«росатом» — нияу мифи

Области применения свинцовых сплавов

Свинец известен человечеству не одно тысячелетие. В Древнем Риме он использовался для создания водопроводных труб. Его используют в различных отраслях. Из свинца изготавливают:

1. Защитную оболочку для силовых кабелей.
2. Подшипниковые соединения.
3. Красители.
4. Грузики для рыбной ловли.
5. Шрифты для типографии.
6. Дробь, использующуюся для стрельбы из охотничьих ружей.
7. Защитные элементы для объектов, зараженных радиацией.
8. Сплавы для пайки.
9. Пластинки, которые устанавливаются в аккумуляторах.

В кровельном деле этот материал часто используется для изготовления звукоизоляционных покрытий.

Характеристики свинца

На нашей планете содержится 0,0016% этого металла от совокупной массы земной коры. Этот показатель хоть и небольшой, однако, если его сравнивать с иными химическими элементами — висмутом, золотом, ртутью, то свинец находится на гораздо более высокой позиции.

Преимущественный источник сырьевого материала — сульфидные полиметаллические руды. Металл имеет следующие качества:

• мягкость;
• невысокая температура плавления;
• обрабатывать этот металл можно и самостоятельно.

Этот материал характеризуется грязно-сероватым оттенком. На участке среза металл имеет синеватый отлив, который постепенно становится тусклым. Это связано с окислительным процессом, который происходит благодаря влиянию кислорода. На срезе при этом формируется оксидный слой.

Это тяжёлый металл, его плотность составляет 11,34 г/см³. Этот показатель примерно в полтора раза выше, нежели у обыкновенного железа. Помимо всего прочего, свинец также относится к наиболее мягким металлам.

Его поверхность с лёгкостью царапается даже обыкновенным ножиком или ногтём. Свинец является крайне гибким, расплющить этот металл можно обыкновенной киянкой или молотком. А ещё он нередко используется для литья или плавления своими руками.

Температура плавления

Температурные показатели, при которых свинец начинает закипать — 1751 градус.

Этот металл начинает плавиться при температуре 327,46 градуса по шкале Цельсия. Его литьевые качества полностью сохраняются в пределах от четырёхсот до четырёхсот пятидесяти градусов.

А оксидная плёнка, защищающая материал от воздействия коррозии, начинает плавиться лишь при температуре в 850 градусов Цельсия, что затрудняет сваривание этой разновидности металла с другими. Кроме того, уровень летучести свинца существенно увеличивается при температуре в 700 градусов.

Материал отлично обрабатывается и в охлаждённом виде. Из него можно сделать тонкий слой фольги. Если на этот металл воздействует давление в 2 тонны на квадратный сантиметр, то он приобретает вид монолита.

Проволоку же из него делают посредством продавливания в фильере. Низкая степень прочности на разрыв не позволяет пользоваться обыкновенным волочением для этой цели.

Источники и вред здоровью от свинца

Выхлопные газы

Известно, что основным источником проникновения свинца в атмосферный воздух является автомобильный транспорт. Именно он виноват в том, что свинец вредит экологии. Ежегодно с выхлопными газами в окружающую среду попадает около 4000 тонн этого металла, и треть от этого количества проникает в воду. Нормальное, то есть безопасное, поступления свинца с пищей и водой составляет не более 170 мкг ежедневно, а в атмосферном воздухе его содержание не должно превышать 1 мкг, то есть одну миллионную долю грамма на кубический метр воздуха. При соблюдении этих норм количество металла в крови человека не должно превышать 9,6 мкг/дл, что является фоновым значением и не приводит к явлениям интоксикации. Но каково токсическое воздействие свинца на организм, какие соединения вызывают отравление?

