Conduire

Les caractéristiques
[ Xe ] 4 f 14 5 j 10 6 s 2 6 p 2 82 pb tableau périodique
Général
nom , symbole , numéro atomique	Plomb, plomb, 82
catégorie d'article	métaux
groupe , période , bloc	14 , 6 , p
Regards	Blanc bleuâtre
Numero CAS	7439-92-1
Numéro CE	231-100-4
Carte d'information de l' ECHA	100.028.273
Fraction massique de la coquille terrestre	18 ppm [1]
Atomique [2]
masse atomique	207:2(1) [3] tu
rayon atomique (calculé)	180 (154) h
rayon covalent	146h
Rayon de Van der Waals	202h
configuration électronique	[ Xe ] 4 f 14 5 j 10 6 s 2 6 p 2
1. Énergie d'ionisation	7 . 416 679 9(6) eV [4] ≈ 715 . 6kJ / mole [ 5]
2. Énergie d'ionisation	15 . 032 499(7) eV [4] ≈ 1 450 . 42 kJ/mol [5]
3. Énergie d'ionisation	31 . 9373(6) eV [4] ≈ 3 081 . 48 kJ/mol [5]
4. Énergie d'ionisation	42 . 33256(10) eV [4 ] ≈ 4084 . 47 kJ/mol [5]
5. Énergie d'ionisation	68 . 8(5) eV [4] ≈ 6 640 kJ/mol [5]
Physique [2]
état physique	Fête
structure en cristal	Zone cubique centrée
densité	11,342 g/cm³ (20 °C ) [6]
Dureté de Mohs	1.5
magnétisme	diamagnétique ( χ m = −1.6 10 −5 ) [7]
point de fusion	600.61K ( 327.43 °C)
point d'ébullition	2017K [8] (1744°C)
volume molaire	18.26 10 -6 m 3 mol -1
enthalpie de vaporisation	177 kJmol −1 [8]
enthalpie de fusion	4,85 [9] kJ mol −1
vitesse du son	1260 ms −1 à 293,15 K
La capacité thermique spécifique	131 [9] J kg −1 K −1
Conductivité électrique	4,76 10 6 A V −1 m −1
conductivité thermique	35 W m -1 K -1
Mécanique [2]
Coefficient de Poisson	0,44
Chimique [2]
états d'oxydation	2 , 4
potentiel normal	−0,1251 V (Pb 2+ + 2 e − → Pb)
électronégativité	2,33 ( échelle de Pauling )
isotopes
isotope NH t 1/2 ZA ZE (M eV ) ZP 202 pb {syn.} 52 500 a un 2 598 198 éd . e 0,050 202 cuillères à café 203 pb {syn.} 51.873h _ e 0,975 203 cuillères à café 204 pb 1,4 % >1,4 x 10 17 a un 2 186 200 hg 205 pb {syn.} 1,53x107a _ _ e 0,051 205 cuillères à café 206 pb 24,1 % Écurie 207 pb 22,1 % Écurie 208 pb 52,4  % Écurie 209 pb {syn.} 3.253 heures β- _ 0,644 209bis _ 210 pb dans les traces 22:3 un un 3 792 206 éd . β- _ 0,064 210bis _ 211 pb dans les traces 36,1 minutes β- _ 1 367 211bis _ 212 pb dans les traces 10h64 _ β- _ 0,574 212bis _ 213 pb {syn.} 10,2 minutes β- _ 2 070 213bis _ 214 pb dans les traces 26,8 minutes β- _ 1 024 214bis _
Pour plus d'isotopes, voir Liste des isotopes
consignes de sécurité
Étiquetage SGH des substances dangereuses du  règlement (CE) n° 1272/2008 (CLP) , [11] éventuellement étendu [10] Danger Phrases H et P H :302+332​‐​360FD​‐​362​‐​373​‐​410 P :201​‐​273​‐​314 [dix]
Procédure d'autorisation sous REACH	très préoccupant : toxique pour la reproduction ( CMR ) [ 12]
Données toxicologiques	0,44–452 mg l −1 ( CL 50 ,  poisson , 96 heures ) [10] 0,53–5,1 mg l −1 ( CL 50 ,  crustacés , 48 heures ) [10]
Dans la mesure du possible et de la coutume, les unités SI sont utilisées. Sauf indication contraire, les données indiquées s'appliquent dans des conditions standard .

Le plomb est un élément chimique avec le symbole d'élément Pb ( plumbum latin ) et le numéro atomique 82. C'est un métal lourd toxique et se trouve dans le 4e groupe principal ou le 14e groupe IUPAC ( groupe carbone ) et la 6e période du tableau périodique . Le plomb est facilement malléable et a un point de fusion relativement bas.

Les isotopes ²⁰⁶ Pb, ²⁰⁷ Pb et ²⁰⁸ Pb sont les atomes stables les plus lourds, faisant du plomb l'élément avec la masse et le numéro atomique les plus élevés qui est encore stable. Tous les isotopes du plomb ont le nombre magique de protons de 82, ce qui crée cette stabilité. A ²⁰⁸ Pb il y a même un noyau dit doublement magique , car il a aussi le nombre de neutrons magiques 126.

Étant donné que les isotopes du plomb -206, -207 et -208 sont les produits finaux des trois chaînes de désintégration naturelles des éléments radioactifs, une quantité relativement importante de plomb s'est formée ; il est donc plus fréquent dans la croûte terrestre que les autres éléments lourds ( mercure , or , etc.).

histoire

La plus ancienne découverte de plomb métallique à ce jour a été faite à Çatalhöyük , à environ 50 km au sud-est de Konya sur le plateau anatolien. Il est composé de perles de plomb et de perles de cuivre datées d'environ 6500 av. ^[13]

Au début de l'âge du bronze , le plomb était utilisé aux côtés de l'antimoine et de l'arsenic pour produire du bronze à partir d'alliages avec du cuivre , jusqu'à ce que l' étain soit largement accepté. Les Babyloniens connaissaient déjà les vases en plomb. Les Assyriens ont dû introduire le plomb ( abāru ), ce qui est attesté par Tiglath-pileser I comme un hommage de Melid , entre autres. ^[14] Dans la Grèce antique , le plomb était extrait principalement sous forme de galène pour produire de l'argent. ^[15] Dans l' Empire romaind'autre part, la substance a été utilisée pour une variété d'applications. Le plomb était d'une importance particulière dans l'architecture, par exemple, où des blocs de pierre étaient attachés ensemble avec des clips de plomb. Environ sept tonnes de plomb ont été utilisées pour construire la Porta Nigra . ^[16] D'autres domaines d'application importants étaient le revêtement des coques de navires pour se protéger contre les infestations de ravageurs et la production de conduites d'eau dans les centres-villes. De plus, le plomb était utilisé comme matière première pour la fabrication de récipients, comme matériau pour les tablettes d'écriture ou pour les soi-disant tesselles , qui servaient de marques d'identification ou d'autorisation, par exemple. ^[17]De petits morceaux de plomb, appelés "frondes", étaient utilisés dans l'armée romaine comme frondes . ^[18] En raison de la forte demande, le plomb était également commercialisé sur de longues distances, ce qui peut être prouvé, entre autres, par des inscriptions sur des lingots de plomb romains. ^[17]

Dans la littérature ancienne, le plomb et l'étain étaient considérés comme deux formes de la même substance, de sorte que le terme latin pour le plomb était plumbum nigrum (de niger 'noir' ) et tin plumbum candidum (de candidus 'blanc' ). Il est donc souvent difficile de savoir si un texte ancien avec plumbum signifie plomb ou étain. ^[15] L'auteur romain Vitruve considérait déjà l'utilisation du plomb pour les conduites d'eau potable comme nocive pour la santé et recommandait d'utiliser à la place des conduites en terre si possible. ^[19]Néanmoins, les conduites d'eau potable en plomb étaient courantes jusque dans les années 1970, ce qui s'exprime également, par exemple, dans le mot anglais plombier ' pipelayer ' . Du point de vue actuel, l'ajout de plomb comme édulcorant au vin (ce que l'on appelle le "sucre de plomb", voir l'acétate de plomb(II) ) était particulièrement discutable. L'utilisation fréquente du plomb dans les pipes et dans le vin a également été discutée en partie comme une raison de la chute de l'Empire romain , une hypothèse que les chercheurs d'aujourd'hui rejettent cependant. ^[17]

En Westphalie , les Romains ont extrait du plomb jusqu'à ce qu'ils se retirent après la bataille de Varus . La composition des isotopes , typique de différents sites , montre que le plomb utilisé pour fabriquer les cercueils romains en plomb trouvés en Rhénanie provenait du nord de l ' Eifel . Le traitement romain du plomb a conduit à une pollution de l'environnement qui peut encore être tracée aujourd'hui : des carottes de glace du Groenland montrent entre le 5ème siècle avant JC et et le 3ème siècle après JC a vu une augmentation mesurable des niveaux de plomb dans l'atmosphère.

