Ołów - Lead

Ołów,  82 Pb
Mały szary metalowy sześcian otoczony trzema szarymi metalowymi bryłkami na jasnoszarym tle
Ołów
Wymowa / L ɛ d / ( led )
Wygląd zewnętrzny metaliczny szary
Standardowa masa atomowa A r, std (Pb) [206.14207.94 ] konwencjonalne: 207,2 ± 1,1
Ołów w układzie okresowym
Sn

Pb

Fl
talołówbizmut
Liczba atomowa ( Z ) 82
Grupa grupa 14 (grupa węglowa)
Okres okres 6
Blok   p-blok
Konfiguracja elektronów [ Xe ] 4f 14 5d 10 6s 2 6p 2
Elektrony na powłokę 2, 8, 18, 32, 18, 4
Właściwości fizyczne
Faza STP solidny
Temperatura topnienia 600,61  K (327,46 °C, 621,43 °F)
Temperatura wrzenia 2022 K (1749 °C, ​3180 °F)
Gęstość (w pobliżu  rt ) 11,34 g / cm 3
w stanie ciekłym (przy  mp ) 10,66 g/cm 3
Ciepło stapiania 4,77  kJ/mol
Ciepło parowania 179,5 kJ/mol
Molowa pojemność cieplna 26,650 J/(mol·K)
Ciśnienie pary
P  (Pa) 1 10 100 1 tys 10 tys 100 tys
T  (K) 978 1088 1229 1412 1660 2027
Właściwości atomowe
Stany utleniania -4, -2, -1, +1, +2 , +3, +4 (  tlenek amfoteryczny )
Elektroujemność Skala Paulinga: 2,33 (w +4), 1,87 (w +2)
Energie jonizacji
Promień atomowy empiryczny: 175  pm
Promień kowalencyjny 146±5 po południu
Promień Van der Waalsa 202 po południu
Kolorowe linie w zakresie spektralnym
Linie widmowe ołowiu
Inne właściwości
Naturalne występowanie pierwotny
Struktura krystaliczna płaskocentryczną sześcienny (FCC)
Wyśrodkowana na twarzy sześcienna struktura kryształu dla ołowiu
Prędkość dźwięku cienki pręt 1190 m/s (w temperaturze  pokojowej ) (wyżarzony)
Rozszerzalność termiczna 28,9 µm/(m⋅K) (przy 25 °C)
Przewodność cieplna 35,3 W/(m⋅K)
Rezystancja 208 nΩ⋅m (przy 20 °C)
Zamawianie magnetyczne diamagnetyczny
Molowa podatność magnetyczna -23,0 × 10 -6  cm 3 /mol (w 298 K)
Moduł Younga 16 GPa
Moduł ścinania 5,6 GPa
Moduł objętościowy 46 GPa
Współczynnik Poissona 0,44
Twardość Mohsa 1,5
Twardość Brinella 38–50 MPa
Numer CAS 7439-92-1
Historia
Odkrycie Bliski Wschód ( 7000 p.n.e. )
Symbol „Pb”: z łacińskiego plumbum
Główne izotopy ołowiu
Izotop Obfitość Okres półtrwania ( t 1/2 ) Tryb zaniku Produkt
204 Pb 1,4% stabilny
206 Pb 24,1% stabilny
207 Pb 22,1% stabilny
208 Pb 52,4% stabilny
Obfitość izotopów znacznie się różni w zależności od próbki
Kategoria Kategoria: Ołów
| Bibliografia

Ołów to pierwiastek chemiczny o symbolu Pb (z łacińskiego plumbum ) i liczbie atomowej 82. Jest to metal ciężki, który jest gęstszy niż większość materiałów. Ołów jest miękki i plastyczny , a także ma stosunkowo niską temperaturę topnienia . Świeżo ścięty ołów jest srebrzysty z nutą niebieskiego; pod wpływem powietrza matowieje do matowoszarego koloru. Ołów ma najwyższą liczbę atomową spośród wszystkich stabilnych pierwiastków, a trzy z jego izotopów są punktami końcowymi głównych łańcuchów rozpadu jądrowego cięższych pierwiastków.

Ołów jest stosunkowo niereaktywnym metalem po przemianie . Jego słaby metaliczny charakter ilustruje jego amfoteryczny charakter; ołów i tlenki ołowiu reagują z kwasami i zasadami i mają tendencję do tworzenia wiązań kowalencyjnych . Związki ołowiu zwykle znajdują się w stanie utlenienia +2 , a nie w stanie +4 typowym dla lżejszych członków grupy węglowej . Wyjątki ograniczają się głównie do związków ołowioorganicznych . Podobnie jak lżejsi członkowie grupy, ołów ma tendencję do wiązania się ze sobą ; może tworzyć łańcuchy i struktury wielościenne.

Ponieważ z jego rud łatwo wydobywa się ołów , prehistoryczni ludzie na Bliskim Wschodzie byli tego świadomi . Galena jest główną rudą ołowiu, która często zawiera srebro. Zainteresowanie srebrem pomogło zapoczątkować powszechne wydobycie i wykorzystanie ołowiu w starożytnym Rzymie . Produkcja ołowiu spadła po upadku Rzymu i nie osiągnęła porównywalnych poziomów aż do rewolucji przemysłowej . W 2014 roku roczna światowa produkcja ołowiu wyniosła około dziesięciu milionów ton, z czego ponad połowa pochodziła z recyklingu. Wysoka gęstość, niska temperatura topnienia, ciągliwość i względna bezwładność ołowiu w stosunku do utleniania sprawiają, że jest on użyteczny. Te właściwości, w połączeniu z jego względnej obfitości i niskie koszty, w wyniku jej szerokie stosowanie w budownictwie, hydraulicznego, baterie , kule i strzał , gramaturze lutowniczych , pewters , stopów topliwe , białe farby , benzyny ołowiowej i ekranowania promieniowania .

Pod koniec XIX wieku dostrzeżono toksyczność ołowiu i od tego czasu jego stosowanie zostało wycofane z wielu zastosowań. Jednak wiele krajów nadal zezwala na sprzedaż produktów, które narażają ludzi na ołów, w tym niektórych rodzajów farb i pocisków. Ołów jest neurotoksyną, która gromadzi się w tkankach miękkich i kościach; uszkadza układ nerwowy i zakłóca funkcję enzymów biologicznych , powodując zaburzenia neurologiczne, takie jak uszkodzenie mózgu i problemy behawioralne. Ołów wpływa również na ogólny stan zdrowia, układ sercowo-naczyniowy i nerkowy.

Właściwości fizyczne

Atomowy

Atom ołowiu ma 82 elektrony , ułożone w konfiguracji elektronowej [ Xe ]4f 14 5d 10 6s 2 6p 2 . Suma pierwszej i drugiej energii jonizacji ołowiu — całkowita energia wymagana do usunięcia dwóch elektronów 6p — jest zbliżona do energii cyny , górnego sąsiada ołowiu w grupie węglowej . To niezwykłe; energie jonizacji generalnie spadają w dół grupy, ponieważ zewnętrzne elektrony elementu oddalają się od jądra i są bardziej ekranowane przez mniejsze orbitale.

Podobieństwo energii jonizacji jest spowodowane skurczem lantanowców — zmniejszeniem promieni pierwiastków od lantanu (liczba atomowa 57) do lutetu (71) i stosunkowo małym promieniem pierwiastków od hafnu (72). Wynika to ze słabego ekranowania jądra przez elektrony lantanowców 4f. Suma pierwszych czterech energii jonizacji ołowiu przekracza energię cyny, wbrew przewidywanym trendom okresowym . Do tego zachowania przyczyniają się efekty relatywistyczne , które stają się istotne w cięższych atomach. Jednym z takich efektów jest efekt pary inercyjnej : 6s elektrony ołowiu niechętnie biorą udział w wiązaniu, przez co odległość między najbliższymi atomami w krystalicznym ołowiu jest niezwykle duża.

Kongenery lżejszych grup węglowych ołowiu tworzą stabilne lub metastabilne alotropy o tetraedrycznej skoordynowanej i kowalencyjnie związanej sześciennej strukturze diamentu . Poziomy energii ich zewnętrznych orbitali s i p są wystarczająco bliskie, aby umożliwić mieszanie się w cztery hybrydowe orbitale sp 3 . W ołowiu efekt pary obojętnej zwiększa odległość między jej orbitalami s i p, a luki nie można pokonać energią, która zostałaby uwolniona przez dodatkowe wiązania po hybrydyzacji. Zamiast mieć strukturę sześcienną diamentu, ołów tworzy wiązania metaliczne, w których tylko elektrony p są zdelokalizowane i dzielone między jony Pb 2+ . W konsekwencji ołów ma sześcienną strukturę skoncentrowaną na powierzchni , jak podobnej wielkości metale dwuwartościowe , wapń i stront .

Cielsko

Czysty ołów ma jasny, srebrzysty wygląd z nutą niebieskiego. W kontakcie z wilgotnym powietrzem matowieje i przybiera matowy wygląd, którego odcień zależy od panujących warunków. Charakterystyczne właściwości ołowiu to wysoka gęstość , ciągliwość, ciągliwość oraz wysoka odporność na korozję w wyniku pasywacji .

Dysk z metalu
Próbka ołowiu zestalonego ze stanu stopionego

Zwarta, skoncentrowana na powierzchni sześcienna struktura ołowiu i wysoka masa atomowa dają gęstość 11,34 g/cm 3 , czyli większą niż w przypadku metali pospolitych, takich jak żelazo (7,87 g/cm 3 ), miedź (8,93 g/cm 3 ). ) i cynku (7,14 g / cm 3 ). Ta gęstość jest początkiem idiomu, który mówi jak ołowiany balon . Niektóre rzadsze metale są gęstsze: wolfram i złoto mają 19,3 g/cm 3 , a osm – najgęstszy znany metal – ma gęstość 22,59 g/cm 3 , prawie dwukrotnie większą niż ołów.

Ołów jest bardzo miękkim metalem o twardości w skali Mohsa 1,5; można go zadrapać paznokciem. Jest dość plastyczny i nieco plastyczny. Moduł objętościowy ołowiu — miara jego ściśliwości — wynosi 45,8  GPa . Dla porównania, aluminium wynosi 75,2 GPa; miedź 137,8 GPa; oraz stal miękka 160-169 GPa. Wytrzymałość na rozciąganie ołowiu , przy 12-17 MPa, jest niska (aluminium jest 6 razy wyższa, miedź 10 razy, a stal miękka 15 razy); można go wzmocnić dodając niewielkie ilości miedzi lub antymonu .

