Что делают из свинца. Применение металла свинец в народном хозяйстве и строительстве

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Свинец - восемьдесят второй элемент Периодической таблицы. Обозначение - Pb от латинского «plumbum». Расположен в шестом периоде, IVA группе. Относится к металлам. Заряд ядра равен 82.

Свинец - голубовато-белый тяжелый металл (рис. 1). В разрезе поверхность свинца блестит. На воздухе покрывается пленкой оксидов и из-за этого тускнеет. Он очень мягок и режется ножом. Обладает низкой теплопроводностью. Плотность 11,34 г/см 3 . Температура плавления 327,46 o С, кипения 1749 o С.

Рис. 1. Свинец. Внешний вид.

Атомная и молекулярная масса свинца

Относительной молекулярная масса вещества (M r) - это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (A r) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.

Поскольку в свободном состоянии свинец существует в виде одноатомных молекул Pb, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 207,2.

Изотопы свинца

Известно, что в природе свинец может находиться в виде четырех стабильных изотопов 204 Pb, 206 Pb, 207 Pb и 208 Pb. Их массовые числа равны 204, 206, 207 и 208 соответственно. Ядро атома изотопа свинца 204 Pb содержит восемьдесят два протона и сто двадцать два нейтрона, а остальные отличаются от него только числом нейтронов.

Существуют искусственные нестабильные изотопы свинца с массовыми числами от 178-ми до 215-ти, а также более десяти изомерных состояний ядер, среди которых наиболее долгоживущими являются изотопы 202 Pb и 205 Pb, периоды полураспада которых равны 52,5 тысячи и 15,3 млн. лет соответственно.

Ионы свинца

На внешнем энергетическом уровне атома свинца имеется четыре электрона, которые являются валентными:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 4f 14 5s 2 5р 6 5d 10 6s 2 6р 2 .

В результате химического взаимодействия свинец отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:

Pb 0 -2e → Pb 2+ ;

Pb 0 -4e → Pb 4+ .

Молекула и атом свинца

В свободном состоянии свинец существует в виде одноатомных молекул Pb. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу свинца:

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2

– мягкий, ковкий, химически инертный металл весьма стойкий к коррозии. Именно эти качества в основном обуславливают широчайшее его применение в народном хозяйстве. К тому же металл обладает довольно низкой температурой плавления и легко образует разнообразные сплавы.

Давайте поговорим сегодня про и его применение в строительстве и промышленности: сплавы, свинцовые кабельные оболочки, краски на основе него,

Первое применение свинца было связано с его превосходной ковкостью и устойчивостью к коррозии. В результате металл использовался там, где применяться не должен был: при изготовлении посуды, водопроводных труб, умывальников и так далее. Увы, последствия такого использования были самые печальные: свинец является материалом токсичным, как и большинство его соединений и, попадая в организм человека, вызывает множество тяжких повреждений.

• Настоящее же распространение металл получил после того, как от опытов с электричеством перешли к повсеместному использованию электротока. Именно свинец применяется в многочисленных химических источниках тока. Более 75% от всей доли выплавляемого вещества уходит на производство свинцовых аккумуляторов. Щелочные аккумуляторы, несмотря на большую легкость и надежность, вытеснить их не могут, поскольку свинцовые создают ток более высокого напряжения.
• Свинец образует множество легкоплавких сплавов с висмутом, кадмием и так далее и все они применяются для получения электрических предохранителей.

Свинец, являясь токсичным, отравляет окружающую среду, да и для человека представляет немалую опасность. Свинцовые аккумуляторы нуждаются в утилизации или что перспективнее в переработке. На сегодня до 40% металла получают путем переработки аккумуляторов.

