Применение тяжелых метеллов
Применение
тяжелых металлов.
Ртуть:
Ртуть всегда
находила широкое применение
в различных сферах
- электротехническая промышленность - производство различных ламп, реле, сухих батарей, переключателей, выпрямителей, игнитронов и др.;
- радиотехническая
промышленность и
- медицина и
фармацевтическая
- сельское хозяйство (ядохимикаты, антисептики);
- машиностроение и вакуумная техника - производство вакуумных насосов и др.;
- военное дело
- изготовление детонаторов,
- металлургия
- получение сверхчистых
- горное дело (гремучая ртуть);
- лабораторная
практика и аналитическая
В энергетике
ртуть использовалась как
Свинец:
Впервые широкое применение свинец получил при изготовлении водопроводных труб. Один из наиболее мягких металлов, хорошо прокатывающийся в листы, свинец уже в древности использовался для устройства водопроводных труб.
Трубы римского водопровода, выстроенного рабами, были свинцовыми. Очевидно, поэтому такой короткой и была средняя продолжительность жизни римлян. Все растворимые соединения свинца являются ядовитыми. На устойчивость свинца к воде оказывает большое влияние содержащийся в ней углекислый газ. При малых количествах он образует на поверхности свинца соединение, не растворимое в воде (углекислый свинец), и тем способствует устойчивости свинца. Если же содержание углекислого газа в воде сравнительно велико, а так именно было с водой, питавшей древний Рим, то углекислый газ, реагируя со свинцом, образует кислый углекислый свинец, который хорошо растворяется в воде. Поступая в организм в малых порциях, свинец задерживается в нем и, постепенно замещая кальций, входящий в состав костей, вызывает хроническое отравление.
В настоящее время можно перечислить очень много областей применения свинца: производство аккумуляторов, освинцовка внутренней поверхности химической аппаратуры, трубы для перекачки кислот, сточные трубы химических лабораторий, военная техника, производство электрических кабелей и т.д. - все это требует много чистого свинца. Металлический свинец также ко всему прочему - очень хорошая защита от всех видов радиоактивного излучения и рентгеновских лучей.
Кадмий:
Основная часть
промышленного потребления
Кадмиевые покрытия
в некоторых случаях
Вторая область применения кадмия – производство сплавов. Сплавы кадмия серебристо-белые, пластичные, хорошо поддаются механической обработке. Сплавы кадмия с небольшими добавками никеля, меди и серебра используют для изготовления подшипников мощных судовых, авиационных и автомобильных двигателей.
Провод из меди с добавлением всего 1% кадмия в два раза прочнее, при этом его электропроводность снижается незначительно.
Медно-кадмиевый сплав с добавкой циркония обладает еще большой прочностью и используется для линий высоковольтных передач.
Чистый кадмий, благодаря замечательному свойству – высокому сечению захвата тепловых нейтронов, используется для изготовления регулирующих и аварийных стержней ядерных реакторов на медленных нейтронах.
В ювелирном
деле используют сплавы золота с
кадмием. Изменяя соотношение
Никелево-кадмиевые аккумуляторы, даже полностью разряженные не приходят в полную негодность.
Амальгама кадмия
используется в стоматологии
для изготовления пломб.
Мышьяк:
Около 97% добываемого мышьяка используют в виде его соединений. Чистый мышьяк применяют редко. В год во всем мире получают и используют всего несколько сотен тонн металлического мышьяка. В количестве 3% мышьяк улучшает качество подшипниковых сплавов. Добавки мышьяка к свинцу заметно повышают его твердость, что используется при производстве свинцовых аккумуляторов и кабелей. Малые добавки мышьяка повышают коррозионную устойчивость и улучшают термические свойства меди и латуни. Мышьяк высокой степени очистки применяют в производстве полупроводниковых приборов, в которых его сплавляют с кремнием или с германием. Мышьяк используют и в качестве легирующей добавки, которая придает «классическим» полупроводникам (Si, Ge) проводимость определенного типа.
