“铅旅”迢迢.pdf

Univ.Chem.2023,38(7),15 1 收稿：2022-11-02；录用：2022-11-16；网络发表：2023-01-03*通讯作者，Email: 基金资助：国家基础科学人才培养基金项目(J1310024)；2021年度教育部“基础学科拔尖学生培养计划2.0”研究课题 科普 doi:10.3866/PKU.DXHX202211001 “铅旅”迢迢“铅旅”迢迢 张来英，朱亚先*厦门大学化学化工学院，福建 厦门 361005 摘要：摘要：铅在人类的生活和生产中有着重要的作用。本文借用拟人化的手法，介绍了铅及其化合物的基本性质和应用，让读者以生动活泼的方式了解铅及其化合物。关键词：关键词：铅；性质；应用 中图分类号：中图分类号：G64；O6 Leads Travel Far Away Laiying Zhang,Yaxian Zhu*College of Chemistry and Chemical Engineering,Xiamen University,Xiamen 361005,Fujian Province,China.Abstract:Lead is instrumental in human life and production.Herein,this article personifies the Lead to introduce the basic properties of lead and its compounds and applications in life and production,to help readers understand lead and its compounds in a lively way.Key Words:Lead;Property;Application 连续上了一周的课，小铅疲倦地躺在床上：“好累啊，要是能出去旅游放松一下该多好啊”不一会儿，小铅便进入了梦乡。1 大“铅”世界 大“铅”世界“嗖嗖”小铅坐着的飞船快速地穿梭于元素国的山山水水，飞过各家族村落的上空，来到元素国第IVA族、第六周期的铅家村。小铅似醒非醒、似梦非梦地喃喃自语道：“这是梦吗？我不会在梦里吧？”“不管梦里梦外了！”小铅兴奋极了，可以在大千世界里好好转悠。眼前的一块展示牌吸引了小铅：“铅，元素国第82号公民，原子量为207.2，是原子量最大的非放射性元素，喜欢穿蓝灰色的战袍，爱摆面心立方姿态1。”转角，遇见几位帅哥，看到小铅，熟络地前来打招呼：“小铅，你好！”“你们认识我吗？”小铅有点摸不着头脑，快速搜索大脑，但就是不好使，怎么也想不起来。“小铅，你总该记得我们吧？”空中的直升机降了下来。“大华，小化？你们怎么也在这啊？”看着全副武装的大华和小化，小铅惊呼道。“我来帮你恢复记忆吧。这位身穿黄色衬衫的是氧化铅(PbO)先生，外号密陀僧，大名鼎鼎的铅黄就是他啦；这位身穿棕黑色西装的是二氧化铅(PbO2)先生，别名氧化高铅；这位身披橙色2 大 学 化 学 Vol.38风衣的是三氧化二铅(Pb2O3)；这位身披红色战袍的是四氧化三铅(Pb3O4)，俗称红丹、铅丹2,3。”大华如数家珍，娓娓道来。看小铅还是未能彻底恢复记忆，一旁的小化着急道：“小铅，你的熔点低，他们可都是你和空气或者纯氧在一定的热环境下通力合作而来的呀！”“对呀！我就是铅家族的一份子。他们都是我的伙伴呢。”小铅拍了一下脑瓜子，记忆的闸门总算打开了，“密陀僧用处可多了，可以用作颜料、冶金助熔剂、油漆催干剂、橡胶硫化促进剂和杀虫剂等；氧化高铅也是一位能手，常活跃于染料、火柴、焰火、合成橡胶、电极等制造业，也可用作氧化剂；红丹的身影在防锈颜料、蓄电池、玻璃、陶瓷和搪瓷等领域都可以看到。”