Скачать (149 Кб)

Свинец

Б. И. Казаков
Химия и Жизнь №9, 1972 г., с. 35-40

МЕТАЛЛ ПЛАСТИЧНЫЙ И ДРЕВНИЙ

В художественной литературе часто приходится встречаться с эпитетом "свинцовый". Как правило, он означает тяжесть в прямом или переносном смысле; иногда же он указывает на угрюмый сине-серый цвет...

Свинец - один из немногих металлов, известных с глубокой древности. Металл легкоплавкий (температура плавления 327,4°С), малопрочный, мягкий (твердость по шкале Мооса всего 1,5) и очень пластичный. Самый пластичный из всех металлов. Чтобы получить на свинце какое-то изображение или надпись, нет нужды прибегать к чекану - достаточно простого тиснения. Отсюда - свинцовые печати старины и свинцовые пломбы. Полагают, что само слово "пломба" произошло от plumbum - латинского названия свинца. Мягкость и пластичность свинца используют и в наши дни. В таких, например, случаях.

Глубинное бурение не застраховано от поломок и аварий. Если на глубине нескольких сот метров в скважине останется сломанный бур, то как его извлечь обратно, как подцепить? Самое простое и надежное в таком случае средство - свинцовая болванка. Ее опускают в скважину, и она расплющивается от удара, наткнувшись на сломанный бур. Извлеченная на поверхность, она предъявит отпечаток, по которому можно точно представить, как же извлечь обломок.

Исключительная пластичность свинца не могла не сказаться на технологии изготовления многих свинцовых изделий. Свинец очень легко куется и прокатывается. Уже при давлении 2 т/см² свинцовая стружка спрессовывается в сплошную монолитную массу. Если же давление увеличить до 5 т/см², то твердый свинец переходит в текучее состояние. Свинцовую проволоку получают, продавливая через фильеру не расплав, а твердый свинец. А традиционным способом - волочением - сделать ее нельзя: слишком уж мала разрывная прочность свинца.

СВИНЕЦ И ХИМИЧЕСКАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

Свинец - важный материал для химической промышленности. Серная кислота (крепостью до 80%), даже нагретая, не разъедает свинец. Достаточно стоек он и к действию соляной кислоты. В то же время слабые органические кислоты - муравьиная и уксусная - разрушают свинец. Причины этого чисто химические: под действием серной и соляной кислот на поверхности свинца образуется труднорастворимая пленка сульфата или хлорида свинца, органические же кислоты образуют легко растворимые свинцовые соли, которые ни в коей мере не могут защитить поверхность металла.

Основное оборудование сернокислотной промышленности - камеры, промывные башни, желоба, трубы, холодильники, детали насосов - все это изготовлено из свинца или свинцом облицовано. Труднее аналогичным образом защитить от агрессивной среды движущиеся детали - крыльчатки вентиляторов, мешалки, вращающиеся барабаны. Эти детали должны обладать большим запасом прочности, чем у мягкого свинца. Выходят из положения, делая их из свинцово-сурьмянистого сплава гартблея. Используют также освинцованные детали (сделанные из стали, но покрытые свинцом из расплава). Чтобы получить равномерное свинцовое покрытие, их предварительно лудят - покрывают оловом, а уже на оловянный слой наносят свинец. Кислотная промышленность - не единственное производство, использующее антикоррозийную стойкость свинца. Нуждаются в нем и электрохимические производства. Электролитические ванны часто покрывают свинцом изнутри.

СВИНЕЦ В ПИГМЕНТАХ

Некоторые соединения свинца защищают металл от коррозии не в условиях агрессивных сред, а просто на воздухе. Они входят в состав лакокрасочных покрытий. Свинцовые белила - это затертая на олифе основная углекислая соль свинца, состав которой 2РbСО₃·Рb(ОН)₂. Хорошая кроющая способность, прочность и долговечность образуемой пленки, устойчивость к действию воздуха и света - вот те достоинства свинцовых белил, из-за которых их стоит производить и применять. Но и антидостоинств у них достаточно: высокая чувствительность к сероводороду и, главное, токсичность. Именно из-за нее свинцовые белила применяют сейчас только в художественных красках (при малых количествах невелик токсический эффект) и для наружной окраски судов.

