Olovo: oksidacijsko stanje, kemijska svojstva, formula, primjena

Olovo (Pb) - meke srebrni ili sivkastu metal 14 minuta (IVa) periodičkog skupine s atomskim brojem 82. To je vrlo savitljiv, savitljiv i debljine materijala koji provodi struju slabo. Elektronička formula olova - [Xe] 4f¹⁴

Prevalencija u prirodi

Olovo se često spominje u ranim biblijskim tekstovima. Babilonci su koristili metal za izradu ploča za pisanje. Rimljani su od njega napravili vodene cijevi, kovanice, pa čak i posuđe za kuhanje. Rezultat potonje bio je trovanja stanovništva olovom u doba cara Augusta Cezara. Spoj, poznat kao bijeli olovo, korišten je kao ukrasni pigment već od 200. godine prije Krista. e.

U smislu težine, sadržaj vode u zemljinoj korji odgovara kositru. U prostoru za 10⁶ atomi silicija imaju 0,47 olovnih atoma. To je usporedivo sa sadržajem cezija, praseodimijuma, hafnija i volframa, od kojih se svaki smatra relativno oskudnim elementom.

vađenje

Iako nema toliko vode, prirodni procesi koncentracije doveli su do značajnih depozita od komercijalne važnosti, posebno u SAD-u, Kanadi, Australiji, Španjolskoj, Njemačkoj, Africi i Južnoj Americi. Rijetko je u čistom olovo je prisutan u nekoliko minerala, ali su od manje važnosti, osim sulfida PBS (Galena), koja je primarni izvor industrijske proizvodnje kemijskog elementa u svijetu. Metal je također sadržan u anglesite (PbSO₄) i cerusita (PbCO₃). Početkom XXI stoljeća. Vodeći svjetski proizvođači olovnog koncentrata bili su zemlje poput Kine, Australije, SAD-a, Perua, Meksika i Indije.

Olovo se može izvući prženim rudom, nakon čega se topi u visokoj peći ili izravnim taljenjem. Nečistoće se uklanjaju tijekom dodatnog čišćenja. Gotovo polovica svih pročišćenih olova se oporavlja od recikliranog otpada.

Kemijska svojstva

Elementarni olovo može se oksidirati u Pb ion²⁺ iona vodika, ali netopivost većine njegovih soli čini ovaj kemijski element otporan na učinke mnogih kiselina. Oksidacija u alkalnom mediju dolazi lakše i pogoduje formiranje topljivih spojeva u oksidacijskom stanju olova +2. PbO oksid₂ s ionom Pb⁴⁺ je jedan od najsnažniji oksidansi u kiseloj otopini, ali je relativno slaba u alkalnoj otopini. Oksidacija olova olakšava se stvaranjem kompleksa. Elektrodepozicija se najbolje izvodi iz vodenih otopina koje sadrže olovo heksafluorosilikat i heksafluorosilikatnu kiselinu.

U zraku, metal se brzo oksidira, stvarajući mutan sivi premaz, koji se prethodno smatrao suboksidom Pb₂O. Sada je općenito prihvaćeno da je smjesa Pb i PbO oksida, koja štiti metal od daljnje korozije. Iako se olovo otapa u razrijeđenoj dušičnoj kiselini, površinski je izložen klorovodičnoj ili sumpornoj kiselini, jer se dobiveni netopljivi kloridi (PbCl₂) ili sulfati (PbSO₄) spriječiti nastavak reakcije. Kemijska svojstva vode, što uzrokuje njegovu ukupnu stabilnost, omogućiti korištenje metala za proizvodnju krovnih materijala, premazi električnih kablova postavljenih u tlu ili pod vodom, a kao brod za cijevi za vodu i objekata koji služe za transport i obrada korozivnih tvari.

