Олово: състояние на окисляване, химични свойства, формула, приложение

Олово (Pb) - мека сребристо-бял или сивкав метал 14 минути (IVa) на периодичната таблица група с атомен номер 82. Това е много гъвкава, податлив и дебел материал, който провежда електричество слабо. Електронната формула на оловото - [Xe] 4f¹⁴

Разпространение в природата

Оловото често се споменава в ранните библейски текстове. Вавилонците използвали метал, за да направят плочи за писане. Римляните са направили от него водопроводи, монети и дори кухненски принадлежности. Резултатът от последното беше отравянето на населението с олово в епохата на император Август Цезар. Съединението, известно като бяло олово, се използвало като декоративен пигмент още през 200 г. пр. Хр. д.

По отношение на теглото съдържанието на олово в земната кора съответства на калай. В космоса за 10⁶ силициевите атоми представляват 0,47 оловни атоми. Това е сравнимо със съдържанието на цезий, празеодим, хафний и волфрам, всеки от които се счита за доста оскъден елемент.

екстракция

Въпреки че няма толкова много олово, процесите на естествена концентрация са довели до значителни депозити с търговска значимост, особено в САЩ, Канада, Австралия, Испания, Германия, Африка и Южна Америка. Редки в чисто олово е наличен в няколко минерали, но те са от голямо значение с изключение на сулфид PBS (галенит), който е основен източник на промишленото производство на химичния елемент в света. Металът се съдържа и в англезит (PbSO₄) и церусит (PbCO₃). До началото на XXI век. Водещи световни производители на оловен концентрат бяха държави като Китай, Австралия, САЩ, Перу, Мексико и Индия.

Оловото може да бъде извлечено чрез печене на руда, последвано от топене в доменна пещ или директно топене. Нечистотиите се отстраняват при допълнително почистване. Почти половината от пречистеното олово се възстановява от рециклиран скрап.

Химични свойства

Елементарното олово може да се окисли до Pb йон²⁺ йони на водорода, но неразтворимостта на повечето от неговите соли прави този химичен елемент устойчив на въздействието на много киселини. Окислението в алкална среда става по-лесно и благоприятства образуването на разтворими съединения при окислително състояние на олово +2. PbO оксид₂ с йон Pb⁴⁺ е един от най-мощните оксиданти в кисел разтвор, но е сравнително слаб в алкален разтвор. Окислението на оловото се улеснява от образуването на комплекси. Електроизхвърлянето се провежда най-добре от водни разтвори, съдържащи оловен хексафлуоросиликат и хексафлуоросиликатна киселина.

Във въздуха металът бързо се окислява, образувайки мрачно сиво покритие, което преди това се счита за субоксид на Pb₂О. Сега е общоприето, че това е смес от Pb и PbO оксид, който предпазва метала от по-нататъшна корозия. Въпреки че оловото се разтваря в разредена азотна киселина, тя е само повърхностно изложена на солна или сярна киселина, тъй като получените неразтворими хлориди (PbCl₂) или сулфати (PbSO₄) предотвратяват продължаването на реакцията. Химичните свойства на олово, причиняващи цялостната стабилност, позволяват използването на метал за производството на покривни материали, покрития на електрически кабели, поставени в земята или под вода, и като подложка за водни тръби и структури, служещи за транспортиране и преработка на корозивни вещества.

Използването на олово

Само една кристална модификация на този химически елемент с гъсто напълнена метална решетка е известна. В свободното състояние се появява нулева степен на окисляване на оловото (подобно на всяко друго вещество). Широкото приложение на елементарната форма на елемента се дължи на неговата пластичност, лекота на заваряване, ниска точка на топене, висока плътност и способност за абсорбиране на гама и рентгенови лъчи. Разтопеното олово е отличен разтворител и ви позволява да концентрирате свободно сребро и злато. Структурното използване на олово е ограничено от ниската си якост на опън, умора и течливост дори при ниски товари.

Елементът намира приложение при производството на батерии, в боеприпаси (снимки и куршуми), в състава на спояващи, типографски, лагерни, леки сплави и сплави с калай. В тежкото и индустриално оборудване части от оловни съединения могат да се използват за намаляване на шума и вибрациите. Тъй като металът ефективно абсорбира късовълновата електромагнитна радиация, той се използва за защита на ядрените реактори, ускорителите на частици, рентгеновото оборудване и контейнерите за транспортиране и съхранение радиоактивни материали. В оксида (PbO₂) и сплав с антимон или калциев елемент се използва в конвенционални акумулаторни батерии.

Действие върху тялото

Химическият елемент води и неговите съединения са токсични и се натрупват в организма за дълъг период от време (това явление е известно като кумулативно отравяне) до достигане на летална доза. Токсичността се увеличава с увеличаване на разтворимостта на съединенията. При децата натрупването на олово може да доведе до когнитивни разстройства. При възрастните причинява прогресивно бъбречно заболяване. Симптомите на отравяне включват коремна болка и диария, последвани от запек, гадене, повръщане, замаяност, главоболие и обща слабост. Елиминирането на контакт с оловен източник обикновено е достатъчно за лечение. Елиминирането на химическия елемент от инсектициди и пигментни бои, както и употребата на респиратори и други защитни устройства в местата на експозиция, значително намалиха честотата на оловно отравяне. Признанието, че тетраетил олово Pb (C₂Н₅)₄ под формата на антидетонална добавка към бензина, замърсява въздуха и водата, доведе до прекратяване на употребата му през 80-те години на миналия век.

