Švinas

ĮŽANGA

Pasak mitologijos, visi metalai priklausė Plutonui, valdžiusiam požemio

karalystę. Jie taip pat buvo siejami su kosmine planetų energija.

Alchemikai pripažino 7 pagrindinius metalus, kurių kiekvienas atitiko tam

tikrą dievybę ir dangaus kūną.

Auksas – Saulės pagimdyta medžiaga, susijęs su Apolonu, raudona spalva,

pradžių pradžia. Sidabras – tobulas metalas, susijęs su Mėnuliu, Diana,

žydra spalva, žadinantis jausmus ir idealius vaizdinius. Kiti metalai nėra

tobuli. Gyvsidabris priskiriamas Merkurijui ir baltai spalvai, alavas –

pats lengviausias metalas – Jupiteriui, Junonai ir violetinei spalvai.

Geležis – oranžinės spalvos, Marso elementas, varis – žalias, susijęs su

Venera, švinas – geltonas, Saturno metalas. Alchemija sudarė evoliucinę

metalų grandinę, kurios apačioje – geležis, toliau varis, švinas, alavas,

sidabras, o pačiame viršuje – auksas.

ŠVINO FIZIKINĖS SAVYBĖS

Švinas yra melsvai pilkos spalvos metalas. Šviežiai atpjautas blizga, bet

greitai paviršius apsitraukia oksido plėvele ir tampa matiniu. Ta plėvelė

saugo šviną nuo tolesnės oksidacijos. Minkštas, plastiškas, lengvai

kalamas, liejamas, valcuojamas. Slegiamas minkštėja, darosi takus. Tai

sunkusis metalas.

|[pic] |

| |

|Pb |

| |

|[pic] |

|atominis numeris |

|82 |

| |

|atomo (metališkasis) spindulys, pm |

|175 |

| |

|jono (M+) spindulys, pm |

|120 |

| |

|pirmoji jonizacijos energija, kJ/mol |

|716 |

| |

|elektrodo potencialas Eo, V |

|[M2+(aq) + 2 e- [pic]M(k)] |

|-0,125 |

| |

|[M4+(aq) + 2 e-[pic] M2+(aq)] |

|+1,5 |

| |

|lydymosi temperatūra, °C |

|327 |

| |

|virimo temperatūra, °C |

|1751 |

| |

|tankis, g/cm3 (20°C) |

|11,34 |

| |

|kietumas 1 |

|1,5 |

| |

|elektrinis laidumas 1 |

|7,68 |

| |

|[pic] |

| |

ŠVINO CHEMINĖS SAVYBĖS

Išlydytą šviną kaitinant ore susidaro švino(II) oksidas PbO, kuris toliau

kaitinamas virsta Pb3 O4. Reaguoja su visais halogenais, pvz.:

Pb + Cl2 [pic]PbCl2

su siera, selenu, telūru:

Pb + S →PbS

Jei yra deguonies, reaguoja su vandeniu. Reakcija vyksta tol, kol paviršius

apsitraukia netirpaus junginio Pb(OH)2 plėvele:

2Pb + O2 + 2H2O → 2Pb(OH)2

Ore, kietame vandenyje ir sieros rūgštyje (praskiestoje) švinas yra

atsparus korozijai, nes paviršius apsitraukia apsaugine oksido, karbonato,

sulfato plėvele. Susidarius netirpiems korozijos produktams tolesnis

procesas sustoja.

Švinas nepatvarus gėlame anglies(IV) oksido prisotintame vandenyje, nnes

koroduoja – susidaro tirpus Pb(HCO3)2. Švinas netirpsta sieros rūgštyje,

jei jos masės dalis tirpale <80%, druskos rūgštyje, jei masės dalis <10%.

Atsparus sulfitinei, fosforo rūgštims ir jų druskų tirpalams.

Koncentruotoje sieros rūgštyje bei koncentruotoje druskos rūgštyje švinas

tirpsta, nes susidaro tirpūs vandenyje junginiai Pb(HSO4)2 ir H2PbCl4,

HPbCl3. Švino korozijos intensyvumas priklauso nuo tirpalo pH. Lėčiausia

korozija, kai tirpalo pH = 6 – 9.

