Свинец

Изотопы

Основная статья: Изотопы свинца

Весь свинец в основном является смесью изотопов 204Pb, 206Pb, 207Pb, 208Pb. Эти изотопы не радиоактивны, то есть стабильны. Свинец — последний элемент в периодической таблице, у которого существуют стабильные изотопы, элементы после свинца стабильных изотопов не имеют (хотя висмут-209 на практике можно считать стабильным, т.к. его период полураспада примерно в миллиард раз больше возраста Вселенной). Изотопы 206Pb, 207Pb, 208Pb являются радиогенными и образуются в результате радиоактивного распада соответственно 238U, 235U и 232Th. Изотоп 208 82Pb126 является одним из пяти существующих в природе дважды магических ядер. Схемы радиоактивного распада имеют вид:

238U → 206Pb + 84He;

235U → 207Pb + 74He;

232Th → 208Pb + 64He.

Уравнения распада имеют вид соответственно:

206Pb =238 U (eλ8t − 1 ),

207Pb =235 U (eλ5t − 1 ),

208Pb =232 Th(eλ2t − 1 ),

где 238U, 235U, 232Th — современные концентрации изотопов;  λ₈ = 1,55125 ⋅ 10−10 год−1,  λ₅ = 9,8485 ⋅ 10−10  год−1,  λ₂ = 4,9475 ⋅ 10−11 год−1 — постоянные распада атомов соответственно урана 238U, урана 235U и тория 232Th.

Кроме этих изотопов, известны и нестабильные изотопы 194Pb — 203Pb, 205Pb, 209Pb — 214Pb. Из них наиболее долгоживущие — 202Pb и 205Pb (с периодами полураспада 52,5 тысяч и 15,3 млн лет). Короткоживущие изотопы свинца 210Pb (радий D), 211Pb (актиний B), 212Pb (торий B) и 214Pb (радий B) имеют периоды полураспада соответственно 22,2 года, 36,1 мин, 10,64 ч и 26,8 мин (в скобках приведены редко используемые исторические названия этих изотопов); эти четыре радиоактивных изотопа входят в состав радиоактивных рядов урана и тория и, следовательно, также встречаются в природе, хотя и в крайне малых количествах.

Количество ядер изотопа 204Pb (нерадиогенного и нерадиоактивного) является стабильным, в минералах свинца концентрация 204Pb во многом зависит от концентрации радиогенных изотопов, образованных как в процессе распада радиоактивных ядер, так и в процессах вторичного преобразования свинецсодержащих минералов. Поскольку число радиогенных ядер, образовавшихся в результате радиоактивного распада, зависит от времени, то и абсолютные, и относительные концентрации зависят от времени образования минерала. Этим свойством пользуются при определении возраста горных пород и минералов.

Предостережение

Главный недостаток металла – токсичность. Это также опасный канцероген.

В XIX веке в зоне риска находились модницы: металл был основным компонентом белил для лица.

Сегодня отравиться еще легче:

• Добывая руду.
• Работая на металлургическом комбинате.
• Вдыхая автомобильные выхлопы.

Свинцовые пары и пыль особо опасны: проникают в организм через носоглотку. Из легких свинец переходит в кровь, с ней разносится по телу. Аккумулируется в костях, печени, почках, сбивает синтез гемоглобина в крови.

Признаки свинцового отравления:

• Усталость, быстрая утомляемость.
• Мигрень, головные боли.
• Расстройство ЖКТ.
• Нарушение сна.

Они характерны и для анемии. Опознать свинцовое отравление помогают дополнительные симптомы: судороги, боль в костях, животе, тошнота, рвота. В тяжелых случаях добавляется скачок давления.

Для человека токсичная доза свинца – 1-3 г, смертельная – 10 г

Свинцовое отравление важно сразу распознать, чтобы начать очищение организма. Иначе процесс чреват склерозом сосудов, патологиями костной и нервной систем, почек, печени

У детей может проявиться умственная отсталость.

Выводится металл долго, трудно. Люди, постоянно работающие с ним, нередко наживают профессиональные заболевания.

