Свинец, свойства атома, химические и физические свойства

Свинец – металл, который тоже можно отнести к одним из известных с самых древних времен. Полагают, что выплавка его стала первым металлургическим процессом в истории человечества. За прошедшие тысячелетия свинец то мало использовался, то вновь «входил в моду», но никогда не забывался.

Причиной тому его интересные качества. И сегодня нами будут изучены физико-химические, механические и магнитные свойства, технические характеристики свинца, его сплавов и окиси, рассмотрены фото элемента и даны полезные советы по его использованию.

Общие сведения:

100	Общие сведения
101	Название	Свинец
102	Прежнее название
103	Латинское название	Plumbum
104	Английское название	Lead
105	Символ	Pb
106	Атомный номер (номер в таблице)	82
107	Тип	Металл
108	Группа	Амфотерный, тяжёлый, цветной металл
109	Открыт	Известен с глубокой древности.
110	Год открытия	7000 до н.э.
111	Внешний вид и пр.	Ковкий, сравнительно легкоплавкий, тяжёлый металл серебристо-белого цвета с синеватым отливом
112	Происхождение	Природный материал
113	Модификации
114	Аллотропные модификации
115	Температура и иные условия перехода аллотропных модификаций друг в друга
116	Конденсат Бозе-Эйнштейна
117	Двумерные материалы
118	Содержание в атмосфере и воздухе (по массе)	0 %
119	Содержание в земной коре (по массе)	0,00099 %
120	Содержание в морях и океанах (по массе)	3,0·10-9 %
121	Содержание во Вселенной и космосе (по массе)	1,0·10-6 %
122	Содержание в Солнце (по массе)	1,0·10-6 %
123	Содержание в метеоритах (по массе)	0,00014 %
124	Содержание в организме человека (по массе)	0,00017 %

Области применения свинцовых сплавов

Свинец активно применяется для источника тока полученного химическим путем. Около ¾ всей массы произведенного металла используется для создания свинцовых аккумуляторов. Несмотря на конкуренцию щелочных источников энергии, свинец вырабатывает электричество более высокого напряжения. Элемент применяется для обмоток сверхпроводящих трансформаторных систем. Компонент был одним из первых замеченных веществ со свойствами сверхпроводимости. Свинцовый сплав (баббит) нашел применение в создании подшипников, благодаря антифрикционным свойствам. Свинец широко применяется для создания электрических предохранительных систем благодаря возможности создания легкоплавких соединений с другими металлами (кадмием или оловом).

Подшипники из свинцового сплава

20% всего объема компонента идет на создание оболочки силового кабеля для подземных и подводных линий. Свинец начали применять в военном деле во времена Римского государства, в качестве снарядов для катапульты. Современная промышленность производит из свинца пули и другие комплектующие для спортивного инвентаря, боевого и охотничьего оружия. Свинец популярен в качестве универсального припоя, включая случаи, когда соединить метал другим вариантом затруднительно.

Металл активно применяется для защиты от радиоактивного излучения, благодаря своей массе. Благодаря дешевизне компонент устанавливается в рентген кабинетах, и на ядерных полигонах.

Также элемент используется, как часть звукоизоляционного покрытия и в кровельном деле. Также материал используют в сейсмостойких фундаментах строений, и уплотнений между кладкой. Краска со свинцом используется на технических сооружениях (мосты, каркасные строения).

Химические свойства свинца:

300	Химические свойства
301	Степени окисления	-4, -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4
302	Валентность	II, IV
303	Электроотрицательность	2,33 (шкала Полинга)
304	Энергия ионизации (первый электрон)	715,6 кДж/моль (7,4166799(6) эВ)
305	Электродный потенциал	Pb2+ + 2e— → Pb, Eo = -0,126 В, Pb4+ + 4e— → Pb, Eo = +0,77 В, Pb4+ + 2e— → Pb2+, Eo = +1,694 В
306	Энергия сродства атома к электрону	34,418 3(3) кДж/моль (0,356721(2) эВ)

Экологические характеристики

Загрязнение свинцом окружающей среды считается одним из самых опасных. Все изделия, где используется свинец, нуждаются в специальной утилизации, которая проводится только лицензированными службами.

К сожалению, загрязнение свинцом обеспечивается не только деятельностью предприятий, где это хоть худо-бедно, да регулируется. В городском воздухе наличие свинцовых паров обеспечивает сгорание топлива в автомобилях. На этом фоне наличие свинцовых стабилизаторов в таких, например, привычных конструкциях, как металлопластиковое окно уже не кажется стоящим внимания.

Свинец – металл, имеющий промышленное значение. Несмотря на токсичность, в народном хозяйстве он используется слишком широко, чтобы можно было металл чем-то заменить.