Мышьяк как ценную присадку используют и в цветной металлургии. Так, добавка к свинцу 0,2...1% As значительно повышает его твердость. Уже давно заметили, что если в расплавленный свинец добавить немного мышьяка, то при отливке дроби получаются шарики правильной сферической формы. Добавка 0,15...0,45% мышьяка в медь увеличивает ее прочность на разрыв, твердость и коррозионную стойкость при работе в загазованной среде. Кроме того, мышьяк увеличивает текучесть меди при литье, облегчает процесс волочения проволоки. Добавляют мышьяк в некоторые сорта бронз, латуней, баббитов, типографских сплавов. И в то же время мышьяк очень часто вредит металлургам. В производстве стали и многих цветных металлов умышленно идут на усложнение процесса – лишь бы удалить из металла весь мышьяк. Присутствие мышьяка в руде делает производство вредным. Вредным дважды: во-первых, для здоровья людей; во-вторых, для металла – значительные примеси мышьяка ухудшают свойства почти всех металлов и сплавов.
Более широкое применение имеют различные соединения мышьяка, которые ежегодно производятся десятками тысяч тонн. Оксид As2O3 применяют в стекловарении в качестве осветлителя стекла. Еще древним стеклоделам было известно, что белый мышьяк делает стекло «глухим», т.е. непрозрачным. Однако небольшие добавки этого вещества, напротив, осветляют стекло. Мышьяк и сейчас входит в рецептуры некоторых стекол, например, «венского» стекла для термометров.
Соединения мышьяка применяют в качестве антисептика для предохранения от порчи и консервирования шкур, мехов и чучел, для пропитки древесины, как компонент необрастающих красок для днищ судов. В этом качестве используют соли мышьяковой и мышьяковистой кислот: Na2HAsO4, PbHAsO4, Ca3(AsO3)2 и др. Биологическая активность производных мышьяка заинтересовала ветеринаров, агрономов, специалистов санэпидслужбы. В итоге появились мышьяксодержащие стимуляторы роста и продуктивности скота, противоглистные средства, лекарства для профилактики болезней молодняка на животноводческих фермах. Соединения мышьяка (As2O3, Ca3As2, Na3As, парижская зелень) используются для борьбы с насекомыми, грызунами, а также с сорняками. Раньше такое применение было широко распространено, особенно при обработке фруктовых деревьев, табачных и хлопковых плантаций, для избавления домашнего скота от вшей и блох, для стимулирования прироста в птицеводстве и свиноводстве, а также для высушивания хлопчатника перед уборкой. Еще в Древнем Китае оксидом мышьяка обрабатывали рисовые посевы, чтобы уберечь их от крыс и грибковых заболеваний и таким образом поднять урожай. А в Южном Вьетнаме американские войска применяли в качестве дефолианта какодиловую кислоту («Эйджент блю»). Сейчас из-за ядовитости соединений мышьяка их использование в сельском хозяйстве ограничено.
Важные области
применения соединений мышьяка –
производство полупроводниковых материалов
и микросхем, волоконной оптики, выращивание
монокристаллов для лазеров, пленочная
электроника. Для введения небольших
строго дозированных количеств этого
элемента в полупроводники применяют
газообразный арсин. Арсениды галлия GaAs
и индия InAs применяют при изготовлении
диодов, транзисторов, лазеров.
Соединения
тяжелых металлов.
Токсичными являются
большинство соединений ртути.
Желтый оксид ртути (II) входит в состав
глазной мази и мазей для лечения кожных
заболеваний. Красный оксид ртути (II) применяется
для получения красок. Хлорид ртути (I),
который называется каломель, используется
в пиротехнике, а также в качестве фунгицида.
В ряде стран каломель используется в
качестве слабительного. Токсическое
действие каломели проявляется особенно
тогда, когда после приема ее внутрь не
наступает слабительное действие и организм
долгое время не освобождается от этого
препарата. Хлорид ртути (II), который называется
сулема, является очень токсичным. Сулема
применяется в медицине как дезинфицирующее
средство, в технике она используется
для обработки дерева, получения некоторых
видов чернил, травления и чернения стали.