Отравление соединениями свинца называется сатурнизмом.

Самые необычные металлы

К категории необычные металлы стоило бы отнести тантал. Это дорогой и редкий металл. За 1 килограмм тантала, в зависимости от его чистоты, можно получить от 500 до 4500 долларов

Именно из-за сложностей в получении чистого такого металла в чистом виде он был назван в честь героя греческих мифов, который постоянно пытался достать хотя бы небольшое количество пищи и воды.
Говоря про самые интересные металлы, важно отметить и индий. Если бы драгоценные металлы были личностями, то индий ассоциировался бы с плаксивым ребенком

Этот металл достаточно мягкий и внутри имеет тон индиго внутри. Также он издает специфические звуки в момент сгибания.
Титан – это удивительный и мистический металл, который назвали в честь царицы фей. Он легкий, подобно воздушные крылья феи. Возможно из-за данной специфической особенности титана и зародилось его название.

Галлий – металл, который плавится в руках

Существование жидких металлов и их способность принимать жидкообразное состояние при высоких температурах – это занимательный мир общепризнанных фактов. Но достаточно необычным явлением считается твёрдый металл, который тает в руках как мороженое. Это касается галлия.

Этот метал способен расплавиться уже при комнатной температуре и для обычного практического использования он считается непригодным.

Он полностью растворяется на глазах человека, если разместить любое изделие из галлия в стакане с горячей водой.

Еще данный тип металла может придать алюминию необычайной хрупкости. Для этого стоит поместить небольшую каплю галлия на железо.

Нитинол – металл, обладающий памятью

Нитинол – это необычный сплав никеля и титана. Он имеет невероятную способность, которая заключается в «запоминании» присущей ему изначальной формы и в восстановлении ее после деформирования. Для этого потребуется лишь немного тепла.

Достаточно лишь нескольких капель тёплой воды, чтобы данный сплав принял исходное состояние даже после достаточно сильного искажения первоначальной формы.

На сегодняшний день разработано много способов для практического применения такого материала в технике. Успешно применяется этот металл в медицине, в особенности, при лечении пациентов с заболеваниями и травмами, связанными с опорно-двигательной системой.

Ртуть – жидкий металл

После того как впервые открыли ртуть, она начала называться «argentum vivum», что переводится как «живое серебро». Такое специфическое название характеризует этот металл. Ртуть представляет из себя жидкость, которая растекается быстрее, чем вода, но при этом она достаточно тяжелая. Так, к примеру, наполненное ртутью ведро может иметь вес 130 кг.

Ртуть считается редким видом металлов, и чаще всего его находят в горной породе, которая была образована при извержении. Ртуть добывается и из руды при ее нагревании.

Известный путешественник Марко Поло, когда ему пришлось описывать жизнь йогов, упоминал о необыкновенном напитке, который готовился из ртути и серы. По словам людей, занимающихся йогой, они пьют такой напиток с детских лет и тем самым существенно продлевают собственную жизнь. 

Упоминания о данном металле есть и в индийском эпосе. Там речь касается виманов – особенных летательных аппаратов, которые использовались богами, принцами или демонами. Топливо для таких аппаратов создавалась из рисового настоя, мёда, «сома» и ртути.

Калифорний 252 – самый дорогой металл

Калифорний впервые искусственно получили в 1950 в Калифорнийском университете в Беркли. Его извлекли из продукции длительного облучения плутония нейтронами в ядерном реакторе.

Ввиду крайне непростого способа получения на сегодня этот металл считают самым дорогим. Его стоимость доходит до 27 млн долларов за один грамм.

Запас калифорния на планете Земля составляет всего несколько грамм, потому что производят данный металл только на 2 реакторах – в США и России по 20-40 микрограммов в год.