Même plus tard, le plomb (du moyen haut allemand  blī ) avait une signification importante. Il était utilisé, par exemple, pour encadrer des vitraux , par exemple dans des églises, ou pour recouvrir des toitures en plomb . Le plomb est devenu particulièrement important après l'invention des armes à feu pour les militaires comme matériau pour les projectiles d'armes de poing . Étant donné que les soldats fabriquaient leurs propres missiles, il n'était pas rare qu'ils volent le plomb qu'ils pouvaient trouver pour fabriquer des missiles.

Le plomb a également joué un rôle important en alchimie . En raison de sa similitude avec l' or (de même mou et lourd), le plomb était considéré comme un bon matériau de départ pour la synthèse de l'or (synthèse sous forme de changement de couleur du gris au jaune). Le symbole alchimique du plomb est une faucille stylisée (♄), car elle est associée au dieu et à la planète Saturne (latin Saturnus ) depuis l'Antiquité en tant que métal planétaire .

Avec le début de la révolution industrielle , le plomb était alors nécessaire en grande quantité pour l' industrie chimique , par exemple pour la production d'acide sulfurique dans le procédé à chambre de plomb ou pour le garnissage des usines de production d' explosifs . C'était alors le métal non ferreux le plus important .

Vers 1950, alors qu'il tentait de déterminer l'âge de la Terre en mesurant le rapport plomb/uranium dans des échantillons de roche, le géochimiste américain Clair Cameron Patterson a découvert que les échantillons de roche étaient invariablement contaminés par de grandes quantités de plomb provenant de l'atmosphère. En tant que source, il a pu prouver que le plomb tétraéthyle était utilisé comme agent antidétonant dans les carburants . Selon les découvertes de Patterson, l'atmosphère avant 1923 ne contenait presque pas de plomb du tout. Sur la base de ces découvertes, il a passé sa vie à se battre pour réduire la libération de plomb dans l'environnement. Ses efforts ont finalement abouti au Clean Air Act de 1970 aux États-Unis.avec des réglementations plus strictes en matière d'émissions. En 1986, la vente d'essence au plomb aux États-Unis a été progressivement interdite en Allemagne par le Gasoline Lead Act de 1988 ^[20] , dans l'UE à partir de 2001 complètement. En conséquence, les niveaux de plomb dans le sang chez les Américains ont chuté de 80 % presque immédiatement. Cependant, comme le plomb reste dans l'environnement pratiquement pour toujours, chaque être humain a aujourd'hui environ 600 fois plus de métal dans le sang qu'avant 1923. Environ 100 000 tonnes étaient encore légalement rejetées dans l'atmosphère chaque année vers l'an 2000. Les principaux coupables sont les mines, l'industrie métallurgique et le secteur manufacturier. ^[21]

En 2009, la quantité de plomb extraite se classait au quatrième rang des métaux non ferreux après l'aluminium , le cuivre et le zinc . Il est principalement utilisé pour les batteries de voiture ( accumulateurs au plomb ) (60% de la production totale). ^[22]

En général, des tentatives sont faites pour réduire l'exposition des humains et de l'environnement au plomb et donc l'empoisonnement au plomb . Outre l'interdiction de l'essence au plomb, l'utilisation du plomb dans les équipements électriques et électroniques a été restreinte à partir de 2002 par les directives RoHS . En 1989, la peinture et les revêtements contenant du plomb ont été complètement interdits ^[23] , et l'utilisation de munitions contenant du plomb a été partiellement interdite dans certains États fédéraux à partir de 2005. ^[24] Le plomb était déjà interdit comme matériau pour les conduites d'eau en 1973, mais il n'y a toujours pas de disposition pour le retrait des conduites en plomb des propriétés existantes, c'est pourquoi le Conseil fédéral allemand a demandé l'interdiction des conduites d'eau potable contenant du plomb dans 2017. ^{[25] [26]}Depuis le 1er mars 2018, l'utilisation (stockage, mélange, utilisation pour la fabrication, etc.) et la mise sur le marché du plomb - en vrac (par exemple sous forme de lingots ou de pastilles) ou sous forme de poudre - sont interdites, à l'instar de ce qui a été c'est le cas pour de nombreux composés du plomb dans l'Union européenne depuis un certain temps régulièrement interdits, à quelques exceptions près, lorsqu'ils sont destinés à la vente au grand public et contenant 0,3 % ou plus de plomb ; En outre, le fournisseur doit s'assurer que le produit porte la mention "uniquement pour les utilisateurs commerciaux" avant sa mise sur le marché. ^[27]

Se produire

Le plomb est présent dans la croûte terrestre avec une teneur d'environ 0,0018 % ^[28] et est rarement natif , c'est-à-dire sous forme élémentaire. Néanmoins, environ 200 localités pour le plomb solide sont maintenant connues dans le monde (en 2017), dont l'Argentine , l'Éthiopie , l' Australie , la Belgique , le Brésil , la République populaire de Chine , l'Allemagne , la Finlande , la France , la Géorgie , la Grèce , le Groenland , l'Italie , le Canada ., Kazakhstan , Kirghizistan , Mexique , Mongolie , Namibie , Norvège , Autriche , Pologne , Russie , Suède , Slovénie , République tchèque , Ukraine , Îles Vierges américaines , Royaume-Uni et États-Unis d'Amérique (USA). ^[29]

Le plomb pourrait également être trouvé dans des échantillons de roche de la dorsale médio-atlantique , plus précisément à l'extrémité nord-est de la "profondeur de Markov" dans la "zone de fracture de la Sierra Leone" (Sierra Leone Sill), et à l'extérieur de la Terre sur la Lune dans la Mare Fecunditatis . ^[29]

Sur chaque site, la composition isotopique s'écarte légèrement des valeurs moyennes indiquées ci-dessus, de sorte que le site de découverte peut être déterminé avec une analyse précise de la composition isotopique et, dans le cas de découvertes archéologiques, des conclusions peuvent être tirées sur les anciennes routes commerciales. Selon l'endroit, le plomb peut également contenir diverses substances étrangères telles que l'argent, le cuivre, le zinc, le fer, l'étain et/ou l'antimoine. ^[30]

Dans les minerais de plomb, le plomb est principalement présent sous forme de galène (sulfure de plomb PbS, galène ). Ce minéral est également la source commerciale la plus importante pour la production de nouveau plomb. Les autres minéraux de plomb sont la cérusite (carbonate de plomb(II), PbCO ₃ , également minerai de plomb blanc ), la crocoïte (chromate de plomb(II) , PbCrO ₄ , également minerai de plomb rouge ) et l'anglesite (sulfate de plomb(II), PbSO ₄ , également vitriol de plomb ). Les minéraux de plomb avec la plus forte concentration de plomb dans le composé sont la lithargite et la massicotite (jusqu'à 92,8 %) et le minium(jusqu'à 90,67%). Un total de 514 minéraux de plomb sont connus à ce jour (en 2017). ^[31]

Les réserves mondiales économiquement exploitables sont estimées à 67 millions de tonnes (en 2004). ^[32] Les gisements les plus importants se trouvent en République populaire de Chine , aux États- Unis , en Australie , en Russie et au Canada . En Europe, la Suède et la Pologne sont les pays avec les gisements les plus importants.

En Allemagne aussi, dans le nord de l'Eifel (Rescheid/Mine Wohlfahrt et Schwalenbach ; Mechernich /Mine Günnersdorf et mine à ciel ouvert/Virginie ; Bleialf ), dans la Forêt Noire, dans les montagnes du Harz (Goslar/ Rammelsberg ), en Saxe ( Freiberg/ Muldenhütten ), sur la Lahn inférieure ( Bad Ems , Holzappel ), ainsi qu'en Westphalie ( Ramsbeck / Sauerland ) le minerai de plomb était extrait, fondu et raffiné dans le passé.

