Svinec: stanje oksidacije, kemijske lastnosti, formula, uporaba

Svinec (Pb) - mehko srebrno-bela ali siva kovina 14 minut (IVa) periodnega skupino z atomskim številom 82. To je zelo upogljiva, žilavi in ​​debeline materiala, ki prevaja elektrike slabo. Elektronska formula svinca - [Xe] 4f¹⁴

Razširjenost v naravi

Svinec se pogosto omenja v zgodnjih biblijskih besedilih. Babilonci so uporabili kovino za izdelavo pisalnih plošč. Rimljani so izdelovali vodovodne cevi, kovance in celo kuhinjske pripomočke. Posledica tega je bilo zastrupitev prebivalstva s svincem v dobi cesarja Avesusa Cezarja. Sestavina, imenovana bela svinec, je bila uporabljena kot okrasni pigment že 200 let pred našim štetjem. e.

V smislu teže vsebnost svinca v zemeljski skorji ustreza kositru. V prostoru za 10⁶ Atomi silicija predstavljajo 0,47 svinčevih atomov. To je primerljivo z vsebnostjo cezija, praseodimija, hafnija in volframa, od katerih se vsaka obravnava kot precej omejen element.

Ekstrakcija

Čeprav ni veliko svinca, so postopki naravne koncentracije privedli do pomembnih depozitov komercialnega pomena, zlasti v ZDA, Kanadi, Avstraliji, Španiji, Nemčiji, Afriki in Južni Ameriki. Redki v čisti vodi je prisotna v več mineralov, vendar so manj pomembni, razen sulfida PBS (Galena), ki je glavni vir industrijske proizvodnje kemijskega elementa v svetu. Kovina je tudi vsebovana v anglesitu (PbSO₄) in cerusit (PbCO₃). Do začetka XXI stoletja. Vodilni svetovni proizvajalci svinčenega koncentrata so bili države, kot so Kitajska, Avstralija, ZDA, Peru, Mehika in Indija.

Svinec lahko izvlečemo s praženjem rude, ki ji sledi taljenje v plavžih ali z direktnim taljenjem. Nečistoče odstranimo med dodatnim čiščenjem. Skoraj polovica očiščenega svinca se pridobi iz recikliranega ostankov.

Kemijske lastnosti

Elementarno svinec se lahko oksidira do iona Pb²⁺ ionov vodika, vendar je zaradi netopnosti večine soli ta kemični element odporen na učinke številnih kislin. Oksidacija v alkalnem mediju postane lažja in daje prednost tvorbi topnih spojin pri oksidacijskem stanju svinca +2. PbO oksid₂ z ionskim Pb⁴⁺ je eden od najmočnejši oksidanti v kisli raztopini, vendar je v alkalni raztopini sorazmerno šibka. Oksidacija svinca je olajšana s tvorbo kompleksov. Elektrodepozicija se najbolje izvede iz vodnih raztopin, ki vsebujejo svinčev heksafluorosilikat in heksafluorosilikatno kislino.

V zraku se kovina hitro oksidira in tvori dolgočasno sivo prevleko, ki je prej veljala za suboksid Pb₂O. Zdaj je splošno sprejeto, da gre za mešanico Pb in PbO oksida, ki ščiti kovino pred nadaljnjo korozijo. Čeprav se svinec raztopi v razredčeni dušikovi kislini, je le površinsko izpostavljen klorovodikovi ali žvepleni kislini, ker nastali netopni kloridi (PbCl₂) ali sulfati (PbSO₄) prepreči nadaljevanje reakcije. Kemične lastnosti svinca, ki povzročajo stabilnosti celotnega območja, dovolijo uporabo kovin za izdelavo strešnih materialov, prevlek električnih kablov, danih v zemlji ali v vodi, kot podlage za vodovodne cevi in ​​konstrukcij, ki služijo za transport in predelavo korozivnih substanc.