В сельском хозяйстве сулема применяется
как фунгицид. Амидохлорид ртути (белый
преципитат ртути) входит в состав некоторых
мазей. В ветеринарии амидохлорид ртути
применяется как средство против паразитарных
заболеваний кожи. Нитрат ртути (II) применяется
для отделки меха и получения других соединений
этого металла. Токсичность нитрата ртути
(II) примерно такая же, как и токсичность
сулемы. Многие органические соединения
ртути используются в качестве пестицидов
и средств для обработки семян. Отдельные
органические соединения ртути применяются
как диуретические средства.
Из различных соединений свинца наибольшее токсикологическое значение имеют арсенат, ацетат, хромат, карбонат, хлорид, нитрат и ряд других солей этого металла.
Оксид свинца применяется
для приготовления некоторых красок,
входит в состав свинцового пластыря.
Карбонат свинца является одним из компонентов
свинцовых белил. В состав некоторых красок
входит и хромат свинца. Арсенат свинца
относится к числу соединений, применяемых
для борьбы с вредителями садов и виноградников.
Основной ацетат свинца в ряде стран применяется
и медицине. Стеарат, олеат и другие соединения
свинца с органическими кислотами используются
в качестве стабилизаторов при получении
пластмасс. Эти соединения используются
как сиккативные добавки к краскам, а также
входят в состав некоторых помад и жидкостей
для волос.
Соединения
марганца относятся к веществам,
которые в ряде случаев являются причиной
отравлений. Эти соединения применяются
в технике и медицине. Оксид марганца (IV),
так называемый пиролюзит, находится в
природе. Он является полезным ископаемым,
применяемым для получения металлического
марганца и его солей. При перемалывании
пиролюзита на мельницах образуется пыль,
которая через легкие может проникать
в организм людей и вызывать отравления.
Оксид марганца (IV) используется как добавка
к некоторым видам сталей, для обесцвечивания
стекломассы, при изготовлении линолеума
и некоторых лаков. В технике применяются
некоторые соли марганца для изготовления
красок. Перманганат калия является окислителем.
Он применяется в медицине как дезинфицирующее
средство. Отмечены случаи применения
перманганата калия для криминальных
абортов. Некоторые соли марганца применяются
в химических лабораториях как реактивы.
Кадмий применяется в промышленности для получения легкоплавких сплавов, для замены висмута в типографском шрифте или для замены олова при эмалировании посуды. Сульфид кадмия является одним из компонентов светящихся красок, используется для росписи на фарфоре и т. д. Сульфат кадмия также применяется для изготовления красок. Другие соединения кадмия (хлорид, бромид, иодид, нитрат, карбонат, ацетат) применяются в гальванотехнике, керамике, они входят в состав средств для чистки изделий из серебра. Ряд растворимых соединений кадмия применяется в химических лабораториях в качестве реактивов.
Металлический
кадмий и его оксид, применяемые
в технике для получения
Соединения мышьяка относятся к числу веществ, проявляющих сильное токсическое действие на организм людей и животных. Отмечены случаи отравлений ангидридом мышьяковистой кислоты, арсенитами, арсенатами, хлоридом мышьяка (III), мышьяковистым водородом, органическими препаратами мышьяка и др.
Ангидрид мышьяковистой
кислоты применяется в
Водорастворимые
соединения мышьяка хорошо всасываются
из пищевого канала. Пыль, содержащая ангидрид
мышьяковистой кислоты, мышьяксодержащие
ядохимикаты, попадая в организм через
дыхательные пути, действует на ферменты,
содержащие сульфгидрильные группы. Это
приводит к торможению обменных процессов
в организме. В ряде случаев под влиянием
соединений мышьяка наступает паралич
капилляров. Некоторые соединения мышьяка
оказывают некротизирующее действие.
Это свойство ангидрида мышьяковистой
кислоты используется в зубоврачебной
практике.
Физические
и химические свойства.