Temperatura topnienia ołowiu — w 327,5°C (621,5°F) — jest bardzo niska w porównaniu z większością metali. Jego temperatura wrzenia 1749 ° C (3180 ° F) jest najniższa wśród pierwiastków grupy węglowej. Oporność ołowiu w temperaturze 20 ° C wynosi 192 nanoohm -meters, prawie o rząd wielkości większa niż w innych metali przemysłowych (na miedzi15,43 nΩ·m ; złoto20,51 nΩ·m ; i aluminium w24,15 nΩ·m ). Ołów jest nadprzewodnikiem w temperaturach niższych niż 7,19  K ; jest to najwyższa temperatura krytyczna wszystkich nadprzewodników typu I i trzecia najwyższa z nadprzewodników elementarnych.

Główne izotopy ołowiu  ( 82 Pb)
Izotop Rozkład
obfitość okres półtrwania ( t 1/2 ) tryb produkt
202 Pb syn 5.25 (28) x 10 4  r ε 202 TI
204 Pb 1,4% stabilny
205 Pb namierzać 1,73(7)×10 7  lat ε 205 Tl
206 Pb 24,1% stabilny
207 Pb 22,1% stabilny
208 Pb 52,4% stabilny
209 Pb namierzać 3.253(14) godz β 209 Bi
210 Pb namierzać 22.3(22) y β 210 Bi
211 Pb namierzać 36,1 (2) min β 211 Bi
212 Pb namierzać 10.64(1) godz β 212 Bi
214 Pb namierzać 26,8(9) min β 214 Bi
Obfitość izotopów znacznie się różni w zależności od próbki
Średnia masa atomowa R standardowe (Pb) [206.14207.94 ] konwencjonalne: 207,2 ± 1,1

Izotopy

Ołów naturalny składa się z czterech stabilnych izotopów o liczbach masowych 204, 206, 207 i 208 oraz śladowych ilości pięciu krótkożyciowych izotopów promieniotwórczych. Wysoka liczba izotopów jest zgodna z parzystą liczbą atomową ołowiu . Ołów ma magiczną liczbę protonów (82), dla której model powłoki jądrowej dokładnie przewiduje szczególnie stabilne jądro. Ołów-208 ma 126 neutronów, kolejną magiczną liczbę, która może wyjaśniać, dlaczego Ołów-208 jest niezwykle stabilny.

Ze względu na wysoką liczbę atomową ołów jest najcięższym pierwiastkiem, którego naturalne izotopy uważane są za stabilne; lead-208 jest najcięższym stabilnym jądrem. (To rozróżnienie dawniej dotyczyło bizmutu o liczbie atomowej 83, dopóki w 2003 r. nie odkryto , że jego jedyny pierwotny izotop , bizmut-209, rozpada się bardzo powoli). Cztery stabilne izotopy ołowiu teoretycznie mogą ulegać rozpadowi alfa na izotopy rtęci z uwolnieniem energii, ale nie zaobserwowano tego u żadnego z nich; ich przewidywane okresy półtrwania wahają się od 10 35 do 10 189 lat (co najmniej 10 25 razy więcej niż obecny wiek wszechświata).

Trzy stabilne izotopy znajdują się w trzech z czterech głównych łańcuchów rozpadu : ołów-206, ołów-207 i ołów-208 są końcowymi produktami rozpadu odpowiednio uranu-238, uranu-235 i toru-232. Te łańcuchy rozpadu nazywane są łańcuchem uranu, łańcuchem aktynu i łańcuchem toru. Ich stężenie izotopów w próbce skał naturalnych zależy w dużej mierze od obecności tych trzech macierzystych izotopów uranu i toru. Na przykład względna zawartość ołowiu-208 może wahać się od 52% w normalnych próbkach do 90% w rudach toru; z tego powodu standardowa masa atomowa ołowiu jest podawana z dokładnością do jednego miejsca po przecinku. W miarę upływu czasu stosunek ołowiu-206 i ołowiu-207 do ołowiu-204 wzrasta, ponieważ dwa pierwsze są uzupełniane radioaktywnym rozpadem cięższych pierwiastków, podczas gdy drugie nie; pozwala to na datowanie ołowiu z ołowiem . Gdy uran rozpada się na ołów, ich względne ilości zmieniają się; jest to podstawa datowania uranowo-ołowiowego . Ołów-207 wykazuje magnetyczny rezonans jądrowy , właściwość, która została wykorzystana do badania jego związków w roztworze i stanie stałym, w tym w ludzkim ciele.

Kawałek szarego meteorytu na cokole
Meteoryt Holsinger, największy fragment meteorytu Canyon Diablo . Datowanie uranu i ołowiu oraz datowanie ołowiu i ołowiu na tym meteorycie umożliwiło udoskonalenie wieku Ziemi do 4,55 miliarda ± 70 milionów lat.

Oprócz stabilnych izotopów, które stanowią prawie cały ołów występujący naturalnie, istnieją śladowe ilości kilku izotopów promieniotwórczych. Jednym z nich jest ołów-210; chociaż ma okres połowicznego rozpadu tylko 22,3 lat, niewielkie ilości występują w przyrodzie, ponieważ ołów-210 jest wytwarzany przez długą serię rozpadów, która zaczyna się od uranu-238 (który jest obecny na Ziemi od miliardów lat). Ołów-211, -212 i -214 są obecne w łańcuchach rozpadu odpowiednio uranu-235, toru-232 i uranu-238, więc ślady wszystkich trzech z tych izotopów ołowiu występują naturalnie. Drobne ślady ołowiu-209 pochodzą z bardzo rzadkiego rozpadu klastra radu-223, jednego z produktów pochodnych naturalnego uranu-235, oraz łańcucha rozpadu neptunu-237, którego ślady są wytwarzane przez wychwytywanie neutronów w rudach uranu. Ołów-210 jest szczególnie przydatny w określaniu wieku próbek poprzez pomiar jego stosunku do ołowiu-206 (oba izotopy są obecne w pojedynczym łańcuchu rozpadu).

W sumie zsyntetyzowano 43 izotopy ołowiu o liczbach masowych 178–220. Ołów-205 jest najbardziej stabilny radioizotop, o okresie półtrwania od około 1,73 x 10 7  lat. Drugim najbardziej stabilnym jest ołów-202, którego okres półtrwania wynosi około 52 500 lat, dłuższy niż którykolwiek z naturalnych radioizotopów śladowych.

Chemia

Płomień przebijający się przez mały metalowy pręt;  płomień w pobliżu pręta jest bladoniebieski.
Test płomienia : kolory ołowiu płomień jasnoniebieski;

Ołów luzem wystawiony na działanie wilgotnego powietrza tworzy warstwę ochronną o różnym składzie. Węglan ołowiu(II) jest powszechnym składnikiem; siarczan lub chlorek mogą być także obecne w środowisku miejskim lub morskim. Warstwa ta sprawia, że ​​ołów masowy jest skutecznie chemicznie obojętny w powietrzu. Drobno sproszkowany ołów, jak wiele metali, jest piroforyczny i pali się niebieskawo-białym płomieniem.

Fluor reaguje z ołowiem w temperaturze pokojowej, tworząc fluorek ołowiu(II) . Reakcja z chlorem jest podobna, ale wymaga ogrzewania, ponieważ powstała warstwa chlorku zmniejsza reaktywność pierwiastków. Stopiony ołów reaguje z chalkogenami, dając chalkogenki ołowiu(II).

Metaliczny ołów jest odporny na kwas siarkowy i fosforowy, ale nie na kwas solny lub azotowy ; wynik zależy od nierozpuszczalności i późniejszej pasywacji soli produktu. Kwasy organiczne, takie jak kwas octowy , rozpuszczają ołów w obecności tlenu. Skoncentrowane zasady rozpuszczają ołów i tworzą plumbity .

Związki nieorganiczne

Ołów wykazuje dwa główne stopnie utlenienia: +4 i +2. Stan czterowartościowy jest wspólny dla grupy węglowej. Stan dwuwartościowy jest rzadki dla węgla i krzemu , mniejszy dla germanu, ważny (ale nie dominujący) dla cyny i jest ważniejszy z dwóch stopni utlenienia dla ołowiu. Można to przypisać efektom relatywistycznym , w szczególności efektowi pary obojętnej , który objawia się, gdy istnieje duża różnica elektroujemności między anionami ołowiu i tlenków , halogenków lub azotków , prowadząc do znacznego częściowego ładunku dodatniego na ołowiu. Rezultatem jest silniejsze skurczenie orbitalu ołowiowego 6s niż w przypadku orbitalu 6p, co czyni go raczej obojętnym w związkach jonowych. Efekt pary obojętnej ma mniejsze zastosowanie do związków, w których ołów tworzy wiązania kowalencyjne z pierwiastkami o podobnej elektroujemności, takimi jak węgiel w związkach ołowioorganicznych. W nich, 6s i 6P orbitale pozostają podobnie wielkości i sp 3 hybrydyzacja jest nadal energetycznie korzystne. W takich związkach ołów, podobnie jak węgiel, jest głównie czterowartościowy.

Istnieje stosunkowo duża różnica w elektroujemności ołowiu(II) przy 1,87 i ołowiu(IV) przy 2,33. Ta różnica oznacza odwrócenie trendu zwiększania stabilności stopnia utlenienia +4 w dół grupy węglowej; dla porównania cyna ma wartości 1,80 na stopniu utlenienia +2 i 1,96 na stopniu +4.

Ołów (II)

Związki ołowiu(II) są charakterystyczne dla chemii nieorganicznej ołowiu. Nawet silne utleniacze, takie jak fluor i chlor, reagują z ołowiem, dając tylko PbF 2 i PbCl 2 . Jony ołowiu(II) są zwykle bezbarwne w roztworze i częściowo hydrolizują do Pb(OH) + i ostatecznie [Pb 4 (OH) 4 ] 4+ (w którym jony hydroksylowe pełnią rolę ligandów mostkujących ), ale nie są reduktorami jak jony cyny(II). Techniki identyfikacji obecności jonu Pb 2+ w wodzie na ogół polegają na strącaniu chlorku ołowiu(II) przy użyciu rozcieńczonego kwasu solnego. Ponieważ sól chlorkowa jest słabo rozpuszczalna w wodzie, w bardzo rozcieńczonych roztworach wytrącanie siarczku ołowiu (II) uzyskuje się przez barbotowanie siarkowodoru przez roztwór.

