Plumbul este un element chimic cu număr atomic 82 și simbolul Pb (din latinescul plumbum - lingot). Este un metal greu cu o densitate mai mare decât cea a majorității materialelor convenționale; Plumbul este moale, maleabil și se topește la temperaturi relativ scăzute. Plumbul proaspăt tăiat are o nuanță alb-albăstruie; devine un gri plictisitor atunci când este expus la aer. Plumbul are al doilea cel mai mare număr atomic dintre elementele clasice stabile și se află la capătul celor trei lanțuri majore de dezintegrare a elementelor mai grele. Plumbul este un element de post-tranziție relativ nereactiv. Caracterul său metalic slab este ilustrat de natura sa amfoteră (oxizii de plumb și plumbul reacţionează atât cu acizii, cât și cu bazele) și tendința de a forma legături covalente. Compușii de plumb sunt în mod obișnuit în starea de oxidare +2 mai degrabă decât +4, de obicei cu membri ai grupului de carbon mai ușori. Excepțiile sunt limitate în principal la compușii organici. La fel ca membrii mai ușoare ai acestui grup, plumbul tinde să se lege de el însuși; poate forma lanțuri, inele și structuri poliedrice. Plumbul este ușor de extras din minereurile de plumb și era deja cunoscut oamenilor preistorici din Asia de Vest. Principalul minereu de plumb, galena, conține adesea argint, iar interesul pentru argint a contribuit la extracția pe scară largă a plumbului și la utilizarea acestuia în Roma antică. Productia de plumb a scazut dupa caderea Imperiului Roman si nu a atins aceleasi niveluri pana la Revolutia Industriala. În prezent, producția globală de plumb este de aproximativ zece milioane de tone pe an; producția secundară din procesare reprezintă mai mult de jumătate din această sumă. Plumbul are mai multe proprietăți care îl fac util: densitate mare, punct de topire scăzut, ductilitate și inerție relativă la oxidare. Combinați cu abundența relativă și costul scăzut, acești factori au condus la utilizarea pe scară largă a plumbului în construcții, instalații sanitare, baterii, gloanțe, cântare, lipituri, aliaje de staniu-plumb, aliaje fuzibile și ecranare împotriva radiațiilor. La sfârșitul secolului al XIX-lea, plumbul era recunoscut ca fiind extrem de toxic, iar de atunci utilizarea sa a fost redusă treptat. Plumbul este o neurotoxină care se acumulează în țesuturile moi și oase, dăunând sistemului nervos și provocând tulburări ale creierului și, la mamifere, tulburări de sânge.
Proprietăți fizice
Proprietăți atomice
Atomul de plumb are 82 de electroni dispuși în configurația electronică 4f145d106s26p2. Prima și a doua energie de ionizare combinate - energia totală necesară pentru a elimina doi electroni 6p - sunt aproape de energia staniului, vecinul superior al plumbului în grupul de carbon. Este neobișnuit; Energiile de ionizare se deplasează în general în jos în grup pe măsură ce electronii exteriori ai elementului devin mai departe de nucleu și mai protejați de orbiti mai mici. Asemănarea energiilor de ionizare se datorează reducerii lantanidelor - o scădere a razelor elementelor de la lantan (număr atomic 57) la lutețiu (71) și razelor relativ mici ale elementelor după hafniu (72). Acest lucru se datorează ecranării slabe a nucleului de către electronii lantanizi. Primele patru energii de ionizare combinate ale plumbului le depășesc pe cele ale staniului, contrar predicțiilor tendințelor periodice. Efectele relativiste, care devin semnificative la atomii mai grei, contribuie la acest comportament. Un astfel de efect este efectul de pereche inertă: electronii 6s ai plumbului sunt reticenți în a participa la legături, ceea ce face distanța dintre atomii din apropiere în plumbul cristalin neobișnuit de lungă. Grupele de carbon mai ușoare ale plumbului formează alotropi stabili sau metastabili cu o structură cubică de diamant coordonată tetraedric și legat covalent. Nivelurile de energie ale orbitalilor lor exteriori s și p sunt suficient de apropiate pentru a permite amestecarea cu cei patru orbitali hibrizi sp3. În plumb, efectul de pereche inertă crește distanța dintre orbitalii s și p, iar decalajul nu poate fi acoperit de energia care va fi eliberată de legături suplimentare după hibridizare. Spre deosebire de structura cubică de diamant, plumbul formează legături metalice în care doar electronii p sunt delocalizați și împărțiți între ionii Pb2+. Prin urmare, plumbul are o structură cubică centrată pe față, precum metalele divalente de dimensiuni egale, calciul și stronțiul.
Volume mari
Plumbul pur are o culoare argintie strălucitoare cu o notă de albastru. Se estompează la contactul cu aerul umed, iar umbra sa depinde de condițiile predominante. Proprietățile caracteristice ale plumbului includ densitatea ridicată, ductilitatea și rezistența ridicată la coroziune (datorită pasivării). Structura cubică densă și greutatea atomică mare a plumbului au ca rezultat o densitate de 11,34 g/cm3, care este mai mare decât cea a metalelor obișnuite precum fierul (7.87 g/cm3), cuprul (8.93 g/cm3) și zincul (7.14 g). /cm3). Unele metale mai rare au densități mai mari: wolfram și aurul au o densitate de 19,3 g/cm3, iar osmiul, cel mai dens metal, are o densitate de 22,59 g/cm3, aproape de două ori mai mare decât a plumbului. Plumbul este un metal foarte moale cu o duritate Mohs de 1,5; se poate zgâria cu unghia. Este destul de maleabil și oarecum plastic. Modulul în vrac al plumbului, o măsură a ușurinței sale de compresibilitate, este de 45,8 GPa. Pentru comparație, modulul vrac al aluminiului este de 75,2 GPa; cupru – 137,8 GPa; și oțel moale – 160-169 GPa. Rezistența la tracțiune la 12-17 MPa este scăzută (pentru aluminiu este de 6 ori mai mare, pentru cupru este de 10 ori mai mare, iar pentru oțel moale este de 15 ori mai mare); poate fi întărită prin adăugarea unei cantități mici de cupru sau antimoniu. Punctul de topire al plumbului, 327,5 °C (621,5 °F), este scăzut în comparație cu majoritatea metalelor. Punctul său de fierbere este de 1749 °C (3180 °F), cel mai scăzut dintre elementele grupului de carbon. Rezistivitatea electrică a plumbului la 20 °C este de 192 nanometri, ceea ce este aproape cu un ordin de mărime mai mare decât cea a altor metale industriale (cuprul la 15,43 nΩ·m, aur 20,51 nΩ·m și aluminiu la 24,15 nΩ·m). Plumbul este un supraconductor la temperaturi sub 7,19 K, cea mai mare temperatură critică dintre toate supraconductoarele de tip I. Plumbul este al treilea cel mai mare supraconductor elementar.
Izotopi de plumb
Plumbul natural constă din patru izotopi stabili cu numerele de masă 204, 206, 207 și 208 și urme a cinci izotopi cu viață scurtă. Numărul mare de izotopi este în concordanță cu faptul că numărul de atomi de plumb este egal. Plumbul are un număr magic de protoni (82), pentru care modelul de înveliș nuclear prezice cu exactitate un nucleu deosebit de stabil. Plumbul-208 are 126 de neutroni, un alt număr magic care ar putea explica de ce plumbul-208 este neobișnuit de stabil. Având în vedere numărul său atomic ridicat, plumbul este cel mai greu element ai cărui izotopi naturali sunt considerați stabili. Acest titlu a fost deținut anterior de bismutul, care are numărul atomic 83, până când s-a descoperit în 2003 că singurul său izotop original, bismutul-209, se descompune foarte lent. Cei patru izotopi stabili ai plumbului ar putea suferi, teoretic, descompunerea alfa în izotopi de mercur, eliberând energie, dar acest lucru nu a fost observat niciodată; timpii lor de înjumătățire prognozat variază între 1035 și 10189 de ani. Trei izotopi stabili apar în trei dintre cele patru lanțuri majore de descompunere: plumb-206, plumb-207 și plumb-208 sunt produsele finale ale dezintegrarii uraniului-238, uraniului-235 și, respectiv, toriu-232; aceste lanțuri de descompunere se numesc serie de uraniu, serie de actiniu și serie de toriu. Concentrația lor izotopică într-o probă de rocă naturală este foarte dependentă de prezența acestor trei izotopi părinte de uraniu și toriu. De exemplu, abundența relativă a plumbului-208 poate varia de la 52% în probele normale până la 90% în minereurile de toriu, astfel încât masa atomică standard a plumbului este dată doar cu o zecimală. De-a lungul timpului, raportul dintre plumb-206 și plumb-207 față de plumb-204 crește pe măsură ce primele două sunt completate de dezintegrarea radioactivă a elementelor mai grele, în timp ce cele din urmă nu sunt; aceasta permite să apară legături dintre plumb și plumb. Pe măsură ce uraniul se descompune în plumb, cantitățile lor relative se modifică; aceasta este baza pentru crearea de uraniu-plumb. Pe lângă izotopii stabili care alcătuiesc aproape tot plumbul care există în mod natural, există urme de mai mulți izotopi radioactivi. Una dintre ele este plumb-210; deși timpul său de înjumătățire este de numai 22,3 ani, doar cantități mici din acest izotop sunt prezente în natură, deoarece plumbul-210 este produs printr-un ciclu lung de descompunere care începe cu uraniul-238 (care a fost prezent pe Pământ de miliarde de ani). Lanțurile de degradare ale uraniului-235, toriu-232 și uraniu-238 conțin plumb-211, -212 și -214, așa că urme ale tuturor acestor trei izotopi de plumb se găsesc în mod natural. Mici urme de plumb-209 apar din degradarea clusterului foarte rară a radiului-223, unul dintre produsele fiice ale uraniului-235 natural. Plumbul-210 este deosebit de util pentru a ajuta la identificarea vârstei probelor prin măsurarea raportului său față de plumb-206 (ambele izotopi prezenți în același lanț de descompunere). Au fost sintetizați în total 43 de izotopi de plumb, cu numere de masă 178-220. Plumbul-205 este cel mai stabil cu un timp de înjumătățire de aproximativ 1,5×107 ani. [I] Al doilea cel mai stabil este plumbul-202, care are un timp de înjumătățire de aproximativ 53.000 de ani, mai lung decât orice radioizotop natural. Ambii sunt radionuclizi dispăruți care au fost produși în stele împreună cu izotopi stabili ai plumbului, dar s-au degradat de mult.
Chimie
Un volum mare de plumb expus aerului umed formează un strat protector de compoziție variată. Sulfitul sau clorura pot fi prezente și în mediile urbane sau marine. Acest strat face ca un volum mare de plumb să fie efectiv inert din punct de vedere chimic în aer. Plumbul sub formă de pulbere, ca multe metale, este piroforic și arde cu o flacără alb-albăstruie. Fluorul reacţionează cu plumbul la temperatura camerei pentru a forma fluorura de plumb (II). Reacția cu clorul este similară, dar necesită încălzire, deoarece stratul de clorură rezultat reduce reactivitatea elementelor. Plumbul topit reacționează cu calcogenii pentru a forma calcogenuri de plumb(II). Metalul plumb nu este atacat de acid sulfuric diluat, ci este dizolvat într-o formă concentrată. Reacționează lent cu acidul clorhidric și energic cu acidul azotic formând oxizi de azot și nitrat de plumb (II). Acizii organici precum acidul acetic dizolvă plumbul în prezența oxigenului. Alcalii concentrați dizolvă plumbul și formează plumbiți.
Compuși anorganici
Plumbul are două stări principale de oxidare: +4 și +2. Starea tetravalentă este comună grupului de carbon. Starea divalentă este rară pentru carbon și siliciu, minoră pentru germaniu, importantă (dar nu predominantă) pentru staniu și mai importantă pentru plumb. Acest lucru se explică prin efecte relativiste, în special efectul de pereche inertă, care apare atunci când există o diferență mare de electronegativitate între plumb și anioni oxid, halogenură sau nitrură, rezultând încărcături pozitive parțiale semnificative asupra plumbului. Ca rezultat, există o contracție mai puternică a orbitalului 6s al plumbului decât a orbitalului 6p, ceea ce face ca plumbul să fie foarte inert în compușii ionici. Acest lucru este mai puțin aplicabil compușilor în care plumbul formează legături covalente cu elemente de electronegativitate similară, cum ar fi carbonul din compușii organoleptici. În astfel de compuși, orbitalii 6s și 6p au aceeași dimensiune, iar hibridizarea sp3 este încă favorabilă din punct de vedere energetic. Plumbul, ca și carbonul, este predominant tetravalent în astfel de compuși. Diferența relativ mare de electronegativitate a plumbului (II) la 1,87 și a plumbului (IV) este 2,33. Această diferență evidențiază tendința opusă de creștere a stabilității stării de oxidare +4 cu scăderea concentrației de carbon; staniul, prin comparație, are valori de 1,80 în starea de oxidare +2 și 1,96 în starea +4.
Compușii plumbului (II) sunt caracteristici chimiei anorganice a plumbului. Chiar și agenții oxidanți puternici, cum ar fi fluorul și clorul, reacționează cu plumbul la temperatura camerei, formând doar PbF2 și PbCl2. Majoritatea sunt mai puțin ionice decât alți compuși metalici și, prin urmare, sunt în mare măsură insolubili. Ionii de plumb(II) sunt de obicei incolori în soluție și sunt parțial hidrolizați pentru a forma Pb(OH)+ și în final Pb4(OH)4 (în care ionii hidroxil acționează ca liganzi de legătură). Spre deosebire de ionii de staniu (II), aceștia nu sunt agenți reducători. Metodele de identificare a prezenței ionului Pb2+ în apă se bazează de obicei pe precipitarea clorurii de plumb(II) folosind acid clorhidric diluat. Deoarece sarea clorură este ușor solubilă în apă, se încearcă apoi precipitarea sulfurei de plumb (II) prin barbotare de hidrogen sulfurat prin soluție. Monoxidul de plumb există în două polimorfe: α-PbO roșu și β-PbO galben, acesta din urmă stabil doar peste 488 °C. Acesta este compusul de plumb cel mai frecvent utilizat. Hidroxidul de plumb(II) poate exista doar în soluție; se ştie că formează anioni plumbiţi. Plumbul reacționează de obicei cu calcogenii mai grei. Sulfura de plumb este un semiconductor, fotoconductor și detector de infraroșu extrem de sensibil. Celelalte două calcogenuri, seleniura de plumb și telurura de plumb, sunt și ele fotoconductoare. Sunt neobișnuite prin faptul că culoarea lor devine mai deschisă cu cât grupul este mai jos. Dihalogenurile de plumb sunt bine descrise; acestea includ diastatidă și halogenuri mixte, cum ar fi PbFCl. Insolubilitatea relativă a acestuia din urmă este o bază utilă pentru determinarea gravimetrică a fluorului. Difluorura a fost primul compus solid conducător de ioni care a fost descoperit (în 1834 de Michael Faraday). Alte dihalogenuri se descompun atunci când sunt expuse la lumină ultravioletă sau vizibilă, în special diiodură. Sunt cunoscute multe pseudohalogenuri de plumb. Plumbul (II) formează un număr mare de complexe de coordonare a halogenurilor, cum ar fi anionul cu catenă 2, 4 și n5n. Sulfatul de plumb (II) este insolubil în apă, ca și sulfații altor cationi divalenți grei. Azotatul de plumb (II) și acetatul de plumb (II) sunt foarte solubili, iar acest lucru este utilizat în sinteza altor compuși ai plumbului.
