Olovo

Maturski, seminarski i diplomski radovi iz hemije.

Olovo je mekan, slab, savitljiv siv metal bez sjaja, koji se zamrlja na vlažnom vazduhu, ali je stabilan u kiselini i vodi. Otapa se u HNO3. Koristi se u baterijama, kablovima, staklu, pri lemljenju, zaštićivanju od zračenja, itd. Još uvijek ga se malo koristi u bojama i gorivima, ali je njegova upotreba na tom području uglavnom prestala.

Elektronski afinitet (M -> M-)/kJ mol^-1: 35,1
Radijus / pm
Atomski: 175

Elektronegativnost
Pauling: 2,33
Alred: 1,55
Apsolutna: 3,90 eV

OPŠTE OSOBINE

U elementarnom stanju sivkast, na svežim prorezima modrikasto-beo, sjajan, mekan i mehanički slab metal relativne gustine 11,33 - 11,36. Kovljiv je, lako se izvalja u vrlo tanke folije i ispresuje (ekstradira) u obliku cevi; tačka topljenja mu je niska, 327,5°C; iz rastopljenog olova hlape i daleko ispod vrelišta (1750°C) znatne količine otrovnih olovnih para. Olovo se brzo otapa samo u nitratnoj i octenoj kiselini (koje daju topljive soli), fosfatna, hloridna i sulfatna kiselina stvaraju na površini olova tanak netopljiv sloj, koji ga štiti od daljnjeg nagrizanja. Olovo je otporno i prema hloru, fluoridnoj kiselini, vodovodnoj vodi, vlažnom vazduhu, sumpor-dioksidu, sumporovodoniku i legurama sulfata; neke organske kiseline, alkalne baza, cement i destilisana ili mekana voda polako ga nagrizaju. U Zemljinoj kori element olovo je ređe nego nikl ili volfram, ali se metalno olovo upotrebljavalo već 4000 P.N. jer se na pojedinim mestima nalazi nagomilano u rudama iz kojih ga je lako dobiti. Vrlo često se pojavljuje u rudama zajedno s cinkom. Najvažnija je ruda olovni, galenit, PbS. Radi dobijanja olova ruda se prži da pređe u oksid koji se onda redukuje ugljenom. Sirovo se olovo rafinira oksidativnim kaljenjem ili kaljenjem sa natrijum-hidroksidom uz dodatak šalitre. Iza gvožđe i cinka, olovo je najjeftiniji tehnički metal. Od njega se prave akumulatori, plaštovi i kablovi, električni osigurači, zaštitni oklopi protiv rendgenskih zraka, hemijski uređaji, crpke, uređaji otporni protiv sumporne kiseline, alauna, korozivnih plinova i sl. Često se gvozdeni aparati zavarivanjem olovnog sloja samo iznutra zaštite (homogeno poolovljene). Od olova se prave ili se njime postavljaju takođe posude za skladištenje i prenos korozivnih hemikalija i plinova. Olovne folije i tube služe za ambalažu, olovne cevi za vodovodne instalacije. Od olova se liju i kipovi. Sačma se pravi od olova kojem je dodano 0,2-1%, arsena, tiskarska slova od legura olova s antimonom; olovna legura za ležajeve železničkih vagona sadržava nešto kalcijuma, natrijuma i litijuma.

JEDINJENJA, DOBIJANJE I UPOTREBA

Dobijanje olova

Za dobivanje olova upotrebljavaju se primarne i sekundarne sirovine. Kao primarne sirovine u glavnom se koriste sulfidne rude koje sadrže galenit. Iz galenitnih ruda dobiva se 95% današnje proizvodnje olova. Kao sekundarne sirovine koriste se istrošeni olovni akumulatori i različiti industrijski otpaci kao što su otpaci valjanog olova od kojeg su bile građene hemijske aparature te otpaci olovnih legura. Olovo se iz ruda uglavnom dobiva delomičnim ili potpunim žarenjem galenita sa vazduhom, zatim redukcijom dobivene oksidne mase i konačno rafinacijom sirovog olova. Potpunim žarenjem rudnog koncentrata veći deo olovo(II)-sulfida pređe u olovo-(II)-oksid, a delomično i u olovo-(II)-sulfat, a redukcija se provodi koksom prema reakcijama:
2PbS(s) + 3O2(g) <-> 2PbO(s) + 2SO2(S)
PbS(s) + 2O2(g) <-> PbSO4(S)

