リード

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鉛、  82 Pb
A small gray metal cube surrounded by three gray metal nuggets in front of a light gray background
リード
発音/リットルɛのD / 主導
外観メタリックグレー
標準の原子量のAのR、STD(Pb)の [206.14、 207.94 ]従来型: 207.2 ± 1.1 [1] [2]
周期表のリード
水素 ヘリウム
リチウム ベリリウム ボロン 炭素 窒素 空気 フッ素 ネオン
ナトリウム マグネシウム アルミニウム ケイ素 リン 硫黄 塩素 アルゴン
カリウム カルシウム スカンジウム チタン バナジウム クロム マンガン コバルト ニッケル 亜鉛 ガリウム ゲルマニウム 砒素 セレン 臭素 クリプトン
ルビジウム ストロンチウム イットリウム ジルコニウム ニオブ モリブデン テクネチウム ルテニウム ロジウム パラジウム カドミウム インジウム アンチモン テルル ヨウ素 キセノン
セシウム バリウム ランタン セリウム プラセオジム ネオジム プロメチウム サマリウム ユーロピウム ガドリニウム テルビウム ジスプロシウム ホルミウム エルビウム ツリウム イッテルビウム ルテチウム ハフニウム タンタル タングステン レニウム オスミウム イリジウム 白金 ゴールド 水銀(元素) タリウム リード ビスマス ポロニウム アスタチン ラドン
フランシウム ラジウム アクチニウム トリウム プロトアクチニウム。 ウラン ネプツニウム プルトニウム アメリシウム キュリウム バークリウム カリホルニウム アインスタイニウム フェルミウム メンデレビウム ノーベリウム ローレンシウム ラザホージウム ドブニウム シーボーギウム ボーリウム ハッシウム マイトネリウム ダームスタチウム レントゲニウム コペルニシウム ニホニウム フレロビウム モスコビウム リバモリウム テネシン オガネソン
Sn

Pb

Fl
タリウムビスマス
原子番号 Z82
グループグループ14(炭素グループ)
限目期間6
ブロック  pブロック
電子配置[ Xe ] 4f 14 5d 10 6s 2 6p 2
シェルあたりの電子数2、8、18、32、18、4
物理的特性
フェーズ での STP個体
融点600.61  K(327.46°C、621.43°F)
沸点2022 K(1749°C、3180°F)
密度 rt付近 11.34 g / cm 3
液体の場合(  mpで10.66 g / cm 3
融合熱4.77  kJ / mol
蒸発熱179.5 kJ / mol
モル熱容量26.650 J /(mol・K)
蒸気圧
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
で T (K) 978 1088 1229 1412 1660 2027年
原子特性
酸化状態−4、−2、−1、+ 1、+ 2、+ 3、+ 4( 両性酸化物)
電気陰性度ポーリングスケール:2.33(+4)、1.87(+2)
イオン化エネルギー
  • 1位:715.6 kJ / mol
  • 2番目:1450.5 kJ / mol
  • 3位:3081.5 kJ / mol
原子半径経験的:175  pm
共有結合半径146±5pm
ファンデルワールス半径午後202時
Color lines in a spectral range
鉛のスペクトル線
その他のプロパティ
自然発生原始的
結晶構造面心立方(FCC)
Face-centered cubic crystal structure for lead
音速の 細い棒1190 m / s(  rtで)(アニーリング)
熱膨張28.9 µm /(m・K)(25°Cで)
熱伝導率35.3 W /(m⋅K)
電気抵抗率208nΩ⋅m(20°Cで)
磁気秩序反磁性
モル磁化率−23.0 × 10 −6  cm 3 / mol(298 Kで)[3]
ヤング率16 GPa
せん断弾性率5.6 GPa
体積弾性率46 GPa
ポアソン比0.44
モース硬度1.5
ブリネル硬さ38〜50 MPa
CAS番号7439-92-1
歴史
発見中東西暦前7000年
シンボル「Pb」:ラテン語のplumbumから
鉛の主な同位体
アイソトープ 豊富 半減期 t 1/2 崩壊モード 製品
204 Pb 1.4% 安定
206 Pb 24.1% 安定
207 22.1% 安定
208 52.4% 安定
同位体の存在量はサンプルによって大きく異なります
Category カテゴリ:リード
| 参照

記号Pbラテン語の)と原子番号82の化学元素です。これは、最も一般的な材料より密度の高い重金属です。鉛は柔らかく展性があり融点も比較的低くなっています。切りたての鉛は銀色で、青みがかっています。空気に触れると、くすんだ灰色変色します。鉛は安定した元素の中で最も原子番号が高く、その同位体の3つは重い元素の主要な核崩壊系列の終点です

鉛は比較的反応性の低い遷移金属です。その弱い金属の特徴は、その両性の性質によって示されています。鉛および鉛酸化物および塩基反応し共有結合を形成する傾向があります。鉛の化合物は通常炭素グループの軽いメンバーに共通する+4状態ではなく、+ 2酸化状態で見られます。例外は主に有機鉛化合物に限定されています。グループの軽いメンバーのように、鉛はそれ自体結合する傾向があります;鎖や多面体構造を形成することができます。

鉛は鉱石から簡単に抽出されるため、近東の先史時代の人々はそれを知っていました方鉛鉱は鉛の主要な鉱石であり、しばしば銀を帯びています。銀への関心は、古代ローマで鉛の広範な抽出と使用を開始するのに役立ちましローマ崩壊後、鉛の生産量は減少し産業革命まで同等のレベルに達しませんでした。鉛はの開発に重要な役割を果たした印刷機として、可動型が比較的容易に鉛の合金から鋳造することができます。[4]2014年の世界の鉛の年間生産量は約1,000万トンで、その半分以上がリサイクルによるものでした。鉛の高密度、低融点、延性、および酸化に対する相対的な不活性により、鉛は有用です。これらの特性は、その比較的豊富で低コストと相まって、建設、配管、バッテリー、弾丸とショット、重り、はんだピューター可溶合白色塗料有鉛ガソリン、および放射線遮蔽での広範な使用をもたらしました

19世紀後半に、鉛の毒性が認識され、その後、その使用は多くの用途から段階的に廃止されました。しかし、多くの国では、一部の種類の塗料や弾丸など、人間を鉛にさらす製品の販売を許可しています。鉛は、軟部組織や骨に蓄積する神経毒です。神経系に損傷を与え、生物学的酵素の機能を妨害し、脳の損傷や行動上の問題などの神経障害を引き起こします。鉛はまた、一般的な健康、心臓血管、および腎臓のシステムに影響を与えます。

物性

アトミック

原子が82個の持っている電子に配置され、電子構成〔のキセノン4F] 14 5D 10 6S 2 6P 2。鉛の第1イオン化エネルギーと第2イオン化エネルギーの合計(2つの6p電子を除去するために必要な総エネルギー)は、炭素グループの鉛の上位隣接であるスズのエネルギーに近いです。これは珍しいことです。元素の外側の電子が原子核からより遠くなり、より小さな軌道によってより遮蔽されるにつれてイオン化エネルギーは一般にグループを下って低下します。

イオン化エネルギーの類似度によって引き起こされるランタニド収縮素子に-the低下半径からランタンの(原子番号57)、ルテチウム(71)とからの元素の比較的小さな半径ハフニウム以降(72)。これは、ランタニド4f電子による原子核の遮蔽が不十分なためです。鉛の最初の4つのイオン化エネルギーの合計は、スズのイオン化エネルギーを上回ります[5]。これは、周期的な傾向が予測するものとは逆です。重い原子で顕著になる相対論的効果は、この振る舞いに寄与します。[a]そのような効果の1つは、不活性電子対効果です。:鉛の6s電子は結合に関与することを躊躇し、結晶性鉛の最も近い原子間の距離を異常に長くします。[7]

鉛のより軽い炭素基同族体は、四面体に配位し、共有結合したダイアモンド立方構造を持つ安定または準安定同素体形成します。それらの外側のエネルギーレベルS-及びp軌道は、 4つのに混合することを可能に近い十分であるハイブリッドのsp 3つの軌道。鉛では、不活性電子対効果により、s軌道とp軌道の間の分離が増加し、混成軌道に続いて余分な結合によって放出されるエネルギーによってギャップを克服することはできません。[8]鉛はダイアモンドの立方体構造ではなく、金属結合を形成します ここでは、p電子のみが非局在化され、Pb2 +イオン間で共有されます。その結果、鉛は、同様のサイズの[10]二価金属であるカルシウムストロンチウムのような面心立方構造[9]を持ちます。[11] [b] [c] [d]

一括

純粋な鉛は、青みがかった明るい銀色の外観をしています。[16]湿った空気と接触すると変色し、くすんだ外観になります。その色合いは、一般的な条件によって異なります。鉛の特徴的な特性には、高密度、展性、延性、および不動態化による耐食性のさが含まれます。[17]

A disk of metal
溶融状態から固化した鉛のサンプル

鉛の密集した面心立方構造と高い原子質量により、密度[18]は11.34 g / cm 3になり、鉄(7.87 g / cm 3)、銅(8.93 g)などの一般的な金属よりも高くなります。/ cm 3)、および亜鉛(7.14 g / cm 3)。[19]この密度は、リードバルーンのように通過するイディオムの起源です[20] [21] [e]いくつかの希少金属はより密度が高く、タングステンと金は両方とも19.3 g / cm 3であり、オスミウム(既知の最も密度の高い金属)の密度は22.59 g / cm 3で、鉛のほぼ2倍です。 。[22]

