Свойства соединений свинца и степень окисления металла
Содержание
Степень окисления свинца является важным параметром, характеризующим химические свойства металла и его соединений. Он учитывается при разведке, разработке месторождений разных типов, технологии извлечения ценного компонента и сферах применения материала.

Химические и физические свойства металла
Химический элемент № 82 представляет собой тяжелый металл серебристого цвета с синеватым оттенком. Его плотность при нормальных условиях составляет 11,34 г/см³, которая падает при повышении температуры. Степени окисления свинца в соединениях равны 4,2 и 0.
- Металл обладает отличной ковкостью, температура его плавления соответствует 327,46 °C, кипения – 1749 °C. Кристаллическая решетка минерального образования имеет кубическую структуру.
- Химическому элементу свойственна низкая теплопроводность. При механическом воздействии он деформируется, легко режется ножом. Поверхность металла обычно защищена пленкой из оксида, образующаяся под влиянием воздуха.
- Свинец является смесью нерадиоактивных (стабильных) изотопов, образующихся в результате распада урана и тория. Абсолютные и относительные концентрации металла зависят от времени образования минерала. Это свойство используется при определении возраста горных пород.

Свинец известен человечеству с древних времен, а процесс выплавки металла из руды был первым из разработанных металлургических процессов. Материал широко применялся в Древнем Риме для производства труб для водопроводов.
На протяжении истории материал применялся в разных сферах. Его использовали для навесных печатей к грамотам, делали покрытия крыш храмов, добавляли в вино для улучшения вкусовых качеств.
До недавнего времени большое количество материала применялось для изготовления типографских шрифтов, в виде соединения — для повышения способности топлива противостоять самовозгоранию при сжатии.
В самородном виде свинец встречается очень редко. Обычно он входит в состав осадочных и интрузивных пород, в которых часто образует интерметаллические соединения с платиной, оловом и естественные сплавы.
Природные минералы химического элемента
В природе находится множество минеральных образований свинца, но промышленное значение имеют соединения с серой. Сульфид свинца PbS (свинцовая окалина, галенит) — хрупкий минерал серого цвета, в нем содержится до 87% металла.
В природе он встречается в форме кристаллической зернистой массы. В основном минерал сосредоточен в гидротермальных месторождениях, где он находится в форме кубических или восьмигранных кристаллов.

Твердость образования составляет 2,5–2,7 по шкале Мооса, плотность 7,5. При ударе молотком минеральное образование распадается на мелкие кубики со ступенчатыми уступами. Галенит отличается совершенной спайностью в 3 направлениях по граням куба.
Спутниками сульфида свинца являются такие минералы:
- кварц;
- сфалерит;
- азурит;
- малахит;
- доломит;
- антимонит;
- халькопирит;
- самородное серебро;
- пирит.
Основные месторождения свинца в России расположены в Красноярском и Приморском краях, на Алтае, Дальнем Востоке, в Бурятии. Крупные запасы руды находятся во многих странах мира и сосредоточены в США, Канаде, Перу, Мексике, Австралии. Месторождения свинцовых руд имеются в Казахстане, Китае, Болгарии, ФРГ, Венгрии, Словении, Вьетнаме.
В меньшей степени проводится промышленная разработка окисленных руд, которые сложены карбонатом свинца (церуссит) и сульфатом (англезит). Повышает ценность руд наличие драгоценных и цветных металлов.
Месторождения разрабатываются в основном подземным способом. Однако в зависимости от характера формирования залежей верхние горизонты разрабатываются открытым методом.
Технологический процесс производства металла