La source la plus importante de plomb aujourd'hui est le recyclage des anciens produits en plomb. Par conséquent, il n'y a que deux fonderies primaires en Allemagne qui produisent du plomb à partir de minerai, la fonderie de plomb Binsfeldhammer à Stolberg (Rhénanie) et Metaleurop à Nordenham près de Bremerhaven . Toutes les autres fonderies produisent ce que l'on appelle du plomb secondaire en traitant du vieux plomb (en particulier des batteries de voitures usagées ).

le plomb comme minéral

Les occurrences naturelles du plomb sous sa forme élémentaire étaient connues avant la création de l' Association minéralogique internationale (IMA). Le gisement de minerai de fer riche en manganèse Långban en Suède est considéré comme une localité type probable , où des masses massives allant jusqu'à 50 kg ^[33] ou 60 kg ^[34] auraient été trouvées. Le plomb est donc reconnu comme un minéral dit « grand- père » en tant qu'espèce minérale indépendante. ^[35]

Selon la classification des minéraux selon Strunz (9ème édition) , le plomb est classé sous le numéro de système 1.AA.05 (Eléments - métaux et composés intermétalliques - famille cuivre-cupalite - groupe du cuivre) ^[36] ou dans le 8ème obsolète édition classée sous I/A.03 ( groupe étain-plomb ). La classification des minéraux selon Dana , qui est principalement utilisée dans les pays anglophones , répertorie l'élément minéral sous le système no. 01.01.01.04 ( groupe or ). ^[37]

Le plomb natif est présent dans la nature principalement sous forme de feuilles et de plaques centimétriques ainsi que sous forme d' agrégats granulaires, dendritiques, filiformes ou filiformes . ^[38] Très rarement, il existe également des cristaux de plomb octaédriques , cubiques et dodécaédriques , qui sont pour la plupart minuscules, ^[39] mais peuvent parfois atteindre une taille comprise entre 4 cm ^[33] et 6 cm. ^[30]

États les plus financés

Principaux pays producteurs de plomb (2020) ^[40]

rang	pays	Débits (en 1000 t )
1	République populaire de Chine les gens de la République de Chine	1900
2	Australie Australie	494
3	États-Unis États-Unis	306
4	Mexique Mexique	260
5	Pérou Pérou	242
6	Russie Russie	210
sept	Inde Inde	204
8ème	Suède Suède	70
9	Bolivie Bolivie	65
dix	Turquie Turquie	63

Les principaux pays producteurs de minerai de plomb au monde en 2020 étaient la République populaire de Chine (1 900 000 tonnes), l'Australie (494 000 tonnes) et les États-Unis (306 000 tonnes), qui représentaient ensemble environ les deux tiers des 4,4 millions de tonnes extraites dans le monde. . En Europe, les plus grands producteurs de plomb sont la Russie, la Suède, la Pologne et la Turquie.

Les principaux producteurs de plomb affiné (plomb métallurgique pur à 99,9 %) sont la République populaire de Chine (1,8 million de tonnes), les États-Unis (1,2 million de tonnes) et l'Allemagne (403 000 tonnes), qui représentent ensemble environ la moitié des 6,7 millions de tonnes produites dans le monde. Les autres grands producteurs de plomb affiné en Europe sont la Grande-Bretagne, l'Italie, la France et l'Espagne.

La consommation et la production mondiales de plomb sont passées d'environ 7 millions de tonnes à environ 11 millions de tonnes entre 2013 et 2016. ^{[41] [42]} La majeure partie du plomb est utilisée pour les batteries au plomb. Environ 92 % du plomb utilisé aux États-Unis en 2021 est allé à cette utilisation. ^[40]

acquisition et présentation

Le minerai de plomb de loin le plus important est la galène . Cela se produit souvent en association avec les sulfures d'autres métaux (cuivre, bismuth, zinc, arsenic, antimoine, etc.), qui sont naturellement présents sous forme d'impuretés dans le plomb brut à hauteur de 5 %.

Le minerai, qui est traité jusqu'à 60 % de minéralisation par concassage, classification et flottation , est transformé en plomb métallique selon trois procédés industriels différents. Les procédés de réduction de torréfaction et de réaction de torréfaction passent de plus en plus au second plan et sont remplacés par des procédés de fusion directe, qui d'une part peuvent être rendus plus économiques et d'autre part plus respectueux de l'environnement.

travail de réduction de torréfaction

Ce processus se compose de deux étapes, la torréfaction et la réduction . Pendant la torréfaction, le sulfure de plomb finement broyé est placé sur une grille mobile et de l'air chaud à 1000 °C est forcé à travers. Il réagit avec l' oxygène de l'air dans une réaction exothermique pour former de l'oxyde de plomb (II) (PbO) et du dioxyde de soufre . Celui-ci est expulsé via les gaz de torréfaction et peut être utilisé pour produire de l'acide sulfurique . L'oxyde de plomb est liquide dans ces conditions et s'écoule vers le bas. Là, il peut être fritté .

${\displaystyle \mathrm {2\ PbS\ +\ 3\ O_{2}\ \longrightarrow \ 2\ PbO\ +\ 2\ SO_{2}} \ \ \Delta H_{\mathrm {r} }^{0 }=-836\\mathrm{kJ\cdot mol}^{-1}}$(travail de torréfaction)

L'oxyde de plomb est ensuite réduit en plomb métallique à l'aide de coke . Cela se fait dans un four à cuve similaire à celui utilisé dans le procédé de haut fourneau . Dans le processus, des additifs formant des scories tels que la chaux sont ajoutés.

${\displaystyle \mathrm {PbO\ +\ C\ \longrightarrow \ Pb\ +\ CO} \ \ \Delta H_{\mathrm {r} }^{0}=+107\ \mathrm {kJ\cdot mol} ^ {-1}}$

${\displaystyle \mathrm {PbO\ +\ CO\ \longrightarrow \ Pb\ +\ CO_{2}} \ \ \Delta H_{\mathrm {r} }^{0}=-66\ \mathrm {kJ\cdot mol} ^{-1}}$(travaux de réduction)

travail de réaction de torréfaction

Ce procédé est principalement utilisé pour les minerais de plomb fortement enrichis en PbS et permet la production de plomb en une seule étape. Le minerai sulfuré n'est qu'incomplètement torréfié. Le mélange sulfure de plomb/oxyde de plomb est ensuite encore chauffé en l'absence d'air. L'oxyde de plomb réagit avec le PbS restant sans ajouter un autre agent réducteur pour former du plomb et du dioxyde de soufre :

${\displaystyle \mathrm {2\ PbS\ +\ 3\ O_{2}\ \longrightarrow \ 2\ PbO\ +\ 2\ SO_{2}} }$(travail de torréfaction),

${\displaystyle \mathrm {PbS\ +\ 2\ PbO\ \longrightarrow \ 3\ Pb\ +\ SO_{2}} }$(travail de réaction).

processus de fusion directe

Les procédés modernes de fabrication du plomb sont basés sur des procédés de fusion directe qui ont été optimisés pour la compatibilité environnementale et l'efficacité économique (par exemple le procédé QSL ^[43] ). L'avantage est la gestion continue du processus avec restriction à un espace de réaction, qui se présente comme le seul émetteur de polluants - en comparaison, les processus de production classiques présentent le frittage comme une étape émettrice supplémentaire. La torréfaction et la réduction ont lieu en parallèle dans un même réacteur. Le sulfure de plomb n'est pas complètement grillé comme dans le processus de réaction de grillage. Une partie du plomb est ainsi formée par la réaction du sulfure de plomb avec l'oxyde de plomb. Comme le réacteur est légèrement incliné, le plomb et les oxydes de plomb s'écoulentscories . Celui-ci traverse la zone de réduction, dans laquelle le charbon pulvérisé est insufflé et l'oxyde de plomb est réduit en plomb. Lors de la torréfaction, de l' oxygène pur est utilisé à la place de l'air . Cela réduit considérablement le volume des gaz d'échappement, qui ont en revanche une concentration plus élevée en dioxyde de soufre par rapport aux procédés conventionnels. Leur utilisation pour la production d'acide sulfurique est donc plus simple et plus économique.

raffinage

Le plomb obtenu contient 2 à 5 % d'autres métaux, notamment du cuivre , de l' argent , de l'or , de l' étain , de l'antimoine , de l'arsenic , du bismuth dans des proportions variables. La purification et la commercialisation de certains de ces sous-produits, notamment l'argent contenu dans le plomb brut, apportent une contribution significative à l'économie de l'extraction du plomb.

L'affinage pyrométallique du plomb est un processus en plusieurs étapes. En fondant en présence de nitrate de sodium / carbonate de sodium ou d'air, l'antimoine, l'étain et l'arsenic sont oxydés et peuvent être retirés de la surface du métal en fusion sous forme d'antimonates, de stannates et d'arséniates de plomb ("écouvillon d'antimoine"). Le cuivre et tout zinc, nickel et cobalt qu'il contient sont éliminés du métal brut en séparant le plomb. Dans le même temps, la teneur en soufre chute considérablement. Selon le procédé Parkes , l'argent est séparé du plomb, si nécessaire en ajoutant du zinc et en séparant les cristaux mixtes Zn-Ag qui se forment ("Parkesing"), tandis que l'ancien procédé Pattinson a considérablement perdu de son importance (voir aussi production d'argent, BlickSILVER ). Le bismuth peut être extrait de la surface du plomb fondu sous forme de mousse de bismuth en utilisant le procédé Kroll-Betterton en s'alliant avec du calcium et du magnésium .

