Свинец – металл, который тоже можно отнести к одним из известных с самых древних времен. Полагают, что выплавка его стала первым металлургическим процессом в истории человечества. За прошедшие тысячелетия свинец то мало использовался, то вновь «входил в моду», но никогда не забывался.
Причиной тому его интересные качества. И сегодня нами будут изучены физико-химические, механические и магнитные свойства, технические характеристики свинца, его сплавов и окиси, рассмотрены фото элемента и даны полезные советы по его использованию.
Общие сведения:
| 100 | Общие сведения | |
| 101 | Название | Свинец |
| 102 | Прежнее название | |
| 103 | Латинское название | Plumbum |
| 104 | Английское название | Lead |
| 105 | Символ | Pb |
| 106 | Атомный номер (номер в таблице) | 82 |
| 107 | Тип | Металл |
| 108 | Группа | Амфотерный, тяжёлый, цветной металл |
| 109 | Открыт | Известен с глубокой древности. |
| 110 | Год открытия | 7000 до н.э. |
| 111 | Внешний вид и пр. | Ковкий, сравнительно легкоплавкий, тяжёлый металл серебристо-белого цвета с синеватым отливом |
| 112 | Происхождение | Природный материал |
| 113 | Модификации | |
| 114 | Аллотропные модификации | |
| 115 | Температура и иные условия перехода аллотропных модификаций друг в друга | |
| 116 | Конденсат Бозе-Эйнштейна | |
| 117 | Двумерные материалы | |
| 118 | Содержание в атмосфере и воздухе (по массе) | 0 % |
| 119 | Содержание в земной коре (по массе) | 0,00099 % |
| 120 | Содержание в морях и океанах (по массе) | 3,0·10-9 % |
| 121 | Содержание во Вселенной и космосе (по массе) | 1,0·10-6 % |
| 122 | Содержание в Солнце (по массе) | 1,0·10-6 % |
| 123 | Содержание в метеоритах (по массе) | 0,00014 % |
| 124 | Содержание в организме человека (по массе) | 0,00017 % |
Исторические сведения
Свинец используется многие тысячелетия, поскольку он широко распространён, легко добывается и обрабатывается. Он очень ковкий и легко плавится. Выплавка свинца была первым из известных человеку металлургических процессов. Бусины из свинца, датируемые 6400 г. до н. э., были найдены в культуре Чатал-Хююк. Самым древним предметом, сделанным из свинца, часто считается статуэтка стоящей женщины в длинной юбке времён первой династии Египта, датируемая 3100—2900 гг. до н. э., хранящаяся в Британском музее (инвентарный номер EA 32138). Она была найдена в храме Осириса в Абидосе и привезена из Египта в 1899 году. В Древнем Египте использовались медальоны из свинца. В раннем бронзовом веке свинец использовался наряду с сурьмой и мышьяком. Указание на свинец как на определённый металл имеется в Ветхом Завете.
Свинцовые трубы древнеримского водопровода с надписями
Самым крупным производителем свинца доиндустриальной эпохи был Древний Рим, с годовым производством 80 000 тонн. Добыча римлянами свинца происходила в Центральной Европе, римской Британии, на Балканах, в Греции, Малой Азии и Испании. Римляне широко применяли свинец в производстве труб для водопроводов, свинцовые трубы часто имели надписи римских императоров. Правда, ещё Плиний и Витрувий считали, что это нехорошо для общественного здоровья.
Папская булла 1637 года со свинцовой печатью
После падения Римской империи в V в. н. э. использование свинца в Европе упало и оставалось на низком уровне около 600 лет. Затем свинец начали добывать в восточной Германии. Свинцовый сахар ещё с римских времён добавляли в вино для улучшения его вкусовых качеств, это стало широко распространено и продолжалось даже после запрета папской буллой в 1498 году. Такое использование свинца в средние века приводило к эпидемиям свинцовой колики. В Древней Руси свинец использовали для покрытия крыш церквей, а также широко применяли в качестве материала навесных печатей к грамотам Позднее, в 1633 году, в Кремле был сооружён водопровод со свинцовыми трубами, вода по которому шла из Водовзводной башни, он просуществовал до 1737 года.
