Свинец

(лат. Plumbum) Pb, химический элемент IV группы периодической системы Менделеева. Атомный номер 82, атомная масса 207,2. С. — тяжёлый металл голубовато-серого цвета, очень пластичный, мягкий (режется ножом, царапается ногтем). Природный С. Состоит из 5 стабильных изотопов с массовыми числами 202 (следы), 204 (1,5%), 206 (23,6%), 207 (22,6%), 208 (52,3%). Последние три изотопа — конечные продукты радиоактивных превращений 238U, 235U и 232Th (см. Радиоактивные ряды). При ядерных реакциях образуются многочисленные радиоактивные изотопы С. Историческая справка. С. Был известен за 6—7 тыс. Лет до н. Э. Народам Месопотамии, Египта и других стран древнего мира. Он служил для изготовления статуй, предметов домашнего обихода, табличек для письма.

Римляне пользовались свинцовыми трубами для водопроводов. Алхимики называли С. Сатурном и обозначали его знаком этой планеты (см. Знаки химические). Соединения С. — «свинцовая зола» PbO, свинцовые белила 2PbCO3•Pb (OH)2 применялись в Древней Греции и Риме как составные части лекарств и красок. Когда было изобретено огнестрельное оружие, С. Начали применять как материал для пуль. Ядовитость С. Отметили ещё в 1 в. Н. Э. Греческий врач Диоскорид и Плиний Старший, Распространение в природе. Содержание С. В земной коре (кларк) 1,6·10-3% по массе. Образование в земной коре около 80 минералов, содержащих С. (главный из них галенит PbS), связано в основном с формированием гидротермальных месторождений (См. Гидротермальные месторождения) (см.

Полиметаллические руды). В зонах окисления полиметаллических руд образуются многочисленные (около 90) вторичные минералы. Сульфаты (англезит PbSO4), карбонаты (церуссит PbCO3), фосфаты [пироморфит Pb5(PO4)3Cl]. В биосфере С. В основном рассеивается, его мало в живом веществе (5·10-5%), морской воде (3·10-9%). Из природных вод С. Отчасти сорбируется глинами и осаждается сероводородом, поэтому он накапливается в морских илах с сероводородным заражением и в образовавшихся из них чёрных глинах и сланцах, Физические и химические свойства. С. Кристаллизуется в гранецентрированной кубической решётке (а = 4,9389 Å), аллотропических модификаций не имеет. Атомный радиус 1,75 Å, ионные радиусы. Pb2+ 1,26 Å, Pb4+ 0,76 Å. Плотность 11,34 г/см3 (20°С).

Tnл 327,4 °С. Tkип 1725 °С. Удельная теплоёмкость при 20°С 0,128 кдж/(кг·К) [0,0306 кал/г·°С]. Теплопроводность 33,5 вт/(м·К)[0,08 кал/(см·сек·оС)]. Температурный коэффициент линейного расширения 29,1·10-6 при комнатной температуре. Твёрдость по Бринеллю 25—40 Мн/м2 (2,5—4 кгс/мм2). Предел прочности при растяжении 12—13 Мн/м2, при сжатии около 50 Мн/м2. Относительное удлинение при разрыве 50—70%. Наклёп не повышает механических свойств С., т. К. Температура его рекристаллизации лежит ниже комнатной (около —35 °С при степени деформации 40% и выше). С. Диамагнитен, его магнитная восприимчивость — 0,12·10-6. При 7,18 К становится сверхпроводником. Конфигурация внешних электронных оболочек атома Pb 6s2 6р2, в соответствии с чем он проявляет степени окисления +2 и +4.

С. Сравнительно мало активен химически. Металлический блеск свежего разреза С. Постепенно исчезает на воздухе вследствие образования тончайшей плёнки PbO, предохраняющей от дальнейшего окисления. С кислородом образует ряд окислов Pb2O, PbO, PbO2, Pb3O4 и Pb2O3 (см. Свинца окислы). В отсутствие O2 вода при комнатной температуре на С. Не действует, но он разлагает горячий водяной пар с образованием окиси С. И водорода. Соответствующие окислам PbO и PbO2 гидроокиси Pb (OH)2 и Pb (OH)4 имеют амфотерный характер. Соединение С. С водородом PbH4 получается в небольших количествах при действии разбавленной соляной кислоты на Mg2Pb. PbH4 — бесцветный газ, который очень легко разлагается на Pb и H2. При нагревании С. Соединяется с галогенами, образуя галогениды PbX2 (X — галоген).

Все они малорастворимы в воде. Получены также галогениды PbX4. Тетрафторид PbF4 — бесцветные кристаллы и тетрахлорид PbCl4 — жёлтая маслянистая жидкость. Оба соединения легко разлагаются, выделяя F2 или Cl2. Гидролизуются водой. С азотом С. Не реагирует. Азид свинца Pb (N3)2 получают взаимодействием растворов азида натрия NaN3 и солей Pb (II). Бесцветные игольчатые кристаллы, труднорастворимые в воде. При ударе или нагревании разлагается на Pb и N2 со взрывом. Сера действует на С. При нагревании с образованием сульфида PbS — чёрного аморфного порошка. Сульфид может быть получен также при пропускании сероводорода в растворы солей Pb (II). В природе встречается в виде свинцового блеска — Галенита. В ряду напряжений Pb стоит выше водорода (нормальные электродные потенциалы соответственно равны — 0,126 в для Pb ⇔ Pb2++ 2e и + 0,65 в для Pb ⇔ Pb4++ 4e).