Kako bi se dobijeni sulfat mogao reducirati ponovno u olovo-(II)-sulfid galenit se žari uz dodatak krečnjaka i silicijum-(IV)-oksida (SiO2). Reakcije koje se odvijaju pri žarenju nisu potpuno poznate, ali se pretpostavljava da SiO2 s olovom-(II)-sulfatom daje olovo-(II)-silikat, a krečnjak žarenjem prelazi u CaO prema reakciji:
PbSO4(S) + SiO2(s) <-> PbSiO3(S) + SO2(g) + 1/2O2(g)
Redukcijom s koksom nastaje olovo i CO2, a CaO prelazi u trošku kalcijum silikata:
2PbO(s) + C(s) <-> 2Pb(l) + CO2(g)
2 PbSiO3(s) + C(s) +2 CaO(s) <-> 2Pb(l) + 2CaSiO3(s) + CO2(g)
Postupkom delimičnog žarenja galenita i zraka, dobije se smesa PbO, PbS i PbSO4. Smesa se zatim topi bez prisutnost zraka pri čemu PbS reducira PbO i PbSO4 u olovo:
PbS(s) + 2PbO <-> 3Pb(l) + SO2(g)
PbS(s) + PbSO4 <-> 2Pb(l) + 2SO2(g)
Bez obzira na način dobijanja, sirovo olovo ima koncentraciju 97-99%, a ostalo su razne primese nemetala i metala (najčešće su bakar, kositar, bizmut, srebro, arsen i sumpor). Navedene primese se uklanjaju pirometalurškim ili elektrolitskim (Bettsovim) postupkom. Prvi način upotrebljava se češće jer se njime pojedine primese mogu odvojiti selektivno i dobiva se češće olovo. Tim se postupkom najpre uklanja bakar, nemetali i primjese gvožđa, a zatim arsen, antirnon i kositar, a na kraju plemeniti metali (srebro i zlato), cink i bizmut.
U elektrolitičkoj rafinaciji kao anode koriste se ploče lijenog sirovog olova, a kao katode ploče čistog olova. Elektrolit je otopina olovnog-(II)-heksafluorosilikata (PbSiF6) stopljenog u heksafluorosilikatnoj kiselini. Na katodi se izlučuje čisto olovo, a uz anodu se stvara anodni mulj koji sadrži metale plemenitije od olova (srebro, zlato, antirnon, bizmut) koji se određenim postupcima izoluju iz mulja.

Svojstva i upotreba olova:

Olovo je težak, srebrno-plavkast, sjajan metal koji na vazduhu sivi stvaranjem zaštitnog oksidno-karbonatnog sloja. Vrlo je mekan pa se može deformisati rukama i rezati nožem. Zbog male tvrdoće i velike rastegljivosti lako se savija, valja u limove i izvlači u žice. Ima veliku gustinu i nisku temperaturu topljenja. U odnosu na druge metale relativno je loš provodnik električne struje i toplote. Otopljeno se olovo na vazduhu najpre pokriva sivim oksidnim slojem ("olovni pepeo") koji daljim zagrevanjem prelazi u žutu olovnu gleđu (PbO), a zatim u crveni minij (Pb3O4). U destilovanoj vodi i u vodi bez kiseonika olovo se ne otapa. Ako je u vodi prisutan kiseonik, kao u prirodnim vodama, olovo se otapa zbog elektrohemijskih procesa (korozija olova). Ako voda sadrži hidrogen-karbonate i sulfate, što je redovna pojava u prirodnim vodama, na površini olova nastaje sloj teško topljivog baznog olovnog karbonata i sulfata koji je čvrsto vezan na površinu i štiti olovo od daljnje korozije. Zbog toga se olovo upotrebljavalo za izradu vodovodnih cevi još za rimskog doba. Danas se u tu svrhu ne koristi osim u slučaju odvodnih vodoinstalacija. Olovo se ne otapa u hlorovodoničnoj, fluorovodoničnoj i sumpornoj kiselini (do koncentracije 80%) zbog teško topljivog zaštitnog sloja. Stoga se u hemijskog industriji upotrebljava za prevlačenje reakcijskih posuda ili za izradu čitavih delova aparatura, za oblaganje komora u proizvodnji sumporne kiseline i spremnika za nagrizajuće hemijske supstance. Međutim, u vrućoj i koncentrisanoj sumpornoj kiselini olovo se otapa jer primarno stvoreni netopljiv PbSO4 prelazi u topljivi Pb(HSO4)2 koji ga ne štiti od delovanja kiseline. Lako se otapa i u razređenoj dušičnoj kiselini, a u octenoj, mravljoj i vinskoj kiselini otapa se samo u prisutnosti kiseonika. Na višim temperaturama olovo se spaja s halogenim elementima i drugim nemetalima.
Olovo i njegove soli su otrovni. Za akutno trovanje potrebne su velike doze. Otrovno delovanje olova temelji se na njegovom selektivnom i praktički ireverzibilnom zadržavanju u živčanim stanicama gdje utiče na bilansu energije, na prenos živčanog impulsa i na strujanje jona natrijuma, kalijuma i kalcijuma. Takođe utiče na funkcionisanje jetre. Simptomi hroničnog trovanja olovom su slabost, opstipacija (nemogućnost ispražnjavanja creva), jaki grčevi u želudcu (olovni kolici), anemija, psihičke promene i paraliza. Najveća dozvoljena koncentracija olova u industrijskim prostorijama je 0,15 mg/m3.
Da bi se poboljšala mehanička svojstva, a došla do izražaja njegova intrinsična, olovo se legira. Glavni su dodaci olova kositar i antimon, a ponekad i bakar, bizmut, kadmijum i srebro.
Najviše se olova troši za proizvodnju olovnih akumulatora, za pravljenje tetraetil-olova, izradu olovnih cevi i lima, za kanalizacijske instalacije u domaćinstvu. Vrlo dobro zaustavlja jonizujuća zračenja (rendgenske i gama-zrake), pa se od olova izrađuju zaštitne radiološke obloge, blokovi, cigle, pregače, rukavice i sl. Velike količine olova se troše za izradu municije.
Tvrdo olovo legura je s 1-12% antimona (Sb). Ove legure imaju dobra mehanička svojstva i otporne su na koroziju. Upotrebljavaju se za izradu plašteva energetskih kablova, olovnih cevi i akumulatorskih ploča (legiran s 1-5% Sb), za zaštitu od radioaktivnog zračenja (2-9% Sb), za tiskarske legure (16-25% Sb), itd.
Legure olova sa sadržajem 40-60% kositra (eutektiktička smesa sadrži 61,9% Sn) koriste se kao materijali za meko lemljenje te za presvlačenje gvozdenih površina olovom za zaštitu od korozije. Ternarni eutektik, koji sadrži 84% Pb, 12% Sb i 4% Sn, upotrebljava se kao materijal za lemljenje.
Legure olova s dodatkom 0,3-0,5% arsena koriste se za izradu meke sačme, a s dodatkom 2% arsena za tvrdu sačmu.

