【试剂课堂】元素周期表-铅

化学解释　　

【元素名称】铅（lead）


　　【元素符号】Pb

　　【原子序数】82

　　【晶体结构】晶胞为面心立方晶胞。

　　【相对原子质量】207.2


铅矿石

【元素类型】金属元素

　　【物理性质】带蓝色的银白色重金属，熔点327.502°C，沸点1740°C，密度11.3437克/立方厘米， 比热容 0.13 kJ/(kg·K)，硬度1.5，质地柔软，抗张强度小。

　　【原子体积】18.17立方厘米/摩尔

　　【元素在太阳中的含量】0.01ppm

　　【元素在海水中的含量】太平洋表面 0.00001ppm

　　【氧化态】Main Pb+2, Pb+4

　　【晶胞参数】

　　a = 495.08 pm

　　b = 495.08 pm

　　c = 495.08 pm

　　α = 90°

　　β = 90°

　　γ = 90°

　　【莫氏硬度】1.5

　　【声音在其中的传播速率】1190m/S

　　【电离能 (kJ /mol) 】

　　M - M+ 715.5

　　M+ - M2+ 1450.4

　　M2+ - M3+ 3081.5

　　M3+ - M4+ 4083

　　M4+ - M5+ 6640

　　M5+ - M6+ 8100

　　M6+ - M7+ 9100

　　M7+ - M8+ 11800

　　M8+ - M9+ 13700

　　M9+ - M10+ 16700

发现过程　　

早在公元前三千年左右就已被人类发现。





元素描述

　　第一电离能7.416电子伏特。第二电离能15.874电子伏特。熔点327.5℃，沸点1740℃。密度1３.34克/厘米3。蓝白色重金属，质柔软，延性弱，展性强。空气中表面易氧化而失去光泽，变灰暗。溶于硝酸，热硫酸、有机酸和碱液。不溶于稀酸和硫酸。具有两性：既能形成高铅酸的金属盐，又能形成酸的铅盐。



元素来源

　　主要存在于方铅矿（PbS）及白铅矿（PbCO3）中，经煅烧得硫酸铅及氧化铅，再还原即得金属铅。



元素用途

　　主要用作电缆、蓄电池、铸字合金、巴氏合金、防X射线等的材料。

元素辅助资料　　铅是一种化学元素，其化学符号源于拉丁文，化学符号是Pb（拉丁语Plumbum），原子量207.2，原子序数为82。铅是所有稳定的化学元素中原子序数最高的。

　　铅为带蓝色的银白色重金属，它有毒性，是一种有延伸性的主族金属。熔点327.502℃，沸点1740℃，密度11.3437g/cm^3，硬度1.5，质地柔软，抗张强度小。

　　铅是人类最早使用的金属之一，公元前3000年，人类已会从矿石中熔炼铅。铅在地壳中的含量为0.0016%，主要矿石是方铅矿。铅在自然界中有4种稳定同位素：铅204、206、207、208，还有20多种放射性同位素。

　　金属铅在空气中受到氧、水和二氧化碳作用，其表面会很快氧化生成保护薄膜；在加热下，铅能很快与氧、硫、卤素化合；铅与冷盐酸、冷硫酸几乎不起作用，能与热或浓盐酸、硫酸反应；铅与稀硝酸反应，但与浓硝酸不反应；铅能缓慢溶于强碱性溶液。

　　铅主要用于制造铅蓄电池；铅合金可用于铸铅字，做焊锡；铅还用来制造放射性辐射、X射线的防护设备；铅及其化合物对人体有较大毒性，并可在人体内积累。铅被用作建筑材料，用在乙酸铅电池中，用作枪弹和炮弹，焊锡、奖杯和一些合金中也含铅。

　　铅在地壳中含量不大，自然界中存在很少量的天然铅。但由于含铅矿物聚集，熔点又很低（328℃），使铅在远古时代就被人们所利用了。

　　方铅矿（PbS）直到今天都是人们提取铅的主要来源。远古时代人们偶然把方铅矿投进篝火中，它首先被烧成氧化物，然后受到碳的还原，形成了金属铅。

在英国博物馆里藏有在埃及阿拜多斯清真寺发现的公元前3000年的铅制塑像。在伊拉克乌尔城和其他一些城市发掘古迹所获得的材料中，不仅找到属于公元前4000年间的各种金属物件，而且有古代波斯人所用的契型文字的黏土板文件记录。这些记录说明，在公元前2350年已经从矿石中提炼出大量铁、铜、银和铅。在公元前1792——前1750年巴比伦皇帝汉穆拉比统治时期，已经有了大规模铅的生产。在我国殷代墓葬中也发现有铅制的酒器卣、爵、觚和戈等。