鉛は非常に柔らかい金属で、モース硬度は1.5です。爪で引っ掻くことができます。[23]それは非常に順応性があり、やや延性があります。[24] [F]バルク弾性率のその容易さの鉛測定値の45.8圧縮率は、ある GPaで。比較すると、アルミニウムのそれは75.2GPaです。銅137.8GPa;そして、軟鋼160から169 GPaで。[25] 12〜17 MPaの鉛の引張強度は低い(アルミニウム引張強度は6倍、銅引張強度は10倍、軟鋼引張強度は15倍)。少量の銅またはアンチモンを加えることで強化できます[26]

鉛の融点(327.5°C(621.5°F)[27])は、ほとんどの金属に比べて非常に低くなっています。[18] [G]その沸点1749°C(3180°F)の[27]は、炭素族元素の中で最低です。電気抵抗率は20°Cでの鉛の192であるnanoohmの-meters、ほぼ一桁以上で他の産業の金属のもの(銅より15.43nΩ・m ; ゴールド20.51nΩ・m ; とアルミニウムで24.15nΩ・m)。[29]リードは、超電導7.19より低い温度で K[30]これは、すべてのタイプI超伝導体の中最も高い臨界温度あり、元素超伝導体の中で3番目に高い温度です[31]

鉛の 主な同位体82 Pb)
アイソトープ 減衰
豊富 半減期 t 1/2 モード 製品
202 Pb syn 5.25(28)×10 4  、Y ε 202 Tl
204 Pb 1.4% 安定
205 Pb 痕跡 1.73(7)×10 7  Y ε 205 Tl
206 Pb 24.1% 安定
207 22.1% 安定
208 52.4% 安定
209 Pb 痕跡 3.253(14)h β - 209ビスマス
210 Pb 痕跡 22.3(22)y β - 210 Bi
211 痕跡 36.1(2)分 β - 211 Bi
212 Pb 痕跡 10.64(1)h β - 212 Bi
214 Pb 痕跡 26.8(9)分 β - 214 Bi
同位体の存在量はサンプルによって大きく異なります
標準原子量 AをR、標準鉛(Pb)[206.14、 207.94 ]従来型: 207.2 ± 1.1 [32] [2]

アイソトープ

天然鉛は、質量数が204、206、207、208の4つの安定同位体[33]と、微量の5つの短寿命放射性同位元素で構成されています。[34]同位体の多いことは、鉛の原子番号が均一であることと一致しています。[h]鉛には魔法の数の陽子(82)があり、核殻モデルは特に安定した原子核を正確に予測します。[35]鉛208には126個の中性子があり、これは別の魔法の数であり、鉛208が非常に安定している理由を説明している可能性があります。[35]

鉛は原子番号が高いため、最も重い元素であり、その天然同位体は安定していると見なされています。 Lead-208は最も重い安定した核です。 (この区別は、以前に落ちビスマス、83の原子番号と、その唯一まで始原同位体、ビスマス209、非常にゆっくりと減衰し、2003年に発見された。)[i]が4つの安定した鉛の同位体、理論的に受ける可能性がアルファ崩壊をしますエネルギーを放出する水銀の同位体ですが、これはどの同位体でも観察されていません。彼らの予測半減期は10〜35 10への189[38] 少なくとも10 25回の宇宙の現在の年齢)。

安定した同位体のうちの3つは、4つの主要な崩壊系列のうちの3つに見られます。鉛-206、鉛-207、および鉛-208は、それぞれウラン238、ウラン235、およびトリウム232の最終崩壊生成物です。[39]これらの崩壊系列は、ウラン鎖、アクチニウム鎖、およびトリウム鎖と呼ばれます。[40]天然岩サンプル中のそれらの同位体濃度は、これら3つの親ウランおよびトリウム同位体の存在に大きく依存します。たとえば、鉛208の相対的な存在量は、通常のサンプルの52%からトリウム鉱石の90%の範囲です。[41]このため、鉛の標準原子質量は小数点以下1桁のみになります。[42]時間の経過とともに、鉛-206と鉛-207の鉛-204に対する比率が増加します。これは、前者の2つがより重い元素の放射性崩壊によって補完され、後者はそうではないためです。これにより、鉛鉛年代測定が可能になります。ウランが鉛に崩壊すると、それらの相対量が変化します。これがウラン鉛年代測定の基礎です[43]鉛-207は核磁気共鳴を示します。これは、溶液および固体状態でその化合物を研究するために使用されてきた特性であり、[44] [45]人体を含みます。[46]

A piece of a gray meteorite on a pedestal
キャニオンディアブロ隕石の最大の部分であるホルシンガー隕石ウラン-鉛のデートリードリードデートのこの隕石許可洗練上の地球の年齢45.5億±7000万年。

自然に存在するほとんどすべての鉛を構成する安定同位体とは別に、微量の放射性同位体があります。それらの1つは鉛210です。半減期はわずか22。3年ですが、[33]鉛210は、ウラン238(地球上に何十億年も存在している)で始まる長い崩壊系列によって生成されるため、自然界で少量発生します。鉛211、-212、および-214は、それぞれウラン235、トリウム232、およびウラン238の崩壊系列に存在するため、これら3つの鉛同位体すべての痕跡が自然に見つかります。鉛-209の微量の痕跡は娘生成物の1つであるラジウム-223の非常にまれなクラスター崩壊から生じます。天然ウラン235の崩壊系列、およびネプツニウム237の崩壊系列。これらの痕跡は、ウラン鉱石での中性子捕獲によって生成されます。鉛210は、鉛206との比率を測定することにより、サンプルの年代を特定するのに特に役立ちます(両方の同位体が単一の崩壊系列に存在します)。[47]

合計で43の鉛同位体が合成され、質量数は178〜220です。[33]鉛205は最も安定した放射性同位元素であり、半減期は約1.73 × 10です。7 年。[j] 2番目に安定しているのは鉛-202で、半減期は約52、500年で、天然の微量放射性同位元素のどれよりも長くなっています。[33]

化学

A flame with a small metal rod penetrating it; the flame near the rod is pale blue.
試験:鉛色炎淡青

湿った空気にさらされたバルク鉛は、さまざまな組成の保護層を形成します。炭酸鉛(II)は一般的な成分です。[49] [50] [51]硫酸塩又は塩化物はまた、都市又は海上設定中に存在してもよいです。[52]この層は、バルク鉛を空気中で効果的に化学的に不活性にします。[52]細かく粉末化された鉛は、多くの金属と同様に、自然発火性であり[53]、青みがかった白色の炎で燃えます。[54]

フッ素は室温で鉛と反応し、フッ化鉛(II)を形成します。塩素の反応は似ていますが、結果として生じる塩化物層が元素の反応性を低下させるため、加熱が必要です。[52]溶融鉛はカルコゲンと反応して、鉛(II)カルコゲニドを生成します。[55]

鉛金属は硫酸リン酸に耐性がありますが、塩酸硝酸に耐性がありません結果は、製品塩の不溶性とその後の不動態化に依存します。[56]酢酸などの有機酸は、酸素の存在下で鉛を溶解します。[52]濃縮アルカリは鉛を溶解し、鉛直を形成します。[57]

無機化合物

鉛は、+ 4と+2の2つの主要な酸化状態を示します。四価の状態は炭素基が一般的です。二価状態は、炭素シリコンはまれであり、ゲルマニウムではマイナーであり、スズでは重要です(ただし、一般的ではありません)。鉛の2つの酸化状態の中でより重要です。[52]これは相対論的効果、特に不活性電子対効果起因し、鉛と酸化物ハロゲン化物、または窒化物の電気陰性度に大きな違いがある場合に現れます。陰イオン、鉛にかなりの部分的な正電荷をもたらします。その結果、6p軌道の場合よりも鉛6s軌道の収縮が強くなり、イオン性化合物ではかなり不活性になります。不活性電子対効果は、鉛が有機鉛化合物の炭素など、同様の電気陰性度の元素と共有結合を形成する化合物にはあまり適用できません。これらでは、6Sと6P軌道は、同様のサイズのままであり、SP 3のハイブリダイゼーションは、依然としてエネルギー的に有利です。炭素と同様に、鉛はそのような化合物では主に4価です。[58]

1.87の鉛(II)と2.33の鉛(IV)の電気陰性度には比較的大きな違いがあります。この違いは、炭素基を下る+4酸化状態の安定性を高める傾向の逆転を示しています。比較すると、スズの値は、+ 2酸化状態で1.80、+ 4状態で1.96です。[59]

Lead(II)

鉛(II)化合物は、鉛の無機化学の特徴です。でも、強力な酸化剤、フッ素や塩素のようなだけではPbF与える鉛と反応2とのPbCl 2を[52]鉛(II)イオンは通常、溶液中で無色であり[60]、部分的に加水分解してPb(OH)+を形成し、最後に[Pb 4(OH)4 ] 4+ヒドロキシルイオンが架橋リガンドとして機能する)を形成します。 、[61] [62]です、スズ(II)イオンのように還元剤ではありません鉛の存在を特定するための技術水中の2+イオンは、一般に、希塩酸を使用した塩化鉛(II)の沈殿に依存しています。塩化物塩は水にやや溶けにくいため、非常に希薄な溶液では、硫化水素を溶液にバブリングすることで硫化鉛(II)の沈殿を実現します。[63]