Uporaba svinca

Znana je samo ena kristalna modifikacija tega kemijskega elementa z gosto zapakirano kovinsko rešetko. V prostem stanju se pojavi ničelna stopnja oksidacije svinca (kot katera koli druga snov). Široka uporaba elementarne oblike elementa je zaradi njegove plastičnosti, enostavnosti varjenja, nizkega tališča, visoke gostote in sposobnosti absorpcije gama in rentgenskih žarkov. Molten svinec je odlično topilo in vam omogoča koncentriranje brez srebra in zlata. Strukturna uporaba svinca je omejena z nizko natezno trdnostjo, utrujenostjo in tekočino, tudi pri majhnih obremenitvah.

Element uporabljati v proizvodnji baterij, v streliva (strel in krogle), ki so sestavljeni iz lota, tiskanje, pri čemer, lahke zlitine in zlitine. V težki in industrijski opremi se lahko dele iz svinčevih spojin zmanjšajo s hrupom in vibracijami. Ker kovina učinkovito absorbira kratkovalovno elektromagnetno sevanje, se uporablja za zaščito jedrskih reaktorjev, pospeševalcev delcev, rentgenske opreme in posod za transport in shranjevanje radioaktivni materiali. V oksidu (PbO₂) in zlitine s antimonom ali kalcijevim elementom se uporabljajo v običajnih baterijah za ponovno polnjenje.

Ukrepanje na telesu

Svinec kemijskih elementov in njegove spojine so strupeni in se kopičijo v telesu za daljše časovno obdobje (ta pojav je znan kot kumulativno zastrupitev), dokler ne dosežemo smrtnega odmerka. Toksičnost se povečuje z naraščajočo topnostjo spojin. Pri otrocih kopičenje svinca lahko povzroči kognitivne motnje. Pri odraslih povzroča progresivno ledvično bolezen. Simptomi zastrupitve vključujejo bolečine v trebuhu in drisko, ki ji sledijo zaprtje, slabost, bruhanje, omotica, glavobol in splošna šibkost. Izločanje stika z vodilnim virom je navadno zadostno za zdravljenje. Odprava kemičnega elementa iz insekticidov in pigmentnih barv ter uporaba respiratorjev in drugih zaščitnih sredstev na mestih izpostavljenosti je znatno zmanjšala pogostnost zastrupitve s svincem. Priznanje, da tetraetil vodi Pb (C₂H₅)₄ v obliki anti-knock dodatka za bencin, ki onesnažuje zrak in vodo, je povzročil prenehanje njegove uporabe v osemdesetih letih.

Biološka vloga

Svinec ne igra nobene biološke vloge v telesu. Toksičnost tega kemijskega elementa je posledica njegove sposobnosti simulacije kovin, kot so kalcij, železo in cink. Medsebojno delovanje svinca z enakimi beljakovinskimi molekulami kot ti kovini vodi k prenehanju normalnega delovanja.

Jedrske lastnosti

Kemični element svinca se tvori tako zaradi procesov absorpcije nevtronov kot tudi pri propadanju radionuklidov težjih elementov. 4 stabilni izotopi. Relativna razširjenost ²⁰⁴Pb je 1,48%, ²⁰⁶Pb - 23,6%, ²⁰⁷Pb - 22,6% in ²⁰⁸Pb - 52,3%. Stabilni nuklidi so končni izdelki naravnega radioaktivnega razpada urana (do ²⁰⁶Pb), torij (do ²⁰⁸Pb) in aktinium (do ²⁰⁷Pb). Znano je več kot 30 radioaktivnih izotopov svinca. Od tega sodelujejo procesi naravnega razpada ²¹²Pb (serija torijev), ²¹⁴Pb in ²¹⁰Pb (serija urana) in ²¹¹Pb (serija aktinij). Atomska teža naravnega svinca se razlikuje od vira do vira, odvisno od njegovega izvora.

Mono-oksidi

V spojinah je stopnja oksidacije svinca v bistvu enaka +2 in +4. Med najpomembnejšimi so oksidi. To je PbO, v katerem je kemijski element v +2 stanju, PbO dioksid₂, v kateri je najvišja stopnja oksidacije svinca (+4) in tetraoksida, Pb₃O₄.

