Свинцово кислотный аккумулятор

Получение свинца.

Количество добываемого свинца непрерывно возрастает. Если в 1800 во всем мире его было получено около 30 000 тонн, то в 1850 – 130 000 т, в 1875 – 320 000 т, в 1900 – 850 000 т, 1950 – почти 2 млн. т, а в настоящее время в год добывают около 5 млн. т. По объему производства свинец занимает четвертое место среди цветных металлов – после алюминия, меди и цинка.

Основной источник свинца – сульфидные полиметаллические руды, содержащие от 1 до 5% свинца. Руду концентрируют до содержания свинца 40 – 75%, затем подвергают обжигу: 2PbS + 3O2 2PbO + 2SO2 и восстанавливают свинец коксом и оксидом углерода(II). Более экономичный, так называемый автогенный, способ заключается в проведении реакции PbS + 2PbO 3Pb + SO2 (PbO образуется при частичном обжиге PbS). Получаемый из руды свинец содержит от 3 до 7% примесей в виде меди, сурьмы, мышьяка, олова, алюминия, висмута а также золота и серебра. Их удаление (или выделение, если это экономически рентабельно), требует сложных и длительных операций. Очистку свинца можно проводить также методом электрохимического рафинирования. Электролитом служит водный раствор фторосиликата свинца PbSiF6. На катоде оседает чистый свинец, а примеси концентрируются в анодном шламе, содержащем много ценных компонентов, которые затем выделяют.

В чем заключается лечение при отравлении свинцом?

Выделяют следующие этапы лечения при отравлении свинцом:

  • Устранение избытка свинца (этиологическое лечение) – включает назначение антидотов (веществ, нейтрализующих токсический эффект свинца) и комплексообразующих препаратов, которые образуют с металлом соединения и выводят их из организма.
  • Патогенетическое лечение – включает назначение тех препаратов, которые необходимы для восстановления той или иной функции. Например, при свинцовой энцефалопатии назначаются витамины группы В, адаптогены.
  • Симптоматическое лечение — включает назначение лекарств, с целью устранения того или иного симптома. Например, противорвотных медикаментов при неукротимой рвоте.

Этиологическое лечение Препараты, использующиеся при отравлении свинцом в качестве комплексонов

Название препарата Механизм действия Как назначается
Д-пеницилламин Связывают центральный атом металла и, таким образом, образуют прочные соединения. Дозировка устанавливается строго индивидуально в зависимости от степени интоксикации. Средняя терапевтическая доза равняется 450 миллиграмм в сутки (по 150 миллиграмм три раза в день через полчаса после еды).
Сукцимер При легкой и средней степени интоксикации по 500 миллиграмм трижды в день. Назначается в течение первых трех дней, после чего делают перерыв также на три дня. Рекомендуется 3 – 4 таких цикла (три дня таблеток и три дня перерыв).   В тяжелых случаях препарат вводят внутримышечно – 0,3 сукцимера разводят в 6 миллилитрах бикарбоната натрия и вводят глубоко в мышцу.  Рекомендуется следующая схема: 1 день – 4 инъекции, 2 день – 3 инъекции, с 3 по 7 день – по 2 укола в день.
Тетацин Назначается внутривенно аналогичными циклами по три дня с перерывами.
Унитиол При легкой степени интоксикации назначается в таблетированной форме – по 0,5 четыре раза в день. При средней и тяжелой степени интоксикации – внутривенно в виде 5-процентного раствора.

Патогенетическое лечение Препараты, которые назначаются при поражении нервной ткани

Название препарата
Механизм действия
Как назначается
Витамины группы В (В1, В6, В12).
Участвуют в основных обменных процессах, которые происходят в нервной ткани. Обеспечивают зрительную функцию, принимают участие в энергетических процессах. Дозировка устанавливается строго индивидуально. Витамины, как правило, назначаются внутримышечно или же внутривенно капельно с основным препаратом. Магнезиум
Расширяет мозговые сосуды и, тем самым, улучшает мозговое кровообращение. Вводится внутривенно очень медленно в виде 25-процентного раствора в количестве 10 – 20 мл. После внутривенной инъекции не рекомендуется резко вставать. Также назначается внутривенно капельно в комплексе с витаминами. 20- процентный раствор глюкозы
Является основным источником энергии в нервной ткани. Вводится внутривенно капельно, одновременно с магнезиумом или витаминами. Винпоцетин
Стимулирует мозговой кровоток и обменные процессы в нервной ткани