一酸化鉛はリサージα-PbO(赤)とマシコットβ-PbO(黄色)の2つの多形存在し、後者は約488°C以上でのみ安定しています。 Lithargeは、最も一般的に使用される鉛の無機化合物です。[64]水酸化鉛(II)はありません。鉛(II)塩の溶液のpHを上げると、加水分解と凝縮が起こります。[65] 鉛は通常、より重いカルコゲンと反応します。硫化鉛は、半導体光伝導体、および非常に高感度の赤外線放射検出器です。他の2つのカルコゲニド、セレン化鉛テルル化鉛、同様に光伝導性です。グループを下るにつれて色が薄くなるという点で珍しいです。[66]

Alternating dark gray and red balls connected by dark gray-red cylinders
鉛および酸素正方晶で単位セル鉛丹

鉛ジハライドはよく特徴付けられています。これには、ジアスタチド[67]およびPbFC1などの混合ハロゲン化物が含まれます。後者の相対的な不溶性は、フッ素の重量分析の有用な基礎を形成します。二フッ化物は、発見された最初の固体イオン伝導性化合物でした(1834年、マイケルファラデーによって)。[68]他の二ハロゲン化物、特に二ヨウ化物は、紫外線または可視光にさらされると分解します。[69]多くの鉛(II)擬はなど、知られているシアン化物シアン酸塩、及びチオシアン[66] [70]鉛(II)は、ハロゲンの豊富な種類を形成配位錯体よう〔のPbClとして、4 ] 2-、[のPbCl 6 ] 4-、および[Pbの2 Clで9 ] N 5 N -鎖アニオン。[69]

硫酸鉛(II)は、他の重二価陽イオンの硫酸塩と同様に、水に不溶性です。硝酸鉛(II)と酢酸鉛(II)は非常に溶けやすく、これは他の鉛化合物の合成に利用されます。[71]

Lead(IV)

無機鉛(IV)化合物はほとんど知られていません。それらは高酸化性溶液でのみ形成され、通常は標準的な条件下では存在しません。[72]一酸化鉛は鉛、さらなる酸化に混合酸化物を与える3 O 4。それは次のように記載されている鉛丹、または構造2PbO・のPbO 2、および最もよく知られた混合原子価リード化合物です。二酸化鉛は強力な酸化剤であり、塩酸を塩素ガスに酸化することができます。[73]期待のPbClからである4生成される不安定であり、自発的にのPbClに分解する2及びCl 2[74]一酸化鉛と同様に、二酸化鉛は鉛酸陰イオンを形成することができます。二硫化鉛[75]と二セレン化鉛[76]は、高圧でのみ安定しています。黄色の結晶性粉末である四フッ化鉛は安定していますが、二フッ化物ほど安定していません四塩化鉛(黄色の油)は室温で分解し、四臭化鉛はまだ安定性が低く、四ヨウ化鉛の存在には疑問があります。[77]

Nine dark gray spheres connected by cylinders of the same color forming a convex shape
キャップされた正方形antiprismaticアニオン[鉛9 ] 4- [K(18-クラウン-6)]から2 K 2のPb 9・(JA)1.5 [78]

その他の酸化状態

一部のリード化合物は、+ 4または+2以外の正式な酸化状態で存在します。鉛(III)は、より大きな有機鉛錯体において、鉛(II)と鉛(IV)の中間体として得られる可能性があります。鉛(III)イオンとそれを含むより大きな錯体の両方がラジカルであるため、この酸化状態は安定していません[79] [80] [81]同じことが鉛(I)にも当てはまります。鉛(I)はそのようなラジカル種に見られます。[82]

多数の混合鉛(II、IV)酸化物が知られています。 PbOの場合2を空気中で加熱され、それは鉛なる12 O 19を293°C、PBの12 O 17 351℃でのPb 3 O 4 374における°C、605°Cで、最終的にPbO。さらなる三二酸化物、Pb 2 O 3は、いくつかの非化学量論的相とともに、高圧で得ることができます。それらの多くは、いくつかの酸素原子が空孔に置き換えられた欠陥のある蛍石構造を示しています。PbOは、酸素原子のすべての交互の層が存在しない、そのような構造を持っていると見なすことができます。[83]

負の酸化状態は、として生じ得るチントル相のBaのように、いずれかの鉛フリー陰イオンとして、2のリードは、正式に(-IV)、リードされた状態で、鉛[84]または酸素感受性リング状または多面体クラスターイオン内のような三方両錐のPb 5 2- 2個のリード原子が、鉛イオンである、(-I)と3つのリード(0)です。[85]そのようなアニオンは、各原子が多面体の頂点にあり、そのSPから縁に沿ってそれぞれ共有結合への2個の電子を寄与する3混成軌道、他の2つは外側にある孤立電子対[61]それらは、鉛を次のように還元することにより、液体アンモニアで作ることができます。ナトリウム[86]

A gray-green sphere linked to four black spheres, each, in turn, linked also to three white ones
テトラエチル鉛分子の構造
  炭素
水素

有機鉛

鉛は多重結合鎖を形成することができます。これは、炭素グループのより軽い同族体と共有する特性です。 Pb-Pb結合エネルギーはC-C結合のエネルギーの3.5分の1であるため、その能力ははるかに低くなります。[55]鉛はそれ自体で、最大3つのオーダーの金属間結合を構築できます。[87]炭素を使用すると、鉛は一般的な有機化合物[88]と同様の有機鉛化合物を形成しますが、一般的に安定性は低くなります(Pb-C結合がかなり弱いため)。[61]これにより、有機金属化学はスズよりもはるかに広範囲になりません。[89]鉛は、無機鉛(II)反応物から開始した場合でも、主に有機鉛(IV)化合物を形成します。有機鉛(II)化合物はほとんど知られていません。最もよく特徴付け例外は鉛[CH(サイムいる32 ] 2及びPb(η 5 -C 5 H 52[89]

最も単純な有機化合物であるメタンの鉛類似体プルンバンです。プルンバンは、金属鉛と原子状水素との反応で得られる可能性があります[90] 2つの単純な誘導体、テトラメチルテトラエチル鉛は、最もよく知られている有機鉛化合物です。これらの化合物は比較的安定しています。テトラエチル鉛は、加熱された場合[91]、または日光や紫外線にさらされた場合にのみ分解を開始します。[92] [k]鉛はナトリウム金属と容易に等モル合金を形成し、ハロゲン化アルキルと反応して有機金属を形成しますテトラエチル鉛などの化合物。[93]多くの有機化合物の酸化性が有効に活用されています。四酢酸鉛は、有機合成における酸化のための重要な実験用試薬です。[94]テトラエチル鉛は、ガソリンに添加されると、他のどの有機金属化合物よりも大量に生産されました。[89]他の有機鉛化合物は、化学的安定性が低い。[88]多くの有機化合物には、鉛類似体は存在しません。[90]

起源と発生

太陽系の存在量[95]
原子
番号
エレメント 相対
42 モリブデン 0.798
46 パラジウム 0.440
50 1.146
78 白金 0.417
80 水星 0.127
82 リード 1
90 トリウム 0.011
92 ウラン 0.003

宇宙で

中の鉛のパーティクルごとの豊富太陽系は0.121であるPPB(10億分の1)。[95] [l]この数字は、プラチナの2.5倍、水銀の8倍、金の17倍です。[95]宇宙の鉛の量はゆっくりと増加しており[96]、ほとんどの重い原子(すべて不安定)が徐々に崩壊して鉛になります。[97] 45億年前の太陽系の形成以来の鉛の存在量は約0.75%増加しました。[98]太陽系の存在量の表は、原子番号が比較的高いにもかかわらず、原子番号が40を超える他のほとんどの元素よりも鉛が多いことを示しています。[95]

同位体鉛204、鉛206、鉛207、鉛208で構成される原始鉛は、主に星で発生する繰り返しの中性子捕獲プロセスの結果として作成されました。キャプチャの2つの主なモードは、sプロセスrプロセスです。[99]

s過程(sは「遅い」を意味します)では、捕獲は数年または数十年で区切られ、安定性の低い核がベータ崩壊することを可能にします。[100]安定したタリウム203原子核は、中性子を捕獲してタリウム204になることができます。これはベータ崩壊を受けて安定した鉛204を生成します。別の中性子を捕獲すると、それは鉛205になり、半減期は約1,500万年になります。さらにキャプチャすると、鉛206、鉛207、鉛208になります。別の中性子を捕獲すると、鉛208は鉛209になり、ビスマス209に急速に崩壊します。別の中性子を捕獲すると、ビスマス-209はビスマス-210になり、このベータはポロニウム-210に崩壊し、アルファは鉛-206に崩壊します。したがって、サイクルは鉛-206、鉛-207、鉛-208、およびビスマス-209で終了します。[101]