• Еще одно интересное применение металла – обмотка сверхпроводящего трансформатора. Свинец был одним из первых металлов, проявивших сверхпроводимость, причем при относительно высокой температуре – 7,17 К (для сравнения температура сверхпроводимости для – 0,82 К).
• 20% от объема вещества свинец используется при производстве свинцовых оболочек для силовых кабелей при подводной и подземной укладке.
• Свинец, а, вернее, его сплавы – баббиты, являются антифрикционными. Их повсеместно используют при производстве подшипников.
• В химической промышленности металл используется при получении кислотоупорной аппаратуры, так как очень неохотно реагирует с кислотами и с очень небольшим их числом. По тем же причинам из него производят трубы для перекачки кислот и сточную канализацию для лабораторий и химических предприятий.
• В военном производстве роль свинца преуменьшить сложно. Свинцовые шары метали катапульты еще Древнего Рима. Сегодня это не только боеприпас для стрелкового, охотничьего или спортивного оружия, но и инициирующие взрывчатые вещества, например, знаменитый азид свинца.
• Еще одно общеизвестное применение – припои. предоставляет универсальный материал для соединения всех остальных металлов, которые обычным способом не сплавляются.
• Свинец металл хотя и мягкий, но относится к тяжелым, к тому же не просто тяжелым, а самым доступным в получении. А с этим связано одно из самых интересных его свойств, хотя и относительно недавно открытых – поглощение радиоактивного излучения, причем любой жесткости. Свинцовая защита применяется везде, где есть угроза повышения радиации – от рентгеновского кабинета до ядерного полигона.

Жесткое излучение обладает большей проникающей способностью, то есть, для защиты от него требуется более толстый слой материала. Однако свинец поглощает жесткое излучение даже лучше, чем мягкое: это связано с образованием электронно-позитронной пары вблизи массивного ядра. Слой свинца толщиной в 20 см способен защитить от любого известного науке излучения.

Во многих случаях альтернативы металлу попросту нет, так что ожидать приостановления из-за его экологической опасности нельзя. Все усилия такого рода должны быть направлены на разработку и внедрение эффективных способов очистки и вторичной переработки.

Данное видео расскажет о добыче и применении свинца:

Его использование в строительстве

Металл в строительных работах применяется нечасто: его токсичность ограничивает круг применения. Однако в составе сплавов или при сооружении специальных конструкций вещество используется. И первое, о чем мы погорим, это кровли из свинца.

Кровля

В качестве свинец применяется с незапамятных времен. В Древней Руси свинцовым листом покрывали церкви и колокольни, так как его цвет прекрасно подходил для этой цели. Металл пластичен, что позволяет получить листы едва ли не любой толщины, а, главное, формы. При перекрытии нестандартных архитектурных элементов, сооружении сложных карнизов свинцовый лист подходит просто идеально, поэтому используется постоянно.

Для кровли выпускают прокатный свинец, как правило, в рулонах. Кроме листов со стандартной ровной поверхностью, есть также материал волнистый – плиссированный, окрашенный, луженный и даже самоклеящийся с одной стороны.

На воздухе свинцовый лист довольно быстро покрывается патиной, состоящей из слоя оксида и карбонатов. Патина защищает металл от коррозии. Но если ее внешний вид по каким-то причина не нравится, кровельный материал можно покрыть специальным патинирующим маслом. Это делается вручную или в производственных условиях.

Звукопоглощение

Звукоизоляция жилища – одна из непреходящих проблем старых, и многих современных домов. Причин тому множество: сама конструкция, где стены или перекрытия проводят звук, материал перекрытий и стен, который не поглощает звук, новшество в виде лифта новой конструкции, который проектом не предусмотрен и создает дополнительную вибрацию и множество других факторов. Но в итоге обитатель квартиры вынужден самостоятельно справляться с этими проблемами.

На предприятии, в звукозаписывающей студии, в здании стадиона эта проблема приобретает куда большие размеры, а решается таким же образом – монтажом звукопоглощающей отделки.

