Lyijy ja sen ominaisuudet. Lyijymetallin tekniset ja käyttäjäominaisuudet sekä ominaisuudet

Lyijy on kemiallinen alkuaine, jonka atominumero on 82 ja symboli Pb (latinan sanasta plumbum - harkko). Se on raskasmetalli, jonka tiheys on suurempi kuin useimpien tavanomaisten materiaalien; lyijy on pehmeää, muokattavaa ja sulaa suhteellisen alhaisissa lämpötiloissa. Juuri leikatussa lyijyssä on sinertävänvalkoinen sävy; se himmenee himmeän harmaaksi joutuessaan alttiiksi ilmalle. Lyijyllä on toiseksi suurin atomiluku klassisen stabiileista alkuaineista ja se on raskaampien alkuaineiden kolmen tärkeimmän hajoamisketjun lopussa. Lyijy on suhteellisen ei-reaktiivinen siirtymän jälkeinen elementti. Sen heikkoa metallista luonnetta kuvaa sen amfoteerisuus (lyijy ja lyijyoksidit reagoivat sekä happojen että emästen kanssa) ja taipumus muodostaa kovalenttisia sidoksia. Lyijyyhdisteet ovat yleensä hapetustilassa +2 mieluummin kuin +4, tyypillisesti hiiliryhmän kevyempien jäsenten kanssa. Poikkeukset rajoittuvat pääasiassa orgaanisiin yhdisteisiin. Kuten tämän ryhmän kevyemmät jäsenet, lyijy pyrkii sitoutumaan itsensä kanssa; se voi muodostaa ketjuja, renkaita ja monitahoisia rakenteita. Lyijyä uutetaan helposti lyijymalmeista, ja sen esihistorialliset ihmiset tunsivat jo Länsi-Aasiassa. Lyijyn päämalmi, galenia, sisältää usein hopeaa, ja kiinnostus hopeaa kohtaan vaikutti lyijyn laajamittaiseen louhintaan ja käyttöön antiikin Roomassa. Lyijyn tuotanto väheni Rooman valtakunnan kaatumisen jälkeen ja saavutti saman tason vasta teollisessa vallankumouksessa. Tällä hetkellä maailman lyijyntuotanto on noin kymmenen miljoonaa tonnia vuodessa; jalostuksen jälkituotannon osuus tästä määrästä on yli puolet. Lyijyllä on useita ominaisuuksia, jotka tekevät siitä hyödyllisen: korkea tiheys, matala lämpötila sulaminen, plastisuus ja suhteellinen inertti hapettumiselle. Yhdessä suhteellisen runsauden ja alhaisten kustannusten kanssa nämä tekijät ovat johtaneet lyijyn laajaan käyttöön rakentamisessa, putkistoissa, akuissa, luoteissa, vaakoissa, juotoksissa, tinaseoksissa, sulavissa seoksissa ja säteilysuojauksissa. 1800-luvun lopulla lyijy tunnustettiin erittäin myrkylliseksi, ja sen jälkeen sen käytöstä on luovuttu. Lyijy on hermomyrkky, joka kerääntyy pehmytkudoksiin ja luihin, vahingoittaa hermostoa ja aiheuttaa aivo- ja verihäiriöitä nisäkkäillä.

Fyysiset ominaisuudet

Atomiominaisuudet

Lyijyatomiin on järjestetty 82 elektronia elektroninen konfigurointi 4f145d106s26p2. Yhdistetty ensimmäinen ja toinen ionisaatioenergia - kahden 6p elektronin poistamiseen tarvittava kokonaisenergia - on lähellä tinan, lyijyn ylimmän naapurin hiiliryhmässä, energiaa. Se on epätavallista; ionisaatioenergiat laskevat yleensä ryhmää, kun elementin ulkoiset elektronit tulevat kauemmaksi ytimestä ja pienemmät kiertoradat suojaavat niitä paremmin. Ionisaatioenergioiden samankaltaisuus johtuu lantanidien vähenemisestä - alkuaineiden säteiden pienenemisestä lantaanista (atominumero 57) lutetiumiin (71) ja suhteellisen pienistä alkuaineiden säteistä hafniumin (72) jälkeen. Tämä johtuu ytimen huonosta suojauksesta lantanidielektroneilla. Lyijyn neljä ensimmäistä ionisaatioenergiaa yhteenlaskettuina ylittävät tinan energiat, toisin kuin ajoittain ennustetaan. Relativistiset vaikutukset, jotka tulevat merkittäviksi raskaammissa atomeissa, vaikuttavat tähän käyttäytymiseen. Eräs tällainen vaikutus on inertti parivaikutus: lyijyn 6s-elektronit ovat haluttomia osallistumaan sitoutumiseen, mikä tekee kiteisen lyijyn lähimpien atomien välisestä etäisyydestä epätavallisen pitkän. Kevyemmät lyijyhiiliryhmät muodostavat stabiileja tai metastabiileja allotrooppeja, joilla on tetraedrisesti koordinoitu ja kovalenttisesti sidottu timanttikuutiorakenne. Niiden ulompien s- ja p-orbitaalien energiatasot ovat riittävän lähellä, jotta ne voivat sekoittua neljän sp3-hybridiorbitaalin kanssa. Lyijyssä inertti parivaikutus kasvattaa sen s- ja p-orbitaalien välistä etäisyyttä, eikä aukkoa voida ylittää energialla, joka vapautuu lisäsidoksilla hybridisaation jälkeen. Toisin kuin timanttikuutiorakenne, lyijy muodostaa metallisia sidoksia, joissa vain p-elektroneja siirretään ja jaetaan Pb2+-ionien kesken. Siksi lyijyllä on pintakeskeinen kuutiorakenne, kuten samankokoiset kaksiarvoiset metallit, kalsium ja strontium.

Suuret volyymit

Puhtaalla lyijyllä on kirkkaan hopeanhohtoinen väri, jossa on aavistus sinistä. Se tummuu joutuessaan kosketuksiin kostean ilman kanssa, ja sen sävy riippuu vallitsevista olosuhteista. Lyijyn tunnusomaisia ​​ominaisuuksia ovat suuri tiheys, sitkeys ja korkea korroosionkestävyys (passivoinnista johtuen). Lyijyn tiheä kuutiorakenne ja suuri atomipaino johtavat 11,34 g/cm3:n tiheyteen, joka on suurempi kuin tavalliset metallit, kuten rauta (7,87 g/cm3), kupari (8,93 g/cm3) ja sinkki (7,14 g/cm3). ). Jotkut harvinaisemmista metalleista ovat tiheämpiä: volframi ja kulta ovat 19,3 g/cm3, kun taas osmiumin, tiheimmän metallin, tiheys on 22,59 g/cm3, mikä on lähes kaksi kertaa lyijyn tiheys. Lyijy on erittäin pehmeä metalli, jonka Mohs-kovuus on 1,5; sitä voi raapia kynnellä. Se on melko muokattava ja jonkin verran taipuisa. Lyijyn bulkkimoduuli, joka mittaa sen puristuvuuden helppoutta, on 45,8 GPa. Vertailun vuoksi alumiinin bulkkimoduuli on 75,2 GPa; kupari - 137,8 GPa; ja pehmeä teräs - 160-169 GPa. Vetolujuus 12-17 MPa:ssa on alhainen (6 kertaa korkeampi alumiinille, 10 kertaa suurempi kuparille ja 15 kertaa korkeampi pehmeälle teräkselle); sitä voidaan parantaa lisäämällä pieni määrä kuparia tai antimonia. Lyijyn sulamispiste, 327,5 °C (621,5 °F), on alhainen useimpiin metalleihin verrattuna. Sen kiehumispiste on 1749 °C (3180 °F) ja se on alhaisin hiiliryhmän alkuaineista. Lyijyn sähkövastus 20 °C:ssa on 192 nanometriä, mikä on lähes suuruusluokkaa suurempi kuin muiden teollisuusmetallien (kupari 15,43 nΩ m, kulta 20,51 nΩ m ja alumiini 24,15 nΩ m). Lyijy on suprajohde alle 7,19 K:n lämpötiloissa, mikä on kaikkien tyypin I suprajohteiden korkein kriittinen lämpötila. Lyijy on kolmanneksi suurin alkuainesuprajohde.

Lyijy-isotoopit

Luonnollinen lyijy koostuu neljästä stabiilista isotoopista, joiden massaluvut ovat 204, 206, 207 ja 208, ja viidestä lyhytikäisestä radioisotoopista. Isotooppien suuri määrä vastaa sitä tosiasiaa, että lyijyatomien lukumäärä on parillinen. Lyijyssä on maaginen määrä protoneja (82), jolle ydinkuorimalli ennustaa tarkasti erityisen vakaan ytimen. Lyijy-208:ssa on 126 neutronia, toinen maaginen luku, joka saattaa selittää, miksi lyijy-208 on epätavallisen vakaa. Korkean atomiluvun vuoksi lyijy on raskain alkuaine, jonka luonnollisia isotooppeja pidetään stabiileina. Tätä titteliä hallitsi aiemmin vismutti, jonka atominumero on 83, kunnes sen ainoa alkuperäinen isotooppi, vismutti-209, havaittiin vuonna 2003 hajoavan hyvin hitaasti. Lyijyn neljä stabiilia isotooppia voisivat teoriassa läpikäydä alfahajoamisen elohopean isotoopeiksi, jotka vapauttavat energiaa, mutta tätä ei ole havaittu missään, ja ennustetut puoliintumisajat vaihtelevat 1035-10189 vuoteen. Kolmessa stabiilia isotooppia esiintyy kolmessa neljästä päähajoamisketjusta: lyijy-206, lyijy-207 ja lyijy-208 ovat uraani-238:n, uraani-235:n ja torium-232:n lopulliset hajoamistuotteet; näitä hajoamisketjuja kutsutaan uraanisarjaksi, aktiniumsarjaksi ja toriumsarjaksi. Niiden isotooppipitoisuus luonnollisessa kivinäytteessä riippuu suuresti näiden kolmen uraanin ja toriumin emoisotoopin läsnäolosta. Esimerkiksi lyijy-208:n suhteellinen määrä voi vaihdella 52 %:sta normaaleissa näytteissä 90 %:iin toriummalmeissa, joten lyijyn standardiatomimassa annetaan vain yhdellä desimaalilla. Ajan myötä lyijy-206:n ja lyijy-207:n suhde lyijy-204:ään kasvaa, kun kahta edellistä täydentää raskaampien alkuaineiden radioaktiivinen hajoaminen, kun taas jälkimmäinen ei. tämä mahdollistaa lyijy-lyijysidokset. Kun uraani hajoaa lyijyksi, niiden suhteellinen määrä muuttuu; tämä on perusta uraanilyijylle. Lisäksi stabiilit isotoopit, jotka muodostavat lähes kaiken olemassa olevan lyijyn luonnollisesti, siellä on pieniä määriä useita radioaktiivisia isotooppeja. Yksi niistä on lyijy-210; vaikka sen puoliintumisaika on vain 22,3 vuotta, vain pieniä määriä tätä isotooppia löytyy luonnosta, koska lyijy-210 syntyy pitkällä hajoamissyklillä, joka alkaa uraani-238:sta (joka on ollut maapallolla miljardeja vuosia). Uraani-235:n, torium-232:n ja uraani-238:n hajoamisketjut sisältävät lyijyä-211, -212 ja -214, joten jälkiä kaikista kolmesta lyijy-isotoopista löytyy luonnostaan. Pienet lyijy-209-jäämät syntyvät hyvin harvinaisesta radium-223:n klusterin hajoamisesta, joka on yksi luonnonuraani-235:n tytärtuotteista. Lyijy-210 on erityisen hyödyllinen näytteiden iän tunnistamisessa mittaamalla sen suhde lyijy-206:een (molemmat isotoopit ovat läsnä samassa hajoamisketjussa). Lyijyn isotooppia syntetisoitiin yhteensä 43 kappaletta massaluvuilla 178-220. Lyijy-205 on stabiilin, sen puoliintumisaika on noin 1,5 × 107 vuotta. [I] Toiseksi stabiilin on lyijy-202, jonka puoliintumisaika on noin 53 000 vuotta, pidempi kuin minkään luonnollisesti esiintyvän radioisotoopin hiven. Molemmat ovat sukupuuttoon kuolleita radionuklideja, joita tuotettiin tähdissä yhdessä stabiilien lyijyn isotooppien kanssa, mutta jotka ovat hajonneet kauan sitten.