Švinas reaguoja su praskiesta ir koncentruota HNO3:

3Pb + 8HNO3 (prask.) → 3Pb(NO3)2 + 2NO ↑ + 4H2O

Pb + 4HNO3(k) ( Pb(NO3)2 + 2NO2 + 22H2O

Acto rūgštis, jei yra deguonies, greitai „sugraužia” šviną:

2Pb + 4CH3COOH + O2 → 2(CH3COO)2Pb + 2H2O

Šviną iš tirpių jo druskų išstumia metalai, esantys įtampų eilėje į kairę

nuo jo:

Zn + Pb(NO3)2 → Zn(NO3)2 + Pb

Kaitinant švinas reaguoja su šarmais:

Pb + 2KOH + 2H2O → K2[Pb(OH)4] + H2 ↑

ŠVINAS GAMTOJE IR JO GAVIMAS

Svarbiausiasis švino mineralas – galenitas, PbS. Jame visuomet randama

sidabro. Kiti mineralai: cerusitas PbCO3, anglezitas Pb[SO4], krokoitas

Pb[CrO4], vulfenitas Pb[MoO4], štolcitas PbWO4, bulanžeritas Pb5Sb4S11,

burnonitas PbCuSbS3.Švino mineralų, ypač galenito, yra Rusijoje,

Kazachstane, Ispanijoje, Australijoje, Kinijoje.

Stipriai kaitinant ore švino sulfidas pirmiausiai perdirbamas į švino

oksidą, kuris vėliau redukuojamas koksu.

2 PbS(k) + 3O2(d) [pic]2 PbO + 2 SO2

2 PbO(k) + C(k) [pic]2 Pb(s) + CO2(d)

Geriausiai žinomi švino oksidai yra: PbO (geltonas), PbO2 (raudonai rudas)

ir mišraus valentingumo oksidas Pb3O4 (raudonas), dar vadinamas suriku.

Kadangi švinas labiau linkęs būti oksidaciniame būvyje +2, Pb(IV) junginiai

yra gana stiprūs oksidatoriai, redukcija vyksta iki Pb(II) junginių. Vienas

iš tokių oksidatorių – PbO2.

PbO2(k) + 4 H+(aq) + 2 e- [pic]Pb2+(aq) + 2 H2O

PbO2(k) yra stipresnis oksidatorius už Cl2(d) ir beveik toks pat

stiprus, kaip MnO4-(aq), todėl jis gali oksiduoti HCl(aq) iki Cl2(d).

PbO2(k) + 4 HCl(aq) –> PbCl2(aq) + 2 H2O + Cl2(d)

SVARBESNIEJI ŠVINO JUNGINIAI

Vienas iiš nedaugelio tirpių švino junginių – švino nitratas, Pb(NO3)2.

Jis susidaro reaguojant PbO2 su azoto rūgštimi.

2 PbO2(k) + 4 HNO3(aq) –> 2 Pb(NO3)2(aq) + 2 H2O + O2(d)

PbO būna geltonas ir raudonas. Gaunamas oksiduojant išlydytą šviną,

skaidant kitus švino junginius:

Pb(OH)2 → PbO + H2O

PbCO3 →PbO + CO2 ↑

2Pb(NO3)2 → 2PbO + 4NO2 ↑ + O2 ↑

PbO naudojamas krištolui, optiniam stiklui (gerai sklaido šviesos

spindulius), glazūroms, pokostui gaminti.

Nuo senų laikų žiedėjai puodų paviršių dengia glazūromis. Paprasčiausia

glazūra daroma iš švino oksido ir kvarcinio smėlio. Švinine glazūra

negalima dengti namų apyvokos daiktų, ja glazūruojami tik dekoratyviniai

dirbiniai.

Sėmenų aliejuje virinamas PbO ištirpsta ir aliejų paverčia greitai

džiūstančiu pokostu. Pokosto dedama į aliejinius dažus, kad jie greičiau

džiūtų.

