналогичен процессу первичного производства в любом доменная печь или вращающаяся печь с существенной разницей в большей вариабельности выхода: в доменных печах производят твердый свинец (10% сурьмы), в отражательных и вращающихся печах - полумягкий свинец (3–4% сурьмы).^[198] В Процесс Isasmelt это более современный метод плавки, который может служить продолжением первичного производства; Из аккумуляторной пасты из отработанных свинцово-кислотных аккумуляторов (содержащих сульфат свинца и оксиды свинца) сульфат удаляется обработкой щелочью, а затем обрабатывается в угольной печи в присутствии кислорода, что дает нечистый свинец, а сурьму - самая обычная примесь.^[199] Рафинирование вторичного свинца аналогично рафинированию первичного свинца; некоторые процессы рафинирования могут быть пропущены в зависимости от перерабатываемого материала и его потенциального загрязнения.^[199]

Из источников свинца для переработки наиболее важными являются свинцово-кислотные батареи; Свинцовая труба, лист и оболочка кабеля также важны.^[186]

Приложения

Свинцовые кирпичи (легированные 4% сурьмы) используются в качестве радиационной защиты.^[200]

Вопреки распространенному мнению, грифели в деревянных карандашах никогда не делались из грифеля. Когда карандаш возник как пишущий инструмент в обертке из графита, особый тип графит использованный был назван графит (в прямом смысле, действовать за лидерство или же свинцовый макет).^[201]

Элементальная форма

Металлический свинец обладает несколькими полезными механическими свойствами, включая высокую плотность, низкую температуру плавления, пластичность и относительную инертность. Многие металлы превосходят свинец в некоторых из этих аспектов, но, как правило, они менее распространены и их труднее извлечь из материнских руд. Токсичность свинца привела к прекращению его использования в некоторых случаях.^[202]

Свинец использовался для пули с момента их изобретения в средние века. Это недорого; его низкая точка плавления означает, что боеприпасы для стрелкового оружия и дробовики могут быть отлиты с минимальным техническим оборудованием; и он более плотный, чем другие обычные металлы, что позволяет лучше сохранять скорость. Он остается основным материалом для пуль, легированных другими металлами в качестве отвердителей.^[160] Высказывались опасения, что свинцовые пули, используемые для охоты, могут нанести вред окружающей среде.^[q]

Высокая плотность и устойчивость свинца к коррозии использовались в ряде связанных приложений. Он используется как балласт в килях парусника; его плотность позволяет ему занимать небольшой объем и минимизировать водонепроницаемость, таким образом уравновешивая кренящее воздействие ветра на паруса.^[204] Он используется в подводное плавание с аквалангом грузовые ремни чтобы противодействовать плавучести дайвера.^[205] В 1993 году на базе Пизанская башня был стабилизирован 600 тоннами свинца.^[206] Из-за своей коррозионной стойкости свинец используется в качестве защитной оболочки для подводных кабелей.^[207]

Позолоченная свинцовая скульптура XVII века

Свинец имеет множество применений в строительной отрасли; свинцовые листы используются как архитектурные металлы в рубероиде, облицовка, мигающий, желоба и стыки желобов, и на парапетах крыши.^[208][209] Свинец до сих пор используется в статуях и скульптурах,^[р] в том числе для арматура.^[211] В прошлом это часто использовалось для балансировать колеса автомобилей; по экологическим причинам это использование постепенно прекращается в пользу других материалов.^[110]

Свинец добавляют в медные сплавы, такие как латунь и бронза, чтобы улучшить обрабатываемость и для его смазка качества. Практически нерастворимый в меди свинец образует твердые глобулы на дефектах по всему сплаву, таких как границы зерен. В низких концентрациях, а также действуют как смазка, шарики препятствуют образованию стружка по мере обработки сплава, тем самым улучшая обрабатываемость. Медные сплавы с повышенным содержанием свинца используются в подшипники. Свинец обеспечивает смазку, а медь обеспечивает несущую опору.^[212]

Высокая плотность, атомный номер и формуемость свинца составляют основу использования свинца в качестве барьера, поглощающего звук, вибрацию и излучение.^[213] Свинец не имеет собственных резонансных частот;^[213] В результате свинец используется в качестве звукоизоляционного слоя в стенах, полах и потолках звуковых студий.^[214] Органные трубы часто изготавливаются из свинцового сплава, смешанного с различным количеством олова, чтобы контролировать тон каждой трубы.^[215][216] Свинец - признанный защита материал из радиация в ядерная наука И в рентгеновский снимок номера^[217] за счет плотности и высокой коэффициент затухания.^[218] Расплавленный свинец использовался в качестве охлаждающая жидкость за быстрые реакторы со свинцовым теплоносителем.^[219]

