Что это такое плюмбум или свинец и какими свойствами обладает?

СВОЙСТВА

Свинец имеет довольно низкую теплопроводность, она составляет 35,1 Вт/(м•К), при температуре 0 °C. Металл мягкий, режется ножом, легко царапается ногтем. На поверхности он обычно покрыт более или менее толстой плёнкой оксидов, при разрезании открывается блестящая поверхность, которая на воздухе со временем тускнеет. Температура плавления — 600,61 K (327,46 °C), кипит при 2022 K (1749 °C). Относится к группе тяжёлых металлов; его плотность — 11,3415 г/см³ (+20 °С). С повышением температуры плотность свинца падает. Предел прочности на растяжение — 12—13 МПа (МН/м²). При температуре 7,26 К становится сверхпроводником.

Свинец в организме человека

Соединения свинца ядовиты. Но очевидным это стало далеко не сразу. В прошлом покрытия гончарных изделий свинцовой глазурью, изготовление свинцовых водопроводных труб, использование свинцовых белил (особенно в косметических целях), применение свинцовых трубок в конденсаторах паров на винокуренных заводах – все это приводило к накоплению свинца в организме. Древние греки знали, что вино и кислые соки нельзя держать в глазурованных глиняных сосудах (глазурь содержала свинец), а вот римляне этим правилом пренебрегали. Джемс Линд, рекомендовавший в 1753 английскому адмиралтейству лимонный сок как средство против цинги для моряков в дальнем плавании, предостерегал от хранения сока в гончарных глазурованных изделиях. Тем не менее случаи отравления, в том числе и смертельные, наблюдались по той же причине и двести лет спустя.

Свинец проникает в организм через желудочно-кишечный тракт или дыхательную систему и разносится затем кровью по всему организму. Причем вдыхание свинцовой пыли значительно опаснее присутствия свинца в пище. В воздухе городов содержание свинца составляет в среднем от 0,15 до 0,5 мкг/м³. В районах, где расположены предприятия по переработке полиметаллических руд, эта концентрация выше.

Свинец накапливается в костях, частично замещая кальций в фосфате Са₃(РО₄)₂. Попадая в мягкие ткани – мышцы, печень, почки, головной мозг, лимфатические узлы, свинец вызывает заболевание – плюмбизм. Как и многие другие тяжелые металлы, свинец (в виде ионов) блокирует деятельность некоторых ферментов. Было установлено, что их активность снижается в 100 раз при увеличении концентрации свинца в крови в 10 раз – с 10 до 100 микрограммов на 100 мл крови. При этом развивается анемия, поражаются кроветворная система, почки и мозг, снижается интеллект. Признак хронического отравления – серая кайма на деснах, расстройство нервной системы. Особенно опасен свинец для детей, так как он вызывает задержку в развитии. В то же время десятки миллионов детей во всем мире в возрасте до 6 лет имеют свинцовое отравление; основная причина – попадание в рот краски, содержащей свинец. Антидотом при отравлении может служить кальциевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты. В отравленном организме происходит замещение кальция на ионы свинца, которые удерживаются в этой соли очень прочно и в таком виде выводятся.

Свинец легко может попасть в организм с питьевой водой, если она соприкасалась с металлом: в присутствии углекислого газа в раствор медленно переходит растворимый гидрокарбонат Pb(HCO₃)₂. В Древнем Риме, где для подачи воды использовали свинцовые трубы, такое отравление было весьма распространенным, на что указывают анализы останков римлян. Причем отравлялись, в основном, богатые римляне, пользовавшиеся водопроводом, хранившие вино, оливковое масло и другие продукты в освинцованных сосудах, использовавшие содержащие свинец косметические средства. Достаточно, чтобы в литре воды был всего один миллиграмм свинца – и питье такой воды становится очень опасным. Это количество свинца так малó, что не изменяет ни запаха, ни вкуса воды, и только точные современные приборы могут его обнаружить.

Свинцовым отравлением некоторые историки объясняют и болезненность ряда русских царей. В 1633 в московском Кремле закончили строительство водопровода. Вода в него поступала из колодца в нижнем этаже Свибловой башни, стоявшей на слиянии Неглинной и Москвы-реки. Воду из колодца качали при помощи подъемной машины – взвода (с тех пор эта кремлевская башня называется Водовзводной). Машину приводили в движение лошади. Воду закачивали в большой бак, а оттуда вода сама по трубам текла на царскую кухню, в сады, другие места. Трубы были изготовлены из свинца; бак для воды изнутри тоже был выложен свинцовыми листами, чтобы вода из него не просачивалась в щели. Особенно много свинца накапливалось в воде за ночь, после ее неподвижного стояния в свинцовом баке и трубах.