“嘿，你们在聊啥呢，快来呀！”远处化学山的喇叭传来呼唤声。大华、小化拉上小铅一同坐上直升机，来到化学山山腰。山腰上，工人师傅们正热火朝天地开采着矿石。“这是铅锌矿床，是方铅矿(PbS)和闪锌矿伴生的。”领头的师傅看到客人到了，介绍道，“自然界中最主要的铅矿就是硫化矿了，其次是氧化铅矿。”“氧化铅矿主要由白铅矿(PbCO3)和铅钒(PbSO4)组成，属于次生矿，常常出现在硫化矿的上层，或与硫化矿共生。”师傅指了指身旁的矿床，“上层白色的是铅钒和白铅矿，下层黑色的是硫化铅矿。”“可是，要如何提取铅呢？”好学的小化提出了疑问。“首先要经过选矿富集，再冶炼。”师傅一边说着一边挥动时空棒，穿过时空隧道把大家带到一个巨大的工厂。大家看见原矿源源不断地进入机器，不同的机器一个连着一个，上面分别有“破碎、筛分、磨矿、分级、粗选、精选、扫尾”等标示牌。几条不同的大型生产线上，机器马不停蹄地运转着，最后出来一块块蓝灰色的铅块。小铅配合着在黑板上写下由方铅矿冶炼铅的方程式。2PbS+3O2 2PbO+2SO2 PbO+C Pb+CO“从矿物到铅块，铅锤百炼，还真不容易呢！”小化拉起小铅的手微笑道。“大铅世界还有众多族人，但各个都忙碌于人类世界的各行各业，就此告别。”师傅看着大家自豪地挥手作别道。2 朋友“铅”朋友“铅”告别师傅，大家坐上直升机，在空中翱翔。“我们去拜访几位铅族的朋友吧。”大华提议道。飞过几座高山和大海，直升机来到铅化合物的一个基地。“咳咳！”小化忍不住咳了两声，“喉咙好干啊。”“抱歉，鄙人硫化铅，不喜欢水小姐，所以我这确实干燥了些。”一位披着黑色风衣的男子礼貌地躬身道。“哥们！”浓盐酸把硫化铅拉进一个反应仓，抱起硫化铅几个旋转，反应仓中直冒气泡。“他们是好朋友，一起反应生成臭鸡蛋味的硫化氢气体。”小铅当起了解说员，“稀硝酸也是硫化铅的好哥们，一起玩耍会把硫哥哥请出来呢。”看着小化疑惑的表情，小铅找来树枝，在地上写下方程式：PbS+4HCl H2PbCl4+H2S 3PbS+8H+2NO3 3Pb2+3S+2NO+4H2O“小伙子来我这吧。”对面穿着白色长裙的小姐朝小化招手道，“我是二氯化铅，喜欢热水。我No.7 doi:10.3866/PKU.DXHX202211001 3这就不会那么干燥啦。”一旁披着黄色丝状有光亮的风衣的小姐也热情邀请道：“我是二碘化铅，喜欢沸水。易溶于沸水中，我这可暖和了。”“好热闹啊。”远处围着黄色低温保护套的油状大姐们不甘寂寞，“我们是四氯化铅，既不喜欢高温也不喜欢潮湿。”没想到“铅”友们喜好各不相同，小化不知何去何从。“我们请四氯化铅变魔术吧。”大华邀请道。一位四氯化铅脱下低温保护套，随即跳转，变成了二氯化铅和氯气；另几位四氯化铅来到一百来度的炉子上，立即发出阵阵爆炸声；还有一位四氯化铅一拉上水妹妹，顿时烟雾缭绕 这时，一队晶体状的帅哥风度翩翩地走来，“我们是铅的含氧酸盐组合：硝酸铅、醋酸铅、硫酸铅、碳酸铅和铬酸铅。”小铅看到哥哥们很是高兴，忙着介绍道：“硝酸铅哥哥和醋酸铅哥哥与水姐姐是好朋友；另三位哥哥和水姐姐不知咋的，就是不对付；碳酸铅哥哥活跃在防锈油漆和陶瓷工业上；穿着亮黄色西装的铬酸铅哥哥常常用来制黄色涂料。”“早有耳闻！”大华接过话头，“千百年来，铬酸铅、黄丹、红丹、铅白等众多铅友在颜料、涂料和油墨界大放异彩呢。比如别名为铬黄的铬酸铅大哥，与生俱来亮黄色，无惧于强酸强碱，色彩鲜艳，着色力高，遮盖力强。神奇的是，他的色光随原料配比和制备条件而异，有橘铬黄、深铬黄、中铬黄、浅铬黄、柠檬黄”“快看，那壁上好多画呀！”不等大华说完，小化像是发现了新大陆惊叫了起来。大家飞奔过去，不禁赞叹起来：“精美绝伦！