Также повышает устойчивость нейронов к гипоксии, что особенно важно при свинцовой энцефалопатии. В остром периоде болезни рекомендуется 4 миллилитра препарата (2 ампулы) растворить в 500 миллилитрах изотонического раствора (0,9-процентный натрий хлорид) и вводить внутривенно капельно

Вазобрал
Обладает сосудорасширяющим эффектом, что, в свою очередь, стимулирует мозговое кровообращение. По 2 таблетки два раза в сутки принимать внутрь во время еды.

средства, уменьшающие гипоксию Препараты при поражении сердечно-сосудистой системы

Название препарата
Механизм действия
Как назначается
Никотиновая кислота
Улучшает микроциркуляцию в сосудах сердца, оказывает антиатерогенное действие (уменьшает риск развития атеросклероза, что особенно важно при хронической интоксикации свинцом). От 50 миллиграмм до 2 граммов в сутки

Препарат можно принимать внутрь, внутривенно (очень медленно) и внутримышечно. АТФ (или аденозинтрифосфат)
Расширяет коронарные сосуды, понижает давление, а также стимулирует клеточный метаболизм. Рекомендуется принимать по схеме: в первые 3 дня по 1 миллилитру внутримышечно один раз в день, потом в течение 15 – 20 дней по 2 миллилитра. Кокарбоксилаза
Стимулирует усвоение глюкозы сердечной мышцей, способствует нормализации сердечно-сосудистой деятельности. Вводят глубоко в мышцу по 50 миллиграмм (одна ампула) сначала два раза в сутки, потом переходят на поддерживающую дозу (один раз в день).

Препараты при свинцовой коликепо 5 миллилитровпо 10 миллилитровПроцедуры при полиневритахэлектрофорез

Для чего используется серый «тяжёлый» металл?

Рассмотренные физические и химические полезные свойства свинца позволяют в какой-то степени предсказать, для чего этот металл может использоваться:

Защита

Свойства плотности и тяжести металла очень полезны в качестве материала защиты людей от вредного излучения (к примеру, рентгенологи, применяющие свинцовые экраны или фартуки).

Окраска

Яркие, долговечные соединения удачно подходят для пигментов и красителей. Правда, по причине угрозы здоровью людей, свинец пришлось удалять из состава многих красок (особенно красок детских игрушек).

Сантехника

Свойства успешно сопротивляться коррозии сделали металл отличным материалом для строительства кровли и водопровода. Однако, опять же в связи с проблемами здоровья и безопасности многие свинцовые водопроводные трубы пришлось удалять и заменять на пластиковые.

Оружие

Вес металла оказался полезным для производства пуль стрелкового оружия. Но в этой области, опять же, рассматривается вопрос опасений воздействия на здоровье. Абсурд, но факт.

Аккумуляторы

Несмотря на слабо выраженные свойства электрической проводимости, свинец используется совместно с серной кислотой для хранения и выделения электрической энергии в результате химической реакции. Именно на таком принципе работают автомобильные аккумуляторы.

Сплавы

К важным свинцовым сплавам относятся оловянные (используются для изготовления посуды), антикоррозийные покрытия для электрических кабелей, кислотостойкие прокладки для химических резервуаров и припои с относительно низкими температурами плавления.

Класс А. Лом и кусковые отходы свинца и свинцовых сплавов

Группа 1. Свинец чистыйМарки: С0000, С000, С00, С0, С1, С2, С3

Сорт Характеристика Технические требования Норма
1 Лом и кусковые отходы свинца, не засоренные другими металлами и сплавами, в том числе: чушки переплавов, брак заготовок, обрезь рольного свинца, отходы проката и проволоки 1. Одной группы металла2. Содержание металла, % не менее 97%
2 Лом и кусковые отходы свинца, не засоренные другими цветными металлами и сплавами, а также указанные в 1-ом сорте, но не отвечающие требованиям первого сорта 1. Одной группы металла2. Содержание металла, % не менее 90%
3. Засоренность черными металлами, % не более 5%

