Piombo
Proprietà e composti del piombo
Il piombo è stato uno dei primi elementi metallici noti, probabilmente già dal 5000 a.C. agli egizi, quindi ai fenici e ai cinesi intorno al 2000 a.C., e infine ai romani, i quali lo impiegavano su larga scala per condutture d'acqua.
Dagli alchimisti fu associato al pianeta Saturno: da qui il nome “saturnismo” per indicare le intossicazioni croniche da piombo.
In natura, dove si trova prevalentemente in composti corrispondenti al suo stato di ossidazione +2, è un elemento relativamente poco abbondante (0,0015% circa della crosta terrestre).
Se ne conoscono moltissimi minerali, ma i più importanti sono il solfuro (galena, PbS) e i suoi prodotti di alterazione quali il carbonato (cerussite, PbCO3) e il solfato (anglesite, PbSO4).
Il piombo è un metallo bianco-azzurro, lucente in superficie (se questa è appena formata), a bassa durezza e basso punto di fusione, molto duttile e malleabile.
È un cattivo conduttore del calore e dell'elettricità; possiede elevata densità e alto potere assorbente delle radiazioni.
A temperatura ambiente allo stato compatto si ossida all'aria (anche umida) solo superficialmente (assumendo così il caratteristico colore grigio opaco), mentre è piroforico se è in forma finemente suddivisa. Allo stato fuso (a temperatura superiore a circa 400°C) reagisce invece facilmente con l'ossigeno dell'aria formando il monossido PbO, e il tetraossido o minio Pb3O4.
Gli acidi non ossidanti (compreso l'acido fluoridrico) e le soluzioni alcaline diluite attaccano solo molto lentamente il piombo a freddo, in seguito a passivazione superficiale dovuta alla formazione di sali insolubili.
Il piombo si discioglie invece facilmente a freddo in acidi nitrico diluito e, in presenza di aria, negli acidi organici (acidi acetico, tartarico, citrico).
All'ebollizione viene attaccato sia dagli acidi cloridrico e solforico sia dalle soluzioni di idrossidi alcalini.
Si combina direttamente a temperature elevate con zolfo, selenio e tellurio, mentre con gli alogeni reagisce tanto più facilmente quanto più alte sono la temperatura e l'elettronegatività dell'alogeno.
Il piombo e i suoi composti sono molto tossici per l'uomo e gli animali in quanto danno luogo a fenomeni di accumulo nell'organismo: particolarmente pericolosi sono, per ingestione, i composti solubili in acqua (per esempio l'acetato), e per inalazione quelli volatili, come i composti metallorganici impiegati come antidetonanti nelle benzine (piombo tetrametile, tetraetile ecc.) e le polveri. Le norme attuali tendono a fissare limiti molto bassi per le concentrazioni massime di piombo ammesse nell'aria degli ambienti di lavoro di industrie che producono o utilizzano questo metallo o nell'aria inquinata dal traffico automobilistico.
Alla temperatura di 20°C la densità del piombo è pari a 11340 kg/m3; alla stessa tempeatura il peso specifico del piombo vale 111245 N/m3. Il calore specifico del piombo vale Cs = 0,031 cal / (g ·°C).
Composti del piombo
Il monossido di piombo (PbO) o litargirio, era considerato un tempo prodotto di scarto nell'estrazione dell'argento dalle galene argentifere. Lo si ottiene per riscaldamento prolungato del piombo a 550°C in microcristalli tetragonali di colore rosso-arancione; una modificazione rombica, di colore giallo, densità 8 g/cm3, nota con il nome di “massicci”, si ottiene riscaldando moderatamente carbonato, nitrato oppure idrossido di piombo. Entrambe le forme trovano impiego nella preparazione di piastre per accumulatori, nell'industria della ceramica e in quelle del vetro e della gomma.
L'ossido salino (PbO2·2PbO) costituisce il pigmento noto come “minio”.
Il biossido di piombo (IV) (PbO2), detto ossido “pulce” per il colore bruno rossiccio caratteristico della polvere, si prepara trattando il minio con acido nitrico diluito oppure per azione di cloruro di calce sulla soluzione di un sale di piombo. Ha deboli proprietà acide ed è un forte ossidante. Viene usato in chimica organica, in pirotecnica, nella fabbricazione dei fiammiferi, nella preparazione di elettrodi.
Fra i sali di maggior interesse pratico si ricordano: gli arseniati, acido, basico e neutro, usati (specialmente il primo) come insetticidi in agricoltura fin dagli inizi del secolo scorso; un carbonato basico noto con il nome di bianco di piombo (“biacca”), pigmento bianco di buon potere ricoprente, un tempo molto usato; il cromato o giallo cromo, pigmento per vernici e ossidante; l'azoturo, esplosivo innescante molto attivo; il fosfato, additivo stabilizzante per materie plastiche, così come vari altri derivati (stabilizzanti al piombo); l'acetato basico, la cui soluzione, nota come "acqua vegeto-minerale", costituì un popolare rimedio come risolvente e antidolorifico per contusioni, distorsioni ecc.
È noto anche il tetracetato di piombo Pb(CH3COO)4 (acetato piombico), ottenibile, insieme con il diacetato, per azione dell'acido acetico sul minio: è un composto abbastanza stabile in assenza di acqua e viene utilizzato in chimica organica come ossidante selettivo.