Sunt cunoscuți mai mulți compuși anorganici de plumb (IV) și sunt de obicei agenți oxidanți puternici sau există numai în soluții puternic acide. Oxidul de plumb (II) dă un oxid mixt la oxidarea ulterioară, Pb3O4. Este descris ca oxid de plumb (II, IV) sau structural 2PbO·PbO2 și este cel mai cunoscut compus de plumb cu valență mixtă. Dioxidul de plumb este un agent oxidant puternic, capabil să oxideze acidul clorhidric la clor gazos. Acest lucru se datorează faptului că PbCl4 așteptat să fie produs este instabil și se descompune spontan în PbCl2 și Cl2. Similar cu monoxidul de plumb, dioxidul de plumb este capabil să formeze anioni spumați. Disulfura de plumb și diselenura de plumb sunt stabile la presiuni mari. Tetrafluorura de plumb, o pulbere cristalină galbenă, este stabilă, dar mai puțin decât difluorura. Tetraclorura de plumb (ulei galben) se descompune la temperatura camerei, tetrabromura de plumb este si mai putin stabila, iar existenta tetraiodurii de plumb este contestata.
Alte stări de oxidare
Unii compuși de plumb există în stări formale de oxidare, altele decât +4 sau +2. Plumbul(III) poate fi produs ca intermediar între plumb(II) și plumb(IV) în complexe organoleptice mai mari; această stare de oxidare este instabilă deoarece atât ionul plumb(III) cât și complecșii mai mari care îl conțin sunt radicali. Același lucru este valabil și pentru plumbul (I), care poate fi găsit la astfel de specii. Sunt cunoscuți numeroși oxizi amestecați de plumb (II, IV). Când PbO2 este încălzit în aer, devine Pb12O19 la 293°C, Pb12O17 la 351°C, Pb3O4 la 374°C și în final PbO la 605°C. Un alt sesquioxid, Pb2O3, poate fi produs la presiune ridicată împreună cu mai multe faze nestoichiometrice. Multe dintre acestea prezintă structuri de fluorit defecte în care unii atomi de oxigen sunt înlocuiți cu goluri: PbO poate fi văzut ca având această structură, cu fiecare strat alternativ de atomi de oxigen lipsă. Stările negative de oxidare pot apărea ca faze Zintl, fie în cazul Ba2Pb, plumbul fiind în mod formal plumb(-IV), fie ca în cazul ionilor în formă de inel sau poliedrici sensibili la oxigen, cum ar fi ionul bipiramidal trigonal. Pb52-i, unde doi atomi de plumb sunt plumb (-I), iar trei sunt plumb (0). În astfel de anioni, fiecare atom se află pe un vârf poliedric și contribuie cu doi electroni la fiecare legătură covalentă la marginea orbitalilor hibridi sp3, restul de doi fiind o pereche exterioară singură. Ele pot fi formate în amoniac lichid prin reducerea plumbului cu sodiu.
Compus organolead
Plumbul poate forma lanțuri multi-legate, o proprietate pe care o împărtășește cu omologul său mai ușor, carbonul. Capacitatea sa de a face acest lucru este mult mai mică deoarece energia legăturii Pb-Pb este de trei ori și jumătate mai mică decât cea a legăturii C-C. Cu el însuși, plumbul poate construi legături metal-metal până la ordinul al treilea. Cu carbon, plumbul formează compuși organoplumb similari, dar de obicei mai puțin stabili decât compușii organici tipici (datorită slăbiciunii legăturii Pb-C). Acest lucru face ca chimia organometalice a plumbului să fie mult mai puțin largă decât cea a staniului. Plumbul formează de preferință compuși organici (IV), chiar dacă această formare începe cu reactivii anorganici de plumb(II); sunt cunoscuți foarte puțini compuși organolați(II). Cele mai bine caracterizate excepții sunt Pb 2 și Pb (η5-C5H5)2. Analogul de plumb al celui mai simplu compus organic, metanul, este plumbane. Plumbane poate fi produs prin reacția dintre plumbul metalic și hidrogenul atomic. Doi derivați simpli, tetrametiladina și tetraetil alida, sunt cei mai cunoscuți compuși organoplumb. Acești compuși sunt relativ stabili: tetraetilida începe să se descompună numai la 100 °C sau când este expusă la lumina soarelui sau la radiații ultraviolete. (Plumbul tetrafenil este și mai stabil din punct de vedere termic, descompunându-se la 270 °C). Cu sodiu metalic, plumbul formează cu ușurință un aliaj echimolar, care reacționează cu halogenurile de alchil pentru a forma compuși organometalici, cum ar fi alida de tetraetil. Se exploatează și natura oxidantă a multor compuși organometalici: tetraacetatul de plumb este un reactiv de oxidare de laborator important în chimia organică, iar tetraetil alida a fost produsă în cantități mai mari decât orice alt compus organometalic. Alți compuși organici sunt mai puțin stabili din punct de vedere chimic. Pentru mulți compuși organici nu există analog de plumb.
Originea și prevalența
In spatiu
Abundența plumbului pe particulă în Sistemul Solar este de 0,121 ppm (părți per miliard). Această cifră este de două ori și jumătate mai mare decât platina, de opt ori mai mare decât mercurul și de 17 ori mai mare decât aurul. Cantitatea de plumb din univers crește încet pe măsură ce atomii cei mai grei (toți sunt instabili) se descompun treptat în plumb. Abundența plumbului în sistemul solar a crescut cu aproximativ 0,75% de la formarea sa, acum 4,5 miliarde de ani. Tabelul de abundență a izotopilor din sistemul solar arată că plumbul, în ciuda numărului său atomic relativ mare, este mai abundent decât majoritatea celorlalte elemente cu numere atomice mai mari de 40. Plumbul primordial, care conține izotopii plumb-204, plumb-206, plumb-207, și plumbul -208- au fost create în principal prin procese repetate de captare a neutronilor care au loc în stele. Cele două moduri principale de captură sunt procesele s și r. În procesul s (s înseamnă slow), capturile sunt separate de ani sau decenii, permițând nucleelor mai puțin stabile să sufere dezintegrare beta. Un nucleu stabil de taliu-203 poate captura un neutron și deveni taliu-204; această substanță suferă dezintegrare beta, producând plumb-204 stabil; când captează un alt neutron, devine plumb-205, care are un timp de înjumătățire de aproximativ 15 milioane de ani. Alte captive duc la formarea plumbului-206, plumb-207 și plumb-208. Când un alt neutron este capturat, plumbul-208 devine plumb-209, care se descompune rapid în bismut-209. Când un alt neutron este capturat, bismutul-209 devine bismut-210, al cărui beta se descompune în poloniu-210 și alfa se descompune în plumb-206. Prin urmare, ciclul se termină la plumb-206, plumb-207, plumb-208 și bismut-209. În procesul r (r înseamnă „rapid”), capturile au loc mai repede decât se pot descompune nucleele. Acest lucru se întâmplă în medii cu o densitate mare de neutroni, cum ar fi o supernova sau fuziunea a două stele neutronice. Fluxul de neutroni poate fi de ordinul a 1022 de neutroni pe centimetru pătrat pe secundă. Procesul R nu formează atât de mult plumb ca procesul s. Tinde să se oprească odată ce nucleele bogate în neutroni ating 126 de neutroni. În acest moment, neutronii sunt localizați în învelișuri pline în nucleul atomic și devine mai dificil să se conțină energetic mai mulți dintre ei. Când fluxul de neutroni scade, nucleii lor beta se descompun în izotopi stabili de osmiu, iridiu și platină.
Pe pământ
Plumbul este clasificat ca calcofil conform clasificării Goldschmidt, ceea ce înseamnă că apare de obicei în combinație cu sulful. Se găsește rar în forma sa naturală metalică. Multe minerale de plumb sunt relativ ușoare și, de-a lungul istoriei Pământului, au rămas în scoarță mai degrabă decât să se scufunde mai adânc în interiorul Pământului. Aceasta explică nivelul relativ ridicat de plumb din scoarță, 14 ppm; este al 38-lea element cel mai abundent din cortex. Principalul mineral de plumb este galena (PbS), care se găsește în principal în minereurile de zinc. Majoritatea celorlalte minerale de plumb sunt legate într-un fel cu galena; boulangeritul, Pb5Sb4S11, este o sulfură mixtă derivată din galenă; anglezitul, PbSO4, este un produs al oxidării galenei; iar serusitul sau minereul de plumb alb, PbCO3, este un produs al descompunerii galenei. Arsenicul, staniul, antimoniul, argintul, aurul, cuprul și bismutul sunt impurități comune în mineralele de plumb. Resursele mondiale de plumb depășesc 2 miliarde de tone. Rezerve semnificative de plumb au fost descoperite în Australia, China, Irlanda, Mexic, Peru, Portugalia, Rusia și Statele Unite. Rezervele globale - resurse care pot fi extrase din punct de vedere economic - s-au ridicat la 89 de milioane de tone în 2015, dintre care 35 de milioane sunt în Australia, 15,8 milioane în China și 9,2 milioane în Rusia. Concentrațiile de fond tipice de plumb nu depășesc 0,1 μg/m3 în atmosferă; 100 mg/kg în sol; și 5 µg/L în apă dulce și apă de mare.
Etimologie
Cuvântul englez modern „plumb” este de origine germanică; provine din engleza mijlocie și engleza veche (cu un semn lung deasupra vocalei „e”, indicând faptul că sunetul vocal al acelei litere este lung). Cuvântul englez veche provine dintr-un proto-germanic reconstruit ipotetic *lauda- („plumb”). Conform teoriei lingvistice acceptate, acest cuvânt „a dat naștere” descendenților în mai multe limbi germanice cu exact același înțeles. Originea proto-germanică *lauda nu este clară în cadrul comunității lingvistice. Conform unei ipoteze, acest cuvânt este derivat din proto-indo-european *lAudh- („plumb”). O altă ipoteză este că cuvântul este un împrumut din proto-celtic *ɸloud-io- („plumb”). Cuvântul este legat de latinescul plumbum, care a dat elementului simbolul chimic Pb. Cuvântul *ɸloud-io- poate fi, de asemenea, sursa proto-germanică *bliwa- (care înseamnă și „plumb”), din care derivă germanul Blei. Numele elementului chimic nu are legătură cu verbul de aceeași ortografie, derivat din proto-germanicul *layijan- („a conduce”).
Poveste
Context și istoria timpurie
Mărgelele de plumb de metal datând din anii 7000-6500 î.Hr. găsite în Asia Mică pot reprezenta primul exemplu de topire a metalelor. La acea vreme, plumbul avea puține (dacă există) utilizări datorită moliciunii și aspectului său plictisitor. Motivul principal pentru răspândirea producției de plumb a fost asocierea acestuia cu argintul, care putea fi produs prin arderea galenei (un mineral comun de plumb). Vechii egipteni au fost primii care au folosit plumb în produse cosmetice, care s-a răspândit în Grecia antică și nu numai. Este posibil ca egiptenii să fi folosit plumbul ca scufundă în plasele de pescuit și în fabricarea glazurilor, a paharelor, a emailurilor și a bijuteriilor. Diverse civilizații din Semiluna Fertilă au folosit plumbul ca material de scris, ca monedă și în construcții. Plumbul a fost folosit la curtea regală chineză antică ca stimulent, ca monedă de schimb și ca contraceptiv. În civilizația din Valea Indusului și în mezoamericani, plumbul era folosit pentru a face amulete; Popoarele din Africa de Est și de Sud au folosit plumb în sârmă.
Epoca clasică
Deoarece argintul era folosit pe scară largă ca material decorativ și mijloc de schimb, zăcămintele de plumb au început să fie prelucrate în Asia Mică începând cu anul 3000 î.Hr.; mai târziu s-au dezvoltat zăcăminte de plumb în regiunile Egee și Lorion. Aceste trei regiuni au dominat colectiv producția de plumb extras până la aproximativ 1200 î.Hr. Din anul 2000 î.Hr., fenicienii au lucrat în minele din Peninsula Iberică; prin 1600 î.Hr Exploatarea plumbului a existat în Cipru, Grecia și Sicilia. Expansiunea teritorială a Romei în Europa și în Marea Mediterană, precum și dezvoltarea mineritului, a făcut ca zona să devină cel mai mare producător de plumb în epoca clasică, producția anuală ajungând la 80.000 de tone. Ca și predecesorii lor, romanii au obținut plumb în primul rând ca produs secundar al topirii argintului. Principalii producători au fost Europa Centrală, Marea Britanie, Balcanii, Grecia, Anatolia și Spania, reprezentând 40% din producția globală de plumb. Plumbul a fost folosit la fabricarea conductelor de apă în Imperiul Roman; Cuvântul latin pentru acest metal, plumbum, este sursa cuvântului englezesc plumbing. Ușurința de manipulare a metalului și rezistența la coroziune a condus la utilizarea sa pe scară largă în alte aplicații, inclusiv în produse farmaceutice, materiale pentru acoperișuri, monedă și provizii militare. Scriitori ai vremii precum Cato cel Bătrân, Columella și Pliniu cel Bătrân au recomandat vase de plumb pentru prepararea îndulcitorilor și conservanților adăugați în vin și mâncare. Plumbul dădea un gust plăcut datorită formării „zahărului de plumb” (acetat de plumb(II)), în timp ce vasele de cupru sau bronz puteau conferi alimentelor un gust amar datorită formării verdigrisului.Acest metal era de departe cel mai comun material. în antichitatea clasică, și Este potrivit să ne referim la epoca (romană) plumbului. Plumbul a fost la fel de utilizat la romani pe cât este plasticul pentru noi. Autorul roman Vitruvius a raportat pericolele pe care le-ar putea prezenta plumbul pentru sănătate, iar scriitorii moderni au a sugerat că otrăvirea cu plumb a jucat un rol important în declinul Imperiului Roman.[l] Alți cercetători au criticat astfel de afirmații, subliniind, de exemplu, că nu toate durerile de stomac au fost cauzate de otrăvirea cu plumb.Conform cercetărilor arheologice, conductele romane de plumb niveluri crescute de plumb în apa de la robinet, dar un astfel de efect „este puțin probabil să fi fost cu adevărat dăunător”. Victimele otrăvirii cu plumb au început să fie numite „Saturnini”, în onoarea teribilului tată al zeilor, Saturn. Prin asociere cu aceasta, plumbul a fost considerat „părintele” tuturor metalelor. Statutul său în societatea romană era scăzut deoarece era ușor accesibil și ieftin.