Tlenek ołowiu występuje w dwóch odmianach polimorficznych , litości α-PbO (czerwony) i masykocie β-PbO (żółty), przy czym ta ostatnia jest stabilna tylko w temperaturze powyżej około 488°C. Litharge jest najczęściej używanym nieorganicznym związkiem ołowiu. Nie ma wodorotlenku ołowiu (II); podwyższenie pH roztworów soli ołowiu(II) prowadzi do hydrolizy i kondensacji. Ołów zwykle reaguje z cięższymi chalkogenami. Siarczek ołowiu jest półprzewodnikiem , fotoprzewodnikiem i niezwykle czułym detektorem promieniowania podczerwonego . Pozostałe dwa chalkogenki, selenek ołowiu i tellurek ołowiu , są podobnie fotoprzewodzące. Są niezwykłe, ponieważ ich kolor staje się jaśniejszy wraz z grupą.

Naprzemiennie ciemnoszare i czerwone kule połączone ciemnoszarymi-czerwonymi cylindrami
Ołów i tlenu w tetragonalnej komórki elementarnej z ołowiu (II IV)

Dihalogenki ołowiu są dobrze scharakteryzowane; obejmuje to diastatydy i mieszane halogenki, takie jak PbFCl. Względna nierozpuszczalność tego ostatniego stanowi użyteczną podstawę do grawimetrycznego oznaczania fluoru. Difluorek był pierwszym odkrytym stałym związkiem przewodzącym jony (w 1834 r. przez Michaela Faradaya ). Pozostałe dihalogenki rozkładają się pod wpływem światła ultrafioletowego lub widzialnego, zwłaszcza dijodek. Znanych jest wiele pseudohalogenków ołowiu(II) , takich jak cyjanek , cyjanian i tiocyjanian . Ołów(II) tworzy szeroką gamę halogenkowych kompleksów koordynacyjnych , takich jak [PbCl 4 ] 2- , [PbCl 6 ] 4- , oraz anion [Pb 2 Cl 9 ] n 5 n - łańcuchowy.

Siarczan ołowiu(II) jest nierozpuszczalny w wodzie, podobnie jak siarczany innych ciężkich kationów dwuwartościowych . Azotan ołowiu(II) i octan ołowiu(II) są bardzo rozpuszczalne, co jest wykorzystywane w syntezie innych związków ołowiu.

Ołów (IV)

Niewiele jest znanych nieorganicznych związków ołowiu(IV). Powstają tylko w silnie utleniających roztworach i normalnie nie występują w standardowych warunkach. Tlenek ołowiu(II) daje po dalszym utlenianiu mieszany tlenek, Pb 3 O 4 . Jest to opisane w ołowiu (II, IV) lub strukturalnie 2PbO · PbO 2 i jest najlepiej znanym mieszany związek wartościowość ołowiu. Dwutlenek ołowiu jest silnym środkiem utleniającym, zdolnym do utleniania kwasu solnego do gazowego chloru. Dzieje się tak, ponieważ oczekiwany PbCl 4 , który zostałby wytworzony, jest niestabilny i samorzutnie rozkłada się na PbCl 2 i Cl 2 . Analogicznie jak w tlenek ołowiu , dwutlenek ołowiu, zdolny do tworzenia ołowianowe anionów. Dwusiarczek ołowiu i diselenek ołowiu są stabilne tylko pod wysokim ciśnieniem. Tetrafluorek ołowiu , żółty krystaliczny proszek, jest stabilny, ale mniej trwały niż difluorek . Czterochlorek ołowiu (żółty olej) rozkłada się w temperaturze pokojowej, czterobromek ołowiu jest jeszcze mniej stabilny, a istnienie czterojodku ołowiu jest wątpliwe.

Dziewięć ciemnoszarych kul połączonych cylindrami tego samego koloru, tworzących wypukły kształt
Ograniczona kwadratowy antiprismatic anionu [Pb 9 ] 4- od K [(18-crown-6)] 2 K 2 Pb 9 · (pl) 1,5

Inne stany utlenienia

Niektóre związki ołowiu występują na formalnych stopniach utlenienia innych niż +4 lub +2. Ołów(III) można otrzymać jako związek pośredni między ołowiem(II) a ołowiem(IV) w większych kompleksach ołowioorganicznych; ten stan utlenienia nie jest stabilny, ponieważ zarówno jon ołowiu(III), jak i zawierające go większe kompleksy są rodnikami . To samo dotyczy ołowiu(I), który można znaleźć w tak radykalnych gatunkach.

Znanych jest wiele mieszanych tlenków ołowiu(II,IV). Gdy PbO 2 jest ogrzewany w powietrzu, staje się Pb 12 O 19 w 293 °C, Pb 12 O 17 w 351 °C, Pb 3 O 4 w 374 °C i ostatecznie PbO w 605 °C. Kolejny półtoratlenek , Pb 2 O 3 , można otrzymać pod wysokim ciśnieniem wraz z kilkoma niestechiometrycznymi fazami. Wiele z nich wykazuje wadliwe struktury fluorytowe , w których niektóre atomy tlenu są zastąpione wakatami: PbO można uznać za posiadające taką strukturę, bez każdej naprzemiennej warstwy atomów tlenu.

Ujemne stany utlenienia mogą występować jako fazy Zintl , jako aniony wolnego ołowiu, jak w Ba 2 Pb, przy czym ołów formalnie jest ołowiem (-IV) lub w wrażliwych na tlen pierścieniowych lub wielościennych jonach klastrowych, takich jak trygonalne dwupiramidowe Pb 5 2− jon, w którym dwa atomy ołowiu to ołów(−I), a trzy to ołów(0). W takich anionów każdy atom jest na wierzchołku polihedryny i przyczynia dwóch elektronów na każdym wiązaniem kowalencyjnym wzdłuż krawędzi z ich sp 3 orbitali hybrydowych dwa pozostałe zewnętrzną wolną parę elektronów . Mogą być wytwarzane w ciekłym amoniaku poprzez redukcję ołowiu sodem .

Szarozielona sfera połączona z czterema czarnymi sferami, każda z kolei połączona również z trzema białymi
Struktura cząsteczki tetraetyloołowiu :
  Ołów Węgla
Wodór

Organoołów

Ołów może tworzyć łańcuchy z wieloma wiązaniami , co łączy go z lżejszymi homologami z grupy węglowej. Jego zdolność do tego jest znacznie mniejsza, ponieważ energia wiązania Pb–Pb jest ponad trzy i pół razy niższa niż energia wiązania C–C. Sam ołów może tworzyć wiązania metal-metal rzędu do trzech. Z węglem ołów tworzy związki ołowioorganiczne podobne, ale generalnie mniej stabilne niż typowe związki organiczne (ze względu na dość słabe wiązanie Pb–C). To sprawia, że chemia metaloorganiczna ołowiu jest o wiele mniej zakrojona niż chemia cyny. Ołów tworzy głównie związki ołowioorganiczne(IV), nawet gdy zaczyna się od nieorganicznych reagentów ołowiu(II); bardzo niewiele jest znanych związków ołowioorganicznych(II). Najbardziej scharakteryzowanych wyjątki Pb [CH (SiMe 3 ) 2 ] 2 i Pb ( η 5 -Ci 5 H 5 ) 2 .

Wiodącym analogiem najprostszego związku organicznego , metanu , jest ołów . Plumbane można otrzymać w reakcji metalicznego ołowiu z atomowym wodorem . Najbardziej znanymi związkami ołowioorganicznymi są dwie proste pochodne, tetrametyloołów i tetraetyloołów . Związki te są stosunkowo stabilne: tetraetyloołów zaczyna się rozkładać dopiero po podgrzaniu lub wystawieniu na działanie światła słonecznego lub ultrafioletowego. Z metalicznym sodem ołów łatwo tworzy stop równomolowy, który reaguje z halogenkami alkilu, tworząc związki metaloorganiczne , takie jak tetraetyloołów. Użytecznie wykorzystuje się utleniający charakter wielu związków ołowioorganicznych: tetraoctan ołowiu jest ważnym odczynnikiem laboratoryjnym do utleniania w syntezie organicznej. Tetraetyloołów, raz dodany do benzyny, był produkowany w większych ilościach niż jakikolwiek inny związek metaloorganiczny. Inne związki ołowioorganiczne są mniej stabilne chemicznie. Dla wielu związków organicznych nie istnieje analog ołowiu.

Pochodzenie i występowanie

Obfitości Układu Słonecznego
Atomic
numer
Element
Kwota względna
42 molibden 0,798
46 Paladium 0,440
50 Cyna 1.146
78 Platyna 0,417
80 Rtęć 0,127
82 Ołów 1
90 Tor 0,011
92 Uran 0,003

W kosmosie

Ilość ołowiu na cząstkę w Układzie Słonecznym wynosi 0,121 ppb (części na miliard). Liczba ta jest dwa i pół razy większa niż platyny , osiem razy więcej niż rtęci i siedemnaście razy więcej niż złota. Ilość ołowiu we wszechświecie powoli rośnie, ponieważ większość cięższych atomów (z których wszystkie są niestabilne) stopniowo rozpada się na ołów. Obfitość ołowiu w Układzie Słonecznym od czasu jego powstania 4,5 miliarda lat temu wzrosła o około 0,75%. Tabela liczebności Układu Słonecznego pokazuje, że ołów, pomimo stosunkowo wysokiej liczby atomowej, jest bardziej rozpowszechniony niż większość innych pierwiastków o liczbie atomowej większej niż 40.

Pierwotny ołów – który obejmuje izotopy ołowiu-204, ołowiu-206, ołowiu-207 i ołowiu-208 – powstał głównie w wyniku powtarzalnych procesów wychwytywania neutronów zachodzących w gwiazdach. Dwa główne tryby przechwytywania to procesy s i r .

W procesie s (s oznacza „wolny”), wychwyty są oddzielone latami lub dekadami, co pozwala mniej stabilnym jąderkom przejść rozpad beta . Stabilne jądro talu-203 może wychwycić neutron i stać się talem-204; ulega rozpadowi beta, dając stabilny ołów-204; po wychwyceniu kolejnego neutronu staje się ołowiem-205, którego okres półtrwania wynosi około 15 milionów lat. Dalsze wychwytywanie prowadzi do powstania ołowiu-206, ołowiu-207 i ołowiu-208. Po wychwyceniu kolejnego neutronu ołów-208 staje się ołowiem-209, który szybko rozpada się na bizmut-209. Po przechwyceniu kolejnego neutronu bizmut-209 staje się bizmutem-210, a ten beta rozpada się na polon-210, który rozpada się na alfa do ołowiu-206. Cykl kończy się zatem na ołowiu-206, ołowiu-207, ołowiu-208 i bizmucie-209.