Ртуть - серебристо-белый жидкий металл, затвердевает при -38,84 град. С, кипит при 356,95 град. С. В твердом состоянии обладает хорошей ковкостью и эластичностью. В ртути растворяются многие металлы, образуя амальгамы. В них металлы ведут себя, как и в свободном состоянии, но делаются менее активными (образование амальгамы снижает активность аналогично разбавлению). Пары ртути очень ядовиты. Ртуть не выводится из организма человека.
Ртуть является малоактивным металлом. С кислородом она взаимодействует только при нагревании
С хлором ртуть взаимодействует на холоду, образуя хлорид ртути, или сулему:
Нg + Сl2 = НgCl2.
Легко взаимодействует
ртуть с порошкообразной серой,
образуя очень прочное
В воде и щелочах ртуть не растворяется. Она растворяется в кислотах - окислителях; в концентрированной серной кислоте при нагревании, а в азотной - на холоде. В зависимости от количества ртути образуются соли ртути в степени окисления +1 и +2.
Ртуть (II) в хлориде НgСl2, восстанавливается металлической ртутью до ртути (I):
НgСl2 + Нg = Нg2Сl2 (каломель).
Свинец. Свинец имеет довольно низкую теплопроводность, она составляет 35,1 Вт/(м·К) при температуре 0°C. Металл мягкий, легко режется ножом. На поверхности он обычно покрыт более или менее толстой плёнкой оксидов, при разрезании открывается блестящая поверхность, которая на воздухе со временем тускнеет.
Температура плавления — 327,4 °C
Температура кипения — 1740 °C
Свинец не очень активен химически. На металлическом разрезе свинца виден металлический блеск, постепенно исчезающий из-за образования тонкой плёнки РbО.
С кислородом образует
ряд соединений Рb2О, РbО, РbО2, Рb2О3, Рb3О4.
Без кислорода вода при комнатной
температуре не реагирует со свинцом,
но при большой температуре
При реакции Mg2Pb
и разбавленной HCl получается небольшое
количество РbН4. PbH4 — газозообразное вещество
без запаха, которое очень легко разлагается
на свинец и водород. При большой температуре
галогены образовывают со свинцом соединения
вида РbХ2 (X — соответствующий галоген).
Все эти соединения мало растворяются
в воде. Могут быть получены галогениды
и типа РbХ4. Свинец с азотом прямо не реагирует.
Азид свинца Pb(N3)2 получают косвенным путём:
взаимодействием растворов солей Рb (II)
и соли NaN3. Сульфиды свинца можно получить
при нагревании серы со свинцом, образуется
сульфид PbS. Сульфид получают также пропусканием
сероводорода в растворы солей Pb (II). В
ряду напряжений Pb стоит левее водорода,
но свинец не вытесняет водород из разбавленных
HCl и H2SO4, из-за перенапряжения Н2 на Pb, а
также на поверхности металла образуются
плёнки трудно-растворимых хлорида РbCl2
и сульфата PbSO4, защищающие металл от дальнейшего
действия кислот.
Марганец твердый хрупкий металл. Температура кипения марганца около 2080°C.
На воздухе марганец окисляется, в результате чего его поверхность покрывается плотной оксидной пленкой, которая предохраняет металл от дальнейшего окисления. При прокаливании на воздухе выше 800°C марганец покрывается окалиной, состоящей из внешнего слоя Mn3O4 и внутреннего слоя состава MnO. Марганец образует несколько оксидов: MnO, Mn3O4, Mn2O3, MnO2 и Mn2O7. Все они, кроме Mn2O7, представляющего собой при комнатной температуре маслянистую зеленую жидкость с температурой плавления 5,9°C, твердые кристаллические вещества.
С фосфором марганец образует фосфиды составов MnР, MnP3, Mn2P, Mn3P, Mn3P2 и Mn4P. Известно несколько карбидов и силицидов марганца. С холодной водой марганец реагирует очень медленно, но при нагревании скорость реакции значительно возрастает, образуется Mn(OH)2 и выделяется водород. При взаимодействии марганца с кислотами образуются соли марганца(II):
Mn + 2HCl = MnCl2 + H2.