Всё дело в том, что опасность прямо пропорциональна растворимости соединений свинца в жидкостях организма: можно вспомнить историю со свинцовым сахаром. Он вызывал приступы свинцовой колики, поскольку очень хорошо растворим в кислой среде. Именно желудочный сок является таким растворителем многих соединений. Поэтому острое отравление чаще всего происходит алиментарным путём, то есть он поступает в желудочно-кишечный тракт.

К таким соединениям, кроме уже известного ацетата, относится нитрат, хлорид, карбонат, хромат и много других соединений, именно они вызывают симптомы отравления свинцом. Опасность такова, что металл относят к первому классу опасности. Кроме свинцовых солей, очень вредными являются работы, связанная с выплавкой этого металла. Симптомы отравления парами свинца, его оксидом и пылью чаще всего встречаются при производстве красок, в кабельной промышленности, и в оружейном деле.

На фото: Оксиды и сульфид свинца. С левого нижнего угла по часовой стрелке: желтый оксид свинца (массикот, β-PbO); оранжевый сурик (ортоплюмбат свинца PbII2PbOIV4, чаще эту формулу записывают как Pb3O4); оксид свинца (IV), иногда ошибочно называемый “перекисью” свинца (получен как остаток от растворения сурика в уксусной кислоте в отсутствие окислителей); мелкокристаллический сульфид свинца, полученный гомогенным осаждением тиомочевиной из кипящего щелочного раствора гидроксоплюмбита натрия (блестящие частицы – кусочки “сульфидного зеркала”, осевшего на стенках реакционного сосуда); оксид свинца (II), выпавший и недорастворившийся при реакции уксуснокислого свинца с NaOH (в основном желтые пластинчатый кристаллы с небольшой примесью красных, более мелких и плотных, частиц).

Металлический свинец и его неорганические соединения чаще всего вдыхаются легкими, поскольку поступают в виде пыли или аэрозоля. А в желудочно-кишечный тракт и непосредственно через кожу проникают его растворимые соли. Отравление солями свинца приводит к тяжелой клинической картине.

Поступив в кровь человека, свинец связывается с белками, и циркулирует в крови в таком виде – альбуминат свинца. Неорганические соединения, проникшие в организм через респираторный тракт, также оседают в альвеолах, а затем попадают в малый круг кровообращения. Воздействие свинца на организм человека приводит к тому, что почти весь свинец поглощается кровью, и вызывает нарушение работы эритроцитов, или красных кровяных телец. Такие эритроциты плохо транспортируют гемоглобин, он хуже вырабатывается, и плохо связывается с кислородом в легких. В результате длительной интоксикации металл, в конце концов, оседает в костях, и постепенно там накапливается.

Вред свинца для организма человека гораздо более выражен у детей. У них риск отравления гораздо сильнее, поскольку скорость всасывания этого металла и его соединений у детей гораздо выше, чем у взрослых в связи с более быстрым обменом веществ растущего организма, причем чаще страдают дети в возрасте до 6 лет.

Видео – влияние свинца на организм человека:

Каковы симптомы отравления свинцом?

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 (Зах. ).

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. Однако, 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.

Соли двухвалентного свинца

1.Хлорид свинца (II), или хлористый свинец, РbСl₂ получается в виде белого осадка при действии на растворы свинцовых солей соляной кислотой или растворимыми хлоридами. Он мало растворим в холодной воде, но довольно значительно растворяется в горячей воде.

2.Иодид свинца (II), или йодистый свинец, PbJ₂выпадает в виде желтого осадка из растворов свинцовых солей при введении в них ионов иода. В холодной воде он практически нерастворим, но довольно хорошо растворяется в горячей воде, образуя бесцветный раствор. При охлаждении последнего йодистый свинец выделяется в виде блестящих золотисто-желтых кристаллов.

3.Ацетат свинца(II), или уксуснокислый свинец,Рb(СН₃СОO₂)₂— одна из немногих легко растворимых солей свинца, широко применяется в лабораторной практике. Ввиду интенсивного сладкого вкуса ацетат свинца называется также свинцовым сахаром. Он применяется при крашении тканей и для получения других соединений свинца.