Kemia

Suuri määrä lyijyä, joka altistuu kostealle ilmalle, muodostaa suojakerroksen, jonka koostumus vaihtelee. Sulfiittia tai kloridia voi esiintyä myös kaupunki- tai meriympäristöissä. Tämä kerros tekee suuren määrän lyijyä tehokkaasti kemiallisesti inertiksi ilmassa. Hienoksi jauhettu lyijy, kuten monet metallit, on pyroforista ja palaa sinertävänvalkoisella liekillä. Fluori reagoi lyijyn kanssa huoneenlämpötilassa muodostaen lyijy(II)fluoridia. Reaktio kloorin kanssa on samanlainen, mutta vaatii kuumennusta, koska tuloksena oleva kloridikerros vähentää alkuaineiden reaktiivisuutta. Sula lyijy reagoi kalkogeenien kanssa muodostaen lyijy(II)kalkogenideja. Laimea rikkihappo ei hyökkää lyijymetalliin, vaan se liukenee tiivistetyssä muodossa. Se reagoi hitaasti suolahapon kanssa ja voimakkaasti typpihapon kanssa muodostaen typen oksideja ja lyijy(II)nitraattia. Orgaaniset hapot, kuten etikkahappo, liuottavat lyijyä hapen läsnä ollessa. Väkevät emäkset liuottavat lyijyä ja muodostavat plumbiteja.

epäorgaaniset yhdisteet

Lyijyllä on kaksi päähapetustilaa: +4 ja +2. Neliarvoinen tila on yhteinen hiiliryhmälle. Kaksiarvoinen tila on harvinainen hiilelle ja piille, merkityksetön germaniumille, tärkeä (mutta ei vallitseva) tinalle ja tärkeämpi lyijylle. Tämä johtuu relativistisista vaikutuksista, erityisesti inertistä parivaikutuksesta, joka ilmenee, kun lyijyn ja oksidi-, halogenidi- tai nitridianionien elektronegatiivisuudessa on suuri ero, mikä johtaa merkittäviin osittaisiin positiivisiin varauksiin lyijyssä. Tämän seurauksena lyijyn 6s-radan voimakkaampi supistuminen havaitaan kuin 6p-radan, mikä tekee lyijystä erittäin inerttiä ioniyhdisteissä. Tämä pätee vähemmän yhdisteisiin, joissa lyijy muodostaa kovalenttisia sidoksia samankaltaisten elektronegatiivisten alkuaineiden, kuten organoleptisten yhdisteiden hiilen, kanssa. Tällaisissa yhdisteissä 6s- ja 6p-orbitaalit ovat samankokoisia, ja sp3-hybridisaatio on edelleen energeettisesti suotuisa. Lyijy, kuten hiili, on pääasiassa neliarvoista tällaisissa yhdisteissä. Suhteellisen suuri ero elektronegatiivisuudessa lyijyn (II):n 1,87 ja lyijyn (IV) välillä on 2,33. Tämä ero korostaa +4-hapetustilan stabiilisuuden kasvun kääntymistä hiilen pitoisuuden pienentyessä; Vertailun vuoksi tinan arvot ovat 1,80 hapetustilassa +2 ja 1,96 tilassa +4.

Lyijy(II)-yhdisteet ovat tyypillisiä lyijyn epäorgaaniselle kemialle. Jopa vahvat hapettimet, kuten fluori ja kloori, reagoivat lyijyn kanssa huoneenlämpötilassa muodostaen vain PbF2:ta ja PbCl2:ta. Useimmat niistä ovat vähemmän ionisia kuin muut metalliyhdisteet ja ovat siksi suurelta osin liukenemattomia. Lyijy(II)-ionit ovat tavallisesti värittömiä liuoksessa ja hydrolysoituvat osittain muodostaen Pb(OH)+:n ja lopuksi Pb4(OH)4:n (jossa hydroksyyli-ionit toimivat silloitusligandeina). Toisin kuin tina(II)-ionit, ne eivät ole pelkistäviä aineita. Menetelmät Pb2+-ionin läsnäolon tunnistamiseksi vedessä perustuvat yleensä lyijy(II)kloridin saostukseen laimealla kloorivetyhapolla. Koska kloridisuola liukenee heikosti veteen, lyijy(II)sulfidia yritetään saostaa kuplittamalla rikkivetyä liuoksen läpi. Lyijymonoksidia on kaksi polymorfia: punainen α-PbO ja keltainen β-PbO, jälkimmäinen on stabiili vain yli 488 °C:ssa. Se on yleisimmin käytetty lyijyyhdiste. Lyijyhydroksidi (II) voi esiintyä vain liuoksessa; sen tiedetään muodostavan plumbite-anioneja. Lyijy reagoi yleensä raskaampien kalkogeenien kanssa. Lyijysulfidi on puolijohde-, valojohde- ja erittäin herkkä infrapunailmaisin. Kaksi muuta kalkogenidia, lyijy-selenidi ja lyijy-tellidi, ovat myös valonjohteita. Ne ovat epätavallisia siinä mielessä, että niiden väri muuttuu vaaleammaksi mitä matalampi ryhmä. Lyijydihalogenidit on kuvattu hyvin; niihin sisältyvät diastatidi ja sekahalogenidit, kuten PbFCl. Jälkimmäisen suhteellinen liukenemattomuus on käyttökelpoinen perusta fluorin gravimetriselle määritykselle. Difluoridi oli ensimmäinen kiinteä ioneja johtava yhdiste, joka löydettiin (Michael Faraday vuonna 1834). Muut dihalogenidit hajoavat joutuessaan alttiiksi ultraviolettivalolle tai näkyvälle valolle, erityisesti dijodidi. Useita lyijyn pseudohalogenideja tunnetaan. Lyijy (II) muodostaa suuren määräna, kuten 2-, 4- ja anionin n5n-ketjuja. Lyijy(II)sulfaatti on veteen liukenematon, kuten muidenkin raskaiden kaksiarvoisten kationien sulfaatit. Lyijy(II)nitraatti ja lyijy(II)asetaatti ovat hyvin liukoisia, ja tätä käytetään muiden lyijyyhdisteiden synteesissä.

Epäorgaanisia lyijy(IV)-yhdisteitä tunnetaan useita, ja ne ovat yleensä vahvoja hapettimia tai esiintyvät vain vahvasti happamissa liuoksissa. Lyijy(II)oksidi antaa sekaoksidin, kun se hapetetaan edelleen, Pb3O4. Sitä kuvataan lyijy(II, IV)oksidiksi tai rakenteellisesti 2PbO PbO2:ksi ja se on tunnetuin sekavalenssilyijyyhdiste. Lyijydioksidi on voimakas hapetin, joka pystyy hapettamaan suolahapon kloorikaasuksi. Tämä johtuu siitä, että odotettu tuotettava PbCl4 on epästabiili ja hajoaa spontaanisti PbCl2:ksi ja Cl2:ksi. Lyijymonoksidin tapaan lyijydioksidi pystyy muodostamaan vaahdotettuja anioneja. Lyijydisulfidi ja lyijydiselenidi ovat stabiileja korkeissa paineissa. Lyijytetrafluoridi, keltainen kiteinen jauhe, on stabiili, mutta vähäisemmässä määrin kuin difluoridi. Lyijytetrakloridi (keltainen öljy) hajoaa huoneenlämpötilassa, lyijytetrabromidi on vielä vähemmän stabiili, ja lyijytetrajodidin olemassaolo on kiistanalainen.

Muut hapetustilat

Jotkut lyijyyhdisteet ovat muissa hapetusasteissa kuin +4 tai +2. Lyijy(III) voidaan saada välituotteena lyijy(II):n ja lyijy(IV):n välillä suuremmissa organoleptisissa komplekseissa; tämä hapetustila on epästabiili, koska sekä lyijy(III)-ioni että sitä sisältävät suuremmat kompleksit ovat radikaaleja. Sama koskee lyijyä (I), jota löytyy tällaisista lajeista. Useita lyijyn sekaoksideja (II, IV) tunnetaan. Kun Pb02:ta kuumennetaan ilmassa, siitä tulee Pb12O19 293 °C:ssa, Pb12O17 351 °C:ssa, Pb304 374 °C:ssa ja lopuksi PbO 605 °C:ssa. Toinen seskvioksidi, Pb2O3, voidaan saada korkeapaine sekä useita ei-stoikiometrisiä vaiheita. Monissa näistä on viallisia fluoriittirakenteita, joissa jotkin happiatomit on korvattu tyhjillä: PbO:lla voidaan katsoa olevan tämä rakenne, jolloin jokainen vaihtoehtoinen happiatomikerros puuttuu. Negatiiviset hapetustilat voivat esiintyä Zintl-faaseina, kuten joko Ba2Pb:n tapauksessa, jossa lyijy on muodollisesti lyijy(-IV), tai kuten happiherkkien rengas- tai polyhedraalisten klusteri-ionien, kuten trigonaalisen bipyramidaalisen ionin Pb52-i tapauksessa. , jossa kaksi lyijyatomia - lyijy (- I) ja kolme - lyijy (0). Tällaisissa anioneissa kukin atomi on monitahoisessa kärjessä ja antaa kaksi elektronia kuhunkin kovalenttiseen sidokseksi sp3-hybridiorbitaalien reunalla, ja kaksi muuta ovat ulompi yksittäinen pari. Ne voidaan muodostaa nestemäisessä ammoniakissa pelkistämällä lyijyä natriumilla.

Orgaaninen lyijy

Lyijy voi muodostaa moninkertaisia ​​ketjuja, ominaisuus, joka jakaa kevyemmän homologinsa, hiilen, kanssa. Sen kyky tehdä tämä on paljon pienempi, koska Pb-Pb-sidoksen energia on kolme ja puoli kertaa pienempi kuin C-C-sidoksen. Lyijy voi itsessään muodostaa metalli-metalli-sidoksia kolmanteen kertaluokkaan asti. Hiilen kanssa lyijy muodostaa lyijyä orgaaniset yhdisteet, samanlainen, mutta yleensä vähemmän stabiili kuin tyypilliset orgaaniset yhdisteet (johtuen Pb-C-sidoksen heikkoudesta). Tämä tekee lyijyn organometallista kemiaa paljon vähemmän leveäksi kuin tinan. Lyijy muodostaa pääasiassa orgaanisia yhdisteitä (IV), vaikka muodostuminen alkaisikin epäorgaanisilla lyijy (II) reagensseilla; Organolaatti(II)-yhdisteitä tunnetaan hyvin vähän. Parhaiten luonnehditut poikkeukset ovat Pb 2 ja Pb (η5-C5H5)2. Yksinkertaisimman orgaanisen yhdisteen, metaanin, lyijyanalogi on plumbaani. Plumbania voidaan saada metallisen lyijyn ja atomivedyn välisessä reaktiossa. Kaksi yksinkertaista johdannaista, tetrametyyliadiini ja tetraetyyliidelidi, ovat tunnetuimpia organoleadiyhdisteitä. Nämä yhdisteet ovat suhteellisen stabiileja: tetraetylidi alkaa hajota vasta 100 °C:ssa tai joutuessaan alttiiksi auringonvalolle tai UV-säteily. (Tetrafenyylilyijy on vieläkin lämpöstabiilimpaa, ja se hajoaa 270 °C:ssa.) Natriummetallin kanssa lyijy muodostaa helposti ekvimolaarisen seoksen, joka reagoi alkyylihalogenidien kanssa muodostaen organometallisia yhdisteitä, kuten tetraetylidiä. Myös monien organo-orgaanisten yhdisteiden hapettavaa luonnetta hyödynnetään: lyijytetraasetaatti on tärkeä laboratorioreagenssi hapetuksessa orgaanisessa kemiassa, ja tetraetyylielidia on valmistettu mm. suuria määriä kuin mikään muu organometallinen yhdiste. Muut orgaaniset yhdisteet ovat kemiallisesti vähemmän stabiileja. Monille orgaanisille yhdisteille ei ole lyijyanalogia.