Un nettoyage supplémentaire peut être effectué par raffinage électrolytique, mais ce processus est plus coûteux en raison des besoins énergétiques élevés. Le plomb est un élément de base qui a un potentiel standard plus négatif que l'hydrogène dans la série électrochimique . Cependant, cela a une surtension élevée sur les électrodes en plomb , de sorte qu'une séparation électrolytique du plomb métallique des solutions aqueuses est possible, voir affinage électrolytique du plomb .

Le plomb affiné est vendu sous forme de plomb tendre ou de plomb métallurgique normalisé avec une pureté de 99,9 à 99,97 % (par exemple Eschweiler Raffiné ) ou sous forme de plomb fin avec 99,985 à 99,99 % de plomb (DIN 1719, obsolète). Selon l'utilisation prévue, des désignations telles que câble pour l'alliage avec environ 0,04 % de cuivre sont également courantes. Les normes actuelles telles que DIN EN 12659 ne reconnaissent plus ces désignations, qui sont toujours utilisées.

Les caractéristiques

Propriétés physiques

Le plomb est un métal de base avec un potentiel d' électrode standard d'environ -0,13 V. ^[44] Cependant, il est plus précieux que de nombreux autres métaux courants tels que le fer, le zinc ou l'aluminium. C'est un métal lourd diamagnétique de densité 11,3 g/cm³, qui cristallise en cubique à faces centrées et présente donc une sphère cubique compacte de groupe d'espace Fm 3 m (groupe d'espace n° 225) . Le paramètre de maille du plomb pur est de 0,4950  nm ^[45] (correspond à 4,95  Å ) avec 4 unités de formuleVorlage:Raumgruppe/225par cellule unitaire . ^[46]

C'est la raison de la ductilité prononcée du métal et de la faible dureté Mohs de 1,5. Il peut donc être facilement enroulé en feuilles ou formé en fils, qui sont cependant peu durables en raison de leur faible dureté. Une modification de type diamant , connue des homologues plus légers du groupe 14, ne se produit pas dans le plomb. Cela est dû à l' instabilité relativiste de la liaison Pb-Pb et à la faible tendance à être tétravalente.

Les échantillons de plomb frais sont de couleur gris-blanc à blanc métallique et présentent un éclat métallique typique , qui, cependant, diminue très rapidement en raison de l'oxydation superficielle. La couleur vire au gris foncé et devient mate. Sur le papier, le métal mou laisse une traînée grise (de plomb) . Pour cette raison, les gens écrivaient et peignaient avec du plomb. Le nom " crayon " a survécu jusqu'à ce jour, bien que le graphite y soit utilisé depuis longtemps .

Le point de fusion du plomb est de 327 °C, son point d'ébullition est de 1740–1751 °C (les valeurs dans la littérature spécialisée varient : 1740 °C, ^[47] 1746 °C, ^[44] 1751 °C ^[48] ). En tant que métal typique, le plomb conduit à la fois la chaleur et l'électricité , mais c'est bien pire que d'autres métaux (cf. conductivité électrique du plomb : 4,8 10 ⁶  S/m, ^[48] argent : 62 10 ⁶  S/m ^[48] ) . En dessous de 7,196 K, le plomb ne présente aucune résistance électrique , il devient un supraconducteur de type I. La vitesse du sondans le plomb est d'environ 1200 m/s, dans la littérature les valeurs se dispersent quelque peu, probablement en raison d'une pureté ou d'un traitement différent.

propriétés chimiques

Dans l'air, le plomb est passivé par la formation d'une couche d'oxyde de plomb et est ainsi protégé d'une nouvelle oxydation . Les coupes fraîches ont donc initialement un éclat métallique, mais se ternissent rapidement, formant une surface mate. A l'état finement divisé, le plomb est hautement inflammable ( plomb pyrophorique ).

Le plomb est également insoluble dans divers acides en raison de la passivation. Le plomb est résistant à l'acide sulfurique , à l'acide fluorhydrique et à l'acide chlorhydrique , car des sels de plomb insolubles se forment avec les anions de l'acide respectif. C'est pourquoi le plomb a une certaine importance dans la construction d'appareils chimiques pour des applications spéciales.

Cependant, le plomb est soluble dans l'acide nitrique ( le nitrate de plomb(II) est soluble dans l' eau), l'acide sulfurique chaud et concentré (formation du complexe Pb(HSO ₄ ) ₂ soluble ), l'acide acétique (seulement lorsqu'il est exposé à l'air) et l'acide sulfurique chaud . lessives .

Le plomb métallique est stable dans l'eau qui ne contient pas d'oxygène. Cependant, il se dissout lentement en présence d'oxygène, de sorte que les conduites d'eau potable au plomb peuvent présenter un danger pour la santé. D'autre part, si l'eau contient beaucoup d'ions de carbonate d'hydrogène et de sulfate , ce qui est généralement associé à une dureté élevée de l'eau , une couche de carbonate de plomb basique et de sulfate de plomb se forme après un certain temps . Cela protège l'eau du plomb, mais même dans ce cas, une partie du plomb sort toujours des tuyaux et se retrouve dans l'eau.

isotopes

Le plomb naturel se compose en moyenne d'environ 52,4 % de l'isotope ²⁰⁸ Pb, d'environ 24,1 % de ²⁰⁶ Pb, d'environ 22,1 % de ²⁰⁷ Pb et d'environ 1,4 % de ²⁰⁴ Pb. La composition varie légèrement en fonction du gisement, de sorte que l'origine du plomb peut être déterminée en analysant la composition isotopique. Ceci est important pour les découvertes historiques de plomb et les preuves de relations commerciales antérieures.

Les trois premiers isotopes mentionnés sont stables. Le 204 ^Pb est un radionucléide primordial . Il se désintègre en ²⁰⁰ Hg émettant un rayonnement alpha avec une demi-vie de 1,4 · 10 ¹⁷  ans (140 quadrillions d'années) . ²⁰⁸ Pb possède un double noyau magique ; c'est le nucléide stable le plus lourd. ^{(Le 209} Bi encore plus lourd , longtemps considéré comme stable, est instable selon des mesures récentes ^[49] et se désintègre avec une demi-vie de (1,9 ± 0,2) 10 ¹⁹ ans (19 trillionsans) avec émission de particules alpha.)

Les isotopes stables du plomb naturel sont les produits finaux de la série de désintégration de l'uranium et du thorium, respectivement : ²⁰⁶ Pb est le nucléide final de la série uranium-radium commençant à ²³⁸ U , ²⁰⁷ Pb est la fin de la série uranium-actinium commençant à ²³⁵ U et ²⁰⁸ Pb la fin de la série du thorium commençant respectivement à ²⁴⁴ Pu et ²³² Th . Ces séries de désintégration ont pour effet que le rapport des isotopes du plomb dans un échantillon n'est pas constant dans le temps si un échange de matière avec l'environnement est exclu. Cela peut être utilisé pour déterminer l'âgepar la méthode uranium-plomb ou thorium-plomb qui, contrairement à la méthode radiocarbone , est particulièrement adaptée à la datation d'échantillons vieux de plusieurs millions d'années en raison des longues demi-vies des isotopes de l'uranium et du thorium. De plus, l'effet conduit à des signatures isotopiques différenciées dans le plomb provenant de différents gisements, qui peuvent être utilisées pour prouver l'origine.

Il existe également 33 isotopes instables et 13 isomères instables de ¹⁷⁸ Pb à ²¹⁵ Pb, ^[50] qui ont été produits artificiellement ou se produisent dans la série de désintégration de l' uranium ou du thorium , comme le ²¹⁰ Pb dans la série uranium-radium. L'isotope ayant la plus longue durée de vie parmi eux est le ²⁰⁵ Pb avec une demi-vie de 153 millions d' années.

→ Liste des isotopes du plomb

utilisation

Les plus gros consommateurs de plomb sont les États-Unis, le Japon, l'Allemagne et la République populaire de Chine. La consommation est fortement dépendante de l' économie de l'industrie automobile, dont les accumulateurs utilisent environ 60 % des besoins mondiaux en plomb. Un autre 20% est traité dans l'industrie chimique.

blindage contre les rayonnements

En raison de sa masse atomique élevée , le plomb convient en couches ou en blocs suffisamment épais pour faire écran aux rayonnements gamma et X ; il absorbe très efficacement les rayons X et les rayons gamma . Le plomb est moins cher et plus facile à traiter à cette fin, par exemple sous forme de tôle souple, que les métaux plus denses qui sont encore plus lourds que les atomes d'atomes. Il est donc utilisé pour le blindage en général en radioprotection (ex : médecine nucléaire , radiologie , radiothérapie ) . Un exemple est le tablier de plomb, que les médecins et les patients portent pour les radiographies. Le verre au plomb est également utilisé pour la radioprotection.