Uppermost part of the nuclide chart, with only practically stable isotopes and lead-205 shown, and the path of the s-process overlaid on it as well that of the cycle on lead, bismuth, and polonium
水銀からポロニウムまでのs過程の最後の部分のチャート。赤い線と円は中性子捕獲を表しています。青い矢印はベータ崩壊を表しています。緑の矢印はアルファ崩壊を表しています。シアンの矢印は電子捕獲を表します。

rプロセス(rは「高速」を意味します)では、核が崩壊するよりも速く捕獲が起こります。[102]これは、超新星や2つの中性子星の融合など、中性子密度の高い環境で発生します。関係する中性子束は、10個の程度である22秒平方センチメートル当たり中性子。[103] r-プロセスは、s-プロセスほど多くのリードを形成しません。[104]中性子が豊富な原子核が126個の中性子に達すると、停止する傾向があります。[105]この時点で、中性子は原子核の完全な殻に配置されており、より多くの中性子をエネルギー的に収容することが難しくなっています。[106]中性子束がおさまると、これらの原子核ベータはオスミウム、イリジウム、プラチナの安定同位体に崩壊します。[107]

地球上

鉛はゴールドシュミット分類の下でカルコフィルとして分類されます。つまり、鉛は一般的に硫黄と結合して見られます。[108]それはその本来の金属の形でめったに発生しません[109]多くの鉛鉱物は比較的軽く、地球の歴史の中で、地球の内部に深く沈むのではなく地殻とどまっています。これは、鉛の14ppmという比較的高い地殻存在量を説明しています。それは地殻の中で38番目に豊富な元素です。[110] [m]

主な鉛含有鉱物は方鉛鉱(PbS)で、これは主に亜鉛鉱石に含まれています。[112]他のほとんどの鉛鉱物は、何らかの形で方鉛鉱に関連しています。ブーランジェ鉱、Pb 5 Sb 4 S 11は、方鉛鉱に由来する混合硫化物です。硫酸鉛鉱、PbSO 4は、方鉛鉱の酸化生成物です。そしてcerussite又は白鉛鉱石、PBCO 3は、方鉛鉱の分解生成物です。ヒ素、スズ、アンチモン、銀、金、銅、ビスマスは、鉛鉱物の一般的な不純物です。[112]

A line chart generally declining towards its right
鉛は、原子番号が高いため地球の地殻でかなり一般的な元素です(82)。原子番号が40を超えるほとんどの元素は、それほど豊富ではありません。

世界の鉛資源は20億トンを超えています。重要な預金は、オーストラリア、中国、アイルランド、メキシコ、ペルー、ポルトガル、ロシア、および米国にあります。2016年の世界の埋蔵量(経済的に採掘可能な資源)は合計8,800万トンで、そのうちオーストラリアは3,500万トン、中国は1,700万トン、ロシアは640万トンでした。[113]

リードの典型的なバックグラウンド濃度は0.1μgの/ M超えない3雰囲気中で、土壌中100mg / kg; 植生で4mg / kg、淡水と海水で5μg/ L。[114]

語源

現代英語のはゲルマン語に由来しています。これは、中英語の リード古英語の リードに由来します「e」の上にあるマクロンは、その文字の母音が長いことを意味します)。[115]古英語の単語は、仮想的に再構築されたゲルマン祖語*ラウダ-(「リード」)に由来します。[116]言語理論によれば、この単語はまったく同じ意味の複数のゲルマン語の子孫を産んだ。[116]

ゲルマン祖語*ラウダ-の起源についてのコンセンサスはありません。ある仮説は、それがインド・ヨーロッパ祖語* lAudh-(「リード」;母音の大文字化はマクロンに相当)から派生していることを示唆しています。[117]別の仮説は、それがProto-Celtic * ɸloud-io-(「リード」)から借用されていることを示唆しています。この単語は、元素に化学記号Pbを与えたラテン語の 鉛に関連しています。 * ɸloud-io-という単語は、ゲルマン祖語* bliwa-(これは「鉛」も意味します)の起源であると考えられており、そこからドイツ語のBleiが生まれました[118]

化学元素の名前は、同じスペルの動詞とは関係ありません。これは、ゲルマン祖語* laidijan-(「リードする」)に由来します。[119]

歴史

A line chart generally growing to its right
ローマ時代と産業革命でピークに達した世界の鉛生産[120]

先史時代と初期の歴史

紀元前7000年から6500年までさかのぼる金属鉛ビーズが小アジアで発見されており、金属製錬の最初の例を示している可能性があります。[121]当時、鉛はその柔らかさと鈍い外観のために、(あったとしても)ほとんど用途がありませんでした。[121]鉛生産の広がりの主な理由は、方鉛鉱(一般的な鉛鉱物)を燃焼させることによって得られる可能性のある銀との関連でした。[122]古代エジプト人は、化粧品にその普及に適用鉛鉱物を使用した最初の古代ギリシャ以降を、[123]エジプト人は、漁網や釉薬のシンカーに鉛を使用した可能性があります、メガネ、エナメル、装飾品用。[122]の様々な文明肥沃な三日月地帯はとして、筆記材料として鉛を使用硬貨[124]及び建設材料として。[122]鉛は、古代中国の王宮で覚醒剤として[122]通貨として、[125]そして避妊薬として使用されました[126]インダス文明Mesoamericans [122]お守りを作るために使用されます。アフリカ東部と南部の人々は伸線に鉛を使用していました[127]

古典派

銀は装飾材料や交換媒体として広く使用されていたため、紀元前3000年から小アジアで鉛鉱床が機能するようになりました。その後、エーゲ海ラウリオンで鉛鉱床が開発されました[128]これらの3つの地域は、cまで、採掘された鉛の生産を集合的に支配していた。紀元前1200年。[129]紀元前2000年頃から、フェニキア人イベリア半島で堆積物を処理しました西暦前1600年までに、鉛の採掘はキプロス、ギリシャ、サルデーニャに存在していました[130]

片側に翼のあるサンダーボルトが成形され、反対側に「ΔΕΞΑΙ」(「テイクザット」または「キャッチ」)の刻印が付いた古代ギリシャの鉛スリングの弾丸[131]

ヨーロッパと地中海全域でのローマの領土拡大とその鉱業の発展により、ローマ古典時代の鉛の最大の生産者となり、推定年間生産量は80,000トンに達しました。彼らの前任者のように、ローマ人は主に銀製錬の副産物として鉛を手に入れました。[120] [132] 鉛の採掘は、中央ヨーロッパ、イギリスバルカン半島ギリシャアナトリアヒスパニアで行われ、後者は世界の生産量の40%を占めています。[120]

鉛の錠剤は、手紙の素材として一般的に使用されていました。[133] 古代ユダヤでは、故人の信仰に合うように交換可能なモチーフを備えた、平らな砂の形に鋳造された鉛の棺が使用されていました[134]鉛は、紀元前5世紀のスリング弾を作るために使用されました。ローマ時代には、鉛スリングの弾丸が十分に使用され、100〜150メートルの距離で効果がありました。カルタゴ軍とローマ軍の傭兵として使用されていたバレアレスのスリンガーは、射撃距離と正確さで有名でした。[135]

鉛はローマ帝国で水道管を作るために使用されました金属ラテン語であるplumbumは、英語の「plumbing」の語源です。その作業のしやすさと耐食性[136]により、医薬品、屋根ふき、通貨、戦争などの他の用途での広範な使用が保証されました。[137] [138] [139] Cato the ElderColumellaPliny the Elderなどの当時の作家は、甘味料や防腐剤の調製に鉛(または鉛被覆)容器を推奨していました。ワインと食品に追加されます。鉛は「鉛の糖」(酢酸鉛(II))の形成により心地よい味を与えましたが、銅または青銅の容器は緑青の形成を通じて苦味を与える可能性があります。[140]

この金属は、古典古代で群を抜いて最も使用されていた材料であり、(ローマの)鉛の時代を参照するのが適切です。鉛はローマ人にとってプラスチックが私たちにとって何であるかということでした。

ハインツ・エシュナウアーとマルクス・ストエプラー
「ワイン—ワイン醸造標本バンク」、1992年[141]

ローマの作家ウィトルウィウスは鉛の健康上の危険性を報告し[142] [143]、現代の作家は鉛中毒がローマ帝国の衰退に大きな役割を果たしたことを示唆しています。[144] [145] [n]他の研究者はそのような主張を批判し、例えば、すべての腹痛が鉛中毒によって引き起こされるわけではないことを指摘している。[147] [148]考古学調査によると、ローマの鉛パイプは水道水中の鉛レベルを上昇させましたが、そのような影響は「本当に有害である可能性は低い」ものでした。[149] [150]鉛中毒が起こったとき、犠牲者は、神々の恐ろしい父親にちなんで、暗くて冷笑的な「土星」と呼ばれた。土星関連付けにより、鉛はすべての金属の父と見なされていました。[151]ローマ社会でのその地位は、容易に入手可能で[152]安価であったため、低かった[153]

Ancient pipes in a museum case
ローマの鉛パイプ[o]

