СВИНЕЦ. Формы нахождения в природе. (по Добровольскому, 1998). Концентрация свинца возрастает от вещества верхней мантии к гранитному слою земной коры, в которой кларк металла = 16 мкг/г. Прогрессирующее накопление свинца в земной коре связано не только с его активным выплавлением из вещества мантии, но также с образованием радиогенных изотопов 206Pb, 207Pb, 208Pb. Изотоп 204Pb не имеет радиоактивных предшественников. Его количество неизменно с момента образования Земли, тогда как масса радиогенных изотопов постепенно возрастала. Можно предполагать, что около 1/3 массы свинца в земной коре возникло в результате распада изотопов урана 238U, 235U и тория 232Th.
Концентрация свинца в земной коре и даже в однотипных горных породах сильно варьирует. Помимо основного рассеянного состояния свинец образует разнообразные природные аккумуляции, в которых концентрация металла увеличивается по сравнению с кларком в тысячи раз.
При выветривании горных пород происходит освобождение ионов Pb2+ из кристаллических структур породообразующих минералов и с поверхности дефектов реальных кристаллов. Преобладающая часть освободившихся ионов сорбируется высокодисперсными глинистыми частицами и гидроксидами железа. Небольшая часть освободившегося при выветривании свинца поступает в виде простых и комплексных ионов в поверхностные и грунтовые воды. Средняя концентрация растворенных форм Pb в речном стоке с континентов близка 1 мкг/л, в твердой фазе речных взвесей - около 100 мкг/л. С речным стоком выносится водорастворимого свинца около 41000 т/год. В составе речных взвесей присутствует тонкий органический детрит, с которым выносится примерно 10000 т Pb в год. Близкое количество металла мигрирует в составе водорастворимых органических соединений. Более 90% взвесей и значительная часть водорастворимых соединений осаждаются в дельтах, эстуариях и узкой прибрежной полосе шельфов.
В осадочной оболочке сосредоточено около 35×1012 т металла, в то время как в гранитном слое континентального блока земной коры его содержится 131×1012 т. Таким образом, в биосфере находится более 20% масс в биосфере и в гранитном слое.
Средняя концентрация свинца в наземной растительности близка 1.25 мкг/г сухого вещества. В биомассе растительности Мировой суши до воздействия на нее хозяйственной деятельности людей содержалось 3.1×106 т, а в биологический круговорот захватывалось 0.21×106 т свинца в год. Следует отметить, что интенсивность поглощения свинца наземной растительностью меньше, чем цинка, меди и некоторых других металлов. Глобальный коэффициент биологического поглощения Кб (отношение средней концентрации металла в зоне растительности суши к кларку гранитного слоя земной коры) равен 1.5.
Свинец может поступать в растения не только через корневую систему, но и из атмосферных осадков. В то же время через зеленые части растений происходит выделение свинца в составе фитонцидов и невозгоняемых соединений, которые захватываются ветром или смываются дождем.
Концентрация свинца в органическом веществе педосферы близко к 2-3 мкг/г, масса металла равна (6-8)×106 т. Распределение масс свинца в биосфере представлено в табл.1. Ряды биологического поглощения рассеянных элементов приведены в табл.2.
В рыхлых продуктах выветривания, которые покрывают поверхность континентов и активно развеиваются ветром, концентрация свинца около 20×10-4%. При среднем содержании пыли в тропосфере около 30 мг/м3 в 1 м3 воздуха должно было бы содержаться 0.6 нг металла, а в 1 км3 - 0.6 г. В действительности же концентрация металла в континентальных аэрозолях, как правило, значительно выше: от 30-50 до 100-500 мкг/г. Увеличение концентрации происходит в результате аккумулирования на поверхности тонких пылевых частиц рассеянного свинца, поступающего из других источников. Коэффициент аэрозольной аккумуляции Ка (отношение концентрации металла в твердой фазе аэрозолей к кларку металла в гранитном слое земной коры) обычно равен 30.
Под воздействием многократной конденсации и испарения паров на поверхности пылевых частиц накапливаются растворимые формы металла, которые вымываются атмосферными осадками. Средняя концентрация Pb в осадках, выпадающих на незагрязненных территориях, может быть принята равной 1 мкг/л, хотя во многих неурбанизированных районах концентрация достигает 2-4 мкг/л и больше.
