Реферат на тему Свинець (Плюмбум) - Хімія - Реферати - Каталог статей

Реферат на тему Свинець (Плюмбум). Свинець (Плюмбум) Загальна характеристика Свинець (від латинського Plumbum), Pb, хімічний елемент IV групи періодичної системи Менделєєва; атомний номер 82, атомна маса 207,2. Свинець - важкий метал голубувато-сірого кольору, дуже пластичний, м'який (ріжеться ножем, навіть дряпається нігтем). Природний свинець складається з п’яти стабільних ізотопів з масовими числами 202, 204 (1,5%), 206 (23,6%), 207 (22,6%), 208 (52,3%). Останні три ізотопи - кінцеві продукти радіоактивних перетворень 238U, 235U і 232Th. При ядерних реакціях утворюються численні радіоактивні ізотопи свинцю. В біосфері свинець в основному розсіюється, його мало в живій речовині (5•10-5%), морській воді (3•10-9%). З природних вод свинець частково взаємодіє з глинами і осідає сірководнем, тому він нагромаджується в морському мулові і в чорних глинах, що утворилися з них, і сланцях. Електронна будова атома Pb: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 4f14 5s2 5p6 5d10 6s2 6p2 Назва: Плюмбум Хімічний символ: Pb Атомний номер: 82 Атомна маса: 207,2 Температура плавлення: 327.5°C Температура кипіння: 1740°C Число протонів/електронів: 82 Число нейтронів: 125 Густина: (293), 11.34 г/см3 Колір: Голубувато-сірий Історія відкриття Свинець був відомий за 6-7 тисяч років до н.е. народам Месопотамії, Єгипту і народам інших країн стародавнього світу. Він служив для виготовлення статуй, предметів домашнього побуту, табличок для писання. Римляни користувалися свинцевими трубами для водопроводів. Алхіміки називали свинець Сатурном і позначали його знаком цієї планети. З'єднання свинцю - "свинцева зола" РbО, свинцеві фарби 2РbСО3•Рb(OH)2 застосовувалися в Стародавній Греції і Римі як складові частини ліків і фарб. Коли було винайдено вогнепальну зброю, свинець почали застосовувати як матеріал для куль. Отруйність свинцю відзначили ще в 1 столітті н.е. грецький лікар Діоскорід і Пліній Старший. Фізичні властивості елементу Свинець кристалізується в гранецентричній кубічній решітці (а = 4,9389Е), алотропних модифікацій не має. Атомний радіус 1,75Е, іонні радіуси: Рb2+ 1,26Е, Рb4+ 0,76Е; густина 11,34 г/см3(20 °С); температура плавлення 327,4 °С; температура кипіння 1725 °С; питома теплоємність при 20 °С 0,128 кДж/(кг•К) [0,0306 кал/г•°С] теплопровідність 33,5 вт/(м•К) [0,08 кал/см•сек•°С]; температурний коефіцієнт лінійного розширення 29,1•10-6 при кімнатній температурі; твердість по Брінеллю 25-40 мН/м2 (2,5-4 кгс/мм2); межа міцності при розтягуванні 12-13 мН/м2, при стисненні близько 50 мН/м2; відносне подовження при розриві 50-70%. Напаювання не підвищує механічних властивостей Свинцю, оскільки температура його рекристалізації лежить нижче кімнатній (близько -35 °С при ступені деформації 40% і вище). Свинець діамагнітний, його магнітна сприйнятливість -0,12•10-6, а при 7,18 К стає надпровідником. Хімічні властивості елементуКонфігурація зовнішніх електронних оболонок атома Pb 6s26р2, відповідно він проявляє ступені окислення +2 і +4. Свинець порівняно малоактивний. Металевий блиск свіжого розрізу свинцю поступово зникає на повітрі унаслідок утворення якнайтоншої плівки РbО, що оберігає його від подальшого окислення. В цю плівку входять PbO, Рb(OH)2. З киснем утворює ряд оксидів Рb2О, РbО, РbО2, Рb3О4 і Рb2О3. За відсутності О2 , вода при кімнатній температурі на свинець не діє, але він розкладає гарячий водяний пар з утворенням оксиду свинцю