重金属元素铅位于元素周期表的第四主族,第六周期,约占地壳质量的1.6×10-5,排在元素含量的第35位。铅容易富集形成硫化铅矿(PbS),即方铅矿,其他还有白铅矿(PbCO3)和硫酸铅(PbSO4)。此外,铅还存在于各种铀矿和钍矿中,许多天然放射性元素如铀、钍、镭、锕、钫、砹、钋等最终都要蜕变成稳定的铅。天然铅有四种稳定同位素:铅204、铅206、铅207和铅208,还有20多种放射性同位素。
铅是带蓝色的银白色重金属,熔点601(1K=273℃,下同)K,沸点2013K,密度很大,为11.35gcm-3,莫氏硬度为1.5,质软,强度不高。铅的层性相当好,可以轧成极薄的铅箔。但铅的延展性并不好,用拉伸法制铅丝,只能伸到直径大于1.6mm,再细的铅丝只能用挤压法生产了。铅还有一个独特的长处,就是具有极高的锻接性能,新切开的铅表面在室温下用不太高的压力,就能迅速地锻接在一起。所以用它来做绝缘电缆的包皮,操作简单方便,效果还好。
一、铅的化学性质
铅是两性金属元素,它的主要氧化数为+2和+4。
1.在室温条件下,铅即与空气中的氧、水和二氧化碳作用,表面生成一层致密的碱式碳酸铅的保护膜而失去金属光泽化学方程式表示如下:4Pb+2O2+2CO2+2H2O2PbCO3·Pb(OH)2↓2.加热时,铅能与氧、硫、卤素等非金属直接反应生成氧化物、硫化物和卤化物反应式如下:2Pb+O22PbO,Pb+SPbS,Pb+X2PbX2(X=F,Cl,Br,I)。
3.在空气存在下,铅能与水缓慢反应生成氢氧化铅:Pb+O2+2H2O2Pb(OH)2
4.铅与酸反应都生成Pb(Ⅱ)化合物。
(1)铅与稀盐酸或稀硫酸作用,因生成难溶的PbCl2和PbSO4而使反应终止:Pb+2HClPbCl2↓+H2↑(白色)
Pb+H2SO4PbSO4↓+H2↑
(白色)
(2)铅溶于热的浓盐酸或浓硫酸:
Pb+3HClH\[PbCl3\]+H2↑Pb+3H2SO4Pb(HSO4)2+SO2↑+2H2O(3)铅不与浓硝酸作用,与稀硝酸反应生成可溶的硝酸铅:3Pb+8HNO33Pb(NO3)2+2NO↑+4H2O(4)在有氧存在的条件下,铅可溶于醋酸,生成易溶的醋酸铅,这就是醋酸从含铅矿石浸取铅的原理:2Pb+O2+2H2O2Pb(OH)2
2Pb(OH)2+2HAcPb(Ac)2+2H2OPb(Ac)2是一个假盐,因为在水溶液中它不能像其他的盐一样有单独的Pb2+和Ac-离子,它是Ac-离子与Pb2+生成的配合物:H3CCOOPbOCOCH3
(5)在强碱溶液中,铅能缓慢溶解,生成亚铅酸盐:Pb+2NaOHNa2PbO2+H2↑也可写成:
Pb+NaOH+2H2ONa\[Pb(OH)3\]+H2↑二、铅的制备方法工业冶炼铅的过程是先把矿石煅烧,使硫化铅变成一氧化铅:2PbS+3O22PbO+2SO2
再用焦炭还原PbO,即可得粗铅:
PbO+CPb+CO
用废铁还原PbS矿也可得粗铅:
PbS+FePb+FeS
粗铅通过电解可得纯铅。
三、铅的应用与毒性
铅主要用于制造蓄电池中的多孔极板和合金。铅、锡和锑合金可铸铅字,利用锑有热缩冷胀的特点,铸出的铅字特别清晰。铅、锡合金可做焊锡,在电子、电器等行业大显身手。铅还是放射性的防护材料,X射线,γ射线等都不能穿透它,所以在使用X射线,γ射线以及原子能工业都离不开铅。