Kaitinamas ore iki 500 0C PbO virsta švino suriku Pb3O4 – oranžiškai

raudonais milteliais. Naudojamas kaip pigmentas(tokiais dažais dažomos

povandeninės laivų dalys ir metalinės konstrukcijos, kurias svarbu

apsaugoti nuo korozijos) ir glazūrų komponentas.

PbO2 – tamsiai rudi milteliai. Stiprus oksidatorius. Susidaro pakraunant

švino akumuliatorių ant teigiamojo elektrodo plokščių. PbO2 ir sieros arba

raudonojo fosforo mišinys trinamas užsiliepsnoja.

Pb(OH)2 – baltos nuosėdos, gaunamos per mainų reakciją tarp tirpių švino

druskų ir šarmų.

Pb(NO3)2 – bespalviai kristalai. Gerai tirpsta vandenyje. Gaunamas PbO,

Pb(OH)2 ir Pb veikiant azoto rūgštimi. Naudojamas kitiems švino junginiams

gauti.

(CH3COO)2Pb – bespalviai kristalai. Gerai tirpsta vvandenyje. Ši druska

vadinama švino cukrumi, nes yra saldi. Gaunamas PbO tirpstant vandenyje.

Naudojamas dažų pramonėje, organinėje sintezėje.

PbCl2 – bespalviai kristalai. Blogai tirpsta šaltame vandenyje, gerai –

karštame, koncentruotoje druskos rūgštyje:

PbCl2 + 4HCl → H2[PbCl4]

Gaunamas Pbo tirpstant druskos rūgštyje. Švino(II) chlorido aktyvinami

liuminoforai, kurių pagrindinė sudedamoji dalis yra ZnS.

PbI2 – geltoni auksiniai kristalai. Blogai tirpsta šaltame vandenyje,

daug geriau – karštame. Gaunamas jodidų tirpalams reaguojant su tirpių

švino druskų tirpalais. Švino(II) jodidas naudojamas analizinėje chemijoje

švinui nustatyti.

PbCO3 ir PbCO3 ∙ Pb(OH)2 – balti, blogai tirpstantys vandenyje kristalai.

Naudojami atspariems aplinkos poveikiui dažams – švino baltiesiems –

gaminti. Jais dažomi laivų korpusai, metalinės konstrukcijos. Veikiamas

sieros junginių ore pamažu tamsėja. Švino baltaisiais tapytus paveikslus

nesunku atnaujinti vandenilio peroksidu:

PbS + 4H2O2 → PbSO4 + 4H2O

PbCrO4 – švino(II) chromatas. Geltoni, blogai tirpstantys vandenyje

kristalai. Gaunamas sumaišius Pb(II) druskos ir K2CrO4 tirpalus:

Pb(NO3)2 + K2CrO4 → PbCrO4 + 2KNO3

PbSO4 – balti kristalai. Praktiškai netirpsta vandenyje. Naudojamas švino

akumuliatorių plokščių akutėms užpildyti, dažų gamyboje.

Pb(C2H5)4 – tetraetilšvinas, bespalvis degus skystis. Labai nuodingas. Jo,

kaip antidetonatoriaus, dedama į benziną. Švinas ir jo organiniai junginiai

teršia aplinką, todėl toks benzinas yra kenksmingas.

Pb(N3)2 – švino(II) azidas. Tai inicijuojančioji sprogstamoji medžiaga,

naudojama kaip detonatorius.

ŠVINO PANAUDOJIMAS

Tradiciškai metalams priskiriamos antgamtinės savybės, iš jų daromi

amuletai, papuošalai, ginklai, pinigai ir t.t.

Technikoje

dažniausiai naudojami švino lydiniai su variu, geležimi,

alavu, stibiu, telūru, kadmiu, kalciu, natriu. Iš jų daromos akumuliatorių

plokštės, požeminių it povandeninių elektros kabelių apvalkalai (švinas

apsaugo laidus nuo korozijos).