В состав масляных красок входят и другие соединения свинца. Долгое время в качестве желтого пигмента использовали глет РbО, но с появлением на рынке свинцового крона РbСrO₄ он свое значение утратил. В качестве одного из лучших сиккативов (ускорителей высыхания масел) глет своего значения не потерял.

Самый популярный и массовый пигмент на свинцовой основе - сурик - Рb₃O₄. Этой замечательной краской ярко-красного цвета красят, в частности, подводные части кораблей.

Старинная византийская печать из свинца

СВИНЕЦ И ЭЛЕКТРИЧЕСТВО

Очень много свинца потребляет кабельная промышленность. Его используют для предохранения от коррозии телеграфных и электрических проводов при их подземной или подводной прокладке. Много свинца идет и на изготовление легкоплавких сплавов (с висмутом, оловом и кадмием) для электрических предохранителей. Иногда свинец выступает и в качестве производителя электричества. Аккумуляторная промышленность - один из самых емких потребителей свинца.

Первый свинцовый аккумулятор

Свинцовый аккумулятор изобретен еще в прошлом веке. За это время он претерпел много конструктивных изменений, но основа осталась той же: две свинцовые пластины, погруженные в сернокислый электролит. На пластины нанесена паста из окиси свинца. При зарядке аккумулятора на одной из пластин выделяется водород, восстанавливающий окись до металлического свинца, на другой же - кислород, переводящий окись в перекись. Вся конструкция превращается в гальванический элемент с электродами из свинца и перекиси свинца. В процессе разрядки перекись раскисляется, а металлический свинец превращается в окись. Эти реакции сопровождаются возникновением электрического тока, который будет течь по цепи до тех пор, пока электроды не станут одинаковыми - покрытыми окисью свинца...

Свинец был одним из: первых металлов, переведенных в состояние сверхпроводимости. Кстати, температура, ниже которой этот металл приобретает способность пропускать электрический ток без малейшего сопротивления, довольно высока: 7,17° абсолютной; шкалы. (Для сравнения укажем, что у олова она равна 3,72, у цинка - 0,82, у титана - 0,4°К.) Из свинца была, сделана обмотка первого 15-киловаттного сверхпроводящего трансформатора, который был построен в 1961 году.

На сверхпроводимости свинца основан и один из самых эффектных физических фокусов, впервые продемонстрированный в тридцатых годах советским физиком В. К. Аркадьевым: небольшой магнит, подобно сказочному гробу Магомета, висел без какой-либо опоры прямо в воздухе. Он висел над свинцовой пластинкой, помещенной в жидкий гелий. В этих условиях (температура 4,2°К) свинец приобретал сверхпроводимость и возникавшие в нем вихревые токи (токи Фуко) не затухали. Создавалось электромагнитное поле, а у магнитика над свинцовой пластинкой было, разумеется, свое поле, и встречные поля поддерживали его в равновесии.

СВИНЕЦ И ВОЙНА

Свинец - тяжелый металл. Его плотность 11,34. Именно это обстоятельство послужило причиной его массового использования в огнестрельном оружии. Между прочим, свинцовые метательные снаряды использовали еще в древности. Пращники армии Ганнибала метали в римлян свинцовые шары. И сейчас пули отливают из свинца, лишь оболочку их делают из других, более твердых металлов.

Любая добавка к свинцу увеличивает его твердость, но количественно влияние добавок неравноценно. Поэтому в свинец, идущий на изготовление шрапнели, добавляют сурьму (до 12%), а в свинцовый сплав для дроби вводят до 1% мышьяка.

Без инициирующих взрывчатых веществ невозможно было создание скорострельного оружия. Среди веществ этого класса преобладают соли тяжелых металлов. Используют, в частности, азид свинца PbN₆, превосходящий классическую гремучую ртуть. Если скорость распространения ее взрыва составляет около 4500 м/сек, то у азида свинца она достигает 5500 м/сек.

Ко всем взрывчатым веществам предъявляют очень жесткие требования с точки зрения безопасности обращения с ними, мощности, химической и физической стойкости, чувствительности. Практически всем предъявляемым требованиям удовлетворяет еще одно инициирующее взрывчатое вещество, в состав которого входит свинец. В литературе оно обычно фигурирует как ТНРС. ТНРС - это тринитрорезорцинат свинца.