Alkuperä ja levinneisyys

Avaruudessa

Lyijyn runsaus hiukkasta kohden aurinkokunnassa on 0,121 ppm (miljardia). Tämä luku on kaksi ja puoli kertaa korkeampi kuin platinalla, kahdeksan kertaa korkeampi kuin elohopealla ja 17 kertaa suurempi kuin kullalla. Lyijyn määrä universumissa kasvaa hitaasti, kun raskaimmat atomit (jotka kaikki ovat epävakaita) hajoavat vähitellen lyijyksi. Lyijyn määrä aurinkokunnassa on lisääntynyt noin 0,75 % sen muodostumisesta 4,5 miljardia vuotta sitten. Aurinkokunnan isotooppien runsaustaulukko osoittaa, että lyijyä on suhteellisen korkeasta atomiluvustaan ​​huolimatta runsaammin kuin useimmat muut alkuaineet, joiden atomiluku on suurempi kuin 40. Alkuperäinen lyijy, joka sisältää isotoopit lyijy-204, lyijy-206, lyijy-207, ja lyijy -208- syntyivät pääasiassa tähdissä tapahtuvien toistuvien neutronien sieppausprosessien seurauksena. Kaksi pääasiallista kaappaustilaa ovat s- ja r-prosessit. S-prosessissa (s tarkoittaa "hidasta") sieppaukset erotetaan vuosien tai vuosikymmenten välein, jolloin vähemmän vakaat ytimet pääsevät läpi beetahajoamisen. Tallium-203:n vakaa ydin voi vangita neutronin ja muuttua tallium-204:ksi; tämä aine käy läpi beetahajoamista, jolloin saadaan stabiili lyijy-204; kun toinen neutroni vangitaan, siitä tulee lyijy-205, jonka puoliintumisaika on noin 15 miljoonaa vuotta. Lisäsieppaukset johtavat lyijy-206, lyijy-207 ja lyijy-208 muodostumiseen. Kun toinen neutroni vangitsee, lyijy-208 muuttuu lyijy-209:ksi, joka hajoaa nopeasti vismutti-209:ksi. Kun toinen neutroni vangitaan, vismutti-209:stä tulee vismutti-210, jonka beeta hajoaa polonium-210:ksi ja jonka alfa hajoaa lyijyksi-206:ksi. Siksi sykli päättyy lyijy-206:een, lyijy-207:ään, lyijy-208:aan ja vismutti-209:ään. R-prosessissa (r tarkoittaa "nopeaa") sieppaukset ovat nopeampia kuin ytimet voivat hajota. Tämä tapahtuu ympäristöissä, joissa on korkea neutronitiheys, kuten supernova tai kahden neutronitähden fuusio. Neutronivuo voi olla luokkaa 1022 neutronia neliösenttimetriä kohti sekunnissa. R-prosessi ei tuota yhtä paljon lyijyä kuin s-prosessi. Sillä on taipumus pysähtyä heti, kun neutronirikkaat ytimet saavuttavat 126 neutronin. Tällä hetkellä neutronit sijaitsevat täydessä kuoressa atomiydin, ja niiden lisääminen on energisesti vaikeampaa. Kun neutronivirta laantuu, niiden beeta-ytimet hajoavat stabiileiksi osmiumin, iridiumin ja platinan isotoopeiksi.

Maassa

Lyijy luokitellaan kalkofiiliksi Goldschmidtin luokituksen mukaan, mikä tarkoittaa, että sitä esiintyy yleensä yhdessä rikin kanssa. Sitä tavataan harvoin luonnollisessa metallimuodossaan. Monet lyijymineraalit ovat suhteellisen kevyitä ja ovat maapallon historian aikana pysyneet maankuoressa sen sijaan, että ne olisivat uppoaneet syvemmälle maan sisäosiin. Tämä selittää suhteellisen korkean lyijypitoisuuden kuoressa, 14 ppm; se on 38. yleisin alkuaine kuoressa. Tärkein lyijymineraali on galenia (PbS), jota löytyy pääasiassa sinkkimalmeista. Useimmat muut lyijymineraalit ovat jollain tavalla sukua galeenille; boulangeriitti, Pb5Sb4S11, on galeenista johdettu sekasulfidi; Anglesiitti, PbSO4, on galeenin hapettumistuote; ja serusiitti tai valkoinen lyijymalmi, PbCO3, on galeenin hajoamistuote. Arseeni, tina, antimoni, hopea, kulta, kupari ja vismutti ovat yleisiä lyijymineraalien epäpuhtauksia. Maailman johtavat resurssit ylittävät 2 miljardia tonnia. Merkittäviä lyijyesiintymiä on löydetty Australiasta, Kiinasta, Irlannista, Meksikosta, Perusta, Portugalista, Venäjältä ja Yhdysvalloista. Maailmanvarat – taloudellisesti kannattavia resursseja – vuonna 2015 olivat 89 miljoonaa tonnia, josta 35 miljoonaa on Australiassa, 15,8 miljoonaa Kiinassa ja 9,2 miljoonaa Venäjällä. Tyypilliset lyijyn taustapitoisuudet ilmakehässä eivät ylitä 0,1 µg/m3; 100 mg/kg maaperässä; ja 5 µg/l tuumaa raikasta vettä ja merivettä.

Etymologia

Nykyaikainen englanninkielinen sana "lyijy" (lyijy) on germaanista alkuperää; se tulee keskienglannista ja vanhasta englannista (pituusaste vokaalin "e" yläpuolella, mikä tarkoittaa, että kyseisen kirjaimen vokaali on pitkä). Vanhanenglannin sana tulee hypoteettisesta rekonstruoidusta protogermaanisesta *lauda- ("lyijy") sanasta. Hyväksytyn kieliteorian mukaan tämä sana "synnytti" jälkeläisiä useilla germaanisilla kielillä, joilla on täsmälleen sama merkitys. Protogermaanisen *laudan alkuperä ei ole selvä kieliyhteisössä. Erään hypoteesin mukaan tämä sana on johdettu proto-indoeurooppalaisesta *lAudh- ("lyijy"). Toisen hypoteesin mukaan sana on lainasana protokelttilaisesta *ɸloud-io- ("lyijy"). Tämä sana liittyy latinan sanaan plumbum, joka antoi tälle alkuaineelle kemiallisen merkin Pb. Sana *ɸloud-io- voi olla myös protogermaanisen *bliwa- (joka tarkoittaa myös "lyijyä") lähde, josta saksalainen Blei on peräisin. Nimi kemiallinen alkuaine ei liity verbiin, jolla on sama kirjoitusasu, joka on johdettu protogermaanisesta *layijan- ("johtaa").

Historia

Tausta ja varhainen historia

Metalliset lyijyhelmet, jotka ovat peräisin 7000–6500 eKr. ja löydetty Vähästä Aasiasta, voivat edustaa ensimmäistä esimerkkiä metallin sulatuksesta. Tuohon aikaan lyijyllä oli vähän käyttöä (jos ollenkaan) sen pehmeyden ja tylsän ulkonäön vuoksi. Pääsyy lyijytuotannon leviämiseen oli sen yhdistäminen hopeaan, jota voidaan saada polttamalla galeenia (yleinen lyijymineraali). Muinaiset egyptiläiset käyttivät ensimmäisiä lyijyä kosmetiikassa, mikä levisi Muinainen Kreikka ja sen jälkeen. Egyptiläiset ovat saattaneet käyttää lyijyä upottajana kalaverkoissa sekä lasiteissa, laseissa, emaleissa ja koruissa. Useat hedelmällisen puolikuun sivilisaatiot käyttivät lyijyä kirjoitusmateriaalina, rahana ja rakentamisessa. Lyijyä käytettiin muinaisessa Kiinan kuninkaallisessa hovissa piristeenä, valuuttana ja ehkäisyvälineenä. Indus-laakson sivilisaatiossa ja mesoamerikkalaisissa lyijyä käytettiin amulettien valmistukseen; Itä- ja Etelä-Afrikan kansat käyttivät lyijyä langan vetämisessä.

klassinen aikakausi

Koska hopeaa käytettiin laajalti koristemateriaalina ja vaihtovälineenä, lyijyä alettiin työstää Vähässä-Aasiassa vuodesta 3000 eKr. myöhemmin lyijyesiintymiä kehitettiin Egeanmeren ja Lorionin alueilla. Nämä kolme aluetta yhdessä hallitsivat louhitun lyijyn tuotantoa noin vuoteen 1200 eaa. Vuodesta 2000 eKr. foinikialaiset ovat työskennelleet Iberian niemimaan esiintymien parissa; vuoteen 1600 eaa lyijykaivostoimintaa oli Kyproksella, Kreikassa ja Sisiliassa. Rooman alueellinen laajentuminen Euroopassa ja Välimeren alueella sekä kaivosteollisuuden kehittyminen johtivat alueen suurimmaksi johtavaksi tuottajaksi klassisella aikakaudella, jonka vuotuinen tuotanto nousi 80 000 tonniin. Edeltäjänsä tavoin roomalaiset saivat lyijyä pääasiassa hopeansulatuksen sivutuotteena. Johtavat tulot olivat Keski Eurooppa, Iso-Britannia, Balkan, Kreikka, Anatolia ja Espanja, joiden osuus maailman lyijyn tuotannosta on 40 prosenttia. Lyijyä käytettiin vesiputkien valmistukseen Rooman valtakunnassa; Tämän metallin latinalainen sana plumbum on lähde Englanninkielinen sana putkityöt (putkityöt). Metallin helppokäyttöisyys ja korroosionkestävyys ovat johtaneet sen laajaan käyttöön muilla aloilla, mukaan lukien lääkkeet, kattomateriaalit, valuutat ja sotilastarvikkeet. Sen ajan kirjoittajat, kuten Cato Vanhin, Columella ja Plinius Vanhin, suosittelivat lyijyastioita viiniin ja ruokaan lisättyjen makeutus- ja säilöntäaineiden valmistukseen. Lyijy antoi miellyttävän maun johtuen "lyijysokerin" muodostumisesta (lyijy(II)asetaatti), kun taas kupari- tai pronssiastiat saattoivat antaa ruoalle kitkerän maun verdigreen muodostumisen vuoksi. Tämä metalli oli ylivoimaisesti yleisin materiaali Klassisessa antiikissa, ja on tarkoituksenmukaista viitata (roomalaiseen) lyijyn aikakauteen. Lyijy oli roomalaisten yleisessä käytössä kuten muovi meillä. Roomalainen kirjailija Vitruvius kertoi vaaroista, joita lyijy voi aiheuttaa terveydelle, ja nykyaikaiset kirjailijat ovat ehdottaneet, että lyijymyrkytyksellä oli tärkeä rooli Rooman valtakunnan rappeutumisessa.[l]Toiset tutkijat ovat kritisoineet tällaisia ​​väitteitä ja huomauttaneet esimerkiksi, että kaikki vatsakivut eivät johtuneet lyijymyrkytyksestä. Arkeologisen tutkimuksen mukaan roomalainen lyijyputket lisäsivät lyijypitoisuuksia vesijohtovedessä, mutta tällainen vaikutus "tuskin olisi ollut todella haitallinen." Lyijymyrkytysten uhrit tulivat tunnetuksi Saturniineina pelottavan jumalten isän Saturnuksen mukaan. tämän yhteydessä lyijyä pidettiin kaikkien metallien "isänä". Hänen asemansa roomalaisessa yhteiskunnassa oli alhainen, koska hän oli helposti saatavilla ja halpa.