Confuzie cu staniu și antimoniu
În epoca clasică (și chiar înainte de secolul al XVII-lea), staniul nu se distingea adesea de plumb: romanii numeau plumb plumbum nigrum („plumb negru”) și staniu plumbum candidum („plumb ușor”). Legătura dintre plumb și cositor poate fi urmărită în alte limbi: cuvântul „olovo” în cehă înseamnă „plumb”, dar în rusă olovo înrudit înseamnă „staniu”. În plus, plumbul este strâns legat de antimoniu: ambele elemente apar de obicei sub formă de sulfuri (galenă și stibnită), adesea împreună. Pliniu a scris incorect că stibnitul produce plumb în loc de antimoniu atunci când este încălzit. În țări precum Turcia și India, numele original persan pentru antimoniu se referea la sulfură de antimoniu sau sulfură de plumb, iar în unele limbi, cum ar fi rusă, se numea antimoniu.
Evul Mediu și Renaștere
Exploatarea plumbului în Europa de Vest a scăzut după căderea Imperiului Roman de Vest, Iberia Arabă fiind singura regiune cu producție semnificativă de plumb. Cea mai mare producție de plumb a fost observată în Asia de Sud și de Est, în special în China și India, unde exploatarea plumbului a crescut foarte mult. În Europa, producția de plumb a început să revină abia în secolele al XI-lea și al XII-lea, unde plumbul a fost din nou folosit pentru acoperișuri și conducte. Încă din secolul al XIII-lea, plumbul a fost folosit pentru a crea vitralii. În tradițiile europene și arabe de alchimie, plumbul (simbolul lui Saturn în tradiția europeană) era considerat un metal de bază impur care, prin separarea, purificarea și echilibrarea părților sale constitutive, putea fi transformat în aur pur. În această perioadă, plumbul a fost din ce în ce mai folosit pentru a contamina vinul. Folosirea unui astfel de vin a fost interzisă în 1498 din ordinul Papei, deoarece era considerat nepotrivit pentru a fi folosit în riturile sacre, dar a continuat să fie băut, ducând la otrăviri în masă până la sfârșitul secolului al XVIII-lea. Plumbul a fost un material cheie în părți ale presei de tipar, care a fost inventată în jurul anului 1440; Muncitorii tipografii inhalau în mod obișnuit praf de plumb, provocând otrăvire cu plumb. Armele de foc au fost inventate cam în aceeași perioadă, iar plumbul, deși mai scump decât fierul, a devenit principalul material pentru fabricarea gloanțelor. Era mai puțin periculos să calcați țevile de arme, avea o densitate mai mare (ceea ce permitea o mai bună reținere a vitezei), iar punctul său de topire mai scăzut a făcut gloanțe mai ușor de fabricat, deoarece puteau fi făcute folosind focul de lemne. Plumbul, sub formă de ceramică venețiană, a fost folosit pe scară largă în cosmetică în rândul aristocrațiilor vest-europene, deoarece fețele albite erau considerate un semn de modestie. Practica sa extins mai târziu la peruci albe și creion de ochi și a dispărut abia în timpul Revoluției Franceze de la sfârșitul secolului al XVIII-lea. O modă similară a apărut în Japonia în secolul al XVIII-lea odată cu apariția gheișei, o practică care a continuat pe tot parcursul secolului al XX-lea. „Fețele albe simbolizează virtutea femeilor japoneze”, iar plumbul era folosit în mod obișnuit ca agent de albire.
În afara Europei și Asiei
În Lumea Nouă, plumbul a început să fie produs la scurt timp după sosirea coloniștilor europeni. Cea mai veche producție de plumb înregistrată datează din 1621 în colonia engleză din Virginia, la paisprezece ani de la înființare. În Australia, prima mină deschisă de coloniști pe continent a fost mina principală în 1841. În Africa, exploatarea și topirea plumbului era cunoscută în Benue-Taure și în bazinul inferior Congo, unde plumbul a fost folosit pentru comerțul cu europenii și ca monedă de schimb până în secolul al XVII-lea, cu mult înainte de lupta pentru Africa.
Revolutia industriala
În a doua jumătate a secolului al XVIII-lea, revoluția industrială a avut loc în Marea Britanie, iar mai târziu în Europa continentală și în Statele Unite. Aceasta a fost prima dată când rata producției de plumb oriunde în lume a depășit-o pe cea a Romei. Marea Britanie a fost un producător de frunte de plumb, cu toate acestea, a pierdut acest statut până la mijlocul secolului al XIX-lea, odată cu epuizarea minelor sale și dezvoltarea exploatării plumbului în Germania, Spania și Statele Unite. Până în 1900, Statele Unite au condus lumea în producția de plumb, iar alte țări non-europene — Canada, Mexic și Australia — au început producția semnificativă de plumb; producția în afara Europei a crescut. O parte semnificativă a cererii de plumb era pentru instalații sanitare și vopsea - vopseaua cu plumb era folosită în mod regulat pe atunci. În acest timp, mai mulți oameni (clasa muncitoare) au fost expuși la metale și au crescut cazurile de otrăvire cu plumb. Acest lucru a condus la cercetarea efectelor consumului de plumb asupra organismului. Plumbul s-a dovedit a fi mai periculos sub forma sa de fum decât metalul solid. S-a găsit o legătură între intoxicația cu plumb și gută; Medicul britanic Alfred Baring Garrod a remarcat că o treime dintre pacienții săi cu gută erau instalatori și artiști. Efectele expunerii cronice la plumb, inclusiv tulburările mintale, au fost studiate și în secolul al XIX-lea. Primele legi menite să reducă otrăvirea cu plumb în fabrici au fost introduse în anii 1870 și 1880 în Regatul Unit.
Timp nou
Alte dovezi ale amenințării reprezentate de plumb au fost descoperite la sfârșitul secolului al XIX-lea și începutul secolului al XX-lea. Mecanismele de vătămare au fost mai bine înțelese, iar orbirea prin plumb a fost documentată. Țările din Europa și Statele Unite au început eforturi pentru a reduce cantitatea de plumb cu care intră în contact oamenii. Regatul Unit a introdus inspecțiile obligatorii în fabrici în 1878 și a numit primul inspector de sănătate în fabrică în 1898; ca urmare, a fost raportată o reducere de 25 de ori a cazurilor de intoxicație cu plumb între 1900 și 1944. Ultima expunere majoră a omului la plumb a fost adăugarea de tetraetil eter la benzină ca agent antidetonant, practică care a început în Statele Unite în 1921. A fost eliminat treptat în Statele Unite și Uniunea Europeană până în 2000. Majoritatea țărilor europene au interzis vopseaua cu plumb, folosită în mod obișnuit pentru opacitatea și rezistența la apă pentru decorarea interioară, până în 1930. Impactul a fost semnificativ: în ultimul sfert al secolului al XX-lea, procentul persoanelor cu niveluri excesive de plumb în sânge a scăzut de la mai mult de trei sferturi din populația Statelor Unite la puțin peste două procente. Principalul produs cu plumb până la sfârșitul secolului al XX-lea a fost bateria cu plumb-acid, care nu reprezenta o amenințare imediată pentru oameni. Din 1960 până în 1990, producția de plumb în Blocul de Vest a crescut cu o treime. Cota Blocului de Est în producția globală de plumb s-a triplat de la 10% la 30% între 1950 și 1990, Uniunea Sovietică fiind cel mai mare producător de plumb din lume la mijlocul anilor 1970 și 1980, iar China a început producția extensivă de plumb la sfârșitul anilor 20. secol. Spre deosebire de țările comuniste europene, China a fost în mare parte o țară neindustrializată la mijlocul secolului al XX-lea; în 2004, China a depășit Australia ca cel mai mare producător principal. Ca și în cazul industrializării europene, plumbul a avut efecte negative asupra sănătății în China.
Productie
Producția de plumb este în creștere la nivel mondial datorită utilizării acestuia în bateriile plumb-acid. Există două categorii principale de produse: primare, din minereuri; iar secundar, de la fier vechi. În 2014, 4,58 milioane de tone de plumb au fost produse din producția primară și 5,64 milioane de tone din producția secundară. Anul acesta, primii trei producători de concentrat de plumb extras au fost conduși de China, Australia și Statele Unite. Primii trei producători de plumb rafinat sunt în frunte cu China, SUA și Coreea de Sud. Potrivit unui raport din 2010 al Asociației Internaționale a Experților în Metale, cantitatea totală de plumb utilizată acumulată, eliberată sau dispersată în mediu la nivel global pe cap de locuitor este de 8 kg. O parte semnificativă a acestui volum apare în țările mai dezvoltate (20-150 kg pe cap de locuitor) mai degrabă decât în țările mai puțin dezvoltate (1-4 kg pe cap de locuitor). Procesele de producție pentru plumbul primar și secundar sunt similare. Unele fabrici de producție primară își completează acum operațiunile cu foi de plumb, o tendință care este probabil să crească în viitor. Cu metode de producție adecvate, plumbul secundar nu se poate distinge de plumbul primar. Deșeurile metalice din comerțul în construcții sunt de obicei destul de curate și pot fi retopite fără a fi nevoie de topire, deși uneori este necesară distilarea. Astfel, producția de plumb secundar este mai ieftină din punct de vedere al cerințelor energetice decât producția de plumb primar, adesea cu 50% sau mai mult.
Bazele
Majoritatea minereurilor de plumb conțin un procent mic de plumb (minereurile de calitate superioară au un conținut tipic de plumb de 3-8%), care trebuie concentrat pentru extracție. În timpul prelucrării inițiale, minereurile sunt supuse de obicei zdrobire, separare a solidelor, măcinare, flotare cu spumă și uscare. Concentratul rezultat, care conține 30-80% plumb în greutate (de obicei 50-60%), este apoi transformat în metal plumb (impur). Există două modalități principale de a face acest lucru: un proces în două etape care implică arderea urmată de scoaterea din furnal, efectuată în vase separate; sau un proces direct în care extragerea concentratului are loc într-un singur vas. Cea din urmă metodă a devenit mai comună, deși prima este încă semnificativă.
Proces în două etape
În primul rând, concentratul de sulfură este prăjit în aer pentru a oxida sulfura de plumb: 2 PbS + 3 O2 → 2 PbO + 2 SO2 Concentratul inițial nu era sulfură pură de plumb, iar prăjirea produce oxid de plumb și un amestec de sulfați și silicați de plumb și alte metale conținute în minereu. Acest oxid de plumb brut este redus într-un cuptor de cocs la metalul (din nou impur): 2 PbO + C → Pb + CO2. Impuritățile sunt în principal arsen, antimoniu, bismut, zinc, cupru, argint și aur. Topitura este tratată într-un cuptor cu reverberație cu aer, abur și sulf, care oxidează impuritățile, cu excepția argintului, aurului și bismutului. Contaminanții oxidați plutesc în partea de sus a topiturii și sunt îndepărtați. Argintul metalic și aurul sunt îndepărtați și recuperați economic prin procesul Parkes, în care zincul este adăugat la plumb. Zincul dizolvă argintul și aurul, ambele, neamestecându-se cu plumb, pot fi separate și recuperate. Plumbul deargintit este eliberat cu bismut prin metoda Betterton-Kroll, tratandu-l cu calciu metalic si magneziu. Zgura rezultată care conține bismut poate fi îndepărtată. Plumbul foarte pur poate fi obținut prin tratarea electrolitică a plumbului fuzionat folosind procesul Betts. Anozii de plumb impur și catozii de plumb pur sunt plasați într-un electrolit de fluorosilicat de plumb (PbSiF6). După aplicarea unui potențial electric, plumbul impur de la anod este dizolvat și depus pe catod, lăsând marea majoritate a impurităților în soluție.
Procesul direct
În acest proces, lingoul de plumb și zgura sunt obținute direct din concentratele de plumb. Concentratul de sulfură de plumb este topit într-un cuptor și oxidat pentru a forma monoxid de plumb. Carbonul (cocs sau gaz de cărbune) este adăugat la încărcătura topită împreună cu fluxurile. Astfel, monoxidul de plumb este redus la plumb metal în mijlocul zgurii bogate în monoxid de plumb. Până la 80% din plumbul din concentratele de furaje foarte concentrate poate fi obținut sub formă de lingouri; restul de 20% formează zgură bogată în monoxid de plumb. Pentru materiile prime de calitate scăzută, tot plumbul poate fi oxidat în zgură de calitate superioară. Metalul plumb este produs în continuare din zgură de calitate superioară (25-40%) prin ardere sau injecție submarină de combustibil, un cuptor electric auxiliar sau o combinație a ambelor metode.
Alternative
Cercetările continuă cu privire la un proces de extragere a plumbului mai curat și mai puțin consumator de energie; principalul său dezavantaj este că fie se pierde prea mult plumb ca deșeu, fie că metodele alternative au ca rezultat un conținut ridicat de sulf în plumbul rezultat. Extracția hidrometalurgică, în care anozii de plumb impur sunt scufundați într-un electrolit și plumbul pur este depus pe catod, este o metodă care poate avea potențial.
Metoda secundara
Topirea, care este o parte integrantă a producției primare, este adesea omisă în timpul producției secundare. Acest lucru se întâmplă numai atunci când metalul plumb a suferit o oxidare semnificativă. Acest proces este similar cu procesul de extracție primară într-un furnal sau cuptor rotativ, diferența semnificativă fiind variabilitatea mai mare a randamentelor. Procesul de topire a plumbului este o metodă mai modernă care poate acționa ca o extensie a producției primare; Pasta de baterii din deșeurile bateriilor plumb-acid îndepărtează sulful prin tratarea acestuia cu alcali și este apoi tratată într-un cuptor pe cărbune în prezența oxigenului, rezultând formarea plumbului impur, antimoniul fiind cea mai comună impuritate. Reciclarea plumbului secundar este similară cu prelucrarea plumbului primar; Unele procese de rafinare pot fi omise în funcție de materialul prelucrat și de contaminarea potențială a acestuia, bismutul și argintul fiind impuritățile cel mai frecvent acceptate. Dintre sursele de plumb pentru eliminare, bateriile plumb-acid sunt cele mai importante surse; Conducta de plumb, tabla și mantaua cablului sunt de asemenea semnificative.