А еще для военной техники, как, впрочем, и для техники в целом, очень важны антифрикционные подшипниковые сплавы (баббиты, свинцовые бронзы и другие), в состав которых входит элемент №82.

СВИНЕЦ И АТОМНАЯ ТЕХНИКА

На место первого атомного взрыва Энрико Ферми ехал в танке, оборудованном свинцовой защитой...

Чтобы понять, почему от гамма-излучения защищаются именно свинцом, нам необходимо обратиться к сущности поглощения коротковолнового излучения.

Как известно, гамма-лучи неизмеримо энергичнее лучей световых. Встречаясь с веществом, фотон или квант любого излучения теряет свою энергию, в этом-то и выражается его поглощение. Чем короче длина излучаемых волн, тем они энергичнее, или, как принято выражаться, жестче. Чем плотнее среда, через которую проходят лучи, тем сильнее она их задерживает.

Свинец - один из последних стабильных элементов таблицы Менделеева. И из тяжелых элементов - самый доступный, с отработанной веками технологией добычи, с известными рудами. И очень пластичный. И очень удобный в обработке. Вот почему свинцовая защита от излучения - самая распространенная. Пятнадцати-, двадцатисантиметрового слоя свинца достаточно, чтобы предохранить людей от действия излучения любого известного науке вида.

Чем жестче лучи, тем больше их проникающая способность,- аксиома, не требующая доказательств. Однако ученых, положившихся на эту аксиому, ожидал весьма любопытный сюрприз. Вдруг выяснилось, что гамма-лучи с энергией более одного миллиона электрон-вольт свинец задерживает лучше чем менее жесткие! Противоречие объяснилось после серии тончайших экспериментов. Выяснилось, что гамма-квант с энергией более 1,02 Мэв в непосредственной близости от ядра исчезает, превращаясь в пару электрон - позитрон, каждый из которых уносит с собой половину затраченной на их образование энергии. Позитрон недолговечен и, столкнувшись с электроном, исчезает, образуя гамма-квант, но уже меньшей энергии. Образование электронно-позитронных пар наблюдается только у гамма-квантов высоких энергий и только вблизи от массивного ядра, то есть в элементе с большим атомным номером. В том числе и в свинце.

Еще одна древняя свинцовая печать - псковских посадников

Здесь же - несколько слов о свинцовых часах. В тех случаях, когда время измеряют не часами и минутами, а миллионами лет, без свинца не обойтись. Радиоактивные превращения урана и тория завершаются образованием стабильных изотопов элемента № 82. (При этом, правда, получается разный свинец. Даже распад разных изотопов урана - ²³⁵U и ²³⁸U - приводит в конечном итоге к изотопам ²⁰⁷Рb и ²⁰⁶Рb, а самый распространенный изотоп тория ²³²Тh в конечном счете превращается в свинец-208.) Установив соотношение изотопов свинца в составе пород и минералов, можно узнать, сколько времени существует тот или иной минерал.

Свинцовая камера для работы с радиоактивными веществами

СВИНЕЦ И КУЛЬТУРА

Эти строки отпечатаны литерами, изготовленными из свинцового сплава. Основные компоненты типографских сплавов - свинец, олово и сурьма. В книгопечатании свинец используют уже много веков: немецкий первопечатник Иоганн Гутенберг литеры из олова отливал в свинцовые формы.

Однако служение свинца человеческой культуре началось задолго до появления первых книг. Живопись, как известно, появилась раньше письменности, и на протяжении многих столетий художники использовали краски на свинцовой основе: желтую - свинцовый крон, красную - сурик, белую - свинцовые белила. Между прочим, именно из- за свинцовых белил кажутся темными картины старых мастеров. Под действием микропримесей сероводорода в воздухе свинцовые белила превращаются в темный сернистый свинец РbS...

С давних пор стенки гончарных изделий покрывали глазурями. Простейшая глазурь делается из окиси свинца и кварцевого песка. Ныне санитарный надзор запрещает использовать эту глазурь при изготовлении предметов домашнего обихода: контакт пищевых продуктов с солями свинца должен быть исключен. Но в составах майоликовых глазурей, предназначенных для декоративных целей, сравнительно легкоплавкие соединения свинца используют, как и прежде.