Tina ja antimoni sekaannus

Klassisella aikakaudella (ja jopa 1600-luvulle asti) tina oli usein mahdoton erottaa lyijystä: roomalaiset kutsuivat lyijyä plumbum nigrumiksi ("musta lyijy") ja tinaa plumbum candidum ("kevyt lyijy"). Lyijyn ja tinan yhteys voidaan jäljittää myös muilla kielillä: sana "olovo" tarkoittaa tšekin kielellä "lyijyä", mutta venäjäksi sukua oleva tina tarkoittaa "tinaa". Lisäksi lyijyllä on läheinen suhde antimoniin: molemmat alkuaineet esiintyvät yleensä sulfideina (galena ja stibniitti), usein yhdessä. Plinius kirjoitti väärin, että stibniitti tuottaa kuumennettaessa lyijyä antimonin sijaan. Esimerkiksi Turkissa ja Intiassa antimonin alkuperäinen persialainen nimi viittasi antimonisulfidiin tai lyijysulfidiin, ja joissakin kielissä, kuten venäjänä, sitä kutsuttiin antimoniksi.

Keskiaika ja renessanssi

Lyijyn louhinta sisään Länsi-Eurooppa laski Länsi-Rooman valtakunnan kaatumisen jälkeen, ja Arabian Iberia oli ainoa alue, jolla on merkittävää lyijyä. Suurin lyijyn tuotanto havaittiin etelässä ja Itä-Aasia erityisesti Kiinassa ja Intiassa, joissa lyijyn louhinta lisääntyi huomattavasti. Euroopassa lyijytuotanto alkoi elpyä vasta 1000- ja 1100-luvuilla, jolloin lyijyä käytettiin jälleen katto- ja putkistoissa. 1200-luvulta lähtien lyijyä käytettiin lasimaalausten luomiseen. Eurooppalaisessa ja arabialaisessa alkemian perinteessä lyijyä (eurooppalaisessa perinteessä Saturnuksen symboli) pidettiin epäpuhtaana perusmetallina, joka erottamalla, jalostamalla ja tasapainottamalla sen ainesosia voitiin muuttaa puhtaaksi kullaksi. Tänä aikana lyijyä käytettiin yhä enemmän viinin saastuttamiseen. Tällaisten viinien käyttö kiellettiin paavin määräyksellä vuonna 1498, koska sitä pidettiin sopimattomana pyhissä riiteissä, mutta sen juonti jatkui, mikä johti joukkomyrkytyksiin 1700-luvun loppuun asti. Lyijy oli avainmateriaali osissa painokonetta, joka keksittiin noin 1440; painotyöntekijät hengittivät rutiininomaisesti lyijypölyä, mikä aiheutti lyijymyrkytyksen. Samoihin aikoihin keksittiin tuliaseet, ja lyijystä, vaikka se oli rautaa kalliimpaa, tuli päämateriaali luotien valmistuksessa. Se oli vähemmän vaarallinen rautapistoolin piipuille, sen tiheys oli suurempi (mikä auttoi paremmin nopeuden säilyvyyttä) ja enemmän alhainen kohta sulattaminen helpotti luotien valmistamista, koska niitä voitiin valmistaa puutalla. Venetsialaisen keramiikan muodossa olevaa lyijyä käytettiin laajalti kosmetiikassa länsieurooppalaisen aristokratian keskuudessa, sillä valkaistuja kasvoja pidettiin vaatimattomuuden merkkinä. Tämä käytäntö laajeni myöhemmin valkoisiin peruukkeihin ja eyelinereihin ja katosi vasta Ranskan vallankumouksen aikana, 1700-luvun lopulla. Samanlainen muoti ilmestyi Japanissa 1700-luvulla geishojen ilmaantumisen myötä, käytäntö, joka jatkui koko 1900-luvun. "Valkoiset kasvot ilmensivät japanilaisten naisten hyvettä", kun taas lyijyä käytettiin yleisesti valkaisuaineena.

Euroopan ja Aasian ulkopuolella

Uudessa maailmassa lyijyä alettiin tuottaa pian eurooppalaisten uudisasukkaiden saapumisen jälkeen. Varhaisin kirjattu lyijyn tuotanto on peräisin vuodelta 1621 Englannin Virginian siirtokunnasta, neljätoista vuotta sen perustamisen jälkeen. Australiassa ensimmäinen siirtolaisten avaama kaivos mantereella oli lippulaivakaivos vuonna 1841. Afrikassa lyijyn louhinta ja sulatus tunnettiin Benue Taurassa ja Kongon ala-altaassa, missä lyijyä käytettiin kauppaan eurooppalaisten kanssa ja valuuttana 1600-luvulla, kauan ennen taistelua Afrikasta.

Teollinen vallankumous

1700-luvun jälkipuoliskolla teollinen vallankumous tapahtui Britanniassa ja sitten Manner-Euroopassa ja Yhdysvalloissa. Tämä oli ensimmäinen kerta, kun lyijytuotanto ylitti Rooman tuotannon. Iso-Britannia oli johtava lyijyn tuottaja, mutta se menetti asemansa 1800-luvun puoliväliin mennessä kaivostensa ehtyessä ja lyijykaivostoiminnan kehittyessä Saksassa, Espanjassa ja Yhdysvalloissa. Vuoteen 1900 mennessä Yhdysvallat oli maailman johtava lyijyntuotannon valmistaja, ja muut Euroopan ulkopuoliset maat – Kanada, Meksiko ja Australia – aloittivat merkittävän lyijyntuotannon; tuotanto Euroopan ulkopuolella kasvoi. Suuri osa lyijykysynnästä oli putkistoa ja maalia – lyijymaalia käytettiin silloin säännöllisesti. Tänä aikana useammat ihmiset (työväenluokka) joutuivat kosketuksiin metallien kanssa ja lyijymyrkytystapaukset lisääntyivät. Tämä johti tutkimukseen lyijyn saannin vaikutuksista kehoon. Lyijy todettiin savumuodossaan vaarallisemmaksi kuin kiinteä metalli. Lyijymyrkytyksen ja kihdin välillä on havaittu yhteys; Brittiläinen lääkäri Alfred Baring Garrod totesi, että kolmasosa hänen kihtipotilaistaan ​​oli putkimiehiä ja taiteilijoita. Kroonisen lyijyaltistuksen seuraukset, mukaan lukien mielenterveyshäiriöt, tutkittiin myös 1800-luvulla. Ensimmäiset lait, joilla vähennettiin lyijymyrkytysten esiintyvyyttä tehtaissa, säädettiin 1870- ja 1880-luvuilla Yhdistyneessä kuningaskunnassa.

uusi aika

Lisää todisteita lyijyn aiheuttamasta uhasta löydettiin 1800-luvun lopulla ja 1900-luvun alussa. Haittojen mekanismit on ymmärretty paremmin, ja lyijysokeus on myös dokumentoitu. Euroopan maat ja Yhdysvallat ovat ryhtyneet toimiin vähentääkseen lyijyn määrää, jonka kanssa ihmiset joutuvat kosketuksiin. Vuonna 1878 Yhdistynyt kuningaskunta otti käyttöön pakolliset tarkastukset tehtaissa ja nimitti tehtaan ensimmäisen lääketieteellisen tarkastajan vuonna 1898; Tämän seurauksena lyijymyrkytysten määrä väheni 25-kertaisesti vuodesta 1900 vuoteen 1944. Viimeinen suuri ihmisen altistuminen lyijylle oli tetraetyylieetterin lisääminen bensiiniin nakutusnestoaineena, mikä käytäntö syntyi Yhdysvalloissa vuonna 1921. Se poistettiin käytöstä Yhdysvalloissa ja Euroopan unionissa vuoteen 2000 mennessä. Suurin osa eurooppalaiset maat Kielletty lyijymaali, jota käytetään yleisesti sen läpikuultamattomuuden ja vedenkestävyyden vuoksi, sisustukseen 1930 mennessä. Vaikutus on ollut merkittävä: 1900-luvun viimeisellä neljänneksellä niiden ihmisten osuus, joilla on liiallinen veren lyijypitoisuus, laski yli kolmesta neljäsosasta Yhdysvaltojen väestöstä hieman yli kahteen prosenttiin. 1900-luvun lopulla tärkein lyijytuote oli lyijyakku, joka ei aiheuttanut välitöntä uhkaa ihmisille. Vuosina 1960-1990 länsiblokin lyijyntuotanto kasvoi kolmanneksella. Globaalin lyijyntuotannon osuus itäblokissa kolminkertaistui 10 prosentista 30 prosenttiin vuodesta 1950 vuoteen 1990, jolloin Neuvostoliitto oli maailman suurin lyijyntuottaja 1970-luvun puolivälissä ja 1980-luvun puolivälissä ja Kiina aloitti laajan lyijyntuotannon 20-luvun lopulla. vuosisadalla. Toisin kuin Euroopan kommunistiset maat, Kiina oli 1900-luvun puolivälissä enimmäkseen ei-teollistunut maa; vuonna 2004 Kiina ohitti Australian suurimmana lyijyn tuottajana. Kuten Euroopan teollistumisen yhteydessä, lyijy on vaikuttanut terveyteen Kiinassa.

Tuotanto

Lyijyn tuotanto kasvaa maailmanlaajuisesti, koska sitä käytetään lyijyakuissa. On olemassa kaksi päätuoteluokkaa: primaari, malmista; ja toissijainen, romusta. Vuonna 2014 alkutuotteista valmistettiin 4,58 miljoonaa tonnia lyijyä ja sekundäärituotteista 5,64 miljoonaa tonnia. Tänä vuonna Kiina, Australia ja Yhdysvallat nousivat kolmen suurimman louhitun lyijyrikasteen tuottajan kärkeen. Kolme suurinta jalostetun lyijyn tuottajaa ovat Kiina, Yhdysvallat ja Etelä-Korea. International Association of Metal Experts -järjestön vuonna 2010 julkaiseman raportin mukaan lyijyn kokonaiskäyttö, joka on kertynyt, vapautunut tai levinnyt ympäristöön maailmanlaajuisella tasolla asukasta kohden on 8 kg. Suurin osa tästä on kehittyneemmissä maissa (20-150 kg/asukas) vähemmän kehittyneissä maissa (1-4 kg/asukas). Primaarisen ja sekundaarisen lyijyn valmistusprosessit ovat samanlaiset. Eräät alkutuotantolaitokset täydentävät parhaillaan toimintaansa lyijylevyillä ja tämä suuntaus tulee lisääntymään tulevaisuudessa. Asianmukaisilla tuotantomenetelmillä kierrätettyä lyijyä ei voi erottaa neitsytlyijystä. Rakennusalan metalliromu on yleensä melko puhdasta ja uudelleensulatettua ilman sulatusta, vaikka joskus tarvitaan tislausta. Kierrätetyn lyijyn tuotanto on siten energiantarpeen kannalta halvempaa kuin primäärilyijyn tuotanto, usein 50 % tai enemmän.

Main

Suurin osa lyijymalmeista sisältää pienen prosenttiosuuden lyijyä (rikkaiden malmien tyypillinen lyijypitoisuus on 3-8 %), mikä on tiivistettävä talteen ottamista varten. Alkuprosessoinnin aikana malmit yleensä murskataan, erotetaan tiheät väliaineet, jauhetaan, vaahdotetaan ja kuivataan. Saatu konsentraatti, jonka lyijypitoisuus on 30-80 painoprosenttia (tyypillisesti 50-60 %), muunnetaan sitten (epäpuhdaksi) lyijymetalliksi. On kaksi päätapaa tehdä tämä: kaksivaiheinen prosessi, johon kuuluu paahtaminen ja sen jälkeen poisto masuunista, joka suoritetaan erillisissä astioissa; tai suora prosessi, jossa konsentraatin uuttaminen tapahtuu yhdessä astiassa. Jälkimmäinen menetelmä on yleistynyt, vaikka edellinen on edelleen merkittävä.