В естественных условиях химический элемент входит в состав залежей полиметаллических руд разного типа. Он содержится в рудах тория и урана. Свинец является компонентом 180 минералов, в числе которых находятся такие соединения:
- церуссит;
- англезит;
- джемсонит;
- буланжерит.
Но основным минералом для извлечения ценного компонента является сульфид свинца (II) PbS. Он представляет собой неорганическое минеральное образование, известное под названием галенит или свинцовый блеск.
- Технологический процесс предусматривает использование различных методов обогащения руды. В результате флотации получают концентрат, содержащий до 70% металла.
- Затем проводят предварительный обжиг, после чего материал загружают в печь для восстановления свинца из оксида металла. Для удаления примесей меди из чернового свинца его разогревают. За счет различия температур плавления происходит отделение металлов.
- После обработки серой путем очистки (рафинирования) удаляют примеси мышьяка и сурьмы. С помощью цинка отделяют из состава благородные металлы (серебро и золото). Висмут удаляют при обработке материала магнием, кальцием.
Соединения химического элемента
Свинец не реагирует с серной и соляной кислотами благодаря пленке из малорастворимых соединений металла, препятствующих реакции. При взаимодействии с азотной кислотой образуется нитрат, где свинец проявляет степень окисления +2.

Металл растворяется в водных щелочных растворах при нагревании с образованием комплексных соединений и выделением водорода. Химический элемент образует гидроксиды со степенью окисления +2 и +4 и амфотерные оксиды:
- оксид свинца (II) — кристаллы красного цвета, плохо растворимые в воде;
- метаплюмбат — черные кристаллы или порошок, нерастворимые в воде;
- оксид свинца (IV) — порошок темно-коричневого цвета с характерным запахом озона;
- свинцовый сурик — твердое, устойчивое соединение темного красного цвета.
Свинец непосредственно не реагирует с азотом, фосфором, водородом, углеродом, мышьяком, бором. В жидком состоянии он растворяет кремний без образования соединения и поглощает фосфор, который выделяется при затвердевании.
Если соединения металла, образованные в результате взаимодействия с кислотой, растворяются в ней, то и металл растворяется в реагенте. Протеканию реакции способствует наличие окислителей в кислотах.
Например, плавиковая кислота слабо реагирует с металлом, поэтому ее можно готовить и хранить в сосудах из свинца. Разбавленная соляная и серная кислоты взаимодействуют со свинцом с поверхности. При подогреве разрушаются защитные пленки PbCl2 и PbSO4.
Под воздействием органических кислот в присутствии кислорода металл образует соединение, где проявляет валентность II. Концентрированные растворы щелочей при нагревании растворяют металл. При этом образуются гидроксоплюмбиты, и выделяется водород. При плавке металла с нитратом калия образуется свинец (степень окисления II) и KNO2.
Практическое применение металла и его соединений

- Свинец применяется как материал для свинцового аккумулятора, где на 2 пластинах по-разному изменяет свое состояние окисления. При разрядке происходит переход окислителя, содержащего свинец в степени окисления +4, в состояние, при котором показатель изменяется на +2. При этом восстановитель из состояния 0 переходит в соединение со степенью окисления +2.
- Свинцовый сурик применяют как пигмент для антикоррозионных красок и замазки в аккумуляторах.
- Сульфид металла используют при изготовлении керамических изделий. Его применяют в качестве материала для получения защитных пленок, полупроводниковых и новых наноматериалов.
- Как лигатурный компонент свинец входит в состав особых сплавов-баббитов, типографских соединений, бронзы. В смеси с мышьяком его применяют для изготовления дроби.
- Свойство металла не пропускать рентгеновское излучение применяется на практике для изготовления изолятора. Соединения свинца используются при производстве красок (белила, сурик, крон).
- Известен факт, что свинцовые белила, используемые при создании картин, со временем приобретают серый оттенок. Это связано с реакцией соединения с присутствующим в воздухе сероводородом с образованием сульфида металла.
- Свинец применяют в качестве добавки при изготовлении хрустального стекла. Неорганическое химическое соединение нитрат свинца применяется при изготовлении взрывчатых веществ. Соли азотистоводородной кислоты (азид металла) используются в качестве материала для детонаторов.
- Соединение металла — перхлорат применяется при обогащении руд методом флотации в тяжелой жидкости. Фторид и хлорид свинца используются для изготовления катодов. Соединение металла с теллуром применяется в качестве материала для производства термоэлектрических генераторов.
- Арсенат свинца применяется в сельском хозяйстве при борьбе с насекомыми вредителями. Нерастворимый порошок белого цвета — борат свинца используют как материал для покрытия изделий из фарфора и стекла.