Свинец, как ни странно, используется именно в этой роли – звукопоглотителя. Конструкция материала практически одинакова. Свинцовая пластина малой толщины – 0,2–0,4 мм покрывается защитным полимерным слоем, поскольку металл все же относится к опасным, а с двух сторон пластины закрепляется органический материал – вспененный каучук, полиэтилен, полипропилен. Звукоизолятор поглощает не только звук, но вибрацию.

Механизм таков: звуковая волна, проходя через первый полимерный слой, теряет часть энергии и возбуждает колебания свинцовой пластины. Часть энергии при этом поглощается металлом, а остаток гасится во втором вспененном слое.

Стоит отметить, что направление волны в этом случае никакого значения не имеет.

О том, как используют свинец в строительстве и хозяйстве, расскажет этот видеоролик:

Рентген-кабинеты

Рентгеновское излучение чрезвычайно широко используется в медицине, по сути, составляя базу инструментального обследования. Но если в минимальных дозах особой опасности оно не представляет, то получение большой дозы облучения составляет угрозу для жизни.

При обустройстве рентгеновского кабинета именно свинец используется в качестве защитного слоя:

• стен и дверей;
• пола и потолка;
• мобильных перегородок;
• средств индивидуальной защиты – фартуков, надплечников, перчаток и других предметов со свинцовыми вставками.

Защиту обеспечивают благодаря определенной толщине экранирующего материала, что требует точных расчетов с учетом размеров помещения, мощности аппаратуры, интенсивности использования и так далее. Способность материала снижать излучение измеряется в «свинцовом эквиваленте» – значении толщины такого слоя чистого свинца, который способен рассчитанное излучение поглотить. Эффективной считается такая защита, которая превосходит указанную величину на ¼ мм.

Уборка рентгеновских кабинетов проводится особым образом: здесь важным является своевременное удаление свинцовой пыли, так как последняя представляет опасность.

Другие направления

Свинец – тяжелый, ковкий, стойкий к коррозии металл, и что самое важное: доступный и достаточно дешевый в производстве. К тому же металл незаменим при защите от излучения. Так что полный отказ от его использования – дело довольно отдаленного будущего.

О проблемах со здоровьем, вызванных применением свинца, расскажет Елена Малышева в видео ниже:

Предлагаю свой оригинальный и эффективный способ изготовления форм для выплавки изделий (грузил, джиг-головок) из свинца.

Помните о предосторожности. Олово иногда переливается, а это не есть хорошо. Будьте осторожны. Дерзайте. Всем привет!

Восемьдесят второй элемент таблицы Менделеева людям знаком давно. Скифские шаманы в обязательном порядке нашивали на ритуальную одежду свинцовые пластинки и бусины, «чтобы не улететь безвозвратно в мир духов». В египетских захоронениях обнаружены фигурки из свинца, датируемые VI веком до нашей эры. Но особым почтением к свинцу отличались древние римляне – там из него делали водопроводы, крыши, посуду для вина, и много еще чего. Их опыт попытались перенять строители Московского кремля, но, увы (или может быть, к счастью, учитывая влияние свинца на человека) первый же пожар уничтожил их труды...

Подробный экскурс в историю займет не одну страницу, поэтому разумнее посвятить ему отдельную статью.

Применение и свойства

Звездный час свинца настал с изобретением огнестрельного оружия. Но этот металл годится не только на пули и дробь. Без него встал бы абсолютно весь транспорт, ведь он – элемент автомобильных аккумуляторов, которые так и называются: свинцово-кислотные. Бокалы за праздничным столом звенели бы не так благозвучно – свинец входит в состав хрусталя (хотя впервые он попал туда по ошибке одного чешского стеклодува). Рентгеновские кабинеты прекратили бы прием пациентов – от радиации ничто не защищает, кроме свинцовых фартуков. А чем бы мы паяли? И еще много, много всего не удалось бы сделать, если бы в арсенале человечества не было тяжелого серого металла. Да, кстати, про арсеналы: нитрат свинца используется для производства мощной взрывчатки, а в качестве детонатора наиболее распространен азид свинца.