Kaksivaiheinen prosessi

Ensin sulfiditiiviste pasutetaan ilmassa lyijysulfidin hapettamiseksi: 2 PbS + 3 O2 → 2 PbO + 2 SO2 malmi. Tämä raakalyijyoksidi pelkistetään koksiuunissa (taas epäpuhdaksi) metalliksi: 2 PbO + C → Pb + CO2. Epäpuhtaudet ovat pääasiassa arseenia, antimonia, vismuttia, sinkkiä, kuparia, hopeaa ja kultaa. Sula käsitellään jälkikaiuntauunissa ilmalla, höyryllä ja rikillä, mikä hapettaa epäpuhtaudet hopeaa, kultaa ja vismuttia lukuun ottamatta. Hapetuneet epäpuhtaudet kelluvat sulatteen päällä ja poistetaan. Metallinen hopea ja kulta poistetaan ja otetaan talteen taloudellisesti Parkes-prosessilla, jossa sinkkiä lisätään lyijyyn. Sinkki liuottaa hopeaa ja kultaa, jotka molemmat voidaan erottaa ja ottaa talteen sekoittamatta lyijyn kanssa. Vismutti vapauttaa hopeatonta lyijyä Betterton-Kroll-menetelmällä käsittelemällä sitä metallilla kalsiumilla ja magnesiumilla. Saadut vismuttipitoiset kuonat voidaan poistaa. Erittäin puhdasta lyijyä voidaan saada elektrolyyttisesti käsittelemällä sulatettua lyijyä Betts-prosessilla. Epäpuhtaat lyijyanodit ja puhtaat lyijykatodit asetetaan lyijyfluorisilikaatti (PbSiF6) -elektrolyyttiin. Sähköpotentiaalin käyttämisen jälkeen anodin epäpuhdas lyijy liukenee ja kerrostuu katodille, jolloin suurin osa epäpuhtauksista jää liuokseen.

suora prosessi

Tässä prosessissa lyijyharkko ja kuona saadaan suoraan lyijyrikasteista. Lyijysulfidikonsentraatti sulatetaan uunissa ja hapetetaan lyijymonoksidiksi. Hiiltä (koksia tai hiilikaasua) lisätään sulaan panokseen yhdessä juoksutteen kanssa. Siten lyijymonoksidi pelkistyy lyijymetalliksi lyijymonoksidipitoisen kuonan keskellä. Jopa 80 % lyijystä erittäin tiivistetyissä alkurikasteissa voidaan saada harkkoina; loput 20 % muodostavat runsaasti lyijymonoksidia sisältävää kuonaa. Heikkolaatuisten raaka-aineiden osalta kaikki lyijy voidaan hapettaa korkealaatuiseksi kuonaksi. Metallilyijyä valmistetaan edelleen korkealaatuisista (25-40 %) kuonasta polttamalla tai merenalaisen polttoaineen ruiskutuksen avulla, apukäyttöisellä sähköuunilla tai molempien menetelmien yhdistelmällä.

Vaihtoehtoja

Puhtaamman ja vähemmän energiaa kuluttavan lyijyn louhintaprosessin tutkimus jatkuu; sen suurin haittapuoli on, että joko liian paljon lyijyä häviää jätteenä tai vaihtoehtoiset menetelmät johtavat tuloksena olevan lyijymetallin korkeaan rikkipitoisuuteen. Hydrometallurginen uutto, jossa epäpuhtaat lyijyanodit upotetaan elektrolyyttiin ja puhdas lyijy kerrostetaan katodille, on tekniikka, jolla voi olla potentiaalia.

toissijainen menetelmä

Sulatus, joka on olennainen osa alkutuotantoa, jätetään usein väliin jälkituotannon aikana. Tämä tapahtuu vain, kun metallinen lyijy on hapettunut merkittävästi. Tämä prosessi on samanlainen kuin primaarinen louhinta masuunissa tai kiertouunissa, ja merkittävä ero on tuottojen suurempi vaihtelu. Lyijyn sulatusprosessi on enemmän moderni menetelmä, joka voi toimia alkutuotannon jatkona; käytettyjen lyijyakkujen paristopasta poistaa rikin käsittelemällä sitä emäksellä ja sitten prosessoidaan hiilipolttouunissa hapen läsnä ollessa epäpuhdasta lyijyä muodostaen, ja antimoni on yleisin epäpuhtaus. Toissijaisen lyijyn kierrätys on samanlaista kuin primäärilyijyn kierrätys; Jotkut jalostusprosessit voidaan ohittaa kierrätetystä materiaalista ja sen mahdollisesta saastumisesta riippuen, ja vismutti ja hopea hyväksytään yleisimmin epäpuhtauksiksi. Hävitettävän lyijyn lähteistä tärkeimmät lähteet ovat lyijyakut; lyijyputki, levy ja kaapelin vaippa ovat myös merkittäviä.

Sovellukset

Vastoin yleistä käsitystä puukynien grafiittia ei koskaan valmistettu lyijystä. Kun kynä luotiin grafiitin käämitystyökaluksi, käytetty grafiitin erityinen tyyppi oli nimeltään plumbago (in kirjaimellisesti- lyijyä tai lyijyasettelua varten).

alkeellinen muoto

Lyijymetallilla on useita hyödyllisiä mekaanisia ominaisuuksia, kuten suuri tiheys, alhainen sulamispiste, sitkeys ja suhteellinen inertisyys. Monet metallit ovat joissakin näistä näkökohdista parempia kuin lyijy, mutta ne ovat yleensä harvinaisempia ja vaikeampia erottaa malmeista. Lyijyn myrkyllisyys on johtanut joidenkin sen käyttötapojen asteittaiseen lopettamiseen. Lyijyä on käytetty luotien valmistukseen niiden keksimisestä lähtien keskiajalla. Lyijy on edullista; sen alhainen sulamispiste tarkoittaa sitä kiväärin ammukset voidaan valaa minimaalisella teknisten laitteiden käytöllä; Lisäksi lyijy on tiheämpää kuin muut tavalliset metallit, mikä mahdollistaa paremman nopeuden säilymisen. On herännyt huoli siitä, että metsästykseen käytetyt lyijyluodeilla saattaa olla haittaa ympäristölle. Sen suurta tiheyttä ja korroosionkestävyyttä on käytetty useissa vastaavissa sovelluksissa. Lyijyä käytetään kölinä laivoissa. Sen paino mahdollistaa sen, että se tasapainottaa tuulen purjeisiin kohdistuvaa viritystä; Koska se on niin tiheä, se vie vähän tilaa ja minimoi vedenkestävyyden. Lyijyä käytetään laitesukellusta estämään sukeltajan kykyä kellua. Vuonna 1993, pohja Pisan kalteva torni Pisassa stabiloitui 600 tonnilla lyijyä. Korroosionkestävyyden vuoksi lyijyä käytetään merenalaisten kaapelien suojavaipana. Lyijyä käytetään arkkitehtuurissa. Lyijylevyjä käytetään kattomateriaaleina, verhouksissa, sulatuksessa, vesikourujen ja syöksyputken liitosten valmistuksessa sekä kattokaiteissa. Lyijylistaa käytetään koristemateriaalina lyijylevyjen kiinnittämiseen. Lyijyä käytetään edelleen patsaiden ja veistosten valmistuksessa. Aiemmin lyijyä käytettiin usein tasapainottamaan auton pyöriä; ympäristösyistä tämä käyttö lopetetaan vaiheittain. Lyijyä lisätään kupariseoksiin, kuten messinkiin ja pronssiin, parantamaan niiden työstettävyyttä ja voitelevuutta. Koska lyijy ei käytännössä liukene kupariin, se muodostaa kovia palloja koko lejeeringin epätäydellisyyksiin, kuten raerajoihin. Pienillä pitoisuuksilla ja myös voiteluaineena pallot estävät halkeilua lejeeringin käytön aikana, mikä parantaa työstettävyyttä. Laakereissa käytetään kupariseoksia, joissa on korkeampi lyijypitoisuus. Lyijy voitelee ja kupari tukee. Suuren tiheyden, atomiluvun ja muovattavuuden vuoksi lyijyä käytetään esteenä äänen, tärinän ja säteilyn absorboimiseksi. Lyijyllä ei ole luonnollisia resonanssitaajuuksia, joten lyijylevyä käytetään äänieristyskerroksena äänistudioiden seinissä, lattioissa ja katoissa. Orgaaniset putket valmistetaan usein lyijyseoksesta, johon on sekoitettu vaihtelevia määriä tinaa kunkin putken sävyn säätelemiseksi. Lyijy on ydintieteessä ja röntgenkameroissa käytetty suojamateriaali: elektronit absorboivat gammasäteitä. Lyijyatomit ovat tiiviisti pakattuja ja niiden elektronitiheys on korkea; suuri atomiluku tarkoittaa, että atomia kohti on monta elektronia. Sulaa lyijyä on käytetty jäähdytysaineena lyijyjäähdytteisissä nopeissa reaktoreissa. Lyijyä käytettiin eniten 2000-luvun alussa lyijyakuissa. Akun reaktiot lyijyn, lyijydioksidin ja rikkihapon välillä tarjoavat luotettavan jännitelähteen. Akuissa oleva lyijy ei joudu suoraan ihmisten kosketuksiin, joten siihen liittyy vähemmän myrkyllisyysuhkaa. Lyijyakkuja sisältäviä superkondensaattoreita on asennettu kilowatteina ja megawatteina Australiassa, Japanissa ja Yhdysvalloissa taajuudensäädössä, auringon tasoittamisessa ja muissa sovelluksissa. Näillä akuilla on pienempi energiatiheys ja latauksen purkautumistehokkuus kuin litiumioniakuilla, mutta ne ovat huomattavasti halvempia. Lyijyä käytetään suurjännitekaapeleissa vaippamateriaalina estämään veden diffuusio lämmöneristyksen aikana; tämä käyttö vähenee, kun lyijy poistetaan käytöstä. Jotkut maat ovat myös vähitellen luopumassa lyijyn käytöstä elektroniikkajuotteissa ympäristön saastumisen vähentämiseksi. ongelmajäte. Lyijy on yksi kolmesta museomateriaalien Oddi-testissä käytetystä metallista, joka auttaa havaitsemaan orgaanisia happoja, aldehydejä ja happamia kaasuja.

Liitännät

Lyijyyhdisteitä käytetään väriaineina, hapettimina, muoveina, kynttilöinä, lasina ja puolijohteina. Lyijypohjaisia ​​väriaineita käytetään keraamisissa lasiteissa ja lasissa, erityisesti punaisissa ja keltaisissa. Lyijytetraasetaattia ja lyijydioksidia käytetään hapettimina orgaanisessa kemiassa. Lyijyä käytetään usein PVC-pinnoitteissa. sähköjohdot. Sitä voidaan käyttää kynttilän sydämessä pidemmän ja tasaisemman palamisen aikaansaamiseksi. Lyijyn myrkyllisyyden vuoksi eurooppalaiset ja pohjoisamerikkalaiset valmistajat käyttävät vaihtoehtoja, kuten sinkkiä. Lyijylasi koostuu 12-28 % lyijyoksidista. Se muuttaa lasin optisia ominaisuuksia ja vähentää ionisoivan säteilyn läpäisyä. Lyijypuolijohteita, kuten lyijy-telluridia, lyijyselenidia ja lyijyantimonidia, käytetään aurinkokennoissa ja infrapunailmaisimissa.

Biologiset ja ekologiset vaikutukset

Biologiset vaikutukset

Johtoa ei ole vahvistettu biologinen rooli. Sen esiintyvyys ihmiskehossa on aikuisilla keskimäärin 120 mg - sen esiintyvyys ylittää vain sinkki (2500 mg) ja rauta (4000 mg). raskasmetallit. Lyijysuolat imeytyvät elimistössä erittäin tehokkaasti. Pieni määrä lyijyä (1 %) varastoituu luihin; loput erittyvät virtsaan ja ulosteisiin muutaman viikon kuluessa altistumisesta. Lapsi pystyy poistamaan vain noin kolmanneksen lyijystä kehosta. Pitkäaikainen altistuminen lyijylle voi johtaa lyijyn bioakkumulaatioon.