Однако С. Не вытесняет водород из разбавленной соляной и серной кислот, вследствие перенапряжения (См. Перенапряжение) H2 на Pb, а также образования на поверхности металла защитных плёнок труднорастворимых хлорида PbCl2 и сульфата PbSO4. Концентрированные H2SO4 и HCl при нагревании действуют на Pb, причём получаются растворимые комплексные соединения состава Pb (HSO4)2 и H2[PbCl4]. Азотная, уксусная, а также некоторые органические кислоты (например, лимонная) растворяют С. С образованием солей Pb (II). По растворимости в воде соли делятся на растворимые (ацетат, нитрат и хлорат свинца), малорастворимые (хлорид и фторид) и нерастворимые (сульфат, карбонат, хромат, фосфат, молибдат и сульфид). Соли Pb (IV) могут быть получены электролизом сильно подкисленных H2SO4 растворов солей Pb (II).

Важнейшие из солей Pb (IV) — сульфат Pb (SO4)2 и ацетат Pb (C2H3O2)4. Соли Pb (IV) склонны присоединять избыточные отрицательные ионы с образованием комплексных анионов, например плюмбатов (PbO3)2- и (PbO4)4-, хлороплюмбатов (PbCl6)2-, гидроксоплюмбатов [Pb (OH)6]2- и др. Концентрированные растворы едких щелочей при нагревании реагируют с Pb с выделением водорода и гидроксоплюмбитов типа X2[Pb (OH)4]. Получение. Металлический С. Получают окислительным обжигом PbS с последующим восстановлением PbO до сырого Pb («веркблея») и рафинированием (очисткой) последнего. Окислительный обжиг концентрата ведётся в агломерационных ленточных машинах непрерывного действия (см. Агломерация). При обжиге PbS преобладает реакция.

2PbS + 3O2 = 2PbO + 2SO2. Кроме того, получается и немного сульфата PbSO4, который переводят в силикат PbSiO3, для чего в шихту добавляют кварцевый песок. Одновременно окисляются и сульфиды других металлов (Cu, Zn, Fe), присутствующие как примеси. В результате обжига вместо порошкообразной смеси сульфидов получают агломерат — пористую спекшуюся сплошную массу, состоящую преимущественно из окислов PbO, CuO, ZnO, Fe2O3. Куски агломерата смешивают с коксом и известняком и эту смесь загружают в ватержакетную печь (См. Ватержакетная печь), в которую снизу через трубы («фурмы») подают воздух под давлением. Кокс и окись углерода восстанавливают PbO до Pb уже при невысоких температурах (до 500 °С). При более высоких температурах идут реакции.

CaCO3 = CaO + CO2 2PbSiO3 + 2CaO + С = 2Pb + 2CaSiO3 + CO2. Окислы Zn и Fe частично переходят в ZnSiO3 и FeSiO3, которые вместе с CaSiO3 образуют шлак, всплывающий на поверхность. Окислы С. Восстанавливаются до металла. Сырой С. Содержит 92—98% Pb, остальное — примеси Cu, Ag (иногда Au), Zn, Sn, As, Sb, Bi, Fe. Примеси Cu и Fe удаляют Зейгерованием. Для удаления Sn, As, Sb через расплавленный металл продувают воздух. Выделение Ag (и Au) производится добавкой Zn, который образует «цинковую пену», состоящую из соединений Zn c Ag (и Au), более лёгких, чем Pb, и плавящихся при 600—700 °С. Избыток Zn удаляют из расплавленного Pb пропусканием воздуха, водяного пара или хлора. Для очистки от Bi к жидкому Pb добавляют Ca или Mg, дающие трудноплавкие соединения Ca3Bi2 и Mg3Bi2.

Рафинированный этими способами С. Содержит 99,8—99,9% Pb. Дальнейшая очистка производится электролизом, в результате чего достигается чистота не менее 99,99%. Применение. С. Широко применяют в производстве свинцовых Аккумуляторов, используют для изготовления заводской аппаратуры, стойкой в агрессивных газах и жидкостях. С. Сильно поглощает γ-лучи и рентгеновские лучи, благодаря чему его применяют как материал для защиты от их действия (контейнеры для хранения радиоактивных веществ, аппаратура рентгеновских кабинетов и др.). Большие количества С. Идут на изготовление оболочек электрических кабелей, защищающих их от коррозии и механических повреждений. На основе С. Изготовляют многие Свинцовые сплавы. Окись С. PbO вводят в хрусталь и оптическое Стекло для получения материалов с большим показателем преломления.