і водню. Відповідні оксидам РbО і РbО2 гідрооксиди Рb(ОН)2 і Рb(ОН)4 мають амфотерний характер. З'єднання свинцю з воднем РbН4 виходить в невеликих кількостях при дії розбавленої соляної кислоти на Mg2Pb. PbH4 - безбарвний газ, який дуже легко розкладається на Pb і Н2. При нагріванні свинець з'єднується з галогенами, утворюючи галогеніди РbХ2 (X - галоген). Всі вони малорозчинні у воді. Отримані також галогеніди РbХ4: тетрафторид PbF4 - безбарвні кристали і тетрахлорид РbСl4- жовта масляниста рідина. Обидва з'єднання легко розкладаються, виділяючи F2 або Cl2; гідролізуються водою. З азотом свинець не реагує. Азід свинцю Pb(N3)2 одержують взаємодією розчинів азиду натрію NaN3 і солей Рb(II); безбарвні голчаті кристали, важкорозчинні у воді; при ударі або нагріванні розкладається на Pb і N2 з вибухом. Сірка діє на свинець при нагріванні з утворенням сульфіду PbS - чорного аморфного порошку. Сульфід може бути отриманий також при пропусканні сірководню в розчини солей Pb(II); в природі зустрічається у вигляді свинцевого блиску - галеніту. У ряді напруг Pb знаходиться вище водню. Проте свинець не витісняє водень з розбавленої соляної і сірчаної кислот, унаслідок перенапруження Н2 на Pb, а також утворення на поверхні металу захисних плівок важкорозчинних хлориду РbCl2 і сульфату PbSO4. Концентровані H2SO4 і НCl при нагріванні діють на Pb, причому виходять розчинні комплексні з'єднання складу Pb(HSO4)2 і Н2[РbCl4]. Азотна, оцтова, а також деякі органічних кислоти (наприклад лимонна) розчиняють свинець з утворенням солей Рb(II). За розчинністю у воді солі діляться на розчинні (ацетат, нітрат і хлорат свинцю), малорозчинні (хлорид і фторид) і нерозчинні (сульфат, карбонат, хромат, фосфат, молібдат і сульфід). Солі Pb(IV) можуть бути отримані електролізом сильно підкислених H2SO4 розчинів солей Рb(II); найважливіші з солей Pb(IV) - сульфат Pb(SO4)2 і ацетат Рb(С2Н3О2)4. Солі Pb(IV) схильні приєднувати надмірні негативні іони з утворенням комплексних аніонів, наприклад, плюмбатів (РbО3)2- і (РbО4)4-, хлороплюмбатів (РbCl6)2-, гідроксоплюмбатів [Рb(ОН)6]2 - та інших. Концентровані розчини їдких лугів при нагріванні реагують з Pb з виділенням водню і гідроксоплюмбитів типу Х2[Рb(ОН)4]. Найважливіші сполуки З різних з'єднань свинцю найбільше токсикологічне значення мають арсенат хлорид і ряд інших солей цього металу. З розчинних солей найбільше практичне значення мають нітрат свинцю Рb(NО3)2 і ацетат свинцю Рb(СНзСОО)2. З нерозчинних солей - сульфат свинцю РbSО4, хромат свинцю PbCrO4 та карбонат свинцю PbCO3. Добування простої речовини та найважливіших сполук Добування Свинцю.Металевий свинець одержують окислювальним випаленням PbS з подальшим відновленням РbО до сирого Pb ("веркблея") і рафінуванням (очищенням) останнього. Окислювальне випалення концентрату ведеться в агломераційних стрічкових машинах безперервної дії. При випаленні PbS переважає реакція: 2PbS + ЗО2 = 2РbО + 2SO2 Крім того, виходить і небагато сульфату PbSO4, які переводять в силікат PbSiO3, для чого в шихту додають кварцовий пісок. Одночасно окислюються і сульфіди інших металів (Cu, Zn, Fe), присутні як домішки. В результаті випалення замість порошкоподібної суміші сульфідів одержують агломерат - пористу суцільну масу, що спеклася і складається переважно з оксидів РbО, CuO, ZnO, Fe2O3. Шматки агломерату змішують з коксом і вапняком, після чого цю суміш завантажують у ватержакетну пічку, в яку знизу через труби подають повітря під тиском. Кокс і оксид вуглецю (II) відновлюють РbО до Pb вже при невисоких температурах (до 500 °С). А при більш високих температурах йдуть реакції: СаСО3 = СаО + СО2 2РbSiO3 + 2СаО + С = 2Рb + 2CaSiO3+ CO2.