Свинец — химический элемент¶

Свинец (химический символ — Pb, от лат. Plumbum) — химический элемент 14-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы IV группы) шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 82.

Простое вещество свинец — это ковкий, сравнительно легкоплавкий металл серого цвета с синеватым оттенком. Относится к группе тяжёлых металлов. Свинец известен человечеству с глубокой древности и является одним из первых металлов, освоенных человеком.

¶История открытия и происхождение названия

Свинец был известен ещё в Древнем Египте, Месопотамии и Древнем Риме. Благодаря относительной лёгкости выплавки из руды и широкой распространённости руд, свинец использовался для изготовления водопроводных труб, посуды, грузил, пуль и типографских литер.

Латинское название элемента — Plumbum — дало корень английскому слову «plumber» (водопроводчик), поскольку древние римские водопроводы делались именно из свинца. Русское слово «свинец» имеет общеславянское происхождение и, по одной из версий, связано с литовским словом «švinas».

Алхимики обозначали свинец символом Сатурна ♄. Долгое время свинец путали с оловом и другими похожими металлами, окончательно разделив их лишь в Средние века.

¶Нахождение в природе и получение

Свинец — довольно редкий элемент: его кларковое число (среднее содержание в земной коре) составляет около 1,6×10⁻³ % по массе. Однако он образует многочисленные минералы и легко концентрируется в рудных месторождениях.

Основным минералом свинца является галенит (свинцовый блеск, PbS), который часто сопровождается сфалеритом (цинковой обманкой) и халькопиритом. Другие минералы: церуссит (PbCO₃), англезит (PbSO₄), крокоит (PbCrO₄). Крупнейшие месторождения свинцовых руд находятся в Китае, Австралии, США, Перу, России, Мексике и Казахстане.

Свинец получают преимущественно пирометаллургическим способом. Руду сначала обогащают флотацией, получая концентрат с содержанием свинца 40–70 %. Затем концентрат обжигают для перевода сульфида в оксид, после чего оксид восстанавливают углеродом (коксом) в шахтных печах. Полученный черновой свинец очищают рафинированием (пирометаллургическим или электролитическим).

Значительную долю свинца получают из вторичного сырья — переработки аккумуляторов, кабельных оболочек и других отходов. Доля вторичного свинца в мировом производстве превышает 50 %.

¶Физические и химические свойства

Свинец — металл синевато-серого цвета, обладающий высокой плотностью (11,34 г/см³). Он очень мягок: легко режется ножом и царапается ногтем. Температура плавления свинца — 327,5 °C, температура кипения — 1749 °C. Металл обладает хорошей ковкостью, тягучестью и низкой теплопроводностью.

В химическом отношении свинец — амфотерный металл, проявляющий степени окисления +2 и +4 (для соединений +2 более характерна). На воздухе свинец быстро покрывается тонкой оксидной плёнкой, защищающей его от дальнейшего окисления. При нагревании реагирует с галогенами, серой.

С разбавленными соляной и серной кислотами свинец реагирует медленно из-за образования труднорастворимых хлорида и сульфата на поверхностном слое. Хорошо растворяется в азотной кислоте и в щелочах (при нагревании). С водой при комнатной температуре не взаимодействует.

¶Основные соединения

Свинец образует множество важных соединений:

• Оксид свинца(II), PbO (глет) — жёлтый или красно-коричневый порошок, используется в производстве аккумуляторов, стекла, глазурей.
• Диоксид свинца, PbO₂ — тёмно-коричневое вещество, сильный окислитель, применяется в свинцово-кислотных аккумуляторах.
• Свинцовый сурик, Pb₃O₄ — ярко-красный пигмент, используется для антикоррозионных покрытий.
• Ацетат свинца(II), Pb(CH₃COO)₂ — «свинцовый сахар», растворимая соль со сладким вкусом, применяется в аналитической химии и медицине (исторически).
• Тетраэтилсвинец, Pb(C₂H₅)₄ — ранее массово использовался как антидетонационная добавка к бензину, в настоящее время запрещён в большинстве стран.

¶Применение

Свинец и его соединения имеют широкий спектр промышленного применения:

• Аккумуляторы — главная область потребления (около 80 % мирового производства). Свинцово-кислотные аккумуляторы используются в автомобилях, системах бесперебойного питания, электропогрузчиках.
• Защита от ионизирующего излучения — свинец эффективно поглощает гамма-излучение и рентгеновские лучи, поэтому применяется для изготовления защитных экранов, контейнеров для радиоактивных материалов, фартуков в рентгеновских кабинетах.
• Кабельная промышленность — свинцовые оболочки защищают подземные и подводные кабели от влаги и коррозии.
• Химическая промышленность — свинец используется для футеровки аппаратуры, работающей с агрессивными средами (серная кислота).
• Сплавы — свинец входит в состав припоев (с оловом), типографских сплавов (гарт), подшипниковых сплавов (баббиты), сплавов для охотничьей дроби и грузил.
• Строительство — свинцовые листы применяются для кровельных работ и гидроизоляции.
• Производство стекла и керамики — оксид свинца придаёт стеклу высокий показатель преломления (хрусталь), а также используется в глазурях и эмалях.
• Пигменты — свинцовые белила и кроны (жёлтые и красные пигменты) применяются в лакокрасочной промышленности, хотя их использование сокращается из-за токсичности.

¶Биологическая роль и токсичность

Свинец не выполняет полезных биологических функций в организме человека и животных. Он является ядом кумулятивного действия, то есть накапливается в организме. Свинец поражает нервную систему (особенно у детей), кроветворную систему, почки и желудочно-кишечный тракт. Хроническое отравление свинцом называется сатурнизмом.

Источниками загрязнения окружающей среды свинцом являются выбросы металлургических предприятий, сжигание угля, а в прошлом — использование этилированного бензина. Свинец способен накапливаться в почве, воде и пищевых цепях.

В Российской Федерации действуют строгие нормативы предельно допустимых концентраций свинца в атмосферном воздухе, воде и почве. Использование свинца в бытовых красках, водопроводных трубах и упаковке пищевых продуктов запрещено или ограничено законодательством большинства стран мира.

¶Интересные факты

• В Древнем Риме свинцовые трубы использовались для водоснабжения, что, по мнению ряда исследователей, способствовало хроническому отравлению знати.
• Свинец — конечный продукт радиоактивного распада урана и тория, поэтому его содержание в минералах используется для определения абсолютного возраста горных пород (свинцовый метод геохронологии).
• Карандашный грифель никогда не делали из свинца: он состоит из графита, но название «карандаш» (от тюркского «кара таш» — чёрный камень) исторически связано с ошибкой, когда графит принимали за свинцовую руду.
• Свинец — сверхпроводник при температуре ниже 7,2 К.