О свойствах солей свинца поведает данное видео:

Физические свойства свинца:

400	Физические свойства
401	Плотность*	11,34 г/см3 (при 20 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – твердое тело), 10,66 г/см3 (при температуре плавления 327,46 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – жидкость)
402	Температура плавления*	327,46 °C (600,61 K, 621,43 °F)
403	Температура кипения*	1749 °C (2022 K, 3180 °F)
404	Температура сублимации
405	Температура разложения
406	Температура самовоспламенения смеси газа с воздухом
407	Удельная теплота плавления (энтальпия плавления ΔHпл)	4,77 кДж/моль
408	Удельная теплота испарения (энтальпия кипения ΔHкип)*	179,5 кДж/моль
409	Удельная теплоемкость при постоянном давлении
410	Молярная теплоёмкость	26,65 Дж/(K·моль)
411	Молярный объём	18,2716 см³/моль
412	Теплопроводность	35,3 Вт/(м·К) (при стандартных условиях), 35,3 Вт/(м·К) (при 300 K)
413	Коэффициент теплового расширения	28,9 мкм/(М·К) (при 25 °С)
414	Коэффициент температуропроводности
415	Критическая температура
416	Критическое давление
417	Критическая плотность
418	Тройная точка
419	Давление паров (мм.рт.ст.)
420	Давление паров (Па)
421	Стандартная энтальпия образования ΔH
422	Стандартная энергия Гиббса образования ΔG
423	Стандартная энтропия вещества S
424	Стандартная мольная теплоемкость Cp
425	Энтальпия диссоциации ΔHдисс
426	Диэлектрическая проницаемость
427	Магнитный тип
428	Точка Кюри
429	Объемная магнитная восприимчивость
430	Удельная магнитная восприимчивость
431	Молярная магнитная восприимчивость
432	Электрический тип
433	Электропроводность в твердой фазе
434	Удельное электрическое сопротивление
435	Сверхпроводимость при температуре
436	Критическое магнитное поле разрушения сверхпроводимости
437	Запрещенная зона
438	Концентрация носителей заряда
439	Твёрдость по Моосу
440	Твёрдость по Бринеллю
441	Твёрдость по Виккерсу
442	Скорость звука
443	Поверхностное натяжение
444	Динамическая вязкость газов и жидкостей
445	Взрывоопасные концентрации смеси газа с воздухом, % объёмных
446	Взрывоопасные концентрации смеси газа с кислородом, % объёмных
446	Предел прочности на растяжение
447	Предел текучести
448	Предел удлинения
449	Модуль Юнга
450	Модуль сдвига
451	Объемный модуль упругости
452	Коэффициент Пуассона
453	Коэффициент преломления

Подготовка к плавлению свинца

Прежде чем плавить свинец нужно подготовиться к проведению технологического процесса. Подготовка представляет собой несколько этапов:

1. Подготовить емкость для плавки. Она должна быть изготовлена из жаростойкого материала, иметь ручки. Можно изготовить канавку, по которой будет стекать расплавленная масса.
2. Купить необходимое количество свинца. Для этого можно обратиться в любую компанию перерабатывающую металл. Важно выбирать металла с минимальным количеством примесей.
3. Большие куски свинца измельчить.

В качестве нагревательного элемента можно использовать газовую горелку, мангал, муфельную печь.

Нельзя забывать про соблюдения правил техники безопасности. К ним относятся:

1. При работе использовать защитную робу, перчатки, очки, респиратор.
2. Не допускать попадания влаги в расплавленный металл.
3. Наладить хорошую вентиляцию в помещении.
4. Убрать из рабочей зоны легковоспламеняющиеся материалы, горючие жидкости.
5. Перед заливкой расплавленного металла, нужно проверить форму. Она не должна быть влажной, чтобы исключить расплескивание.

При плавке свинец выделяет ядовитые испарения, которые могут усугубить различные заболевания после попадания в организм. Если после проведения рабочего процесса появились неприятные ощущения, головокружение, слабость, необходимо обратиться к врачу.

Кристаллическая решётка свинца:

500	Кристаллическая решётка
511	Кристаллическая решётка #1
512	Структура решётки	Кубическая гранецентрированная
513	Параметры решётки	4,950 Å
514	Отношение c/a
515	Температура Дебая	88 K
516	Название пространственной группы симметрии	Fm_ 3m
517	Номер пространственной группы симметрии	225

Меры безопасности

Дома нереально добиться закипания свинца, так как температура при этом должна быть крайне высокой. Так или иначе, но летучесть этого металла заметно увеличивается уже при 700 градусов.

При повышении температурных показателей, люди, находящиеся рядом, могут пострадать от неблагоприятного воздействия испарений материала.

В том случае, если нет необходимости, не нужно доводить свинец до «красноты». Расплавленный свинец может навредить следующим образом:

1. При попадании на поверхность кожного покрова, он может стать причиной сильных ожогов, так как температура плавления свинца довольно высокая.
2. Капли металла быстро прожигают предметы одежды.
3. Если раскалённый металл попадёт на легковоспламеняющиеся предметы и материалы, то это запросто может стать причиной пожара.

А также следует избегать попадания жидкости в раскалённый металл. В противном случае может появиться фонтан из раскалённых брызг, которые могут доставить много проблем.