Марганцу отвечает несколько кислот, из которых наиболее важны сильные неустойчивые марганцоватая кислота H2MnO4 и марганцовая кислота HMnO4, соли которых — соответственно, манганаты (например, манганат натрия Na2MnO4) и перманганаты (например, перманганат калия KMnO4).
Манганаты (известны манганаты только щелочных металлов и бария) могут проявлять свойства как окислителей (чаще)
2NaI + Na2MnO4 + 2H2O = MnO2 + I2 + 4NaOH,
так и восстановителей
2K2MnO4 + Cl2 = 2KMnO4 + 2KCl.
В водных растворах манганаты диспропорционируют на соединения марганца(+4) и марганца(+7):
3K2MnO4 + 3Н2О = 2KMnO4 + MnO2·Н2О + 4КОН.
При этом окраска раствора из зеленой переходит в синюю, затем в фиолетовую и малиновую. За способность изменять окраску своих растворов К. Шееле назвал манганат калия минеральным хамелеоном. Перманганаты — сильные окислители. Например, перманганат калия KMnO4 в кислой среде окисляет сернистый газ SO2 до сульфата:
2KMnO4 + 5SO2 +2H2O = K2SO4
+ 2MnSO4 + 2H2SO4. При давлении около 10 МПа безводный
MnCl2 в присутствии металлоорганических
соединений реагирует с оксидом углерода(II)
CO с образованием биядерного карбонила
Mn2(CO)10.
Кадмий - серебристо-белый, отливающий синевой металл, тускнеющий на воздухе из-за образования защитной пленки оксида. Температура плавления – 321(C, температура кипения - 770 (С. Палочка чистого кадмия при сгибании хрустит подобно олову, но любые примеси в металле уничтожают этот эффект.
Кадмий тверже олова, но мягче цинка – его можно резать ножом. При нагревании выше 80(C кадмий теряет упругость до такой степени, что его можно истолочь в порошок.
При нагревании
окисление становится интенсивнее
и возможно воспламенение металла.
Порошкообразный кадмий легко загорается
на воздухе ярким красным
Если энергично
смешивать с водой
Разбавленные соляная и серная кислоты при нагревании постепенно реагируют с кадмием, выделяя водород. Сухой хлороводород взаимодействует с кадмием при температуре 440 ° С. Сухой сернистый газ также реагирует с металлом, при этом образуется сульфид кадмия CdS и отчасти его сульфат CdSO 4 . Азотная кислота, взаимодействуя с кадмием в условиях обычных выделяет аммиак, а при нагревании - оксиды азота.
Кадмий, в отличии от цинка, не растворим в едких щелочах , но также растворяется в гидроксиде аммония. При взаимодействии кадмия с раствором нитрата аммония образуются нитраты.
Алюминий, цинк
и железо вытесняют кадмий из растворов
его соединений. Сам он осаждает
из растворов медь и другие более электроположительные
элементы. При нагревании кадмий непосредственно
соединяется с фосфором, серой, селеном,
теллуром и галогенами, однако получить
его гидрид и нитрид прямым взаимодействием
с водородом и азотом не удается.
Мышьяк — серое с металлическим блеском хрупкое вещество.
При нагревании
до 600°C As сублимирует. При охлаждении
паров возникает новая
Расплавить As можно только в запаянных ампулах под давлением. Температура плавления 817°C при давлении его насыщенных паров 3,6МПа.
Структура серого мышьяка похожа на структуру серой сурьмы и по строению напоминает черный фосфор.
Мышьяк химически активен. При хранении на воздухе порошкообразный As воспламеняется с образованием кислотного оксида As2O3. Этот оксид в парах существует в виде димеров As4O6.
При осторожном обезвоживании мышьяковой кислоты H3AsO4 получают высший кислотный оксид мышьяка As2O5, который при нагревании легко отдает кислород (см. КИСЛОРОД), превращаясь в As2O3.
Оксиду As2O3 отвечают существующие только в растворах ортомышьяковистая H3AsO3 и метамышьяковистая слабые кислоты HAsO2. Их соли — арсенаты.