スズとアンチモンとの混同

古典派時代(そして17世紀まで)、スズは鉛と区別されないことがよくありました。ローマ人は鉛鉛ニグラム(「黒い鉛」)と呼ばれ、スズ鉛カンジダム(「明るい鉛」)と呼ばれていました。鉛とスズの関連性は他の言語でも見ることができます。チェコ語のolovo「鉛」を意味しますが、ロシア語では、同族のоловоolovo)は「スズ」を意味します。[154]混乱を増すために、鉛はアンチモンと密接な関係があります。両方の元素は一般に硫化物(方鉛鉱と輝安鉱)として、しばしば一緒に発生します。プリニウスは、輝安鉱がアンチモンの代わりに加熱に鉛を与えると誤って書いた。[155] トルコやインドなどの国では、元々ペルシャ語の名前であるsurmaは、硫化アンチモンまたは硫化鉛のいずれかを指すようになり[156]、ロシア語などの一部の言語では、アンチモンにその名前が付けられました(сурьма)。[157]

中世とルネッサンス

西ヨーロッパでの鉛鉱山は陥落した後に減少した西ローマ帝国で、アラビアイベリアは大きな出力を有する唯一の領域です。[158] [159]鉛の最大の生産は、鉛の採掘が急速に成長した南アジアと東アジア、特に中国とインドで発生した。[159]

A white-faced woman in red clothes
イギリスのエリザベス1世は、一般的に白い顔で描かれていました。顔のホワイトナーの鉛は彼女の死に貢献したと考えられています。[160]

ヨーロッパでは、鉛の生産量は11世紀から12世紀にかけて増加し始め、再び屋根や配管に使用されました。 13世紀から、鉛はステンドグラスの作成に使用されました[161]、欧州およびアラビアの伝統錬金術、鉛(シンボルSaturn symbol (fixed width).svg欧州伝統)[162]不純考えられた卑金属、純粋で清廉に変換することができ、分離、精製することにより、その構成エッセンスのバランシングゴールド。[163]期間中、鉛はますます成人化のために使用されたワイン。このようなワインの使用は、1498年に教皇勅書によってキリスト教の儀式での使用が禁止されましたが、18世紀後半まで吸収され続け、大量の中毒を引き起こしました。[158] [164]鉛は印刷機の部品の重要な材料であり、鉛のほこりは一般に印刷作業員によって吸入され、鉛中毒を引き起こしました。[165]鉄よりも高価であるにもかかわらず、鉛は銃器の弾丸を作るための主要な材料にもなりました。鉄砲身へのダメージが少なく、密度が高く(速度の保持が向上)、融点が低いため、薪の火を使用して弾丸を製造できるため、弾丸の製造が容易になりました。[166]鉛、の形でベネチアンセルースは、白くなった顔が謙虚さの兆候と見なされていたため、西ヨーロッパの貴族によって化粧品に広く使用されていました。[167] [168]この慣習は後に白いかつらとアイライナーに拡大し、18世紀後半のフランス革命のみ衰退した同様のファッションが18世紀に日本で登場し、芸者が登場しました。これは20世紀まで長く続いた慣習です。女性の白い顔は「日本人女性としての女性の美徳を表すようになった」[169]、ホワイトナーで一般的に使用される鉛を使用している。[170]

ヨーロッパとアジア以外

新世界、鉛生産は、欧州の入植者の到着後、すぐに記録しました。最も初期の記録は、バージニア植民地での創設から14年後の1621年にさかのぼります[171]オーストラリア、大陸に入植によって開かれた最初の鉱山は1841年に、鉛鉱山であった[172]アフリカ、鉛採鉱及び精錬がで知られていたベヌエトラフ[173]及び下部コンゴ盆地、鉛ヨーロッパ人との貿易に使用され、17世紀までに通貨として使用され[174]、アフリカスクランブルのかなり前に使用されました

A black-and-white drawing of men working in a mine
1865年の米国のミシシッピ川上流域での鉛採掘

産業革命

18世紀の後半、英国、そしてその後の大陸ヨーロッパと米国は、産業革命を経験しました。鉛の生産率がローマの生産率を上回ったのはこれが初めてでした。[175]英国は主要な生産者であり、19世紀半ばまでに鉱山の枯渇とドイツ、スペイン、および米国での鉛採掘の発展によりこの地位を失った。[176] 1900年までに、米国は世界の鉛生産のリーダーとなり、他の非ヨーロッパ諸国(カナダ、メキシコ、オーストラリア)は重要な生産を開始しました。ヨーロッパ以外の生産は国内の生産を上回りました。[177]鉛の需要の大部分は、配管と塗装、つまり鉛塗料から来ていました。定期的に使用されていました。[178]この時、より多くの(労働者階級の)人々が金属にさらされ、鉛中毒の事件がエスカレートした。これは、鉛摂取の影響に関する研究につながりました。鉛は、固体金属よりもヒュームの形でより危険であることが証明されました。鉛中毒と痛風は関連していた。英国の医師アルフレッド・ベアリング・ギャロッドは、痛風患者の3分の1が配管工と画家であると述べました。精神障害を含む鉛の慢性摂取の影響も19世紀に研究されました。工場での鉛中毒を減らすことを目的とした最初の法律は、1870年代と1880年代に英国で制定されました。[178]

A promotional poster for "COLLIER White Lead" (these words are highlighted) featuring a large image of a boy
ダッチボーイリードペイントのプロモーションポスター、アメリカ合衆国、1912年

現代

鉛が人間にもたらした脅威のさらなる証拠は、19世紀後半から20世紀初頭に発見されました。危害のメカニズムがよりよく理解され、鉛の失明が文書化され、その要素は米国とヨーロッパでの公的使用から段階的に廃止されました。英国は1878年に強制的な工場検査を導入し、1898年に最初の工場の医療検査官を任命しました。その結果、1900年から1944年にかけて鉛中毒事件が25分の1に減少したことが報告されました。[179]ほとんどのヨーロッパ諸国は、1930年までにインテリア用の鉛塗料(不透明性と耐水性のために一般的に使用される[180])を禁止しました。[181]

鉛への最後の主要な人間の曝露は、アンチノック剤としてのガソリンへのテトラエチル鉛の添加でした。これは、1921年に米国で始まった慣行です。2000年までに米国と欧州連合で段階的に廃止されました[178]

1970年代に、米国と西ヨーロッパ諸国は鉛の大気汚染を減らすための法律を導入しました。[182] [183]影響は重大であった:1976年から1980年に米国の疾病管理予防センターによって実施された研究は、人口の77.8%が1991年から1994年に血中鉛レベルを上昇させたことを示した。同じ研究所による研究では、このような高レベルの人々の割合は2.2%に低下したことが示されました。[184] 20世紀の終わりまでに鉛で作られた主な製品は、鉛蓄電池でした。[185]

1960年から1990年にかけて、西側諸国の鉛生産量は約31%増加しました。[186]東側諸国による世界の鉛生産のシェアは、1950年から1990年にかけて10%から30%に増加し、1970年代半ばから1980年代にかけてソビエト連邦が世界最大の生産国となり、中国が主要なリードを開始した。 20世紀後半の生産。[187]ヨーロッパの共産主義国とは異なり、中国は20世紀半ばまでほとんど工業化されていなかった。2004年、中国は鉛の最大の生産国としてオーストラリアを上回りました。[188]ヨーロッパの工業化の場合と同様に、鉛は中国の健康に悪影響を及ぼしてきました。[189]

制作

A line chart of many lines, some longer than other, most generally growing towards its right
1840年以降の鉛の一次生産

2014年現在、鉛蓄電池での使用により、鉛の生産量は世界的に増加しています。[190]生産には2つの主要なカテゴリーがあります。一次は採掘された鉱石から、二次はスクラップからです。2014年には、458万メートルトンが一次生産から、564万メートルトンが二次生産から発生しました。その年の採掘された鉛精鉱の上位3つの生産者は、中国、オーストラリア、および米国でした。[113]精製鉛の上位3つの生産者は、中国、米国、およびインドでした。[191]によると、国際資源パネル社会報告書中の金属株式2010年の世界ベースでの使用中、備蓄、廃棄、または環境への放散された鉛の総量は、1人あたり8kgです。これの多くは、発展途上国(1人あたり1〜4 kg)ではなく、より先進国(1人あたり20〜150 kg)にあります。[192]

一次鉛と二次鉛の製造プロセスは似ています。一部の一次生産工場は現在、鉛スクラップで操業を補完しており、この傾向は将来増加する可能性があります。適切な技術があれば、二次プロセスで得られた鉛と一次プロセスで得られた鉛を区別できません。建築業からのスクラップ鉛は通常かなりきれいであり、精錬が必要な場合もありますが、製錬を必要とせずに再溶解されます。したがって、二次鉛の生産は、エネルギー要件の観点から、一次生産よりも安価であり、多くの場合50%以上も安価です。[193]

プライマリ

ほとんどの鉛鉱石には、抽出のために濃縮する必要のある鉛の割合が低くなっています(豊富な鉱石の通常の含有量は3〜8%です)。[194]初期処理中、鉱石は通常、破砕、高密度媒体分離粉砕泡浮選、および乾燥を受けます。得られた濃縮物は、鉛含有量が30〜80質量%(通常は50〜60%)であり、[194]次に(不純な)鉛金属になります。

これを行うには、主に2つの方法があります。焙煎とそれに続く高炉抽出を含む2段階のプロセスで、別々の容器で実行されます。または、濃縮物の抽出が単一の容器で行われる直接プロセス。前者は依然として重要ですが、後者が最も一般的なルートになっています。[195]

