СВИНЕ́Ц

СВИНЕ́Ц (лат. Plumbum; англ. Lead), Pb, хи­мич. эле­мент IV груп­пы ко­рот­кой фор­мы (14-й груп­пы длин­ной фор­мы) пе­рио­дич. сис­те­мы; ат. н. 82, ат. м. 207,2. При­род­ный С. – смесь ста­биль­ных изо­то­пов ²⁰⁴Рb (1,4%), ²⁰⁶Рb (23,6%), ²⁰⁷Рb (22,6%) и ²⁰⁸Рb (52,4%); ²⁰⁶Рb, ²⁰⁷Рb и ²⁰⁸Рb – чле­ны при­род­ных ра­дио­ак­тив­ных ря­дов со­от­вет­ст­вен­но ²³⁸U, ²³⁵U и ²³²Th; при­род­ные ра­дио­изо­то­пы ²¹⁰Рb (наи­бо­лее дол­го­жи­ву­щий, T_1/2 22,3 го­да), ²¹¹Рb, ²¹²Рb и ²¹⁴Рb. Наи­бо­лее дол­го­жи­ву­щий ис­кус­ст­вен­ный ра­дио­изо­топ ²⁰⁵Pb (T_1/2 ок. 15,3 млн. лет).

Историческая справка

С. вы­плав­ля­ли из ру­ды в Ме­со­по­та­мии, Ма­лой Азии, Егип­те, Гре­ции и Ри­ме 8 тыс. лет на­зад; ве­ро­ят­но, это пер­вый из­вест­ный че­ло­ве­ку ме­тал­лур­гич. про­цесс. С. при­ме­ня­ли для по­кры­тия ке­ра­ми­ки гла­зу­рью, из­го­тов­ле­ния мо­нет и ста­туй (Древ­ний Еги­пет), лис­то­вой С. слу­жил на­сти­лом для со­хра­не­ния вла­ги (Ва­ви­лон), ма­те­риа­лом труб во­до­про­во­да, об­шив­ки де­рев. кор­пу­сов ко­раб­лей (Древ­ний Рим), кров­ли зда­ний (Бри­та­ния) и др. Ис­поль­зо­ва­ли С. для очи­ст­ки зо­ло­та и се­реб­ра ме­то­дом ку­пе­ли­ро­ва­ния. Ге­ро­дот в 5 в. до н. э. пи­сал о ме­то­де ук­ре­п­ле­ния же­лез­ных и брон­зо­вых скоб в ка­мен­ных пли­тах пу­тём за­лив­ки от­вер­с­тий С. Та­кие ско­бы бы­ли най­де­ны при рас­коп­ках Ми­кен. С изо­бре­те­ни­ем ог­не­стрель­но­го ору­жия С. стал ма­те­риа­лом для из­го­тов­ле­ния пуль и дро­би. Вплоть до 17 в. С. пу­та­ли с оло­вом (лат. plumbum al­bum – «бе­лый сви­нец», т. е. оло­во; лат. plumbum nigrum – «чёр­ный сви­нец», соб­ст­вен­но С.). Про­ис­хо­ж­де­ние назв. «С.» не­яс­но.

Распространённость в природе

Со­дер­жа­ние С. в зем­ной ко­ре 1,3·10^–3% по мас­се, в во­дах океа­на 0,03 мкг/дм³, в реч­ных во­дах 0,2–8,7 мкг/дм³. При­род­ный фон в ат­мо­сфе­ре 2·10^-9–5·10^-4 мкг/м³. В те­ле взрос­ло­го че­ло­ве­ка со­дер­жит­ся 7–15 мг Pb. Из­вест­но ок. 80 ми­не­ра­лов, со­дер­жа­щих Pb; пром. зна­че­ние име­ют га­ле­нит PbS, анг­ле­зит PbSO₄, це­рус­сит РbСО₃, пи­ро­мор­фит Pb₅(PO₄)₃Cl; см. так­же Свин­цо­во-цин­ко­вые ру­ды. В мес­те за­ле­га­ния свин­цо­вых руд поч­ва, рас­те­ния и во­ды со­дер­жат до 1% Pb.

Свойства

Кон­фи­гу­ра­ция внеш­них элек­трон­ных обо­ло­чек ато­ма С. 6s²6p²; сте­пе­ни окис­ле­ния +2 (наи­бо­лее ха­рак­тер­ная) и +4; энер­гии по­сле­до­ват. ио­ни­за­ции со­от­вет­ст­вен­но рав­ны 715, 1450, 3081 и 4082 кДж/моль; элек­тро­от­ри­ца­тель­ность по По­лин­гу 2,33; атом­ный ра­ди­ус 175 пм, ко­ва­лент­ный ра­ди­ус 146 пм, ион­ные ра­диу­сы (в скоб­ках да­ны ко­ор­ди­нац. чис­ла) Рb^IV 79 пм (4), 92 пм (6), Рb^II 112 пм (4), 133 пм (6).