Korištenje olova

Poznata je samo jedna kristalna modifikacija tog kemijskog elementa s gusto nabijenom metalnom rešetkom. U slobodnom stanju pojavljuje se nula stupnja oksidacije olova (kao i svaka druga supstanca). Široka primjena elementarnog oblika elementa je zbog plastičnosti, lakoće zavarivanja, niske točke taljenja, visoke gustoće i sposobnosti apsorbiranja gama i rendgenskih zraka. Rastaljenog olova je izvrsno otapalo i omogućuje vam koncentriranje slobodnog srebra i zlata. Strukturna upotreba olova ograničena je niskom čvrstoćom rastezljivosti, umorom i fluidnošću, čak i pri niskim opterećenjima.

Element se nalazi u proizvodnji baterija, streljiva (metak i metak), u sastavu lemnog, tipografskog, ležaja, legura i legura s kositrom. U teškoj i industrijskoj opremi, dijelovi od olovnih spojeva mogu se koristiti za smanjenje buke i vibracija. Budući da metal učinkovito apsorbira kratkovalno elektromagnetsko zračenje, koristi se za štit nuklearnih reaktora, akceleratora čestica, opreme za X-zrake i spremnika za transport i skladištenje radioaktivnih materijala. U oksidu (PbO₂) i legura s antimonom ili kalcijevim elementom koristi se u konvencionalnim akumulatorskim baterijama.

Djelovanje na tijelo

Olovo kemijskih elemenata i njegovi spojevi su toksični i akumuliraju se u tijelu kroz dugo vremensko razdoblje (ova pojava je poznata kao kumulativno trovanja) dok se ne postigne smrtonosna doza. Toksičnost se povećava povećanjem topljivosti spojeva. U djece, akumulacija olova može dovesti do kognitivnih poremećaja. U odraslih osoba uzrokuje progresivnu bubrežnu bolest. Simptomi trovanja uključuju bol u trbuhu i proljev, nakon čega slijedi zatvor, mučnina, povraćanje, vrtoglavica, glavobolja i opća slabost. Uklanjanje kontakta s izvorom olova obično je dostatno za liječenje. Uklanjanje kemijskog elementa iz insekticida i pigmentnih boja, kao i uporaba respiratornih i drugih zaštitnih sredstava na mjestima izloženosti, značajno je smanjilo učestalost trovanja olovom. Prepoznavanje da tetraetilni olovni Pb (C₂H₅)₄ u obliku anti-nokautog aditiva benzinu, zagađuje zrak i vodu, što dovodi do prestanka korištenja u 1980-ima.

Biološka uloga

Olovo ne igra nikakvu biološku ulogu u tijelu. Toksičnost ovog kemijskog elementa je zbog svoje sposobnosti da simuliraju metale poput kalcija, željeza i cinka. Interakcija olova s ​​istim molekulama proteina kao i ti metali dovodi do prestanka normalnog funkcioniranja.

Nuklearna svojstva

Kemijski element olova nastaje i kao posljedica procesa apsorpcije neutrona, te u propadanju radionuklida teških elemenata. Postoje 4 stabilna izotopa. Relativna učestalost ²⁰⁴Pb je 1,48%, ²⁰⁶Pb - 23,6% ²⁰⁷Pb - 22,6% i ²⁰⁸Pb - 52,3%. Stabilni nuklidi su konačni proizvodi prirodnog radioaktivnog raspadanja urana (do ²⁰⁶Pb), trijum (do ²⁰⁸Pb) i aktinij (do ²⁰⁷Pb). Poznato je više od 30 radioaktivnih izotopa olova. Od tih, sudjeluju prirodni procesi propadanja ²¹²Pb (trijumijska serija), ²¹⁴Pb i ²¹⁰Pb (serija urana) i ²¹¹Pb (aktinijska serija). Atomska težina prirodnog olova varira od izvora do izvora, ovisno o njegovu podrijetlu.

monoksid

U spojevima je stupanj oksidacije olova u osnovi jednak +2 i +4. Među najvažnijima su oksidi. Ovo je PbO, u kojem je kemijski element u stanju +2, PbO dioksid₂, u kojem je najviši stupanj oksidacije olova (+4) i tetraoksida, Pb₃O₄.