Плавить свинец нужно на свежем воздухе или в помещении с хорошей вентиляцией. Нежелательно избегать применения защитных средств. Респиратор или обыкновенная марля способны защитить лёгкие от металлической пыли.

В чем плавить свинец

На заводах в качестве плавильных емкостей используют:

• специальные тигли из огнеупорной керамики или тугоплавких металлов, их помещают в электропечи, обеспечивающие необходимый термальный режим;
• нагревательные ванны, они снабжены встроенными тенами, поддерживают необходимую температуру металла по всему периметру.

Плавить свинец самостоятельно дома, во дворе, гараже или мастерской можно в жестяной банке, она заменит тигель. На одной стороне жестянки делают желоб для заливки металла в форму. Края формы подгибают, чтобы они надежно фиксировались в зажиме. Вместо прихваток горячую емкость надежнее придерживать пассатижами, плавильня не будет прожигать руки по время заполнения формы.

Можно воспользоваться для плавки свинцового лома старой домашней утварью: кастрюлями, сковородами, нержавеющими или эмалированными чайниками, или другой жаропрочной посудой. Шлаковый слой удаляют специальной ложкой с длинной ручкой. Делают это непосредственно перед заливкой металла в подготовленные формочки.

Симптомы отравления свинцом

Первоначально отравление свинцом бывает трудно обнаружить — даже у здоровых людей может быть высокий уровень свинца в крови. Признаки и симптомы обычно не появляются, пока не накопится опасное количество.

Признаки и симптомы отравления могут включать:

• Повышенное артериальное давление.
• Суставные и мышечные боли.
• Проблемы с памятью или концентрацией.
• Головная боль.
• Боль в животе.
• Расстройства настроения.
• Пониженное количество сперматозоидов и ненормальная сперма.
• Выкидыш, мертворождение или преждевременные роды у беременных.

Работодатели обязаны защищать работников от воздействия неорганического свинца. Работодатель также должен начать конкретные действия по соблюдению требований, включая анализ крови на содержание свинца для подвергшихся воздействию работников.

Процесс плавки

В качестве источника тепла для расплавления лома используют:

• костер, над ним устанавливают подставку для плавильни;
• паяльную лампу, ее фиксируют в стационарном положении;
• газовую горелку, ей металл разогревают и снизу, и сверху, попеременно;
• кухонную плиту (газовую или электрическую).

Важно!

Емкость устанавливают так, чтобы языки пламени не выходили за площадь дна.

Плавка свинца начинается с подготовительного этапа: нужно приготовить плавильную емкость, измельчить лом. Его очищают от примесей, возможной влаги, загрязнений. Затем разрезают на небольшие кусочки ножом или ножницами по металлу. Ломать свинцовые куски сложно, они отлично гнутся. Чем мельче будет лом, тем быстрее он расплавится. Его рекомендуют закладывать в плавильную емкость постепенно. Когда кусочки загружают в расплав, снижается риск перегрева расплава до температуры летучести. Не стоит разогревать кусочки до красноватого оттенка, это сигнал, что образуют ядовитые летучие соединения.

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.

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. Правда, ещё Плиний и Витрувий считали, что это нехорошо для общественного здоровья.

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.

Производство металла

Свинец довольно распространен, образует несколько промышленно значимых минералов – галенит, церуссит, англезит, так что производство его обходится относительно дешево. Получают металл пирометаллургическим и гидрометаллургическим методом. Второй способ более безопасен, однако применяется намного реже, так как более дорог, да и полученный металл все равно нуждается в конечной обработке при высокой температуре.

Производство пирометаллургическим методом включает следующие стадии:

• добыча руды;
• дробление и обогащение в основном флотационным методом;
• плавка с целью получения чернового свинца – восстановительная, горновая, щелочная и так далее;
• рафинирование, то есть, очистка черного свинца от примесей и получение чистого металла.

Несмотря на одинаковость технологии производства оборудование может использоваться самое разное. Это зависит от содержания металла в руде, объемов производства, требований к качеству продукта и так далее.

Об использовании и цене за 1 кг свинца читайте ниже.

Чем характеризуется теплота?

Теплообмен подразумевает увеличение внутренней энергии одних тел и ее уменьшение у других тел. Все это сопровождается отсутствием изменения механических действий и совершения работы. Однако внутренняя энергия нагревающего предмета снижается, а нагреваемого тела – повышается.

Как говорилось, процесс теплообмена обуславливается величиной тепла. Данное понятие обозначает изменение внутренней энергии предмета, которое происходит в конце теплообмена. Для расчета зачастую применяется физическая единица, называемая калорией.

Калория равняется объему тепла, нужного для нагревания грамма воды на 1° по Цельсию. Исследователи выяснили, что для этого следует выполнить работу, соответствующую 4,18 Дж. Это означает, что калория равна 4,18 Джоулей.

Так как теплота равняется изменению энергии внутри предмета, нужно сказать, что c отображает, насколько изменяется энергия одного кг предмета при его нагреве.