В начале 21 века свинец больше всего использовался в свинцово-кислотных аккумуляторах. Свинец в батареях не контактирует напрямую с людьми, поэтому опасений по поводу токсичности меньше.^[s] Люди, работающие на заводах по производству аккумуляторов, могут подвергаться воздействию свинцовой пыли и вдыхать ее.^[221]} Реакции в батарее между свинцом, диоксидом свинца и серной кислотой являются надежным источником Напряжение.^[т] Суперконденсаторы свинцово-кислотные батареи были установлены в приложениях в киловаттном и мегаваттном масштабе в Австралии, Японии и США для регулирования частоты, сглаживания и переключения солнечной энергии, сглаживания ветра и других приложений.^[223] Эти батареи имеют более низкую плотность энергии и эффективность заряда-разряда, чем литий-ионные батареи, но значительно дешевле.^[224]

Свинцовое стекло

Свинец используется в высоковольтных силовых кабелях в качестве материала оболочки для предотвращения проникновения воды в изоляцию; это использование сокращается по мере отказа от использования свинца.^[225] Его использование в припаять для электроники также постепенно прекращается некоторыми странами, чтобы сократить количество экологически опасный напрасно тратить.^[226] Свинец - один из трех металлов, используемых в Странный тест для музейных материалов, помогающих обнаруживать органические кислоты, альдегиды и кислые газы.^[227][228]

Соединения

Свинцово-кислотные аккумуляторы не только являются основным применением свинцового металла, но и являются основным потребителем соединений свинца. Реакция накопления / высвобождения энергии, используемая в этих устройствах, включает: сульфат свинца и диоксид свинца:

Pb(s) + PbO
₂(s) + 2ЧАС
₂ТАК
₄(водн.) → 2PbSO
₄(s) + 2ЧАС
₂О(l)

Другие применения соединений свинца очень специализированы и часто исчезают. Красящие вещества на основе свинца используются в керамические глазури и стекло, особенно для красных и желтых оттенков.^[229] Хотя использование свинцовых красок постепенно прекращается в Европе и Северной Америке, они по-прежнему используются в менее развитых странах, таких как Китай,^[230] Индия,^[231] или Индонезия.^[232] Тетраацетат свинца и диоксид свинца используются в качестве окислителей в органической химии. Свинец часто используется в поливинил хлорид покрытие электрических шнуров.^[233][234] Его можно использовать для обработки фитилей свечей, чтобы обеспечить более длительный и равномерный горение. Из-за его токсичности европейские и североамериканские производители используют такие альтернативы, как цинк.^[235][236] Свинцовое стекло состоит из 12–28% оксид свинца, изменяя его оптические характеристики и уменьшая пропускание ионизирующего излучения.^[237] На основе свинца полупроводники такие как теллурид свинца и селенид свинца используются в фотоэлектрический клетки и инфракрасный детекторы.^[238]

Биологические эффекты

Свинец

Опасности
Пиктограммы GHS
Сигнальное слово GHS	Опасность
Формулировки опасности GHS	H302, H332, H351, H360Df, H373, H410
Меры предосторожности GHS	P201, P261, P273, P304, P340, P312, P308, P313, P391[239]
NFPA 704 (огненный алмаз)	0 2 0

Свинец не имеет подтвержденной биологической роли, и нет подтвержденного безопасного уровня воздействия свинца.^[240] Канадско-американское исследование 2009 года пришло к выводу, что свинец может вызывать «неблагоприятные последствия для психического здоровья» даже на уровнях, которые считаются незначительными или не представляющими никакого риска.^[241] Его распространенность в организме человека - в среднем 120 мг у взрослого.^[u]- среди тяжелых металлов тем не менее превосходит только цинк (2500 мг) и железо (4000 мг).^[243] Свинец соли очень эффективно усваиваются организмом.^[244] Небольшое количество свинца (1%) хранится в костях; остальное выводится с мочой и калом в течение нескольких недель после заражения. Только около трети свинца выводится из организма ребенка. Продолжительное воздействие может привести к биоаккумуляция свинца.^[245]