Интересные факты о металлах

1. Швейцарской компанией Valcambi выпускаются слитки золота, серебра, платины и палладия в форме шоколадных плиток. Такие «шоколадки» можно с легкостью переломать на отдельные ломтики, после чего их с весом в 1 грамм дарят близким или расплачиваются ними при осуществлении покупок.
2. Каждые 45 минут людям удается извлечь из земных недр столько железа, сколько им приходилось добыть золота за весь период собственного существования.
3. Многие металлы из линейки химических элементов приобрели собственное название в честь государств или других географических объектов. Сразу 4 элемента, такие как: иттербий, иттрий, тербий и эрбий — были названы в честь шведской деревни Иттербю, возле которой и были обнаружили месторождения таких редкоземельных металлов.
4. Наполеон III издал указ об изготовлении алюминиевых столовых приборов, которые подавали на торжественные обеды императору и его почётным гостям. Другие гости при этом кушали приборами из традиционного драгоценного металла — золота и серебра.
5. Атмосфера Земли содержит в себе кислород, который может окислять металл. Тонкий слой окисления покрывает весь кусок металла, создав таким образом защитную пленку. Если же взять 2 металлических куска в космическом вакууме и приложить их друг к другу, то они склеятся. Это произойдет из-за отсутствия окисленной поверхности, действующей в качестве барьера.
6. В 1828 году в России выпускались монеты из платины с достоинством 3, 6 и 12 рублей. На то время платина стоила в два раза дешевле серебра и называлась “серебришком”.
7. Самородное серебро встречается гораздо реже, нежели самородное золото, но общее количество золота на Земле меньшее, чем серебра.
8. Французский актер Мишель Лотито вошел в историю как человек, который поглощал в пищу вещи, которые вовсе для этого не пригодны. На собственных выступлениях он съел в общей сложности примерно 9 тонн разных видов металла и их сплавов.
9. Всего за все существование человечества из земли было извлечено 161 тыс тонн золота. Если перевести это на стоимость, то данный показатель составляет $9 трлн.
10. В древности в процессе переплавки серебра плавильщики из Норвегии часто получали отравления. Они объяснили это кознями злого духа, которого называли Кобольд. В действительности же виной всему оказались ядовитые оксиды мышьяка, что выделялись при обжигании кобальтовых минералов.
11. Шахтеров из Германии в древности одолевал дух с именем Никель, который становился для них помехой при излечении меди из руды. Позднее, в XVIII веке, научились из такой руды выделять металл. Его и назвали в честь мифического духа – никель.
12. В чистом виде золото без примесей является настолько мягким, что его можно поцарапать ногтем. Именно поэтому при создании ювелирных изделий золото всегда сплавляется с медью или серебром.
13. В Японии исследователями добывается золото нетрадиционным способом: металл извлекается из пепла. Ученые попросту сжигают канализационные отходы предприятий промышленности, которые в производстве используются золотом и соединениями драгоценных металлов.

Источники и вред здоровью от свинца

Выхлопные газы

Известно, что основным источником проникновения свинца в атмосферный воздух является автомобильный транспорт. Именно он виноват в том, что свинец вредит экологии. Ежегодно с выхлопными газами в окружающую среду попадает около 4000 тонн этого металла, и треть от этого количества проникает в воду. Нормальное, то есть безопасное, поступления свинца с пищей и водой составляет не более 170 мкг ежедневно, а в атмосферном воздухе его содержание не должно превышать 1 мкг, то есть одну миллионную долю грамма на кубический метр воздуха. При соблюдении этих норм количество металла в крови человека не должно превышать 9,6 мкг/дл, что является фоновым значением и не приводит к явлениям интоксикации. Но каково токсическое воздействие свинца на организм, какие соединения вызывают отравление?

Всё дело в том, что опасность прямо пропорциональна растворимости соединений свинца в жидкостях организма: можно вспомнить историю со свинцовым сахаром. Он вызывал приступы свинцовой колики, поскольку очень хорошо растворим в кислой среде. Именно желудочный сок является таким растворителем многих соединений. Поэтому острое отравление чаще всего происходит алиментарным путём, то есть он поступает в желудочно-кишечный тракт.