Najwyższa część wykresu nuklidów, z pokazanymi tylko praktycznie stabilnymi izotopami i ołowiem-205, z nałożoną na nią ścieżką procesu s oraz cyklu na ołowiu, bizmucie i polonie
Wykres końcowej części procesu s , od rtęci do polonu . Czerwone linie i kółka reprezentują wychwytywanie neutronów ; niebieskie strzałki reprezentują rozpady beta ; zielona strzałka reprezentuje rozpad alfa ; cyjanowe strzałki reprezentują wychwytywanie elektronów .

W procesie r (r oznacza „szybki”) wychwytywanie zachodzi szybciej niż jądra mogą się rozpadać. Dzieje się tak w środowiskach o dużej gęstości neutronów, takich jak supernowa lub połączenie dwóch gwiazd neutronowych . Strumień neutronów udział może być rzędu 10 22 neutronów na centymetr kwadratowy na sekundę. Proces r nie tworzy tak dużo ołowiu jak proces s. Ma tendencję do zatrzymywania się, gdy jądra bogate w neutrony osiągną 126 neutronów. W tym momencie neutrony są ułożone w kompletne powłoki w jądrze atomowym i trudniej jest energetycznie pomieścić więcej z nich. Kiedy strumień neutronów opada, te jądra beta rozpadają się na stabilne izotopy osmu, irydu i platyny.

Na ziemi

Ołów jest klasyfikowany jako chalkofil w klasyfikacji Goldschmidta , co oznacza, że ​​zazwyczaj występuje w połączeniu z siarką. Rzadko występuje w swojej rodzimej , metalicznej formie. Wiele minerałów ołowiu jest stosunkowo lekkich i na przestrzeni dziejów Ziemi pozostało w skorupie zamiast zapadać się głębiej we wnętrze Ziemi. Stanowi to stosunkowo wysoką obfitość skorupy ołowiu wynoszącą 14 ppm; jest 38. najliczniejszym pierwiastkiem w skorupie.

Głównym minerałem ołowionośnym jest galena (PbS), którą można znaleźć głównie w rudach cynku. Większość innych minerałów ołowiu jest w jakiś sposób spokrewniona z galeną; boulangeryt , Pb 5 Sb 4 S 11 , jest mieszanym siarczkiem pochodzącym z galeny; Anglesite , PbSO 4 , jest produktem utleniania galeny; a cerusyt lub ruda białego ołowiu, PbCO 3 , jest produktem rozkładu galeny. Arsen , cyna, antymon, srebro, złoto, miedź i bizmut są powszechnymi zanieczyszczeniami w minerałach ołowiu.

Wykres liniowy na ogół opada w prawo
Ołów jest dość powszechnym pierwiastkiem w skorupie ziemskiej ze względu na wysoką liczbę atomową (82). Większość pierwiastków o liczbie atomowej powyżej 40 jest mniej liczna.

Światowe zasoby ołowiu przekraczają dwa miliardy ton. Znaczące złoża znajdują się w Australii, Chinach, Irlandii, Meksyku, Peru, Portugalii, Rosji i Stanach Zjednoczonych. Globalne rezerwy – zasoby, które są ekonomicznie wykonalne do wydobycia – wyniosły 88 mln ton w 2016 r., z czego Australia miała 35 mln, Chiny 17 mln, a Rosja 6,4 mln.

Typowe stężenia ołowiu w tle nie przekraczają 0,1 μg/m 3 w atmosferze; 100 mg/kg w glebie; oraz 5 μg/L w wodzie słodkiej i morskiej.

Etymologia

Współczesne angielskie słowo ołów ma pochodzenie germańskie; pochodzi od średnioangielskiego leed i staroangielskiego lēad (z makronem nad „e” oznaczającym, że samogłoska tej litery jest długa). Stare angielskie słowo pochodzi od hipotetycznej odbudowany Proto-germańskie * lauda- ( „prowadzenie”). Zgodnie z teorią językoznawczą słowo to miało potomków w wielu językach germańskich o dokładnie tym samym znaczeniu.

Nie ma zgody co do pochodzenia pragermańskiego * lauda- . Jedna hipoteza sugeruje, że wywodzi się z protoindoeuropejskiego * lAudh- ("lead"; kapitalizacja samogłoski jest równoważna z makronem). Inną z hipotez jest wypożyczenia proto celtyckie * ɸloud-IO- ( „główny”). Słowo to jest związane z łacińskim pionem , który nadał pierwiastkowi jego symbol chemiczny Pb . Uważa się, że słowo * ɸloud-io- pochodzi od protogermańskiego * bliwa- (co oznacza również 'ołów'), z którego wywodzi się niemieckie Blei .

Nazwa pierwiastka chemicznego nie jest związana z czasownikiem o tej samej pisowni, który wywodzi się z proto-germańskiego * layijan- („prowadzić”).

Historia

Wykres liniowy na ogół rośnie po prawej stronie
Światowa produkcja ołowiu osiągnęła szczyt w okresie rzymskim i rewolucji przemysłowej .

Prehistoria i wczesna historia

W Azji Mniejszej znaleziono metaliczne koraliki ołowiane pochodzące z lat 7000–6500 p.n.e. i mogą one stanowić pierwszy przykład wytapiania metalu . W tym czasie ołów miał niewiele (jeśli w ogóle) zastosowań ze względu na swoją miękkość i matowy wygląd. Główną przyczyną rozpowszechnienia produkcji ołowiu było jego powiązanie ze srebrem, które można pozyskać poprzez spalanie galeny (powszechnego minerału ołowiu). Starożytni Egipcjanie byli pierwszymi, którzy używają minerałów ołowiu w kosmetykach, aplikacja, która rozprzestrzeniła się na starożytnej Grecji i poza nią; Egipcjanie mogli używać ołowiu do ciężarków w sieciach rybackich, glazury , szkieł, emalii i ozdób. Różne cywilizacje Żyznego Półksiężyca używały ołowiu jako materiału do pisania, waluty i materiału budowlanego. Ołów był używany na starożytnym chińskim dworze królewskim jako środek pobudzający , waluta i środek antykoncepcyjny ; cywilizacja doliny Indusu i Mesoamericans używali go do wyrobu amuletów; a ludy wschodniej i południowej Afryki używały ołowiu do ciągnienia drutu .

Epoka klasyczna

Ponieważ srebro było szeroko stosowane jako materiał dekoracyjny i środek wymiany, złoża ołowiu zaczęto przetwarzać w Azji Mniejszej od 3000 roku p.n.e.; później odkryto złoża ołowiu na Morzu Egejskim i Laurionie . Te trzy regiony łącznie zdominowały produkcję ołowiu wydobywczego do ok. 1200 p.n.e. Od około 2000 roku p.n.e. Fenicjanie eksploatowali złoża na Półwyspie Iberyjskim ; do 1600 r. p.n.e. wydobycie ołowiu istniało na Cyprze , w Grecji i na Sardynii .

Starożytne greckie pociski ołowiane z wytłoczonym z jednej strony skrzydlatym piorunem i napisem „ΔΕΞΑΙ” („weź to” lub „złap”) po drugiej stronie

Ekspansja terytorialna Rzymu w Europie i na Morzu Śródziemnym oraz rozwój górnictwa sprawiły, że Rzym stał się największym producentem ołowiu w epoce klasycznej , z szacowaną roczną produkcją sięgającą 80 000 ton. Podobnie jak ich poprzednicy, Rzymianie pozyskiwali ołów głównie jako produkt uboczny wytapiania srebra. Wydobycie ołowiu miało miejsce w Europie Środkowej, Wielkiej Brytanii , na Bałkanach , w Grecji , Anatolii i Hiszpanii , przy czym ta ostatnia stanowiła 40% światowej produkcji.

Jako materiał na listy powszechnie używano ołowianych tabliczek. W starożytnej Judei stosowano ołowiane trumny , odlane w płaskich formach z piasku, z wymiennymi motywami odpowiadającymi wierze zmarłego . Ołów był używany do produkcji pocisków do procy od V wieku p.n.e. W czasach rzymskich powszechnie używano ołowianych pocisków do proc, które były skuteczne na dystansie od 100 do 150 metrów. Balearscy procarze, wykorzystywani jako najemnicy w armii kartagińskiej i rzymskiej, słynęli z odległości i celności strzelania.

Ołów był używany do wyrobu rur wodociągowych w Cesarstwie Rzymskim ; łaciński słowo metalu, Plumbum , jest pochodzenia angielskiego słowa „hydraulika”. Łatwość pracy i odporność na korozję zapewniły jej szerokie zastosowanie w innych zastosowaniach, w tym w przemyśle farmaceutycznym, dekarskim, walutowym i wojennym. Pisarze tamtych czasów, tacy jak Katon Starszy , Columella i Pliniusz Starszy , zalecali naczynia ołowiane (lub powlekane ołowiem) do przygotowywania słodzików i konserwantów dodawanych do wina i potraw. Ołów nadawał przyjemny smak ze względu na tworzenie się „cukru ołowiu” (octan ołowiu(II), podczas gdy naczynia miedziane lub brązowe mogły nadać gorzki smak poprzez tworzenie się patyny .

Metal ten był zdecydowanie najczęściej używanym materiałem w starożytności klasycznej i należy odnieść się do (rzymskiego) epoki ołowiu. Ołów był dla Rzymian tym, czym dla nas jest plastik.

Heinz Eschnauer i Markus Stoeppler
„Wino — bank okazów enologicznych”, 1992

Rzymski autor Witruwiusz donosił o zagrożeniach zdrowotnych związanych z ołowiem, a współcześni pisarze sugerowali, że zatrucie ołowiem odegrało główną rolę w upadku Cesarstwa Rzymskiego. Inni badacze krytykowali takie twierdzenia, wskazując na przykład, że nie wszystkie bóle brzucha są spowodowane zatruciem ołowiem. Według badań archeologicznych rzymskie rury ołowiane zwiększały poziom ołowiu w wodzie z kranu, ale taki efekt „mało prawdopodobne, aby był naprawdę szkodliwy”. Kiedy doszło do zatrucia ołowiem, ofiary nazywano „saturinami”, mrocznymi i cynicznymi, na cześć upiornego ojca bogów, Saturna . Przez skojarzenie ołów uważany był za ojca wszystkich metali. Jego status w społeczeństwie rzymskim był niski, ponieważ był łatwo dostępny i tani.