Švino rūgštiniai (Pb) akumuliatoriai gerai tinka daug energijos

reikalaujančioms sistemoms, kurioms svoris nedaro didelės įtakos.

Lentelėje pateikti svarbiausi akumuliatorių duomenys:

|Akumuliatoriaus tipas |Pb |

|Energijos tankis, Wh/kg |30-50 |

|Vidinė varža, mW |100 |

|Apytikslis ciklų kiekis |200-300|

|Profilaktinis pakrovimas |120-240|

|kas, x dienų | |

|Greitas pakrovimas, h |8-16 |

|Atsparumas perkrovimui |geras |

|Vidinė iškrova/mėn. 20oC,|5 |

|procentais | |

|Elemento įtampa, V |2,0 |

|Didžiausia apkrovos ssrovė|5C |

|Optimali apkrovos srovė |0,2C |

|Santykinė kaina |25 |

|Kaina/ciklui |0,10 |

Dėl didelio tankio švinas taip pat nuo seno naudojamas šaudmenų gamybai.

Dabar kulkos liejamos iš švino, o jų apvalkalas iš kietesnių metalų. Iš

švino su įvairiais priedais (Sb, As), kurie jį padaro kietesniu,

tvirtesniu, gaminami artilerijos sviediniai, medžioklinių šautuvų šratai.

Švinas yra pavojingesnis nei iki šiol manyta

Gali būti, kad nuodingos yra net ir mažiausios švino koncentracijos. JAV

mokslininkų atlikti tyrimai rodo, kad šis sunkusis metalas įtakoja vaikų

fizinį ir protinį vystymąsi net ir tada, kkai jo kiekis kraujyje neviršija

iki šiol leistinomis laikytų ribų. „Mūsų tyrimai liudija, kad ko gero

neegzistuoja jokia riba, iki kurios galima nesiskaityti su nuodingu švino

poveikiu,“ sako Richardas Canfieldas iš Cornellio universiteto.

Canfieldas su kolegomis sistemingai ištyrė 172 vaikus, jiems augant nuo

6 mėnesių iiki 5 metų amžiaus. Sukakus trims ir penkiems metams buvo

atliekami inteligentiškumo testai. Pasitvirtino nuojauta, kad protiniai

sugebėjimai silpnėja augant švino tankiui kraujyje. Tankiui išaugus iki 100

mikrogramų litre kraujo, kuris yra laikomas leistina riba, IQ balas

sumažėdavo 4,6 taško. Skirtumas tarp vaikų, kurių kraujyje buvo 100 ir 10

mikrogramų litre, IQ siekė net 7,4 balo.

Švino nuodingumas

Pradedant senovės Romos laikais ir iki visai neseniai švinas būdavo

naudojamas vandentiekio sistemose. Su švino junginiais būdavo kontaktuojama

gaminant maistą ir valgant iš įvairiausių indų padengtų švino turinčia

glazūra. Dar iki JAV nepriklausomybės paskelbimo Šiaurės Karolinoje buvo

diagnozuoti apsinuodijimai švinu naudojant alkoholinius gėrimus, kurie buvo

pagaminti naudojant švininę gamybos įrangą.

Silpno apsinuodijimo švinu atveju pastebimas nervingumas, depresija.

Stipresnio apsinuodijimo atveju galimi negrįžtami nervų sistemos, smegenų,

inkstų sutrikimai. Švinas trukdo biocheminėms reakcijoms dalyvaujančioms

hemoglobino regeneracijos procese. NNetgi tokios mažos švino koncentracijos,

kaip 10-15 [mikro]g/100 mL kraujo nuodija organizmą. Ypatingai jautrūs

švinui vaikai. Vidutinis švino kiekis kraujyje labai sumažėjo perėjus prie

bešvinio benzino. Dabar švinas nebenaudojamas dažų, lydmetalių gamybai.

Griežtai kontroliuojamas švino turinčių atliekų išmetimas į aplinką. Apie

73% procentus švino yra surenkama ir panaudojama pakartotinai.