В алхимии свинец ассоциировался с планетой Сатурн и обозначался её символом ♄. В древности олово, свинец и сурьму часто не отличали друг от друга, считая их разными видами одного и того же металла, хотя ещё Плиний Старший различал олово и свинец, называя олово «plumbum album», а свинец — «plumbum nigrum».
Индустриальная революция привела к новому росту потребности в свинце. К началу 1840-х гг. годовое производство очищенного свинца впервые превысило 100 000 тонн и выросло до более чем 250 000 тонн в течение следующих 20 лет. До последних десятилетий XIX века добыча свинца в основном проводилась тремя странами: Британией, Германией и Испанией. К началу XX века добыча свинца в Европе стала меньше, чем в остальном мире, благодаря увеличившейся добыче в США, Канаде, Мексике и Австралии. До 1990 года большое количество свинца использовалось (вместе с сурьмой и оловом) для отливки типографских шрифтов, а также в виде тетраэтилсвинца — для повышения октанового числа моторного топлива.
Химические свойства свинца:
| 300 | Химические свойства | |
| 301 | Степени окисления | -4, -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4 |
| 302 | Валентность | II, IV |
| 303 | Электроотрицательность | 2,33 (шкала Полинга) |
| 304 | Энергия ионизации (первый электрон) | 715,6 кДж/моль (7,4166799(6) эВ) |
| 305 | Электродный потенциал | Pb2+ + 2e— → Pb, Eo = -0,126 В, Pb4+ + 4e— → Pb, Eo = +0,77 В, Pb4+ + 2e— → Pb2+, Eo = +1,694 В |
| 306 | Энергия сродства атома к электрону | 34,418 3(3) кДж/моль (0,356721(2) эВ) |
Для чего используется серый «тяжёлый» металл?
Рассмотренные физические и химические полезные свойства свинца позволяют в какой-то степени предсказать, для чего этот металл может использоваться:
Защита
Свойства плотности и тяжести металла очень полезны в качестве материала защиты людей от вредного излучения (к примеру, рентгенологи, применяющие свинцовые экраны или фартуки).
Окраска
Яркие, долговечные соединения удачно подходят для пигментов и красителей. Правда, по причине угрозы здоровью людей, свинец пришлось удалять из состава многих красок (особенно красок детских игрушек).
Сантехника
Свойства успешно сопротивляться коррозии сделали металл отличным материалом для строительства кровли и водопровода. Однако, опять же в связи с проблемами здоровья и безопасности многие свинцовые водопроводные трубы пришлось удалять и заменять на пластиковые.
Оружие
Вес металла оказался полезным для производства пуль стрелкового оружия. Но в этой области, опять же, рассматривается вопрос опасений воздействия на здоровье. Абсурд, но факт.
Аккумуляторы
Несмотря на слабо выраженные свойства электрической проводимости, свинец используется совместно с серной кислотой для хранения и выделения электрической энергии в результате химической реакции. Именно на таком принципе работают автомобильные аккумуляторы.
Сплавы
К важным свинцовым сплавам относятся оловянные (используются для изготовления посуды), антикоррозийные покрытия для электрических кабелей, кислотостойкие прокладки для химических резервуаров и припои с относительно низкими температурами плавления.
