Репутация за всю историю «сотрудничества» с человеком у нашего героя сложилась не слишком хорошая. Хотя применялся свинец еще в Древнем Египте (в основном для нужд косметики), в Античности — римляне с присущим им размахом строили города с водопроводами. И трубы делали из свинца.
Содержание
Косметика, водопровод, типографские литеры…
В Британском музее есть свинцовая статуэтка женщины из Египта, датируется она третьим тысячелетием до нашей эры. Это самый древний (официально) свинцовый предмет. Египтяне (более-менее состоятельные) считали неприличным выйти на улицу, не подкрасив глаза. Потому и рынок косметики был хорошо развит. Для подводки глаз использовали черный сульфид или белый карбонат свинца. Жировой основой служил гусиный жир. Вороной блеск древнеегипетских шевелюр зачастую достигался вульгарной окраской пастой из оксида свинца.
Великая Римская Империя
Вечный город оставил после себя вечные дороги (до сих пор некоторые вполне годны), вечное римское право (которое, несмотря на древний возраст, до сих пор изучают юристы), и акведуки. По ним с гор доставлялась для жителей вода. В разветвленной системе водопровода использовались свинцовые трубы.
Римляне уделяли водоснабжению огромное значение. Секст Юлий Фронтин, живший в первом веке н.э., написал целую книгу «О водопроводах».
Вот пара цитат из нее:
«труба делается сворачиванием в круг свинцовой пластины в пять пальцев шириной.
…Все кураторы … до своего назначения побывали консулами, что указывает на высокий статус куратора вод».
Время, вперед!
С развитием типографского дела свинца требовалось все больше. Его применяли для изготовления типографских литер. Изобретение аккумуляторов и развитие автомобилестроения подхлестнули добычу металла. И бытовые, но нужные мелочи, вроде пигментов свинцовых соединений для красок до сих пор востребованы.
Так назвали…
Происхождение названия металла неявно до сих пор. В старину олово и свинец частенько путали, хотя просвещенные люди (тот же Плиний) различали их: Plumbum nigrum (свинец), Plumbum album (олово). Для англичан водопроводчик — plumber.
Во многих славянских языках нашего героя называют оловом. Хотя в старорусском это (свинець), словенском (svinec), на белорусском (свінец). А вот в языках Прибалтики названия похожи — svinas (литовский), svin (латышский).
Свойства
Свинец (Plumbum, Pb) — элемент с номером 82 в таблице Менделеева. Находится в 14 группе (старая классификация «держала» металл в главной подгруппе VI группы).
Это тяжелый, мягкий металл. Цвет имеет светло-серый, с металлическим блеском.
Поговорим о химических свойствах цветного металла.
Основные степени окисления +2 и +4; в каждой из них металл амфотерный, принимает роль катиона или входит в состав аниона.
| Свойства атома | |
|---|---|
| Название, символ, номер | Свине́ц / Plumbum (Pb), 82 |
| Атомная масса (молярная масса) |
207,2(1)[1] а. е. м. (г/моль) |
| Электронная конфигурация | [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p2 |
| Радиус атома | 175 пм |
| Химические свойства | |
| Ковалентный радиус | 147 пм |
| Радиус иона | (+4e) 84 (+2e) 120 пм |
| Электроотрицательность | 2,33 (шкала Полинга) |
| Электродный потенциал | Pb←Pb2+ −0,126 В Pb←Pb4+ 0,80 В |
| Степени окисления | 4, 2, 0 |
| Энергия ионизации (первый электрон) |
715,2 (7,41) кДж/моль (эВ) |
| Термодинамические свойства простого вещества | |
| Плотность (при н. у.) | 11,3415[2] г/см³ |
| Температура плавления | 600,61 K (327,46 °C, 621,43 °F)[3] |
| Температура кипения | 2022 K (1749 °C, 3180 °F)[3] |
| Уд. теплота плавления | 4,77 кДж/моль |
| Уд. теплота испарения | 177,8 кДж/моль |
| Молярная теплоёмкость | 26,65[2] Дж/(K·моль) |
| Молярный объём | 18,3 см³/моль |
| Кристаллическая решётка простого вещества | |
| Структура решётки | кубическая гранецентрированая |
| Параметры решётки | 4,950 Å |
| Температура Дебая | 88,00 K |
| Прочие характеристики | |
| Теплопроводность | (300 K) 35,3 Вт/(м·К) |
| Номер CAS | 7439-92-1 |
Физические свойства востребованы во многих сферах жизни. Металл отлично плавится, быстро принимает нужную форму и застывает без трещин. К тому же он такой мягкий, что на поверхности слитка легко продавить черту ногтем, или отрезать ножом кусочек. Плотность 11,34 г/см3. Свинец плавится при 300оС, кипит при 1749 градусов. При температуре 7,26 по Кельвину становится сверхпроводником.