Starożytne fajki w gablocie muzealnej
Rury rzymskie ołowiane

Zamieszanie z cyną i antymonem

W epoce klasycznej (a nawet do XVII wieku) często nie odróżniano cyny od ołowiu: Rzymianie nazywali lead plumbum nigrum („czarny ołów”), a cyna plumbum candidum („jasny ołów”). Skojarzenie ołowiu i cyny można zobaczyć w innych językach: słowo olovo w języku czeskim tłumaczy się jako „ołów”, ale w języku rosyjskim jego pokrewne олово ( olovo ) oznacza „cynę”. Aby dodać zamieszania, ołów miał ścisły związek z antymonem: oba pierwiastki występują powszechnie jako siarczki (galena i stibnit ), często razem. Pliniusz błędnie napisał, że stibnit da ołów na ogrzewanie zamiast antymonu. W krajach takich jak Turcja i Indie pierwotnie perska nazwa surma zaczęła odnosić się do siarczku antymonu lub siarczku ołowiu, aw niektórych językach, takich jak rosyjski, nadała jej nazwę antymonowi ( сурьма ).

Średniowiecze i renesans

Wydobycie ołowiu w Europie Zachodniej spadło po upadku Cesarstwa Zachodniorzymskiego , przy czym jedynym regionem o znaczącym wydobyciu była Iberia arabska . Największa produkcja ołowiu miała miejsce w Azji Południowej i Wschodniej, zwłaszcza w Chinach i Indiach, gdzie gwałtownie rosło wydobycie ołowiu.

Kobieta o białej twarzy w czerwonych ubraniach
Elżbieta I z Anglii była powszechnie przedstawiana z wybieloną twarzą. Uważa się, że do jej śmierci przyczynił się ołów w wybielaczach twarzy.

W Europie produkcja ołowiu zaczęła wzrastać w XI i XII wieku, kiedy to ponownie wykorzystano go do pokryć dachowych i rurociągów. Od XIII wieku do tworzenia witraży używano ołowiu . W europejskiej i arabskiej tradycji alchemii ołów (symbol Symbol Saturna.svgw tradycji europejskiej) był uważany za nieczysty metal podstawowy, który przez oddzielenie, oczyszczenie i zrównoważenie jego składowych esencji mógł zostać przekształcony w czyste i nieprzekupne złoto. W tym okresie coraz częściej używano ołowiu do fałszowania wina. Bulla papieska z 1498 r. zabroniła używania takiego wina w obrzędach chrześcijańskich , ale nadal było ono pijane i powodowało masowe zatrucia aż do końca XVIII wieku. Ołów był kluczowym materiałem w częściach prasy drukarskiej , a pył ołowiowy był powszechnie wdychany przez pracowników drukarni, powodując zatrucie ołowiem. Pomimo tego, że był droższy od żelaza, ołów stał się również głównym materiałem do produkcji pocisków do broni palnej. Mniej uszkadzał żelazne lufy dział, miał większą gęstość (co pozwalało na lepsze zachowanie prędkości), a niższa temperatura topnienia ułatwiała produkcję pocisków, ponieważ można je było wytwarzać przy użyciu ognia drzewnego. Ołów, w postaci weneckiego ceruse , był szeroko stosowany w kosmetyce przez arystokrację zachodnioeuropejską, ponieważ wybielone twarze uważano za oznakę skromności. Ta praktyka została później rozszerzona na białe peruki i kredki do oczu i wygasła dopiero wraz z rewolucją francuską pod koniec XVIII wieku. Podobna moda pojawiła się w Japonii w XVIII wieku wraz z pojawieniem się gejsz , praktyki, która trwała jeszcze długo w XX wieku. Białe twarze kobiet „zaczęły reprezentować swoją kobiecą cnotę jako japońskie kobiety”, z ołowiem powszechnie używanym w wybielaczu.

Poza Europą i Azją

W Nowym Świecie produkcja ołowiu została odnotowana wkrótce po przybyciu europejskich osadników. Najwcześniejsze wzmianki pochodzą z 1621 r. w angielskiej kolonii Wirginii , czternaście lat po jej założeniu. W Australii pierwszą kopalnią otwartą przez kolonistów na kontynencie była kopalnia ołowiu w 1841 roku. W Afryce wydobycie i wytop ołowiu znane było w Benue Trough i dolnym basenie Konga , gdzie ołów był używany w handlu z Europejczykami, a jako waluta do XVII wieku, na długo przed walką o Afrykę .

Czarno-biały rysunek mężczyzn pracujących w kopalni
Wydobycie ołowiu w górnym rejonie rzeki Missisipi w Stanach Zjednoczonych w 1865 r.

Rewolucja przemysłowa

W drugiej połowie XVIII wieku Wielka Brytania, a później Europa kontynentalna i Stany Zjednoczone doświadczyły rewolucji przemysłowej . Był to pierwszy raz, kiedy tempo produkcji ołowiu przekroczyło te z Rzymu. Wiodącym producentem była Wielka Brytania, tracąc ten status do połowy XIX wieku wraz z wyczerpywaniem się jej kopalń i rozwojem wydobycia ołowiu w Niemczech, Hiszpanii i Stanach Zjednoczonych. Do 1900 roku Stany Zjednoczone były liderem w światowej produkcji ołowiu, a inne kraje pozaeuropejskie – Kanada, Meksyk i Australia – rozpoczęły znaczącą produkcję; produkcja poza Europą przekroczyła tę wewnątrz. Ogromna część popytu na ołów pochodziła z instalacji wodno-kanalizacyjnych i malarstwa – farby ołowiowe były w regularnym użyciu. W tym czasie więcej ludzi (z klasy robotniczej) było narażonych na kontakt z metalem i eskalowały przypadki zatrucia ołowiem. Doprowadziło to do badań nad skutkami spożycia ołowiu. Udowodniono, że ołów w postaci oparów jest bardziej niebezpieczny niż w postaci stałego metalu. Zatrucie ołowiem i dna moczanowa były powiązane; Brytyjski lekarz Alfred Baring Garrod zauważył, że jedna trzecia jego pacjentów z dną moczanową to hydraulicy i malarze. Skutki przewlekłego spożywania ołowiu, w tym zaburzenia psychiczne, były również badane w XIX wieku. Pierwsze ustawy mające na celu zmniejszenie zatrucia ołowiem w fabrykach zostały uchwalone w latach 70. i 80. XIX wieku w Wielkiej Brytanii.

Plakat promocyjny „COLLIER White Lead” (słowa te są wyróżnione) z dużym wizerunkiem chłopca
Plakat promocyjny farby ołowianej Dutch Boy , Stany Zjednoczone, 1912

Epoka nowożytna

Dalsze dowody na zagrożenie, jakie niosą ze sobą ludzie, odkryto pod koniec XIX i na początku XX wieku. Lepiej zrozumiano mechanizmy wyrządzania szkody, udokumentowano ślepotę ołowiową, a pierwiastek wycofano z użytku publicznego w Stanach Zjednoczonych i Europie. Wielka Brytania wprowadziła obowiązkowe inspekcje w fabrykach w 1878 r. i powołała pierwszego medycznego inspektora fabryk w 1898 r.; w rezultacie odnotowano 25-krotny spadek liczby przypadków zatrucia ołowiem od 1900 do 1944 roku. Większość krajów europejskich zakazała stosowania farb ołowiowych – powszechnie stosowanych ze względu na ich nieprzezroczystość i wodoodporność – do wnętrz do 1930 roku.

Ostatnim poważnym narażeniem człowieka na ołów było dodanie tetraetyloołowiu do benzyny jako środka przeciwstukowego , praktyka, która powstała w Stanach Zjednoczonych w 1921 roku. Została wycofana w Stanach Zjednoczonych i Unii Europejskiej do 2000 roku.

W latach 70. Stany Zjednoczone i kraje Europy Zachodniej wprowadziły przepisy mające na celu zmniejszenie zanieczyszczenia powietrza ołowiem. Wpływ był znaczący: podczas gdy badanie przeprowadzone przez Centers for Disease Control and Prevention w Stanach Zjednoczonych w latach 1976-1980 wykazało, że 77,8% populacji miało podwyższony poziom ołowiu we krwi , w latach 1991-1994 badanie przeprowadzone przez ten sam instytut wykazało udział osób o tak wysokim poziomie spadł do 2,2%. Głównym produktem wytwarzanym z ołowiu pod koniec XX wieku był akumulator kwasowo-ołowiowy .

Od 1960 do 1990 produkcja ołowiu w bloku zachodnim wzrosła o około 31%. Udział światowej produkcji ołowiu w bloku wschodnim wzrósł z 10% do 30% w latach 1950-1990, przy czym Związek Radziecki był największym światowym producentem w połowie lat siedemdziesiątych i osiemdziesiątych, a Chiny rozpoczęły główną produkcję ołowiu w koniec XX wieku. W przeciwieństwie do europejskich krajów komunistycznych Chiny były w dużej mierze nieuprzemysłowione do połowy XX wieku; w 2004 roku Chiny wyprzedziły Australię jako największy producent ołowiu. Podobnie jak w przypadku uprzemysłowienia w Europie, ołów miał negatywny wpływ na zdrowie w Chinach.

Produkcja

Wykres liniowy z wieloma liniami, niektóre dłuższe niż inne, najczęściej rosnące w prawo
Produkcja podstawowa ołowiu od 1840 r.

Od 2014 r. produkcja ołowiu wzrasta na całym świecie ze względu na jego zastosowanie w akumulatorach kwasowo-ołowiowych. Istnieją dwie główne kategorie produkcji: pierwotna z wydobytych rud i wtórna ze złomu. W 2014 roku 4,58 miliona ton metrycznych pochodziło z produkcji pierwotnej i 5,64 miliona z produkcji wtórnej. Trzech największych producentów koncentratu ołowiu wydobytego w tym roku to Chiny, Australia i Stany Zjednoczone. Trzech największych producentów ołowiu rafinowanego to Chiny, Stany Zjednoczone i Indie. Według raportu International Resource Panel 's Metal Stocks in Society z 2010 roku, całkowita ilość używanego, składowanego, wyrzucanego lub odprowadzanego do środowiska ołowiu w skali globalnej wynosi 8 kg na mieszkańca. Dużo tego dotyczy krajów bardziej rozwiniętych (20–150 kg na mieszkańca), a nie mniej rozwiniętych (1–4 kg na mieszkańca).