Myrkyllisyys

Lyijy on erittäin myrkyllinen metalli (joko hengitettynä tai nieltynä), joka vaikuttaa lähes kaikkiin ihmiskehon elimiin ja järjestelmiin. Ilmatasolla 100 mg/m3 se aiheuttaa välittömän vaaran hengelle ja terveydelle. Lyijy imeytyy nopeasti verenkiertoon. Pääsyy sen myrkyllisyyteen on sen taipumus häiritä entsyymien asianmukaista toimintaa. Se tekee tämän sitoutumalla monissa entsyymeissä esiintyviin sulfhydryyliryhmiin tai matkimalla ja syrjäyttämällä muita metalleja, jotka toimivat kofaktoreina monissa entsymaattisissa reaktioissa. Tärkeimpiä metalleja, joiden kanssa lyijy on vuorovaikutuksessa, ovat kalsium, rauta ja sinkki. Korkeat kalsium- ja rautapitoisuudet tarjoavat yleensä jonkin verran suojaa lyijymyrkytyksiä vastaan; alhaiset tasot lisäävät herkkyyttä.

tehosteita

Lyijy voi aiheuttaa vakavia vaurioita aivoille ja munuaisille ja johtaa lopulta kuolemaan. Kuten kalsium, lyijy voi ylittää veri-aivoesteen. Se tuhoaa hermosolujen myeliinivaipat, vähentää niiden määrää, häiritsee neurotransmissioreittiä ja hidastaa hermosolujen kasvua. Lyijymyrkytyksen oireita ovat nefropatia, vatsan koliikki ja mahdollisesti sormien, ranteiden tai nilkkojen heikkous. Matala verenpaine kohoaa erityisesti keski-ikäisillä ja vanhemmilla ihmisillä, mikä voi aiheuttaa anemiaa. Raskaana olevilla naisilla korkea lyijyaltistus voi aiheuttaa keskenmenon. Kroonisen altistumisen korkeille lyijypitoisuuksille on osoitettu vähentävän miesten hedelmällisyyttä. Lapsen kehittyvissä aivoissa lyijy häiritsee synapsien muodostumista aivokuoressa, neurokemiallista kehitystä (mukaan lukien välittäjäaineet) ja ionikanavien järjestäytymistä. Lasten varhainen altistuminen lyijylle liittyy lisääntyneeseen unihäiriöiden riskiin ja liialliseen päiväuneliaisuuteen myöhemmässä elämässä. lapsuus. Korkeat veren lyijypitoisuudet liittyvät tyttöjen murrosiän viivästymiseen. Ilmassa leviävälle lyijylle altistumisen lisääntyminen ja väheneminen bensiinin tetraetyylilyijyn palamisesta 1900-luvulla liittyy historialliseen rikollisuuden lisääntymiseen ja laskuun, mutta tämä hypoteesi ei ole yleisesti hyväksytty.

Hoito

Lyijymyrkytysten hoitoon kuuluu yleensä dimerkaprolin ja sukkimeerin antaminen. Akuutit tapaukset saattavat edellyttää kalsiumdinatriumedetaatin, (EDTA) dinatriumkalsiumkelaatin käyttöä. Lyijyllä on suurempi affiniteetti lyijyyn kuin kalsiumilla, jolloin lyijy kelatoituu aineenvaihdunnan kautta ja erittyy virtsaan jättäen vaaratonta kalsiumia.

Vaikutuslähteet

Lyijylle altistuminen on maailmanlaajuinen huolenaihe, koska lyijyn louhinta ja sulatus ovat yleisiä monissa osissa maailmaa. Lyijymyrkytys johtuu yleensä lyijyllä saastuneen ruoan tai veden nauttimisesta ja harvemmin saastuneen maaperän, pölyn tai lyijypohjaisen maalin vahingossa nauttimisesta. Merivesituotteet voivat sisältää lyijyä, jos vesi altistuu teollisuusvesille. Hedelmät ja vihannekset voivat saada tartunnan korkea sisältö lyijyä maaperässä, jossa ne on kasvatettu. Maaperä voi olla saastunut putkien lyijyn, lyijymaalin ja lyijypitoisen bensiinin jäännöspäästöjen vuoksi. Lyijyn käyttö vesiputkissa on ongelmallista alueilla, joissa vesi on pehmeää tai hapanta. Kova vesi muodostaa liukenemattomia kerroksia putkiin, kun taas pehmeä ja hapan vesi liuottaa lyijyputket. Liuennut hiilidioksidi kuljetettuun veteen voi johtaa liukoisen lyijybikarbonaatin muodostumiseen; hapetettu vesi voi samalla tavalla liuottaa lyijyä kuin lyijy(II)hydroksidi. Juomavesi voi aiheuttaa terveysongelmia ajan myötä liuenneen lyijyn myrkyllisyyden vuoksi. Mitä kovempaa vesi on, sitä enemmän se sisältää kalsiumbikarbonaattia ja kalsiumsulfaattia, ja sitä enemmän putkien sisäpuoli on päällystetty suojakerroksella lyijykarbonaattia tai lyijysulfaattia. Lyijymaalin nieleminen on lasten tärkein lyijyaltistuksen lähde. Kun maali hajoaa, se hilseilee, jauheutuu pölyksi ja joutuu sitten kehoon käsikosketuksen tai saastuneen ruoan, veden tai alkoholin kautta. Joidenkin kansanlääkkeiden nieleminen voi johtaa altistumiseen lyijylle tai sen yhdisteille. Hengitys on toiseksi suurin lyijyaltistusreitti, myös tupakoitsijoilla ja erityisesti lyijytyöntekijöillä. Tupakansavu sisältää mm myrkylliset aineet, radioaktiivinen lyijy-210. Lähes kaikki hengitetty lyijy imeytyy elimistöön; suun kautta otettaessa osuus on 20–70 %, ja lapset imevät enemmän lyijyä kuin aikuiset. Ihon kautta altistuminen voi olla merkittävä kapealle ihmisryhmälle, joka työskentelee orgaanisten lyijyyhdisteiden kanssa. Lyijyn imeytyminen ihossa on pienempi epäorgaanisen lyijyn kohdalla.

Ekologia

Lyijyn ja sen tuotteiden louhinta, tuotanto, käyttö ja hävittäminen on aiheuttanut merkittävää maaperän ja maaperän vesien saastumista. Ilmakehän lyijypäästöt olivat huipussaan teollisen vallankumouksen aikana, ja lyijybensiinin aika oli 1900-luvun jälkipuoliskolla. Maaperässä ja sedimenteissä on edelleen kohonneita lyijypitoisuuksia jälkiteollisilla alueilla ja kaupunkialueilla; teollisuuden päästöt, mukaan lukien hiilen polttoon liittyvät päästöt, jatkuvat monissa osissa maailmaa. Lyijy voi kertyä maaperään, erityisesti sellaiseen, jossa on korkea orgaaninen pitoisuus, missä se säilyy satoja tai tuhansia vuosia. Se voi syrjäyttää muiden metallien kasveissa ja kerääntyä niiden pinnoille hidastaen näin fotosynteesiprosessia ja estäen niitä kasvamasta tai tappamasta niitä. Maaperän ja kasvien saastuminen vaikuttaa mikro-organismeihin ja eläimiin. Sairastuneilla eläimillä on heikentynyt kyky syntetisoida punasoluja, mikä aiheuttaa anemiaa. Analyyttisiä menetelmiä lyijyn määrittämiseksi ympäristössä ovat spektrofotometria, röntgenfluoresenssi, atomispektroskopia ja sähkökemialliset menetelmät. Spesifinen ioniselektiivinen elektrodi kehitettiin perustuen ionoforiin S,S"-metyleenibis (N,N-di-isobutyyliditiokarbamaatti).

Rajoitus ja palautuminen

1980-luvun puoliväliin mennessä lyijyn käytössä oli tapahtunut merkittävä muutos. Yhdysvalloissa ympäristömääräykset vähentävät tai poistavat lyijyn käyttöä muissa kuin akkutuotteissa, mukaan lukien bensiini-, maali-, juotos- ja vesijärjestelmät. Hiukkasten hallintalaitteita voidaan käyttää hiilivoimaloissa lyijypäästöjen keräämiseen. Lyijyn käyttöä rajoittaa edelleen Euroopan unionin RoHS-direktiivi. Lyijyluotien käyttö metsästykseen ja urheiluammuntaan kiellettiin Alankomaissa vuonna 1993, minkä seurauksena lyijypäästöt vähenivät merkittävästi vuoden 1990 230 tonnista 47,5 tonniin vuonna 1995. Amerikan yhdysvalloissa Occupational Safety and Health Administration on asettanut hyväksyttäväksi lyijyaltistusrajaksi työpaikalla 0,05 mg/m3 8 tunnin työpäivän aikana; tämä koskee metallista lyijyä, epäorgaanisia lyijyyhdisteitä ja lyijysaippuoita. Yhdysvaltain kansallinen työturvallisuus- ja työterveysinstituutti suosittelee, että veren lyijypitoisuudet ovat alle 0,06 mg / 100 g verta. Lyijyä löytyy edelleen haitallisia määriä keramiikasta, vinyylistä (käytetään putkien asennukseen ja sähköjohtojen eristämiseen) ja kiinalaisesta messingistä. Vanhemmissa taloissa saattaa edelleen olla lyijymaalia. Valkoinen lyijymaali on poistettu käytöstä teollisuusmaissa, mutta keltainen lyijykromaatti on edelleen käytössä. Vanhan maalin poistaminen hiomalla tuottaa pölyä, jonka ihminen voi hengittää.

LYYJI, Pb (lat. plumbum * a. lyijy, plumbum; n. Blei; f. plomb; ja. plomo), on Mendelejevin jaksollisen järjestelmän ryhmän IV kemiallinen alkuaine, atominumero 82, atomimassa 207,2. Luonnollista lyijyä edustaa neljä stabiilia 204 Pb (1,48 %), 206 Pb (23,6 %), 207 Pb (22,6 %) ja 208 Pb (52,3 %) sekä neljä radioaktiivista 210 Pb, 211 Pb, 212 Pb ja 214 Pb isotooppia; lisäksi on saatu yli kymmenen keinotekoista radioaktiivista lyijyn isotooppia. Tunnettu muinaisista ajoista lähtien.

Fyysiset ominaisuudet

Lyijy on pehmeä, sitkeä siniharmaa metalli; kidehila on kuutiopintakeskeinen (a = 0,49389 nm). Lyijyn atomisäde on 0,175 nm, ionisäde on 0,126 nm (Pb 2+) ja 0,076 nm (Pb 4+). Tiheys 11 340 kg / m 3, sulamispiste t 327,65 °C, kiehumispiste t 1745 °C, lämmönjohtavuus 33,5 W / (m.deg), lämpökapasiteetti Cp ° 26,65 J / (mol.K), ominaissähkövastus 19.3.10 - 4 (Ohm.m), lineaarisen laajenemisen lämpötilakerroin 29.1.10 -6 K -1 20°C:ssa. Lyijy on diamagneettista ja siitä tulee suprajohde 7,18 K lämpötilassa.

Lyijyn kemialliset ominaisuudet

Hapetusaste on +2 ja +4. Lyijy on suhteellisen vähän kemiallisesti aktiivista. Ilmassa lyijy peittyy nopeasti ohuella oksidikalvolla, joka suojaa sitä hapettumiselta. Se reagoi hyvin typpi- ja etikkahappojen, alkaliliuosten kanssa, ei ole vuorovaikutuksessa suola- ja rikkihappojen kanssa. Kuumennettaessa lyijy on vuorovaikutuksessa halogeenien, rikin, seleenin ja talliumin kanssa. Lyijyatsidi Pb (N 3) 2 hajoaa kuumennettaessa tai räjähdyksessä. Lyijyyhdisteet ovat myrkyllisiä, MAC 0,01 mg/m 3 .