Физические свойства свинца:
| 400 | Физические свойства | |
| 401 | Плотность* | 11,34 г/см3 (при 20 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – твердое тело), 10,66 г/см3 (при температуре плавления 327,46 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – жидкость) |
| 402 | Температура плавления* | 327,46 °C (600,61 K, 621,43 °F) |
| 403 | Температура кипения* | 1749 °C (2022 K, 3180 °F) |
| 404 | Температура сублимации | |
| 405 | Температура разложения | |
| 406 | Температура самовоспламенения смеси газа с воздухом | |
| 407 | Удельная теплота плавления (энтальпия плавления ΔHпл) | 4,77 кДж/моль |
| 408 | Удельная теплота испарения (энтальпия кипения ΔHкип)* | 179,5 кДж/моль |
| 409 | Удельная теплоемкость при постоянном давлении | |
| 410 | Молярная теплоёмкость | 26,65 Дж/(K·моль) |
| 411 | Молярный объём | 18,2716 см³/моль |
| 412 | Теплопроводность | 35,3 Вт/(м·К) (при стандартных условиях), 35,3 Вт/(м·К) (при 300 K) |
| 413 | Коэффициент теплового расширения | 28,9 мкм/(М·К) (при 25 °С) |
| 414 | Коэффициент температуропроводности | |
| 415 | Критическая температура | |
| 416 | Критическое давление | |
| 417 | Критическая плотность | |
| 418 | Тройная точка | |
| 419 | Давление паров (мм.рт.ст.) | |
| 420 | Давление паров (Па) | |
| 421 | Стандартная энтальпия образования ΔH | |
| 422 | Стандартная энергия Гиббса образования ΔG | |
| 423 | Стандартная энтропия вещества S | |
| 424 | Стандартная мольная теплоемкость Cp | |
| 425 | Энтальпия диссоциации ΔHдисс | |
| 426 | Диэлектрическая проницаемость | |
| 427 | Магнитный тип | |
| 428 | Точка Кюри | |
| 429 | Объемная магнитная восприимчивость | |
| 430 | Удельная магнитная восприимчивость | |
| 431 | Молярная магнитная восприимчивость | |
| 432 | Электрический тип | |
| 433 | Электропроводность в твердой фазе | |
| 434 | Удельное электрическое сопротивление | |
| 435 | Сверхпроводимость при температуре | |
| 436 | Критическое магнитное поле разрушения сверхпроводимости | |
| 437 | Запрещенная зона | |
| 438 | Концентрация носителей заряда | |
| 439 | Твёрдость по Моосу | |
| 440 | Твёрдость по Бринеллю | |
| 441 | Твёрдость по Виккерсу | |
| 442 | Скорость звука | |
| 443 | Поверхностное натяжение | |
| 444 | Динамическая вязкость газов и жидкостей | |
| 445 | Взрывоопасные концентрации смеси газа с воздухом, % объёмных | |
| 446 | Взрывоопасные концентрации смеси газа с кислородом, % объёмных | |
| 446 | Предел прочности на растяжение | |
| 447 | Предел текучести | |
| 448 | Предел удлинения | |
| 449 | Модуль Юнга | |
| 450 | Модуль сдвига | |
| 451 | Объемный модуль упругости | |
| 452 | Коэффициент Пуассона | |
| 453 | Коэффициент преломления |
Добыча металла по странам мира
Многие страны мира активно добывают «Plumbum». Ведущим добытчиком металла выступает Китай (половина всей мировой добычи). Далее идут:
- Австралия
- Перу
- Мексика
- Индия
В своё время Соединенные Штаты добывали около трети всего мирового запаса, но на момент 2022 года производство серого тяжёлого металла в этой стране составляет не более 7% от мирового производства.
Минеральная руда – галенит, структура которой традиционно содержит достаточно большое количество свинца по сравнению с другими видами руды
Большая часть добываемого в США металла поступает с Аляски и Миссури, несколько меньшая из Айдахо и Вашингтона. Около 60% металла, используемого в Америке, производится из «вторичных» (переработанных) источников.
На территории России уровень добычи примерно сопоставим с американской добычей (около 5%). Однако российская добыча лишь немногим отставала от Китая во времена существования СССР. То есть с точки зрения запасов богатый ресурс в России существует.
Кристаллическая решётка свинца:
| 500 | Кристаллическая решётка | |
| 511 | Кристаллическая решётка #1 | |
| 512 | Структура решётки | Кубическая гранецентрированная |
| 513 | Параметры решётки | 4,950 Å |
| 514 | Отношение c/a | |
| 515 | Температура Дебая | 88 K |
| 516 | Название пространственной группы симметрии | Fm_ 3m |
| 517 | Номер пространственной группы симметрии | 225 |
Месторождения свинцовых руд
Образуется свинец в гидротермальных месторождениях, в зонах окисления полиметаллических руд, в черных глинах и сланцах.
Нахождение в природе в основном в виде соединений, минералов. Основной минерал для добычи металла галенит, PbS, свинцовый блеск.
Галенит, Дальнегорское скарновое месторождение
Плиний в «Естественной истории» сообщает о добыче металла:
«Черный свинец мы употребляем для труб и плит; его с трудом выкапывают в Испании и во всех Галлиях, но в Британии он добывается из верхнего слоя земли в таком изобилии, что издан закон, ограничивающий добычу известной мерой».