Токсичность

Свинец - очень ядовитый металл (при вдыхании или проглатывании), поражающий почти все органы и системы человеческого тела.^[246] При концентрации в воздухе 100 мг / м³, это сразу опасно для жизни и здоровья.^[247] Большая часть проглоченного свинца попадает в кровоток.^[248] Основной причиной его токсичности является его склонность вмешиваться в правильное функционирование ферментов. Это делается путем привязки к сульфгидрильные группы содержится во многих ферментах,^[249] или имитируя и вытесняя другие металлы, которые действуют как кофакторы во многих ферментативных реакциях.^[250] Среди важнейших металлов, с которыми взаимодействует свинец, - кальций, железо и цинк.^[251] Высокий уровень кальция и железа, как правило, обеспечивает некоторую защиту от отравления свинцом; низкие уровни вызывают повышенную восприимчивость.^[244]

Последствия

Свинец может вызвать серьезные повреждения мозга и почек и, в конечном итоге, привести к смерти. Имитируя кальций, свинец может пересекать гематоэнцефалический барьер. Это унижает миелин оболочки из нейроны, уменьшает их количество, мешает нейротрансмиссия маршрутов и снижает рост нейронов.^[249] В организме человека свинец подавляет порфобилиногенсинтаза и феррохелатаза, предотвращая как порфобилиноген формирование и включение утюг в протопорфирин IX, последний шаг в гем синтез. Это вызывает неэффективный синтез гема и микроцитарная анемия.^[252]

Симптомы отравления свинцом

Симптомы отравления свинцом включают: нефропатия, колики -подобные боли в животе и, возможно, слабость в пальцах, запястьях или лодыжках. Небольшое повышение артериального давления, особенно у людей среднего и пожилого возраста, может быть очевидным и вызывать анемия. Несколько исследований, в основном поперечных, обнаружили связь между повышенным воздействием свинца и снижением вариабельности сердечного ритма.^[253] У беременных женщин высокие уровни воздействия свинца могут вызвать выкидыш. Было показано, что хроническое воздействие высокого уровня снижает фертильность у мужчин.^[254]

В развивающемся мозгу ребенка свинец мешает синапс формирование в кора головного мозга, нейрохимический развитие (в том числе нейротрансмиттеров) и организация ионные каналы.^[255] Воздействие в раннем детстве связано с повышенным риском нарушения сна и чрезмерной дневной сонливости в более позднем детстве.^[256] Высокий уровень в крови связан с задержкой полового созревания у девочек.^[257] Повышение и снижение воздействия переносимого по воздуху свинца в результате сжигания тетраэтилсвинца в бензине в течение ХХ века было связано с историческим ростом и снижением уровня преступности, a гипотеза что не является общепринятым.^[258]

Источники воздействия

Воздействие свинца является глобальной проблемой, поскольку добыча и выплавка свинца, а также производство / утилизация / переработка аккумуляторов широко распространены во многих странах. Свинец попадает в организм при вдыхании, проглатывании или абсорбции через кожу. Почти весь вдыхаемый свинец всасывается в организм; при приеме внутрь этот показатель составляет 20–70%, при этом у детей процент абсорбции выше, чем у взрослых.^[259]

Отравление обычно происходит в результате проглатывания пищи или воды, загрязненных свинцом, и реже - в результате случайного проглатывания загрязненной почвы, пыли или краски на основе свинца.^[260] Продукты с морской водой могут содержать свинец, если они попадут в промышленные воды поблизости.^[261] Фрукты и овощи могут быть загрязнены высоким содержанием свинца в почве, в которой они были выращены. Почва может быть загрязнена из-за накопления твердых частиц свинца в трубах, свинцовой краски и остаточных выбросов этилированного бензина.^[262]

Использование свинца для водопроводных труб проблема в областях с мягкой или кислой водой.^[263] Жесткая вода образует нерастворимые слои в трубах, тогда как мягкая и кислая вода растворяет свинцовые трубы.^[264] Растворенный углекислый газ в переносимой воде может привести к образованию растворимого свинца бикарбонат; кислородсодержащая вода может так же растворять свинец, как гидроксид свинца (II). Питье такой воды со временем может вызвать проблемы со здоровьем из-за токсичности растворенного свинца. В жестче вода чем больше бикарбонат кальция и сульфат он будет содержать, и тем более внутренняя часть труб будет покрыта защитным слоем карбоната свинца или сульфата свинца.^[265]

Кимографическая запись воздействия ацетата свинца на экспериментальную установку сердца лягушки.

