Применение тяжелых метеллов

Применение  тяжелых металлов. 

Ртуть: 

 Ртуть всегда  находила широкое применение  в различных сферах практической, научной и культурной деятельности  человека. К началу 1980-х гг. было  известно свыше тысячи разнообразных  областей ее применения. Вот основные  из них, в которых ртуть и ее соединения в той или иной мере используются и сейчас: - химическая промышленность - производство хлора и каустика, ацетальдегида, хлорвинила, полиуретанов, ртутьорганических пестицидов, красок;

- электротехническая  промышленность - производство различных ламп, реле, сухих батарей, переключателей, выпрямителей, игнитронов и др.;

- радиотехническая  промышленность и приборостроение  - производство контрольно-измерительных  приборов (термометры, барометры, манометры,  полярографы, электрометры), радио- и телеаппаратуры;

- медицина и  фармацевтическая промышленность - изготовление глазных и кожных  мазей, веществ бактерицидного  действия, производство витамина  В , изготовление зубных пломб  (амальгамы серебра и меди);

- сельское хозяйство (ядохимикаты, антисептики);

- машиностроение  и вакуумная техника - производство  вакуумных насосов и др.;

- военное дело - изготовление детонаторов, управляемых  снарядов;

- металлургия  - получение сверхчистых металлов, точное литье, амальгамирование благородных металлов;

- горное дело (гремучая ртуть);

- лабораторная  практика и аналитическая химия. 

 В энергетике  ртуть использовалась как рабочее  тело в мощных бинарных установках  промышленного типа, где для генерации  электроэнергии на первых ступенях применялись ртутно-паровые турбины, а также в ядерных реакторах для отвода тепла. Элементарную ртуть используют в процессах разделения изотопов лития. Ртутью иногда легируют другие металлы. Небольшие ее добавки увеличивают твердость сплава свинца со щелочноземельными металлами. Ее даже использовали при паянии. Цианид ртути применяли в производстве антисептического мыла. 

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 кадмия приходится на кадмиевые  защитные покрытия, предохраняющие металлы от коррозии. Эти покрытия имеют значительное преимущество перед никелевыми, цинковыми или оловянными, т.к. не отслаиваются от деталей при деформации.

Кадмиевые покрытия в некоторых случаях превосходят  все остальные: 1) при защите от морской  воды, 2) для деталей, работающих в  закрытых помещениях с высокой влажностью, 3) для защиты электроконтактов.

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 компонентов, получают различные цветовые оттенки.

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 сплавов, при высокой температуре могут  улетучиваться и попадать в организм с вдыхаемым воздухом. Пары металлического кадмия и его оксида являются токсичными. Известны бытовые отравления соединениями кадмия. При изготовлении фруктовых соков, варенья в посуде, в состав эмали которой входит кадмий, он может реагировать с кислотами, содержащимися в фруктах. При этом образуются соли, оказывающие токсическое действие на организм.