Aplicații
Contrar credinței populare, grafitul din creioanele de lemn nu a fost niciodată făcut din plumb. Când creionul a fost creat ca unealtă pentru înfășurarea grafitului, tipul specific de grafit folosit a fost numit plumbago (literal pentru plumb sau manechin de plumb).
Forma elementară
Metalul plumb are mai multe proprietăți mecanice utile, inclusiv densitate mare, punct de topire scăzut, ductilitate și inerție relativă. Multe metale sunt superioare plumbului în unele dintre aceste aspecte, dar sunt în general mai puțin abundente și mai greu de extras din minereurile lor. Toxicitatea plumbului a dus la eliminarea treptată a unora dintre utilizările sale. Plumbul a fost folosit la fabricarea gloanțelor încă de la inventarea lor în Evul Mediu. Plumbul este ieftin; punctul său de topire scăzut înseamnă că muniția pentru arme de calibru mic poate fi turnată cu utilizarea minimă a echipamentului tehnic; În plus, plumbul este mai dens decât alte metale comune, ceea ce îi permite să mențină mai bine viteza. S-au exprimat îngrijorări că gloanțe de plumb folosite pentru vânătoare ar putea fi dăunătoare mediului. Densitatea sa ridicată și rezistența la coroziune au fost utilizate într-un număr de aplicații conexe. Plumbul este folosit ca chilă pe nave. Greutatea sa îi permite să contrabalanseze efectul de armare al vântului asupra pânzelor; fiind atât de dens, ocupă puțin volum și minimizează rezistența la apă. Plumbul este folosit în scufundări pentru a contracara capacitatea scafandrului de a pluti la suprafață. În 1993, baza Turnului înclinat din Pisa a fost stabilizată cu 600 de tone de plumb. Datorită rezistenței sale la coroziune, plumbul este folosit ca manta de protecție pentru cablurile submarine. Plumbul este folosit în arhitectură. Foile de plumb sunt folosite ca materiale pentru acoperișuri, placare, tablițe, jgheaburi și îmbinări pentru burlane și parapete de acoperiș. Molurile de plumb sunt folosite ca material decorativ pentru a securiza foile de plumb. Plumbul este încă folosit la realizarea statuilor și sculpturilor. În trecut, plumbul era adesea folosit pentru a echilibra roțile mașinilor; Din motive de mediu, această utilizare este eliminată treptat. Plumbul este adăugat aliajelor de cupru, cum ar fi alama și bronzul, pentru a le îmbunătăți prelucrabilitatea și proprietățile de lubrifiere. Fiind practic insolubil în cupru, plumbul formează globule tari în imperfecțiunile din aliaj, cum ar fi limitele granulelor. În concentrații scăzute și, de asemenea, ca lubrifiant, globulele previn formarea așchiilor în timpul funcționării aliajului, îmbunătățind astfel prelucrabilitatea. Rulmenții folosesc aliaje de cupru cu o concentrație mai mare de plumb. Plumbul asigură lubrifierea, iar cuprul asigură suportul portant. Datorită densității sale mari, numărului atomic și formabilității, plumbul este folosit ca o barieră care absoarbe sunetul, vibrațiile și radiațiile. Plumbul nu are frecvențe de rezonanță naturale și, ca urmare, foaia de plumb este folosită ca strat de izolare fonică în pereții, podelele și tavanele studiourilor de sunet. Țevile organice sunt adesea făcute dintr-un aliaj de plumb amestecat cu cantități variate de staniu pentru a controla tonul fiecărei țevi. Plumbul este un material de protecție împotriva radiațiilor utilizat în știința nucleară și în camerele cu raze X: razele gamma sunt absorbite de electroni. Atomii de plumb sunt împachetati dens, iar densitatea lor de electroni este mare; Un număr atomic mare înseamnă că există mulți electroni pe atom. Plumbul topit a fost folosit ca agent de răcire pentru reactoarele rapide răcite cu plumb. Cea mai mare utilizare a plumbului a fost observată la începutul secolului 21 în bateriile plumb-acid. Reacțiile din baterie între plumb, dioxid de plumb și acid sulfuric oferă o sursă sigură de tensiune. Plumbul din baterii nu este expus contactului direct cu oamenii și, prin urmare, este asociat cu o amenințare mai puțin toxică. Supercondensatoarele care conțin baterii plumb-acid au fost instalate în kilowați și megawați în Australia, Japonia și SUA în controlul frecvenței, netezirea energiei solare și alte aplicații. Aceste baterii au o densitate de energie și o eficiență de descărcare a încărcării mai scăzute decât bateriile cu litiu-ion, dar sunt semnificativ mai puțin costisitoare. Plumbul este utilizat în cablurile de alimentare de înaltă tensiune ca material de înveliș pentru a preveni difuzia apei în timpul izolației termice; această utilizare este în scădere pe măsură ce plumbul este eliminat treptat. Unele țări reduc, de asemenea, utilizarea plumbului în lipirile electronice pentru a reduce deșeurile periculoase pentru mediu. Plumbul este unul dintre cele trei metale utilizate în testul Oddy pentru materialele de muzeu, ajutând la detectarea acizilor organici, aldehidelor și gazelor acide.
Conexiuni
Compușii de plumb sunt utilizați ca sau în agenți de colorare, agenți oxidanți, materiale plastice, lumânări, sticlă și semiconductori. Coloranții pe bază de plumb sunt folosiți în glazurele ceramice și sticlă, în special pentru roșu și galben. Tetraacetatul de plumb și dioxidul de plumb sunt utilizați ca agenți de oxidare în chimia organică. Plumbul este adesea folosit în acoperirile din PVC pe cablurile electrice. Poate fi folosit pentru a trata fitilurile pentru lumânări pentru a oferi o ardere mai lungă și mai uniformă. Datorită toxicității plumbului, producătorii europeni și nord-americani folosesc alternative precum zincul. Sticla de plumb constă din oxid de plumb 12-28%. Modifică caracteristicile optice ale sticlei și reduce transmiterea radiațiilor ionizante. Semiconductori de plumb, cum ar fi telurura de plumb, seleniura de plumb și antimonidul de plumb sunt utilizați în celulele fotovoltaice și detectoarele cu infraroșu.
Efecte biologice și de mediu
Efecte biologice
Plumbul nu are rol biologic dovedit. Prevalența sa în corpul uman este în medie de 120 mg la un adult - prevalența sa este depășită doar de zinc (2500 mg) și fier (4000 mg) printre metalele grele. Sărurile de plumb sunt absorbite foarte eficient de organism. O cantitate mică de plumb (1%) va fi depozitată în oase; restul va fi excretat prin urină și fecale timp de câteva săptămâni după expunere. Copilul va putea elimina doar aproximativ o treime din plumb din corp. Expunerea cronică la plumb poate duce la bioacumularea plumbului.
Toxicitate
Plumbul este un metal extrem de toxic (dacă este inhalat sau ingerat) care afectează aproape fiecare organ și sistem din corpul uman. La niveluri în aer de 100 mg/m3, prezintă un pericol imediat pentru viață și membre. Plumbul este absorbit rapid în fluxul sanguin. Principalul motiv pentru toxicitatea sa este tendința de a interfera cu buna funcționare a enzimelor. Face acest lucru prin legarea de grupări sulfhidril găsite pe multe enzime sau prin imitarea și înlocuirea altor metale care acționează ca cofactori în multe reacții enzimatice. Printre principalele metale cu care reacționează plumbul se numără calciul, fierul și zincul. Nivelurile ridicate de calciu și fier oferă în general o anumită protecție împotriva otrăvirii cu plumb; nivelurile scăzute determină o susceptibilitate crescută.
Efecte
Plumbul poate provoca leziuni grave creierului și rinichilor și, în cele din urmă, poate provoca moartea. La fel ca și calciul, plumbul poate traversa bariera hemato-encefalică. Distruge tecile de mielină ale neuronilor, reduce numărul acestora, interferează cu căile de neurotransmisie și reduce creșterea neuronală. Simptomele intoxicației cu plumb includ nefropatie, crampe abdominale și, posibil, slăbiciune la degete, încheieturi sau glezne. Tensiunea arterială scăzută crește, în special la persoanele de vârstă mijlocie și în vârstă, ceea ce poate provoca anemie. La femeile însărcinate, nivelurile ridicate de expunere la plumb pot provoca avort spontan. S-a demonstrat că expunerea cronică la niveluri ridicate de plumb reduce fertilitatea la bărbați. În creierul copilului în curs de dezvoltare, plumbul interferează cu formarea sinapselor în cortexul cerebral, dezvoltarea neurochimică (inclusiv neurotransmițătorii) și organizarea canalelor ionice. Expunerea timpurie la plumb la copii este asociată cu un risc crescut de tulburări de somn și somnolență excesivă în timpul zilei mai târziu în copilărie. Nivelurile ridicate de plumb din sânge sunt asociate cu pubertatea întârziată la fete. Creșterile și scăderile expunerii la plumbul din aer de la arderea plumbului tetraetil din benzină în timpul secolului al XX-lea sunt asociate cu creșteri și scăderi istorice ale ratelor criminalității, cu toate acestea, această ipoteză nu este în general acceptată.
Tratament
Tratamentul pentru otrăvirea cu plumb implică de obicei administrarea de dimercaprol și succimer. Cazurile acute pot necesita utilizarea edetatului disodic de calciu, un chelat de calciu al sării disodice a acidului etilendiaminotetraacetic (EDTA). Plumbul are o afinitate mai mare pentru plumb decât pentru calciu, ceea ce face ca plumbul să fie chelat prin metabolism și excretat prin urină, lăsând calciu inofensiv.
Surse de influență
Expunerea la plumb este o problemă globală, deoarece extracția și topirea plumbului sunt comune în multe țări din întreaga lume. Intoxicația cu plumb apare de obicei din ingestia de alimente sau apă contaminată cu plumb și, mai rar, de la ingestia accidentală de sol contaminat, praf sau vopsea pe bază de plumb. Produsele din apă de mare pot conține plumb dacă apa este expusă apelor industriale. Fructele și legumele pot fi contaminate de un nivel ridicat de plumb din solurile în care sunt cultivate. Solul poate fi contaminat prin acumularea de particule din plumb în conducte, vopsea cu plumb și emisiile reziduale de la benzina cu plumb. Utilizarea plumbului în conductele de apă este problematică în zonele cu apă moale sau acidă. Apa dură formează straturi insolubile în țevi, în timp ce apa moale și acidă dizolvă țevile de plumb. Dioxidul de carbon dizolvat în apa transportată poate duce la formarea de bicarbonat de plumb solubil; apa oxigenată poate dizolva în mod similar plumbul ca hidroxidul de plumb (II). Apa potabilă poate cauza probleme de sănătate în timp, din cauza toxicității plumbului dizolvat. Cu cât apa este mai dură, cu atât va conține mai mult bicarbonat și sulfat de calciu și cu atât interiorul conductelor va fi acoperit mai mult cu un strat protector de carbonat de plumb sau sulfat de plumb. Ingerarea vopselei cu plumb este sursa principală de expunere la plumb la copii. Pe măsură ce vopseaua se descompune, se desprinde, se macină în praf și apoi intră în corp prin contactul cu mâinile sau prin alimente contaminate, apă sau alcool. Ingestia unor remedii populare poate duce la expunerea la plumb sau compuși ai plumbului. Inhalarea este o a doua cale importantă de expunere la plumb, inclusiv pentru fumători și în special pentru lucrătorii cu plumb. Fumul de țigară conține plumb-210 radioactiv, printre alte substanțe toxice. Aproape tot plumbul inhalat este absorbit în organism; pentru administrare orală, rata este de 20-70%, copiii absorbind mai mult plumb decât adulții. Expunerea cutanată poate fi semnificativă pentru o populație limitată de oameni care lucrează cu compuși organici de plumb. Rata de absorbție a plumbului în piele este mai mică pentru plumbul anorganic.
Ecologie
Extracția, producția, utilizarea și eliminarea plumbului și a produselor acestuia au cauzat o poluare semnificativă a solurilor și apelor Pământului. Emisiile atmosferice de plumb au fost la apogeu în timpul Revoluției Industriale, iar perioada de plumb a benzinei a fost în a doua jumătate a secolului XX. Concentrațiile ridicate de plumb persistă în sol și sedimente din zonele postindustriale și urbane; Emisiile industriale, inclusiv cele asociate cu arderea cărbunelui, continuă în multe părți ale lumii. Plumbul se poate acumula în soluri, în special în cele cu conținut ridicat de materie organică, unde persistă de sute până la mii de ani. Poate lua locul altor metale în plante și se poate acumula pe suprafețele lor, încetinind astfel fotosinteza și împiedicând creșterea lor sau ucigându-le. Poluarea solului și a plantelor afectează microorganismele și animalele. Animalele afectate au o capacitate redusă de a sintetiza globule roșii, provocând anemie. Metodele analitice pentru determinarea plumbului în mediu includ spectrofotometria, fluorescența cu raze X, spectroscopia atomică și metodele electrochimice. Un electrod selectiv ionic specific a fost dezvoltat pe baza ionoforului S, S"-metilenbis (N,N-diizobutil ditiocarbamat).
Limitare și recuperare
La mijlocul anilor 1980, a existat o schimbare semnificativă în utilizarea plumbului. În Statele Unite, reglementările de mediu reduc sau elimină utilizarea plumbului în produsele fără baterii, inclusiv benzină, vopsele, lipituri și sisteme de apă. Dispozitivele de control al particulelor pot fi utilizate în centralele electrice pe cărbune pentru a colecta emisiile de plumb. Utilizarea plumbului este limitată și mai mult de Directiva Uniunii Europene privind restricțiile privind substanțele periculoase. Utilizarea gloanțelor de plumb pentru vânătoare și tir sportiv a fost interzisă în Țările de Jos în 1993, ducând la o reducere semnificativă a emisiilor de plumb de la 230 de tone în 1990 la 47,5 tone în 1995. În Statele Unite, Occupational Safety and Health Administration a stabilit limita de expunere profesională la plumb la 0,05 mg/m3 pe o zi de lucru de 8 ore; acest lucru se aplică plumbului metalic, compușilor anorganici de plumb și săpunurilor cu plumb. Institutul Național pentru Securitate și Sănătate Ocupațională din SUA recomandă ca concentrațiile de plumb din sânge să fie sub 0,06 mg la 100 g de sânge. Plumbul poate apărea în continuare în niveluri dăunătoare în ceramică, vinil (folosit pentru căptușeala conductelor și izolarea cablurilor electrice) și alamă chinezească. Casele mai vechi pot conține încă vopsea cu plumb. Vopseaua albă cu plumb a fost eliminată treptat în țările industrializate, dar cromatul galben de plumb rămâne în uz. Îndepărtarea vopselei vechi prin șlefuire produce praf care poate fi inhalat.