«Серебристо-белый металл с голубоватым отливом, блестящий на срезе»… Так говорит про свинец Википедия. Многих это описание приведет в недоумение, ведь цвет свинца всем известен – он серо-черный, как низкие грозовые тучи. А все потому, что на воздухе происходит стремительное окисление свинца, а пленка окислов придает поверхности металла темный оттенок.

В детстве многие самостоятельно изготавливали свинцовые грузила для рыбалки. Нужно насыпать в консервную банку «потроха» от старых аккумуляторов и совсем недолго нагреть плошку на костре. Температура плавления свинца всего 328 градусов по Цельсию. Затем вылить расплавленный металл на плоский камень… готово, можно резать. Для этого не нужны особые усилия – подойдет обычный нож и даже старые ножницы. Plumbum – мягкий металл, его пластинки можно без усилий свернуть в трубочку.

Фото: Свинец очень удобно использовать в качестве рыболовных грузил -
он не подвержен коррозии, легко принимает нужную форму.

Что тяжелее свинца? Из тех веществ, которые можно встретить в быту, прямо скажем, немногие. Золото – оно тяжелее свинца почти в два раза. И ртуть. Если кусок свинца положить в емкость с ртутью, он будет плавать на поверхности.

Расплавленный свинец напоминает ртуть – он блестящий, подвижный, и в нем, как в зеркале, отражаются окружающие предметы. Но, остывая, свинец тут же окисляется и покрывается мутной пленкой, темнеющей на глазах. Если вылить каплю расплавленного свинца в воду, то получатся всякие замысловатые фигурки, не хуже иных творений модных скульпторов. Но не рекомендуем увлекаться подобным творчеством – свинец ядовит, хотя влияние его на человека проявляется далеко не сразу. Особенно коварны его пары. Тот, кто работает со свинцом, должен регулярно проходить медицинские осмотры.

Ученые из США на протяжении многих лет собирали статистику, которая подтвердила, что в тех районах, где ведется добыча и переработка свинца, уровень преступности в 4 раза превышает аналогичные показатели в среднем по стране.

От автора: российским ученым стоит провести встречный эксперимент и поразить коллег из США сенсационными данными: в районах, где ведется добыча свинца открытым способом, похмелье переносится в 4 раза легче, чем в среднем по стране…

Месторождения свинца

Свинец в природе в чистом виде не встречается. Он всегда смешан с каким-либо металлом, чаще всего с оловом и сурьмой. Обязательно содержится в урановых и ториевых рудах, потому что свинец – не что иное, как последняя стадия распада урана. Вернее, в природе существует пять стабильных изотопов свинца, из которых три – продукты распада U и Th. Эти три изотопа занимают 98,5% от всего количества Pb, содержащегося в земной коре. В процессе ядерной реакции возникают и тут же распадаются многочисленные радиоактивные изотопы свинца.

Основным сырьем для получения свинца служит галенит, он же - свинцовый блеск, химическая формула - PbS. Его кристаллы тяжелые, блестящие и хрупкие.

Фото: Галенит или свинцовый блеск, PbS

Минералы, содержащие свинец и цинк (а также серебро, медь, железо, кадмий и ряд других металлов) образуют общее рудное тело. Комплексные полиметаллические руды имеют в составе такие ценные элементы, как золото, галлий, индий и многие другие. В настоящее время наиболее экономически выгодно извлекать из них свинец и цинк, реже – серебро. Остальное складируют под открытым небом в так называемые хвостохранилища. Это не отходы, а резервы сырья. В перспективе возможна их повторная отработка.

Состав руд Горевского месторождения уникален в своем роде:

(Продолжение следует...)