Проглатывание нанесенной краски на основе свинца является основным источником воздействия на детей: прямой источник - жевание старых окрашенных подоконников. В качестве альтернативы, когда нанесенная сухая краска портится, она отслаивается, превращается в пыль и затем попадает в организм через контакт руки в рот или через загрязненную пищу, воду или спирт. Проглатывание определенных домашние средства может привести к контакту со свинцом или его соединениями.^[266]

Вдыхание является вторым основным путем воздействия, затрагивающим курильщиков и особенно рабочих, связанных со свинцом.^[248] Сигаретный дым содержит, среди прочих токсичных веществ, радиоактивные свинец-210.^[267]

Воздействие на кожу может быть значительным для людей, работающих с органическими соединениями свинца. Скорость всасывания неорганического свинца через кожу ниже.^[268]

Уход

Лечение отравления свинцом обычно включает введение димеркапрол и сукцимер.^[269] В острых случаях может потребоваться использование динатрий кальция эдетат, кальций хелат, и динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (EDTA ). Он имеет большее сродство к свинцу, чем кальций, в результате чего хелат свинца образуется путем обмена и выводится с мочой, оставляя безвредный кальций.^[270]

Экологические последствия

Сайт сбора аккумуляторов в Дакар, Сенегал, где не менее 18 детей умерли от отравления свинцом в 2008 году.

Добыча, производство, использование и удаление свинца и его продуктов вызвали значительное загрязнение почв и вод Земли. Выбросы свинца в атмосферу достигли своего пика во время промышленной революции и периода использования этилированного бензина во второй половине двадцатого века. Выбросы свинца происходят из природных источников (т. Е. Концентраций свинца природного происхождения), промышленного производства, сжигания и переработки, а также мобилизации ранее захороненного свинца.^[271] Повышенные концентрации свинца сохраняются в почвах и отложениях в постиндустриальных и городских районах; промышленные выбросы, в том числе возникающие от каменный уголь горение^[272] продолжаются во многих частях мира, особенно в развивающихся странах.^[273]

Свинец может накапливаться в почвах, особенно с высоким содержанием органических веществ, где он остается в течение сотен и тысяч лет. Экологический свинец может конкурировать с другими металлами, обнаруженными на поверхностях растений и на их поверхности, потенциально ингибируя фотосинтез и в достаточно высоких концентрациях, отрицательно влияющих на рост и выживание растений. Загрязнение почвы и растений может позволить свинцу подняться по пищевой цепи, поражая микроорганизмы и животных. У животных свинец токсичен для многих органов, поражая нервную систему, почечный, репродуктивная, кроветворный и сердечно-сосудистая система после приема внутрь, вдыхания или абсорбции через кожу.^[274] Рыба поглощает свинец как из воды, так и из донных отложений;^[275] биоаккумуляция в пищевой цепи представляет опасность для рыб, птиц и морских млекопитающих.^[276]

Антропогенный свинец включает свинец из выстрелил и грузила. Они являются одними из самых мощных источников загрязнения свинцом наряду с объектами производства свинца.^[277] Свинец был запрещен для использования в качестве дроби и грузила в США в 2017 году.^[278] хотя этот запрет действовал только месяц,^[279] аналогичный запрет рассматривается в Европейском Союзе.^[280]

Аналитические методы определения свинца в окружающей среде включают: спектрофотометрия, Рентгеновская флуоресценция, атомная спектроскопия и электрохимические методы. Особый ионоселективный электрод был разработан на основе ионофора S, S'-метиленбис (N, N-диизобутилдитиокарбамат ).^[281] Важным биомаркером отравления свинцом является уровень δ-аминолевулиновой кислоты в плазме, сыворотке и моче.^[282]

Ограничение и исправление

Рентгенография лебедя, найденного мертвым в Конде-сюр-л'Эско (север Франции), выделив свинцовую дробь. Есть сотни свинцовых гранул; дюжины достаточно, чтобы убить взрослого лебедя за несколько дней. Такие тела являются источниками загрязнения окружающей среды свинцом.