Monoksid postoji u dvije modifikacije - litharge i ljepilo. Litarg (alfa-olovni oksid) je crvena ili crvenkasto-žuta krutina s tetragonalnom kristalnom strukturom, čiji stabilni oblik postoji na temperaturama ispod 488 ° C. Glet (beta-monoksidni olovo) je žuta krutina i ima ortorombsku kristalnu strukturu. Njegov stabilan oblik postoji kod temperatura viših od 488 ° C.

Oba oblika su netopljivi u vodi, ali se otapaju u kiselinama da bi se formirale soli koje sadrže Pb ion²⁺ ili u lužinama s formiranjem plumbita koji imaju PbO₂^2--ion. Litarg, koji nastaje reakcijom olova s ​​kisikom u zraku, najvažniji je komercijalni spoj tog kemijskog elementa. Tvar se koristi u velikim količinama izravno i kao polazni materijal za pripremu drugih olovnih spojeva.

Znatna količina PbO se konzumira u proizvodnji ploča olovnih akumulatora. Visokokvalitetno staklo (kristal) sadrži do 30% litarga. To povećava indeks refrakcije stakla i čini ga sjajnim, izdržljivim i zvučnim. Litarg služi i kao sredstvo za sušenje u lakovima i koristi se u proizvodnji olovnog natrija, koji se koristi za uklanjanje neugodnih mirisnih tiola (organski spojevi koji sadrže sumpor) iz benzina.

dioksid

U prirodi PbO₂ postoji kao smeđi crni mineral platnerit, koji je komercijalno proizveden iz triadal tetraoksida oksidacijom s klorom. Raspada se pri zagrijavanju i daje kisik i okside s nižim oksidacijskim stupnjem olova. PbO₂ Koristi se kao oksidator u proizvodnji boja, kemikalija, pirotehnike i alkohola te kao stvrdnjavanje polisulfidnih guma.

Pb tetraksid₃O₄ (poznat kao olovni mramor ili minium) dobivaju se daljnjom oksidacijom PbO. To je pigment od narančasto-crvene do cigla-crvene boje, koja je dio boja otpornih na koroziju koja se koristi za zaštitu izložena okolišu željeza i čelika. Također reagira sa željeznim oksidom u obliku ferita, koji se koristi u proizvodnji trajnih magneta.

acetat

Također ekonomski značajan olovni spoj oksidacijskog stanja +2 je acetat Pb (C₂H₃O₂)₂. To je sol topiv u vodi koji se dobiva otapanjem glazure u koncentriranoj octenoj kiselini. Opći oblik, trihidrat, Pb (C₂H₃O₂)₂ middot- 3H₂O, nazvanog olovnog šećera, koristi se kao sredstvo za bojenje tkanina i kao sredstvo za sušenje u nekim bojama. Osim toga, koristi se za proizvodnju drugih olovnih spojeva i u postrojenjima za zlato cianidaciju, gdje služi kao PbS za taloženje topivih sulfida iz otopine.

Ostale soli

Bazični karbonat, sulfat i olovni silikat bili su jednom široko korišteni kao pigmenti za bijele vanjske boje. Međutim, od sredine dvadesetog stoljeća. korištenje takozvanih. bijeli olovni pigmenti su značajno smanjeni zbog zabrinutosti zbog svoje toksičnosti i prateće opasnosti za ljudsko zdravlje. Iz istog razloga, upotreba olovnog arsenata u insekticidima praktički je prestala.

Osim glavnih oksidacijskih stanja (+ 2 + 4) i olovo mogu imati negativne sile -4, -2, -1 Zintl faze (na primjer, BaPb, Na₈ba₈Pb₆) i +1 i +3 - u olovo-organskim spojevima, kao što je heksametildiplumban Pb₂(CH₃)₆.