Физические свойства. Свинец - тяжелый цветной металл синевато-серого цвета, свежий излом его имеет сильный металлический блеск. Подобно большинству металлов, свинец кристаллизуется в правильной системе, давая кубы и октаэдры несовершенной формы.
Чистый свинец очень мягок и легко чертится ногтем. Его твердость зависит от способа охлаждения и присутствия примесей. Медленно охлажденный свинец более мягок, чем быстро охлажденный.
Примеси очень сильно изменяют механические и физико-химические свойства свинца. Некоторые присадки значительно улучшают механические свойства (прочность, твердость, сопротивление ползучести) при сохранении высокой стойкости против коррозии.
Свинец - очень пластичный металл, легко поддается ковке и прокатке в тончайшую фольгу. Благодаря исключительной мягкости и ковкости он легко выдавливается в сплошные и пустотелые цилиндры при температуре ниже его точки плавления. Ho вместе с тем свинец обладает настолько малой тягучестью, что вытянуть из него тонкую проволоку почти невозможно, вследствие чего проволоку выдавливают и прессуют так же, как изготовляют свинцовые трубы.
Свинец хорошо поддается обработке, обладает хорошими литейными свойствами, но низкая механическая прочность и относительно высокая ползучесть ограничивают его применение как конструкционного материала.
Свинец легко сплавляется с некоторыми металлами, давая простые и сложные сплавы. Основные свинцовые сплавы - подшипниковые (баббиты), деформируемые (для кабельных оболочек), типографские сплавы и припои. Свинцовые баббиты содержат, кроме основной составляющей - свинца, натрий, кальций и другие элементы. Оловянные баббиты, кроме свинца и олова, содержат медь, сурьму, кадмий, никель, теллур и др.
Свинцовые натриекальциевые баббиты обладают хорошими механическими антифрикционными свойствами, что позволяет применять их для заливки подшипников.
В состав деформируемых свинцовых сплавов в качестве добавок входят олово, медь, теллур и сурьма.
Типографские сплавы на свинцовой основе содержат сурьму, олово и медь.
Для характеристики физических свойств свинца приведем некоторые цифровые данные, заимствованные из литературы.
Температура плавления свинца 327° С; температура кипения 1750° С. Давление насыщенного пара свинца в зависимости от температуры следующее:

Объемная масса твердого свинца колеблется в пределах 11,273-11,48 г/см3.
Объемная масса жидкого свинца меняется в зависимости от температуры:

Теплота плавления свинца при 327°С 5100 дж/моль*°К. Изменение теплоты плавления в зависимости от температуры выражается следующей зависимостью:

Зависимость теплоты испарения свинца от температуры следующая:

Средняя удельная теплоемкость свинца:
- твердого:

- жидкого:

Поверхностное натяжение в зависимости от температуры:

Вязкость свинца в зависимости от температуры:

Твердость свинца по Бринелю 3,8-4,2 кг/мм2.
Давление истечения свинца высокой чистоты 6,6 кг/мм2. Тепловой поток для твердого и жидкого свинца при разных температурах:

Из приведенных цифр видно, что свинец - легкоплавкий металл, но уже при низких температурах обладает заметной летучестью, которая возрастает с температурой.
От летучести свинца и его соединений возрастают потери при металлургическом производстве, что вынуждает принимать ряд мер по улавливанию свинцовых паров. Некоторые примеси, как например мышьяк и сурьма, повышают летучесть свинца.
Свинец - очень жидкотекучий металл, его вязкость лишь в 2 раза больше, чем воды. Свинец плохой проводник электрического тока, по отношению к серебру его проводимость составляет меньше 0,1.
Химические свойства . Свинец - химический элемент IV группы периодической системы Д.И. Менделеева. Порядковый номер его 82. Атомный вес 207,21. Валентность 2 и 4. В совершенно сухом воздухе свинец химически не изменяется. Во влажном и содержащем углекислый газ воздухе свинец тускнеет, покрываясь пленкой закиси Рb2О, которая медленно превращается в основной карбонат ЗРbСО3*Рb(OН)2. Расплавленный свинец в присутствии воздуха медленно окисляется до закиси, которая при повышении температуры превращается в окись PbO (глет).
При продолжительном нагревании расплавленного свинца в атмосфере воздуха в интервале от 330 до 450° С образующийся глет превращается в трехокись свинца Рb2О3; в интервале от 450 до 470° С образуется сурик Рb3O4. Как Рb2О3, так и Рb3O4 при повышении температуры разлагаются.
Диссоциация Рb3O4 протекает по реакции