鉛の世界最大の鉱業国、2016年[113]
出力
(千
トン)
 中国 2,400
 オーストラリア 500
 アメリカ 335
 ペルー 310
 メキシコ 250
 ロシア 225
 インド 135
 ボリビア 80
 スウェーデン 76
 七面鳥 75
 イラン 41
 カザフスタン 41
 ポーランド 40
 南アフリカ 40
 北朝鮮 35
 アイルランド 33
 マケドニア 33
他の国々 170

2段階のプロセス

まず、硫化物濃縮物を空気中焙煎して硫化鉛を酸化します。[196]

2 PbS(s)+ 3 O 2(g)→2 PbO(s)+ 2 SO 2(g)↑

元の濃縮物は純粋な硫化鉛ではなかったため、焙焼により、目的の酸化鉛(II)だけでなく、鉛および鉱石に含まれる他の金属の酸化物、硫酸塩、ケイ酸塩の混合物が生成されます。[197]この不純な酸化鉛は、コークス燃焼高炉で(再び、不純な)金属に還元されます:[198]

2 PbO(s)+ C(s)→2 Pb(s)+ CO 2(g)↑

不純物は主にヒ素、アンチモン、ビスマス、亜鉛、銅、銀、金です。通常、それらは一連の乾式製錬プロセスで除去されます。溶融物は反射炉で空気、蒸気、硫黄で処理され、銀、金、ビスマス以外の不純物が酸化されます。酸化された汚染物質は溶融物上部に浮き、すくい取られます。[199] [200]金属の銀と金は、鉛に亜鉛を添加するパークスプロセスによって経済的に除去および回収されます。鉛と混和しない亜鉛は、銀と金を溶かします。亜鉛溶液を鉛から分離し、銀と金を回収することができます。[200] [201]脱銀された鉛は、ベタートン-クロールプロセスによってビスマスが除去され、金属カルシウムとマグネシウムで処理されます。得られたビスマスドロスはすくい取ることができます。[200]

乾式製錬プロセスの代わりに、Bettsプロセスを使用して製錬された鉛を電解的に処理することにより、非常に純粋な鉛を得ることができます不純な鉛のアノードと純粋な鉛のカソードは、フルオロケイ鉛の電解質(PbSiF 6)に配置されます。電位が印加されると、アノードの不純な鉛が溶解し、カソードにめっきされ、不純物の大部分が溶液中に残ります。[200] [202]これは高コストのプロセスであるため、多くの場合、不純物を高い割合で含む地金を精製するために予約されています。[203]

直接処理

このプロセスでは、鉛地金とスラグ鉛精鉱から直接得られます。硫化鉛精鉱は炉内で溶解されて酸化され、一酸化鉛を形成します。炭素(コークスまたは石炭ガス[p]として)は、フラックス剤とともに溶融装入物に添加されます。これにより、一酸化鉛は、一酸化鉛が豊富なスラグの中で金属鉛に還元されます。[195]

入力に鉛が豊富に含まれている場合、元の鉛の80%が地金として取得できます。残りの20%は、一酸化鉛が豊富なスラグを形成します。低品位の原料の場合、すべての鉛を酸化して高鉛スラグにすることができます。[195]金属鉛は、高鉛(25〜40%)スラグから、水中燃料の燃焼または噴射、電気炉による還元、またはその両方の組み合わせによってさらに得られます。[195]

代替案

よりクリーンでエネルギー消費の少ない鉛抽出プロセスの研究が続けられています。主な欠点は、廃棄物として失われる鉛が多すぎるか、代替品によって得られる鉛金属の硫黄含有量が高くなることです。不純な鉛のアノード電解液に浸し、純粋な鉛をカソードに堆積させる湿式製錬抽出は、可能性を秘めている可能性のある手法ですが、電気が非常に安い場合を除いて、現在は経済的ではありません。[204]

二次

一次生産の重要な部分である製錬は、二次生産中にスキップされることがよくあります。これは、金属鉛が大幅に酸化された場合にのみ実行されます。[193]このプロセスは、高炉またはロータリーキルンのいずれかでの一次生産のプロセスと似ていますが、本質的な違いは、歩留まりのばらつきが大きいことです。高炉は硬質鉛(10%アンチモン)を生成しますが、反射炉およびロータリーキルン炉は生成されます。セミソフトリード(3〜4%アンチモン)。[205] ISASMELTプロセスは、一次生産の拡張として機能する可能性のある最近の製錬方法です。使用済み鉛蓄電池(硫酸鉛と酸化鉛を含む)からのバッテリーペーストは、アルカリで処理することによって硫酸塩を除去し、次に酸素の存在下で石炭燃料炉で処理され、不純な鉛を生成します。最も一般的な不純物。[206]二次リードの精製は一次リードの精製と同様です。リサイクルされる材料とその潜在的な汚染によっては、一部の精製プロセスがスキップされる場合があります。[206]

リサイクル用の鉛の供給源の中で、鉛蓄電池が最も重要です。リードパイプ、シート、ケーブルの被覆も重要です。[193]

アプリケーション

A closed structure of black bricks
鉛のレンガ(4%のアンチモンと合金化)が放射線シールドとして使用されます。[207]

一般に信じられていることとは反対に、木製の鉛筆の鉛筆の芯は、鉛から作られたことはありません。鉛筆が包まれたグラファイト筆記具として生まれたとき、使用された特定のタイプのグラファイトルリマツリと名付けられまし(文字通り、または鉛のモックアップのため行動します)。[208]

エレメンタルフォーム

鉛金属には、高密度、低融点、延性、相対的な不活性など、いくつかの有用な機械的特性があります。多くの金属は、これらの側面のいくつかで鉛より優れていますが、一般的にはあまり一般的ではなく、親鉱石から抽出するのはより困難です。鉛の毒性により、一部の用途では段階的に廃止されています。[209]

鉛は中世に発明されて以来、弾丸に使用されてきました。安価です。融点が低いということは、小火器の弾薬とショットガンのペレットを最小限の技術設備で鋳造できることを意味します。また、他の一般的な金属よりも密度が高いため、速度の保持が向上します。それは、硬化剤として他の金属と合金化された弾丸の主要な材料のままです。[166]狩猟に使用される鉛弾が環境に損害を与える可能性があるという懸念が提起されている。[q]

鉛の高密度と耐食性は、多くの関連アプリケーションで活用されています。ヨットのキールのバラストとして使用されます。その密度により、少量の体積を吸収し、水の抵抗を最小限に抑えることができるため、帆への風のヒール効果を相殺します。[211]ダイバーの浮力を打ち消すために、スキューバダイビングの ウェイトベルトで使用されます。[212] 1993年、ピサの斜塔の基地は600トンの鉛で安定した。[213]鉛は耐食性があるため、水中ケーブルの保護シースとして使用されます。[214]

Yellow sculpture
17世紀の金でコーティングされた鉛の彫刻

鉛は建設業界で多くの用途があります。鉛シートは、屋根材、クラッディングフラッシング側溝と側溝の接合部、および屋根の欄干の建築用金属として使用されます。[215] [216]鉛は今でも彫像や彫刻に使用されており、[r]アーマチュアも含まれています。[218]過去には、車の車輪のバランスとるためによく使用されていました。環境上の理由から、この使用は他の材料を優先して段階的に廃止されています。[113]

真ちゅうや青銅などの銅合金には、機械加工性潤滑を向上させるために鉛が添加されています。鉛は銅にほとんど溶けないため、粒界など、合金全体に欠陥のある固体の小球を形成します。低濃度では、潤滑剤として機能するだけでなく、小球が合金の加工時削りくずの形成を妨げ、それによって被削性が向上します。ベアリングには鉛濃度の高い銅合金が使用されています。リード線は潤滑を提供し、銅は耐荷重サポートを提供します。[219]

鉛の高密度、原子番号、および成形性は、音、振動、および放射線を吸収するバリアとして鉛を使用するための基礎を形成します。[220]鉛には固有振動数がありません。[220]その結果、シートリードは、サウンドスタジオの壁、床、天井の消音層として使用されています。[221] オルガンパイプはしばしば鉛合金から作られ、各パイプの調子を制御するためにさまざまな量のスズと混合されます。[222] [223]鉛は、その密度と高さから核科学およびX線[224]で放射線からの確立されたシールド材料です。減衰係数[225]溶融鉛は鉛冷却高速炉の冷却として使用されてきました[226]

21世紀初頭の鉛の最大の用途は、鉛蓄電池です。バッテリーの鉛は人体と直接接触しないため、毒性の懸念が少なくなります。[s]鉛蓄電池製造工場で働く人々は、鉛粉塵にさらされてそれを吸い込む可能性があります。[228] }鉛、二酸化鉛、および硫酸の間のバッテリー内の反応は、信頼できる電圧源を提供します。[t] 鉛蓄電池を組み込んだスーパーキャパシタは、オーストラリア、日本、および米国のキロワットおよびメガワット規模のアプリケーションで、周波数調整、太陽の平滑化とシフト、風の平滑化、およびその他のアプリケーションにインストールされています。[230]これらの電池は、リチウムイオン電池よりもエネルギー密度と充放電効率が低くなりますが、大幅に安価です。[231]

鉛は、絶縁体への水の拡散を防ぐための被覆材として高電圧電力ケーブルに使用されます。鉛が段階的に廃止されるにつれて、この使用は減少しています。[232]電子機器用のはんだでの使用も、環境に有害な廃棄物の量を減らすために一部の国で段階的に廃止されています。[233]鉛は、博物館の資料のオディ試験使用される3つの金属の1つであり、有機酸、アルデヒド、および酸性ガスの検出に役立ちます。[234] [235]

化合物

鉛蓄電池の主な用途であることに加えて、鉛蓄電池は鉛化合物の主な消費者でもあります。これらの機器に使用されるエネルギー貯蔵/放出反応は必要硫酸鉛二酸化鉛を

Pb(s)+ PbO
2
(s)+ 2 H
2
それで
4
(aq)→2 PbSO
4
(s)+ 2 H
2
O
(l)

鉛化合物の他の用途は非常に特殊であり、しばしば衰退します。鉛ベースの着色剤は、セラミック釉薬やガラス、特に赤や黄色の色合いに使用されます。[236]鉛塗料はヨーロッパと北アメリカで段階的に廃止されていますが、中国、[237]インド、[238]、インドネシアなどの発展途上国では引き続き使用されています[239]四酢酸鉛と二酸化鉛は、有機化学の酸化剤として使用されています。鉛は、電気コードのポリ塩化ビニルコーティングに頻繁に使用されます。[240] [241]キャンドルの芯を処理して、より長く、より均一に燃焼させるために使用できます。その毒性のために、ヨーロッパと北米のメーカーは亜鉛などの代替品を使用しています。[242] [243] 鉛ガラスは、12〜28%の酸化鉛で構成されており、光学特性が変化し、電離放射線の透過が減少します。[244]ブラウン管を備えた古いテレビやコンピューターモニターで使用されている特性です。テルル化鉛やセレン化鉛などの鉛ベースの半導体は、太陽電池や赤外線検出器に使用されています。[245]

生物学的影響

リード
ハザード
GHSピクトグラム GHS07: Exclamation markGHS08: Health hazardGHS09: Environmental hazard
GHSシグナルワード 危険
H302H332H351H360DfH373H410
P201P261P273P304P308P312P313P340P391 [246]
NFPA 704(ファイアダイヤモンド)
2
0
0

鉛には生物学的役割が確認されておらず、安全なレベルの鉛曝露も確認されていません。[247] 2009年のカナダ系アメリカ人の研究では、リスクをほとんどまたはまったくもたらさないと考えられるレベルでも、鉛は「メンタルヘルスに悪影響を与える」可能性があると結論付けています。[248]それにもかかわらず、人体でのその有病率は、成人の平均で120 mg [u]であり、重金属の中で亜鉛(2500 mg)と鉄(4000 mg)だけが超えています。[250]リード塩は、非常に効率的に体内に吸収されます。[251]少量の鉛(1%)が骨に蓄えられています。残りは暴露後数週間以内に尿と糞便に排泄されます。鉛の約3分の1だけが子供によって排泄されます。継続的な暴露により、鉛の生体内蓄積[252]

毒性

鉛は(吸入されたものであれ飲み込まれたものであれ)非常に有毒な金属であり、人体のほぼすべての臓器やシステムに影響を及ぼします。[253] 100 mg / m 3の空中濃度で、生命と健康にすぐに危険です。[254]摂取された鉛のほとんどは血流に吸収されます。[255]その毒性の主な原因は、酵素の適切な機能を妨害する傾向です。これは、多くの酵素に見られるスルフヒドリル基に結合する[256]、または多くの酵素反応で補因子として作用する他の金属を模倣して置換することによって行われます。[257]鉛が相互作用する必須金属には、カルシウム、鉄、亜鉛があります。[258]高レベルのカルシウムと鉄は、鉛中毒からある程度保護する傾向があります。低レベルは感受性の増加を引き起こします。[251]

効果

鉛は脳と腎臓に深刻な損傷を与え、最終的には死に至る可能性があります。カルシウムを模倣することにより、鉛は血液脳関門を通過することができます。それニューロンミエリン鞘を分解し、それらの数を減らし、神経伝達経路を妨害し、そしてニューロンの成長を減少させます。[256]人体では、鉛はポルフォビリノーゲンシンターゼフェロケラターゼを阻害しポルフォビリノーゲンの形成と、ヘム合成の最終段階であるプロトポルフィリンIXへの鉄の取り込みの両方を防ぎます。これは、効果のないヘム合成と小球性貧血を引き起こします。[259]

A chart of a human body with arrows pointing pieces of text to different parts of the body
鉛中毒の症状

鉛中毒の症状には、腎症疝痛のような腹痛、そしておそらく指、手首、または足首の脱力感が含まれます。特に中高年の人々では、わずかな血圧の上昇が明らかであり、貧血を引き起こす可能があります。いくつかの研究は、ほとんどが横断的であり、鉛曝露の増加と心拍変動の減少との間に関連性があることを発見しました。[260]妊娠中の女性では、鉛への高レベルの曝露が流産を引き起こす可能性があります。慢性的な高レベルの曝露は、男性の出産する可能性を低下させることが示されています。[261]

子供の発達中の脳では、鉛大脳皮質のシナプス形成神経化学的発達(神経伝達物質の発達を含む)、およびイオンチャネルの組織化を妨害します[262]幼児期の曝露は、睡眠障害および日中の過度の眠気のリスクの増加と関連しています。[263]高血圧は、少女の思春期遅発症と関連しています。[264] 20世紀のガソリン中のテトラエチル鉛の燃焼による空中鉛への曝露の増減は、犯罪レベルの歴史的な増減と関連している。

露出ソース

鉛の採掘と製錬、およびバッテリーの製造/廃棄/リサイクルは多くの国で一般的であるため、鉛の曝露は地球規模の問題です。鉛は、吸入、経口摂取、または皮膚吸収を介して体内に入ります。吸入された鉛のほとんどすべてが体内に吸収されます。摂取の割合は20〜70%で、子供は大人よりも高い割合を吸収します。[265]

中毒は通常、鉛で汚染された食品または水の摂取に起因し、汚染された土壌、ほこり、または鉛ベースの塗料を誤って摂取した後に発生することはあまりありません。[266]海水製品は、近くの工業用水によって影響を受ける場合、鉛を含む可能性があります。[267]果物や野菜は、それらが栽培された土壌中の高レベルの鉛によって汚染される可能性があります。土壌は、パイプ内の鉛、鉛塗料、および鉛ガソリンからの残留排出物からの粒子の蓄積によって汚染される可能性があります。[268]

水道管に鉛を使用することは、軟水または酸性水がある地域では問題になります[269]硬水はパイプ内に不溶性の層を形成しますが、軟水と酸性水は鉛パイプを溶解します。[270]溶存二酸化炭素の可溶性鉛の形成をもたらすことができる実施水中炭酸。酸素化された水は、水酸化鉛(II)と同様に鉛を溶解する可能性があります。そのような水を時間をかけて飲むと、溶解した鉛の毒性のために健康上の問題を引き起こす可能性があります。硬い水より重炭酸カルシウム硫酸それは含まれ、パイプの内側は炭酸鉛または硫酸鉛の保護層でコーティングされます。[271]

カエルの心臓の実験装置に対する酢酸鉛の効果のカイモグラフ記録。

適用された鉛ベースの塗料の摂取は、子供たちの主な曝露源です。直接的な発生源は、古い塗装された窓枠を噛んでいます。あるいは、塗布されたドライペイントが劣化すると、剥がれ、粉塵に粉砕され、手と口の接触または汚染された食品、水、またはアルコールを介して体内に入ります。特定の家庭薬を摂取すると、鉛またはその化合物にさらされる可能性があります。[272]

吸入は2番目の主要な暴露経路であり、喫煙者、特に鉛関連の職業の労働者に影響を及ぼします。[255] タバコの煙には、他の有毒物質の中でも、放射性鉛210が含まれています。[273]

皮膚への暴露は、有機鉛化合物を扱う人々にとって重要かもしれません。無機鉛の皮膚吸収率は低くなります。[274]

治療

鉛中毒の治療には通常、ジメルカプロールサクシマーの投与が含まれます。[275]急性の症例では、エデト酸カルシウム二ナトリウムキレートカルシウムカルシウム、およびエチレンジアミン四酢酸の二ナトリウム塩(EDTAの使用が必要になる場合があります。カルシウムよりも鉛との親和性が高いため、鉛キレートは交換によって形成され、尿中に排泄され、無害なカルシウムが残ります。[276]

環境への影響

A dusty dump
セネガルのダカールにあるバッテリー収集サイト。2008年に少なくとも18人の子供が鉛中毒で亡くなりました。

鉛とその製品の抽出、生産、使用、廃棄は、地球の土壌と水を著しく汚染しました。鉛の大気への排出は、産業革命の最中にピークに達し、20世紀後半の有鉛ガソリンの時期でした。鉛の放出は、天然資源(すなわち、天然に存在する鉛の濃度)、工業生産、焼却とリサイクル、および以前に埋められた鉛の動員から発生します。[277]鉛の濃度の上昇は、脱工業化および都市部の土壌および堆積物に持続します。石炭燃焼から生じるものを含む産業排出物[278]は、世界の多くの地域、特に発展途上国で続いています。[279]