栩栩如生！活灵活现！”“黑色是主色调，看来古人钟情于黑色。”小化自言自语。小铅和大华会意一笑，“不是古人偏爱黑色。当年壁画也是五彩缤纷、绚丽多彩的，铅友界的各色颜料高手们都各司其职呢。现在我们看到的黑色是由于部分颜料中包含了容易变色的成分，在一定的自然条件下，会发生变色，如白色颜料碱式碳酸铅，经过千百年的时间，和硫化氢就会慢慢反应生成黑色的硫化铅。”“原来是这样啊。”小化不好意思地笑了笑。3 深深“铅”意 深深“铅”意“皮蛋皮蛋卖皮蛋啦”一位挎着篮子的中年妇女叫卖着朝大家走来。“还真有点饿了。”大家摸了摸肚子。“上面有白色的花纹，也叫松花蛋。”小铅拿起一枚皮蛋，剥开蛋壳递给小化，“皮蛋是一种由碱腌制而成的蛋制品，在中国历史悠久。”“黝黑黝黑的，光泽透亮，还有弹性。”小化接过蛋，端详起来，接着轻轻咬了一口：“鲜滑爽口！怎么会有这么好吃的蛋呢？”“这得感谢咱们的铅朋友。传统工艺加工皮蛋时，会在腌制液中加入一定量的氧化铅，在蛋壳和蛋膜上坚守岗位，既保证皮蛋在腌制后不被碱伤，又可防已凝固的蛋白再被液化，维持了皮蛋的良好品质。”大华向小铅和铬酸铅大哥投来赞许的眼光。“嘀呜，嘀呜，嘀”一辆救护车突然呼啸而至，救护人员迅速跑进院落，只见一名小男孩腹部绞痛难忍，抽搐着。给病人应急处理后，医护人员立刻将病人运回医院。大家惊魂未定，都在为小男孩祈祷。铬酸铅大哥唤来一辆车，拉上大华、小化和小铅，一同前往医院看望小男孩。医生根据男孩的“血尿检查”“头发中铅离子含量的测定”结果以及男孩的病症“腹绞痛、黑便、贫血、抽搐、谵妄”诊断男孩是“铅中毒”了。4 大 学 化 学 Vol.38“都怪我们！都是我们的错！”小铅拉着铬酸铅大哥的衣角，无比惭愧，低头自责道。“是呀，是我们不好。铅及其化合物都有毒性，是蓄积性毒物，痕量的铅对人类就有毒，会损害造血系统、神经系统和肾脏，对心血管系统、生殖功能也有损害，也可能致癌、致畸、致突变4。”铬酸铅大哥也无比自责道，“不但我的铅离子有毒，身上的六价铬毒性也强，会引发口角糜烂、腹泻、消化紊乱、呼吸急促、咳嗽、气喘、休克，严重时还可能诱发肺癌”“啊，我们刚才吃的皮蛋也含有铅吧，会不会中毒呀？”小化有点担忧。“这个放心好了，皮蛋中的铅含量有严格的标准5。”大华宽慰道。“那怎么会蓄积过量的铅呢？”小化也跟着伤心起来，但又很不解。“以前人类使用含铅汽油使得汽车尾气中含有铅；用含铅油漆漆桌椅、玩具、书本、画册等都增加了人类吸入铅的风险。”大华小声解释道，“人类已经认识到这一点，现在使用的都是无铅汽油；对儿童油漆、正常油漆也出台了严格的标准。”“对人类造成的危害，我们深表歉意！”铬酸铅大哥和小铅鞠躬致歉道。“好了，别太自责了。”大华和小化连忙拉起他们的手，安慰道，“凡事都有两面性，你们对人类的贡献也不少呢。铅友们不但是颜料界的翘楚，由于铅质地柔软，延性差、展性强，能防止X射线和射线的穿透，在工业界也享有盛名呢。”4 “铅”途无量 “铅”途无量“我们一起去铅产品展销会现场看看吧？”大华和小化不约而同地邀请道。展区入口，偌大的显示屏上写着：“欢迎光临铅途无量展销会现场，产品众多，用途多多！”大家迫不及待地进入会场。“铅酸电池”，首先映入眼帘的是电池展位，有单格的、串联6个单格的、串联12个单格的上面标明了电压分别是2 V、12 V、24 V“你们好！”一位小姐姐上前来介绍产品，“铅酸蓄电池已经历了160多年的发展历程，是目前使用最广泛的二次电池，电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液。铅酸电池放电状态下，正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅；充电状态下，正负极的主要成分均为硫酸铅。”