铅在为人类服务的同时,也给人类带来许多麻烦,它污染了人类的生活环境,危害着人们的健康。
铅是一种积累性毒物,它很容易被胃肠吸收,其中一部分破坏血液使红血球分解,一部分通过血液扩散到全身器官和组织,并进入骨骼。沉积在内脏器官及骨髓中的铅化合物从体内一起排出的速度极慢,逐渐形成慢性中毒。慢性中毒最初表现只是疲倦,食欲不振,体重减轻。严重时呕吐、腹泻,并出现末梢神经障碍,造成桡骨神经麻痹及手指震颤症。再严重时导致铅毒性脑病,有机铅急性中毒会神经错乱,因急性脑病而导致死亡。
因而,人们正在用无铅汽油逐步代替含铅汽油,并且研究开发新的能源来减少以至消除铅对环境的污染。
随着都市化、工业化的发展,环境污染程度日益严重,其中铅成了最主要的污染源。例如,超标农药的运用,加重了土壤对农作物、植物中铅污染;含铅汽油燃烧后,有85%的铅排放入大气中;房间内墙壁、家具、玩具上的油漆可散发出含铅气体;一些化妆品、染发剂、电池、釉彩碗碟、含铅铝煲等日用品也含有铅;家庭烧火用的燃煤可产生铅;食品生产加工过程中机械、容器、管道都含铅,典型的如含铅生铁铸成的炉膛制作爆米花,含铅原料制成的皮蛋;自来水管有些用铅制成,水中的铅含量虽然不高,但其生物利用度往往较高。热水龙头放出的水,比冷水龙头含铅量高。这些铅毒,通过皮肤、消化道、呼吸道进入体内与多种器官亲和,对神经、血液、消化、心脑血管、泌尿等多个系统造成损害,严重影响体内新陈代谢。它堵塞金属离子代谢通道,造成低钙、低锌、低铁,且导致补充困难。体内的铅靠自身排除是很慢的,在不继续接受铅污染的条件下,骨骼内的铅要经过20年才能排除一半。因此铅中毒损害机体器官是终身的,不可逆的。
四、铅污染的来源
1.大气污染。据测定,金属冶炼厂附近及汽车来往频繁的马路边,空气中铅的含量超过国家允许的标准。国内行驶的汽车,绝大多数由于汽油中加入一种含铅的物质作为抗震剂,所以汽车的尾气中含铅较多。
2.室内吸烟。香烟燃烧时,烟雾中含有极为微量铅颗粒,虽然其量很少,但长期吸入,也会引起蓄积中毒。
3.室内某些装饰品,如用颜料、白漆修饰墙壁,婴幼儿无知,常扯下及用手抠挖墙壁上的“皮”吞吃,以致中毒。此外涂有色彩的玩具,印有彩色画的图书,搪瓷等均含有铅,儿童可因吞食彩色油墨书报,牙膏皮及含涂料的生活用品等而引起慢性铅中毒。
五、铅污染对人体健康的危害
工业生产和生产用品中的铅主要以粉尘和烟雾的形式通过呼吸道和消吸道进入人体。经呼吸道吸收较快,大约有20%~30%吸进血液循环;经消化道吸收的约为5%~10%。铅吸收后即进入肝脏,一部分由胆汁排到肠内,随粪便排出体外;另一部分进入血液。铅一进入人体后初期分布在各组织里,以肝肾含量最高,以后以不溶的磷酸铅沉积在骨头和头发等处。急性铅中毒临床表现为恶心、呕吐、腹绞痛和便秘等胃肠道症状。工业生产及生活中主要是慢性铅中毒。患者早期症状是乏力,口中有金属味,肌肉、关节酸痛,接着发生腹痛和神经衰弱综合征,随着病情发展,还可出现运动和感觉神经传导速度减慢、贫血、腹绞痛、腕下垂、尿蛋白和肾功能改变等。