Свинец

Свине́ц (; обозначается символом Pb) — элемент 14-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы IV группы), шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 82 и, таким образом, содержит магическое число протонов. Простое вещество свинец — ковкий, очень пластичный и мягкий, сравнительно легкоплавкий тяжёлый металл серебристо-белого цвета с синеватым отливом. Плотность свинца — 11,35 г/см3. Свинец и его соединения токсичны, при этом органические соединения свинца более опасны, чем неорганические. Известен с глубокой древности.

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 годами 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 годами до н. э., хранящаяся в Британском музее (инвентарный номер EA 32138)см. фото статуэтки в книге: . Она была найдена в храме Осириса в Абидосе и привезена из Египта в 1899 годуThe History of Lead. Part 3. 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 (, , ).

Самым крупным производителем свинца доиндустриальной эпохи был Древний Рим, с годовым производством до Добыча свинца римлянами происходила в Центральной Европе, римской Британии, на Балканах, в Греции, Малой Азии и Испании. Римляне широко применяли свинец в производстве труб для водопроводов, на свинцовые трубы часто наносились надписи с именами римских императоров. Однако ещё Плиний и Витрувий считали применение свинца для производства труб вредным для общественного здоровья.

После падения Римской империи в V веке н. э. использование свинца в Европе упало и оставалось на низком уровне на протяжении примерно 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 применяться и продолжалось даже после запрета папской буллой в 1498 году. Такое использование свинца в Средние века приводило к эпидемиям свинцовой коликиThe History of Lead. Part 1.

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 поступала 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» (белый плюмбум), а свинец — «plumbum nigrum» (чёрный плюмбум).

Индустриальная революция привела к новому росту потребности в свинце. К началу 1840-х годов годовое производство очищенного свинца впервые превысило и выросло до более чем в течение последующих 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 странах Европы стала меньше, чем в других странах, благодаря увеличению добычи в США, Канаде, Мексике и Австралии.

До 1990 года большое количество свинца использовалось (вместе с сурьмой и оловом) в типографских сплавах для отливки типографских шрифтов, а также в производстве тетраэтилсвинца, применяемого для повышения октанового числа моторного топлива.

Этимология

Происхождение слова «свинец» неясно. Этот металл по-болгарски называется «оло́во», в большинстве других славянских языков (сербско-хорватском, чешском, польском) свинец называется словом, близким по звучанию к «олово»: , , и т. п. Слово с тем же значением, но похожее по произношению на «свинец», встречается в языках балтийской группы: , , а также в нескольких славянских — , , и .

Латинское дало английское слово  — водопроводчик (в Древнем Риме трубы водопровода были именно из этого металла, как наиболее подходящего для ковки полос и пайки), и название венецианской тюрьмы со свинцовой крышей — Пьомби, из которой, по некоторым данным, ухитрился бежать Казанова.

Нахождение в природе Содержание свинца в земной коре — 1,6·10−3 % по массе. Самородный свинец встречается редко, виды горных пород, в которых он присутствует, достаточно широк: от осадочных пород до ультраосновных интрузивных пород. В этих образованиях он часто образует интерметаллические соединения (например, звягинцевит (Pd,Pt)3(Pb,Sn) и др.) и сплавы с другими элементами (например, (Pb + Sn + Sb)).

Свинец входит в состав 80 различных минералов. Важнейшие из них: галенит PbS, церуссит PbCO3, англезит PbSO4 (сульфат свинца); из минералов более сложного состава — тиллит PbSnS2 и бетехтинит Pb2(Cu,Fe)21S15, а также сульфосоли свинца — джемсонит FePb4Sn6S14, буланжерит Pb5Sb4S11.

Свинец всегда присутствует в минералах, содержащих уран и торий, имея часто радиогенную природу. Часто образует крупные залежи свинцово-цинковых или полиметаллических руд стратиформного типа (Холоднинское, Забайкалье), а также скарнового (Дальнегорское (бывшее Тетюхинское), Приморье; Брокен-Хилл в Австралии) типа; галенит часто встречается и в месторождениях других металлов: колчеданно-полиметаллических (Южный и Средний Урал), медно-никелевых (Норильск), урановых (Казахстан), золоторудных и др. Сульфосоли обычно встречаются в низкотемпературных гидротермальных месторождениях с сурьмой, мышьяком, а также в золоторудных месторождениях (Дарасун, Забайкалье). Минералы свинца сульфидного типа имеют гидротермальный генезис, минералы окисного типа часты в корах выветривания (зонах окисления) свинцово-цинковых месторождений. В кларковых концентрациях свинец входит практически во все породы. Единственное место на Земле, где в породах присутствует больше свинца по сравнению с ураном — Кохистанско-Ладакхская дуга на севере Пакистана.

В таблице приведены некоторые параметры распространённости свинца в природных условиях по А. П. ВиноградовуВойткевич Г. В., Мирошников А. Е., Поваренных А. С., Прохоров В. Г. Краткий справочник по геохимии. — : Недра, 1970.: ПородыКаменные метеоритыДуниты и др.Базальты и др.Диориты и др.Граниты и др.Глины и др.Земная кораСодержание, масс.%2×10−51×10−58×10−41,5×10−32×10−32×10−31,6×10−3 ОбъектыЖивое вещество ЗемлиЛитосфераПочваРастения (в золе)Вода океанов (мг/л)Содержание, масс.%5×10−50,00160,0010,0010,00003 Обобщённые концентрации элементов в минералах приведены в таблице, в скобках — количества минералов, по которым рассчитаны средние содержания компонентов. МинералСвинец (общ)УранТорийНастуран4,750 (308)58,87 (242)2,264 (108)Монацит0,6134 (143)0,2619 (160)6,567 (150)Ортит0,0907 (90)0,1154 (88)6,197 (88)Циркон0,0293 (203)0,1012 (290)0,1471 (194)Сфен (Титанит)0,0158 (12)0,0511 (14)0,0295 (21)