Черным свинцом тогда называли собственно свинец, белым или серебристым — олово. Ну, не было тогда образованных минералогов…
Экологические характеристики
Загрязнение свинцом окружающей среды считается одним из самых опасных. Все изделия, где используется свинец, нуждаются в специальной утилизации, которая проводится только лицензированными службами.
К сожалению, загрязнение свинцом обеспечивается не только деятельностью предприятий, где это хоть худо-бедно, да регулируется. В городском воздухе наличие свинцовых паров обеспечивает сгорание топлива в автомобилях. На этом фоне наличие свинцовых стабилизаторов в таких, например, привычных конструкциях, как металлопластиковое окно уже не кажется стоящим внимания.
Свинец – металл, имеющий промышленное значение. Несмотря на токсичность, в народном хозяйстве он используется слишком широко, чтобы можно было металл чем-то заменить.
О свойствах солей свинца поведает данное видео:
Распространённость в природе
Содержание С. в земной коре 1,3·10–3% по массе, в водах океана 0,03 мкг/дм3, в речных водах 0,2–8,7 мкг/дм3. Природный фон в атмосфере 2·10-9–5·10-4 мкг/м3. В теле взрослого человека содержится 7–15 мг Pb. Известно ок. 80 минералов, содержащих Pb; пром. значение имеют галенит PbS, англезит PbSO4, церуссит РbСО3, пироморфит Pb5(PO4)3Cl; см. также Свинцово-цинковые руды. В месте залегания свинцовых руд почва, растения и воды содержат до 1% Pb.
Какие металлы не магнитятся: список
Ферромагнетиков, то есть металлов, которые хорошо магнитятся, в природе существует всего 9. Это железо, кобальт, никель, их сплавы и соединения, а также шесть металлов- лантаноидов: гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий и тулий.
Металлы, притягивающиеся только к очень сильным магнитам (парамагнетики): алюминий, медь, платина, уран.
Поскольку в быту не встречаются настолько большие магниты, которые бы притянули парамагнетик, а также не встречаются металлы-лантаноиды, можно смело утверждать, что все металлы, кроме железа, кобальта, никеля и их сплавов не будут притягиваться к магнитам.
Итак, какие металлы не магнитятся к магниту:
- парамагнетики: алюминий, платина, хром, магний, вольфрам;
- диамагнетики: медь, золото, серебро, цинк, ртуть, кадмий, цирконий.
В целом можно сказать, что черные металлы притягиваются к магниту, цветные – не притягиваются.
Если говорить о сплавах, то сплавы железа магнитятся. К ним относят в первую очередь сталь и чугун. К магниту могут притянуться и драгоценные монеты, поскольку они изготовлены не из чистого цветного металла, а из сплава, который может содержать небольшое количество ферромагнетика. А вот украшения из чистого цветного металла к магниту не притянутся.
Какие металлы не ржавеют и не магнитятся? Это обычная пищевая нержавейка, золотые и серебряные изделия.
Экологические характеристики
Загрязнение свинцом окружающей среды считается одним из самых опасных. Все изделия, где используется свинец, нуждаются в специальной утилизации, которая проводится только лицензированными службами.
К сожалению, загрязнение свинцом обеспечивается не только деятельностью предприятий, где это хоть худо-бедно, да регулируется. В городском воздухе наличие свинцовых паров обеспечивает сгорание топлива в автомобилях. На этом фоне наличие свинцовых стабилизаторов в таких, например, привычных конструкциях, как металлопластиковое окно уже не кажется стоящим внимания.
От атомной энергетики до рыбацких утех
В промышленности и быту обширно применение свинца.
Сферы применение свинца
В медицине без укрытий из металла не обойтись в рентгенологических исследованиях.
В геологии «тяжёлый» металл используется для определения возраста Земли и в частности ее минералов и горных пород. Это геохронологические методы с помощью изотопов различных элементов, в том числе свинца.
Рекомендуем: ПЛАТИНА — «гнилое серебро» или благородный металл
Исчезни завтра все свинцово-кислотные аккумуляторы, нам пришлось бы пересаживаться на лошадей, велосипеды или пойти пешком. Свинец движет все автомобили на планете.
Он же, наш серый герой, входит в составы для пайки. И попробуйте доказать рыбаку, что без грузила из свинца он как-нибудь обойдется.