К таким соединениям, кроме уже известного ацетата, относится нитрат, хлорид, карбонат, хромат и много других соединений, именно они вызывают симптомы отравления свинцом. Опасность такова, что металл относят к первому классу опасности. Кроме свинцовых солей, очень вредными являются работы, связанная с выплавкой этого металла. Симптомы отравления парами свинца, его оксидом и пылью чаще всего встречаются при производстве красок, в кабельной промышленности, и в оружейном деле.

На фото: Оксиды и сульфид свинца. С левого нижнего угла по часовой стрелке: желтый оксид свинца (массикот, β-PbO); оранжевый сурик (ортоплюмбат свинца PbII2PbOIV4, чаще эту формулу записывают как Pb3O4); оксид свинца (IV), иногда ошибочно называемый “перекисью” свинца (получен как остаток от растворения сурика в уксусной кислоте в отсутствие окислителей); мелкокристаллический сульфид свинца, полученный гомогенным осаждением тиомочевиной из кипящего щелочного раствора гидроксоплюмбита натрия (блестящие частицы – кусочки “сульфидного зеркала”, осевшего на стенках реакционного сосуда); оксид свинца (II), выпавший и недорастворившийся при реакции уксуснокислого свинца с NaOH (в основном желтые пластинчатый кристаллы с небольшой примесью красных, более мелких и плотных, частиц).

Металлический свинец и его неорганические соединения чаще всего вдыхаются легкими, поскольку поступают в виде пыли или аэрозоля. А в желудочно-кишечный тракт и непосредственно через кожу проникают его растворимые соли. Отравление солями свинца приводит к тяжелой клинической картине.

Поступив в кровь человека, свинец связывается с белками, и циркулирует в крови в таком виде – альбуминат свинца. Неорганические соединения, проникшие в организм через респираторный тракт, также оседают в альвеолах, а затем попадают в малый круг кровообращения. Воздействие свинца на организм человека приводит к тому, что почти весь свинец поглощается кровью, и вызывает нарушение работы эритроцитов, или красных кровяных телец. Такие эритроциты плохо транспортируют гемоглобин, он хуже вырабатывается, и плохо связывается с кислородом в легких. В результате длительной интоксикации металл, в конце концов, оседает в костях, и постепенно там накапливается.

Вред свинца для организма человека гораздо более выражен у детей. У них риск отравления гораздо сильнее, поскольку скорость всасывания этого металла и его соединений у детей гораздо выше, чем у взрослых в связи с более быстрым обменом веществ растущего организма, причем чаще страдают дети в возрасте до 6 лет.

Видео – влияние свинца на организм человека:

Каковы симптомы отравления свинцом?

Исторические сведения

Свинец используется многие тысячелетия, поскольку он широко распространён, легко добывается и обрабатывается. Он очень ковкий и легко плавится. Выплавка свинца была первым из известных человеку металлургических процессов. Бусины из свинца, датируемые 6400 г. до н. э., были найдены в культуре Чатал-Хююк. Самым древним предметом, сделанным из свинца, часто считается статуэтка стоящей женщины в длинной юбке времён первой династии Египта, датируемая 3100—2900 гг. до н. э., хранящаяся в Британском музее (инвентарный номер EA 32138). Она была найдена в храме Осириса в Абидосе и привезена из Египта в 1899 году. В Древнем Египте использовались медальоны из свинца. В раннем бронзовом веке свинец использовался наряду с сурьмой и мышьяком. Указание на свинец как на определённый металл имеется в Ветхом Завете.

Свинцовые трубы древнеримского водопровода с надписями

Самым крупным производителем свинца доиндустриальной эпохи был Древний Рим, с годовым производством 80 000 тонн. Добыча римлянами свинца происходила в Центральной Европе, римской Британии, на Балканах, в Греции, Малой Азии и Испании. Римляне широко применяли свинец в производстве труб для водопроводов, свинцовые трубы часто имели надписи римских императоров. Правда, ещё Плиний и Витрувий считали, что это нехорошо для общественного здоровья.