Procesy pierwotnej i wtórnej produkcji ołowiu są podobne. Niektóre zakłady produkcji podstawowej uzupełniają obecnie swoją działalność o złom ołowiu, a tendencja ta prawdopodobnie będzie się nasilać w przyszłości. Przy odpowiednich technikach ołów otrzymany w procesach wtórnych jest nie do odróżnienia od ołowiu otrzymanego w procesach pierwotnych. Złom ołowiu z branży budowlanej jest zwykle dość czysty i jest ponownie topiony bez potrzeby wytapiania, chociaż czasami konieczne jest rafinowanie. Produkcja wtórna ołowiu jest zatem tańsza pod względem zapotrzebowania na energię niż produkcja pierwotna, często o 50% lub więcej.

Podstawowy

Większość rud ołowiu zawiera niski procent ołowiu (rudy bogate mają typową zawartość 3-8%), który musi być zagęszczony w celu wydobycia. Podczas wstępnego przetwarzania rudy są zazwyczaj poddawane kruszeniu, separacji w gęstym medium , mieleniu , flotacji pianowej i suszeniu. Powstały koncentrat, który ma zawartość ołowiu 30–80% masy (zwykle 50–60%), jest następnie przekształcany w (nieczysty) metaliczny ołów.

Można to zrobić na dwa główne sposoby: dwuetapowy proces obejmujący prażenie, po którym następuje ekstrakcja wielkopiecowa, przeprowadzana w oddzielnych naczyniach; lub proces bezpośredni, w którym ekstrakcja koncentratu odbywa się w jednym naczyniu. Ta ostatnia stała się najczęstszą trasą, choć ta pierwsza jest nadal istotna.

Największe na świecie kraje górnicze ołowiu, 2016
Kraj Wydajność
(tys.
ton)
 Chiny 2400
 Australia 500
 Stany Zjednoczone 335
 Peru 310
 Meksyk 250
 Rosja 225
 Indie 135
 Boliwia 80
 Szwecja 76
 indyk 75
 Iran 41
 Kazachstan 41
 Polska 40
 Afryka Południowa 40
 Korea Północna 35
 Irlandia 33
 Macedonia 33
Inne kraje 170

Proces dwuetapowy

Najpierw koncentrat siarczków jest prażony na powietrzu w celu utlenienia siarczku ołowiu:

2 PbS(s) + 3 O 2 (g) → 2 PbO(s) + 2 SO 2 (g)↑

Ponieważ oryginalny koncentrat nie był czystym siarczkiem ołowiu, prażenie daje nie tylko pożądany tlenek ołowiu(II), ale mieszaninę tlenków, siarczanów i krzemianów ołowiu i innych metali zawartych w rudzie. Ten zanieczyszczony tlenek ołowiu poddaje się redukcji w koksu -fired wielkiego pieca do (ponownie) zanieczyszczonego metalu:

2 PbO (s) + C (S) → 2 Pb (s) + CO 2 (g) ↑

Zanieczyszczenia to głównie arsen, antymon, bizmut, cynk, miedź, srebro i złoto. Zazwyczaj usuwa się je w szeregu procesów pirometalurgicznych . Stop jest poddawany obróbce w piecu rewerberacyjnym powietrzem, parą i siarką, która utlenia zanieczyszczenia z wyjątkiem srebra, złota i bizmutu. Utlenione zanieczyszczenia unoszą się na górze stopionego materiału i są usuwane. Metaliczne srebro i złoto są usuwane i odzyskiwane ekonomicznie w procesie Parkesa , w którym do ołowiu dodaje się cynk. Cynk, który nie miesza się z ołowiem, rozpuszcza srebro i złoto. Roztwór cynku można oddzielić od ołowiu, a srebro i złoto odzyskać. Odsrebrzony ołów jest uwalniany od bizmutu w procesie Bettertona-Krolla , traktując go metalicznym wapniem i magnezem . Powstały żużel bizmutu można zgarnąć.

Alternatywnie do procesów pirometalurgicznych, bardzo czysty ołów można otrzymać przez elektrolityczne przetwarzanie wytopionego ołowiu w procesie Bettsa . Anody z nieczystego ołowiu i katody z czystego ołowiu umieszczone są w elektrolicie z fluorokrzemianu ołowiu (PbSiF 6 ). Po przyłożeniu potencjału elektrycznego, zanieczyszczony ołów na anodzie rozpuszcza się i osadza się na katodzie, pozostawiając większość zanieczyszczeń w roztworze. Jest to proces kosztowny, a zatem zarezerwowany głównie dla rafinacji kruszcu zawierającego wysoki procent zanieczyszczeń.

Proces bezpośredni

W procesie tym surowiec i żużel ołowiu pozyskiwane są bezpośrednio z koncentratów ołowiu. Koncentrat siarczku ołowiu topi się w piecu i utlenia, tworząc tlenek ołowiu. Węgiel (jako koks lub gaz węglowy ) jest dodawany do stopionego wsadu wraz z topnikami . Tlenek ołowiu jest w ten sposób redukowany do ołowiu metalicznego w żużlu bogatym w tlenek ołowiu.

Jeśli wkład jest bogaty w ołów, aż 80% oryginalnego ołowiu można uzyskać w złocie; pozostałe 20% tworzy żużel bogaty w tlenek ołowiu. W przypadku wsadu o niskiej jakości cały ołów może zostać utleniony do żużla o wysokiej zawartości ołowiu. Metaliczny ołów jest dalej otrzymywany z wysokoołowiowych (25-40%) żużli poprzez spalanie lub wtrysk paliwa pod powierzchnią, redukcję wspomaganą przez piec elektryczny lub kombinację obu.

Alternatywy

Trwają badania nad czystszym, mniej energochłonnym procesem ekstrakcji ołowiu; główną wadą jest to, że albo zbyt dużo ołowiu jest tracone jako odpad, albo alternatywy powodują wysoką zawartość siarki w otrzymanym metalicznym ołowiu. Ekstrakcja hydrometalurgiczna , w której anody z zanieczyszczonego ołowiu zanurza się w elektrolicie, a czysty ołów osadza się na katodzie, jest techniką, która może mieć potencjał, ale obecnie nie jest ekonomiczna, z wyjątkiem przypadków, gdy energia elektryczna jest bardzo tania.

Wtórny

Wytapianie, które jest istotną częścią produkcji pierwotnej, jest często pomijane podczas produkcji wtórnej. Wykonuje się ją tylko wtedy, gdy metaliczny ołów został poddany znacznemu utlenieniu. Proces ten jest podobny do procesu produkcji pierwotnej w wielkim piecu lub piecu obrotowym , przy czym zasadniczą różnicą jest większa zmienność uzysków: wielkie piece produkują ołów twardy (10% antymonu), natomiast piece płomieniowe i obrotowe wytwarzają ołów półmiękki ( 3-4% antymonu). Proces ISASMELT jest nowszą metodą wytapiania, która może działać jako rozszerzenie produkcji podstawowej; pasta akumulatorowa ze zużytych akumulatorów ołowiowo-kwasowych (zawierających siarczan ołowiu i tlenki ołowiu) jest usuwana przez obróbkę alkaliczną, a następnie jest poddawana obróbce w piecu opalanym węglem w obecności tlenu, co daje zanieczyszczony ołów, z antymonem najczęstsze zanieczyszczenie. Rafinacja ołowiu wtórnego jest podobna do ołowiu pierwotnego; niektóre procesy rafinacji można pominąć w zależności od materiału poddanego recyklingowi i jego potencjalnego zanieczyszczenia.

Spośród źródeł ołowiu do recyklingu najważniejsze są akumulatory kwasowo-ołowiowe; Rura ołowiana, blacha i osłona kabli są również istotne.

Aplikacje

Zamknięta struktura czarnych cegieł
Cegły ołowiane (stopowe z 4% antymonem) służą jako osłona przed promieniowaniem.

Wbrew powszechnemu przekonaniu, wkłady do ołówków drewnianych nigdy nie były wykonane z ołowiu. Kiedy ołówek powstał jako narzędzie do pisania owiniętego grafitu, konkretny rodzaj użytego grafitu został nazwany plumbago (dosłownie, działa na ołów lub makieta ołowiana ).

Forma żywiołów

Metaliczny ołów ma kilka użytecznych właściwości mechanicznych, w tym wysoką gęstość, niską temperaturę topnienia, ciągliwość i względną bezwładność. Wiele metali przewyższa ołów w niektórych z tych aspektów, ale generalnie są one mniej powszechne i trudniejsze do wydobycia z rud macierzystych. Toksyczność ołowiu doprowadziła do jego wycofania w niektórych zastosowaniach.

Ołów był używany do pocisków od czasu ich wynalezienia w średniowieczu. Jest niedrogi; niska temperatura topnienia sprawia, że ​​amunicję do broni strzeleckiej i śrut do strzelby można rzucać przy minimalnym sprzęcie technicznym; i jest gęstszy niż inne pospolite metale, co pozwala na lepsze utrzymanie prędkości. Pozostaje głównym materiałem na pociski, stopiony z innymi metalami jako utwardzaczami. Pojawiły się obawy, że ołowiane kule używane do polowań mogą szkodzić środowisku.

Wysoka gęstość i odporność na korozję ołowiu zostały wykorzystane w wielu powiązanych zastosowaniach. Jest używany jako balast w stępkach żaglowych; jego gęstość sprawia, że ​​zajmuje on niewielką objętość i minimalizuje opór wody, równoważąc w ten sposób przechylający się wiatr na żagle. Jest stosowany w pasach balastowych do nurkowania, aby przeciwdziałać pływalności nurka. W 1993 roku podstawę Krzywej Wieży w Pizie ustabilizowano 600 tonami ołowiu. Ze względu na swoją odporność na korozję ołów stosowany jest jako powłoka ochronna do kabli podwodnych.

Żółta rzeźba
XVII-wieczna rzeźba z ołowiu pokryta złotem

Ołów ma wiele zastosowań w budownictwie; blachy ołowiane są stosowane jako metale architektoniczne w pokryciach dachowych, okładzinach , obróbkach blacharskich , rynnach i połączeniach rynien oraz na parapetach dachowych. Ołów jest nadal używany w posągach i rzeźbach, w tym w armaturach . W przeszłości był często używany do wyważania kół samochodów ; ze względów środowiskowych to zastosowanie jest wycofywane na rzecz innych materiałów.