Monoksid obstaja v dveh modifikacijah - litharge in lepilo. Litarg (svinec alfa-oksid) je rdeče ali rdečkasto rumena trdna snov s tetragonalno kristalno strukturo, stabilna oblika, ki obstaja pri temperaturah pod 488 ° C. Glet (beta-monoksidni svinec) je rumena trdna snov in ima ortorhombično kristalno strukturo. Njegova stabilna oblika obstaja pri temperaturah, ki presegajo 488 ° C

Obe obliki sta netopni v vodi, vendar se raztopita v kislinah, da tvorita soli, ki vsebujejo Pb-ion²⁺ ali v alkaliji s tvorbo plumbitov, ki imajo PbO₂^2--ion. Litarg, ki nastane z reakcijo svinca z zrakom kisika, je najpomembnejša komercialna spojina tega kemijskega elementa. Snov se uporablja v velikih količinah neposredno in kot izhodni material za pripravo drugih svinčevih spojin.

Pri izdelavi plošč iz svinčevih akumulatorjev porabi znatno količino PbO. Visokokakovostna steklovina (kristal) vsebuje do 30% litarga. S tem se poveča refrakcijski indeks stekla in sijajna, trpežna in zvokovna. Litarg služi tudi kot sredstvo za sušenje v lakih in se uporablja za proizvodnjo natrijevega svintsovokislogo ki se uporablja, da se odstranijo iz bencinskih smrdljive tiolov (organske spojine, ki vsebujejo žveplo).

Diooksid

V naravi PbO₂ obstaja kot rjavo-črni mineralni platnerit, ki se komercialno proizvaja iz triadal tetraoksida z oksidacijo s klorom. Pri segrevanju se razgrajuje in daje kisiku in oksidom nižjo oksidacijsko stopnjo svinca. PbO₂ Uporablja se kot oksidator pri proizvodnji barvil, kemikalij, pirotehnike in alkohola ter kot trdilec za polisulfidne gume.

Pb tetraksid₃O₄ (znan kot vodilni marmor ali minij) dobimo z nadaljnjo oksidacijo PbO. To je pigment iz oranžno-rdeče do opečnato-rdeče barve, ki je del korozijsko odpornih barv, ki se uporabljajo za zaščito izpostavljenega okolja železa in jekla. Prav tako reagira z železovim oksidom, da tvori ferit, ki se uporablja pri izdelavi trajnih magnetov.

Acetat

Tudi ekonomsko pomembna svinčev spojina oksidacijskega stanja +2 je acetat Pb (C₂H₃O₂)₂. To je vodotopna sol, pridobljena z raztapljanjem glazure v koncentrirani ocetni kislini. Splošna oblika, trihidrat, Pb (C₂H₃O₂)₂ middot-3H₂O, imenovan svinčev sladkor, se uporablja kot sredstvo za obarvanje tkanin in kot sušilec v nekaterih barvah. Poleg tega se uporablja pri proizvodnji drugih svinčevih spojin in objektov za zlato cianidacijo, kjer služi kot PbS za precipitacijo topnih sulfidov iz raztopine.

Druge soli

Osnovni karbonat, sulfat in svinčev silikat so bili nekoč široko uporabljeni kot pigmenti za bele zunanje barve. Vendar, od sredine dvajsetega stoletja. uporaba tako imenovanih. belih svinčevih pigmentov je bilo znatno zmanjšano zaradi zaskrbljenosti glede njihove toksičnosti in spremljajoče nevarnosti za zdravje ljudi. Iz istega razloga je uporaba svinčevega arsena v insekticidih praktično prenehala.

Poleg osnovnih oksidacijskih stanj (+4 in +2) svinec ima lahko negativne stopnje -4, -2, -1 v fazah Zintl (na primer BaPb, Na_{8. mesto}Ba_{8. mesto}Pb₆) in +1 in +3 - v svinčevih organskih spojinah, kot je heksametildiplumban Pb₂(CH₃)₆.