Plumbul (Pb) este un element cu număr atomic 82 și greutate atomică 207,2. Este un element al subgrupului principal al grupului IV, a șasea perioadă a sistemului periodic de elemente chimice al lui Dmitri Ivanovici Mendeleev. Lingoul de plumb are o culoare gri murdară, totuși, când este proaspăt tăiat, metalul strălucește și are o nuanță gri-albăstruie. Acest lucru se explică prin faptul că plumbul se oxidează rapid în aer și se acoperă cu o peliculă subțire de oxid, care împiedică distrugerea în continuare a metalului. Plumbul este un metal foarte ductil și moale - un lingou poate fi tăiat cu un cuțit și chiar zgâriat cu unghia. Expresia consacrată „greutatea plumbului” este doar parțial adevărată - într-adevăr, plumbul (densitate 11,34 g/cm3) este de o dată și jumătate mai greu decât fierul (densitate 7,87 g/cm3), de patru ori mai greu decât aluminiul (densitate 2,70 g). /cm 3 ) și chiar mai greu decât argintul (densitate 10,5 g/cm3). Cu toate acestea, multe metale folosite de industria modernă sunt mult mai grele decât plumbul - aurul este aproape de două ori mai greu (densitate 19,3 g/cm 3), tantalul este de o dată și jumătate mai greu (densitate 16,6 g/cm 3); atunci când este scufundat în mercur, plumbul plutește la suprafață, deoarece este mai ușor decât mercurul (densitate 13,546 g/cm3).
Plumbul natural este format din cinci izotopi stabili cu numere de masă 202 (urme), 204 (1,5%), 206 (23,6%), 207 (22,6%), 208 (52,3%). Mai mult, ultimii trei izotopi sunt produsele finale ale transformărilor radioactive 238 U, 235 U și 232 Th. În timpul reacțiilor nucleare, se formează numeroși izotopi radioactivi ai plumbului.
Plumbul, împreună cu aurul, argintul, staniul, cuprul, mercurul și fierul, este unul dintre elementele cunoscute omenirii încă din cele mai vechi timpuri. Există o presupunere că oamenii au topit pentru prima dată plumbul din minereu în urmă cu mai bine de opt mii de ani. Chiar și în 6-7 mii de ani î.Hr., statui ale zeităților, obiecte de cult și obiecte de uz casnic și tăblițe de scris au fost realizate din acest metal în Mesopotamia și Egipt. Romanii, după ce au inventat instalațiile sanitare, au făcut plumb materialul pentru țevi, în ciuda faptului că toxicitatea acestui metal a fost remarcată în secolul I d.Hr. de doctorii greci Dioscoride și Pliniu cel Bătrân. Compușii de plumb, cum ar fi cenușa de plumb (PbO) și albul de plumb (2 PbCO 3 ∙Pb(OH) 2) au fost utilizați în Grecia antică și Roma ca componente ale medicamentelor și vopselelor. În Evul Mediu, cele șapte metale antice erau ținute în mare cinste de către alchimiști și magicieni; fiecare dintre elemente a fost identificat cu una dintre planetele cunoscute atunci; Saturn corespundea plumbului, iar semnul acestei planete desemna metalul. Alchimiștii au atribuit abilitatea de a se transforma în metale nobile - argint și aur, motiv pentru care a fost un participant frecvent la experimentele lor chimice. Odată cu apariția armelor de foc, plumbul a început să fie folosit ca material pentru gloanțe.
Plumbul este utilizat pe scară largă în tehnologie. Cea mai mare cantitate din acesta este consumată la fabricarea mantalelor de cablu și a plăcilor bateriei. În industria chimică, la fabricile de acid sulfuric, carcasele turnurilor, serpentinele frigiderului și multe alte părți critice ale echipamentelor sunt fabricate din plumb, deoarece acidul sulfuric (chiar și 80% concentrație) nu corodează plumbul. Plumbul este folosit în industria de apărare - este folosit pentru fabricarea muniției și pentru producția de împușcături. Acest metal face parte din multe aliaje, de exemplu, aliaje de rulmenți, aliaj de imprimare (hart), lipituri. Plumbul absoarbe perfect radiațiile gamma periculoase, așa că este folosit ca protecție împotriva acestuia atunci când se lucrează cu substanțe radioactive. O anumită cantitate de plumb este cheltuită pentru producția de plumb tetraetil - pentru a crește numărul octanic al combustibilului pentru motor. Plumbul este utilizat în mod activ de industria sticlei și ceramicii pentru producerea de cristale și azururi speciale. Plumbul roșu, o substanță roșu strălucitor (Pb 3 O 4), este ingredientul principal al vopselei folosit pentru a proteja metalele împotriva coroziunii.
Proprietăți biologice
Plumbul, ca majoritatea celorlalte metale grele, atunci când intră în organism, provoacă otrăvire, care poate fi latentă (transport) și poate apărea în forme ușoare, moderate și severe. Principalele semne ale intoxicației cu plumb sunt culoarea liliac-ardezie a marginilor gingiilor, o culoare gri pal a pielii, tulburări ale hematopoiezei, afectarea sistemului nervos, dureri abdominale, constipație, greață, vărsături, o creștere a sângelui. presiune, temperatura corpului de până la 37 ° C și peste. În formele severe de otrăvire și intoxicație cronică, sunt foarte probabile leziuni ireversibile ale ficatului, sistemului cardiovascular, perturbarea sistemului endocrin, suprimarea sistemului imunitar al organismului și cancerul.
Care sunt cauzele otrăvirii cu plumb și compușii acestuia? Anterior, astfel de motive erau: apa potabilă din conductele de apă cu plumb; depozitarea alimentelor în faianță glazurată cu plumb roșu sau litar; utilizarea lipiturilor cu plumb la repararea ustensilelor metalice; utilizarea pe scară largă a albului de plumb (chiar și în scopuri cosmetice) - toate acestea au dus inevitabil la acumularea de metale grele în organism. În zilele noastre, când toată lumea știe despre toxicitatea plumbului și a compușilor săi, astfel de factori pentru pătrunderea metalului în corpul uman sunt aproape excluși. Cu toate acestea, dezvoltarea progresului a dus la apariția unui număr mare de noi riscuri - otrăvirea la întreprinderile miniere și de topire a plumbului; în producția de coloranți pe baza elementului optzeci și al doilea (inclusiv pentru imprimare); la obținerea și utilizarea plumbului tetraetil; la întreprinderile din industria cablurilor. La toate acestea trebuie adăugată poluarea tot mai mare a mediului cu plumbul și compușii săi pătrunși în atmosferă, sol și apă.
Plantele, inclusiv cele consumate ca hrană, absorb plumbul din sol, apă și aer. Plumbul intră în corpul uman prin alimente (mai mult de 0,2 mg), apă (0,1 mg) și praf din aerul inhalat (aproximativ 0,1 mg). În plus, plumbul furnizat cu aerul inhalat este cel mai complet absorbit de organism. Nivelul zilnic sigur de aport de plumb în corpul uman este considerat a fi de 0,2-2 mg. Se excretă în principal prin intestine (0,22-0,32 mg) și rinichi (0,03-0,05 mg). Corpul mediu adult conține în mod constant aproximativ 2 mg de plumb, iar locuitorii marilor orașe industriale au niveluri mai mari de plumb decât sătenii.
Principalul concentrator de plumb în corpul uman este țesutul osos (90% din tot plumbul din organism); în plus, plumbul se acumulează în ficat, pancreas, rinichi, creier și măduva spinării și sânge.
Ca tratament pentru otrăvire, pot fi luate în considerare unele preparate specifice, agenți de complexare și restauratori generale - complexe de vitamine, glucoză și altele asemenea. De asemenea, sunt necesare cursuri de kinetoterapie și tratament sanatoriu-stațiune (ape minerale, băi de nămol). Sunt necesare măsuri preventive la întreprinderile asociate cu plumbul și compușii acestuia: înlocuirea albului de plumb cu zinc sau titan; înlocuirea plumbului de tetraetil cu agenți antidetonant mai puțin toxici; automatizarea unui număr de procese și operațiuni în producția de plumb; instalarea de sisteme de evacuare puternice; utilizarea echipamentului individual de protecție și examinările periodice ale personalului de lucru.
Cu toate acestea, în ciuda toxicității plumbului și a efectului său otrăvitor asupra corpului uman, acesta poate oferi și beneficii care sunt utilizate în medicină. Preparatele cu plumb sunt utilizate extern ca astringente și antiseptice. Un exemplu este „apa cu plumb” Pb(CH3COO)2.3H2O, care este utilizat pentru boli inflamatorii ale pielii și mucoaselor, precum și pentru vânătăi și abraziuni. Tencuielile simple și complexe de plumb ajută la bolile de piele și furunculele purulent-inflamatorii. Cu ajutorul acetatului de plumb se obțin medicamente care stimulează activitatea ficatului în timpul secreției bilei.
În Egiptul Antic, topirea aurului era efectuată exclusiv de preoți, deoarece procesul era considerat o artă sacră, un fel de sacrament inaccesibil simplilor muritori. Prin urmare, clerul a fost supus celor mai severe torturi de către cuceritori, dar secretul nu a fost dezvăluit multă vreme. După cum sa dovedit, egiptenii tratau minereul de aur cu plumb topit, care dizolva metalele prețioase și, astfel, extrageau aur din minereuri. Soluția rezultată a fost supusă arderii oxidative, iar plumbul a fost transformat în oxid. Următoarea etapă conținea secretul principal al preoților - oalele de ardere făcute din cenușă de os. În timpul topirii, oxidul de plumb a fost absorbit în pereții vasului, antrenând impurități aleatorii, în timp ce aliajul pur a rămas la fund.
În construcțiile moderne, plumbul este folosit pentru a sigila cusăturile și pentru a crea fundații rezistente la cutremur. Dar tradiția utilizării acestui metal în scopuri de construcție datează de secole. Istoricul grec antic Herodot (secolul al V-lea î.Hr.) a scris despre o metodă de întărire a capselor de fier și bronz în plăcile de piatră prin umplerea găurilor cu plumb fuzibil. Mai târziu, în timpul săpăturilor din Micene, arheologii au descoperit capse de plumb în pereții de piatră. În satul Stary Krym s-au păstrat ruinele așa-numitei moschei de plumb, construită în secolul al XIV-lea. Clădirea a primit acest nume deoarece golurile din zidărie au fost umplute cu plumb.
Există o întreagă legendă despre cum a fost produsă pentru prima dată vopseaua roșie cu plumb. Oamenii au învățat să facă alb de plumb în urmă cu mai bine de trei mii de ani, dar în acele vremuri acest produs era rar și avea un preț foarte mare. Din acest motiv, artiștii antichității așteptau mereu cu mare nerăbdare navele comerciale care transportau mărfuri atât de prețioase în port. Nu a făcut excepție marele maestru grec Nicias, care odată, entuziasmat, a căutat o navă din insula Rodos (principalul furnizor de plumb alb în întreaga Mediterană), care transporta o încărcătură de vopsea. La scurt timp, nava a intrat în port, dar a izbucnit un incendiu, iar marfa valoroasă a fost mistuită de foc. În speranța fără speranță că focul a scutit cel puțin un recipient de vopsea, Nikias a fugit pe nava arsă. Incendiul nu a distrus recipientele cu vopsea, au fost doar arse. Cât de surprinși au fost artistul și proprietarul încărcăturii când, la deschiderea vaselor, au descoperit vopsea roșie aprinsă în loc de albă!
Simplitatea obținerii plumbului constă nu numai în faptul că este ușor de topit din minereuri, ci și în faptul că, spre deosebire de multe alte metale importante din punct de vedere industrial, plumbul nu necesită condiții speciale (crearea unui vid sau a unui mediu inert) care cresc calitatea produsului final. Acest lucru se datorează faptului că gazele nu au absolut niciun efect asupra plumbului. La urma urmei, oxigenul, hidrogenul, azotul, dioxidul de carbon și alte gaze „dăunătoare” metalelor nu se dizolvă în plumb lichid sau solid!
Inchizitorii medievali au folosit plumbul topit ca instrument de tortură și execuție. Persoanele deosebit de insolubile (și uneori invers) aveau metal turnat pe gât. În India, departe de catolicism, a existat o pedeapsă asemănătoare; era impusă persoanelor din caste inferioare care au avut nenorocul de a auzi (a auzi) citirea cărților sacre ale brahmanilor. Plumbul topit era turnat în urechile celor răi.
Una dintre „atractiile” venețiene este o închisoare medievală pentru criminali de stat, legată de „Podul Suspinelor” de Palatul Dogilor. Particularitatea acestei închisori este prezența unor celule „VIP” neobișnuite în pod sub un acoperiș de plumb. În căldura verii, prizonierul lânceia de căldură, uneori sufocându-se până la moarte într-o astfel de celulă; iarna, prizonierul îngheța de frig. Trecătorii de pe „Podul Suspinelor” puteau auzi plânsele și rugămințile prizonierilor, în timp ce erau în permanență conștienți de forța și puterea conducătorului care se afla în apropiere - în spatele zidurilor Palatului Dogilor...
Poveste
În timpul săpăturilor din Egiptul antic, arheologii au descoperit obiecte din argint și plumb în înmormântări dinainte de perioada dinastică. Descoperiri similare făcute în regiunea Mesopotamia datează aproximativ din aceeași perioadă (mileniul VIII-7 î.Hr.). Descoperirile comune ale articolelor din plumb și argint nu sunt surprinzătoare. Din cele mai vechi timpuri, atenția oamenilor a fost atrasă de frumoasele cristale grele de luciu de plumb PbS - cel mai important minereu din care este extras plumbul. Depozite bogate din acest mineral au fost găsite în munții Armeniei și în regiunile centrale ale Asiei Mici. Mineralul galena, pe lângă plumb, conține impurități semnificative de argint și sulf, iar dacă pui bucăți din acest mineral la foc, sulful se va arde și plumbul topit va curge - cărbunele previne oxidarea plumbului. În secolul al VI-lea î.Hr., în Lavrion, o zonă muntoasă din apropierea Atenei, au fost descoperite zăcăminte bogate de galenă, iar în timpul războaielor punice romane de pe teritoriul Spaniei moderne, plumbul a fost extras activ în numeroase mine fondate de fenicieni, pe care inginerii romani le-au folosit. in constructia conductelor de apa .