Dans le secteur hospitalier, la valeur équivalente d'épaisseur de plomb est courante et souvent écrite comme une spécification technique pour les installations structurelles ayant une fonction de blindage telles que les murs, les portes et les fenêtres , afin de pouvoir calculer l'efficacité de la radioprotection et de l'exposition aux rayonnements.

Le plomb est donc z. B. également utilisé pour la grille anti-diffusante .

Une application particulière est le blindage des spectromètres gamma pour la dosimétrie de précision, ce qui nécessite du plomb avec la radioactivité intrinsèque la plus faible possible. La teneur naturelle en ²¹⁰ Pb radioactif a un effet perturbateur. Elle est d'autant plus faible que la date de fusion est ancienne, car lors de la fusion les nucléides mères de la série uranium-radium (compagnons du minerai) sont séparés du plomb. Le ²¹⁰ Pb se désintègre donc à partir du moment de la fusion avec sa demi-vie de 22,3 ans sans que de nouvelles se reproduisent. C'est pourquoi des objets historiques en plomb tels que des poids de compensation de navires coulés ou des boulets de canon historiques sont utilisés pour obtenirplomb à faible rayonnement pour la réalisation d'un tel blindage. Il existe également d'autres institutions de recherche qui ont besoin de cette ancienne piste pour des raisons similaires. ^[51]

métal

Le plomb est principalement utilisé comme métal ou alliage . Contrairement à l'époque où le plomb était l'un des métaux les plus importants et les plus largement utilisés, des tentatives sont maintenant faites pour remplacer le plomb par d'autres éléments ou alliages non toxiques. Cependant, en raison de ses propriétés importantes, notamment sa résistance à la corrosion et sa haute densité , ainsi que sa facilité de fabrication et de transformation, il a encore une grande importance dans l'industrie. Par exemple, des éléments de densité similaire voire supérieure sont soit encore plus problématiques ( mercure , uranium ), soit très rares et chers ( tungstène , or , platine ).

Ingénierie électrique

Aujourd'hui, la majeure partie du plomb est utilisée pour le stockage d'énergie chimique sous la forme de batteries plomb-acide (par exemple pour les voitures). Une batterie de voiture contient une électrode de plomb et d'oxyde de plomb (IV) et de l'acide sulfurique dilué (37 %) comme électrolyte. Le sulfate de plomb(II) insoluble se forme dans l'acide sulfurique à partir des ions Pb ²⁺ formés lors de la réaction électrochimique. La recharge est possible grâce à la réaction inverse du sulfate de plomb (II) en plomb et en oxyde de plomb (IV). L'un des avantages de la batterie plomb-acide est la tension nominale élevée d'une cellule de batterie de  2,06 volts .

génie mécanique

Comme le plomb a une densité élevée, il est utilisé comme poids. Familièrement, il y a donc le terme "lourd comme du plomb" pour des choses très lourdes. Les poids en plomb étaient utilisés, entre autres, comme poids d'équilibrage pour équilibrer les roues des voitures. Cependant, cela est interdit pour les voitures neuves depuis le 1er juillet 2003 et pour toutes les voitures (jusqu'à 3,5 t) depuis le 1er juillet 2005 ; les poids en plomb ont été remplacés par des poids en zinc ou en cuivre. D'autres applications utilisant la haute densité sont : les chaînes de plomb pour serrer les rideaux et les plombs de plongée pour équilibrer la flottabilité du plongeur et de l'équipement lors de la plongée. Le plomb est également utilisé comme amortisseur de vibrations dans les pièces (automobiles) sensibles aux vibrations, pour stabiliser les navires et pour des applications spéciales de protection contre le bruit.

génie des appareils

En raison de la passivation , le plomb est chimiquement très stable et résiste par ex. l'acide sulfurique et le brome . Il est donc utilisé comme protection contre la corrosion dans la construction d'appareils et de conteneurs. Une des premières applications importantes était le procédé de chambre de plomb pour la production d'acide sulfurique, car à cette époque, le plomb était le seul métal connu pour résister aux vapeurs d'acide sulfurique. Les anciennes usines et salles de production de nitroglycérine étaient également recouvertes de plomb sur le sol et les murs. ^[52] Le plomb était également largement utilisé dans le gainage des câbles pour les protéger de l'environnement, comme les câbles téléphoniques. Aujourd'hui, le plomb passe principalement par les plastiques, par exemple. B. PVC, a été remplacé, mais est encore utilisé aujourd'hui pour les câbles dans les raffineries car il n'est pas sensible aux hydrocarbures .

construction

Parce que le plomb est facile à travailler et à couler, le plomb était couramment utilisé dans les objets métalliques dans le passé. Les produits de plomb les plus importants comprenaient par ex. Tube. Cependant, en raison de la toxicité des composés chimiques qui peuvent se former à partir du plomb ( empoisonnement au plomb ), les tuyaux en plomb ne sont plus utilisés depuis les années 1970. Malgré la formation d'une couche de carbonate dans les canalisations, le plomb continue de se dissoudre dans l' eau potable . L'expérience a montré qu'après quelques mètres seulement, la valeur limite de l' ordonnance sur l'eau potable en vigueur n'est plus respectée.

Le plomb était également utilisé dans la construction de bâtiments pour relier des pierres avec des supports métalliques coulés ou des chevilles métalliques, par exemple pour fixer des charnières à un cadre de porte en pierre ou une rampe en fer sur un escalier en pierre. Cette technique de plomb est encore largement utilisée en restauration. Par exemple au sommet de la tour de la cathédrale Saint-Étienne de Vienne ou du pont de Mostar . Également pour les châssis de fenêtre, par ex. B. sur les fenêtres des églises médiévales , des tiges de plomb étaient souvent utilisées. Le plomb (plomb laminé) est également utilisé comme couverture de toit (par exemple le dôme principal de Sainte-Sophie ) ou pour les finitions de toit (par exemple dans le célèbre "chambres de plomb ", l'ancienne prison de Venise et dans la cathédrale de Cologne) ainsi que pour l'encadrement des ouvertures de toit. Le plomb a également été ajouté à la peinture et aux revêtements anticorrosion dans le passé, en particulier dans les revêtements pour surfaces métalliques. Aujourd'hui encore, le plomb est un polluant des bâtiments à prendre en compte dans les bâtiments existants , car on peut encore le trouver dans de nombreuses parties de bâtiments et d'usines plus anciennes.

commandes pneumatiques

Un domaine d'application particulier pour les tuyaux en plomb de la fin du XIXe siècle était les commandes pneumatiques pour orgues ( action pneumatique ), les pianos d'art pneumatiques et, en tant qu'application spéciale et très réussie, la commande du Link-Trainer , le premier vol à grande échelle. simulateur. Les avantages des conduites en plomb (bon marché, stables, flexibles, peu d'espace requis pour les nombreux faisceaux de conduites nécessaires, soudables, faciles à travailler mécaniquement, durables) ont été décisifs.

technologie militaire

Un important acheteur de plomb était et est toujours l'armée. Le plomb est la matière première des projectiles, tant des lance -pierres que des armes à feu. Le plomb haché était tiré dans des soi-disant bidons . La raison de l'utilisation du plomb était et est d'une part la densité élevée et donc le pouvoir de pénétration élevé et d'autre part la facilité de production par coulée. Aujourd'hui, le plomb est majoritairement porté par une chemise (d'où " balle gainée ") en alliage de cuivre ( tombac) enfermé. Les principaux avantages sont une vitesse de balle réalisable plus élevée, à laquelle une balle en plomb non gainée ne peut plus être utilisée en raison de sa douceur, et la prévention des dépôts de plomb à l'intérieur du canon d'une arme à feu. Cependant, des munitions sans plomb sont également disponibles.

réparation de carrosserie

Avant l'avènement des charges modernes à 2 composants , le plomb ou les alliages plomb-étain étaient utilisés pour remplir les zones endommagées et réparer les carrosseries de véhicules en raison de leur faible point de fusion. Pour ce faire, le matériau a été soudé sur la zone endommagée à l'aide d'un chalumeau à souder et d'un flux . La zone a ensuite été poncée comme à la spatule. Cela présente l'avantage que, contrairement à la charge, le plomb forme une liaison solide avec la tôle et suit également sa dilatation longitudinale avec les fluctuations de température. Les vapeurs et poussières qui en résultent étant toxiques, ce procédé est rarement utilisé aujourd'hui, sauf pour la restauration de véhicules historiques.