　　我国在商殷至汉代青铜器中铅的含量有增大的趋势。青铜中铅的增加对于液态合金流动性的提高起了重要作用，使铸件纹饰毕露。

　　不过，古代人对铅和锡的分别并不是十分明确。罗马人称铅为黑铅，称锡为白铅，以致后来它的元素符号定为Pb。

　　中外古炼金家和炼丹家们对铅和铅的一些化合物进行了实验，例如在魏伯阳所著的《周易参同契》中说：“胡粉投火中，色坏还为铅。”用今天的化学方程式表示就是：

　　Pb3O4 + 2C ——→ 3Pb + 2CO2↑

　　还原法制Pb

　　反应为：PbO+C == Pb+CO↑

　　PbO+CO == Pb+CO2

　　实验现象：生成气体能使澄清石灰水变浑浊，黄色粉末变成银白色固体。

　　直到16世纪以前，在用石墨制造铅笔以前，在欧洲，从希腊，罗马时代起，人们就是手握夹在木棍里的铅条在纸上写字，这正是今天“铅笔”这一名称的来源。到中世纪，在富产铅的美国，一些房屋，特别是教堂，屋顶是用铅版建造，因为铅具有化学惰性，耐腐蚀。最初制造硫酸使用的铅室法也是利用铅的这一特性。

　　铅的元素符号Pb是来自拉丁名称plumbum 。

主要用途　　

铅主要用于制造铅蓄电池；铅合金可用于铸铅字，做焊锡；铅还用来制造放射性辐射、X射线的防护设备；铅及其化合物对人体有较大毒性，并可在人体内积累。铅被用作建筑材料，用在乙酸铅电池中，用作枪弹和炮弹，焊锡、奖杯和一些合金中也含铅。铅还可以做成开花弹(又名达姆弹)。

　　铅在地壳中含量不大，自然界中存在很少量的天然铅。但由于含铅矿物聚集，熔点又很低（328℃），使铅在远古时代就被人们所利用了。方铅矿（PbS）直到今天都是人们提取铅的主要来源。远古时代人们偶然把方铅矿投进篝火中，它首先被烧成氧化物，然后受到碳的还原，形成了金属铅。

　　铅表面在空气中能生成碱式碳酸铅薄膜，防止内部再被氧化。制造铅砖或铅衣以防护X-射线及其他放射线。用于制造合金。等量之铅与锡组成的焊条可用于焊接金属。制活字金。铅与锑的合金熔点底，用于制造保险丝。可用于制造铅弹。

铅污染　　

在所有已知毒性物质中，书上记载最多的是铅。古书上就有记录认为用铅管输送饮用水有危险性。公众接触铅有许多途径。近年来公众主要关心石油产品中含铅问题。颜料含铅，特别是一些老牌号的颜料含铅较高，已经造成许多死亡事件，因此有的国家特别制定了环境标准规定颜料中铅的含量应控制在600PPM之内。

　　有的国家还没有制定出标准，但是市场出售高铅含量颜料时贴出标签警示用户。食品中也发现铅的残留，或是空气中的铅降下污染食物，或是罐头皮的铅污染罐头食品。铅的另外一个重要来源是铅管。几十年以前建筑住宅时用铅管或铅衬里管道，夏天的天然冰箱也用铅衬里，这些年已经禁用，改用塑料或其它材料。

　　一般饮用水中铅含量的安全界限是100微克/升，而最高可接受水平是50微克/升。后来又进一步规定自来水中可接受的铅最大浓度为50微克/升（0.05毫克/升）。此外，为了研究铅对人体健康的影响，科学家着手检测人体血样的铅浓度，作为是否铅中毒的先期指标。数据表明：如果饮用水接近50微克/升，那么该病人血样的铅浓度约在30微克/升以上。吃奶的婴儿要求应该更为严格，平均血铅浓度要不超过10--15微克/升。

　　水厂处理水过程中可能加入钙和重碳酸盐以保持水呈碱性，继而减少水对输水管道的腐蚀，这个过程会带来新的风险。但是腐蚀问题很复杂，不是如此这般所能解决的，应该总体净化，但又价格昂贵。

　　许多化学品在环境中滞留一段时间后可能降解为无害的最终化合物，但是铅无法再降解，一旦排入环境很长时间仍然保持其可用性。由于铅在环境中的长期持久性，又对许多生命组织有较强的潜在性毒性，所以铅一直被列为强污染物范围。

　　急性铅中毒目前研究的较为透彻，其症状为：胃疼，头痛，颤抖，神经性烦躁，在最严重的情况下，可能人事不省，直至死亡。在很低的浓度下，铅的慢性长期健康效应表现为：影响大脑和神经系统。科学家发现：城市儿童血样即使铅的浓度保持可接受水平，仍然明显影响到儿童智力发育和表现行为异常。我们只有降低饮用水中铅水平才能保证人们对铅的摄取总量降低。无铅汽油的推广应用为降低环境中的铅污染立了大功，特别是降低了大气中的颗粒物中的铅。