Nu a fost încă posibil să se stabilească cu siguranță sensul principal al cuvântului „plumb”, deoarece originea cuvântului în sine este necunoscută. Există multe presupuneri și presupuneri. Astfel, unii lingvisti susțin că numele grecesc pentru plumb este asociat cu o anumită zonă în care a fost extras. Unii filologi compară în mod greșit denumirea greacă anterioară cu plumbum latină de mai târziu și susțin că ultimul cuvânt a fost format din mlumbum, iar ambele cuvinte își iau rădăcinile din sanscrita bahu-mala, care poate fi tradus ca „foarte murdar”. Apropo, se crede că cuvântul „sigiliu” provine din latinescul plumbum, iar în franceză numele elementului de optzeci și al doilea sună așa - plomb. Acest lucru se datorează faptului că metalul moale a fost folosit din cele mai vechi timpuri ca sigilii. Chiar și astăzi, vagoanele de marfă și depozitele sunt sigilate cu sigilii de plumb.
Se poate afirma cu încredere că plumbul a fost adesea confundat cu staniu în secolul al XVII-lea. distinge între plumbum album (plumb alb, adică staniu) și plumbum nigrum (plumb negru - plumb în sine). S-ar putea presupune că alchimiștii medievali au fost de vină pentru confuzie, numind plumbul cu multe nume secrete și interpretând numele grecesc ca plumbago - minereu de plumb. Cu toate acestea, o astfel de confuzie există și în denumirile slave anterioare pentru plumb. Așadar, în limbile antice bulgară, sârbo-croată, cehă și poloneză, plumbul era numit staniu! După cum demonstrează numele ceh pentru plumb care a supraviețuit până în zilele noastre - olovo.
Numele german pentru plumb - blei își are probabil rădăcinile din vechiul german blio (bliw) și este, la rândul său, în consonanță cu bleivas lituanian (luminos, clar). Este foarte posibil ca atât cuvântul englez lead cât și cuvântul danez lood să provină din germanul blei.
Originea cuvântului rus „svinets” este necunoscută, precum și a celor similare din slava estică - ucraineană (svinets) și belarusă (svinets). În plus, există consonanță în grupul de limbi baltice: švinas lituaniene și svins letone. Există o teorie conform căreia aceste cuvinte ar trebui asociate cu cuvântul „vin”, care, la rândul său, provine din tradiția vechilor romani și a unor popoare caucaziene de a păstra vinul în vase de plumb pentru a-i conferi un anumit gust unic. Cu toate acestea, această teorie nu a fost confirmată și are puține dovezi care să-i susțină validitatea.
Datorită descoperirilor arheologice, a devenit cunoscut faptul că marinarii antici înveleau corpurile navelor de lemn cu plăci subțiri de plumb. Una dintre aceste nave a fost ridicată de pe fundul Mării Mediterane în 1954, lângă Marsilia. Oamenii de știință au datat nava greacă antică în secolul al III-lea î.Hr.! Și deja în Evul Mediu, acoperișurile palatelor și turlele unor biserici erau acoperite cu plăci de plumb, care erau rezistente la multe fenomene atmosferice.
Fiind în natură
Plumbul este un metal destul de rar; conținutul său în scoarța terestră (clarke) este de 1,6·10 -3% în masă. Cu toate acestea, acest element este mult mai frecvent decât vecinii săi cei mai apropiați din perioada - aurul (doar 5∙10 -7%), mercur (1∙10 -6%) și bismut (2∙10 -5%). Evident, acest fapt este asociat cu acumularea treptată a plumbului în scoarța terestră din cauza reacțiilor nucleare care au loc în intestinele planetei noastre - izotopii de plumb, care sunt produsele finale ale dezintegrarii uraniului și a toriului, au completat treptat Rezervele Pământului ale elementului optzeci și al doilea timp de miliarde de ani și acest proces continuă.
Principala acumulare de minerale de plumb (mai mult de 80 - cea principală este galena PbS) este asociată cu formarea depozitelor hidrotermale. Pe lângă zăcămintele hidrotermale, minereurile oxidate (secundare) au și o oarecare importanță - acestea sunt minereuri polimetalice formate ca urmare a proceselor de intemperii ale părților apropiate de suprafață ale corpurilor de minereu (până la o adâncime de 100-200 de metri). Sunt reprezentați de obicei prin hidroxizi de fier care conțin sulfați (anglezit PbSO 4 ), carbonați (cerusit PbCO 3 ), fosfați - piromorfit Pb 5 (PO 4) 3 Cl, smithsonit ZnCO 3, calamină Zn 4 ∙H 2 O, malachit, azurit și alții .
Și dacă plumbul și zincul sunt principalele componente valoroase ale minereurilor polimetalice complexe, atunci însoțitorii lor sunt adesea metale mai valoroase - aur, argint, cadmiu, staniu, indiu, galiu și uneori bismut. Conținutul principalelor componente valoroase din zăcămintele industriale de minereuri polimetalice variază de la câteva procente până la mai mult de 10%. În funcție de concentrația mineralelor de minereu, se disting minereurile polimetalice solide sau diseminate. Corpurile de minereuri din minereuri polimetalice variază în dimensiune, variind în lungime de la câțiva metri la un kilometru. Ele sunt diferite ca morfologie - cuiburi, depozite sub formă de foi și lentile, vene, stocuri, corpuri complexe asemănătoare țevilor. Condițiile de apariție sunt, de asemenea, diferite - blânde, abrupte, secante, consoane și altele.
La prelucrarea minereurilor polimetalice se obțin două tipuri principale de concentrate, care conțin 40-70% plumb și, respectiv, 40-60% zinc și cupru.
Principalele zăcăminte de minereuri polimetalice din Rusia și țările CSI sunt Altai, Siberia, Caucazul de Nord, Teritoriul Primorsky, Kazahstan. Statele Unite ale Americii, Canada, Australia, Spania și Germania sunt bogate în zăcăminte de minereuri complexe polimetalice.
Plumbul este împrăștiat în biosferă - există puțin din el în materia vie (5·10 -5%) și apa de mare (3·10 -9%). Din apele naturale, acest metal este parțial absorbit de argile și precipitat de hidrogen sulfurat, astfel că se acumulează în nămolurile marine cu contaminare cu hidrogen sulfurat și în argilele negre și șisturile formate din acestea.
Un fapt istoric poate servi drept dovadă a importanței minereurilor de plumb. În minele situate în apropierea Atenei, grecii extrageau argint din plumbul exploatat în mine folosind metoda cupelării (sec. VI î.Hr.). Mai mult, vechii „metalurgiști” au reușit să extragă aproape tot metalul prețios! Cercetările moderne susțin că doar 0,02% din argint a rămas în stâncă. În urma grecilor, romanii procesau haldele, extragând atât plumbul, cât și argintul rezidual, al cărui conținut au reușit să-l aducă la 0,01% sau mai puțin. S-ar părea că minereul este gol și, prin urmare, mina a fost abandonată timp de aproape două mii de ani. Cu toate acestea, la sfârșitul secolului al XIX-lea, haldele au început să fie din nou prelucrate, de data aceasta exclusiv de dragul argintului, al cărui conținut era mai mic de 0,01%. La întreprinderile metalurgice moderne, în plumb se lasă de sute de ori mai puțin metal prețios.
Aplicație
Din cele mai vechi timpuri, plumbul a fost folosit pe scară largă de către omenire, iar domeniile sale de aplicare au fost foarte diverse. Grecii antici și egiptenii foloseau acest metal pentru a rafina aurul și argintul folosind cupelare. Multe popoare au folosit metalul topit ca mortar de ciment în construcția clădirilor. Romanii foloseau plumbul ca material pentru conductele de alimentare cu apă, iar europenii medievali au făcut jgheaburi și țevi de drenaj din acest metal și au căptușit acoperișurile unor clădiri. Odată cu apariția armelor de foc, plumbul a devenit principalul material în fabricarea gloanțelor și a împușcăturii.
În timpul nostru, elementul optzeci și al doilea și compușii săi au extins doar domeniul de aplicare al consumului lor. Industria bateriilor este unul dintre cei mai mari consumatori de plumb. O cantitate imensă de metal (în unele țări până la 75% din volumul total produs) este cheltuită pentru producția de baterii cu plumb. Bateriile alcaline mai durabile și mai puțin grele cuceresc în mod activ piața, dar bateriile plumb-acid mai încăpătoare și mai puternice nu pierd teren.
Se consumă mult plumb pentru nevoile industriei chimice la fabricarea echipamentelor din fabrică rezistente la gaze și lichide agresive. Deci, în industria acidului sulfuric, echipamentele principale - țevi, camere, jgheaburi, turnuri de spălat, frigidere, piese de pompe - toate acestea sunt din plumb sau căptușite cu plumb. Piesele și mecanismele rotative (agitatoare, rotoare ventilatoare, tamburi rotativi) sunt realizate din aliaj plumb-antimoniu hartbley.
Industria cablurilor este un alt consumator serios de plumb; până la 20% din acest metal este consumat în întreaga lume în aceste scopuri. Ele protejează firele telegrafice și electrice de coroziune atunci când sunt așezate sub pământ sau sub apă.
Până la sfârșitul anilor șaizeci ai secolului XX, a crescut producția de tetraetil plumb Pb(C2H5)4, un lichid toxic incolor care este un excelent agent antidetonant care îmbunătățește calitatea combustibilului. Cu toate acestea, după ce oamenii de știință au calculat că sute de mii de tone de plumb sunt emise anual prin evacuarea mașinilor, otrăvind mediul înconjurător, multe țări și-au redus consumul de metal toxic, iar unele au abandonat complet utilizarea acestuia.
Datorită densității mari și greutății plumbului, utilizarea lui în arme era cunoscută cu mult înainte de apariția armelor de foc - praștii din armata lui Hannibal aruncau bile de plumb asupra romanilor. Abia mai târziu oamenii au început să arunce gloanțe și să tragă din plumb. Pentru a oferi o duritate mai mare, la plumb se adaugă și alte elemente; de exemplu, la fabricarea schijelor, se adaugă până la 12% antimoniu la plumb, iar plumbul de împușcătură nu conține mai mult de 1% arsen. Nitratul de plumb este folosit pentru a produce explozibili puternici în amestec. În plus, plumbul este o componentă a unor explozivi inițiatori (detonatoare): azida de plumb (PbN6) și trinitroresorcinatul de plumb (TNRS).
Plumbul absoarbe activ razele gamma și razele X, datorită cărora este folosit ca material de protecție împotriva efectelor acestora (recipiente pentru depozitarea substanțelor radioactive, echipamente pentru camerele cu raze X etc.).
Principalele componente ale aliajelor de imprimare sunt plumbul, staniul și antimoniul. Mai mult decât atât, plumbul și staniul au fost folosite în tipărirea cărților încă de la primii pași, dar nu au fost un singur aliaj, așa cum sunt în tipărirea modernă.
Compușii de plumb sunt la fel, dacă nu mai importanți, deoarece unii compuși de plumb protejează metalul de coroziune nu în medii agresive, ci pur și simplu în aer. Acești compuși sunt introduși în compoziția vopselei și a vopselelor de lac, de exemplu, albul de plumb (sarea principală de dioxid de carbon a plumbului 2PbCO3 Pb(OH)2 frecat pe ulei de uscare), care au o serie de calități remarcabile: putere mare de acoperire, rezistența și durabilitatea filmului format, rezistența la aer și lumină. Cu toate acestea, există câteva aspecte negative care reduc la minimum utilizarea albului de plumb (vopsirea exterioară a navelor și a structurilor metalice) - toxicitate ridicată și susceptibilitate la hidrogen sulfurat. Vopselele în ulei conțin și alți compuși de plumb. Anterior, litargul de PbO a fost folosit ca pigment galben, care a înlocuit coroana de plumb PbCrO4, dar utilizarea litargiului de plumb continuă - ca substanță care accelerează uscarea uleiurilor (sicativ). Până în prezent, cel mai popular și răspândit pigment pe bază de plumb este plumbul roșu Pb3O4. Această minunată vopsea roșu aprins este folosită, în special, pentru a picta părțile subacvatice ale navelor.
Arsenatul Pb3(AsO4)2 și arsenitul de plumb Pb3(AsO3)2 sunt folosite în tehnologia insecticidelor pentru distrugerea dăunătorilor agricoli (molia țigănească și gărgărița bumbacului).
Productie
Cel mai important minereu din care se extrage plumbul este PbS lucios de plumb, precum și minereurile polimetalice complexe cu sulfuri. Prima operație metalurgică în producția de plumb este prăjirea oxidativă a concentratului în mașini cu bandă de sinterizare continuă. La ardere, sulfura de plumb se transformă în oxid:
2PbS + 3О2 → 2РbО + 2SO2
În plus, se obține puțin sulfat de PbSO4, care este transformat în silicat de PbSiO3, pentru care se adaugă în sarcină nisip de cuarț și alte fluxuri (CaCO3, Fe2O3), datorită cărora se formează o fază lichidă care cimentează sarcina.
În timpul reacției, se oxidează și sulfurile altor metale (cupru, zinc, fier), prezente ca impurități. Rezultatul final al arderii, în loc de un amestec pulverulent de sulfuri, este un aglomerat - o masă solidă sinterizată poroasă constând în principal din oxizi PbO, CuO, ZnO, Fe2O3. Aglomeratul rezultat conține 35-45% plumb. Bucățile de aglomerat sunt amestecate cu cocs și calcar, iar acest amestec este încărcat într-un cuptor cu manta de apă, în care aerul sub presiune este furnizat de jos prin conducte („tuyeres”). Cocsul și monoxidul de carbon (II) reduc oxidul de plumb la plumb deja la temperaturi scăzute (până la 500 °C):
PbO + C → Pb + CO
PbO + CO → Pb + CO2
La temperaturi mai ridicate apar alte reacții:
CaCO3 → CaO + CO2
2PbSiO3 + 2CaO + C → 2Pb + 2CaSiO3+ CO2
Oxizii de zinc și fier, prezenți ca impurități în sarcină, se transformă parțial în ZnSiO3 și FeSiO3, care împreună cu CaSiO3 formează zgură care plutește la suprafață. Oxizii de plumb se reduc la metal. Procesul are loc în două etape:
2PbS + 3O2 → 2PbO + 2SO2,
PbS + 2PbO → 3Pb + SO2
Plumbul brut conține 92-98% Pb, restul sunt impurități de cupru, argint (uneori aur), zinc, staniu, arsen, antimoniu, Bi, Fe, care sunt îndepărtate prin diferite metode, cum ar fi cuprul și fierul sunt îndepărtate prin zeigerizare. . Pentru a îndepărta staniul, antimoniul și arsenul, aerul este suflat prin metalul topit. Separarea aurului și argintului se realizează prin adăugarea de zinc, care formează o „spumă de zinc”, constând din compuși de zinc cu argint (și aur), mai ușori decât plumbul, și topindu-se la 600-700 ° C. Apoi, excesul zincul este îndepărtat din plumbul topit prin trecerea aerului, vaporilor de apă sau clorului. Pentru a elimina bismutul, la plumbul lichid se adaugă magneziu sau calciu, care formează compuși cu punct de topire scăzut Ca3Bi2 și Mg3Bi2. Plumbul rafinat prin aceste metode conține 99,8-99,9% Pb. Purificarea ulterioară este efectuată prin electroliză, rezultând o puritate de cel puțin 99,99%. Electrolitul este o soluție apoasă de fluorosilicat de plumb PbSiF6. Plumbul pur este depus la catod, iar impuritățile sunt concentrate în nămolul anodic, care conține multe componente valoroase, care sunt apoi eliberate.