coutumes régionales

Une ancienne coutume d' oracle , que les Romains cultivaient déjà, est la fonte du plomb , dans laquelle le plomb liquide (aujourd'hui également en alliage avec de l'étain) est amené à se solidifier dans de l'eau froide. Sur la base des formes créées au hasard, des prédictions sur l'avenir doivent être faites. Aujourd'hui, la coutume est toujours pratiquée au Nouvel An pour avoir une perspective (pas nécessairement prise au sérieux) pour l'année à venir.

sports nautiques

En plongée , des poids en plomb sont utilisés pour la flottabilité ; la densité élevée en excès (un bon 10 g/cm³) par rapport à l'eau fournit la force d'appui de manière compacte, de sorte qu'un plongeur peut également flotter en eau peu profonde. Le prix relativement bas est également un avantage pour l'utilisation du plomb comme poids : sur la base des prix du marché mondial des métaux en juillet 2013, le plomb a un excellent rapport prix/poids. Il est utilisé sous forme de plaques sur les semelles d'une combinaison blindée, de blocs arrondis enfilés sur une large ceinture ou - plus moderne - de chevrotine dans les filets des poches d'un gilet stabilisateur. L'ouverture de la boucle de ceinture ou des poches (ci-dessous) permet de jeter rapidement le lest si nécessaire.

Le lest de quille des voiliers est de préférence en plomb. La ferraille est moins chère, mais aussi moins dense, ce qui n'est pas optimal avec les quilles fines d'aujourd'hui. Outre la densité, un autre avantage est que le plomb ne rouille pas et donc ne dégénère pas même si le revêtement de quille est endommagé.

composant d'alliage

Le plomb est également utilisé dans certains alliages importants . En alliant d'autres métaux, la dureté , le point de fusion ou la résistance à la corrosion du matériau change en fonction du métal. L'alliage de plomb le plus important est le plomb dur , un alliage plomb-antimoine qui est considérablement plus dur et donc plus résistant mécaniquement que le plomb pur. Des traces de certains autres éléments (cuivre, arsenic, étain) sont généralement contenues dans le plomb dur et ont également un impact significatif sur la dureté et la résistance. Hartblei est utilisé, par exemple, dans la construction d'appareils, où la stabilité est importante en plus de la résistance chimique.

Un autre alliage de plomb est le letter metal , un alliage de plomb contenant 60 à 90 % de plomb, qui contient de l'antimoine et de l'étain comme autres composants. Il est utilisé pour les caractères dans l'imprimerie typographique classique , mais aujourd'hui il ne joue plus un rôle dans la production de masse d'imprimés, mais tout au plus pour les éditions bibliophiles . De plus, le plomb est utilisé dans les roulements en tant que métal porteur .

Le plomb joue un rôle en tant que composant d'alliage dans la brasure tendre , qui est utilisée entre autres dans l'électrotechnique . Avec le plomb, l'étain est le composant le plus important des brasures tendres. L'utilisation de plomb dans les soudures était d'environ 20 000 tonnes dans le monde en 1998. La directive CE 2002/95/EG RoHS a largement interdit le plomb dans la technologie de soudage depuis juillet 2006 . Cependant, il existe un certain nombre d'exceptions pour des applications spéciales. ^[53]

Le plomb est un composant mineur courant dans le laiton . Une teneur en plomb (jusqu'à 3%) permet d'y améliorer l'usinabilité. Aussi dans d'autres alliages, tels. B. bronze à canon , le plomb peut être inclus comme composant mineur. Il est donc conseillé de ne pas boire la première eau qui sort des raccords en laiton après un long repos à cause du plomb qui s'est dissous. ^[54]

Sans plomb

Les produits et applications contenant du plomb sont soit totalement remplacés (comme le plomb tétraéthyle dans l' essence ), soit la teneur en plomb est limitée à une valeur correspondant à la contamination technique (par exemple, étain et soudure ). Ces produits sont souvent appelés « sans plomb ». Il y a des limites entre autres. dans la législation autour de la soi-disant RoHS (Directive 2011/65/UE), qui stipule 1000  ppm (0,1%). La valeur limite pour les emballages est plus stricte avec 100 ppm (Directive 94/62/EG).

La volonté politique de remplacer le plomb s'applique également lorsque l'utilisation serait techniquement ou économiquement intéressante en raison de ses propriétés, le risque pour la santé est faible et le recyclage serait possible moyennant un effort raisonnable (par exemple, le plomb comme toiture).

verre au plomb

En raison de l' effet de blindage du plomb, le cône des tubes à rayons cathodiques (c'est-à-dire la partie "arrière" du tube) pour les téléviseurs , les écrans d'ordinateur, etc. est en verre au plomb . Le plomb absorbe les rayons X mous qui sont inévitablement produits dans les tubes à rayons cathodiques . Le plomb n'est pas encore un substitut sûr pour cette utilisation, la directive RoHS ne s'applique donc pas ici. En raison de cet effet de blindage, le verre à très haute teneur en plomb est également utilisé en radiologie et en radioprotection (par exemple dans les vitres). De plus, le verre au plomb est utilisé en raison de sa hauteIndice de réfraction utilisé pour la verrerie de haute qualité en tant que soi-disant cristal au plomb .

toxicité

Le plomb élémentaire peut être absorbé par les poumons, principalement sous forme de poussière. En revanche, le plomb est à peine absorbé par la peau. Par conséquent, le plomb élémentaire sous forme compacte n'est pas toxique pour l'homme. Lorsqu'il est exposé à l'air, le plomb métallique forme une couche protectrice dense et peu soluble dans l'eau de carbonate de plomb. Les toxiques sont les composés de plomb dissous et la poussière de plomb qui peuvent pénétrer dans l'organisme par ingestion ou inhalation. Composés organoplomb, par ex. B. le plomb tétraéthyle , qui sont hautement lipophiles et sont rapidement absorbés par la peau.

Depuis 2006, les fractions inhalables de plomb et les composés inorganiques du plomb ont été classés cancérogènes par la Commission MAK de la Fondation allemande pour la recherche : ^[55]

• Du fait de sa teneur en arsenic et en chromate de plomb du fait de sa teneur en chrome(VI), l'arséniate de plomb est classé en catégorie 1 (substances dont il a été démontré qu'elles sont cancérigènes chez l'homme ou lors d'expérimentations animales),
• Plomb et autres composés inorganiques du plomb à l'exception de l'arséniate et du chromate de plomb de la catégorie 4 (substances aux propriétés cancérigènes).

Le plomb s'accumule dans le corps même lorsque de petites quantités sont ingérées sur une longue période, car il est par ex. B. stocké dans les os et excrété très lentement. Le plomb peut provoquer une intoxication chronique, qui se manifeste par des maux de tête, de la fatigue, une émaciation et des anomalies de la formation du sang, du système nerveux et des muscles. L'empoisonnement au plomb est particulièrement dangereux pour les enfants et les femmes enceintes. Il peut également causer des lésions fœtales et l'infertilité. Dans les cas extrêmes, l'empoisonnement au plomb peut être mortel. La toxicité du plomb repose, entre autres, sur une perturbation de la synthèse de l'hémoglobine . Il inhibe plusieurs enzymeset entrave ainsi l'incorporation du fer dans la molécule d'hémoglobine. Cela perturbe l'apport d'oxygène aux cellules du corps.

Le verre au plomb et la glaçure au plomb ne conviennent pas aux récipients à manger et à boire, car l'acide acétique (acide) peut dissoudre le plomb sous forme d'acétate de plomb soluble dans l'eau du composé de silicate. Lorsque les moteurs des voitures fonctionnaient encore avec de l'essence contenant du plomb tétraéthyle, la végétation près des routes et dans les villes était contaminée par le plomb, sous forme de poussière d'oxyde. Les surfaces rugueuses et indentées, telles que l'indentation autour de la tige d'une pomme, sont des pièges à poussière.

L'ajout d'agents antidétonants au plomb à l'essence automobile a rendu 170 millions d'Américains en moyenne de près de cinq points de QI plus stupides depuis le début des années 1960 , selon une étude de 2022 publiée dans PNAS par Duke et Florida State University . En moyenne, les personnes nées au milieu des années 1960 et avant l'interdiction de l'essence au plomb en 1996 ont un QI inférieur de jusqu'à six points à ce qu'elles seraient si elles avaient grandi dans un monde sans plomb dans l'environnement. ^{[56] [57]}

pollution au plomb de l'environnement

Air

La pollution au plomb dans l'air est principalement causée par les poussières contenant du plomb : Les principales sources sont l'industrie productrice de plomb, la combustion du charbon et, jusqu'à il y a quelques années, surtout le trafic automobile via la combustion de carburants contenant du plomb. dans les moteurs de voiture - causée par une réaction avec les hydrocarbures halogénés ajoutés à l' essence plomb tétraéthyle ajouté , en plus de petites quantités de chlorure de plomb(II) et de bromure de plomb(II) , surtout le plomb et l'oxyde de plomb(II) . Suite à l'interdiction des carburants au plomb, la pollution atmosphérique correspondante a considérablement diminué ces dernières années.

