铅(Pb)是一种高密度、柔软的蓝灰色金属,熔点327℃,沸点1750℃
[1] ,温度超过400℃时即有大量铅蒸气逸出,在空气中迅速氧化成氧化铅烟。常见含铅的物质包括有密陀僧(PbO)、黄丹(Pb
2O
3)、铅丹(Pb
3O
4)、铅白(Pb(OH)
2·2PbCO
3)、硫酸铅(PbSO
4)等。自然界主要以方铅矿(PbS)及白铅矿(PbCO
3)的形式存在,也存在于铅矾(PbSO
4)中,偶然也有本色铅。铅矿中常杂有锌、银、铜等元素。铅及其化合物的用途很广,冶金、蓄电池、印刷、颜料、油漆、釉料、焊锡等作业均可接触铅及其化合物。
[4]铅的晶体结构为立方晶格。铅的密度大、硬度小、熔点低、沸点高,对电和热的传导性能差,可吸收放射线,故用于制造放射性物质的容器和用作防护材料。
[5]此金属抗腐蚀力很强,有一些古罗马人安装的铅管至今完好无损。铅多用于管道(虽然现在已由塑料取代)。铅也用来遮隔X射线,用于制造军火、充当电缆的外套,用于结晶玻璃(作铅氧化物),以及用作抗爆剂(如四乙铅,(C
2H
5)
4Pb)。大多数铅盐不溶于水,只有硝酸盐(Pb (NO
3)
2)和醋酸盐(Pb(CH
3COO)
2)例外。严重铅中毒会引起腹泻与呕吐,但铅中毒通常是慢性的,症状是腹痛、肌肉痛、贫血及神经与大脑损伤。儿童尤其易从汽车排放的废气中吸入过量的铅。
[6] 居民区大气中铅的日平均最高容许浓度为0.00007mg/m,地面水中最高容许浓度为0.1mg/L。
[4]理化特性
铅位于第六周期ⅣA族,原子半径146pm,Pb半径84pm,第一电离能718.96kJ/mol,电负性1.8,主要氧化数+2、+4。银灰色有光泽的重金属,在空气中易氧化而失去光泽,变灰暗,质柔软,延性弱,展性强。密度11.34g/cm,熔点327.5℃,沸点1525℃
[3] 。有较强的抗放射穿透的性能。
铅的再结晶温度在室温以下,压力加工性能极好,不产生加工硬化。铅和铅合金的强度、硬度,特别是疲劳强度和蠕变强度较低,易遭疲劳和蠕变破坏,在设计和用作构件时应予以注意。
[1]铅的主要物理和力学性能如下表:
性能 | 数据 |
密度(20℃)/g·cm-3 | 11.68 |
熔点/℃ | 327.4 |
沸点/℃ | 1525[3] |
平均比热容(0~100℃)/J·(kg·K)-1 | 129.8 |
熔化热/kJ·mol-1 | 4.98 |
气化热/kJ·mol-1 | 178.8 |
热导率(0~100℃)/W·(m·K)-1 | 34.9 |
电阻率(20℃)/μΩ·cm | 20.6 |
抗拉强度/MPa | 14.7 |
伸长率/% | 60~70 |
布氏硬度/MPa | 30~48[1] |
铅有四种稳定的同位素:Pb-204(
丰度为1.4%)、Pb-206(丰度24.1%)、Pb-207(丰度22.1%)和Pb-208(丰度52.4%)。后三种是
铀-238、铀-235和
钍-232经过一系列裂变后的最终产物,只有Pb是自然存在的、非衰变产物。
[7] Pb-208在稳定的同位素中质量最大。
化学活性
在常温下在空气中,铅表面易生成一层氧化铅或碱式碳酸铅,使铅失去光泽且防止进一步氧化。易和卤素、硫化合,生成PbCl
4、PbI
2、PbS等。熔融的铅空气反应生成一氧化铅,将铅在纯氧中加热可得二氧化铅。与盐酸反应放出氢气并生成微溶性的PbCl
2,覆盖在铅表面,使反应中止。与热浓盐酸反应生成HPbCl
3和H
2。与稀硫酸反应放出氢并生成难溶的PbSO
4覆盖层,使反应中止。但易溶于热的浓硫酸生成Pb (HSO
4)
2并放出SO
2。跟稀硝酸或浓硝酸反应都可生成硝酸铅Pb(NO
3)
2。在有氧存生条件下可溶于醋酸等有机酸,生成可溶性的铅盐。跟强碱溶液缓慢的反应放出氢气生成亚铅酸盐。
[8] 在有氧气条件下跟水反应生成难溶的Pb(OH)
2。
铅在加热熔化时最初氧化为PbO
2,继续升温分解为PbO,升温到603~723K时生成Pb
3O
4(即铅丹)。Pb
2O
3或Pb
3O
4在高温下易离解生成稳定的PbO。
[5]铅在SO
2中非常稳定,铅几乎不与纯的CO
2作用,普通水对铅的腐蚀很轻微。铅易溶于硝酸、硼氟酸、硅氟酸和醋酸,常温下难溶于硫酸、盐酸、氢氟酸。NH
4OH溶液或通空气的稀NaOH溶液能徐徐溶解铅。铅能溶于硝酸银溶液,其他的硝酸盐和氯化物会腐蚀铅。钾、钠、铁、氨的硫酸盐和钾的碳酸盐、氰化物溶液对铅不起作用。
[5]耐腐蚀机理
铅在空气中表面生成致密的氧化铅膜,在潮湿并含有二氧化碳的空气中生成碳酸铅膜,在硫酸中生成硫酸铅膜,这些生成膜起到良好的保护作用。因此铅在许多介质中,特别是在硫酸中,有极好的耐蚀性。铅工业区大气中的腐蚀速度为0.00043~0.00068mm/a;在天然海水中的腐蚀速度为0.01~0.015mm/a;当硫酸的浓度高达70%~80%、温度为50℃时,铅仍有很好的耐蚀性。[1]