Volumul plumbului extras la nivel mondial crește în fiecare an. Așadar, la începutul secolului al XIX-lea, în întreaga lume erau extrase aproximativ 30.000 de tone. Cincizeci de ani mai târziu sunt deja 130.000 de tone, în 1875 - 320.000 de tone, în 1900 - 850.000 de tone, 1950 - aproape 2 milioane de tone, iar în prezent se exploatează aproximativ cinci milioane de tone pe an. Consumul de plumb crește în mod corespunzător. În ceea ce privește volumul de producție, plumbul ocupă locul patru în rândul metalelor neferoase - după aluminiu, cupru și zinc. Există mai multe țări lider în producția și consumul de plumb (inclusiv plumb secundar) - China, Statele Unite ale Americii, Coreea și țările Uniunii Europene. În același timp, multe țări, din cauza toxicității compușilor de plumb, refuză să-l folosească, așa că Germania și Olanda au limitat utilizarea acestui metal, iar Danemarca, Austria și Elveția au interzis cu totul utilizarea plumbului. Toate țările UE se străduiesc în acest sens. Rusia și Statele Unite dezvoltă tehnologii care vor ajuta la găsirea de alternative la utilizarea plumbului.
Proprietăți fizice
Plumbul este un metal gri închis, strălucitor când este proaspăt tăiat și are o nuanță gri deschis, nuanță de albastru. Cu toate acestea, în aer se oxidează rapid și devine acoperit cu o peliculă protectoare de oxid. Plumbul este un metal greu, densitatea sa este de 11,34 g/cm3 (la o temperatură de 20 °C), cristalizează într-o rețea cubică centrată pe față (a = 4,9389A) și nu are modificări alotropice. Raza atomică 1,75A, raze ionice: Pb2+ 1,26A, Pb4+ 0,76A.
Elementul de optzeci de secunde are multe proprietăți fizice valoroase care sunt importante pentru industrie, de exemplu, un punct de topire scăzut - doar 327,4 °C (621,32 °F sau 600,55 K), ceea ce face relativ ușor obținerea metalului din minereuri. La procesarea principalului mineral de plumb - galena (PbS) - metalul este ușor separat de sulf; pentru a face acest lucru, este suficient să ardeți minereul într-un amestec cu cărbune în aer. Punctul de fierbere al elementului de optzeci de secunde este de 1.740 °C (3.164 °F sau 2.013,15 K), metalul prezintă volatilitate deja la 700 °C. Căldura specifică a plumbului la temperatura camerei este de 0,128 kJ/(kg∙K) sau 0,0306 cal/g∙°C. Plumbul are o conductivitate termică destul de scăzută de 33,5 W/(m∙K) sau 0,08 cal/cm∙sec∙°C la o temperatură de 0 °C, coeficientul de temperatură al expansiunii liniare a plumbului este de 29,1∙10-6 în cameră. temperatura.
O altă calitate a plumbului care este importantă pentru industrie este ductilitatea sa ridicată - metalul este ușor forjat, laminat în foi și sârmă, ceea ce îi permite să fie utilizat în industria ingineriei pentru fabricarea diferitelor aliaje cu alte metale. Se știe că la o presiune de 2 t/cm2 așchii de plumb sunt comprimați într-o masă solidă monolitică. Când presiunea crește la 5 t/cm2, metalul trece de la o stare solidă la una fluidă. Sârma de plumb este produsă prin presarea plumbului solid, mai degrabă decât prin topire printr-o matriță, deoarece este imposibil să se producă prin trefilare convențională din cauza rezistenței scăzute la tracțiune a plumbului. Rezistența la tracțiune pentru plumb este de 12-13 Mn/m2, rezistența la compresiune este de aproximativ 50 Mn/m2; alungire relativă la rupere 50-70%. Duritatea plumbului conform Brinell este de 25-40 Mn/m2 (2,5-4 kgf/mm2). Se știe că întărirea la rece nu crește proprietățile mecanice ale plumbului, deoarece temperatura de recristalizare a acestuia este sub temperatura camerei (în intervalul -35°C la un grad de deformare de 40% și mai mult).
Elementul optzeci și al doilea este unul dintre primele metale transferate în starea de supraconductivitate. Apropo, temperatura sub care plumbul dobândește capacitatea de a trece curentul electric fără cea mai mică rezistență este destul de mare - 7,17 °K. Pentru comparație, pentru staniu această temperatură este de 3,72 °K, pentru zinc - 0,82 °K, pentru titan - doar 0,4 °K. Înfășurările primului transformator supraconductor, construit în 1961, au fost realizate din plumb.
Plumbul metalic este o protecție foarte bună împotriva tuturor tipurilor de radiații radioactive și raze X. Când întâlnește materie, un foton sau cuantum al oricărei radiații își cheltuiește energia și aceasta este ceea ce exprimă absorbția sa. Cu cât mediul prin care trec razele este mai dens, cu atât le întârzie mai mult. Plumbul este un material foarte potrivit în acest sens - este destul de dens. Lovind suprafața metalului, cuante gamma scot electroni din acesta, care își cheltuiesc energia. Cu cât numărul atomic al unui element este mai mare, cu atât este mai dificil să scoți un electron din orbita sa exterioară din cauza forței mai mari de atracție a nucleului. Un strat de plumb de cincisprezece până la douăzeci de centimetri este suficient pentru a proteja oamenii de efectele radiațiilor de orice tip cunoscut științei. Din acest motiv, plumbul este introdus în cauciucul șorțului și mănușile de protecție ale radiologului, întârziend razele X și protejând organismul de efectele nocive ale acestora. Sticla care conține oxizi de plumb protejează și împotriva radiațiilor radioactive.
Proprietăți chimice
Din punct de vedere chimic, plumbul este relativ inactiv - în seria electrochimică de tensiuni, acest metal se află imediat înaintea hidrogenului.
În aer, elementul de optzeci de secunde se oxidează rapid, devenind acoperit cu o peliculă subțire de oxid de PbO, care împiedică distrugerea ulterioară a metalului. Apa de la sine nu reacționează cu plumbul, dar în prezența oxigenului metalul este distrus treptat de apă pentru a forma hidroxid de plumb (II) amfoter:
2Pb + O2 + 2H2O → 2Pb(OH)2
Când plumbul intră în contact cu apa dura, acesta devine acoperit cu o peliculă protectoare de săruri insolubile (în principal sulfat de plumb și carbonat de plumb bazic), care împiedică acțiunea ulterioară a apei și formarea hidroxidului.
Acizii clorhidric și sulfuric diluați aproape că nu au niciun efect asupra plumbului. Aceasta se datorează unei supratensiuni semnificative a degajării hidrogenului pe suprafața plumbului, precum și formării de pelicule protectoare de clorură de plumb PbCl2 și sulfat de plumb PbSO4 slab solubile, care acoperă suprafața metalului în dizolvare. H2SO4 sulfuric concentrat și HCl acid percloric, în special atunci când sunt încălzite, acționează asupra elementului de optzeci de secunde și se obțin compuși complecși solubili din compoziția Pb(HSO4)2 și H2[PbCl4]. Plumbul se dizolvă ușor în HNO3, iar în acid de concentrație scăzută se dizolvă mai repede decât în acid azotic concentrat. Acest fenomen este ușor de explicat - solubilitatea produsului de coroziune (nitrat de plumb) scade odată cu creșterea concentrației de acid.
Pb + 4HNO3 → Pb(NO3)2 + 2NO2 + H2O
Plumbul se dizolvă relativ ușor de o serie de acizi organici: acetic (CH3COOH), citric, formic (HCOOH), acest lucru se datorează faptului că acizii organici formează săruri de plumb ușor solubile, care în niciun fel nu pot proteja suprafața metalului.
De asemenea, plumbul se dizolvă în alcalii, deși într-o rată scăzută. Soluțiile concentrate de alcalii caustici, atunci când sunt încălzite, reacţionează cu plumbul pentru a elibera hidrogen şi hidroxoplumbiţi de tip X2[Pb(OH)4], de exemplu:
Pb + 4KOH + 2H2O → K4 + H2
După solubilitatea lor în apă, sărurile de plumb se împart în solubile (acetat, azotat și clorat de plumb), ușor solubile (clorură și fluor) și insolubile (sulfat, carbonat, cromat, fosfat, molibdat și sulfură). Toți compușii solubili de plumb sunt otrăvitori. Sărurile de plumb solubile (nitrat și acetat) în apă se hidrolizează:
Pb(NO3)2 + H2O → Pb(OH)NO3 + HNO3
Elementul optzeci și al doilea are stări de oxidare de +2 și +4. Compușii cu starea de oxidare a plumbului +2 sunt mult mai stabili și numeroși.
Compusul plumb-hidrogen PbH4 se obține în cantități mici prin acțiunea acidului clorhidric diluat asupra Mg2Pb. PbH4 este un gaz incolor care se descompune foarte ușor în plumb și hidrogen. Plumbul nu reacționează cu azotul. Azida de plumb Pb(N3)2 - obținută prin interacțiunea soluțiilor de azidă de sodiu NaN3 și săruri de plumb (II) - cristale incolore în formă de ac, puțin solubile în apă, la impact sau încălzire se descompune în plumb și azot cu o explozie. Sulful reacționează cu plumbul când este încălzit pentru a forma sulfură de PbS, o pulbere amfoteră neagră. Sulfura poate fi obținută și prin trecerea hidrogenului sulfurat în soluții de săruri de Pb(II). În natură, sulfura apare sub formă de luciu de plumb - galena.
Când este încălzit, plumbul se combină cu halogenii pentru a forma halogenurile PbX2, unde X este un halogen. Toate sunt ușor solubile în apă. S-au mai obtinut halogenuri de PbX4: tetrafluorura de PbF4 - cristale incolore si tetraclorura de PbCl4 - lichid uleios galben. Ambii compuși se descompun ușor de apă, eliberând fluor sau clor; hidrolizată de apă.
Conduce- un mineral rar, un metal nativ din clasa elementelor native. Metal maleabil, relativ fuzibil, de culoare alb-argintie, cu o tentă albăstruie. Cunoscut din cele mai vechi timpuri. Foarte plastic, moale (poate fi tăiat cu un cuțit, zgâriat cu unghia). Reacțiile nucleare produc numeroși izotopi radioactivi ai plumbului.
Vezi si:
STRUCTURA
Plumbul cristalizează într-o rețea cubică centrată pe față (a = 4,9389Å) și nu are modificări alotropice. Raza atomică 1,75 Å, raze ionice: Pb 2+ 1,26 Å, Pb 4+ 0,76 Å. Cristale gemene conform (111). Se găsește în boabe mici rotunjite, solzi, bile, plăci și formațiuni sub formă de fir. PROPRIETĂȚI
Plumbul are o conductivitate termică destul de scăzută, este de 35,1 W/(m K) la 0 °C. Metalul este moale, poate fi tăiat cu un cuțit și se zgârie ușor cu unghia. La suprafață este de obicei acoperită cu o peliculă mai mult sau mai puțin groasă de oxizi; la tăiere, se dezvăluie o suprafață lucioasă, care se estompează în timp în aer. Punct de topire - 600,61 K (327,46 °C), fierbe la 2022 K (1749 °C). Aparține grupului de metale grele; densitatea sa este de 11,3415 g/cm 3 (+20 °C). Pe măsură ce temperatura crește, densitatea plumbului scade. Rezistenta la tractiune - 12-13 MPa (MN/m2). La o temperatură de 7,26 K devine supraconductor.
REZERVE ȘI PRODUCȚIE
Conținutul din scoarța terestră este de 1,6 10 −3% din greutate. Plumbul nativ este rar; gama de roci în care se găsește este destul de largă: de la roci sedimentare la roci intruzive ultramafice. În aceste formațiuni formează adesea compuși intermetalici (de exemplu, zvyagintsevite (Pd,Pt) 3 (Pb,Sn) etc.) și aliaje cu alte elemente (de exemplu, (Pb + Sn + Sb)). Face parte din 80 de minerale diferite. Cele mai importante dintre ele sunt: galena PbS, cerusita PbCO 3, anglezitul PbSO 4 (sulfat de plumb); dintre cele mai complexe - tilită PbSnS 2 și betechtinit Pb 2 (Cu,Fe) 21 S 15, precum și sulfosăruri de plumb - jamesonit FePb 4 Sn 6 S 14, boulangerit Pb 5 Sb 4 S 11. Întotdeauna se găsește în minereurile de uraniu și toriu, având adesea natură radiogenă.
Pentru obținerea plumbului se folosesc în principal minereurile care conțin galenă. În primul rând, prin flotație se obține un concentrat care conține 40-70 la sută plumb. Apoi, sunt posibile mai multe metode de procesare a concentratului în werkbley (plumb martor): metoda anterior răspândită de topire de reducere a minelor, metoda de topire electrotermală cu ciclon suspendat cu oxigen a produselor plumb-zinc (KIVTSET-TSS), metoda de topire Vanyukov (topire într-o baie de lichid) dezvoltat în URSS. . Pentru topirea într-un cuptor cu ax (manta de apă), concentratul este mai întâi sinterizat și apoi încărcat într-un cuptor cu ax, unde plumbul este redus din oxid.
Werkbley, care conține mai mult de 90% plumb, este supus unei purificări suplimentare. În primul rând, zeigerizarea și tratamentul ulterior cu sulf sunt folosite pentru a îndepărta cuprul. Arsenicul și antimoniul sunt apoi îndepărtați prin rafinare alcalină. Apoi, argintul și aurul sunt izolate folosind spumă de zinc și zincul este distilat. Bismutul este îndepărtat prin tratament cu calciu și magneziu. Ca urmare, conținutul de impurități scade la mai puțin de 0,2%[
ORIGINE
Formează impregnări în roci magmatice, în principal acide; în depozitele de Fe și Mn este asociată cu magnetită și hausmanită. Găsit în placeri cu Au, Pt, Os, Ir nativ.
În condiții naturale, formează adesea zăcăminte mari de minereuri de plumb-zinc sau polimetalice de tip stratiform (Kholodninskoye, Transbaikalia), precum și skarn (Dalnegorskoye (fostă Tetyukhinskoye), Primorye; Broken Hill în Australia); galena se găsește adesea în zăcăminte de alte metale: pirit-polimetalic (Uralul de Sud și Mijlociu), cupru-nichel (Norilsk), uraniu (Kazahstan), minereu de aur etc. Sulfosărurile se găsesc de obicei în zăcăminte hidrotermale la temperatură joasă cu antimoniu, arsenic, precum și în zăcăminte de aur (Darasun, Transbaikalia). Mineralele de plumb de tip sulfură au o geneză hidrotermală, mineralele de tip oxid sunt frecvente în crustele de intemperii (zonele de oxidare) ale depozitelor de plumb-zinc. Plumbul este prezent în concentrații de clarke în aproape toate rocile. Singurul loc de pe pământ unde rocile conțin mai mult plumb decât uraniu este arcul Kohistan-Ladakh din nordul Pakistanului.
APLICARE
Nitratul de plumb este folosit pentru a produce explozibili puternici în amestec. Azida de plumb este folosită ca cel mai utilizat detonator (declanșând exploziv). Percloratul de plumb este utilizat pentru prepararea unui lichid greu (densitate 2,6 g/cm³) utilizat în ameliorarea prin flotație a minereurilor și este uneori folosit în explozivi mixți de mare putere ca agent oxidant. Fluorura de plumb singură, precum și împreună cu bismut, cupru și fluorură de argint, este folosită ca material catodic în sursele de curent chimic.
Bismutat de plumb, sulfura de plumb PbS, iodura de plumb sunt folosite ca material catodic în bateriile cu litiu. Clorura de plumb PbCl 2 ca material catod în sursele de curent de rezervă. Telurura de plumb PbTe este utilizat pe scară largă ca material termoelectric (termo-emf 350 µV/K), cel mai utilizat material în producția de generatoare termoelectrice și frigidere termoelectrice. Dioxidul de plumb PbO 2 este utilizat pe scară largă nu numai în bateriile cu plumb, dar, de asemenea, pe baza acestuia sunt produse multe surse de curent chimic de rezervă, de exemplu, celulă cu plumb-clor, celula cu plumb fluorescent și altele.
Alb de plumb, carbonat bazic Pb(OH) 2 PbCO 3, pulbere albă densă, se obține din plumb în aer sub influența dioxidului de carbon și a acidului acetic. Utilizarea albului de plumb ca pigment colorant nu este acum la fel de răspândită ca înainte, datorită descompunerii sale sub influența hidrogenului sulfurat H 2 S. Albul de plumb este folosit și pentru producerea chitului, în tehnologia cimentului și carbonatului de plumb. hârtie.
Arsenatul de plumb și arsenitul sunt folosite în tehnologia insecticidelor pentru a ucide dăunătorii agricoli (molia țigănească și gărgărița bumbacului).
Boratul de plumb Pb(BO 2) 2 H 2 O, o pulbere albă insolubilă, este utilizat pentru uscarea vopselelor și lacurilor și, împreună cu alte metale, ca acoperiri pe sticlă și porțelan.
Clorura de plumb PbCl 2, pulbere cristalină albă, este solubilă în apă fierbinte, soluții de alte cloruri și în special clorură de amoniu NH 4 Cl. Este folosit pentru prepararea unguentelor pentru tratarea tumorilor.
Cromatul de plumb PbCrO4 este cunoscut sub numele de colorant galben crom și este un pigment important pentru realizarea vopselelor, pentru vopsirea porțelanului și a țesăturilor. În industrie, cromatul este utilizat în principal la producerea pigmenților galbeni.
Nitratul de plumb Pb(NO 3) 2 este o substanță cristalină albă, foarte solubilă în apă. Acesta este un liant cu utilizare limitată. În industrie, este folosit în potrivirea, vopsirea și imprimarea textilelor, vopsirea coarnelor și gravarea.
Deoarece plumbul absoarbe bine radiațiile γ, este utilizat pentru protecția împotriva radiațiilor în instalațiile de raze X și în reactoarele nucleare. În plus, plumbul este considerat un agent de răcire în proiectele de reactoare nucleare cu neutroni rapidi avansate.
Aliajele de plumb sunt utilizate pe scară largă. Cotonul (aliaj staniu-plumb), care conține 85-90% Sn și 15-10% Pb, este modelabil, ieftin și utilizat la fabricarea ustensilelor de uz casnic. Lipitura care conține 67% Pb și 33% Sn este utilizată în inginerie electrică. Aliajele de plumb și antimoniu sunt folosite în producția de gloanțe și fonturi tipografice, iar aliajele de plumb, antimoniu și staniu sunt folosite pentru turnarea figurată și lagăre. Aliajele plumb-antimoniu sunt utilizate în mod obișnuit pentru mantaua cablurilor și plăcile bateriei electrice. A existat o perioadă în care mantale de cablu foloseau o parte semnificativă din producția mondială de plumb, datorită proprietăților bune de rezistență la umiditate ale unor astfel de produse. Cu toate acestea, plumbul a fost ulterior înlocuit în mare măsură din această zonă cu aluminiu și polimeri. Astfel, în țările occidentale, utilizarea plumbului pe mantaua cablurilor a scăzut de la 342 mii de tone în 1976 la 51 mii de tone în 2002. Compușii plumbului sunt utilizați în producția de coloranți, vopsele, insecticide, produse din sticlă și ca aditiv la benzină sub formă de tetraetil plumb (C 2 H 5) 4 Pb (un lichid moderat volatil, ai cărui vapori în concentrații mici au un miros dulce de fructe, în concentrații mari - un miros neplăcut; Tm = 130 °C, Bp = +80 °C/13 mm Hg; densitate 1,650 g/cm³; nD2v = 1,5198; insolubil în apă, miscibil cu solvenți organici; foarte puternic toxic, pătrunde ușor în piele; MPC = 0,005 mg/m³; DL50 = 12,7 mg/kg (șobolan, oral)) pentru a crește numărul octan.
Folosit pentru a proteja pacienții de radiațiile de la aparatele cu raze X.
Plumb - Pb
CLASIFICARE
| Strunz (ediția a 8-a) | 1/A.05-20 |
| Nickel-Strunz (ediția a 10-a) | 1.AA.05 |
| Dana (ediția a 7-a) | 1.1.21.1 |
| Dana (ediția a 8-a) | 1.1.1.4 | Hei's CIM Ref | 1.30 |
Plumbul (engleză Lead, francez Plomb, german Blei) este cunoscut încă din mileniul III - II î.Hr. în Mesopotamia, Egipt și alte țări antice, unde din el s-au făcut cărămizi mari (lingouri), statui ale zeilor și regilor, peceți și diverse obiecte de uz casnic. Bronzul a fost făcut din plumb, precum și tăblițe pentru scris cu un obiect ascuțit și dur. Mai târziu, romanii au început să facă conducte de apă din plumb. În antichitate, plumbul era asociat cu planeta Saturn și era adesea numit Saturn. În Evul Mediu, datorită greutății sale mari, plumbul a jucat un rol deosebit în operațiunile alchimice; i s-a atribuit capacitatea de a se transforma cu ușurință în aur. Până în secolul al XVII-lea. Plumbul era adesea confundat cu staniul. În limbile slave antice se numea staniu; acest nume este păstrat în cehă modernă (Olovo).Numele grecesc antic pentru plumb este probabil asociat cu o anumită localitate. Unii filologi compară numele grecesc cu latinescul Plumbum și susțin că ultimul cuvânt a fost format din mlumbum. Alții subliniază că ambele aceste nume provin din sanscrita bahu-mala (foarte murdară); în secolul al XVII-lea distinge între Plumbum album (plumb alb, adică staniu) și Plumbum nigrum (plumb negru). În literatura alchimică, plumbul avea multe nume, dintre care unele erau secrete. Numele grecesc a fost uneori tradus de alchimiști ca plumbago - minereu de plumb. Germanul Blei nu este de obicei derivat din Lat. Plumbum, în ciuda consonanței evidente, și din vechiul german blio (bliw) și bleivas lituanian aferent (luminos, clar), dar acest lucru nu este foarte de încredere. Numele Blei este asociat cu englezii. Plumb și Danish Lood. Originea cuvântului rusesc plumb (swinas lituanian) este neclară. Autorul acestor rânduri a sugerat la un moment dat legarea acestui nume cu cuvântul vin, deoarece vechii romani (și în Caucaz) depozitau vinul în vase de plumb, ceea ce îi dădea un gust deosebit; acest gust era atât de apreciat încât nu au acordat atenție posibilității de otrăvire cu substanțe toxice.
Plumbul (engleză Lead, francez Plomb, german Blei) este cunoscut încă din mileniul III - II î.Hr. în Mesopotamia, Egipt și alte țări antice, unde din el s-au făcut cărămizi mari (lingouri), statui ale zeilor și regilor, peceți și diverse obiecte de uz casnic. Bronzul a fost făcut din plumb, precum și tăblițe pentru scris cu un obiect ascuțit și dur. Mai târziu, romanii au început să facă conducte de apă din plumb. În antichitate, plumbul era asociat cu planeta Saturn și era adesea numit Saturn. În Evul Mediu, datorită greutății sale mari, plumbul a jucat un rol deosebit în operațiunile alchimice; i s-a atribuit capacitatea de a se transforma cu ușurință în aur. Până în secolul al XVII-lea. Plumbul era adesea confundat cu staniul. În limbile slave antice se numea staniu; acest nume este păstrat în cehă modernă (Olovo).Numele grecesc antic pentru plumb este probabil asociat cu o anumită localitate. Unii filologi compară numele grecesc cu latinescul Plumbum și susțin că ultimul cuvânt a fost format din mlumbum. Alții subliniază că ambele aceste nume provin din sanscrita bahu-mala (foarte murdară); în secolul al XVII-lea distinge între Plumbum album (plumb alb, adică staniu) și Plumbum nigrum (plumb negru). În literatura alchimică, plumbul avea multe nume, dintre care unele erau secrete. Numele grecesc a fost uneori tradus de alchimiști ca plumbago - minereu de plumb. Germanul Blei nu este de obicei derivat din Lat. Plumbum, în ciuda consonanței evidente, și din vechiul german blio (bliw) și bleivas lituanian aferent (luminos, clar), dar acest lucru nu este foarte de încredere. Numele Blei este asociat cu englezii. Plumb și Danish Lood.
Plumbul (Plumbum) Pb este un element din grupa IV a perioadei a 6-a a sistemului periodic al lui D.I. Mendeleev, numărul 82, masa atomică 207,19.
Plumbul nativ este rar, cel mai important mineral fiind galena (lustrul de plumb) PbS. Plumbul este un metal gri moale, maleabil și ductil. În aer devine rapid acoperit cu un strat subțire de oxid, protejându-l de oxidarea ulterioară. În seria tensiunii electrochimice, plumbul se află imediat în fața hidrogenului. Afișează valența 2+, precum și 4+. Compușii de plumb patruvalenți sunt mult mai puțin stabili. Acizii clorhidric și sulfuric diluați nu au aproape niciun efect asupra plumbului datorită solubilității scăzute a PbCl 2 și PbS0 4. Se dizolvă ușor în acid azotic. Plumbul, ca și hidroxidul său, se dizolvă în alcalii și se formează ioni de plumbit. Toți compușii solubili de plumb sunt otrăvitori. Plumbul reacționează cu acidul sulfuric puternic (la o concentrație de peste 80%) pentru a forma hidrosulfat solubil Pb(HSO 4) 2, iar în acidul clorhidric concentrat fierbinte, dizolvarea este însoțită de formarea de clorură complexă H 4 PbCl 6.
În prezența oxigenului, plumbul se dizolvă și într-un număr de acizi organici. Acțiunea acidului acetic produce acetat de Pb(CH 2 COO) 2 ușor solubil (vechea denumire este „zahăr de plumb”). Plumbul este, de asemenea, vizibil solubil în acizii formic, citric și tartric. Solubilitatea plumbului în acizi organici putea duce anterior la otrăvire dacă alimentele erau gătite în vase conservate sau lipite cu lipire cu plumb. Sărurile de plumb solubile (nitrat și acetat) în apă se hidrolizează:
Pb(NO3)2 + H2O Pb(OH)NO3 + HNO3
Când este încălzit, plumbul reacționează cu oxigenul, sulful și halogenii. Astfel, într-o reacție cu clorul, se formează tetraclorura de PbCl 4 - un lichid galben care fumează în aer datorită hidrolizei și, atunci când este încălzit, se descompune în PbCl 2 și Cl 2. (Halogenurile PbBr 4 și PbI 4 nu există, deoarece Pb(IV) este un agent oxidant puternic care ar oxida anionii de bromură și iodură.) Plumbul fin măcinat are proprietăți piroforice - se declanșează în aer. Odată cu încălzirea prelungită a plumbului topit, acesta se transformă treptat în oxid galben PbO (litharg de plumb) și apoi (cu acces bun la aer) în plumb roșu Pb 3 O 4 sau 2PbO·PbO 2. Acest compus poate fi considerat și ca sare de plumb a acidului ortolead Pb 2. Cu ajutorul agenților oxidanți puternici, cum ar fi înălbitorul, compușii de plumb (II) pot fi oxidați la dioxid:
Pb(CH3COO)2 + Ca(ClO)CI + H2O® PbO2 + CaCI2 + 2CH3COOH.
Dioxidul se formează și atunci când plumbul roșu este tratat cu acid azotic:
Pb3O4 + 4HNO3® PbO2 + 2Pb(NO3)2 + 2H2O.
Dacă încălziți puternic dioxidul maro, atunci la o temperatură de aproximativ 300 ° C se va transforma în portocaliu Pb 2 O 3 (PbO PbO 2), la 400 ° C - în roșu Pb 3 O 4 și peste 530 ° C - în galben PbO (descompunerea este însoțită de eliberarea de oxigen).
Derivații organici de plumb sunt lichide incolore, foarte toxice. Una dintre metodele de sinteză a acestora este acțiunea halogenurilor de alchil asupra unui aliaj plumb-sodiu:
4C 2 H 5 Cl + 4PbNa ® (C 2 H 5) 4 Pb + 4NaCl + 3Pb
Acțiunea HCl gazos poate elimina un radical alchil după altul din plumbul tetrasubstituit, înlocuindu-i cu clor. Compușii R4Pb se descompun atunci când sunt încălziți pentru a forma o peliculă subțire de metal pur. Această descompunere a tetrametil plumbului a fost folosită pentru a determina durata de viață a radicalilor liberi.