Keskimääräinen lyijyn (clarke) pitoisuus maankuoressa on 1,6,10 -3 painoprosenttia, kun taas ultraemäksiset ja emäksiset kivet sisältävät vähemmän lyijyä (1,10 -5 ja 8,10 -3 %) kuin happamat (10 -3 %). ; sedimenttikivissä - 2,10 -3%. Lyijy kerääntyy pääasiassa hydrotermisten ja supergeeniprosessien seurauksena muodostaen usein suuria kerrostumia. Lyijymineraaleja on yli 100, joista tärkeimmät ovat galenia (PbS), kerussiitti (PbCO 3), kulmasiitti (PbSO 4). Yksi lyijyn ominaisuuksista on se, että neljästä stabiilista isotoopista yksi (204 Pb) on ei-radiogeeninen ja siksi sen määrä pysyy vakiona, kun taas muut kolme (206 Pb, 207 Pb ja 208 Pb) ovat lopputuotteita. 238 U:n, 235 U:n ja 232 Th:n radioaktiivisesta hajoamisesta, minkä seurauksena niiden määrä kasvaa jatkuvasti. Maan Pb:n isotooppikoostumus 4,5 miljardin vuoden aikana on muuttunut primaarisesta 204 Pb:stä (1,997 %), 206 Pb:stä (18,585 %), 207 Pb:stä (20,556 %), 208 Pb:stä (58,861 %) nykyaikaiseen 204 Pb:hen ( 1,349 %), 206 Pb (25,35 %), 207 Pb (20,95 %), 208 Pb (52,349 %). Tutkimalla lyijyn isotooppikoostumusta kivissä ja malmeissa voidaan luoda geneettisiä suhteita, ratkaista erilaisia ​​geokemian, geologian, yksittäisten alueiden ja koko maan tektoniikan kysymyksiä jne. Lyijyn isotooppitutkimuksia käytetään myös malminetsintätyössä. U-Th-Pb-geokronologian menetelmiä, jotka perustuvat kivien ja mineraalien emo- ja tytär-isotooppien välisten kvantitatiivisten suhteiden tutkimukseen, on myös kehitetty laajasti. Biosfäärissä lyijy on dispergoitunutta, sitä on hyvin vähän elävässä aineessa (5,10 -5 %) ja merivedessä (3,10 -9 %). Teollisuusmaissa lyijyn pitoisuus ilmassa kasvaa jyrkästi, etenkin raskaan liikenteen moottoriteiden lähellä, ja saavuttaa joissain tapauksissa ihmisten terveydelle vaarallisen tason.

Hakeminen ja käyttö

Metallilyijyä saadaan hapettamalla sulfidimalmeja, mitä seuraa PbO pelkistys raakametalliksi ja jälkimmäisen jalostaminen. Raaka lyijy sisältää jopa 98 % Pb, jalostettu lyijy 99,8-99,9 %. Lyijyn lisäpuhdistus yli 99,99 %:n arvoihin suoritetaan elektrolyysillä. Amalgamaatiota, vyöhykkeiden uudelleenkiteyttämistä jne. käytetään erittäin puhtaan metallin saamiseksi.

Lyijyä käytetään laajalti lyijyakkujen valmistuksessa, aggressiivisia ympäristöjä ja kaasuja kestävien laitteiden valmistukseen. Sähkökaapeleiden ja erilaisten metalliseosten vaipat valmistetaan lyijystä. Laaja sovellus lyijyä ionisoivaa säteilyä vastaan ​​tarkoitettujen suojavarusteiden valmistuksessa. Lyijyoksidia lisätään panokseen kiteen valmistuksessa. Lyijysuoloja käytetään väriaineiden valmistuksessa, lyijyatsidia käytetään sytytysräjähteenä ja tetraetyylilyijyä Pb (C 2 H 5) 4 polttomoottoreiden nakutuksenestopolttoaineena.

MÄÄRITELMÄ

Johtaa- jaksollisen järjestelmän kahdeksankymmentä toinen elementti. Nimitys - Pb latinan sanasta plumbum. Sijaitsee kuudennessa jaksossa, IVA-ryhmä. Viittaa metalleihin. Perusmaksu on 82.

Lyijy on sinertävänvalkoinen raskasmetalli (kuva 1). Leikkauksessa lyijyn pinta kiiltää. Ilmassa se peittyy oksidikalvolla ja haalistuu tästä syystä. Se on erittäin pehmeä ja leikattu veitsellä. Sillä on alhainen lämmönjohtavuus. Tiheys 11,34 g/cm3. Sulamispiste 327,46 o C, kiehumispiste 1749 o C.

Riisi. 1. Lyijy. Ulkomuoto.

Lyijyn atomi- ja molekyylipaino

Aineen suhteellinen molekyylipaino(M r) on luku, joka osoittaa, kuinka monta kertaa tietyn molekyylin massa on suurempi kuin 1/12 hiiliatomin massasta, ja alkuaineen suhteellinen atomimassa(A r) - kuinka monta kertaa keskipaino kemiallisen alkuaineen atomien määrä on enemmän kuin 1/12 hiiliatomin massasta.

Koska lyijyä on vapaassa tilassa monoatomisten Pb-molekyylien muodossa, sen atomi- ja molekyylipainot ovat samat. Ne ovat yhtä suuria kuin 207,2.

Lyijy-isotoopit

Tiedetään, että lyijyä voi esiintyä luonnossa neljän stabiilin isotoopin 204Pb, 206Pb, 207Pb ja 208Pb muodossa. Niiden massaluvut ovat 204, 206, 207 ja 208. Lyijy-isotoopin 204 Pb ydin sisältää kahdeksankymmentäkaksi protonia ja satakaksikymmentäkaksi neutronia, kun taas loput eroavat siitä vain neutronien lukumäärällä.

Lyijystä on keinotekoisia epävakaita isotooppeja, joiden massaluvut ovat 178-215, sekä yli kymmenen isomeerista ytimien tilaa, joista 202 Pb- ja 205 Pb-isotoopit ovat pisimpään eläviä, joiden puoliintumisajat ovat 52,5 tuhatta ja 15,3 miljoonaa vuotta.

lyijy-ioneja

Lyijyatomin ulkoisella energiatasolla on neljä elektronia, jotka ovat valenssia:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3p 10 4s 2 4p 6 4p 10 4f 14 5s 2 5p 6 5p 10 6s 2 6p 2 .

Kemiallisen vuorovaikutuksen seurauksena lyijy luovuttaa valenssielektroninsa, ts. on niiden luovuttaja ja muuttuu positiivisesti varautuneeksi ioniksi:

Pb 0-2e → Pb 2+;

Pb 0 -4e → Pb 4+.

Lyijyn molekyyli ja atomi

Vapaassa tilassa lyijy on monoatomisten Pb-molekyylien muodossa. Tässä on joitain ominaisuuksia, jotka luonnehtivat lyijyatomia ja -molekyyliä:

Esimerkkejä ongelmanratkaisusta

ESIMERKKI 1

ESIMERKKI 2

Tämä video jatkaa tarinaa lyijyn ominaisuuksista:

Sähkönjohtavuus

Metallien lämmön- ja sähkönjohtavuus korreloivat varsin hyvin keskenään. Lyijy ei johda kovin hyvin lämpöä eikä ole myöskään parhaita sähkönjohtajia: ominaisvastus on 0,22 ohm-sq. mm / m saman kuparin resistanssilla 0,017.

Korroosionkestävyys

Lyijy on ei-jalometalli, mutta kemialliselta inertiltä se on lähellä sitä. Alhainen aktiivisuus ja kyky peittää oksidikalvolla ja aiheuttaa kunnollisen korroosionkestävyyden.

Kosteassa, kuivassa ympäristössä metalli ei käytännössä ruostu. Lisäksi jälkimmäisessä tapauksessa rikkivety, hiilihappoanhydridi ja rikkihappo - tavalliset korroosion "syylliset" - eivät vaikuta siihen.

Korroosioindikaattorit eri ilmakehissä ovat seuraavat:

• kaupunki (sumu) – 0,00043–0,00068 mm/vuosi,
• meressä (suola) - 0,00041–0,00056 mm/vuosi;
• maaseutu – 0,00023–0,00048 mm/vuosi.

Ei altistumista tuoreelle tai tislatulle vedelle.

• Metalli kestää kromi-, fluorivety-, väkeviä etikka-, rikki- ja fosforihappoja.
• Mutta laimeassa etikkahapossa tai typessä, jonka pitoisuus on alle 70%, se romahtaa nopeasti.
• Sama koskee tiivistettyä - yli 90% rikkihappoa.

Kaasut - kloori, rikkidioksidi, rikkivety eivät vaikuta metalliin. Kuitenkin fluorivedyn vaikutuksesta lyijy syövyttää.

Muut metallit vaikuttavat sen korroosioominaisuuksiin. Joten kosketus raudan kanssa ei vaikuta korroosionkestävyyteen millään tavalla, ja vismutin lisääminen tai vähentää aineen vastustuskykyä happoa vastaan.

Myrkyllisyys

Sekä lyijy että kaikki sen orgaaniset yhdisteet ovat luokan 1 kemiallisesti vaarallisia aineita. Metalli on erittäin myrkyllistä, ja myrkytys sillä on mahdollista monissa teknologisissa prosesseissa: sulatuksessa, lyijymaalien valmistuksessa, malmin louhinnassa ja niin edelleen. Ei niin kauan sitten, alle 100 vuotta sitten, kotitalouksien myrkytykset olivat yhtä yleisiä, koska lyijyä lisättiin jopa kasvojen valkaisuun.

Suurin vaara on metallihöyry ja sen pöly, koska tässä tilassa ne tunkeutuvat helpoimmin kehoon. Pääreitti on hengitystie. Jotkut voivat imeytyä myös ruoansulatuskanavan ja jopa ihon kautta suorassa kosketuksessa - sama lyijyvalkoinen ja maali.

• Keuhkoihin joutuessaan lyijy imeytyy verenkiertoon, leviää koko kehoon ja kerääntyy pääasiassa luihin. Sen tärkein myrkytysvaikutus liittyy hemoglobiinin synteesin häiriöihin. Tyypilliset lyijymyrkytysoireet ovat samanlaisia ​​kuin anemia - väsymys, päänsärky, uni- ja ruoansulatushäiriöt, mutta niihin liittyy jatkuvaa lihas- ja luukipua.
• Pitkäaikainen myrkytys voi aiheuttaa "lyijyhalvauksen". Akuutti myrkytys aiheuttaa paineen nousua, verisuonten skleroosia ja niin edelleen.

Hoito on spesifinen ja pitkäaikainen, koska raskasmetallien poistaminen kehosta ei ole helppoa.

Keskustelemme lyijyn ympäristöominaisuuksista alla.

Ympäristötehokkuus

Lyijyä pidetään yhtenä vaarallisimmista. Kaikki lyijyä käyttävät tuotteet vaativat erityistä hävittämistä, jonka suorittavat vain luvan saaneet palvelut.

Valitettavasti lyijysaastetta ei aiheuta vain yritysten toiminta, jossa se on ainakin jollain tavalla säännelty. Kaupunkiilmassa lyijyhöyryjen läsnäolo varmistaa polttoaineen palamisen autoissa. Tätä taustaa vasten lyijystabilisaattoreiden läsnäolo esimerkiksi sellaisissa tutuissa rakenteissa kuin metalli-muovi-ikkuna ei näytä enää huomionarvoiselta.

Lyijy on metalli, jolla on. Myrkyllisyydestä huolimatta sitä käytetään kansantaloudessa liian laajasti, jotta metallia voitaisiin korvata jollakin.

Tämä video kertoo lyijysuolojen ominaisuuksista:

Fiktiossa kohtaa usein epiteetin "lyijy". Yleensä se tarkoittaa raskautta kirjaimellisessa tai kuvaannollisessa merkityksessä; joskus se osoittaa synkkää siniharmaata väriä. Jälkimmäistä vertailua ei vastusteta. Ensimmäinen vaatii selvennystä. Aikamme tekniikan käyttämistä metalleista monet ovat raskaampia kuin lyijy. Lyijy kelluu pintaan upotettuna. Kuparisulassa lyijyvene epäilemättä upposi pohjaan, kun taas kullassa se kelluisi erittäin helposti. "Olisi" - koska näin ei voi tapahtua: lyijy sulaa kauan ennen kuparia tai kultaa (sulamispisteet ovat vastaavasti 327, 1083 ja 1063 °C), ja vene sulaa ennen kuin se uppoaa.
Antiikin kansat eivät voineet tehdä lyijystä miekkaa, auranterää tai edes ruukkua - sitä varten se on liian pehmeää ja sulavaa. Mutta luonnossa ei ole ainuttakaan metallia, joka milloin normaaleissa olosuhteissa voisi kilpailla hänen kanssaan plastisuudesta. Kymmenen pisteen "timantti" Mohsin asteikon mukaan alkuaineen nro 82 vertailukovuus ilmaistaan ​​arvona 1,5. Jos haluat saada kuvan tai merkinnän lyijylle, sinun ei tarvitse turvautua takaa-ajoon, pelkkä leimaaminen riittää. Siksi antiikin lyijysinetit. Ja meidän aikanamme on tapana sinetöidä tavaravaunut, kassakaapit ja varastot lyijytiivisteellä. Muuten, aivan sana "sinetti" (ja ne on nyt valmistettu eri materiaaleista) ilmeisesti tuli latinankielisestä nimestä lyijyplumbum; ranskaksi elementin nimi on plomb.