Антропогенные и природные источники. (Лозановская, 1998). Мировое производство свинца составляет 34×106 т в год и постоянно возрастает, причем выбросы свинца в атмосферу достигает 4.3×106 т в год, и его антропогенное поступление значительно превышает природное. При сжигании нефти и бензина в окружающую среду поступает не менее 50% всего антропогенного свинца. Автомобильные выхлопы дают 50% общего неорганического свинца, попадающего в организм человека. Другим важным источником антропогенного поступления свинца в биосферу является производство черных и цветных металлов, а также горнодобывающая промышленность.
Показатель технофильности свинца очень высокий и уступает лишь углероду, хлору и золоту. Добыча, переработка, выплавка металла сопровождается рассеиванием свинца в биосфере, причем часто в более активной миграционно способной форме, чем его природные соединения. Большая часть элемента находится в природе в рассеянном состоянии; он входит в состав более чем 200 минералов, и только 3 из них образуют промышленные запасы элемента: галенит (или свинцовый блеск) PbS, англезит PbSO4, церрусит PbCO3. Свинец входит в состав многих породообразующих минералов. Так, в калиевых полевых шпатах (ортоклаз и микроклин) содержится от 10 до 280 мг/кг свинца.
Химические свойства. (Глинка, 1978). Применение свинца в технике. Первая металлургическая операция при получении свинца - это обжиг, в ходе которого сульфид свинца превращается в оксид:
PbS + 3O2 = 2PbO + 2SO2
Наибольшее количество свинца расходуется на изготовление оболочек для кабелей и пластин аккумуляторов. На сернокислых заводах из свинца изготовляют кожухи башен, змеевики холодильников и т.д. Свинец идет на изготовление боеприпасов и выделку дроби. Он входит в состав многих сплавов для подшипников, типографского сплава (гарта), припоев. Свинец хорошо поглощает гамма-излучение и используется для защиты от него при работе с радиоактивными веществами.
Значительное количество свинца расходуется на производство тетраэтилсвинца, представляющего собой тяжелую ядовитую жидкость:
CH3¾CH2 CH2¾CH3
Pb
CH3¾CH2 CH2¾CH3
Химические свойства. На воздухе Pb быстро покрывается тонким слоем оксида, защищающего его от дальнейшего окисления. Вода сама по себе не взаимодействует со свинцом, но в присутствии воздуха свинец постепенно разрушается водой с образованием гидроксида свинца:
2Pb + O2 + 2H2O = 2Pb(OH)2
Однако при соприкосновении с жесткой водой свинец покрывается защитной пленкой нерастворимых солей (главным образом сульфата и основного карбоната свинца - PbSO4 и (PbOH)2CO3), препятствующей дальнейшему действию воды и одразованию гидроксида.
Разбавленные соляная и серная кислоты почти не действуют на свинец. В концентрированной H2SO4, особенно при нагревании, свинец интенсивно растворяется с образованием растворимой кислой соли Pb(HSO4)2. В азотной кислоте Pb рстворяется легко, причем в кислоте невысокой концентрации быстрее, чем в концентрированной.
В щелочах свинец также растворяется, хотя и с небольшой скоростью; более интенсивно растворение идет в горячих разбавленных растворах. В результате растворения образуются гидроксоплюмбиты:
Pb + 4KOH + 2H2O = K4[Pb(OH)6] + H2
Все растворимые соединения свинца ядовиты.
Для свинца характерны степени окисления +2 и +4. Значительно более устойчивы и многочисленны соединения со степенью окисления свинца +2.
Соединения свинца (II). Оксид свинца (II) PbO - желтый порошок, образующийся при нагревании расплавленного свинца на воздухе. Служит для заполнения ячеек в аккумуляторных батареях, применяется при выработке некоторых сортов стекла.
Гидроксид свинца (II) Pb(OH)2 образуется при действии щелочей на растворимые соли свинца (II). Обладает амфотерными свойствами и растворяется в кислотах с образованием солей свинца (II), а в щелочах с образованием гидроксоплюмбитов.
Хлорид свинца (II) PbCl2 получается в виде белого осадка при действии на растворы солей свинца (II) соляной кислотой или растворимыми хлоридами. Хлорид свинца мало рстворим в холодной воде, но при повышении температуры его растворимость в воде сильно возрастает.
Ацетат свинца (II) Pb(CH3COO)2 - одна из немногих хорошо растворимых солей свинца. Применяется при крашении тканей.
Сульфат свинца (II) PbSO4 выпадает в виде белого осадка при прибавлении серной кислоты или растворимых сульфатов к растворам солей свинца (II). В воде и в разбавленных кислотах сульфат свинца почти нерастворим. Концентрированная серная кислота растворяет сульфат свинца, превращая его в кислую соль Pb(HSO4)2.