　　铅与颗粒物一起被风从城市输送到郊区，从一个省输送到另一个省，甚至到国外，影响其它地区，成了世界公害。科学家在北美格陵兰地区的冰山上逐年积冰的地区打钻钻取冰柱，下层的年头久远，顶层的年头捱近，易不同层次测定冰的铅含量。结果表明：1750年以前铅含量仅为20微克/吨；1860年为50微克/吨；1950年上升为120微克/吨；1965年剧增到210微克/吨。近代工业的发展，全球范围的污染日趋严重。

毒理学资料及环境行为

毒性

　　急性毒性：LD5070mg/kg(大鼠经静脉)

　　亚急性毒性：10μg/m3，大鼠接触30至40天，红细胞胆色素原合酶(ALAD)活性减少80%～90%，血铅浓度高达150～200 μg/100ml。出现明显中毒症状。10μg/m3，大鼠吸入3至12个月后，从肺部洗脱下来的巨噬细胞减少了60%，多种中毒症状。0.01mg/m3，人职业接触，泌尿系统炎症，血压变化，死亡，妇女胎儿死亡。

　　慢性毒性：长期接触铅及其化合物会导致心悸，易激动，血象红细胞增多。铅侵犯神经系统后，出现失眠、多梦、记忆减退、疲乏，进而发展为狂躁、失明、神志模糊、昏迷，最后因脑血管缺氧而死亡。血铅水平往往要高于2.16微摩尔/升时，才会出现临床症状，因此许多儿童体内血铅水平虽然偏高，但却没有特别的不适，轻度智力或行为上的改变也难以被家长或医生发现。这也是为什么儿童铅中毒在国外被称为“隐匿杀手”的原因。

　　致癌：铅的无机化合物的动物试验表明可能引发癌症。另据文献记载，铅是一种慢性和积累性毒物，不同的个体敏感性很不相同，对人来说铅是一种潜在性泌尿系统致癌物质。

　　致畸：没有足够的动物试验能够提供证据表明铅及其化合物有致畸作用。

　　致突变：用含 1%的醋酸铅饲料喂小鼠，白细胞培养的染色体裂隙-断裂型畸变的数目增加，这些改变涉及单个染色体，表明DNA复制受到损伤。

代谢和降解：环境中的无机铅及其化合物十分稳定，不易代谢和降解。铅对人体的毒害是积累性的，人体吸入的铅25%沉积在肺里，部分通过水的溶解作用进入血液。若一个人持续接触的空气中含铅1μg/m3，则人体血液中的铅的含量水平为1～2μg/100ml血。从食物和饮料中摄入的铅大约有10%被吸收。若每天从食物中摄入10μg铅，则血中含 铅量为6～18μg/100ml血，这些铅的化合物小部分可以通过消化系统排出，其中主要通过尿(约76%)和肠道(约16%)，其余通过不大为人们所知道的各种途径，如通过出汗、脱皮和脱毛发以代谢的最终产物排出体外。

　　残留与蓄积：铅是一种积累性毒物，人类通过食物链摄取铅，也能从被污染的空气中摄取铅，美国人肺中的含铅量比非洲，近东和远东地区都高，这是由于美国大气中铅污染比这些地区严重造成的。从人体解剖的结果证明，侵入人体的铅70%～90%最后以磷酸铅(PbHPO4)形式沉积并附着在骨骼组织上，现代美国人骨骼中的含铅量和古代人相比高100倍。这一部分铅的含量终生逐渐增加，而蓄积在人体软组织，包括血液中的铅达到一定程度(人的成年初期)后，然后几乎不再变化，多余部分会自行排出体外(如上所述)，表现出明显的周转率。鱼类对铅有很强的富集作用。

　　迁移和转化：据加拿大渥太华国立研究理事会1978年对铅在全世界环境中迁移研究报导，全世界海水中铅的浓度均值为0.03μg/L，淡水0.5μg/L。全世界乡村大气中铅含量均值0.1μg/m3，城市大气中铅的浓度范围1～10μg/m3。世界土壤和岩石中铅的本底值平均为13mg/kg。铅在世界土壤的环境转归情况是：每年从空气到土壤15万吨，从空气转移到海洋25万吨，从土壤到海洋41.6万吨。每年从海水转移到底泥为40～60万吨。由于水体、土壤、空气中的铅被生物吸收而向生物体转移，造成全世界各种植物性食物中含铅量均值范围为0.1~1mg/kg(干重)，食物制品中的铅含量均值为2.5mg/kg，鱼体含铅均值范围0.2~0.6mg/kg，部分沿海受污染地区甲壳动物和软体动物体内含铅量甚至高达3000mg/kg以上。

　　铅的工业污染来自矿山开采、冶炼、橡胶生产、染料、印刷、陶瓷、铅玻璃、焊锡、电缆及铅管等生产废水和废弃物。另外，汽车排气中的四乙基铅是剧毒物质。水体受铅污染时(Pb0.3～0.5mg/L)，明显抑制水的自净作用，2～4mg/L时，水即呈浑浊状。