4.Сульфат свинца(II), или сернокислый свинец,PbSO₄ выпадает в виде белого порошкообразного осадка при прибавлении серной кислоты к растворам свинцовых солей. В воде и разбавленных кислотах сульфат свинца почти нерастворим, но довольно легко растворяется в концентрированных растворах щелочей с образованием плумбитов. Концентрированная серная кислота также растворяет сульфат свинца, превращая его в кислую соль Pb(HSO₄)₂.

5.Сульфид свинца (II), или сернистый свинец,PbS образуется в виде черного осадка при действии сероводорода на соли свинца. Поэтому бумажка, смоченная раствором свинцовой соли, быстро темнеет, если в воздухе присутствуют даже незначительные количества сероводорода, чем часто пользуются для обнаружения последнего. В природе PbS встречается в больших количествах в виде свинцового блеска.

6.Основной карбонат свинца(II) Рb₃(ОН)₂(СO₃)₂осаждается из растворов свинцовых солей при действии соды. Раньше широко применялся для изготовления белой масляной краски, обладающей высокой кроющей способностью, известной под названием свинцовых белил. От действия сероводорода эта краска темнеет вследствие образования черного сульфида свинца (II) PbS (причина потемнения старинных картин, писанных масляными красками).

Так как свинец лишь с трудом может быть переведен из двухвалентного состояния в четырехвалентное, то в отличие от солей олова соли двухвалентного свинца практически не обладают восстановительными свойствами.

Методы избавления от оксида

Во время взаимодействия с воздухом между атомами металла и окружающей средой образуется ионная связь. Кислород отдает два электрона. На поверхности быстро возникает окислительный слой. Такая оксидная пленка способна предотвратить дальнейшее воздействие враждебной среды. Пленка, также становится барьером во время передачи электричества.

Оксидная пленка на продукте, изготовленном из свинца появляется через малый промежуток времени. Механическая очистка – довольно трудоемкое и бесполезное занятие. Сразу после успешного снятия слоя, образуя поле, и оголенные атомы вступают в связь с новыми атомами воздуха. Создать защиту для предмета можно при использовании масла подсолнуха. Также актуален вариант с графитовой смазкой и лаком.

Для домашнего обихода отлично подходит масло подсолнуха. Масло наливают в миску, после чего в жидкость помещают требуемое изделие из свинца. При правильной выдержки (около 5 минут), необходимо вытянуть изделие из масла и дать ему просохнуть на подготовленных салфетках.

В условиях производства для уменьшения распространения оксидных включений на поверхности деталей применяют графитовую смазку. Смазка не является редкой или дорогостоящей, однако в бытовых условиях она редко оказывается в наличии. Такое средство продается в автомагазинах и хозяйственных торговых точках. При должном отношении свинцовая поверхность будет длительное время демонстрировать блеск.

Графитовая смазка для свинца

Если оксидная пленка уже успешно покрыла поверхность, существуют способы ее удаления. Для этого, применяется концентрированный раствор кислоты. Для таких действий необходима специальная подготовка, включая наличие химического стеклянного инвентаря. Обычные столовые банки или миски не подойдут. Реактивные ингредиенты могут нанести вред человеку, оставить ожоги на теле.

Обрабатываемое изделие погружается в кислотный раствор. Необходимо подождать пока пленка оксида будет разрушена. После успешного подъема из раствора обрабатывается поверхность для защиты маслом или лаком.