Ołów jest dodawany do stopów miedzi, takich jak mosiądz i brąz, w celu poprawy skrawalności i właściwości smarnych . Będąc praktycznie nierozpuszczalnym w miedzi, ołów tworzy stałe kuleczki w niedoskonałościach całego stopu, takich jak granice ziaren . W niskich stężeniach, a także działając jako smar, globulki utrudniają tworzenie się opiłków podczas obróbki stopu, poprawiając w ten sposób skrawalność. W łożyskach stosowane są stopy miedzi o większej zawartości ołowiu . Ołów zapewnia smarowanie, a miedź zapewnia wsparcie nośne.

Wysoka gęstość, liczba atomowa i odkształcalność ołowiu stanowią podstawę zastosowania ołowiu jako bariery pochłaniającej dźwięk, wibracje i promieniowanie. Ołów nie ma naturalnych częstotliwości rezonansowych; w rezultacie arkusz ołowiu jest używany jako warstwa tłumiąca dźwięk w ścianach, podłogach i sufitach w studiach dźwiękowych. Organy są często wykonane ze stopu ołowiu, zmieszanego z różnymi ilościami cyny w celu kontrolowania tonu każdej piszczałki. Ołów jest uznanym materiałem ekranującym przed promieniowaniem w nauce jądrowej i w pomieszczeniach rentgenowskich ze względu na swoją gęstość i wysoki współczynnik tłumienia . Stopiony ołów był używany jako chłodziwo do prędkich reaktorów chłodzonych ołowiem .

Największe wykorzystanie ołowiu na początku XXI wieku dotyczy akumulatorów kwasowo-ołowiowych. Ołów w bateriach nie ma bezpośredniego kontaktu z ludźmi, więc jest mniej obaw związanych z toksycznością. Osoby pracujące w zakładach produkujących akumulatory ołowiowe mogą być narażone na pył ołowiowy i wdychać go.} Reakcje w akumulatorze między ołowiem, dwutlenkiem ołowiu i kwasem siarkowym stanowią niezawodne źródło napięcia . Superkondensatory zawierające akumulatory ołowiowo-kwasowe zostały zainstalowane w zastosowaniach w skali kilowatowej i megawatowej w Australii, Japonii i Stanach Zjednoczonych w zakresie regulacji częstotliwości, wygładzania i przesuwania promieni słonecznych, wygładzania wiatru i innych zastosowań. Akumulatory te mają niższą gęstość energii i wydajność ładowania-rozładowania niż akumulatory litowo-jonowe , ale są znacznie tańsze.

Ołów jest stosowany w kablach zasilających wysokiego napięcia jako materiał osłonowy, aby zapobiec dyfuzji wody do izolacji; to użycie maleje wraz z wycofywaniem ołowiu. Jego stosowanie w lutowiu do elektroniki jest również stopniowo wycofywane przez niektóre kraje, aby zmniejszyć ilość odpadów niebezpiecznych dla środowiska . Ołów jest jednym z trzech metali stosowanych w teście Oddy'ego dla materiałów muzealnych, pomagającym wykryć kwasy organiczne, aldehydy i kwaśne gazy.

Związki

Oprócz tego, że są głównym zastosowaniem metalu ołowiowego, akumulatory kwasowo-ołowiowe są również głównym konsumentem związków ołowiu. Reakcja magazynowania/uwalniania energii stosowana w tych urządzeniach obejmuje siarczan ołowiu i dwutlenek ołowiu :

Pb (s) + PbO
2
(s) + 2 godz
2
WIĘC
4
(aq) → 2PbSO
4
(s) + 2 godz
2
O
(l)

Inne zastosowania związków ołowiu są bardzo specjalistyczne i często zanikają. Barwniki na bazie ołowiu są stosowane w szkliwach ceramicznych i szkle, zwłaszcza w odcieniach czerwieni i żółci. Chociaż farby ołowiowe są wycofywane w Europie i Ameryce Północnej, nadal są używane w krajach mniej rozwiniętych, takich jak Chiny, Indie czy Indonezja. Tetraoctan ołowiu i dwutlenek ołowiu są stosowane jako środki utleniające w chemii organicznej. Ołów jest często stosowany w powlekaniu przewodów elektrycznych z polichlorku winylu . Może być stosowany do czyszczenia knotów świec, aby zapewnić dłuższe i bardziej równomierne spalanie. Ze względu na jego toksyczność producenci europejscy i północnoamerykańscy stosują alternatywy, takie jak cynk. Szkło ołowiowe składa się z 12–28% tlenku ołowiu , zmieniającego jego właściwości optyczne i zmniejszającego przepuszczanie promieniowania jonizującego, właściwość wykorzystywaną w starych telewizorach i monitorach komputerowych z lampami katodowymi . Półprzewodniki na bazie ołowiu, takie jak tellurku ołowiu i selenek ołowiu, są stosowane w ogniwach fotowoltaicznych i detektorach podczerwieni .

Efekty biologiczne

Ołów
Zagrożenia
Piktogramy GHS GHS07: SzkodliwyGHS08: Zagrożenie dla zdrowiaGHS09: Zagrożenie dla środowiska
Hasło ostrzegawcze GHS Zagrożenie
H302 , H332 , H351 , H360Df , H373 , H410
P201 , P261 , P273 , P304 , P340 , P312 , P308 , P313 , P391
NFPA 704 (ognisty diament)
2
0
0

Ołów nie ma potwierdzonej roli biologicznej i nie ma potwierdzonego bezpiecznego poziomu narażenia na ołów. Kanadyjsko-amerykańskie badanie z 2009 r. wykazało, że nawet na poziomach, które uważa się za niewielkie lub zerowe, ołów może powodować „niekorzystne skutki dla zdrowia psychicznego”. Jego rozpowszechnienie w ludzkim ciele — średnio 120 mg u osoby dorosłej — jest jednak przewyższane wśród metali ciężkich jedynie przez cynk (2500 mg) i żelazo (4000 mg). Sole ołowiu są bardzo skutecznie przyswajalne przez organizm. Niewielka ilość ołowiu (1%) jest przechowywana w kościach; reszta jest wydalana z moczem i kałem w ciągu kilku tygodni od ekspozycji. Tylko około jedna trzecia ołowiu jest wydalana przez dziecko. Ciągłe narażenie może skutkować bioakumulacją ołowiu.

Toksyczność

Ołów to wysoce trujący metal (wdychany lub połykany), który wpływa na prawie każdy narząd i układ w ludzkim ciele. W powietrzu na poziomie 100 mg/m 3 jest bezpośrednio niebezpieczny dla życia i zdrowia . Większość spożytego ołowiu jest wchłaniana do krwiobiegu. Podstawową przyczyną jego toksyczności jest skłonność do zakłócania prawidłowego funkcjonowania enzymów. Czyni to poprzez wiązanie się z grupami sulfhydrylowymi znajdującymi się w wielu enzymach lub naśladowanie i zastępowanie innych metali, które działają jako kofaktory w wielu reakcjach enzymatycznych. Wśród podstawowych metali, z którymi oddziałuje ołów, znajdują się wapń, żelazo i cynk. Wysoki poziom wapnia i żelaza zapewnia pewną ochronę przed zatruciem ołowiem; niskie poziomy powodują zwiększoną podatność.

Efekty

Ołów może spowodować poważne uszkodzenie mózgu i nerek, a ostatecznie śmierć. Naśladując wapń, ołów może przenikać przez barierę krew-mózg . Degraduje osłonki mielinowe neuronów , zmniejsza ich liczbę, zakłóca szlaki neuroprzekaźnictwa i zmniejsza wzrost neuronów. W ludzkim organizmie ołów hamuje syntazę porfobilinogenu i ferrochelatazę , zapobiegając zarówno powstawaniu porfobilinogenu, jak i wbudowywaniu żelaza do protoporfiryny IX , ostatniego etapu syntezy hemu . Powoduje to nieefektywną syntezę hemu i anemię mikrocytarną .

Wykres przedstawiający ludzkie ciało ze strzałkami wskazującymi fragmenty tekstu w różne części ciała
Objawy zatrucia ołowiem

Objawy zatrucia ołowiem obejmują nefropatię , kolkowe bóle brzucha i prawdopodobnie osłabienie palców, nadgarstków lub kostek. Niewielki wzrost ciśnienia krwi, szczególnie u osób w średnim i starszym wieku, może być widoczny i powodować anemię . Kilka badań, głównie przekrojowych, wykazało związek między zwiększoną ekspozycją na elektrodę a zmniejszoną zmiennością rytmu serca. U kobiet w ciąży wysoki poziom narażenia na ołów może powodować poronienie. Wykazano, że przewlekła ekspozycja na wysoki poziom zmniejsza płodność u mężczyzn.

W rozwijającym się mózgu dziecka ołów zaburza tworzenie synaps w korze mózgowej , rozwój neurochemiczny (w tym neuroprzekaźników) oraz organizację kanałów jonowych . Ekspozycja we wczesnym dzieciństwie wiąże się ze zwiększonym ryzykiem zaburzeń snu i nadmiernej senności w ciągu dnia w późniejszym dzieciństwie. Wysoki poziom we krwi wiąże się z opóźnionym dojrzewaniem płciowym u dziewcząt. Wzrost i spadek narażenia na unoszący się w powietrzu ołów ze spalania tetraetyloołowiu w benzynie w XX wieku był powiązany z historycznym wzrostem i spadkiem poziomu przestępczości, co nie jest powszechnie akceptowaną hipotezą .

Źródła ekspozycji

Narażenie na ołów jest problemem globalnym, ponieważ wydobycie i wytop ołowiu oraz produkcja/utylizacja/recykling baterii są powszechne w wielu krajach. Ołów dostaje się do organizmu poprzez wdychanie, połykanie lub wchłanianie przez skórę. Prawie cały wdychany ołów jest wchłaniany przez organizm; w przypadku spożycia wskaźnik wynosi 20–70%, przy czym dzieci wchłaniają wyższy odsetek niż dorośli.