Оксиди Zn і Fe частково переходять в ZnSiO3 і FeSiO3, які разом з CaSiO3 утворюють шлак, спливаючий на поверхню. Оксиди свинцю відновлюються до металу. Сирий свинець містить 92-98% Pb, інше - домішки Cu, Ag (іноді Au), Zn, Sn, As, Sb, Bi, Fe. Домішки Cu і Fe видаляють зейгерованням. Для видалення Sn, As, Sb через розплавлений метал продувають повітря. Виділення Ag (і Au) проводиться добавленням Zn, який утворює "цинкову піну", що складається із з'єднань Zn з Ag (і Au), більш легких, ніж Рb, і плавких при 600-700 °С. Надлишок Zn видаляють з розплавленого Рb пропусканням повітря, водяного пару або хлору. Для очищення від Bi до рідкого Рb додають Са або Mg, які дають важко плавкі з'єднання Ca3Bi2 і Mg3Bi2. Рафінований цими способами Свинець містить 99,8-99,9% Рb. Подальше очищення проводиться електролізом, внаслідок чого досягається чистота не менше 99,99%. Добування найважливіших сполук. При розчиненні свинцю в азотній і оцтовій кислотах утворюються розчинні солі двовалентного свинцю. Нерозчинні солі двовалентного свинцю одержують по обмінній реакції взаємодією відповідних солей в розчинах. З розчинних солей найбільше практичне значення мають нітрат свинцю Рb(NО3)2 і ацетат свинцю Рb(СНзСОО)2. З нерозчинних солей - сульфат свинцю РbSО4 і хромат свинцю PbCrO4. Нітрат свинцю виходить при розчиненні свинцю або оксиду свинцю у гарячій розбавленій азотній кислоті. Його застосовують як висхідний матеріал для отримання інших свинцевих з'єднань, в піротехніці - при виготовленні освітлювальних, запалювальних, сигнальних, трасуючих і димових складів (як окислювач). Розчиненням свинцю або оксиду свинцю в оцтовій кислоті одержують ацетат свинцю. Він добре розчинний у воді. Це з'єднання отруйне, але знаходить широке застосування в лабораторній практиці, оскільки є початковим продуктом для отримання різних з’єднань свинцю. Ацетат свинцю за солодкуватий смак відомий під назвою «свинцевий цукор». Його двовідсотковий водний розчин використовують в медицині для примочок запалених поверхонь тіла, оскільки він володіє терпкими і болезаспокійливими властивостями. Практично нерозчинні у воді сульфат і хром від свинцю одержують за реакцією обміну розчинів свинцевих солей з розчинами сульфатів і дихроматів. Сульфат свинцю в аналітичній хімії служить для кількісного виявлення свинцю. Осад у вигляді сульфату свинцю служить якісною реакцією на іон свинцю і на сульфат-іон. Хромат свинцю застосовується в якості жовтої мінеральної фарби і пігменту для масляних фарб і як окислювач органічних з'єднань, що важко окисляються, в препаратній хімії. З солей чотиривалентного свинцю найбільш характерний сульфат свинцю Рb(SO4)2. Сульфат свинцю може бути отриманий електролізом концентрованої сірчаної кислоти з свинцевим катодом. З'єднання нестійкі і легко гідролізуються, є дуже сильним окислювачем. На високих окислювальних властивостях сульфату свинцю в кислому середовищі і його переході в більш стійкий двовалентний стан заснована робота свинцевого акумулятора. ЗастосуванняНезначна міцність і висока пластичність металу перешкоджають застосуванню його для виготовлення хімічної апаратури цілком з свинцю. Лише свинець марки C2 (99,95% свинцю) використовують для виготовлення труб і прокатки. З труб виготовляють теплообмінники і устаткування для охолоджування або нагрівання