Папская булла 1637 года со свинцовой печатью

После падения Римской империи в V в. н. э. использование свинца в Европе упало и оставалось на низком уровне около 600 лет. Затем свинец начали добывать в восточной Германии. Свинцовый сахар ещё с римских времён добавляли в вино для улучшения его вкусовых качеств, это стало широко распространено и продолжалось даже после запрета папской буллой в 1498 году. Такое использование свинца в средние века приводило к эпидемиям свинцовой колики. В Древней Руси свинец использовали для покрытия крыш церквей, а также широко применяли в качестве материала навесных печатей к грамотам Позднее, в 1633 году, в Кремле был сооружён водопровод со свинцовыми трубами, вода по которому шла из Водовзводной башни, он просуществовал до 1737 года.

В алхимии свинец ассоциировался с планетой Сатурн и обозначался её символом ♄. В древности олово, свинец и сурьму часто не отличали друг от друга, считая их разными видами одного и того же металла, хотя ещё Плиний Старший различал олово и свинец, называя олово «plumbum album», а свинец — «plumbum nigrum».

Индустриальная революция привела к новому росту потребности в свинце. К началу 1840-х гг. годовое производство очищенного свинца впервые превысило 100 000 тонн и выросло до более чем 250 000 тонн в течение следующих 20 лет. До последних десятилетий XIX века добыча свинца в основном проводилась тремя странами: Британией, Германией и Испанией. К началу XX века добыча свинца в Европе стала меньше, чем в остальном мире, благодаря увеличившейся добыче в США, Канаде, Мексике и Австралии. До 1990 года большое количество свинца использовалось (вместе с сурьмой и оловом) для отливки типографских шрифтов, а также в виде тетраэтилсвинца — для повышения октанового числа моторного топлива.

Нахождение в природе

Содержание в земной коре — 1,6·10−3 % по массе. Самородный свинец встречается редко, круг пород, в которых он установлен, достаточно широк: от осадочных пород до ультраосновных интрузивных пород. В этих образованиях он часто образует интерметаллические соединения (например, звягинцевит (Pd,Pt)₃(Pb,Sn) и др.) и сплавы с другими элементами (например, (Pb + Sn + Sb)). Он входит в состав 80 различных минералов. Важнейшие из них: галенит PbS, церуссит PbCO₃, англезит PbSO₄ (сульфат свинца); из более сложных — тиллит PbSnS₂ и бетехтинит Pb₂(Cu,Fe)₂₁S₁₅, а также сульфосоли свинца — джемсонит FePb₄Sn₆S₁₄, буланжерит Pb₅Sb₄S₁₁. Всегда содержится в рудах урана и тория, имея часто радиогенную природу. В природных условиях часто образует крупные залежи свинцово-цинковых или полиметаллических руд стратиформного типа (Холоднинское, Забайкалье), а также скарнового (Дальнегорское (бывшее Тетюхинское), Приморье; Брокен-Хилл в Австралии) типа; галенит часто встречается и в месторождениях других металлов: колчеданно-полиметаллических (Южный и Средний Урал), медно-никелевых (Норильск), урановых (Казахстан), золоторудных и др. Сульфосоли обычно встречаются в низкотемпературных гидротермальных месторождениях с сурьмой, мышьяком, а также в золоторудных месторождениях (Дарасун, Забайкалье). Минералы свинца сульфидного типа имеют гидротермальный генезис, минералы окисного типа часты в корах выветривания (зонах окисления) свинцово-цинковых месторождений. В кларковых концентрациях свинец входит практически во все породы. Единственное место на земле, где в породах больше свинца по сравнению с ураном — Кохистанско-Ладакхская дуга на севере Пакистана.