Группа 2. Свинец сурьмянистыйМарки: ССу1, ССу2, ССу3, ССу8, ССу10, ССуМ, ССуМ1, ССуМ2, ССуМ3, ССуМ7, ССуМ0, ССуА, УС, ССу, типографские сплавы МШ1, МШ2, МШ3, МШ, МСМ1, МЛи1

Сорт Характеристика Технические требования Норма
1 Лом кабельной оболочки, свинец, выплавленный из кабеля, не засоренные другими металлами и сплавами 1. Одной группы металла2. Содержание металла, % не менее 95%
2 Лом и кусковые отходы, не засоренные другими цветными металлами и сплавами, а также указанные в 1-ом сорте, но не отвечающие требованиям первого сорта 1. Одной группы металла2. Содержание металла, % не менее 93%
3 Лом и кусковые отходы типографских сплавов 1. Одной группы металла2. Содержание металла, % не менее 90%

Группа 3. Баббиты кальциевыеМарки: БКА, БК2, БК2Ш

Сорт Характеристика Технические требования Норма
1 Лом и кусковые отходы кальциевых баббитов, не засоренные другими металлами и сплавами 1. Одной группы металла2. Содержание металла, % не менее 95%
2 Лом и кусковые отходы кальциевых баббитов, не засоренные другими металлами и сплавами 1. Одной группы металла2. Содержание металла, % не менее 85%
3. Содержание других металлов и сплавов, % 10%
4. В том числе черных, % не более 5%

Группа 4. Лом и кусковые отходы свинца и свинцовых сплавов низкокачественные, не отвечающие требованиям 1-3 групп

Сорт Характеристика Технические требования Норма
1 Лом и кусковые отходы, не отвечающиетребованиям сортов групп 1-3 1. Содержание металла, % не менее 75%

Реальный случай: Пулевое ранение вызвало отравление свинцом 14 лет спустя

Медики Хосе Маркес (Jose Marquez) и Майкл Шиндлбек (Michael Schindlbeck) описали интересный случай в журнале New England Medicine. Пациент получил свинцовое отравление через 14 лет после огнестрельного ранения в ногу. Медики не извлекли пулю сразу, и за годы она распалась на части, вызвав у мужчины проблемы со здоровьем.

46-летний мужчина обратился в Чикагскую больницу имени Джона Строгера с жалобой на ухудшение хронической боли в левом колене. 14 лет назад пациент получил огнестрельное ранение в ногу, в один из мыщелков бедренной кости (так называются выступы или утолщения на концах длинных костей, которые входят в состав сочленений или служат для прикрепления мышц). Когда пациента доставили 14 лет назад с ранением, рентгенография показала, что пуля застряла в кости, и хирурги решили ее не извлекать.

После того, как мужчина вновь обратился за помощью, ему еще раз сделали рентгенографию и оказалось, что за 14 лет пуля распалась на части, которые остались в тканях коленного сустава. В результате у пациента в суставе скопилось большое количество жидкости. К тому же у него обнаружилось повышенное содержание свинца в крови и анемия, которая часто сопровождает отравление свинцом. Чтобы вывести его из организма, пациенту назначили хелатную терапию. Она применяется для лечения отравления тяжелыми металлами, такими как свинец или ртуть.

Так как части пули могли не только еще больше повредить сустав, но и вызвать еще более серьезное отравление, медики планировали извлечь пулю. Но пациент, не дожидаясь операции исчез и дальнейшая его судьба неизвестна.

Стоит отметить, что медики неоднократно описывали подобные случаи. Пациенты получали свинцовое отравление и десять, и двадцать лет спустя после ранения. Больше того, исследователи фиксировали свинцовое отравление у птиц-падальщиков, питавшихся тушками земляных белок. Этих грызунов-вредителей часто подстреливают фермеры из Калифорнии, Невады и Орегона.

Источники и вред здоровью от свинца

Выхлопные газы

Известно, что основным источником проникновения свинца в атмосферный воздух является автомобильный транспорт. Именно он виноват в том, что свинец вредит экологии. Ежегодно с выхлопными газами в окружающую среду попадает около 4000 тонн этого металла, и треть от этого количества проникает в воду. Нормальное, то есть безопасное, поступления свинца с пищей и водой составляет не более 170 мкг ежедневно, а в атмосферном воздухе его содержание не должно превышать 1 мкг, то есть одну миллионную долю грамма на кубический метр воздуха. При соблюдении этих норм количество металла в крови человека не должно превышать 9,6 мкг/дл, что является фоновым значением и не приводит к явлениям интоксикации. Но каково токсическое воздействие свинца на организм, какие соединения вызывают отравление?