в агресивних середовищах. Свинцевими листами обкладають внутрішні стіни апаратів. Пластичність свинцю допускає виготовлення його і в рулонах (рольний свииець). Рольний свинець також застосовується для захисту металевих стін реакторів. Для захисту апаратів застосовують і свинцювання - безпосереднє нанесення на поверхню металлу гомогенного шару свинцю. Для захисту від атмосферної корозії товщина покриття повинна складати 0,1-0,2 мм. Для захисту хімічної апаратури товщина захисного шару досягає 1-6 мм. Реакційні камери, електролітичні ванни, акумуляторні грати, промивні башти, деталі апаратів і апарати на каркасах з свинцю знаходять широке застосування. М'якість і пластичність свинцю, водостійкість, низькі теплопровідність і електропровідність - все це необхідно для виготовлення захисних оболонок електричних кабелів. Велика густина свинцю використовується при виготовленні куль для стрілецької зброї. Металеву оболонку кулі роблять із сталі, міді, мельхіору і т.п., а сердечник з свинцю або сплаву свинцю з сурмою. Корпус шрапнелі і картечі наповнюють шароподібними кулями або стрижнями. Шріт для мисливських рушниць відливають з свинцю з добавленням миш’яку (до 1%). В зв'язку з густиною свинцю його застосовують як баласт і противагу при заливці фундаментних плит. Свинець і його з'єднання затримують рентгенівське і γ-випромінювання. Тому свинець, а також свинцеве скло, що містить оксид свинцю, застосовують при виготовленні екранів, огорож, устаткування, облицьовування стін помешкань, для захисту від γ-випромінювання і рентгенівського випромінювання. Для зберігання і транспортування радіоактивних ізотопів застосовують свинцеві контейнери. В гуму фартухів і рукавичок рентгенологів як наповнювач вводять свинець. Свинець і його з'єднання застосовують при виготовленні кислотних або свинцевих акумуляторів, які використовуються як джерела постійного струму. Свинцевий акумулятор складається з, двох пластин, поміщених в розчин сірчаної кислоти. В зарядженому стані позитивна пластина складається з оксиду свинцю PbO2, а негативна - з металевого свинцю. При з'єднанні пластин провідником через нього піде електричний струм, тобто потік електронів. При цьому кожний атом свинцю в оксиді приєднує два електрони і переходить в сульфат свинцю, тобто атоми свинцю, що мають окислювальне число +4, переходять в атоми з окислювальним числом +2: Pb+4 + 2ē = Pb+2 Електрони з негативної пластини акумулятора переходять до позитивного полюса. При цьому атоми металевого свинцю втрачають електрони і переходять в сульфат свинцю: РЬ + Н2S04 " РЬSО4 + Н+ Отже, в розрядженому стані обидві пластини складаються з сульфату свинцю. При зарядці пластини сполучають з джерелом постійного струму і через акумулятор пропускають електричний струм. На позитивних пластинах (електродах) відбувається окислення свинцю до оксиду свинцю РЬО2: PbSO4 + Н2О " РbО2 + H2SO4Виготовлення акумуляторів досить складний процес. З свинцю, що містить деяку кількість сурми, яка підвищує міцність металу, відливають пластини. В них є велика кількість отворів, у які запресовують порошкоподібний свинець з деякими добавками. Після збірки акумулятор заливають розчином сірчаної кислоти і проводять формування, тобто первинну зарядку. Акумулятори випускають в сухозарядженому вигляді - із зарядженого акумулятора кислоту виливають і пластини висушують. В такому стані (без кислоти) акумулятор може зберігатися тривалий час. Для того, щоб акумулятор привести в дію, в нього потрібно налити розбавлену