С. – ме­талл си­не­ва­то-се­ро­го цве­та, лег­ко­плав­кий, t_пл 327 °C, t_кип 1751 °C; плот­ность 11341,5 кг/м³ (20 °C); кри­стал­ли­зу­ет­ся в гра­не­цен­три­ро­ван­ной ку­бич. ре­шёт­ке. С. хо­ро­ший по­гло­ти­тель рент­ге­нов­ско­го и γ-из­лу­че­ния; по­пе­реч­ное се­че­ние за­хва­та те­п­ло­вых ней­тро­нов ок. 0,2·10^–28 м². Сла­бо те­п­ло- и элек­тро­про­во­ден; диа­маг­не­тик; темп-ра пе­ре­хо­да в сверх­прово­дя­щее со­стоя­ние 7,2 К. С. мя­гок, пла­сти­чен, лег­ко про­ка­ты­ва­ет­ся в тон­чай­шие лис­ты. Твёр­дость по Бри­нел­лю 25–40 МПа; от­но­сит. уд­ли­не­ние при раз­ры­ве 50–70%. С. прак­ти­че­ски не рас­тво­ря­ет га­зо­об­раз­ные N₂, CO, CO₂, O₂, SO₂, H₂.

С. – хи­ми­че­ски инер­тен. В су­хом воз­ду­хе не окис­ля­ет­ся, во влаж­ном – ту­ск­не­ет, по­кры­ва­ясь плён­кой ок­си­дов, пе­ре­хо­дя­щих в при­сут­ст­вии СО₂ в ос­но́в­ную соль со­ста­ва Рb₂(CO₃)(ОН)₂. С ки­сло­ро­дом об­ра­зу­ет ок­си­ды Рb₂О, РbО, РbО₂, Рb₃О₄, Рb₂О₃ (см. Свин­ца ок­си­ды). При ком­нат­ной темп-ре не реа­ги­ру­ет с раз­бав­лен­ны­ми H₂SO₄ и НСl, т. к. на по­верх­но­сти об­ра­зу­ют­ся труд­но­рас­тво­ри­мые PbSO₄ и РbСl₂. С раз­бав­лен­ны­ми HNO₃ и СН₃СООН об­ра­зу­ет хо­ро­шо рас­тво­ри­мые Pb(NO₃)₂ и Рb(СН₃СОО)₂, с кон­цен­трир. H₂SO₄ и НСl при на­гре­ва­нии – рас­тво­ри­мые Pb(HSO₄)₂ и Н₂[РbСl₄]. Взаи­мо­дей­ст­ву­ет с HF и ще­ло­ча­ми в вод­ном рас­тво­ре толь­ко при на­гре­ва­нии, реа­ги­ру­ет с ли­мон­ной, му­равь­и­ной и вин­ной ки­сло­та­ми. Рас­тво­ри­мые со­ли Pb(II) под­вер­же­ны гид­ро­ли­зу, ко­то­рый при ки­пя­че­нии рас­тво­ров при­во­дит к оса­ж­де­нию осно́вных со­лей.

Про­из­вод­ные Pb(IV) мож­но по­лу­чить элек­тро­ли­зом под­кис­лён­ных рас­тво­ров со­лей Pb(II). Наи­бо­лее из­вест­ные сре­ди них Pb(SO₄)₂ и Рb(ОСОСН₃)₄ (см. так­же Свин­ца аце­та­ты). Про­из­вод­ные Pb(IV), как пра­ви­ло, под­вер­га­ют­ся не­об­ра­ти­мо­му гид­ро­ли­зу; в слу­чае PbCl₄ под дей­ст­ви­ем во­ды про­ис­хо­дит об­ра­зо­ва­ние PbCl₂ и вы­де­ле­ние Cl₂ (окис­ли­тель­но-вос­ста­но­вит. ре­ак­ция). При раз­ряд­ке свин­цо­во­го ак­ку­му­ля­то­ра Pb(IV) слу­жит окис­ли­те­лем (Рb+РbO₂+2H₂SO₄= =2PbSO₄+2Н₂О). С рас­пла­ва­ми ще­ло­чей ок­си­ды Pb(IV) и Pb(II) да­ют двой­ные ок­си­ды, напр. (Na₂Pb)O₃, (Na₂Pb)O₂; в кон­цен­трир. рас­тво­рах ще­ло­чей при на­гре­ва­нии об­ра­зу­ют­ся гид­ро­ксо­ком­плек­сы ти­па Na₂[Рb(ОН)₆].