Всё дело в том, что опасность прямо пропорциональна растворимости соединений свинца в жидкостях организма: можно вспомнить историю со свинцовым сахаром. Он вызывал приступы свинцовой колики, поскольку очень хорошо растворим в кислой среде. Именно желудочный сок является таким растворителем многих соединений. Поэтому острое отравление чаще всего происходит алиментарным путём, то есть он поступает в желудочно-кишечный тракт.

К таким соединениям, кроме уже известного ацетата, относится нитрат, хлорид, карбонат, хромат и много других соединений, именно они вызывают симптомы отравления свинцом. Опасность такова, что металл относят к первому классу опасности. Кроме свинцовых солей, очень вредными являются работы, связанная с выплавкой этого металла. Симптомы отравления парами свинца, его оксидом и пылью чаще всего встречаются при производстве красок, в кабельной промышленности, и в оружейном деле.

На фото: Оксиды и сульфид свинца. С левого нижнего угла по часовой стрелке: желтый оксид свинца (массикот, β-PbO); оранжевый сурик (ортоплюмбат свинца PbII2PbOIV4, чаще эту формулу записывают как Pb3O4); оксид свинца (IV), иногда ошибочно называемый “перекисью” свинца (получен как остаток от растворения сурика в уксусной кислоте в отсутствие окислителей); мелкокристаллический сульфид свинца, полученный гомогенным осаждением тиомочевиной из кипящего щелочного раствора гидроксоплюмбита натрия (блестящие частицы – кусочки “сульфидного зеркала”, осевшего на стенках реакционного сосуда); оксид свинца (II), выпавший и недорастворившийся при реакции уксуснокислого свинца с NaOH (в основном желтые пластинчатый кристаллы с небольшой примесью красных, более мелких и плотных, частиц).

Металлический свинец и его неорганические соединения чаще всего вдыхаются легкими, поскольку поступают в виде пыли или аэрозоля. А в желудочно-кишечный тракт и непосредственно через кожу проникают его растворимые соли. Отравление солями свинца приводит к тяжелой клинической картине.

Поступив в кровь человека, свинец связывается с белками, и циркулирует в крови в таком виде – альбуминат свинца. Неорганические соединения, проникшие в организм через респираторный тракт, также оседают в альвеолах, а затем попадают в малый круг кровообращения. Воздействие свинца на организм человека приводит к тому, что почти весь свинец поглощается кровью, и вызывает нарушение работы эритроцитов, или красных кровяных телец. Такие эритроциты плохо транспортируют гемоглобин, он хуже вырабатывается, и плохо связывается с кислородом в легких. В результате длительной интоксикации металл, в конце концов, оседает в костях, и постепенно там накапливается.

Вред свинца для организма человека гораздо более выражен у детей. У них риск отравления гораздо сильнее, поскольку скорость всасывания этого металла и его соединений у детей гораздо выше, чем у взрослых в связи с более быстрым обменом веществ растущего организма, причем чаще страдают дети в возрасте до 6 лет.

Видео – влияние свинца на организм человека:

Каковы симптомы отравления свинцом?

Физические характеристики

Золото — достаточно тяжелый металл, его плотность занимает седьмое место среди всех металлов таблицы Менделеева и составляет 19,32 г на кубический сантиметр. Удельный вес в различных системах единиц выражается по-разному. В системе СИ — это ньютон на метр в кубе, но чаще всего ювелиры пользуются внесистемной единицей — граммах на сантиметр в кубе. Это делается для удобства, так плотность будет равна удельному весу.

У золота такие физические свойства:

  • высокая прочность;
  • теплопроводность;
  • электропроводность;
  • пластичность;
  • характерный блеск металла.

Особенностью золота является его инертность. Именно эта характеристика позволяет металлу носить статус благородного. Это дает возможность производства украшений из золота, ведь они не окисляются и долго сохраняют свой первоначальный вид. Для ювелирной промышленности существует только один недостаток золота — его мягкость. Этот недостаток обходят путем добавления других металлов в сплав — легирования, что меняет не только эту характеристику, но и другие: плотность, температуру плавления.