сірчану кислоту концентрації близько 24%. Свинець в розплавленому стані розчиняє більшість металів. Найбільше практичне значення набули сплави з оловом, сурмою, миш'яком і міддю. Свинцеві сплави, як і свинець, застосовують в хімічній промисловості для виготовлення апаратури і устаткування. Технічні сплави стійки до розбавлених сірчаної, сірчистої, хромової, фосфорної, плавикової кислот. Сірководень, оксид сірки SO2, оксид сірки SО3 як в сухому, так і у вологому стані не взаємодіють із сплавами свинцю. Висока корозійна стійкість спостерігається при взаємодії з хлором (до 100°С) і водними розчинами хлоридів. Незначна кількість міді (не менше 0,06%) підвищує корозійну стійкість свинцю. Такий сплав стійкий до дії концентрованої сірчаної кислоти при температурах кипіння. Зменшуючі тертя сплави на основі свинцю застосовують для заливки підшипників і виготовлення вкладишів підшипників ковзання і деталей, що труться. Для цих цілей служить бабіт, що містить 72% свинцю, 15% сурми, 10% олова і 3% міді. М'якість свинцю, як основної частини сплаву, забезпечує ідеальне прироблення вкладишу до шийки валу. Сплав свинцю з сурмою (4-12% сурми) - «твердий свинець», або гарт, - відрізняється підвищеною твердістю. Хороші ливарні властивості, антикорозійність і мала усадка цього сплаву знайшли застосування в оборонній промисловості і в друкарській справі для відливання штампів, шрифтів, стереотипів, рядків машинного набору. Легкоплавкі сплави знайшли застосування в сигналізаційних приладах для захисту від перегріву й пожежі. Припої на основі свинцю володіють, окрім високої текучості, електро- і теплопровідністю. Застосовують їх при паянні радіаторів, електро- і радіоапаратури. Селенід свинцю PbSe і телурид свинцю PbТе володіють напівпровідниковими властивостями. Ці з'єднання представляють значний практичний інтерес унаслідок високих термоелектричних властивостей, використовуються для виготовлення фотоелектричних приладів і термоелементів. На основі свинцю виготовляють багато які свинцеві сплави. Оксид свинцю РbО вводять в кришталь і оптичне скло для отримання матеріалів з великим показником заломлення. Сурик, хромат (жовтий крон) і основні карбонат свинцю (свинцеві білила) - обмежено вживані пігменти. Хромат свинцю - окислювач, використовується в аналітичній хімії. Азід і стифіат (тринитрорезорцінат) - ініціюючі вибухові речовини. Тетраетілсвінец - антидетонатор. Ацетат Свинцю служить індикатором для виявлення H2S. В якості ізотопних індикаторів використовуються 204Рb (стабільний) і 212Рb (радіоактивний). Висновок Свинець дуже цікавий та потрібний метал у нашому житті, відомий людству з давніх-давен. Завдяки його властивостям він та його сполуки застосовуються у різних галузях промисловості, науки, використовуються в побуті. Широка сфера його застосування обумовлена поширеністю в природі, доступністю добування та специфікою фізико-хімічних властивостей. План Загальна характеристика Історія відкриття Фізичні властивості елементу Хімічні властивості елементу Найважливіші сполуки Добування простої речовини та найважливіших сполук Застосування Висновок Список використаної літератури «Под знаком углерода» Л.Вишневский, «Просвещение» 1974 «Краткая Химическая Энциклопедия» Москва 1967 «Українська Радянська Енциклопедія» Київ 1964 «Основные законы химии» Р.Дикерсон, Г.Грей, Москва «Мир» 1982
1 2 3 4 5 Категория: Хімія \| Добавил: Aspirant (03.05.2013)
Просмотров: 1065 \| Рейтинг: 0.0/0

Всего комментариев: 0


Имя *:
Email *:

Код *: