Plumb: starea de oxidare, proprietăți chimice, formulă, aplicare

Plumb (Pb) - metal moale alb-argintiu sau gri 14 minute (IVa) din grupul tabelul periodic cu numărul atomic 82. Este foarte maleabil, ductil și materiale groase care conduce electricitatea slab. Formula electronică a plumbului - [Xe] 4f¹⁴

Prevalența în natură

Plumbul este adesea menționat în textele biblice timpurii. Babilonienii au folosit metalele pentru a face plăci de scris. Romanii au făcut din ea țevi de apă, monede și chiar ustensile de bucătărie. Rezultatul ultimului a fost otrăvirea populației cu plumb în epoca împăratului Augustus Cezar. Compusul, cunoscut sub numele de plumb alb, a fost folosit ca pigment ornamental încă din 200 î.en. e.

În ceea ce privește greutatea, conținutul de plumb în crusta terestră corespunde cu staniu. În spațiu timp de 10⁶ atomii de siliciu reprezintă 0,47 atomi de plumb. Acest lucru este comparabil cu conținutul de cesiu, praseodim, hafniu și tungsten, fiecare dintre ele fiind considerat un element destul de redus.

extracție

Deși nu există atât de multă plumb, procesele de concentrare naturală au dus la depozite importante de importanță comercială, în special în Statele Unite, Canada, Australia, Spania, Germania, Africa și America de Sud. Rare în plumb pură este prezent în mai multe minerale, dar ele sunt de importanță minoră cu excepția PbS sulfura (galena), care este sursa principală de producție industrială a elementului chimic din lume. Metalul este de asemenea conținut în anglesit (PbSO₄) și cerussite (PbCO₃). La începutul secolului XXI. Principalii producători mondiali de concentrat de plumb au fost țări precum China, Australia, SUA, Peru, Mexic și India.

Plumbul poate fi extras prin rumenirea minereului, urmat de topirea într-un cuptor sau prin topire directă. Impuritățile sunt eliminate în timpul curățării suplimentare. Aproape jumătate din plumbul purificat este recuperat din resturile reciclate.

Proprietăți chimice

Plumbul elementar poate fi oxidat la ionul de Pb²⁺ ioni de hidrogen, insolubilitatea majorității sărurilor sale face ca acest element chimic să fie rezistent la efectele multor acizi. Oxidarea într-un mediu alcalin are loc mai ușor și favorizează formarea compușilor solubili la starea de oxidare a plumbului +2. Oxid de PbO₂ cu ionul Pb⁴⁺ este una dintre cei mai puternici oxidanți într-o soluție acidă, dar este relativ slab într-o soluție alcalină. Oxidarea plumbului este facilitată de formarea de complexe. Electrodepunerea se efectuează cel mai bine din soluții apoase conținând hexafluorosilicat de plumb și acid hexafluorosilicat.

În aer, metalul se oxidează rapid, formând o acoperire cenușie gri, considerată anterior suboxid de Pb₂O. Acum se acceptă în general că este un amestec de oxid de Pb și PbO, care protejează metalul de coroziunea ulterioară. Deși plumbul se dizolvă în acid azotic diluat, acesta este expus doar în mod superficial la acizi clorhidrici sau sulfurici, deoarece clorurile insolubile rezultate (PbCl₂) sau sulfați (PbSO₄) împiedică continuarea reacției. Proprietățile chimice ale plumbului, cauzând stabilitatea generală, permit utilizarea metalului pentru fabricarea de materiale pentru acoperișuri, acoperiri de cabluri electrice plasate în sol sau în apă, și ca o căptușeală pentru conductele de apă și structuri care servesc pentru transportarea și prelucrarea substanțelor corozive.

Utilizarea plumbului

Este cunoscută doar o singură modificare cristalină a acestui element chimic cu o latură densă de metal. În starea liberă apare un grad de oxidare a plumbului la zero (ca orice altă substanță). Aplicarea pe scară largă a formei elementare a elementului se datorează plasticității sale, ușurinței sudării, punctului scăzut de topire, densității ridicate și abilității de a absorbi razele X și gamma. Concentratul plumb este un solvent excelent și vă permite să concentrați argintul și aurul liber. Utilizarea structurală a plumbului este limitată de rezistența redusă la tracțiune, de oboseală și de fluiditate, chiar și la sarcini mici.

Elementul își găsește aplicarea în fabricarea bateriilor, în muniție (împușcat și gloanțe) care constau din lipire, imprimare, purtând, aliaje ușoare și aliaje de staniu. În echipamentele grele și industriale, piese din compuși de plumb pot fi utilizate pentru a reduce zgomotul și vibrațiile. Deoarece metalul absoarbe efectiv radiațiile electromagnetice de scurtă durată, acesta este utilizat pentru a proteja reactoarele nucleare, acceleratoarele de particule, echipamentele cu raze X și containerele pentru transport și depozitare materiale radioactive. În oxid (PbO₂) și un aliaj cu un element de antimoniu sau de calciu este utilizat în bateriile reîncărcabile convenționale.

Acțiune pe corp

Elementul chimic de plumb și compușii săi sunt toxici și se acumulează în organism pentru o perioadă lungă de timp (acest fenomen este cunoscut sub numele de otrăvire cumulativă) până la atingerea unei doze letale. Toxicitatea crește odată cu creșterea solubilității compușilor. La copii, acumularea de plumb poate duce la tulburări cognitive. La adulți, provoacă afecțiuni renale progresive. Simptomele de otrăvire includ dureri abdominale și diaree, urmate de constipație, greață, vărsături, amețeli, dureri de cap și slăbiciune generală. Eliminarea contactului cu o sursă de plumb este de obicei suficientă pentru tratament. Eliminarea elementului chimic de la insecticide și vopsele pigmentare, precum și utilizarea aparatelor respiratorii și a altor dispozitive de protecție la locurile de expunere au redus semnificativ incidența otrăvirii cu plumb. Recunoașterea faptului că tetraetil de plumb Pb (C₂H₅)₄ sub forma unui aditiv anti-bate la benzină, poluează aerul și apa, a condus la încetarea utilizării sale în anii 1980.

Rolul biologic

Plumbul nu joacă nici un rol biologic în organism. Toxicitatea acestui element chimic se datorează capacității sale de a simula metale precum calciu, fier și zinc. Interacțiunea plumbului cu aceleași molecule de proteine ​​ca și aceste metale duce la terminarea funcționării lor normale.

Proprietăți nucleare

Elementul chimic al plumbului se formează atât ca rezultat al proceselor de absorbție a neutronilor, cât și în descompunerea radionuclizilor elementelor mai grele. Există 4 izotopi stabili. Prevalența relativă ²⁰⁴Pb este 1,48%, ²⁰⁶Pb - 23,6%, ²⁰⁷Pb - 22,6% și ²⁰⁸Pb - 52,3%. Nuclidele stabile sunt produsele finale ale dezintegrării naturale radioactive a uraniului (până la ²⁰⁶Pb), toriu (până la ²⁰⁸Pb) și actiniu (până la ²⁰⁷Pb). Mai mult de 30 de izotopi radioactivi ai plumbului sunt cunoscuți. Dintre acestea, procesele de dezintegrare naturale participă ²¹²Pb (serie toriu), ²¹⁴Pb și ²¹⁰Pb (serie de uraniu) și ²¹¹Pb (serie de actini). Greutatea atomică a plumbului natural variază de la sursă la sursă, în funcție de originea sa.

monoxidului

În compuși, gradul de oxidare a plumbului este în esență egal cu +2 și +4. Dintre cele mai importante dintre acestea sunt oxizii. Acesta este PbO, în care elementul chimic este în stare +2, dioxidul de PbO₂, în care cel mai înalt grad de oxidare a plumbului (+4) și a tetraoxidului, Pb₃O₄.

Monoxidul există în două modificări - lipire și adeziv. Litarg (oxid de alfa-plumb) este un solid roșu sau roșiatic galben, cu o structură cristalografică tetragonală, a cărei formă stabilă există la temperaturi sub 488 ° C. Glet (plumb-monoxid de plumb) este un solid galben și are o structură de cristal ortorombic. Forma sa stabilă există la temperaturi mai mari de 488 ° C.

Ambele forme sunt insolubile în apă, dar se dizolvă în acizi pentru a forma săruri care conțin ioni de Pb²⁺ sau în alcalii cu formarea de plumbiți care au PbO₂^2--ion. Litarg, care este format din reacția plumbului cu oxigenul în aer, este cel mai important compus comercial al acestui element chimic. Substanța este utilizată în cantități mari în mod direct și ca materie primă pentru prepararea altor compuși de plumb.

O cantitate semnificativă de PbO este consumată în fabricarea plăcilor de baterii cu plumb-acid. Sticla de înaltă calitate (cristal) conține până la 30% din litarga. Acest lucru crește indicele de refracție al sticlei și îl face strălucitor, durabil și sonor. Litarg servește și ca deshidratant în lacuri și se folosește la producerea de sodiu cu plumb, care este utilizat pentru a elimina tioli (compuși organici care conțin sulf), care mirosesc neplăcut benzina.

bioxid

În natura PbO₂ există ca un mineral negru brun de platnerit, care este produs comercial din tetraoxid triadal prin oxidare cu clor. Se descompune la încălzire și dă oxigen și oxizi cu un grad de oxidare mai scăzut de plumb. PbO₂ Se utilizează ca oxidant în producția de coloranți, substanțe chimice, pirotehnice și alcooli și ca întăritor pentru cauciucurile polisulfidice.

Pb tetrahidrat₃O₄ (cunoscut ca plumb de marmură sau minium) sunt obținute prin oxidarea suplimentară a PbO. Este un pigment de culoare portocaliu-roșu până la cărămidă, care face parte din vopselele rezistente la coroziune folosite pentru protejarea mediului înconjurător de fier și oțel. De asemenea, reacționează cu oxidul de fier pentru a forma ferită, utilizată la fabricarea magneților permanenți.

acetat

De asemenea, un compus plumb semnificativ din punct de vedere economic al stării de oxidare +2 este acetat Pb (C₂H₃O₂)₂. Aceasta este o sare solubilă în apă obținută prin dizolvarea glazurii în acid acetic concentrat. Forma generală, trihidrat, Pb (C.₂H₃O₂)₂ middot- 3H₂O, denumit zahăr plumb, este folosit ca un fixant pentru colorarea țesăturilor și ca un desicant în unele vopsele. În plus, este utilizat în producția de alți compuși de plumb și în instalațiile pentru cianurarea aurului, unde servește ca PbS pentru precipitarea sulfurilor solubile din soluție.

Alte săruri

Bazele de carbonat, sulfat și silicat de plumb au fost folosite pe scară largă ca pigmenți pentru vopselele exterioare de culoare albă. Cu toate acestea, de la mijlocul secolului al XX-lea. utilizarea așa-numitei. alți pigmenți de plumb au fost reduse în mod semnificativ din cauza preocupărilor legate de toxicitatea acestora și de pericolul asociat sănătății umane. Din același motiv, utilizarea arsenatului de plumb în insecticide a încetat practic.

În plus față de stările de oxidare de bază (+4 și +2), plumbul poate avea grade negative -4, -2, -1 în fazele Zintl (de exemplu, BaPb, Na₈Ba₈Pb₆) și +1 și +3 - în compuși organici cu plumb, cum ar fi hexametildiplumbanul Pb₂(CH₃)₆.