Галенит, Дальнегорское скарновое месторождение

В таблице приведены некоторые параметры распространённости свинца в природных условиях по А. П. Виноградову:

Породы	Каменные метеориты	Дуниты и др.	Базальты и др.	Диориты и др.	Граниты и др.	Глины и др.	Земная кора
Содержание, масс.%	0000002×10−5	0001×10−5	0008×10−4	0001,5×10−3	0002×10−3	0002×10−3	1,6×10−3

Объекты	Живое вещество Земли	Литосфера	Почва	Растения (в золе)	Вода океанов (мг/л)
Содержание, масс.%	000000005×10−5	000,0016	0,001	000000,001	0000000,00003

Обобщённые концентрации элементов в минералах приведены в таблице, в скобках — количества минералов, по которым рассчитаны средние содержания компонентов.

Минерал	Свинец (общ)	Уран	Торий
00Настуран	4,750 (308)	58,87 (242)	2,264 (108)
00Монацит	0,6134 (143)	0,2619 (160)	6,567 (150)
000Ортит	0,0907 (90)	0,1154 (88)	6,197 (88)
000Циркон	0,0293 (203)	0,1012 (290)	0,1471 (194)
Сфен (Титанит)	0,0158 (12)	0,0511 (14)	0,0295 (21)

Коррозия

Это сугубо негативный процесс, хотя есть у него и свои преимущества. Ещё 100 лет назад кавказские джигиты осознали всю полезность коррозийного процесса для производства прочных, не тупящихся клинков.

Так, они первые стали зарывать свои сабли и клинки в землю на пару лет, где те обретали прочность и способность разрезать даже самые твердые волокна. Данные характеристики металла достигались за счет абсорбирующего свойства ржавчины, которая, находясь в земле, впитывала в себя органические элементы и углеродистые соединения.

Индийское инженерное научное сообщество изобрело собственный инновационный метод защиты металлических поверхностей посредством катализа коррозии и последующего нанесения оксидированной краски на заржавевшую поверхность. Таким образом, специальная краска вступает в реакцию с ржавчиной и образует однородный, крепкий защитный слой.

В производстве инструментов для разделки туш применяются сплавы с небольшим процентом хрома, меди и никеля, за счет чего изделие быстро покрывается коррозией, под которой со временем образовывается прочный защитный слой, препятствующий дальнейшему образованию ржавчины.

Реальный случай: Пулевое ранение вызвало отравление свинцом 14 лет спустя

Медики Хосе Маркес (Jose Marquez) и Майкл Шиндлбек (Michael Schindlbeck) описали интересный случай в журнале New England Medicine. Пациент получил свинцовое отравление через 14 лет после огнестрельного ранения в ногу. Медики не извлекли пулю сразу, и за годы она распалась на части, вызвав у мужчины проблемы со здоровьем.

46-летний мужчина обратился в Чикагскую больницу имени Джона Строгера с жалобой на ухудшение хронической боли в левом колене. 14 лет назад пациент получил огнестрельное ранение в ногу, в один из мыщелков бедренной кости (так называются выступы или утолщения на концах длинных костей, которые входят в состав сочленений или служат для прикрепления мышц). Когда пациента доставили 14 лет назад с ранением, рентгенография показала, что пуля застряла в кости, и хирурги решили ее не извлекать.

После того, как мужчина вновь обратился за помощью, ему еще раз сделали рентгенографию и оказалось, что за 14 лет пуля распалась на части, которые остались в тканях коленного сустава. В результате у пациента в суставе скопилось большое количество жидкости. К тому же у него обнаружилось повышенное содержание свинца в крови и анемия, которая часто сопровождает отравление свинцом. Чтобы вывести его из организма, пациенту назначили хелатную терапию. Она применяется для лечения отравления тяжелыми металлами, такими как свинец или ртуть.

Так как части пули могли не только еще больше повредить сустав, но и вызвать еще более серьезное отравление, медики планировали извлечь пулю. Но пациент, не дожидаясь операции исчез и дальнейшая его судьба неизвестна.

Стоит отметить, что медики неоднократно описывали подобные случаи. Пациенты получали свинцовое отравление и десять, и двадцать лет спустя после ранения. Больше того, исследователи фиксировали свинцовое отравление у птиц-падальщиков, питавшихся тушками земляных белок. Этих грызунов-вредителей часто подстреливают фермеры из Калифорнии, Невады и Орегона.