鉛は土壌、特に有機物含有量の高い土壌に蓄積する可能性があり、数百年から数千年の間そこにとどまります。環境中の鉛は、植物の表面や表面に見られる他の金属と競合する可能性があり、光合成阻害する可能性があり、十分に高い濃度で、植物の成長と生存に悪影響を及ぼします。土壌や植物の汚染は、微生物や動物に影響を与える食物連鎖を上昇させる可能性があります。動物では、鉛は多くの臓器で毒性を示し、摂取、吸入、または皮膚吸収後に神経系、腎臓系、生殖系、造血系、および心臓血管系に損傷を与えます。[280]水と堆積物の両方からの魚の摂取鉛。[281]食物連鎖における生体内蓄積は、魚、鳥、海の哺乳類に危険をもたらします。[282]

人為的鉛には、ショットおよびシンカーからの鉛が含まれます。これらは、鉛生産現場とともに、鉛汚染の最も強力な原因の1つです。[283]鉛は、2017年に米国でショットとシンカーに対して禁止されましたが[284]、その禁止は1か月間しか有効ではありませんでしたが、[285]、同様の禁止が欧州連合で検討されています。[286]

環境中の鉛を測定するための分析方法には、分光光度法蛍光X線原子分光法、および電気化学的方法が含まれます。イオノフォアS、S'-メチレンビス(N、N-ジイソブチルジチオカルバメート)に基づいて、特定のイオン選択性電極が開発されました[287]鉛中毒の重要なバイオマーカーアッセイは、血漿、血清、および尿中のδ-アミノレブリン酸レベルです。[288]

制限と修正

An X-ray picture with numerous small pellets highlighted in white
コンデシュルレスコー(フランス北部)で死んでいるのが見つかった白鳥のレントゲン写真で、リードショットが強調されています。何百もの鉛ペレットがあります。数日以内に成虫の白鳥を殺すには、1ダースで十分です。このような物体は、鉛による環境汚染の原因です。

1980年代半ばまでに、産業における鉛の使用は大幅に減少しました。米国では、環境規制により、ガソリン、塗料、はんだ、水道システムなどの非バッテリー製品での鉛の使用が削減または排除されました。粒子状物質制御装置は、鉛の排出を捕捉するため石炭火力発電所設置されました[278] 1992年、米国議会は環境保護庁に国の子供たちの血中鉛レベルを下げるよう要求した。[289]鉛の使用は、欧州連合の2003年の有害物質規制指令によってさらに削減されました[290]1993年に狩猟やスポーツ射撃での鉛弾の使用が全国的に禁止された後、オランダでは鉛の沈着が大幅に減少しました。1990年の230トンから1995年の47.5トンになりました。[291]

米国では、許容曝露限界金属鉛を含む職場で鉛、無機鉛化合物、鉛石けん、を50μg/ Mに設定した3 8時間勤務時間にわたって、そして血中鉛レベル5における限界2012年の血液100gあたりのμg。[292]鉛は、石器、[293] ビニール[294](チューブや電気コードの絶縁に使用されるものなど)、および中国の真鍮に依然として有害な量で含まれている可能性があります。[v]古い家にはまだ鉛のペンキが含まれている可能性があります。[294]鉛白塗料は先進国での販売中止されましたが、黄色などの他の顔料の特殊用途クロム酸鉛が残っています。[180]紙やすりで磨くことによって古いペンキをはがすと、吸い込むことができるほこりが生成されます。[296] 鉛削減プログラムは、幼児が住む施設の一部の当局によって義務付けられています。[297]

鉛廃棄物は、管轄区域および廃棄物の性質に応じて、家庭廃棄物(鉛削減活動を促進するため)[298]、または特殊な処理または保管を必要とする潜在的に危険な廃棄物として処理される場合があります。[299]鉛は射撃場で環境に放出され、鉛の汚染に対抗するために多くの鉛管理手法が開発されてきました。[300]鉛の移動は、酸性土壌で強化される可能性があります。これに対抗するために、土壌を中和し、鉛の浸出を防ぐために、土壌を石灰で処理することをお勧めします。[301]

生物学的手段によって生物系から鉛を除去する方法について研究が行われています。魚の骨は、汚染された土壌中の鉛を生物修復する能力について研究されています。[302] [303]真菌Aspergillusversicolorは、水域に放出される前に産業廃棄物から鉛イオンを吸収するのに効果的です。[304]硫酸塩還元細菌 DesulfovibrioおよびDesulfotomaculumを含む、環境から鉛を除去する能力についていくつかの細菌が研究されており、どちらも水溶液中で非常に効果的です。[305]

も参照してください

メモ

  1. ^ ランタニド収縮の約10%は、相対論的効果に起因しています[6]
  2. ^ スズの四面体同素体は、α-または灰色のスズと呼ばれ、13.2°C(55.8°F)以下でのみ安定します。この温度を超える安定したスズの形態は、βスズまたは白色スズと呼ばれ、灰色のスズの四面体を立方軸に沿って圧縮することによって導き出すことができる、歪んだ面心立方(正方晶)構造を持っています。ホワイトスズは、グレースズの正四面体構造と鉛の正四面体構造の中間の構造を効果的に持っており、代表的なグループを下るにつれて金属特性が増加するという一般的な傾向と一致しています。 [12]
  3. ^ A準結晶 薄膜リード線の同素体は、五角形の対称性、同素体が表面に鉛原子を堆積させることにより得られた2013年に報告された二十面体銀-インジウム-イッテルビウム準結晶。その導電率は記録されませんでした。 [13] [14]
  4. ^ シリコンの格子定数の周りに格子定数を持つダイアモンド立方体構造は、薄い鉛とスズの膜、および約5 x 10 -6Torrの真空中で新たに固化した大量の鉛とスズの両方に存在します少なくとも3種類の酸化物のほぼ同一の構造の実験的証拠が提示され、鉛とスズが結晶化の初期段階だけでなく酸化の初期段階でもシリコンのように振る舞うことを示しています。[15]
  5. ^ イギリス英語鉛の風船のように降りる
  6. ^ 展性とは、圧縮下で変形しやすいことを意味しますが、延性とは、伸ばす能力を意味します。
  7. ^ (濡れた)指は、火傷の危険を冒すことなく、溶融鉛に浸すことができます。[28]
  8. ^ 陽子または中性子の数が偶数の場合、奇数の同位体と比較して、一般に同位体の核の安定性が向上します。原子番号が奇数の元素には、2つを超える安定同位体がありません。偶数の元素には複数の安定同位体があり、スズ(元素50)はすべての元素の中で最も多くの同位体である10を持っています。[33]詳細については、偶数および奇数の原子核を参照してください。
  9. ^ 実験で見つかった半減期は1.9 × 10でした19年。[36] 1キログラムの天然ビスマスの放射能値は約0.003ベクレル(毎秒減衰)になります。ちなみに、人体の自然放射線の放射能値は、体重1キログラムあたり約65ベクレル(平均4500ベクレル)です。[37]
  10. ^ 鉛205は電子捕獲によってのみ崩壊します。つまり、利用可能な電子がなく、鉛が完全にイオン化され、82個の電子がすべて除去されている場合、鉛は崩壊できません。完全にイオン化されたタリウム-205、同位体鉛-205は崩壊して不安定になり、鉛-205の束縛状態崩壊する可能性があります[48]
  11. ^ テトラフェニル鉛はさらに熱的に安定しており、270°Cで分解します。[89]
  12. ^ ソース内の存在量は、粒子ごとの表記ではなく、シリコンに関連してリストされています。10のごとのすべての要素の合計6シリコンの部分は2.6682である× 1010パーツ; リードは3.258パーツで構成されています。
  13. ^ 元素の存在量の数値は推定値であり、その詳細はソースごとに異なる場合があります。[111]
  14. ^ ジュリアス・シーザーが1人の子供しか父親にならなかったという事実と、彼の後継者であるシーザー・アウグストゥスの不妊の疑いは、鉛中毒に起因している。[146]
  15. ^ 碑文は読む:「皇帝メイドウェスパシアヌスは、第九項のために領事だったと皇帝ティトゥスのとき、第七項のための領事だったGnaeus Iuliusアグリコラは(イギリスの)帝国の知事だったの。」
  16. ^ 一酸化炭素、水素、メタンを含む、コークス化プロセスのガス状副産物燃料として使用されます。
  17. ^ カリフォルニアは、2015年7月にそれに基づいて狩猟用の鉛弾の禁止を開始しました。 [210]
  18. ^ たとえば、ある会社は「...ロンドン西部にある私たちのスタジオから1世紀以上にわたって高品質の[鉛]庭の装飾品を製造しています」。[217]
  19. ^ このようなバッテリーの常用者に対する潜在的な怪我は、鉛の毒性とは関係ありません。[227]
  20. ^ 参照[229]どのように鉛蓄電池の作品の詳細については。
  21. ^ 料金は国によって大きく異なります。[249]
  22. ^ の合金真鍮、鉛、鉄、錫、及び時々アンチモン(銅と亜鉛)。[295]

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