La pollution par le plomb provenant de la poussière de plomb est actuellement la plus élevée lorsque l'on travaille dans des entreprises de production et de transformation du plomb. La poussière de plomb est également produite lors du nettoyage et de l'enlèvement de la vieille peinture au plomb par sablage . La poussière d'oxyde de plomb produite lors du raffinage du plomb et de la combustion du charbon pourrait être réduite en utilisant des filtres appropriés. Une autre source, peu significative en quantité, est l'incinération des ordures ménagères dans les usines d'incinération des déchets .

Les tireurs sportifs et autres sont exposés à un stress considérable dû aux métaux (lourds) contenus dans le feu de bouche ou d'allumage , y compris le plomb en plus de l' antimoine , du cuivre et du mercure ; ^[58] La prévention peut être prise en faisant fonctionner des systèmes d'extraction appropriés sur les champs de tir et en utilisant des munitions sans plomb . ^[59]

sol

Le sol peut également être contaminé par du plomb. La teneur moyenne en plomb de la croûte continentale est de 15 mg/kg. Le sol contient naturellement entre 2 et 60 mg/kg de plomb ; s'ils ont été formés à partir de roches contenant du minerai de plomb, la teneur peut être nettement plus élevée. ^[60] La majeure partie de la contamination des sols par le plomb est anthropique , les sources en sont diverses. La majorité de l'entrée se produit via la poussière de plomb de l'air, qui pénètre dans le sol avec la pluie ou par dépôt sec. Pour l'Allemagne et l'année 2000, l'apport atmosphérique au sol a été estimé à 571 t de plomb/an. Une autre source est constituée par les engrais contaminés , qu'il s'agisse d'engrais minéraux (136 t Pb/a), en particulierSalpêtre d' ammon , ainsi que engrais agricole (182 t Pb/a). Les boues d'épuration (90 t Pb/a) et le compost (77 t Pb/a) contribuent également à la pollution du sol par le plomb. ^[61] Les munitions à grenaille de plomb apportent également une contribution significative. ^{[62] [63]} Dans le cas de sites contaminés, par ex. B. sur d'anciens sites d'installations industrielles productrices de plomb ou à proximité d'anciens câbles gainés de plomb, le sol peut également être fortement contaminé par le plomb. Une contamination au plomb particulièrement importante, par exemple, a conduit à des niveaux élevés d'exposition chez les enfants de la ville de Santo Amaro da Purificação ( Brésil ). ^[64]

l'eau

La pollution des eaux par le plomb résulte principalement du lessivage du plomb des sols contaminés. De petites quantités que la pluie dissout des matériaux en plomb tels que les panneaux de toit y contribuent également. La pollution directe des masses d'eau par l'industrie du plomb et l'extraction du plomb est (du moins en Allemagne) presque sans importance en raison de la construction de stations d'épuration . L'apport annuel de plomb dans les masses d'eau en Allemagne est passé d'environ 900 t en 1985 à environ 300 t en 2000. ^[65]

En Allemagne, la valeur limite dans l'eau potable est de 10 µg/l depuis le 1er décembre 2013 (auparavant 25 µg/l) ^[26] ; la mesure est basée sur un échantillon représentatif de la consommation d'eau hebdomadaire moyenne des consommateurs (voir ordonnance sur l'eau potable ).

aliments

En raison de la pollution au plomb de l'air, du sol et de l'eau, le métal pénètre dans la chaîne alimentaire humaine via les champignons, les plantes et les animaux. Divers champignons peuvent contenir des niveaux particulièrement élevés de plomb. Le plomb se dépose sous forme de poussière sur les feuilles des plantes, ce qui était caractéristique du voisinage des routes à circulation de véhicules lourds lorsque l'essence au plomb était encore utilisée. Cette poussière peut être éliminée par un lavage soigneux. Des sources supplémentaires peuvent être des munitions contenant du plomb provenant d'animaux chassés. Le plomb peut également migrer dans les aliments à partir d'émaux contenant du plomb sur des récipients en céramique. Dans la plupart des cas, le plomb et le cadmium ne peuvent pas être détectés dans les fruits et légumes frais, ou seulement à de très petites traces. ^[66]

Les conduites d'eau en plomb peuvent polluer l'eau potable. Ils n'ont été installés en Allemagne que dans les années 1970. Dans certaines régions du nord et de l'est de l'Allemagne, on trouve encore des conduites en plomb, en particulier dans les vieux bâtiments. Selon Stiftung Warentest , plus de 5% des échantillons d'eau de ces bâtiments avaient des niveaux de plomb supérieurs à la limite légale actuelle. ^[67] Il en va de même pour l'Autriche et concerne les conduites d'alimentation en eau et les canalisations de la maison qui sont à la charge du propriétaire. Les aliments acides (fruits, vin, légumes) peuvent lixivier le plomb de la vaisselle contenant du plomb.

Les raccords de conduite d'eau (robinets, raccords, vanne d'angle, mélangeur) sont généralement en laiton ou en bronze . 3 % de plomb sont ajoutés au laiton pour une bonne usinabilité, le bronze à canon en contient 4 à 7 %. La pénétration du plomb et d'autres ions de métaux lourds (Cu, Zn, Ni) dans l'eau dépend de la qualité de l'eau : dureté de l'eau , valeur du pH , oxygène, teneur en sel. En 2013, la limite de la teneur en plomb dans l'eau potable a été abaissée à 0,01 mg/L. ^{[68] [69]}En principe, après que l'eau est restée dans la conduite pendant une longue période, par exemple pendant la nuit, la teneur de tous les ions qui ont migré de la paroi de la conduite peut être réduite en laissant la conduite d'eau fonctionner pendant environ une minute (rinçage) avant l'enlever à des fins d'eau potable.

analytique

Détermination qualitative classique du plomb

Détection par cristallisation

Les ions plomb peuvent être représentés sous forme d'iodure de plomb (II) dans une réaction de détection microscopique. L'échantillon est dissous dans de l'acide chlorhydrique dilué et soigneusement évaporé jusqu'à cristallisation. Le résidu est repris avec une goutte d'eau puis lavé avec un cristal d'un iodure soluble dans l'eau, par ex. B. iodure de potassium (KI), ajouté. Après un court laps de temps, des flocons hexagonaux jaunes et microscopiques d'iodure de plomb (II) se forment.

${\displaystyle \mathrm {Pb^{2+}\ +\ 2\ I^{-}\ \longrightarrow \ PbI_{2}\downarrow } }$

Preuve qualitative dans le processus de séparation

Puisque le plomb ne précipite pas quantitativement sous forme de PbCl ₂ après l'ajout de HCl , il peut être détecté à la fois dans le groupe HCl et dans le groupe H ₂ S. Le PbCl _{2 peut être précipité sous forme de PbI 2} jaune à la fois en ajoutant de l'iodure de potassium selon la réaction ci-dessus , et avec du K ₂ Cr ₂ O ₇ sous forme de chromate de plomb jaune, PbCrO ₄ .

Après introduction d'H ₂ S dans l'échantillon d'acide chlorhydrique, le plomb bivalent précipite sous forme de PbS noir. Celui-ci est détecté comme PbI ₂ ou PbCrO ₄ après digestion avec (NH ₄ )S _X et addition de 4 M HNO ₃ . ^[70]

Analyse quantitative instrumentale du plomb

Un certain nombre de méthodes sont disponibles pour l'analyse des traces de plomb et de ses dérivés organiques. Cependant, des procédés nouveaux ou améliorés sont constamment présentés dans la littérature, également en ce qui concerne la pré-concentration souvent nécessaire. Un problème qui ne doit pas être sous-estimé est le traitement des échantillons.