Кремлевский «свинцовый водопровод» работал чуть больше 100 лет – его уничтожил пожар 1737. И в период действия этого водопровода русские цари жили меньше обычного. Так, царь и великий князь Иван V Алексеевич, сын царя Алексея Михайловича и первой жены его, Милославской, прожил всего 29 лет. Незадолго до смерти он выглядел дряхлым стариком. С детства он был, как писали тогда, «слабый и болезненный, немощен телом и рассудком, заикался, скорбен головою, страдал цингою и глазною болезнью». Из шести братьев царя пятеро не дожили до 20 лет. Некоторые ученые считают, что это последствия свинцового отравления. А вот шестой брат, Петр Алексеевич, будущий Петр I, избежал отравления – детство и отрочество он провел не в Кремле, а в подмосковных селах. Да и позднее он мало бывал в Кремле – много воевал, путешествовал по Европе, а потом и вовсе перенес столицу на берега Невы. Кстати, первый водопровод в Петербурге, который давал воду для дворцов и фонтанов Летнего сада, был деревянным. Его трубы были сделаны из бревен с просверленными в них отверстиями. Свинец же Петр использовал в военных целях – для отливки пуль.

А вот как пишут о свинцовом отравлении современные медицинские справочники: вялость, апатия, потеря памяти, раннее слабоумие, ослабление зрения, больные выглядят старше своих лет. Удивительно напоминает старинное описание царя Ивана Алексеевича!

Травились когда-то не только «свинцовой водой». Свинец широко использовали при изготовлении посуды (свинцовая глазурь), свинцовых белил, которыми окрашивали стены домов. Сейчас такое применение свинца строжайше запрещено. Белила, например, делают цинковые или титановые. Тем не менее у жителей промышленно развитых стран свинца в организме больше, чем у жителей отсталых и развивающихся стран, а у городских жителей больше, чем у сельских. Разница может быть огромной – в сотни раз.

Свинцовое загрязнение приобрело в 20 в. глобальный характер. Даже в снегах Гренландии его содержание за сто лет увеличилось в пять раз, а в центрах крупных городов в почве и растениях свинца в 25 раз больше, чем на окраинах! Загрязнение свинцом наблюдается в районах его добычи, а также в местах переработки и автострад, особенно если еще используется этилированный бензин. Немало свинца оседает на дне озер в виде охотничьей дроби. Каждый год в Мировой океан со сточными водами попадает более полумиллиона тонн этого ядовитого металла. А кто не видел выброшенные в мусорные ящики, а то и просто в канавы отработанные аккумуляторы! Пока свинец дешев, собирание и переработка его отходов невыгодна. Малая растворимость большинства соединений свинца, к счастью, не позволяет ему накапливаться в значительных количествах в воде. В водах Мирового океана его содержится в среднем 0,03 мкг/л (3·10^–9%). Мало в среднем свинца и в живом веществе – 10^–4%.

Важнейшие соединения свинца и их применение

Свинец, будучи легкоплавким тяжелым металлом, издревле и по сей день применяется для изготовления боеприпасов, в том числе и гражданского назначения. Другая особенность свинца — способность поглощать радиацию, обусловила его широкое использование в атомной энергетике и медицинской технике. Но гораздо более обширные возможности открывают различные соединения свинца с другими веществами и сплавы металлов. Без них сложно представить какую-либо отрасль жизнедеятельности человека. Химическая промышленность и сельское хозяйство, военное дело и аккумуляторы, машиностроение и литография, геология и многое другое — во всех этих сферах задействованы соединения свинца.

Слитки, чушки

Принципиальное различие между этими двумя изделиями – в форме. Слиток имеет строгую геометрическую форму в виде параллелепипеда или объемной трапеции, а у чушки есть пережимы для удобного разделения на несколько частей и уши (называемые также рогами) для легкости транспортирования и складирования.

Продукты не используются самостоятельно, являясь сырьем для изготовления разнообразных изделий. Их раскатывают в плоский (листовой и рулонный) прокат, продавливают сквозь фильеры в проволоку, изготавливают из них трубы. Такой свинец подходит для выпуска медных сплавов, баббитов, припоев, гартовых (полиграфических) сплавов.

Оксиды свинца

Оксид свинца (PbO) – представляет собой слаборастворимые в воде кристаллы, желтоватого или алого цвета. Применяется в изготовлении стеклянных изделий, хрусталя, глянцевых эмалей и лаков. Распространенный компонент кислотно-свинцовых аккумуляторов. Сырье для других соединений.

Диоксид свинца — ядовитый бурый порошок с характерным запахом. Важный катализатор множества химических реакций и процессов, ни одна исследовательская лаборатория не обходится без этого вещества. При добавлении в состав красок ускоряет процесс их высыхания, чем активно пользуются производители лако-красочной продукции.