Измерения оптических свойств металлов основано на свойствах поляризованного луча света, отраженного от металлической поверхности.
Оптические свойства свинца:
- отсутствует плеохроизм;
- отсутствует люминисценция;
- в отраженном свете имеет серо-белый с коричневатым оттенком цвет с коричнево-красным внутренним отражением.
Структура кристаллической решетки гранецентрированная, кубическая.
Природный свинец содержит пять стабильных изотопов:
- 208Pb (изотопная распространённость 52,%);
- 207Pb (изотопная распространённость 22%);
- 206Pb (изотопная распространённость 24%);
- 204Pb (изотопная распространенность 1,4%);
- 202Pb (изотопная распространённость — следы).
Соединения металла
Галогениды свинца образуются, когда степень окисления +2 (для каждого галогена). Это фториды, бромиды, йодиды и хлориды свинца. Металл может вступать в реакции с фтором и хлором (степень окисления +4).
Халькогениды свинца являются теллурит, сульфид, селенит свинца. Их химические формулы PbTe, PbS, PbSe. Как видим, и галенит, важнейшая свинцовая руда, тоже халькогенит.
Оксиды свинца могут быть основными или амфотерными. Чистая, свежая свинцовая отливка быстро покроется пленкой оксида («союз» металла с кислородом воздуха). У металла два простых оксида — PbO и PbO2, и один смешанный — свинцовый сурик, Pb3O4. Им кораблестроители покрывали днища кораблей, а мастеровитые советские автовладельцы брюшко своих железных коняшек — у свинцового сурика отличные антикоррозионные качества.
К соединениям свинца относятся его соли. Вот некоторые из них:
| Соль свинца, формула | Свойства, применение |
| Сульфат, свинцовый купорос (PbSO4) | Минерал англезит; применяют для создания пигментов |
| Метасиликат (PbSiO3) | Минерал аламосит; применяют как стабилизатор пластмасс и для красок по керамике |
| Нитрат Pb(NO3)2 | Востребован в цианировании золота, как ингибитор полимеров нейлона, как зооцид |
| Хромат (PbCrO4) | Минерал крокоит (с примесью серебра и цинка); очень токсичен, крайне канцерогенный, опасен для окружающей среды |
| Хлорид PbCl2 | Минерал коттунит; очень токсичен |
| Линолеат, PbC36H62O4 | Применяют как сиккатив (добавляют в масляные краски, чтоб быстрее высыхали) |
Свинец хорош коррозионной стойкостью, хорошими литейными качествами, а вот его высокая ползучесть и просто никакая прочность отталкивает производителей. Другое дело — сплавы. Но добавки нужно выбирать с умом.
Висмут, мышьяк не годятся: первый уменьшает кислотоупорность свинца, второй сильно уменьшает пластичность. Теллур и медь повысят кислотоупорность. Но сплав свинца и меди нежелателен в производстве свинцовых белил и глета для хрусталя.
Сурьма улучшит кислотоупорность сплава и твердость, но уменьшит электропроводность с пластичностью.
Серебро и никель повысят устойчивость сплава к серной кислоте.
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.
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…
Добыча и производство
По оценке Геологического бюро США запасы металла в мире достигают полутора миллиардов тонн. Основной их частью владеют страны:
- Китай;
- США;
- Россия;
- ЮАР;
- Перу;
- Канада;
- Мексика.
Годовое производство металла в мире составляет около 3 миллионов тонн. Дефицит свинца на этом рынке создает Китай. Его спрос на металл составляет около 45% мировой добычи.
Получение нашего серого героя происходит из минералов и из вторичного сырья (тонны аккумуляторов с отработавших срок машин).
От атомной энергетики до рыбацких утех
В промышленности и быту обширно 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.
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.