Изотопы

Основная статья: Изотопы свинца

Весь свинец в основном является смесью изотопов 204Pb, 206Pb, 207Pb, 208Pb. Эти изотопы не радиоактивны, то есть стабильны. Свинец — последний элемент в периодической таблице, у которого существуют стабильные изотопы, элементы после свинца стабильных изотопов не имеют (хотя висмут-209 на практике можно считать стабильным, т.к. его период полураспада примерно в миллиард раз больше возраста Вселенной). Изотопы 206Pb, 207Pb, 208Pb являются радиогенными и образуются в результате радиоактивного распада соответственно 238U, 235U и 232Th. Изотоп 20882Pb126 является одним из пяти существующих в природе дважды магических ядер. Схемы радиоактивного распада имеют вид:

238U → 206Pb + 84He;

235U → 207Pb + 74He;

232Th → 208Pb + 64He.

Уравнения распада имеют вид соответственно:

206Pb=238U(eλ8t−1),{\displaystyle ^{206}{\mathsf {Pb}}=^{238}{\mathsf {U}}(e^{\lambda _{8}}t-1),}

207Pb=235U(eλ5t−1),{\displaystyle ^{207}{\mathsf {Pb}}=^{235}{\mathsf {U}}(e^{\lambda _{5}}t-1),}

208Pb=232Th(eλ2t−1),{\displaystyle ^{208}{\mathsf {Pb}}=^{232}{\mathsf {Th}}(e^{\lambda _{2}}t-1),}

где 238U, 235U, 232Th — современные концентрации изотопов; λ8=1,55125⋅10−10{\displaystyle \lambda _{8}=1{,}55125\cdot 10^{-10}} год−1, λ5=9,8485⋅10−10{\displaystyle \lambda _{5}=9{,}8485\cdot 10^{-10}} год−1, λ2=4,9475⋅10−11{\displaystyle \lambda _{2}=4{,}9475\cdot 10^{-11}} год−1 — постоянные распада атомов соответственно урана 238U, урана 235U и тория 232Th.

Кроме этих изотопов, известны и нестабильные изотопы 194Pb — 203Pb, 205Pb, 209Pb — 214Pb. Из них наиболее долгоживущие — 202Pb и 205Pb (с периодами полураспада 52,5 тысяч и 15,3 млн лет). Короткоживущие изотопы свинца 210Pb (радий D), 211Pb (актиний B), 212Pb (торий B) и 214Pb (радий B) имеют периоды полураспада соответственно 22,2 года, 36,1 мин, 10,64 ч и 26,8 мин (в скобках приведены редко используемые исторические названия этих изотопов); эти четыре радиоактивных изотопа входят в состав радиоактивных рядов урана и тория и, следовательно, также встречаются в природе, хотя и в крайне малых количествах.

Количество ядер изотопа 204Pb (нерадиогенного и нерадиоактивного) является стабильным, в минералах свинца концентрация 204Pb во многом зависит от концентрации радиогенных изотопов, образованных как в процессе распада радиоактивных ядер, так и в процессах вторичного преобразования свинецсодержащих минералов. Поскольку число радиогенных ядер, образовавшихся в результате радиоактивного распада, зависит от времени, то и абсолютные, и относительные концентрации зависят от времени образования минерала. Этим свойством пользуются при определении возраста горных пород и минералов.

Распространённость изотопов свинца

Свинец, состав которого приведён в таблице, отражает изотопный состав свинца преимущественно в галенитах, в которых урана и тория практически нет, и породах, преимущественно осадочных, в которых количество урана находится в кларковых пределах. В радиоактивных минералах этот состав существенно отличается и зависит от вида радиоактивного элемента, слагающего минерал. В урановых минералах, таких, как уранинит UO₂, настуран UO₂ (урановая смолка), урановые черни, в которых существенно преобладает уран, радиогенный изотоп 206Pb_рад существенно преобладает над другими изотопами свинца, и его концентрации могут достигать 90 %. Например, в урановой смолке (Сан-Сильвер, Франция) концентрация 206Pb равна 92,9 %, в урановой смолке из Шинколобве (Киншаса) — 94,25 %. В ториевых минералах, например, в торите ThSiO₄, существенно преобладает радиогенный изотоп 208Pb_рад. Так, в монаците из Казахстана концентрация 208Pb равна 94,02 %, в монаците из пегматита Бекета (Зимбабве) — 88,8 %. Имеется комплекс минералов, например, монацит (Ce, La, Nd)[PO₄], циркон ZrSiO₄ и др., в которых в переменных соотношениях находятся уран и торий и соответственно в разных соотношениях присутствуют все или большинство изотопов свинца. Следует отметить, что в цирконах содержание нерадиогенного свинца крайне мало, что делает их удобным объектом для уран-торий-свинцового метода датирования (цирконометрия).