Сульфид свинца (II) PbS образуется в виде черного осадка при действии сероводорода (H2S) на соли свинца (II).
Для солей свинца восстановительные свойства не характерны; перевести соединения свинца (II) в соединения (IV) можно лишь с помощью очень сильных окислителей.
Соединения свинца (IV). Диоксид свинца (IV) - PbO2 темно-бурый порошок, образующийся при действии сильных окислителей на оксид или соли свинца (II). Диоксид свинца представляет собой амфотерный окисел с преобладанием кислотных свойств. Соли, отвечающие несуществующей в свободном состоянии свинцовой кислоте H2PbO3, называются плюмбатами. Большинство плюмбатов нерастворимо в воде (за исключением плюмбатов калия и натрия).
Осовные свойства диоксида свинца проявляются в образовании очень нестойких солей свинца (IV). Так, при действии на диоксид свинца соляной кислоты в первый момент образуется хлорид свинца (IV) PbCl4, который легко отщепляет хлор, переходя в хлорид свинца (II) PbCl2:
PbO2 + 4HCl = PbCl4 + 2H2O
PbCl4 = PbCl2 + Cl2
Все соединения свинца (IV) - очень сильные окислители. Практическое применение в качестве окислителя в химической промышленности имеет PbO2.
Известны два смешанных оксида свинца: Pb3O4 и Pb2O3. Их можно рассматривать как соединения оксидов свинца (II) и (IV): 2PbO×PbO2 (Pb3O4) и PbO×PbO2. Сурик Pb3O4 - вещество ярко-красного цвета, применяется для изготовления краски.
Соединения свинца в биосфере. В IV группе периодической системы особое значение имеет свинец вследствие его высокой токсичности. Свинец ингибирует ферментативные реакции, вступая в химическое взаимодействие с белками и осаждая их. Присутствие повышенных концентраций свинца в воздухе и продуктах питания представляет угрозу для здоровья человека.
В характерных для биосферы условиях свинец представлен со степенями окисления +2 и +4 (оксид PbO и диоксид PbO2). Более устойчивы и распространены в природе соединения Pb(II). Наибольшее влияние на состояние свинца в почве могут оказывать анионы: CO2-3, OH-, S2-, PO3-4 и SO2-4. Попадающий при химическом загрязнении в почву свинец сравнительно легко образует гидроксид при нейтральной и щелочной реакции. Если почва содержит растворимые фосфаты, тогда Pb(OH)2 переходит постепенно в Pb3(PO4)2 или другие труднорастворимые фосфаты, например плюмбогуммит PbAL3H(OH)6(PO4)2. Эти соединения преимущественно определяют уровень содержания Pb в почвенных растворах, который в нейтральной среде близок к 10-8 моль/л (Лозановская, 1998).
Растворимость соединений свинца в диапазоне рН 8.5. - 11.0 и в восстановительных условиях при рН 2 низкая - менее 1 мг/л (Лозановская, 1998); в интервале рН 6 - 8 растворимость элемента является сложной функцией рН, концентрации СО2 и соединений серы в воде.
Можно отметить, что у свинца четко выражена тенденция к накоплению в почве, т.к. его ионы малоподвижны даже при низких значениях рН. Для различных видов почв скорость вымывания свинца колеблется от 4 г до 30 г на гектар в год. В то же время за несколько лет измерений количество внесенного свинца в почвы ФРГ составляло 40-532 г/га в год. При сравнении отложений свинца в лесном гумусе с расположенным ниже слоем минеральной почвы (измерения в ФРГ) соотношение оказалось равным 5:1. В почвах богатых фосфатами, свинец может отлагаться в виде малорастворимых фосфатов свинца (см. выше), в известняковых почвах - в виде карбоната PbCO3, при условиях, благоприятствующих восстановлению, - в виде PbS из PbSO4 (Фелленберг, 1997). В анаэробных условиях неорганические соединения свинца подвергаются биометилированию с образованием липофильного и биодоступного тетраметилсвинца (CH3)4Pb, обладающего нейротоксическими свойствами (Исидоров, 1997). Концентрация свинца у жителей многих городов с интенсивным автомобильным движением достигает уровней, при которых нарушаются нормальные поведенческие реакции.
Дата добавления: 2015-09-29; просмотров: 67 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |
| Слово сатсанг состоит из двух санскритских слов сат, означающее истина и санг, означающее общение. Таким образом, оно означает | | | В настоящее время практически во всех районах Днепропетровска обнаружены превышения предельно допустимых концентраций свинца в почве. Среднее содержание этого токсичного металла (подвижная форма) во |