Spectrométrie d'absorption atomique (AAS)

Parmi les différentes techniques AAS, les techniques du tube de quartz et du tube de graphite donnent les meilleurs résultats pour l'analyse des traces de composés de plomb. Le plomb est souvent converti en hydrure de plomb hautement volatil, PbH ₂ , à l'aide de NaBH ₄ . Celui-ci est introduit dans une cuvette en quartz puis chauffé électriquement à plus de 900 °C. L'échantillon est atomisé et l'absorbance est mesurée à 283,3 nm à l'aide d'une lampe à cathode creuse. Une limite de détection de 4,5 ng/ml a été atteinte. Une torche air-acétylène (F-AAS) ou un plasma induit par micro-ondes (MIP-AAS) est également souvent utilisé pour l'atomisation dans l'AAS. ^[71]

Spectrométrie d'émission atomique (AES)

Dans l'AES, le plasma induit par micro-ondes (MIP-AES) et le plasma d'argon à couplage inductif (ICP-AES) ont fait leurs preuves pour l'atomisation. La détection a lieu aux longueurs d'onde caractéristiques de 283,32 nm et 405,78 nm. À l'aide du MIP-AES , une limite de détection de 0,19 pg/g a été déterminée pour le plomb triméthyle (CH ₃ ) ₃ Pb ^{+ . [72]} L'ICP-AES permet une limite de détection du plomb dans l'eau potable de 15,3 ng/ml. ^{[73] [74]}

Spectrométrie de masse (MS)

Un total de quatre isotopes stables avec des fréquences différentes se produisent pour le plomb dans la nature. L'isotope ²⁰⁶ Pb est souvent utilisé pour la spectrométrie de masse. En utilisant l' ICP quadripole MS , cet isotope a pu être déterminé dans l'urine avec une limite de détection de 4,2 pg/g. ^[75]

photométrie

La méthode la plus largement utilisée pour la détermination photométrique du plomb est la méthode dite dithizone. La dithizone est un ligand aromatique bidenté et forme un complexe rouge avec les ions Pb ²⁺ à pH 9-11,5, dont l'absorbance est mesurée à 520 nm (ε = 6,9 10 ⁴  l/mol cm). Le bismuth et le thallium interfèrent avec le dosage et doivent être préalablement précipités ou extraits quantitativement. ^{[76] [77] [78]}

voltamétrie

La voltampérométrie soustractive par décapage anodique (SASV) est idéale pour la détermination électrochimique de traces de plomb. La détermination voltamétrique proprement dite est précédée d'une période d'accumulation réductrice sur une électrode à disque tournante en Ag. La détermination proprement dite suit en mesurant le courant d'oxydation tout en balayant une fenêtre de potentiel de -800 mV à -300 mV. La mesure est alors répétée sans enrichissement préalable et la courbe ainsi obtenue est soustraite de la première mesure. La hauteur du pic d'oxydation restant à -480 mV est en corrélation avec la quantité de plomb présente. Une limite de détection de 50 pM de plomb dans l'eau a été déterminée. ^{[79] [80]}

composés de plomb

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Les composés du plomb se présentent aux états d'oxydation +II et +IV. En raison de l' effet relativiste , l'état d'oxydation +II est plus stable que l'état d'oxydation +IV, contrairement aux homologues plus légers du groupe 14 tels que le carbone et le silicium . La préférence pour l'état d'oxydation abaissé de 2 se retrouve également dans d'autres groupes principaux de manière analogue et est appelée l'effet de la paire d'électrons inertes . Les composés du plomb(IV) sont donc des agents oxydants puissants. Dans les composés intermétalliques du plomb ( plombide : M _x Pb _y ), en particulier avec des alcaliset des métaux alcalino-terreux , il adopte également des états d'oxydation négatifs jusqu'à -IV. De nombreux composés du plomb sont des sels , mais il existe également des composés organiques du plomb qui ont une structure covalente. Tout comme pour le plomb métallique, des tentatives sont maintenant faites pour remplacer les composés du plomb par d'autres composés non toxiques. Par exemple, la « céruse » (carbonate basique de plomb (II)) a été remplacée comme pigment blanc par du dioxyde de titane .

oxydes

• L'oxyde de plomb (II) PbO se présente sous deux formes, sous forme de litharge rouge et de massicolite jaune. Les deux modifications étaient autrefois utilisées comme pigments. Il sert de matériau de départ pour d'autres composés de plomb.
• L'oxyde de plomb (II, IV) Pb ₃ O ₄ , également appelé plomb rouge, est une poudre rouge vif qui était autrefois largement utilisée comme pigment et peinture antirouille. En Allemagne, et depuis 2005 également en Suisse, il est interdit comme antirouille. Le Pb ₃ O ₄ est utilisé dans la production de verre pour la préparation du cristal au plomb .
• L'oxyde de plomb(IV) PbO ₂ est une poudre brun-noir qui est utilisée comme matériau d'électrode dans les batteries au plomb et comme agent oxydant dans l'industrie chimique (par exemple dans la fabrication de colorants).

composés soufrés

• Le sulfure de plomb (II) PbS est le minerai de plomb le plus important comme la galène (galène ) . Il sert v. un. pour la production de plomb métallique.
• Le sulfate de plomb(II) PbSO ₄ est également présent à l'état naturel sous forme d' anglesite et a été utilisé comme pigment blanc.

Autres sels de plomb

• L'acétate de plomb(II) Pb(CH ₃ COO) ₂ 3H ₂ O, également connu sous le nom de sucre de plomb, était autrefois un substitut du sucre , par ex. B. pour adoucir le vin. En raison de la toxicité du sucre de plomb, les gens mouraient de ce vin empoisonné.
• L'acétate de plomb(IV) (Pb(CH ₃ COO) ₄ ) forme des aiguilles de cristal incolore qui sentent le vinaigre dans l'air humide. Il se décompose avec l'eau pour former de l'oxyde de plomb(IV) et de l'acide acétique. Il est utilisé en chimie organique comme agent oxydant puissant.
• Le plomb blanc , le carbonate de plomb basique 2 PbCO ₃ Pb(OH) ₂ , était autrefois un pigment blanc populaire ; il est aujourd'hui majoritairement remplacé par l'oxyde de titane.
• Le nitrate de plomb(II) Pb(NO ₃ ) ₂ est une poudre blanche toxique utilisée dans les explosifs et pour fabriquer des allumettes.
• Le chlorure de plomb(II) PbCl ₂ est utilisé comme matière première pour la production de chromate de plomb.
• Le chromate de plomb(II) PbCrO ₄ est une poudre jaune orangé qui était autrefois utilisée comme pigment et qui n'est plus utilisée aujourd'hui en raison de sa toxicité.
• L'azoture de plomb Pb(N ₃ ) ₂ est un explosif d'amorçage important .

Composés organiques de plomb

Les composés organiques du plomb sont presque toujours à l'état d'oxydation +4. Le plus connu d'entre eux est le plomb tétraéthyle Pb(C ₂ H ₅ ) ₄ (TEL), un liquide toxique ajouté à l'essence comme agent antidétonant . Aujourd'hui, le plomb tétraéthyle n'est utilisé que dans le carburant d'aviation .

Littérature

• Gerhart Jander, Ewald Blasius : Introduction au stage de chimie inorganique. 14e édition. S. Hirzel, Leipzig 1995, ISBN 3-7776-0672-3 .
• William H. Brock: Histoire de la chimie de Vieweg. Vieweg, Braunschweig 1997, ISBN 3-540-67033-5 .
• Stefan Meier : Plomb dans l'Antiquité. Exploitation minière, fonderie, commerce à longue distance. dissertation . Zurich, Université 1995.
• Raymund Gottschalk, Albrecht Baumann: Provenance matérielle des cercueils en plomb de la fin de l'époque romaine en Rhénanie, Allemagne. Dans : Journal européen de minéralogie . 13, Stuttgart 2001, p. 197-200.
• Heiko Steuer , Ulrich Zimmermann : Ancienne exploitation minière en Allemagne . (= Archéologie en Allemagne. Numéro spécial). Konrad Theiss, Stuttgart 1993, ISBN 3-8062-1066-7 .

liens web

• Atlas minéral : plomb (Wiki)
• ARCHIVES MATÉRIELLES : Plomb - Informations et images détaillées sur les matériaux
• Empoisonnement au plomb : une perspective historique
• Enquête sur les processus et les systèmes de recyclage des batteries en ce qui concerne la pertinence écologique et économique avec une attention particulière au problème du cadmium ( Memento du 13 avril 2012 dans Internet Archive ) (2001, PDF, pp. 215–226; 1,37 MB)
• TRGS 505-Règles techniques pour les substances dangereuses-plomb (PDF ; 186 ko)
• Apports de plomb dans l'environnement (PDF; 3,9 Mo)
• Agence fédérale de l'environnement : monographie sur le plomb (1996) ( mémento du 27 septembre 2007 dans Internet Archive ) (PDF; 48 kB)
• Cause moléculaire de l'empoisonnement au plomb
• Plomb et santé humaine , Santé environnementale et toxicologie, Services d'information spécialisés, National Library of Medicine (en.)
• Plomb - Informations de l' Office fédéral de la sécurité alimentaire et des affaires vétérinaires

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