小姐姐指着展架上的产品滔滔不绝：“根据铅酸蓄电池的结构与用途，我们可以将电池粗略地分为四大类：启动用铅酸蓄电池、动力用铅酸蓄电池、固定型阀控密封式铅酸蓄电池、其他类(包括小型阀控密封式铅酸蓄电池，矿灯用铅酸蓄电池等)。”“现在用得更普遍的不是锂电池吗？”小化小声嘀咕着。“是的，锂电池和铅酸电池是日常比较常见的电池类型。锂电池能量密度较高，循环充电次数较多，但失火率高，损坏不可逆，回收价值较低；铅酸电池安全、稳定、不着火，使用后可以再次修复，具有较高的回收价值，但有毒性3,6。”“这些电池可以用在哪呢？”小化求知欲来袭，侧耳倾听。“在交通、通信、电力、机械、工业、军事、航海、航空等领域，都有铅酸蓄电池的身影。”大华和小铅在一旁直点头，听完小姐姐的介绍，表示感谢后，和小化来到下一个展位。展位的地上分类堆放着各种铅材：铅板、铅管、丝网铅材一位帅气的大哥哥迎了过来：“各位好！铅板是很好的结构材料，耐蚀性强，可用作建筑结构材料，如屋顶防蚀板；由于铅具有优良的减震、隔音性能，所以大量的铅板应用于减震隔音上7。”“另外，利用铅具有X射线和射线等不易穿透、塑性好的优点，常用作防护用品。铅板作为屏蔽层大家都不陌生吧。”大哥哥继续介绍道。大家相视一笑，小铅的自豪感油然而生。展位上的电子屏幕正好播放着医院和教学科研单位的磁共振实验室的建筑结构图。大哥哥继续介绍道：“铅管大量应用于化学工业及排水管道中”No.7 doi:10.3866/PKU.DXHX202211001 5“不好意思，打断一下。虽然听您刚才说铅耐蚀性强，但据我所知，铅会被几乎所有酸腐蚀而形成盐呢，怎么把铅管用在化学工业中呢？”小化不解地问道。“哈哈，你说对了。铅会和酸反应形成盐，但多数铅盐均难溶于水，反应仅停留在表面。我们正是利用了铅的这一特性，在化工厂或实验室常用他做耐酸反应器的衬里和制存储或输送酸液的管道设备8。”大哥哥爽朗地笑道。“丝网铅材，能简单说说吗？”一向博学的大华，脑袋也有短路的时候。“在建筑用铅材料中，除使用铅板、管、焊料外，还有用于堵漏的铅网布。铅本身的熔点低，与锡、铋、镉、铟等一起时，是低熔点的易熔合金，是很好的丝线材料，如用于自动灭弧、电保险丝、锅炉栓塞等7。”展位一个接着一个，琳琅满目：电缆护套、化工产品、焊料、铅铸造材料、铅复合材料真是“铅”材百用。5 志在“铅”里 志在“铅”里“咚咚咚！咚咚咚！小铅，该起床啦！”一阵敲门声惊醒了意犹未尽的小铅。“这是梦啊？”小铅半信半疑，起床，穿衣，新的一天，竟然特别精神抖擞，立下志向，“我要多学习、多掌握技能，压制我邪恶的一面，发挥我正义的一面，多为人类做更多、更好的贡献！”参 考 文 献参 考 文 献 1 中国冶金百科全书总编辑委员会金属材料卷编辑委员会.中国冶金百科全书金属材料.北京:冶金工业出版社,2001:662664.2 宋天佑,徐家宁,程功臻,王莉.无机化学(下册).第3版.北京:高等教育出版社,2015:527532.3 刘新锦,朱亚先,高飞.无机元素化学.第2版.北京:科学出版社,2010:6772.4 周公度,王颖霞.元素周期表和元素知识集萃.第2版.北京:化学工业出版社,2018:17.5 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.GB/T 96942014 皮蛋.北京:中国标准出版社,2015.6 邵勤思,颜蔚,李爱军,张久俊.自然杂志,2017,39(4),258.7 宋东明,王云坤.云南冶金,1998,No.S1,4.8 北京师范大学,华中师范大学,南京师范大学.无机化学(下册).第5版.北京:高等教育出版社,2021:644654.