Биологична роля

Оловото не играе никаква биологична роля в организма. Токсичността на този химичен елемент се дължи на способността му да симулира метали като калций, желязо и цинк. Взаимодействието на олово със същите протеинови молекули като тези метали води до прекратяване на нормалното им функциониране.

Ядрени свойства

Химическият елемент на оловото се образува както в резултат на процесите на неутронна абсорбция, така и при разпадането на радионуклиди от тежки елементи. Съществуват 4 стабилни изотопа. Относително разпространение ²⁰⁴Pb е 1.48%, ²⁰⁶Pb - 23,6%, ²⁰⁷Pb - 22,6% и ²⁰⁸Pb - 52,3%. Стабилните нуклиди са крайните продукти на естественото радиоактивно разграждане на урана (до ²⁰⁶Pb), торий (до ²⁰⁸Pb) и актиний (до ²⁰⁷Pb). Известни са повече от 30 радиоактивни изотопа на олово. От тях участват процесите на естествено разпадане ²¹²Pb (серия торий), ²¹⁴Pb и ²¹⁰Pb (уранови серии) и ²¹¹Pb (аценинова серия). Атомното тегло на естественото олово варира от източника до източника, в зависимост от неговия произход.

монооксид

При съединенията степента на окисляване на оловото е основно равна на +2 и +4. Сред най-важните от тях са оксидите. Това е PbO, в който химическият елемент е в състояние +2, PbO dioxide₂, в които най-висока степен на окисление на олово (+4) и тетраоксид, Pb₃О₄.

Моноксидът съществува в две модификации - лигарда и лепило. Litarg (алфа оловен оксид) е червено или червеникаво-жълто твърдо вещество с тетрагонална кристална структура, чиято стабилна форма съществува при температури под 488 ° С. Glet (бета-моноксидно олово) е жълто твърдо вещество и има ортофомбична кристална структура. Неговата стабилна форма съществува при температури над 488 ° С.

И двете форми са неразтворими във вода, но се разтварят в киселини, за да образуват соли, съдържащи Pb йон²⁺ или в алкали с образуването на plumbites, които имат PbO₂^2--йон. Litarg, който се образува чрез реакцията на оловото с кислород във въздуха, е най-важното търговско съединение на този химичен елемент. Веществото се използва в големи количества директно и като изходен материал за приготвянето на други оловни съединения.

Значително количество PbO се консумира в производството на плочи от оловно-кисели батерии. Висококачественото стъкло (кристал) съдържа до 30% от литърга. Това увеличава индекса на пречупване на стъклото и го прави блестящ, издръжлив и звуков. Litarg служи и като десикант в лаковете и се използва при производството на натриев олово, който се използва за отстраняване на неприятно мирисщи тиоли (органични съединения, съдържащи сяра) от бензин.

двуокис

В природата на PbO₂ съществува като кафяво-черен минерал на планерите, който се произвежда от триадален тетраоксид чрез окисление с хлор. Разлага се при нагряване и дава кислород и оксиди с по-ниска степен на окисление на олово. PbO₂ Използва се като окислител при производството на бои, химикали, пиротехники и алкохоли и като втвърдител за полиусулфидни гуми.

Pb тетраксид₃О₄ (известен като оловен мрамор или мини) се получават чрез допълнително окисление на PbO. Това е пигмент от оранжево-червен до тухлено-червен цвят, който е част от антикорозионни бои, използвани за защита на околната среда от желязо и стомана. Той също така реагира с железен оксид, за да образува ферит, използван при производството на постоянни магнити.

ацетат

Също така икономично значимо оловно съединение с окислително състояние +2 е ацетат Pb (С₂Н₃О₂)₂. Това е водоразтворима сол, получена чрез разтваряне на глазурата в концентрирана оцетна киселина. Обща форма, трихидрат, Pb (С₂Н₃О₂)₂ middot- 3H₂О, наречена оловна захар, се използва като фиксатор за оцветяване на тъкани и като десикант в някои бои. Освен това се използва в производството на други оловни съединения и в съоръжения за злато цианидиране, където служи като PbS за утаяване на разтворими сулфиди от разтвора.

Други соли

Основният карбонат, сулфат и оловен силикат се използват широко като пигменти за бели външни бои. От средата на двадесети век обаче. използването на т.нар. бели оловни пигменти са значително намалени поради опасения за тяхната токсичност и свързаната с тях опасност за човешкото здраве. По същата причина използването на оловен арсенат в инсектицидите практически е преустановено.

В допълнение към основните окислителни състояния (+4 и +2) оловото може да има отрицателни градуси -4, -2, -1 във фазите на Zintl (например, BaPb, Na₈Ба₈Pb₆) и +1 и +3 - в оловните органични съединения, като хексаметилдипломбан Pb₂(СН₃)₆.