Zatrucie zwykle wynika ze spożycia żywności lub wody zanieczyszczonej ołowiem, a rzadziej po przypadkowym spożyciu skażonej gleby, kurzu lub farby na bazie ołowiu. Produkty z wody morskiej mogą zawierać ołów, jeśli mają wpływ na pobliskie wody przemysłowe. Owoce i warzywa mogą być skażone wysokimi poziomami ołowiu w glebach, w których były uprawiane. Gleba może być zanieczyszczona przez akumulację cząstek ołowiu w rurach, farby ołowiowej i pozostałości z benzyny ołowiowej.

Stosowanie ołowiu do rur wodociągowych stanowi problem na obszarach o miękkiej lub kwaśnej wodzie . Twarda woda tworzy nierozpuszczalne warstwy w rurach, a miękka i kwaśna woda rozpuszcza rury ołowiane. Rozpuszczony dwutlenek węgla w niesionej wodzie może powodować tworzenie się rozpuszczalnego wodorowęglanu ołowiu ; woda utleniona może podobnie rozpuszczać ołów jak wodorotlenek ołowiu(II) . Picie takiej wody z czasem może powodować problemy zdrowotne ze względu na toksyczność rozpuszczonego ołowiu. Im twardsza woda, tym więcej będzie zawierała wodorowęglanu i siarczanu wapnia i tym bardziej wnętrze rur zostanie pokryte warstwą ochronną z węglanu ołowiu lub siarczanu ołowiu.

Kymograficzna rejestracja wpływu octanu ołowiu na układ doświadczalny żabiego serca.

Spożycie nałożonej farby na bazie ołowiu jest głównym źródłem narażenia dzieci: bezpośrednim źródłem jest obgryzanie starych pomalowanych parapetów okiennych. Alternatywnie, gdy nałożona sucha farba niszczeje, łuszczy się, zostaje rozdrobniona na pył, a następnie dostaje się do organizmu przez kontakt dłoni z ustami lub skażoną żywność, wodę lub alkohol. Spożywanie niektórych domowych środków zaradczych może spowodować narażenie na ołów lub jego związki.

Wdychanie jest drugą główną drogą narażenia, dotykającą palaczy, a zwłaszcza pracowników wykonujących zawody związane z ołowiem. Dym papierosowy zawiera między innymi substancje toksyczne radioaktywny ołów-210 .

Narażenie skóry może być znaczące dla osób pracujących z organicznymi związkami ołowiu. Szybkość wchłaniania przez skórę jest niższa dla ołowiu nieorganicznego.

Leczenie

Leczenie zatrucia ołowiem zwykle obejmuje podawanie dimerkaprolu i sukcymeru . Ostre przypadki mogą wymagać zastosowania wersenianu wapnia disodowego , chelatu wapnia i soli disodowej kwasu etylenodiaminotetraoctowego ( EDTA ). Ma większe powinowactwo do ołowiu niż wapń, w wyniku czego chelat ołowiu powstaje w wyniku wymiany i jest wydalany z moczem, pozostawiając nieszkodliwy wapń.

Skutki środowiskowe

Zakurzone wysypisko
Miejsce zbiórki baterii w Dakarze w Senegalu, gdzie co najmniej 18 dzieci zmarło z powodu zatrucia ołowiem w 2008 r.

Wydobycie, produkcja, wykorzystanie i utylizacja ołowiu i jego produktów spowodowały znaczne zanieczyszczenie gleb i wód Ziemi. Emisje atmosferyczne ołowiu osiągnęły swój szczyt podczas rewolucji przemysłowej, a okres benzyny ołowiowej przypadał na drugą połowę XX wieku. Uwalnianie ołowiu pochodzi ze źródeł naturalnych (tj. koncentracji naturalnie występującego ołowiu), produkcji przemysłowej, spalania i recyklingu oraz mobilizacji wcześniej zakopanego ołowiu. Podwyższone stężenia ołowiu utrzymują się w glebach i osadach na terenach poprzemysłowych i miejskich; emisje przemysłowe, w tym pochodzące ze spalania węgla, utrzymują się w wielu częściach świata, zwłaszcza w krajach rozwijających się.

Ołów może gromadzić się w glebach, zwłaszcza o wysokiej zawartości substancji organicznych, gdzie pozostaje przez setki, a nawet tysiące lat. Ołów środowiskowy może konkurować z innymi metalami znajdującymi się w i na powierzchni roślin, potencjalnie hamując fotosyntezę i w wystarczająco wysokich stężeniach, negatywnie wpływając na wzrost i przeżycie roślin. Zanieczyszczenie gleby i roślin może prowadzić do wspinania się ołowiu do łańcucha pokarmowego, wpływając na mikroorganizmy i zwierzęta. U zwierząt ołów wykazuje toksyczność w wielu narządach, uszkadzając układ nerwowy, nerkowy , rozrodczy, krwiotwórczy i sercowo-naczyniowy po spożyciu, inhalacji lub wchłonięciu przez skórę. Ryby pobierają ołów zarówno z wody, jak i osadów; bioakumulacja w łańcuchu pokarmowym stanowi zagrożenie dla ryb, ptaków i ssaków morskich.

Ołów antropogeniczny obejmuje ołów ze śrutu i ciężarków . Są to jedne z najsilniejszych źródeł zanieczyszczenia ołowiem wraz z miejscami produkcji ołowiu. Ołów został zakazany w przypadku śrutu i obciążników w Stanach Zjednoczonych w 2017 r., chociaż zakaz ten obowiązywał tylko przez miesiąc, a podobny zakaz jest rozważany w Unii Europejskiej.

Metody analityczne oznaczania ołowiu w środowisku obejmują spektrofotometrię , fluorescencję rentgenowską , spektroskopię atomową oraz metody elektrochemiczne . Konkretny elektroda jonoselektywna został opracowany w oparciu o jonofor S, S'-metylenobis (N, N-diizobutylo- ditiokarbaminian ). Ważnym oznaczeniem biomarkera zatrucia ołowiem jest poziom kwasu δ-aminolewulinowego w osoczu, surowicy i moczu.

Ograniczenia i rekultywacja

Zdjęcie rentgenowskie z licznymi małymi granulkami podświetlonymi na biało
Radiografia martwego łabędzia znalezionego w Condé-sur-l'Escaut (północna Francja), z zaznaczeniem ołowianego strzału. Istnieją setki peletek ołowianych; tuzin wystarczy, by w ciągu kilku dni zabić dorosłego łabędzia. Takie ciała są źródłem zanieczyszczenia środowiska ołowiem.

W połowie lat 80. nastąpił znaczny spadek wykorzystania ołowiu w przemyśle. W Stanach Zjednoczonych przepisy dotyczące ochrony środowiska zmniejszyły lub wyeliminowały stosowanie ołowiu w produktach bez baterii, w tym w benzynie, farbach, stopach lutowniczych i systemach wodnych. W elektrowniach węglowych zainstalowano urządzenia do kontroli cząstek stałych w celu wychwytywania emisji ołowiu. W 1992 roku Kongres USA zażądał od Agencji Ochrony Środowiska obniżenia poziomu ołowiu we krwi dzieci w tym kraju. Stosowanie ołowiu zostało dodatkowo ograniczone przez dyrektywę Unii Europejskiej z 2003 r. o ograniczeniu stosowania substancji niebezpiecznych . Duży spadek depozycji ołowiu nastąpił w Holandii po wprowadzeniu w 1993 r. krajowego zakazu używania śrutu ołowianego do myślistwa i strzelectwa sportowego: z 230 ton w 1990 r. do 47,5 ton w 1995 r.

W Stanach Zjednoczonych, dopuszczalnej granicy ekspozycji ołowiu w miejscu pracy, zawierające ołów metaliczny, nieorganiczne związki ołowiu, a prowadzenie mydła została ustawiona na 50 | jg / m 3 dla 8-godzinnego dnia pracy, a krew ołowiu poziom granicy co 5 μg na 100 g krwi w 2012 roku. Ołów może nadal znajdować się w szkodliwych ilościach w kamionce, winylu (takim jak ten używany do rur i izolacji przewodów elektrycznych) i chińskim mosiądzu. Stare domy mogą nadal zawierać farbę ołowiową. Biała farba ołowiowa została wycofana ze sprzedaży w krajach uprzemysłowionych, ale nadal istnieją specjalistyczne zastosowania innych pigmentów, takich jak żółty chromian ołowiu . Usuwanie starej farby przez piaskowanie powoduje powstawanie pyłu, który może być wdychany. Niektóre władze wprowadziły programy redukcji emisji ołowiu w nieruchomościach, w których mieszkają małe dzieci.

Odpady ołowiane, w zależności od jurysdykcji i charakteru odpadów, mogą być traktowane jako odpady z gospodarstw domowych (w celu ułatwienia działań w zakresie redukcji ołowiu) lub odpady potencjalnie niebezpieczne wymagające specjalistycznego przetwarzania lub przechowywania. Ołów jest uwalniany do środowiska w miejscach strzelania i opracowano szereg praktyk zarządzania ołowiem, aby przeciwdziałać zanieczyszczeniu ołowiem. Migrację ołowiu można zwiększyć w glebach kwaśnych; aby temu przeciwdziałać, zaleca się traktowanie gleb wapnem, aby zneutralizować gleby i zapobiec wypłukiwaniu ołowiu.

Przeprowadzono badania nad sposobem usuwania ołowiu z biosystemów metodami biologicznymi: Kości ryb są badane pod kątem ich zdolności do bioremediacji ołowiu w zanieczyszczonej glebie. Grzyb Aspergillus versicolor skutecznie absorbuje jony ołowiu z odpadów przemysłowych przed uwolnieniem do zbiorników wodnych. Przebadano kilka bakterii pod kątem ich zdolności do usuwania ołowiu ze środowiska, w tym bakterie redukujące siarczany Desulfovibrio i Desulfotomaculum , które są bardzo skuteczne w roztworach wodnych.

Zobacz też

Uwagi

Bibliografia

Bibliografia

Ten artykuł został przesłany do WikiJournal of Science do zewnętrznej recenzji naukowej w 2019 r. ( raporty recenzentów ). Zaktualizowana treść została ponownie zintegrowana ze stroną Wikipedii na licencji CC-BY-SA-3.0 ( 2018 ). Recenzowana wersja zapisu to: Michaił Boldyrew; i in. (3 lipca 2018). „Ołów: właściwości, historia i zastosowania” (PDF) . WikiJournal of Science . 1 (2): 7. doi : 10.15347/WJS/2018.007 . ISSN  2470-6345 . Wikidane  Q56050531 .

Dalsza lektura

Zewnętrzne linki