Исследование качества изделия при помощи специальных средств

Некоторые свойства разных марок золота представлены в таблице.

Проба Марка Цвет Состав Плотность г/см3 Т плав
Серебро (+- 0,5%) Палладий Никель Цинк
375 ЗлСрМ 375-160 красный 16 11.54 880-900
ЗлСрПдМ кремовый 10 3,5-4,1 11.56 860-975
375-100-38
585 ЗлНЦМ 585-125-60 белый 12,0-13,0 3,6-4,4 12.85 870-950
ЗлСрПд 585-225-160 белый 25.5 Ост. 14.76 1175-1220
ЗлСрМ 585-300 зеленый 30 13.92 835-880
ЗлСрМ 585-200 желтый 20 13.6 830-845
ЗлСрМ 585-80 красный 8 13.24 880-905
750 ЗлСрНЦ 750-125 белый 12.5 15.38 900-950
ЗлСрПд 750-100-150 15 Ост. 16.44 1250-1300
ЗлСр 750-250 зеленый 25 15.96 1040-1045
ЗлСрМ 750-150 желтый 15 15.45 885-900

Высокие характеристики электропроводности наряду с инертностью сделали золото еще и промышленным металлом. По распространению оно уступает серебру, но превосходит его по другому качеству: со временем серебро окисляется, а золото нет.

Удельный вес также играет роль при добыче золота и при получении из него сплавов. Качественные сплавы получаются только при сплавлении металлов с малой разницей в плотности. Металлы с большим весом, чем у золота, могут всплывать при переплавке и формировать неоднородную структуру.

Температура плавления золота — 1095 градусов. Кроме того, существует и скрытая температура плавления. Она измеряется в килокалориях и представляет собой энергию, которая необходима для разрушения кристаллической структуры, после того как металл нагрели до температуры плавления. Золото относится к диамагнетикам — металлам, которые не притягиваются к магниту.

999 проба золота

В середине ХХ века в США постановили хранить золотой резерв страны только в слитках. Вес слитка был установлен в размере 400 тройских унций. Сейчас масса слитка золота равна 11–13,3 кг. Одна унция составляет 31 грамм.

Еще в Средние века вес одной золотой монеты составлял 30 граммов, и оказалось, что такое измерение веса очень удобно для ювелиров. Оно используется и сейчас. Кроме того, на фондовом рынке металлов цена на золото устанавливается именно в долларах за унцию, а не за грамм. Так что масса золота в монете составляет одну унцию.

Как определить удельный вес в домашних условиях?

Для этого потребуются весы, точность которых около грамма. После взвешивания в стакан или в любую другую емкость, где есть отметины объема жидкости, опускаем изделие и смотрим, насколько изменился объем. Масса, деленная на этот показатель, и будет равна плотности металла, а соответственно, и удельному весу в единицах г/см?

Добыча металла по странам мира

Многие страны мира активно добывают «Plumbum». Ведущим добытчиком металла выступает Китай (половина всей мировой добычи). Далее идут:

  • Австралия
  • Перу
  • Мексика
  • Индия

В своё время Соединенные Штаты добывали около трети всего мирового запаса, но на момент 2018 года производство серого тяжёлого металла в этой стране составляет не более 7% от мирового производства.

Минеральная руда – галенит, структура которой традиционно содержит достаточно большое количество свинца по сравнению с другими видами руды

Большая часть добываемого в США металла поступает с Аляски и Миссури, несколько меньшая из Айдахо и Вашингтона. Около 60% металла, используемого в Америке, производится из «вторичных» (переработанных) источников.

На территории России уровень добычи примерно сопоставим с американской добычей (около 5%). Однако российская добыча лишь немногим отставала от Китая во времена существования СССР. То есть с точки зрения запасов богатый ресурс в России существует.

Свинцово-кислотный аккумулятор

Устройство кислотной аккумуляторной батареи.

Свинцово-кислотный аккумулятор состоит из бака, в который заливается водный раствор серной кислоты ( электролит) и опускаются положительные и отрицательные пластины.