Jedinjenja olova:

Olovo u svojim jedinjenjima ima oksidacioni broj +2 i +4. Jedinjenja sa stepenom oksidacije +2 su stabilniji i lako stvaraju alkalne i mešane dvostruke soli. olovo-(II)-jodid (PbI2) kristalizira u heksagonskim listićima žute boje poput zlata. U vodi i alkoholu praktično je netopljiv. Upotrebljava se u slikarstvu, fotografiji, pri prevlačenju metalnih predmeta bronzom, itd. olovo-(II)-hloridom (PbCI2) u prirodi se pojavljuje kao mineral kotunit. Kristališe u belim svilenkasto-sjajnim rompskim iglicama ili prizmama. Pri povišenoj temperaturi na vazduhu i uz prisutnost vlage razlaže se uz stvaranje alkalnih hlorida i hlorovodonika. Zbog vrlo dobre električne provodljivosti, njegove otopine imaju tehničku primenu, a upotrebljavaju se i u proizvodnji olovnih pigmenata (olovo-kromata), za sušenje alkohola, itd. olovo-(II)-hidroksid Pb(OH)2 nastaje kao beo talog kompleksnog sastava Pb2O(OH)2 dodatkom lužine otopinama olovnih soli. Ima amfotermni karakter s jače izraženim alkalnim svojstvima. U vodi se slabo otapa, a lako se otapa u kiselinama dajući soli. Zbog slabo izraženog kiselog karaktera, olovo(II)-hidroksid se otapa i u koncentriranim bazama. Odstranjivanjem vode pri temperaturi 100°C prelazi u crveni olovo oksid, a kod niže temperature nastaje žuti olovo oksid. olovo(II)-karbonat (PbCO3, ceruzit) nastaje kao beli talog dodatkom amonijevog karbonata otopljenog olovovog-(II)-nitrata. Taloženjem pomoću Na2CO3 uz grejanje može nastati bazni olovo-(II)-karbonat, tzv. olovno belilo (Pb(OH)2 x 2PbCO3). Boja se odlikuje vrlo lepim sjajem i velikom moći pokrivanja. Iako je otrovna i potamni s tragovima sumporvodonika, olovno belilo se smatra najkvalitetnijom belom bojom. olovo-(II)-nitrat (Pb(NO3)2) je beo kubičan ili monoklinski kristal lako topljiv u vodi. U dodiru s organskim jedinjenjima pospešuje gorenje pa se upotrebljava kao dodatak zapaljivim i eksplozivnim smesama, a koristi se kao oksidans i sredstvo za nagrizanje u tekstilnoj industriji. olovo-(II)-oksid (PbO, olovna gleđa) ima crvene tetragonske kristale (alfa-modifikacija poznata je kao litargit) koji pri 490°C prelaze u žute rompske kristale (beta-modifikacija masikot). Slabo se otapa u vodi, a lako u kiselinama stvarajući olovne soli. Upotrebljava se kao aktivni materijal u olovnim akumulatorima, za pripremu otopine natrijumovog plumbata (koji se koristi za uklanjanje sumpora iz benzina), u proizvodnji stakla, glazura, emajla i drugih olovnih jedinjenja. olovo-(II)-sulfat (PbSO4,