Olovo: oxidační stav, chemické vlastnosti, vzorec, aplikace

Olova (Pb) - měkký stříbřitě bílý nebo šedavě kov 14 minut (IVa) periodické tabulky skupiny s atomovým číslem 82. Je velmi poddajný, tažný a silný materiál, který vede elektřinu špatně. E-Lead vzorec - [Xe] 4f^{14. místo}

Prevalence v přírodě

Olovo je často zmíněno v raných biblických textech. Babylonci používali kov k vytváření psacích desek. Římané z ní vyrobili vodní dýmky, mince a dokonce i kuchyňské náčiní. Výsledkem posledně jmenovaného bylo otrava populace olovem v době císaře Augusta Caesara. Sloučenina, známá jako bílá olova, byla používána jako ozdobný pigment již v roce 200 př.nl. e.

Pokud jde o hmotnost, obsah olova v zemské kůře odpovídá cínu. V prostoru pro 10^6. atomy křemíku představují 0,47 atomů olova. To je srovnatelné s obsahem cesia, praseodymu, hafnia a wolframu, z nichž každý je považován za poměrně vzácný prvek.

Extrakce

I když vedení není ani tak přirozený proces koncentrace vedlo k významnému vkladů obchodního významu, a to zejména ve Spojených státech, Kanadě, Austrálii, Španělsku, Německu, Afriky a Jižní Ameriky. Vzácné u čistého olova, je přítomen v různých minerálů, ale mají menší význam kromě sulfid PBS (galenit), který je primárním zdrojem průmyslové výroby chemického prvku na světě. Kov je také v Anglesey (PbSO₄) a cerussite (PbCO₃). Počátkem století XXI. Předními světovými výrobci olovnatého koncentrátu byly země jako Čína, Austrálie, USA, Peru, Mexiko a Indie.

Olovo může být extrahováno pražicí rudou, následovanou tavením ve vysoké peci nebo přímým tavením. Nečistoty se odstraňují při dalším čištění. Téměř polovina veškerého čištěného olova je získána z recyklovaného šrotu.

Chemické vlastnosti

Elementární olovo může být oxidováno na iont Pb²⁺ ionty vodíku, ale nerozpustnost většiny jeho solí činí tento chemický prvek odolný vůči účinkům mnoha kyselin. Oxidace v alkalickém prostředí probíhá snadněji a podporuje tvorbu rozpustných sloučenin při oxidačním stavu olova +2. Oxid PbO₂ s ionem Pb⁴⁺ je jedním z nich nejsilnější oxidanty v kyselém roztoku, ale je poměrně slabý v alkalickém roztoku. Oxidace olova je usnadněna tvorbou komplexů. Elektrolytické se nejlépe provádí z vodných roztoků, obsahujících Hexafluorokřemičitan olovnatý a kyselinu geksaftorsilikatnuyu.

Ve vzduchu se kov rychle oxiduje a vytváří matný šedý povlak, který byl dříve považován za suboxid Pb₂O. Nyní se obecně připouští, že jde o směs Pb a oxidu PbO, které chrání kov před další korozí. I když vedení se rozpustí ve zředěné kyselině dusičné, to povrchně vystaven kyselina chlorovodíková nebo kyselina sírová, protože se tvoří chlorid nerozpustný (PbCl₂) nebo sulfáty (PbSO₄) Zabránit pokračování reakce. Chemické vlastnosti olova, což způsobuje jeho celkovou stabilitu, umožňují použití kovu pro výrobu střešních krytin, nátěry elektrických kabelů umístěných v zemi nebo pod vodou, a jako vložky pro vodní potrubí a konstrukcí sloužících k přepravě a zpracování agresivních látek.

Použití olova

Je známa pouze jedna krystalová modifikace tohoto chemického prvku s hustě zabalenou kovovou mřížkou. Ve volném stavu se objeví nulový stupeň oxidace olova (jako každá jiná látka). Široké použití elementární formě člen díky své tvarovatelnosti, snadnost svařování, nízká teplota tání, vysokou hustotou a schopnost absorbovat x-paprsky a gama. Roztavený olovo je vynikající rozpouštědlo a umožňuje koncentrovat stříbro a zlato zdarma. Konstrukční použití olova je omezeno nízkou pevností v tahu, únavou a tekutostí, i při nízkém zatížení.

Prvek se používá při výrobě baterií, v střelivech (výstřely a náboje), ve složení pájky, typografie, ložiska, lehkých slitin a slitin s cínem. V těžkých a průmyslových zařízeních mohou být součásti z olověných sloučenin použity ke snížení hluku a vibrací. Vzhledem k tomu, že kov účinně absorbuje krátkodové elektromagnetické záření, slouží k ochraně jaderných reaktorů, urychlovačů částic, rentgenového zařízení a kontejnerů pro přepravu a skladování radioaktivních materiálů. V oxidu (PbO₂) a slitina s antimonickým nebo vápenatým prvkem se používá v běžných dobíjecích bateriích.

Akce na těle

Chemický prvek olova a jeho sloučeniny jsou toxické a akumulují se v těle po dlouhou dobu (tento jev je známý jako kumulativní otravy) až do dosažení letální dávky. Toxicita se zvyšuje se zvyšující se rozpustností sloučenin. U dětí může kumulace olova vést k kognitivním poruchám. U dospělých způsobuje progresivní onemocnění ledvin. Příznaky otravy zahrnují bolest břicha a průjem, následovanou zácpou, nevolností, zvracením, závratě, bolesti hlavy a obecnou slabostí. Odstranění kontaktu s elektrickým zdrojem je obvykle dostatečné pro léčbu. Odstranění chemického prvku z insekticidů a pigmentových nátěrů, stejně jako používání respirátorů a jiných ochranných prostředků v místech expozice významně snižuje výskyt otravy olovem. Uznání, že tetraethyl olovo Pb (C₂H₅).₄ as antidetonantů přídatné látky v benzínu znečišťovat ovzduší a vody je vedena k přerušení jeho použití v roce 1980.