Тетраоксид свинца, он же сурик — нерастворимый порошок оранжево-красного цвета. Редко, но встречается в природном виде. Широкое применение получил в качестве пигмента для антикоррозийных покрытий при строительстве зданий, мостов, кораблей и других крупных объектов. Когда некоторые детали недостроенного судна кажутся «ржавыми» — это эффект от свинцового сурика в составе защитных эмульсий.

Отдельно стоит упомянуть ЦТС — оксид соединения цирконатов и титанатов свинца. Ценнейшее вещество, способное при деформирующем воздействии индуцировать заряд, или же выдавать обратную реакцию — под влиянием тока деформироваться. Без него было бы невозможным создание многих видов электроакустических устройств и конденсаторов.

Влияние свинца на организм человека

Тяжелое отравление тяжелыми металлами, называемой «сатурнизмом», это отравление свинцом, которое характеризуется поражениями участков головного мозга. Причиной может стать вдыхаемый пар, копоть или пыль с содержанием микроскопических частичек свинца. Отравлениям подвержены в основном дети до пяти лет, но патологии могут возникнуть и у взрослых. Органические соединения, попав в легкие, приводят к хронической интоксикации, а также вызывают психотропное, гемолитическое и нейротоксическое действие.

К сожалению, накопление свинца в организме происходит у человека всю жизнь, поэтому возникнуть проблемы со здоровьем могут возникнуть неожиданно, даже при отсутствии контактом с этим металлом. В окружающей среде осталось достаточно много этого химического элемента, из-за неправильной утилизации свинцовых изделий, использования свинцовых присадок в бензине для повышения октанового числа и в следствии неправильного хранения этого металла населением. При постоянном вдыхании паров свинца, у человека возникают проблемы с нервной системой и работой мозга. Повышается риск развития сердечно-сосудистых заболеваний и разрушения почек. Беременная женщина, отравившаяся токсинами свинца может потерять ребенка или родить его с патологиями.

Чтобы избежать вредного воздействия свинца, не следует хранить изделия из этого металла и работать с ними. Разбирать, перерабатывать, транспортировать и хранить токсичный лом могут только специализированные организации, у которых есть лицензия на данный род деятельности.

Присутствие в природе

Свинец – один из самых распространенных элементов земной коры (0,016% по массе). Формы нахождения в природе – осадочные и кислые горные породы, основные и ультраосновные массивы.

Накоплению крупных объемов способствуют гипергенные и гидротермальные процессы.

Чемпион по запасам и уникум – Пакистан. Только в породах Кохистанско-Ладакхской дуги на севере страны свинца больше, чем урана.

Зарегистрирована почти сотня свинцовых минералов. Самые важные – галенит, англезит, церрусит.

Из четырех стабильных изотопов свинца три радиогенны. Их доля постоянно возрастает.

В биологических организмах и воде доля металла на порядки меньше.

Физико-химические характеристики

Свинец – один из наиболее массивных металлов.

Сизоватость оттенков дополняется металлическим блеском:

• Блеск присущ свежеразрезанным фрагментам: на воздухе он тускнеет, покрываясь оксидом-пленкой.
• Металл мягок (твердость по Моосу – 1,5). Режется ножом или ножницами, царапается ногтем.
• Тепло- и электропроводность средние: у меди больше в 11 и 15 раз.
• Металл пластичен, легко прокатывается до фольги.

По химическим свойствам «простолюдин» свинец спорит с благородными металлами:

• Не ржавеет при любой влажности воздуха. Коррозию провоцирует только фтористый водород.
• Воздействие воды, большинства кислот, металлов, газов нулевое.
• Разрушается лишь некоторыми кислотами: слабой уксусной, азотной (до 70%) либо концентрированной (90+%) серной.

Такую стойкость металлу обеспечивает «щит» из оксидной пленки на поверхности.

Металл проявляет интересное оптическое свойство. Отраженный свет придает ему коричневатость, дополняемую буровато-багровым внутренним отражением.

Ниже в таблице данные изменения плотности свинца в зависимости от температуры.

Проволока из свинцовых сплавов

Это длинномерное сплошное изделие в виде нити или шнура круглого (чаще), квадратного или овального (реже) поперечного сечения. Его выпускают гидравлическим прессованием, продавливая более толстую заготовку (свинцовую катанку) сквозь отверстия фильеры. Потребителю проволока поставляется в мотках или на катушках.

Продукт активно применяется в:

• электротехнике;
• любительской и промышленной электронике;
• машино- и приборостроении;
• энергетическом секторе;
• стекольной промышленности.

Самыми толстыми модификациями герметизируют стыки тюбингов в шахтных стволах, выработках метрополитена, тоннелях. Тонкие варианты используются в часовом деле, при изготовлении медицинского оборудования и рыболовной оснастки (блесен, грузил).

Теги