К середине 1980-х годов произошло значительное сокращение использования свинца в промышленности. В Соединенных Штатах экологические нормы уменьшили или отменили использование свинца в изделиях, не относящихся к аккумуляторным батареям, включая бензин, краски, припои и водные системы. Устройства контроля твердых частиц были установлены в угольные электростанции для улавливания выбросов свинца.^[272] В 1992 году Конгресс США потребовал от Агентства по охране окружающей среды снизить уровень свинца в крови детей страны.^[283] Использование свинца было дополнительно сокращено Европейским Союзом в 2003 г. Директива об ограничении использования опасных веществ.^[284] Значительное сокращение отложения свинца произошло в Нидерландах после национального запрета на использование свинцовой дроби для охоты и спортивной стрельбы в 1993 году: с 230 тонн в 1990 году до 47,5 тонн в 1995 году.^[285]

В Соединенных Штатах допустимый предел воздействия для свинца на рабочем месте, включая металлический свинец, неорганические соединения свинца и свинец мыло, был установлен на уровне 50 мкг / м³ за 8-часовой рабочий день, а уровень свинца в крови ограничение на уровне 5 мкг на 100 г крови в 2012 г.^[286] Свинец все еще может содержаться в керамограните,^[287] винил^[288] (например, тот, который используется для труб и изоляции электрических шнуров) и китайской латуни.^[v] Старые дома все еще могут содержать свинцовую краску.^[288] Белая свинцовая краска была снято с продажи в промышленно развитых странах, но специализированное использование других пигментов, таких как желтый хромат свинца оставаться.^[173] При удалении старой краски шлифованием образуется пыль, которую можно вдохнуть.^[290] Снижение содержания свинца программы были утверждены некоторыми властями в собственности, где живут маленькие дети.^[291]

Свинцовые отходы, в зависимости от юрисдикции и характера отходов, могут рассматриваться как бытовые отходы (для облегчения мероприятий по снижению выбросов свинца),^[292] или потенциально опасные отходы, требующие специальной обработки или хранения.^[293] Свинец попадает в дикую природу в местах отстрела, и для борьбы с загрязнением свинцом был разработан ряд методов управления свинцом, таких как охрана окружающей среды и снижение общественного контроля.^[294] Миграция свинца может увеличиваться в кислых почвах; Чтобы противостоять этому, рекомендуется обрабатывать почвы известью, чтобы нейтрализовать почвы и предотвратить вымывание свинца.^[295]

Было проведено исследование того, как удалить свинец из биосистем с помощью биологических средств: рыбьи кости исследуются на их способность биоремедиат свинец в загрязненной почве.^[296][297] Грибок Aspergillus versicolor эффективно поглощает ионы свинца из промышленных отходов перед попаданием в водоемы.^[298] Некоторые бактерии были исследованы на предмет их способности удалять свинец из окружающей среды, в том числе сульфатредуцирующие бактерии Десульфовибрио и Desulfotomaculum, оба из которых очень эффективны в водных растворах.^[299]

Смотрите также

• Томас Мидгли младший - обнаружил, что добавление тетраэтилсвинец к бензину помешал "стук" в двигатель внутреннего сгорания

Примечания

Рекомендации

Библиография

Эта статья была отправлена ​​в WikiJournal of Science для внешнего академическая экспертная оценка в 2019 году (отчеты рецензента ). Обновленный контент был повторно интегрирован на страницу Википедии под CC-BY-SA-3.0 лицензия (2018 ). Проверенная версия записи: Михаил Болдырев; и другие. (3 июля 2018 г.), «Лид: свойства, история и приложения» (PDF), WikiJournal of Science, 1 (2): 7, Дои:10.15347 / WJS / 2018.007, ISSN  2470-6345, Викиданные  Q56050531

дальнейшее чтение

• Astrid, S .; Helmut, S .; Сигель, Р. К. О., ред. (2017). Свинец: его влияние на окружающую среду и здоровье. Ионы металлов в науках о жизни. 17. Де Грюйтер. ISBN  978-3-11-044107-9. Оглавление
• Casas, J. S .; Сордо, Дж., Ред. (2006). Свинец, химия, аналитические аспекты. Воздействие на окружающую среду и влияние на здоровье. Эльзевир. ISBN  978-0-444-52945-9.

внешняя ссылка

• Свинец на Британская энциклопедия
• Токсикология тяжелых металлов: вывод свинца, Американское общество клинической патологии