Сурик, хромат (жёлтый крон) и основной карбонат С. (свинцовые белила) — ограниченно применяемые пигменты. Хромат С. — окислитель, используется в аналитической химии. Азид и стифнат (тринитрорезорцинат) — инициирующие взрывчатые вещества. Тетраэтилсвинец — антидетонатор (См. Антидетонаторы). Ацетат С. Служит индикатором для обнаружения H2S. В качестве изотопных индикаторов используются 204Pb (стабильный) и 212Pb (радиоактивный). С. А. Погодин. С. В организме. Растения поглощают С. Из почвы, воды и атмосферных выпадений. В организм человека С. Попадает с пищей (около 0,22 мг), водой (0,1 мг), пылью (0,08 мг). Безопасный суточный уровень поступления С. Для человека 0,2—2 мг. Выделяется главным образом с калом (0,22—0,32 мг), меньше с мочой (0,03—0,05 мг).

В теле человека содержится в среднем около 2 мг С. (в отдельных случаях — до 200 мг). У жителей промышленно развитых стран содержание С. В организме выше, чем у жителей аграрных стран, у горожан выше, чем у сельских жителей. Основное депо С. — скелет (90% всего С. Организма). В печени накапливается 0,2—1,9 мкг/г. В крови — 0,15—0,40 мкг/мл. В волосах — 24 мкг/г, в молоке —0,005—0,15 мкг/мл. Содержится также в поджелудочной железе, почках, головном мозге и др. Органах. Концентрация и распределение С. В организме животных близки к показателям, установленным для человека. При повышении уровня С. В окружающей среде возрастает его отложение в костях, волосах, печени. Биологические функции С. Не установлены. Ю. И. Раецкая. Отравления С. И его соединениями возможны при добыче руд, выплавке С., при производстве свинцовых красок, в полиграфии, гончарном, кабельном производствах, при получении и применении тетраэтилсвинца и др.

Бытовые отравления возникают редко и наблюдаются при употреблении в пищу продуктов, которые длительно хранили в глиняной посуде, покрытой глазурью, содержащей свинцовый сурик или глёт. С. И его неорганические соединения в виде аэрозолей проникают в организм в основном через дыхательные пути, в меньшей степени — через желудочно-кишечный тракт и кожу. В крови С. Циркулирует в виде высокодисперсных коллоидов — фосфата и альбумината. Выделяется С. В основном через кишечник и почки. В развитии интоксикации играют роль нарушение порфиринового, белкового, углеводного и фосфатного обменов, дефицит витаминов С и B1, функциональные и органические изменения центральной и вегетативной нервной системы, токсическое влияние С.

На костный мозг. Отравления могут быть скрытыми (т. Н. Носительство), протекать в лёгкой, средней тяжести и тяжёлой формах. Наиболее частые признаки отравления С. Кайма (полоска лиловато-аспидного цвета) по краю дёсен, землисто-бледная окраска кожных покровов. Ретикулоцитоз и другие изменения крови, повышенное содержание порфиринов в моче, наличие в моче С. В количествах 0,04—0,08 мг/л и более и т. Д. Поражение нервной системы проявляется астенией, при выраженных формах — энцефалопатией, параличами (преимущественно разгибателей кисти и пальцев рук), полиневритом. При т. Н. Свинцовой колике возникают резкие схваткообразные боли в животе, запор, продолжающиеся от нескольких ч до 2—3 нед. Нередко колика сопровождается тошнотой, рвотой, подъёмом артериального давления, температуры тела до 37,5—38 °С.

При хронической интоксикации возможны поражения печени, сердечно-сосудистой системы, нарушение эндокринных функций (например, у женщин — выкидыши, дисменорея, меноррагии и др.). Угнетение иммунобиологической реактивности способствует повышенной общей заболеваемости. Лечение. Специфические (комплексонообразователи и др.) и общеукрепляющие (глюкоза, витамины и др.) средства, физиотерапия, санаторно-курортное лечение (Пятигорск, Мацеста, Серноводск). Профилактика. Замена С. Менее токсичными веществами (например, цинковые и титановые белила вместо свинцовых), автоматизация и механизация операций в производстве С., эффективная вытяжная вентиляция, индивидуальная защита рабочих, лечебное питание, периодическая витаминизация, предварительные и периодические медицинские осмотры.

Препараты С. Используют в медицинской практике (только наружно) как вяжущие и антисептические средства. Применяют. Свинцовую воду (при воспалительных заболеваниях кожи и слизистых оболочек), простой и сложный свинцовые пластыри (при гнойно-воспалительных заболеваниях кожи, фурункулах) и др. Л. А. Каспаров. Лит. Андреев В. М., Свинец, в кн. Краткая химическая энциклопедия, т. 4, М., 1965. Реми Г., Курс неорганической химии, пер. С нем., т. 1, М., 1963. Чижиков Д. М., Металлургия свинца, в кн. Справочник металлурга по цветным металлам, т. 2, М., 1947. Вредные вещества в промышленности, под ред. Н. В. Лазарева, 6 изд., ч. 2, Л., 1971. Тарабаева Г. И., Действие свинца на организм и лечебно-профилактические мероприятия, А.-А., 1961. Профессиональные болезни, 3 изд., М., 1973,.