Получение Для получения свинца в основном используют руды, содержащие галенит. Сначала методом флотации получают концентрат, содержащий 40—70 процентов свинца. Затем возможно несколько способов переработки концентрата в веркблей (черновой свинец): прежде широко распространённый метод шахтной восстановительной плавки, разработанные в СССР метод кислородно-взвешенной циклонной электротермической плавки свинцово-цинковых продуктов (КИВЦЭТ-ЦС), метод плавки Ванюкова (плавка в жидкой ванне). Для плавки в шахтной (ватержакетной) печи предварительно производят агломерационный обжиг концентрата, а затем его загружают в шахтную печь, где происходит восстановление свинца из оксида.

Веркблей, содержащий более 90 процентов свинца, подвергается дальнейшей очистке. Сначала для удаления меди применяют зейгерование и последующую обработку серой. Затем щелочным рафинированием удаляют мышьяк и сурьму. Далее выделяют серебро и золото с помощью цинковой пены и отгоняют цинк. Обработкой кальцием и магнием удаляют висмут. В результате рафинирования содержание примесей падает до менее чем 0,2 %.

Производство в мире На 2018 год свинцовые руды добывались в 42 странах мираThe World Lead Factbook 2019 . — International Lead and Zinc Study Group , 2019.. Годовая добыча свинцовой руды (в пересчёте на концентрат) составляет около 5 млн тонн, она добывается главным образом как побочный продукт добычи цинковых и серебряных руд. Доказанные месторождения в мире содержат более 2 млрд тонн руды. В разрабатываемых месторождениях около 89 млн тонн, в том числе в Австралии (Квинсленд, Новый Южный Уэльс) — 34 млн тонн; в Китае (центральные и западные регионы) — 16 млн тонн; в России (Сибирь) — 8 млн тонн; в Перу (Серро-де-Паско и Яули) — 6 млн тонн; в Мексике (Сакатекас и Сан-Луис-Потоси) — 5 млн тонн. С 1960 по 2018 год в мире добыто 207,3 млн тонн первичного свинца. Годовая добыча первичного свинца в мире нарастала с 2000 года (ок. 2,7 млн тонн), она достигла пика в 2014 году (5,244 млн тонн), с тех пор она постепенно снижается до 4,6 млн тонн в 2018 году. Однако общее производство свинца нарастает (от 8,5 млн тонн в 2007 до 11,5 млн тонн в 2018) благодаря растущему использованию вторичного свинца.

Страны — крупнейшие производители свинца (включая вторичный свинец) на 2018 год (по данным ILZSG — International Lead and Zinc Study Group): Страна Количество в метрических килотоннах Китай 4825 США 1160 Южная Корея 802 Индия 624 Мексика 344 Германия 325 Великобритания 316 Канада 249 Япония 237 Бразилия 195 Испания 175 Италия 173 Австралия 168 Польша 158 Казахстан 153 Россия 140 Бельгия 137

Доля Китая в мировом производстве свинца на 2018 год составляла около 42 %. Доля вторичного свинца в мировом производстве постепенно увеличивается от 55 % в 2005 году до 63 % в 2018 году, в том числе в Северной и Южной Америках 89 %, в Европе 79 %, в Азии 51 %.

Физические свойства Свинец имеет довольно низкую теплопроводность, она составляет при температуре 0 °C. Металл мягкий, режется ножом, легко царапается ногтем. Его поверхность обычно покрыта более или менее толстой плёнкой оксидов, на срезе имеет металлический блеск, который на воздухе со временем тускнеет.

Температура плавления — (327,46 °C), кипит при (1749 °C). Относится к группе тяжёлых металлов; его плотность — (при +20 °C). С повышением температуры плотность свинца падает: + Изменение плотности свинца в зависимости от температуры Температура, °C Плотность, г/см3 327,6 10,686 450 10,536 650 10,302 850 10,078

Предел прочности на растяжение — 12—13 МПа (МН/м2).

При температуре 7,26 К (-265.89 °C) переходит в сверхпроводящее состояние.

Химические свойства

Электронная конфигурация: 5s25p65d106s26p2. Энергия ионизации равна На внешней электронной оболочке находятся 4 неспаренных электрона (2 на p- и 2 на s-подуровнях), поэтому основные степени окисления атома свинца — +2 и +4. Соли двухвалентного свинца реагируют с щелочами, образуя почти нерастворимый гидроксид свинца:

При избытке щёлочи гидроксид растворяется:

Реагирует с щелочами и кислотами (разбавленной азотной и концентрированной соляной), :

Свинец образует комплексные соединения с координационным числом 4, например,

Реакция диспропорционирования между PbO2 и Pb лежит в основе работы свинцовых аккумуляторов.

С разбавленными соляной и серной кислотами свинец практически не реагирует, но растворяется в концентрированной серной кислоте с образованием гидросульфата свинца(II). Также растворяется в азотной, а также в уксусной в присутствии растворённого кислорода. Вода на воздухе тоже постепенно разрушает свинец с образованием гидроксида свинца(II)Общая химия: учебное пособие/Н. Л. Глинка. — Изд. стер. — М.: КНОРУС, 2012. — 752 с. — ISBN 978-5-406-02149-1.

Основные соединения свинца