Диоксид свинца – уникальное вещество со множеством полезных свойств, но и с серьезными рисками для здоровья. При работе с данным веществом персоналу предприятий необходимо строго соблюдать установленные правила предохранения от его токсичного воздействия. Давайте разберемся, что это за соединение, откуда его берут и зачем оно нужно человеку. А заодно узнаем, как обращаться с ним безопасно.
1. Что такое диоксид свинца и его физико-химические свойства
Диоксид свинца – это неорганическое вещество, химическая формула которого PbO2. Оно представляет собой высший оксид свинца, в котором атом свинца находится в степени окисления +4.
По внешнему виду это темно-коричневый или черный мелкодисперсный порошок, обладающий характерным резким запахом озона. Иногда встречающееся в литературе название "перекись свинца" не совсем корректно, поскольку пероксидные группы в его составе отсутствуют.
Диоксид свинца существует в двух кристаллических модификациях:
- β-PbO2 – тетрагональная сингония, темно-бордового цвета;
- α-PbO2 – ромбическая сингония, черного цвета.
Основные физико-химические свойства диоксида свинца:
| Плотность при 20°С | 9,38 г/см3 |
| Температура плавления | 290°С |
| Растворимость в воде при 20°С | 0,051 г/100 мл |
| Твердость по шкале Мооса | 5,5 |
2. Получение диоксида свинца - основные способы
Существует несколько основных промышленных способов получения диоксида свинца:
- Химический синтез основан на окислении свинца или его солей сильными окислителями, такими как хлорная известь, перекись водорода, азотная кислота:
2PbO + Ca(ClO)2 → 2PbO2 + CaCl2
- Электрохимическое осаждение диоксида свинца на свинцовом аноде из разбавленной H2SO4 при анодной плотности тока около 100 А/м2 и напряжении +1,5 В.
- Термическое разложение нитрата или карбоната свинца при нагревании до 400-600°С:
Pb(NO 3)2 → PbO2 + 2NO 2 + O2 ↑
PbCO3 → PbO2 + CO2 ↑
- Простое окисление расплавленного металлического свинца кислородом воздуха при нагревании до 600°С.
- Выделение диоксида свинца из
как очистить диоксид свинца из аккумулятораотработанных свинцово-кислотных аккумуляторов.
Наиболее распространенным способом получения является электрохимическое осаждение, так как оно позволяет получать диоксид свинца в виде плотных слоев, пригодных для использования в аккумуляторах.
3. Химические свойства и реакционная способность
Диоксид свинца проявляет свойства оксидов с высшей валентностью металла. Он обладает ярко выраженными окислительными свойствами, а также способен вступать в реакции как с кислотами, так и с основаниями.
3. Химические свойства и реакционная способность
Диоксид свинца проявляет свойства оксидов с высшей валентностью металла. Он обладает ярко выраженными окислительными свойствами, а также способен вступать в реакции как с кислотами, так и с основаниями.
Взаимодействие с кислотами
При взаимодействии с разбавленными кислотами диоксид свинца образует соли свинца(IV). Например, при растворении в соляной кислоте образуется хлорид свинца(IV):
PbO2 + 4HCl → PbCl4 + 2H2O
Концентрированные кислоты, особенно азотная и серная, окисляются диоксидом свинца с выделением кислорода.
Реакции с восстановителями
Многие вещества-восстановители вступают в окислительно-восстановительные реакции с диоксидом свинца. Например, сера, фосфор, марганец(II) окисляются до высших степеней окисления:
S + 2PbO2 → SO2 + 2PbO 2MnSO4 + 5PbO2 + 6H2SO4 → 2Mn(SO4)3 + 5PbSO4 + 3H2O
Получение свинцового сурика
При нагревании смеси диоксида свинца с углем или другими восстановителями до 600-800°C происходит частичное восстановление до свинцового сурика из диоксида свинца Pb3O4 и дальнейший рост кристаллов сурика.
Применение в аналитической химии
Благодаря окислительным свойствам, диоксид свинца широко используется в аналитической химии. Например, для определения содержания марганца или для отделения ионов железа(III) от ионов титана(III).
Реакции комплексообразования
Ионы свинца, образующиеся при растворении PbO2 в кислотах, способны к образованию комплексных соединений с различными лигандами, такими как ионы галогенов, цианид-ионы и др.
Реакции комплексообразования
Ионы свинца, образующиеся при растворении PbO2 в кислотах, способны к образованию комплексных соединений с различными лигандами, такими как ионы галогенов, цианид-ионы и др.
Применение в производстве аккумуляторов
Основная область применения диоксида свинца - это производство положительных пластин (анодов) для свинцово-кислотных аккумуляторов. Благодаря высокой электропроводности и электрохимической активности, PbO2 является эффективным материалом для накопления и отдачи электрической энергии.
Получение свинцовых красок и пигментов
При частичном восстановлении диоксида свинца углем или другими восстановителями при температуре 600-800°C образуется свинцовый сурик Pb3O4. Он используется в производстве свинцовых красок, эмалей, глазурей.
Применение в органическом синтезе
Благодаря сильным окислительным свойствам, диоксид свинца применяют в органическом синтезе для окисления различных соединений, например, при получении красителей, витаминов, ферментов.
Использование в нефтехимической промышленности
В нефтехимии диоксид свинца используется в качестве катализатора процесса дегидрирования и дегидратации углеводородов, а также окисления сероводорода (процесс Клауса).
Применение в электронике и оптике
Пленки диоксида свинца применяются при изготовлении интегральных схем, светочувствительных элементов, оптических стекол и приборов благодаря полупроводниковым и оптическим свойствам.
Применение в электронике и оптике
Пленки диоксида свинца применяются при изготовлении интегральных схем, светочувствительных элементов, оптических стекол и приборов благодаря полупроводниковым и оптическим свойствам.
Использование в атомной энергетике
Благодаря высокой плотности и радиационной стойкости, диоксид свинца применяется в качестве защитного материала от ионизирующих излучений в ядерных реакторах, ускорителях и хранилищах радиоактивных отходов.
Применение в медицине
Ранее препараты на основе солей свинца использовались в медицине в качестве антисептиков и компонентов мазей. Однако из-за токсичности свинца применение его соединений в медицине в настоящее время практически прекращено.
Влияние на окружающую среду
Диоксид свинца токсичен для многих живых организмов. При попадании в почву и водоемы это вещество накапливается в пищевых цепях, негативно влияя на экосистемы. Необходим контроль за содержанием PbO2 в окружающей среде.
Меры предосторожности и защиты
При работе с диоксидом свинца следует соблюдать меры индивидуальной защиты - использовать перчатки, очки, респираторы. Необходимо также соблюдать правила хранения и утилизации этого токсичного вещества с минимальным вредом для экологии.
Альтернативы диоксиду свинца
В связи с токсичностью соединений свинца ведутся разработки безопасных альтернатив диоксиду свинца, например, на основе металлов, таких как висмут, олово, титан.