Свинцово-кислотные аккумуляторы, находящиеся в состоянии нормального разряда, могут при заряде быстро поглощать электрическую энергию без перегревов или чрезмерного газообразования. Поэтому заряд аккумулятора можно начинать режимами более высокими, чем так называемый нормальный или начальный режим заряда

Термин начальный режим для шинщово-кислотньгх аккумуляторов быстро выходит из употребления, но конечный режим заряда остается и сейчас вопросом первостепенной важности.

Пластина поверхностная положительная.

Свинцово-кислотный аккумулятор имеет следующие основные части: положительные и отрицательные пластины, сепараторы, сосуд и электролит. Активными, веществами, участвующими в электрохимических реакциях, являются перекись свинца РЬО2 на положительных пластинах, губчатый свинец РЬ на отрицательных пластинах и раствор серной кислоты в воде. Перекись свинца и губчатый свинец имеют кристаллическое строение и непрочны; они удерживаются на основе в виде пластины или каркаса из свинца или сплава свинца с сурьмой.

Решетки намазных пластин аккумулятора.

Свинцово-кислотный аккумулятор имеет следующие основные части: положительные и отрицательные пластины, сепараторы, сосуд и электролит. Активными веществами, участвующими в электрохимических реакциях, являются перекись свинца РЬО2 на положительных пластинах, губчатый свинец РЬ на отрицательных пластинах и раствор серной кислоты в воде. Перекись свинца и губчатый свинец имеют кристаллическое строение и непрочны; они удерживаются на основе в виде пластины или каркаса из свинца или сплава свинца с сурьмой.

Аккумуляторный элемент ЭПМ-80.

Свинцово-кислотные аккумуляторы установлены на электровозах ВЛ22М, а также на электровозах более раннего выпуска.

Свинцово-кислотный аккумулятор состоит из следующих основных частей: положительных и отрицательных пластин, сепараторов, сосуда и электролита. Активными веществами, участвующими в электрохимических реакциях, являются перекись свинца РЬО2 на положительных пластинах, губчатый свинец РЬ на отрицательных пластинах и раствор серной кислоты в воде. Перекись свинца и губчатый свинец имеют кристаллическое строение и непрочны; они удерживаются на основе в виде каркаса из свинца или сплава свинца с сурьмой.

Все свинцово-кислотные аккумуляторы имеют на крышках то или иное вентиляционное отверстие. Оно необходимо для удаления газов, образующихся в элементе, и для добавки воды, а в случае необходимости и электролита. Автомобильные и подобные им аккумуляторные батареи снабжаются вентиляционными пробками, так сконструированными, что они не допускают неаккуратную добавку воды и перелив электролита на крышку аккумулятора.

Емкость свинцово-кислотного аккумулятора ограничивается емкостью отрицательного электрода. Для ее повышения на стадии формования пластины вводят поверхностно-активные вещества, получившие название расширителей. Образуя на поверхности частиц ориентированные пленки, эти вещества развивают активную поверхность микроструктуры.

Наибольшее содержание примесей в аккумуляторной кислоте ( %.

Электролит свинцово-кислотных аккумуляторов представляет собой водный раствор серной кислоты. Плотность электролита должна быть в пределах 1 18 — 1 21 при 20 С. Для приготовления электролита применяется так называемая аккумуляторная серная кислота по ГОСТ 667 — 53, в зависимости от содержания примесей разделяющаяся на два сорта, и дистиллированная вода. Вместо дистиллированной воды можно применять конденсат пара котлов высокого давления, но обязательно проверенный в химической лаборатории на содержание хлор-иона, железа и меди.

В свинцово-кислотном аккумуляторе имеется положительный электрод из пероксида свинца РЬО2 и отрицательный электрод из губчатого свинца ( РЪ) с большой площадью поверхности.

Изотопы

Основная статья: Изотопы свинца

Весь свинец в основном является смесью изотопов 204Pb, 206Pb, 207Pb, 208Pb. Эти изотопы не радиоактивны, то есть стабильны. Свинец — последний элемент в периодической таблице, у которого существуют стабильные изотопы, элементы после свинца стабильных изотопов не имеют (хотя висмут-209 на практике можно считать стабильным, т.к. его период полураспада примерно в миллиард раз больше возраста Вселенной). Изотопы 206Pb, 207Pb, 208Pb являются радиогенными и образуются в результате радиоактивного распада соответственно 238U, 235U и 232Th. Изотоп 20882Pb126 является одним из пяти существующих в природе дважды магических ядер. Схемы радиоактивного распада имеют вид:

238U → 206Pb + 84He;
235U → 207Pb + 74He;
232Th → 208Pb + 64He.