Температура — плавление — свинец

Температура плавления свинца немного выше температуры плавления припоя, из — ia чего при паянии легко перегреть и расплавить свинцовую оболочку кабеля.
 

Температура плавления свинца равна 327 4 С.
 

Действие давления на температуру плавления свинца характеризуют приведенные ниже цифры.
 

Температура плавления алюминия ( 658 С) значительно выше температуры плавления свинца, поэтому заливка расплавленного алюминия в рабочий цилиндр невозможна, так как она может привести к чрезмерному перегреву прессового инструмента и изоляции кабеля. Чтобы избежать перегрева, в рабочий цилиндр загружают не расплавленный алюминий, а предварительно нагретые до 430 — 530 С алюминиевые цилиндрические слитки, диаметр которых меньше внутреннего отверстия цилиндра.
 

Свинец не образует твердых растворов с медью; при нагреве выше температуры плавления свинца между зернами сплава появляются разрушающие его прослойки жидкого свинца.
 

При расчете секции подогрева было найдено, что расчетная температура стенок меньше температуры плавления свинца на большей части трубки. Это означает, что в реальных условиях на внешней поверхности трубки будет образовываться слой твердого свинца.
 

Так, отрезок ab на рис. 2.5 равен отношению теплоты плавления к температуре плавления свинца, а отрезок cd — отношению его теплоты, парообразования к температуре кипения.
 

Так, отрезок ab на рис. 2.5 равен отношению теплоты плавления к температуре плавления свинца, а отрезок cd — отношению его теплоты парообразования к температуре кипения.
 

Для этого пробу помещают в графитовый тигель, нагреваемый до температуры, несколько превышающей температуру плавления свинца, и расплав применяют в качестве нижнего электрода.
 

Так, вновь возвращаясь к рис. 16, мы могли бы сказать, что отрезок ab равен отношению теплоты плавления к температуре плавления свинца, а отрезок cd — отношению его теплоты парообразования к температуре кипения.
 

К высоколегированным относятся сплавы, которые содержат в относительно большом количестве элементы, повышающие прочность, твердость и антифрикционные свойства, понижающие температуру плавления свинца и усадку при литье. Как и свинец, большинство сплавов свинца характеризуются высокой коррозионной стойкостью на воздухе, в воде, а также в большинстве разбавленных неорганических кислот.
 

X Ю4 кг / м3 — плотности соответственно меди и свинца, 7 i293 К — начальная температура свинца, 7 600 К — температура плавления свинца, А 2 5 — Ю4 Дж / кг — удельная теплота плавления свинца, AT25 К — приращение температуры медного провода.
 

Образующаяся на поверхности свинца оксидная пленка, выполняющая положительную роль для антикоррозионных свойств свинца, одновременно отрицательно влияет на его свариваемость, так как температура ее плавления 850 С, что значительно выше температуры плавления свинца. Отрицательно влияет на качество сварки содержание в свинце сурьмы, которая придает шву хрупкость. Пары свинца, образующиеся при сварке, ядовиты, поэтому сварщик должен пользоваться респиратором.
 

Здесь 2а яЛ — Ьст ( 7 пл — — Т1) — — изменение внутренней энергии пули при ее плавлении и нагревании до температуры плавления; А W — Wc, — / гша / 2 — работа, совершенная пулей, где Тпл — температура плавления свинца.