Разбавленная
азотная кислота окисляет As до H3AsO3,
концентрированная азотная кислота —
до H3AsO4. Со щелочами As не реагирует, в воде
растворяется.
Токсикокинетика.
Ртуть в составе лекарственных препаратов или химических соединений может поступать в организм через кожу, легкие и желудочно-кишечный тракт. Высокие концентрации в плазме крови обнаруживаются при вдыхании паров ртути. Из желудочно-кишечного тракта хорошо всасываются соли ртути. Через неповрежденную, кожу всасывание весьма незначительно (однако при длительном использовании ртутной мази возможно хроническое отравление). Элементарная ртуть из ЖКТ практически не всасывается (0,1%).
В крови ртуть
частично связывается с белками
и форменными элементами крови, из нее
попадает в различные органы и
ткани. При этом органические соединения
ртути, благодаря высокой
Неорганические
соединения поступают в организм
медленнее и быстрее выводятся.
Соединения ртути депонируются в печени,
почках, ЦНС, сердце, кишечнике, в щитовидной
железе. Наиболее долго ртуть задерживается
в ЦНС и в печени. В тканях может происходить
переход органических соединений в неорганические
и при этом проявляться токсическое действие.
Выводится ртуть в основном почками и
желудочно-кишечным трактом. При выведении
ртути почками происходит их повреждение.
Период полувыведения метилртути 72--75
дней, неорганических соединений -- 42 дня.
Выводятся препараты ртути также слюнными
и молочными железами, но медленно.
Опасность свинца для человека определяется его значительной токсичностью и способностью накапливаться в организме. Различные соединения свинца обладают разной токсичностью: малотоксичен стеарат свинца; токсичны соли неорганических кислот (хлорид свинца, сульфат свинца и др.); высокотоксичны алкилированные соединения, в частности, тетраэтилсвинец. Однако на практике, как правило, анализируется только общее содержание свинца в различных компонентах окружающей среды, продовольственном сырье и пищевых продуктах, без дифференциации на фракции и идентификации вида соединений.
В организм человека большая часть свинца поступает с продуктами питания (от 40 до 70% в разных странах и по различным возрастным группам), а также с питьевой водой, атмосферным воздухом, при курении, при случайном попадании в пищевод кусочков свинецсодержащей краски или загрязненной свинцом почвы.
С атмосферным воздухом поступает незначительное количество свинца - всего 1-2%, но при этом большая часть свинца абсорбируется в организме человека. В атмосферном воздухе большинства городов, где Росгидрометом проводится контроль за содержанием свинца, среднегодовая концентрация варьирует в пределах 0,01-0,05 мкг/м3, что значительно ниже ПДК - 0,3 мкг/мз. В таких условиях живет ориентировочно до 44 млн. горожан. Около 10 млн. человек проживает в городах с более высоким содержанием свинца - от 0,1 до 0,2 мкг/м3.
В продовольственное сырье и пищевые продукты свинец может поступать из почвы, воды, воздуха, кормов сельскохозяйственных животных по ходу пищевой цепи. Кроме того, определенное значение имеет и возможность прямого загрязнения при производстве готовых изделий. Наиболее высокие уровни содержания свинца отмечаются в консервах в жестяной таре, рыбе свежей и мороженной, пшеничных отрубях, желатине, моллюсках и ракообразных. Высокое содержание свинца наблюдается в корнеплодах и других растительных продуктах, выращенных на землях вблизи промышленных районов и вдоль дорог.

- Применение углеродных волокон в технике
- Применение углеродных нанотрубок в энергетике
- Применение ультразвука в медицине
- Применение ультразвука в медицине
- Применение ультразвука в технике
- Применение ультразвука существенно обогатило арсенал физиотерапевтических методов
- Применение управленческого учета в управлении
- Применение технических индикаторов на финансовых инструментах рынка FOREX
- Применение технических регламентов
- Применение технологии развития критического мышления на уроках математики
- Применение тканевых препаратов в свиноводстве
- Применение тройных или кратных интегралов.
- Применение трудового законодательства в процедурах реструктуризации
- Применение трудового права в деятельности ОВД