Уравнения распада имеют вид соответственно:

206Pb=238U(eλ8t−1),{\displaystyle ^{206}{\mathsf {Pb}}=^{238}{\mathsf {U}}(e^{\lambda _{8}}t-1),}
207Pb=235U(eλ5t−1),{\displaystyle ^{207}{\mathsf {Pb}}=^{235}{\mathsf {U}}(e^{\lambda _{5}}t-1),}
208Pb=232Th(eλ2t−1),{\displaystyle ^{208}{\mathsf {Pb}}=^{232}{\mathsf {Th}}(e^{\lambda _{2}}t-1),}

где 238U, 235U, 232Th — современные концентрации изотопов; λ8=1,55125⋅10−10{\displaystyle \lambda _{8}=1{,}55125\cdot 10^{-10}} год−1, λ5=9,8485⋅10−10{\displaystyle \lambda _{5}=9{,}8485\cdot 10^{-10}} год−1, λ2=4,9475⋅10−11{\displaystyle \lambda _{2}=4{,}9475\cdot 10^{-11}} год−1 — постоянные распада атомов соответственно урана 238U, урана 235U и тория 232Th.

Кроме этих изотопов, известны и нестабильные изотопы 194Pb — 203Pb, 205Pb, 209Pb — 214Pb. Из них наиболее долгоживущие — 202Pb и 205Pb (с периодами полураспада 52,5 тысяч и 15,3 млн лет). Короткоживущие изотопы свинца 210Pb (радий D), 211Pb (актиний B), 212Pb (торий B) и 214Pb (радий B) имеют периоды полураспада соответственно 22,2 года, 36,1 мин, 10,64 ч и 26,8 мин (в скобках приведены редко используемые исторические названия этих изотопов); эти четыре радиоактивных изотопа входят в состав радиоактивных рядов урана и тория и, следовательно, также встречаются в природе, хотя и в крайне малых количествах.

Количество ядер изотопа 204Pb (нерадиогенного и нерадиоактивного) является стабильным, в минералах свинца концентрация 204Pb во многом зависит от концентрации радиогенных изотопов, образованных как в процессе распада радиоактивных ядер, так и в процессах вторичного преобразования свинецсодержащих минералов. Поскольку число радиогенных ядер, образовавшихся в результате радиоактивного распада, зависит от времени, то и абсолютные, и относительные концентрации зависят от времени образования минерала. Этим свойством пользуются при определении возраста горных пород и минералов.

Распространённость изотопов свинца

Изотоп 204Pb 206Pb 207Pb 208Pb
Содержание в природе (в %) 1,4 24,1 22,1 52,4

Свинец, состав которого приведён в таблице, отражает изотопный состав свинца преимущественно в галенитах, в которых урана и тория практически нет, и породах, преимущественно осадочных, в которых количество урана находится в кларковых пределах. В радиоактивных минералах этот состав существенно отличается и зависит от вида радиоактивного элемента, слагающего минерал. В урановых минералах, таких, как уранинит UO2, настуран UO2 (урановая смолка), урановые черни, в которых существенно преобладает уран, радиогенный изотоп 206Pbрад существенно преобладает над другими изотопами свинца, и его концентрации могут достигать 90 %. Например, в урановой смолке (Сан-Сильвер, Франция) концентрация 206Pb равна 92,9 %, в урановой смолке из Шинколобве (Киншаса) — 94,25 %. В ториевых минералах, например, в торите ThSiO4, существенно преобладает радиогенный изотоп 208Pbрад. Так, в монаците из Казахстана концентрация 208Pb равна 94,02 %, в монаците из пегматита Бекета (Зимбабве) — 88,8 %. Имеется комплекс минералов, например, монацит (Ce, La, Nd)[PO4], циркон ZrSiO4 и др., в которых в переменных соотношениях находятся уран и торий и соответственно в разных соотношениях присутствуют все или большинство изотопов свинца. Следует отметить, что в цирконах содержание нерадиогенного свинца крайне мало, что делает их удобным объектом для уран-торий-свинцового метода датирования (цирконометрия).

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Андрей Измаилов
Наш эксперт
Написано статей
116
Добавить комментарий