Наконец, окись свинца - обязательный компонент хрусталя. Свинцовое стекло варится без каких-либо осложнений, оно легко выдувается и гранится, сравнительно просто нанести на него узоры - обычной нарезкой. Такое стекло хорошо преломляет световые лучи и потому находит применение в оптических приборах.

Добавляя в шихту окись свинца и поташ (вместо соды), приготовляют страз - стекло с блеском, большим, чем у драгоценных камней.

СВИНЕЦ И МЕДИЦИНА

Попадая в организм, свинец, как и большинство тяжелых металлов, вызывает отравления. И тем не менее свинец нужен медицине. Со времен древних греков остались во врачебной практике свинцовые примочки и пластыри, но этим не ограничивается медицинская служба свинца...

Желчь - одна из важных жидкостей организма. Содержащиеся в ней органические кислоты, прежде всего гликохолевая С₂₃Н₃₆(ОН)₃СONH-СН₂СООН и таурохолевая С₂₃Н₃₆(ОН)₃СОNН-CH₂CH₂SO₃H стимулируют деятельность печени. А поскольку не всегда и не у всех печень работает с точностью хорошо отлаженного механизма, эти кислоты в чистом виде нужны медицине. Выделяют их и разделяют с помощью уксуснокислого свинца. Свинцовая соль гликохолевой кислоты выпадает при этом в осадок, а таурохолевой - остается в растворе. Отфильтровав осадок, из раствора выделяют и второй препарат, действуя опять же свинцовым соединением - основной уксусной солью. Но главная работа свинца в медицине связана с рентгенотерапией, Он защищает врачей от постоянного рентгеновского облучения. Для практически полного поглощения лучей Рентгена достаточно на их пути поставить слой свинца в 2-3 мм. Вот почему медицинский персонал рентгеновских кабинетов облачен в фартуки, рукавицы и шлемы из резины, в состав которой введен свинец. А изображение на экране наблюдают через свинцовое стекло. Таковы главные аспекты взаимоотношений человечества со свинцом.

ЧТО ВЫ ЗНАЕТЕ И ЧЕГО НЕ ЗНАЕТЕ О СВИНЦЕ И ЕГО СОЕДИНЕНИЯХ

ЧУДЕСНЫЕ ГОРШКИ

Производство металлов, прежде всего золота, в древнем Египте считалось священным искусством. Завоеватели Египта истязали жрецов, выпытывая у них секреты выплавки золота, но те умирали, сохраняя тайну. Сущность процесса, секреты которого египтяне так оберегали, выяснили спустя много лет. Они обрабатывали золотую руду расплавленным свинцом, растворяющим благородные металлы, и таким образом доизвлекали золото из руд. Этот раствор подвергали окислительному обжигу, и свинец превращался в окись. Главной тайной этого процесса были горшки для обжига. Их делали из костяной золы. При плавке окись свинца впитывалась в стенки горшка, увлекая при этом случайные примеси. А на дне оставался чистый сплав золота и серебра.

ИЗ БЕЛОЙ КРАСКИ - КРАСНАЯ

Свинцовые белила умели готовить три тысячи лет назад. Основным поставщиком их в древнем мире был остров Родос в Средиземном море. Красок тогда не хватало, и стоили они чрезвычайно дорого. Прославленный греческий художник Никий однажды с нетерпением ожидал прибытия белил с Родоса. Драгоценный груз прибыл в афинский порт Пирей, но там неожиданно вспыхнул пожар. Пламя охватило корабли, на которых были привезены белила. Когда пожар погасили, расстроенный художник поднялся на палубу одного из пострадавших кораблей. Он надеялся, что не весь груз погиб, мог же уцелеть хотя бы один бочонок с нужной ему краской. Действительно, в трюме нашлись бочки с белилами: они не сгорели, но сильно обуглились. Когда бочки вскрыли, то удивлению художника не было границ: в них была не белая краска, а ярко-красная. Так пожар в порту подсказал путь изготовления замечательной краски - сурика.

"СВИНЦОВАЯ МЕЧЕТЬ"

В древности при строительстве зданий или оборонительных сооружений камни нередко скрепляли расплавленным свинцом. В поселке Старый Крым и сейчас сохранились руины "свинцовой мечети", сооруженной в XIV столетии. Такое название здание получило оттого, что зазоры в каменной кладке залиты свинцом.