Tällainen primitiivinen lyijyn plastisuuden käyttö, kuten vaikutelmien tekeminen siihen, näyttää olevan nykytekniikan anakronismia. Siitä huolimatta painatukset lyijylle ovat joskus välttämättömiä meidän aikanamme.
Syväporauksessa työkalu ei ole mitenkään immuuni rikkoutumisilta, jotka voivat joskus aiheuttaa onnettomuuksia. Jos rikkoutunut pora jää kaivoon useiden satojen metrien syvyyteen, kuinka se poistetaan, kuinka se otetaan talteen?
Yksinkertaisin ja yleisin ratkaisu tässä tapauksessa on lyijy-aihio. Hän lasketaan kaivoon, ja hän litistyy törmäyksen seurauksena rikkoutuneeseen poraan. Pintaan vedetty levy "estää" jäljen, jonka avulla voidaan määrittää, miten, mihin osaan siru kiinnitetään. Totta, paljon kätevämpiä "informantteja" ilmestyi - kirjaamalla televisioasennuksia. Mutta kuinka paljon ne ovat kalliimpia, hassumpia, vaikeampia!
Lyijyä on erittäin helppo takoa ja rullata. Jo paineessa 2 t/cm 2 lyijylastut puristetaan kiinteäksi monoliittiseksi massaksi. Paineen noustessa jopa 5 t/cm 2 kiinteää lyijyä siirtyy nestemäiseen tilaan. Lyijylanka saadaan pakottamalla kiinteä lyijy mieluummin kuin sulaa, suulakkeen läpi. Sitä ei voida tehdä tavallisella vedolla lyijyn alhaisen vetolujuuden vuoksi.

Lyijy ja tiede

Alamogordossa - ensimmäisen atomiräjähdyksen paikalla - Enrico Fermi ratsasti lyijysuojalla varustetussa tankissa. Ymmärtääksemme, miksi lyijy suojaa gammasäteilyltä, meidän on käännyttävä lyhytaaltosäteilyn absorption olemukseen.
Radioaktiiviseen hajoamiseen liittyvät gammasäteet tulevat ytimestä, jonka energia on lähes miljoona kertaa suurempi kuin atomin ulkokuoreen "kerätty". Luonnollisesti gammasäteet ovat mittaamattoman energisempiä kuin valonsäteet. Kun fotoni tai minkä tahansa säteilyn kvantti kohtaa aineen, se menettää energiansa, ja näin sen absorptio ilmaistaan. Mutta säteiden energia on erilainen. Mitä lyhyempi heidän aaltonsa, sitä energisempiä he ovat tai, kuten he sanovat, kovempia. Mitä tiheämpi väliaine, jonka läpi säteet kulkevat, sitä enemmän se viivyttää niitä. Lyijy on tiheää. Metallin pintaan osuessaan gamma-kvantit syrjäyttävät siitä elektroneja, joita varten ne käyttävät energiansa. Mitä suurempi elementin atomiluku on, sitä vaikeampaa on lyödä elektroni ulos sen ulkoradasta johtuen ytimen suuremmasta vetovoimasta.
Toinenkin tapaus on mahdollinen, kun gamma-kvantti törmää elektroniin, antaa sille osan energiastaan ​​ja jatkaa liikettä. Mutta kokouksen jälkeen siitä tuli vähemmän energinen, "pehmeämpi", ja tulevaisuudessa raskaan elementin kerroksen on helpompi imeä tällainen kvantti. Tätä ilmiötä kutsutaan Compton-ilmiöksi sen keksineen amerikkalaisen tiedemiehen mukaan.
Mitä kovempia säteet ovat, sitä suurempi niiden läpäisyvoima - aksiooma, joka ei vaadi todisteita. Tähän aksioomaan luottaneet tutkijat olivat kuitenkin erittäin utelias yllätys. Yhtäkkiä kävi ilmi, että lyijy ei pidä gammasäteitä, joiden energia on yli 1 miljoona eV, heikompi, vaan vahvempi kuin vähemmän kova! Tosiasia näytti olevan ristiriidassa todisteiden kanssa. Hienovaraisimpien kokeiden suorittamisen jälkeen kävi ilmi, että ytimen välittömässä läheisyydessä oleva gammasäteilykvantti, jonka energia on yli 1,02 MeV, "kadoi", muuttuen elektroni-positronipariksi, ja jokainen hiukkasista vie pois sen kanssa puolet niiden muodostumiseen käytetystä energiasta. Positroni on lyhytikäinen ja törmääessään elektroniin muuttuu gamma-kvantiksi, mutta energialtaan alhaisemmaksi. Elektroni-positroniparien muodostumista havaitaan vain korkean energian gammasäteissä ja vain lähellä "massiivista" ydintä, eli elementissä, jolla on suuri atomiluku.
Lyijy on yksi jaksollisen järjestelmän viimeisistä pysyvistä elementeistä.. Ja raskaista elementeistä se on kaikkein saavutettavin, vuosisatojen ajan kehitetyllä kaivostekniikalla, tutkituilla malmeilla. Ja erittäin muovinen. Ja erittäin helppo käsitellä. Tästä syystä lyijysäteilysuojaus on yleisin. 15-20 senttimetrin kerros lyijyä riittää suojaamaan ihmisiä minkä tahansa säteilyn vaikutuksilta tieteen tiedossa kiltti.
Mainitsekaamme lyhyesti vielä yksi näkökohta lyijyn palvelemisesta tieteelle. Se liittyy myös radioaktiivisuuteen.
Käyttämissämme kelloissa ei ole lyijyosia. Mutta tapauksissa, joissa aikaa ei mitata tunneissa ja minuutteissa, vaan miljoonissa vuosissa, lyijy on välttämätön. Uraanin ja toriumin radioaktiiviset muunnokset päättyvät alkuaineen nro 82 stabiilien isotooppien muodostumisella. Tällöin saadaan kuitenkin erilaista lyijyä. Isotooppien 235U ja 238U hajoaminen johtaa lopulta isotoopeihin 207Pb ja 208Pb. Yleisin torium-isotooppi, 232Th, saatetaan päätökseen 208Pb-isotoopilla. Määrittämällä lyijy-isotooppien suhteen geologisten kivien koostumuksessa voit selvittää, kuinka kauan tietty mineraali on olemassa. Erittäin tarkkojen instrumenttien (massaspektrometrien) läsnä ollessa kiven ikä määritetään kolmella riippumattomalla määrityksellä - suhteilla 206Pb: 238U: 207Pb: 235U ja 208Pb: 232Th.
Aloitetaan siitä, että nämä viivat on painettu lyijylejeeringistä valmistetuilla kirjaimilla. Painometalliseosten pääkomponentit ovat lyijy, tina ja antimoni. On mielenkiintoista, että lyijyä ja tinaa alettiin käyttää kirjapainossa sen ensimmäisistä vaiheista lähtien. Mutta sitten ne eivät muodostaneet yhtä metalliseosta. Saksalainen edelläkävijä Johann Gutenberg valai tinakirjaimia lyijymuotteihin, koska hänen mielestään oli kätevää lyödä muotteja pehmeästä lyijystä, joka kesti tietyn määrän tinakaatoja. Nykyiset tina-lyijypainoseokset on suunniteltu täyttämään monia vaatimuksia: niillä on oltava hyvät valuominaisuudet ja alhainen kutistuvuus, oltava riittävän kovia ja kemiallisesti kestäviä mustetta ja pesuliuoksia vastaan; uudelleensulatuksen aikana koostumuksen tulee pysyä vakiona.
Kuitenkin ministeriö lyijyä ihmiskulttuuri alkoi kauan ennen ensimmäisten kirjojen ilmestymistä. Maalaus ilmestyi ennen kirjoittamista. Taiteilijat ovat käyttäneet lyijypohjaisia ​​maaleja vuosisatojen ajan, eivätkä ne ole vieläkään poistuneet käytöstä: keltainen - lyijykruunu, punainen - miniumi ja tietysti valkoinen lyijy. Muuten, juuri valkoisen lyijyn takia vanhojen mestareiden maalaukset näyttävät tummilta. Ilmassa olevien rikkivedyn mikroepäpuhtauksien vaikutuksesta valkoinen lyijy muuttuu tummaksi lyijysulfidiksi PbS...
Pitkän aikaa keramiikkaseinät peitettiin lasiteilla. Yksinkertaisin lasite on valmistettu lyijyoksidista ja kvartsihiekasta. Nyt terveysvalvonta kieltää tämän lasitteen käytön taloustavaroiden valmistuksessa: elintarvikkeiden kosketus lyijysuoloihin on suljettava pois. Mutta koristeellisiin tarkoituksiin tarkoitettujen majolikalasitteiden koostumuksessa käytetään suhteellisen alhaalla sulavia lyijyyhdisteitä, kuten aiemmin.
Lopuksi lyijy on osa kiteitä, tarkemmin sanottuna, ei lyijy, vaan sen oksidi. Lyijylasi valmistetaan ilman komplikaatioita, se on helppo puhaltaa ja leikata, siihen on suhteellisen helppo levittää kuvioita ja erityisesti tavallista leikkausta. Tällainen lasi taittaa valonsäteet hyvin ja siksi sitä voidaan käyttää optisissa laitteissa.
Lisäämällä seokseen lyijyä ja potaskaa (kalkin sijasta) valmistetaan tekojalokivi - lasi, jonka kiilto on suurempi kuin jalokivien.

Lyijy lääketieteessä

Joutuessaan kehoon lyijy, kuten useimmat raskasmetallit, aiheuttaa myrkytyksen. Lääketiede tarvitsee kuitenkin lyijyä. Muinaisten kreikkalaisten ajoista lähtien pysyi sisällä lääkärin käytäntö lyijynesteet ja laastarit, mutta tämä ei rajoitu lyijyn lääketieteelliseen palveluun.
Sappia tarvitaan paitsi satiirikoille. Sen sisältämät orgaaniset hapot, ensisijaisesti glykokolinen C 23 H 36 (OH) 3 CONHCH 2 CH 2 COOH, sekä taurokolinen C 23 H 36 (OH) 3 CONHCH 2 CH 2 SO 3 H, stimuloivat maksan toimintaa. Ja koska maksa ei aina toimi vakiintuneen mekanismin tarkkuudella, lääketiede tarvitsee näitä happoja. Ne eristetään ja erotetaan lyijyasetaatilla. Glykokoolihapon lyijysuola saostuu, kun taas taurokolihappo jää emäliuokseen. Sakan suodattamisen jälkeen emäliuoksesta eristetään myös toinen valmiste, joka toimii jälleen lyijyyhdisteen - pääetikkasuolan - kanssa.
Mutta lyijyn päätyö lääketieteessä liittyy diagnostiikkaan ja sädehoitoon. Se suojaa lääkäreitä jatkuvalta röntgensäteilyltä. Röntgensäteiden lähes täydelliseen imeytymiseen riittää, että laitetaan 2-3 mm lyijykerros niiden tielle. Siksi hoitohenkilökunta Röntgenhuoneet pukeutuvat lyijyä sisältävästä kumista valmistettuihin esiliinoihin, käsineisiin ja kypäriin. Ja näytöllä olevaa kuvaa tarkkaillaan lyijylasin läpi.
Nämä ovat tärkeimmät näkökohdat ihmiskunnan suhteesta lyijyyn - elementtiin, joka tunnetaan muinaisista ajoista, mutta joka palvelee ihmistä vielä nykyäänkin monilla hänen toimintansa aloilla.