Numerosi i complessi che il piombo forma con leganti sia inorganici sia organici. Nello stato +2 in particolare si possono formare complessi (con leganti anionici o con specie neutre) generalmente a numero di coordinazione 3, piramidali, come per esempio gli anioni triidrossopiombato (II) [Pb(OH)3]− e tricloropiombato (II) [PbCl3]−. Meno frequentemente si hanno complessi a numero di coordinazione 4, come l'anione tetracloropiombato (II) [PbCl4]2−. Nello stato +4 il piombo forma invece complessi a numero di coordinazione 6, ottaedrici come per esempio l'anione esaidrossopiombato (IV) [Pb(OH)6]2− ed esacloropiombato (IV) [PbCl6]2− .
Fra i composti organometallici del piombo hanno particolare interesse applicativo i piombo-alchili (piombo tetrametile e piombo tetraetile), nei quali all'atomo di piombo centrale sono legati quattro residui alchilici. Il piombo tetraetile (PTE o TEL), (C2H5)4Pb, è solubile in etanolo e insolubile in acqua, ed è volatile in corrente di vapore. È particolarmente tossico. L'importanza industriale dei piombo-alchili risiede principalmente nel loro uso come antidetonanti nelle benzine, per aumentarne il numero di ottano.
Essi infatti hanno la proprietà di decomporsi rapidamente, con un meccanismo di reazione a catena, a temperature superiori ai 200°C; si ha la formazione di radicali liberi che possono bloccare o ritardare la crescita di determinate catene radicaliche oppure, in altri casi, anche promuoverle.
Essi trovano impiego anche come catalizzatori di polimerizzazione nell'industria delle materie plastiche.
Leghe metalliche del piombo
Il piombo presenta ottima resistenza alla corrosione, alto peso specifico, duttilità, comportamento autolubrificante, ma modestissima resistenza meccanica e bassa durezza. Gli elementi leganti utilizzati per la preparazione delle leghe hanno la funzione di ridurre i difetti del metallo senza intaccarne i pregi. I più comuni sono antimonio, stagno e calcio, che migliorano la resistenza meccanica e la durezza, mentre arsenico (migliora la resistenza alla flessione e allo scorrimento viscoso) e rame (aumenta la resistenza alla corrosione) sono usati in piccole quantità. Il principale uso delle leghe di piombo è nell'ambito delle batterie, che rappresentano circa un terzo del consumo mondiale del metallo (leghe contenenti dal 2 all'8% di antimonio e piccole quantità di arsenico). Le leghe di piombo con piccole quantità di stagno (0,7-1,3%) e di calcio (0,04-0,09%) sono impiegate nelle batterie cosiddette “senza manutenzione”: lo stagno riduce l'ebollizione dell'elettrolita e quindi il consumo di acqua durante la carica.
Utilizzo del piombo
I campi di impiego del piombo sono numerosi. L'utilizzo principale si ha nella costruzione di accumulatori elettrici, dove si usano negli elettrodi e nelle griglie sia piombo metallico sia ossidi di piombo. Altri usi importanti si hanno nell'industria chimica, in edilizia, nell'industria elettrica, nella fabbricazione di schermi protettivi dalle radiazioni (in particolare neutroni, elettroni, raggi X e γ) e dai rumori, e infine nella produzione di munizioni. È un componente di molte leghe a basso punto di fusione, impiegate in circuiti elettrici, in sistemi di allarme antincendio e per saldature a bassa temperatura, nonché di leghe antifrizione.
Minori quantità di piombo vengono utilizzate negli acciai per migliorarne la lavorabilità. Una parte notevole della produzione di piombo è assorbita dalla preparazione di composti sia inorganici (ossidi, carbonati, cromati, impiegati nell'industria dei vetri e in quella delle vernici), sia soprattutto organici, quali stabilizzanti per resine viniliche e insetticidi, additivi antidetonanti per le benzine. Tra questi, il piombo tetraetile Pb(C2H5)4, uno dei principali responsabili dell'inquinamento atmosferico prima dell'introduzione della benzina senza piombo (benzina verde).
Metodo di produzione del piombo
Il processo più usato per estrarre il piombo dal suo principale minerale, il solfuro o galena, prevede tre stadi. Si inizia con un arrostimento (desolforazione) del minerale in aria per ottenere l'ossido, che viene seguito da una fusione (riduzione) in presenza di carbone per ottenere il piombo grezzo, e infine da una raffinazione del metallo fino a un titolo pari a circa il 99,99%. Il minerale viene dapprima trattato in forni a suola rotante o a griglia rotante continua (arrostimento). Il prodotto che si ottiene viene lavorato con coke e fondenti (ossido di ferro e calcio) e sottoposto a riduzione in forni colanti. In questi l'ossido di piombo viene ridotto a piombo, il silicato di piombo viene trasformato in ossido dai fondenti e quindi ridotto a piombo, mentre il solfato di piombo viene ridotto a solfuro che reagisce con il ferro (proveniente da una parziale riduzione dell'ossido di ferro del fondente) per dare piombo e solfuro di ferro. Per la raffinazione del piombo ottenuto nei forni si usano i processi metallurgici, qualora il contenuto di bismuto nel prodotto ottenuto sia basso, oppure i processi elettrolitici. In entrambi i casi si separa dapprima il rame per liquefazione e schiumatura, portando il piombo non raffinato a una temperatura leggermente superiore a quella di fusione e asportando il rame residuo.
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