Свинец: свойства, история и применение¶

Свинец (лат. Plumbum, обозначается символом Pb) — это химический элемент 14-й группы (по старой классификации — IVA), шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 82. Простое вещество представляет собой ковкий, сравнительно легкоплавкий металл серого цвета с синеватым оттенком. Свинец известен человечеству с глубокой древности и является одним из важнейших цветных металлов, однако ввиду высокой токсичности его применение в современном мире существенно ограничено.

¶История

Свинец — один из первых металлов, освоенных человеком. Благодаря низкой температуре плавления (327,46 °C) он легко выплавлялся из руды даже в примитивных печах. Археологические находки свидетельствуют, что уже в VII тысячелетии до н. э. в Малой Азии (современная Турция) изготавливались изделия из свинца. В Древнем Египте свинец использовали для изготовления амулетов, статуэток и глазурей. В Древнем Риме свинец применялся в огромных масштабах: из него делали водопроводные трубы (слово «плюмбум» дало название профессии водопроводчика — plumbarius), посуду, монеты, грузила и даже использовали в качестве добавки в вино для его консервации. Именно римляне наладили масштабную добычу свинца в Испании, Британии и на Сардинии. Некоторые исследователи связывают упадок Римской империи в том числе с хроническим отравлением свинцом элиты, употреблявшей вино из свинцовой посуды.

В Средние века свинец применяли для кровельных работ, изготовления пуль и типографских литер. Русское название «свинец» имеет общеславянское происхождение и родственно литовскому слову švinas (свинец). В алхимии свинец ассоциировался с планетой Сатурн и обозначался её символом ♄.

¶Физические и химические свойства

Свинец — тяжёлый металл голубовато-серого цвета. Его плотность составляет 11,34 г/см³, что делает его одним из самых плотных распространённых металлов. Свежий срез свинца имеет яркий металлический блеск, который быстро тускнеет на воздухе из-за образования оксидной плёнки. Металл очень мягкий: его твёрдость по шкале Мооса равна 1,5, он легко режется ножом и царапается ногтем. Свинец обладает высокой ковкостью и пластичностью, хорошо прокатывается в тонкие листы и проволоку.

Температура плавления свинца — 327,46 °C, температура кипения — 1749 °C. Металл обладает низкой теплопроводностью и низкой электропроводностью по сравнению с другими металлами. При охлаждении ниже температуры сверхпроводимости (7,2 К) свинец переходит в сверхпроводящее состояние.

Химически свинец довольно инертен. При комнатной температуре он устойчив к действию воды и разбавленных кислот, но реагирует с концентрированной азотной кислотой и горячей серной кислотой. На воздухе свинец покрывается защитной плёнкой оксида PbO. Свинец проявляет степени окисления +2 и +4, причём соединения свинца(II) более устойчивы. Наиболее известные соединения: оксид свинца(II) — глет (PbO), диоксид свинца (PbO₂), сульфид свинца (PbS) — минерал галенит, ацетат свинца — «свинцовый сахар» (Pb(CH₃COO)₂).

¶Месторождения и производство

Основным минералом свинца является галенит (свинцовый блеск, PbS), который часто содержит примеси серебра, висмута, сурьмы и меди. Также встречаются церуссит (PbCO₃) и англезит (PbSO₄). Крупнейшие месторождения свинцовых руд находятся в Китае, Австралии, США, Перу, Мексике, России (Алтай, Приморье, Якутия) и Казахстане.

Мировое производство свинца составляет около 12 миллионов тонн в год. Важной особенностью является высокая доля вторичной переработки: более половины производимого свинца получают из аккумуляторного лома. Технология получения включает обжиг сульфидного концентрата с последующей плавкой в шахтных или электрических печах, либо гидрометаллургические методы.

¶Применение

Исторически свинец использовался в самых разных областях, однако из-за токсичности его применение сокращается.

¶Аккумуляторная промышленность

Крупнейшая сфера потребления (более 80 % мирового производства) — производство свинцово-кислотных аккумуляторов для автомобилей, систем бесперебойного питания и промышленного оборудования.

¶Защита от радиации

Благодаря высокой плотности свинец эффективно поглощает гамма-излучение и рентгеновские лучи. Его применяют для изготовления защитных экранов, контейнеров для хранения радиоактивных материалов, фартуков для рентгенологических процедур.

¶Военная промышленность

Свинец используется для производства пуль, дроби и сердечников снарядов. Однако в связи с экологическими требованиями натовские страны постепенно заменяют свинцовую дробь на вольфрамовую или стальную.

¶Химическая промышленность

Свинец применяют для изготовления кислотоупорной аппаратуры, трубопроводов и облицовки ванн для электролиза. Соединения свинца используются как стабилизаторы ПВХ, пигменты (свинцовые белила, сурик), компоненты стёкол (хрусталь) и керамических глазурей.

¶Прочие применения

Свинец используется в производстве кабельной оболочки, типографских сплавов, припоев (в сочетании с оловом), грузил и балласта. Из-за высокой плотности свинец применяется в качестве противовесов в спортивном инвентаре и для балансировки колёс автомобилей.

¶Токсичность и экологические проблемы

Свинец — высокотоксичный металл, относящийся к I классу опасности. Он способен накапливаться в организме человека, поражая нервную систему, почки, печень и костную ткань. Особенно опасен свинец для детей: даже небольшие дозы вызывают снижение интеллекта, задержку развития и поведенческие нарушения. Острое отравление свинцом (сатурнизм) проявляется болями в животе, анемией и поражением мозга.

Исторически основными источниками загрязнения окружающей среды свинцом были этилированный бензин (тетраэтилсвинец добавляли в топливо для повышения октанового числа) и свинцовые краски. В большинстве стран мира этилированный бензин полностью запрещён (в России — с 2003 года), а использование свинцовых белил ограничено. В 2013 году 90 стран подписали Минаматскую конвенцию, которая, среди прочего, регулирует обращение со свинцом.

¶Интересные факты

• В Древнем Риме из свинца делали водопроводные трубы, и слово «плюмбум» (лат. plumbum) легло в основу английского слова «plumbing» (водопровод).
• Свинец — конечный продукт радиоактивного распада урана и тория, поэтому его содержание в урановых рудах постоянно растёт.
• Карандашные грифели никогда не содержали свинца: они изготавливаются из графита, который в древности ошибочно называли «чёрным свинцом».
• В средневековой Европе свинцовые пластины использовали как материал для письма: на них наносили надписи, которые затем затирали.
• Свинцовый сурик (Pb₃O₄) с древности используется как ярко-красный пигмент для антикоррозионных покрытий металлоконструкций.