Зависимость между давлением р диссоциации Рb3O4 и температурой выражается следующими цифрами:

Все окислы свинца, кроме окиси PbO, при повышенных температурах нестойки и диссоциируют на PbO и О2.
Углекислый газ оказывает на свинец незначительное окисляющее действие.
Чистая вода реагирует со свинцом лишь в присутствии кислорода и при продолжительном воздействии образует рыхлый гидрат окиси свинца.
Соляная и серная кислоты действуют только на поверхность свинца, так как образующийся хлористый (РbСl2) и сернокислый (PbSO4) свинец почти нерастворимы и предохраняют лежащий под ними слой металла от дальнейшего действия кислот. Концентрированная серная кислота растворяет свинец лишь при температуре выше 200° С. Кроме того, свинец химически стоек по отношению к следующим веществам; смесям серной и азотной кислот, нитрозам, щелочам, аммиаку и аммиачным солям, хлору и хлорсодержащим растворам, плавиковой кислоте и ее солям, большинству органических кислот, цианистому калию, фосфорному ангидриду, расплавленной буре и маслам.
Лучший растворитель свинца - азотная кислота.
Применение свинца. Свинец обладает рядом ценнейших свойств, обеспечивающих применение его в самых различных областях промышленности.
Очень большой потребитель свинца - аккумуляторная промышленность. Из свинца изготовляют пластины аккумуляторов, решетки которых делают из свинцово-сурьмяного сплава и заполняют смесью свинца и глета. Потребность в свинцовых аккумуляторах непрерывно возрастает в связи с ростом выпуска автомобилей и тракторов.
В электротехнической промышленности свинец используют в производстве кабелей для покрытия их коррозионностойкой оболочкой.
Свинец применяют для изготовления химических соединений (белила, сурик, глет, нитрид) и для химического аппарато- и машиностроения. В больших количествах расходуют свинец в производстве серной кислоты, белильных солей, искусственного шелка, целлюлозы и др. Широко используют свинец при производстве связанного азота, квасцов, в жировой и мыловаренной промышленности.
В металлургическом производстве свинец используют на многих гидрометаллургических установках, при электролитическом рафинировании и для аппаратов пылеулавливания.
Широко применяют сплавы свинца с другими металлами, входящими в большую группу бронз, латуней, баббитов и припоев. Эти сплавы используют для подшипников в машиностроении и в электротехнике. Большое значение имеет типографский сплав.
Свинец лучше других материалов способен поглощать гамма-лучи, благодаря чему применяется при использовании атомной энергии.
Свинец применяют также в современной военной технике.
Применение тетраэтила свинца как добавки к бензину для уменьшения его взрывоопасности (антидетонация) и для улучшения его качества - также крупные статьи расхода свинца.
В современной технике имеется тенденция заменять свинец другими материалами. Для покрытия кабелей вместо свинца в возрастающих количествах применяются алюминиевые и пластикатные полиэтиленовые оболочки.
Свинцовые пигментные продукты успешно заменяют пигментами на основе титана.
Свинец, расходуемый на антикоррозионные покрытия, в ряде случаев может быть заменен синтетическими химическими материалами. Свинцовую фольгу успешно заменяют алюминиевой. Внедрение в полиграфической промышленности цинковых сплавов. вместо свинцовосурьмяных также должно сократить расход свинца.