Как металл стал орудием убийства
Создается впечатление, что человечество не может без войн, драк, разборок или хотя бы охоты. Увлечение сильной половины человечества всегда означало близкий контакт со свинцом. Свинец прост в обработке. Еще в Древнем Риме снаряды для пращей отливали из свинца. Позже из него столетиями изготавливали пули. По сей день пули делают из свинца по одной простой причине — большой пробивной способности относительно размера и скорости полета пули.
В первых огнестрельных орудиях убийства пули были просто свинцовыми шариками, сейчас это прекрасно сбалансированные, имеющие разные конструкции, маленькие убийцы. Но будь это обычная или специальная (бронебойная, экспансивная, разрывная), пуля содержит свинец. Сердечники пули делают из свинцовой проволоки (для 45 калибра проволока потолще, для 20 калибра пойдет тонкая). Сердечники «одевают» в гильзы из меди.
Нитраты, перхлораты и азиды свинца применяют в приготовлении взрывчатых веществ.
Мрачное прошлое металла
Об ядовитых свойствах металла писали Плиний и врач Диоскорид (их беспокоили свинцовые трубы водопровода и плитки из металла, которыми выкладывали стены и иногда пол).
Русский царь Алексей Михайлович, проводя реконструкцию Кремля, приказал установить на Водовзводной башне машину, которая поднимала воду в Кремль. Все хорошо, только вот трубы были свинцовые. Часть историков и медиков винят воздействие металла на потомство царя. Его дети, Федор и Иван были очень больными. На Петре Великом питье свинцовой воды тоже отразилось. В кино царь-батюшка красавец, а в жизни был нескладным, узкие плечи, широкий таз, длинные руки и ноги.
Отравление соединениями токсичного металла продолжались и дальше.
ТЭС (тетраэтилсвинец)
Наша любовь к четырехколесным и скорости привела к разработке этого вещества. Точнее, к его добавлению в бензин, который стали звать «этилированным». На таком бензине машинки бегали быстрее, и становилось их все больше. Дело шло к геохимической катастрофе — ТЭС был в земле, в воздухе, в человеческих организмах. Правительства стран спохватились — такими темпами, со свинцовыми отравлениями править скоро станет некем. И ввели запрет на этилированные бензины.
Похожие публикации
- ПЛАТИНА — «гнилое серебро» или благородный металл
- БРОНЗА — сплав для всех времен и народов
- ВИСМУТ — радиоактивный и безопасный
- ТАНТАЛ — твёрдый, редкий и дорогой
§18. Магнитные свойства различных веществ
Ферромагнитные, парамагнитные и диамагнитные материалы. Все вещества — твердые, жидкие и газообразные в зависимости от магнитных свойств делят на три группы: ферромагнитные, парамагнитные и диамагнитные.
К ферромагнитным материалам относят железо, кобальт, никель и их сплавы. Они обладают высокой магнитной проницаемостью ?, в тысячи и даже десятки тысяч раз большей магнитной проницаемости неферромагнитных веществ, и хорошо притягиваются к магнитам и электромагнитам.
К парамагнитным материалам относят алюминий, олово, хром, марганец, платину, вольфрам, растворы солей железа и др. Относительная магнитная проницаемость ? у них несколько больше единицы. Парамагнитные материалы притягиваются к магнитам и электромагнитам в тысячи раз слабее, чем ферромагнитные материалы.
Диамагнитные материалы к магнитам не притягиваются, а, наоборот, отталкиваются. К ним относят медь, серебро, золото, свинец, цинк, смолу, воду, большую часть газов, воздух и пр. Относительная магнитная проницаемость ? у них несколько меньше единицы.
Магнитные свойства ферромагнитных материалов. Ферромагнитные материалы благодаря их способности намагничиваться широко применяют при изготовлении электрических машин, аппаратов в других электротехнических установок. Основными характеристиками их являются: кривая намагничивания, ширина петли гистерезиса и потери мощности при перемагничивании.
Кривая намагничивания. Процесс намагничивания ферромагнитного материала можно изобразить в виде кривой намагничивания (рис. 44, а), которая представляет собой зависимость индукции В от напряженности Н магнитного поля. Так как напряженность магнитного поля определяется силой тока, посредством которого намагничивается ферромагнитный материал, эту кривую можно рассматривать как зависимость индукции от намагничивающего тока I.