Biologická role

Olovo v těle nehraje žádnou biologickou roli. Toxicita tohoto chemického prvku je způsobena jeho schopností simulovat kovy, jako je vápník, železo a zinek. Interakce olova se stejnými molekulami bílkovin jako s těmito kovy vede k ukončení jejich normálního fungování.

Jaderné vlastnosti

Chemický prvek olova se vytváří jak v důsledku procesů absorpce neutronů, tak při rozkladu radionuklidů těžších prvků. Existují 4 stabilní izotopy. Relativní prevalence ²⁰⁴Pb je 1,48%, ²⁰⁶Pb - 23,6%, ²⁰⁷Pb - 22,6% a ²⁰⁸Pb - 52,3%. Stabilní nuklidy jsou konečné produkty přirozeného radioaktivního rozkladu uranu (až do ²⁰⁶Pb), thoria (až ²⁰⁸Pb) a aktinium (až ²⁰⁷Pb). Je známo více než 30 radioaktivních izotopů olova. Z nich se podílejí procesy přírodního rozpadu ²¹²Pb (série thoria), ²¹⁴Pb a ²¹⁰Pb (série uranu) a ²¹¹Pb (série aktinů). Atomová hmotnost přírodního olova se mění od zdroje až po zdroj, v závislosti na jeho původu.

Mono-oxidy

U sloučenin je stupeň oxidace olova v zásadě rovný +2 a +4. Mezi nejdůležitější patří oxidy. Jedná se o PbO, ve kterém je chemický prvek ve stavu +2, oxid PbO₂, ve kterém nejvyšší stupeň oxidace olova (+4) a tetraoxidu, Pb₃O₄.

Monoxid existuje ve dvou modifikacích - litharge a lepidlo. Litarg (olovo alfa-oxid) je červená nebo červeno-žluté pevné látky s tetragonální krystalické struktury, stabilní forma, která existuje při teplotách pod 488 ° C, Glet (beta-monoxidový olovo) je žlutá pevná látka a má orthorhombickou krystalickou strukturu. Jeho stabilní forma existuje při teplotách vyšších než 488 ° C.

Obě formy jsou nerozpustné ve vodě, ale rozpouštějí se v kyselinách za vzniku solí obsahujících iont Pb²⁺ nebo v zásadách s tvorbou plumbitů, které mají PbO₂^2--ion. Litarg, který je tvořen reakcí olova s ​​kyslíkem ve vzduchu, je nejdůležitější komerční složkou tohoto chemického prvku. Látka se používá ve velkém množství přímo a jako výchozí materiál pro přípravu dalších sloučenin olova.

Významné množství PbO se spotřebuje při výrobě desek olověných kyselinových baterií. Vysoce kvalitní sklo (krystal) obsahuje až 30% litargy. To zvyšuje index lomu skla a činí ho lesklou, trvanlivou a zvukovou. Litarg slouží také jako vysoušecí prostředek v lacích a používá se při výrobě olovnatého sodíku, který se používá k odstranění nepříjemně vonných thiolů (organických sloučenin obsahujících síru) z benzínu.

Dioxid

S povahou PbO₂ existuje jako hnědočerný minerál platneritu, který se komerčně vyrábí z triádového tetraoxidu oxidací chlorem. Rozkládá se při zahřátí a dodává kyslík a oxidy s nižším stupněm oxidace olova. PbO₂ Používá se jako oxidační činidlo při výrobě barviv, chemikálií, pyrotechniky a alkoholů a jako tvrdidlo pro polysulfidové kaučuky.

Pb tetraxidu₃O₄ (známý jako olovnatý mramor nebo minium) se získá další oxidací PbO. Tento pigment z oranžovo-červené až cihlově červené barvy, která je součástí korozivzdornou nátěr aplikován k ochraně vystaven okolnímu prostředí železa a oceli. Reaguje také s oxidem železa, čímž vzniká ferit, který se používá při výrobě permanentních magnetů.

Acetát

Také ekonomicky významná olověná sloučenina oxidačního stavu +2 je acetát Pb (C₂H₃O₂).₂. Jedná se o ve vodě rozpustnou sůl získanou rozpuštěním glazury v koncentrované kyselině octové. Obecná forma, trihydrát, Pb (C₂H₃O₂).₂ middot-3H₂O, nazývaný olovnatý cukr, se používá jako fixační prostředek pro barvení látek a jako vysoušecí prostředek v některých barvách. Kromě toho se používá při výrobě jiných sloučenin olova a v zařízeních pro cyanidation zlata, kde slouží jako PBS, aby se vysrážel z roztoku rozpustných sulfidů.

Ostatní soli

Základní křemičitan uhličitanový, síranový a olovnatý byl kdysi široce používán jako pigmenty pro bílé barvy exteriéru. Nicméně, od poloviny dvacátého století. použití tzv. bílé olověné pigmenty byly významně sníženy kvůli obavám z jejich toxicity a následnému nebezpečí pro lidské zdraví. Ze stejného důvodu prakticky přestalo užívat arzenát olova v insekticidů.

Kromě hlavních oxidačních stavů (+2 a +4) olovo může mít negativní síly -4, -2, -1 Zintl fáze (například, BaPb, Na_8.Ba_8.Pb_6.) a +1 a +3 - v olověných organických sloučeninách, jako je hexamethyldiplumban Pb₂(CH₃)._6..