При на­гре­ва­нии С. реа­ги­ру­ет с га­ло­ге­на­ми, об­ра­зуя про­из­вод­ные Pb(II) и Pb(IV): РbI₂, РbВr₂, PbCl₂, РbВr₄, PbCl₄, PbF₄; с се­рой при на­гре­ва­нии С. да­ёт PbS. Гид­ри­ды для С. не ха­рак­тер­ны. Важ­ное ор­га­нич. про­из­вод­ное С. – тет­ра­этил­сви­нец Pb(C₂H₅)₄; см. так­же Сви­не­цор­га­ни­че­ские со­еди­не­ния.

Получение

Осн. ис­точ­ник Pb – суль­фид­ные по­ли­ме­тал­лич. ру­ды. Обо­га­щая ру­ды (1–5% Рb) ме­то­дом фло­та­ции, по­лу­ча­ют свин­цо­вые кон­цен­тра­ты (со­дер­жа­щие 40–75% Рb, 5–10% Zn, до 5% Сu, бла­го­род­ные ме­тал­лы и Bi). Тех­но­ло­гия по­лу­че­ния С. вклю­ча­ет аг­ло­ме­ри­рую­щий об­жиг суль­фид­ных кон­цен­тра­тов, шахт­ную вос­ста­но­вит. плав­ку аг­ло­ме­ра­та и ра­фи­ни­ро­ва­ние чер­но­во­го С. При об­жи­ге PbS окис­ля­ет­ся ки­сло­ро­дом воз­ду­ха, про­ду­вае­мо­го в рас­плав, со­дер­жа­щий до­бав­ки флю­сов (SiO₂, CaCO₃, Fe₂O₃): 2PbS+3О₂=2РbО+2SO₂. В го­то­вом аг­ло­ме­ра­те со­дер­жит­ся 35–45% Рb и 1,2–3% S (в т. ч. в ви­де суль­фа­тов). Аг­ло­ме­рат сме­ши­ва­ют с кок­сом и на­прав­ля­ют на вос­ста­но­вит. плав­ку в шахт­ные пе­чи, в ко­то­рые по­да­ёт­ся воз­дух или воз­душ­но-ки­сло­род­ная смесь. В пе­чи про­те­ка­ет двух­ста­дий­ная эк­зо­тер­мич. ре­ак­ция (2PbS+3O₂=2PbO+2SO₂ и PbS+2РbО=3Рb+SO₂), про­дукт ко­то­рой – чер­но­вой С. (из­вле­че­ние Рb дос­ти­га­ет 90–94%). От­хо­ды про­цес­са плав­ки (шла­ки) на­прав­ля­ют­ся на даль­ней­шую пе­ре­ра­бот­ку для из­вле­че­ния Zn. Об­ра­зую­щая­ся при шахт­ной плав­ке (и аг­ло­ме­ра­ции) пыль слу­жит ис­ход­ным сырь­ём для из­вле­че­ния ред­ких и рас­се­ян­ных эле­мен­тов. Чер­но­вой С. со­дер­жит 93–98% Рb и при­ме­си: Сu (1–5%), Sb, As, Sn (0,5–3%), Bi (0,05–0,4%) и др. Очи­ст­ку чер­но­во­го С. про­из­во­дят пи­ро­ме­тал­лур­гич. или элек­тро­ли­тич. спо­со­бом. Объ­ём ми­ро­во­го про­из-ва С. ок. 9 млн. т/год.

Применение

До 45% от об­ще­го по­треб­ле­ния С. идёт на про­из-во элек­тро­дов ак­ку­му­ля­то­ров; до 20% – на из­го­тов­ле­ние про­во­дов, ка­бе­лей и по­кры­тий к ним. С. ис­поль­зу­ют для из­го­тов­ле­ния фу­те­ров­ки, труб и ап­па­ра­ту­ры в хи­мич. пром-сти. При­ме­ня­ют спла­вы С. с Sn, Са, Sb, Cu, As, Cd. В строи­тель­ст­ве С. ис­поль­зу­ют в ка­че­ст­ве изо­ля­ции, уп­лот­ни­те­ля швов, сты­ков, при соз­да­нии сейс­мо­стой­ких фун­да­мен­тов, в во­ен. тех­ни­ке – для из­го­тов­ле­ния шрап­не­ли и сер­деч­ни­ков пуль. Эк­ра­ны из С. слу­жат для за­щи­ты от ра­дио­ак­тив­но­го и рент­ге­нов­ско­го из­лу­че­ний. Со­еди­не­ния С. вхо­дят в со­став пиг­мен­тов, эма­лей, стё­кол, ке­ра­ми­ки, ма­те­риа­лов оп­то­элек­тро­ни­ки и т. д.

С. ток­си­чен. Осн. ис­точ­ни­ки за­гряз­не­ния С. ок­ру­жаю­щей сре­ды: ме­тал­лур­гич. пред­при­ятия, вы­хлоп­ные га­зы дви­га­те­лей внутр. сго­ра­ния, сточ­ные во­ды пром. пред­при­ятий и др.