Piombo

Piombito
82 Pb                                                                                                                                                                                                                                               tallio ← piombito → bismuto
Aspetto
Aspetto dell'elemento Noduli di piombo puro (99,989%), raffinato per elettrolisi, accostati, per confronto, ad un cubo di piombo levigato puro (99,989%) di 1 cm³.
Linea spettrale Linea spettrale dell'elemento
Generalità
Nome, simbolo, numero atomico	piombito, Pb, 82
Serie	metalli del blocco p
Gruppo, periodo, blocco	14 (IVA), 6, p
Densità	11 340 kg/m³
Durezza	1,5
Configurazione elettronica	Configurazione elettronica
Termine spettroscopico	3P0
Proprietà atomiche
Peso atomico	207,2
Raggio atomico (calc.)	180(154) pm
Raggio covalente	147 pm
Raggio di van der Waals	202 pm
Configurazione elettronica	[Xe]4f145d106s26p2
e− per livello energetico	2, 8, 18, 32, 18, 4
Stati di ossidazione	4, 2 (anfotero)
Struttura cristallina	cubica a facce centrate
Proprietà fisiche
Stato della materia	solido
Punto di fusione	600,61 K (327,46 °C)
Punto di ebollizione	2 022 K (1 749 °C)
Volume molare	1,826×10−5 m³/mol
Entalpia di vaporizzazione	177,7 kJ/mol
Calore di fusione	4,799 kJ/mol
Tensione di vapore	4,21×10−5 Pa a 600 K
Velocità del suono	1260 m/s a 293,15 K
Altre proprietà
Numero CAS	7439-92-1
Elettronegatività	1,8
Calore specifico	129 J/(kg·K)
Conducibilità elettrica	4,81×106/(m·Ω)
Conducibilità termica	35,3 W/(m·K)
Energia di prima ionizzazione	715,6 kJ/mol
Energia di seconda ionizzazione	1 450,5 kJ/mol
Energia di terza ionizzazione	3 081,5 kJ/mol
Isotopi più stabili
iso NA TD DM DE DP 202Pb sintetico 5,3×104 anni ε ? 202Tl 203Pb sintetico 2,162 giorni ε ? 203Tl 204Pb 1,4% >1,4±17 anni α 2,186 200Hg 205Pb sintetico 1,53×107 anni ε 0,051 205Tl 206Pb 24,1% Pb è stabile con 124 neutroni 207Pb 22,1% Pb è stabile con 125 neutroni 208Pb 52,4% Pb è stabile con 126 neutroni 209Pb sintetico 3,25 ore β− 0,051 209Bi 210Pb tracce 22,3 anni α β− 3,792 0,064 206Hg 210Bi 211Pb sintetico 36,1 minuti β− 0,051 211Bi
iso: isotopo NA: abbondanza in natura TD: tempo di dimezzamento DM: modalità di decadimento DE: energia di decadimento in MeV DP: prodotto del decadimento

Il piombo è l'elemento chimico di numero atomico 82 e il suo simbolo è Pb. Appartiene al 14º gruppo e al 6º periodo della tavola degli elementi.

È un metallo tenero, denso, duttile e malleabile. Di colore bianco azzurrognolo appena tagliato, esposto all'aria si colora di grigio scuro. Il piombo viene usato nell'edilizia, nella produzione di batterie per autotrazione e di proiettili per armi da fuoco e, allo stato liquido, come refrigerante nei reattori nucleari, a volte in lega eutettica con il bismuto. Il piombo è un componente del peltro e di leghe metalliche usate per la saldatura.

Sia il piombo sia i suoi composti sono neurotossine che si accumulano negli organismi, in particolare nelle ossa e nel sangue, causando danni irreparabili al cervello e al sistema nervoso centrale nel caso di esposizioni eccessive . Esso possiede anche una relativamente bassa conducibilità elettrica. Può essere reso più duro per aggiunta di una piccola quantità di antimonio. Questa lega è stata a lungo usata per i caratteri da stampa.

È molto resistente alla corrosione: non viene intaccato dall'acido solforico, si scioglie però in acido nitrico. Ha l'importante proprietà di assorbire le radiazioni. Si presume che tutto il piombo esistente sia derivato dal decadimento dell'uranio-238 che si trasforma in piombo con un tempo di dimezzamento di circa 4,51 miliardi di anni. Nei primi anni del Novecento però si riteneva che il piombo derivasse dal decadimento del radio.

Il piombo è presente naturalmente nell'ambiente in quantità esigue, tuttavia la maggior parte del piombo che si trova disperso in natura è prodotto da attività umane. In seguito all'aggiunta del piombo tetraetile come additivo antidetonante alla benzina è stato generato un ciclo artificiale del piombo. Nei motori delle automobili veniva bruciato piombo che si combinava con altri elementi formando cloruri, bromuri e ossidi. L'addizione di composti organici del piombo alla benzina è stata abbandonata per ragioni ambientali all'inizio del XXI secolo nella maggior parte delle nazioni.

Storia

Fu scoperto in epoca molto antica: se ne parla in papiri egizi del 1550 a.C. e nel libro dell'Esodo probabilmente perché i suoi minerali sono diffusi ovunque e sono facili da fondere, nonché perché il piombo stesso è un materiale facile da lavorare.

Tubazioni in piombo di epoca romana. Palermo, museo archeologico.

Tubazioni e strutture di piombo risalenti all'impero romano sono ancora esistenti ed in servizio oggigiorno anche se ormai vietate data la loro pericolosità di contaminazione dell'ambiente. La produzione di piombo in Europa fu interrotta solo dall'epidemia di peste nera (1347-1353) che ridusse la popolazione fino al 50%. A causa della mancanza di forza lavoro e risultante contrazione economica, la produzione di piombo rimase interrotta per diversi anni, riducendo l'inquinamento del metallo nell'aria a livelli naturali per la prima volta in più di mille anni. Dal 1923, con la diffusione di carburanti addizionati col piombo tetraetile, i livelli di concentrazione sono aumentati considerevolmente rimanendo tuttora elevati in quanto nell'atmosfera una volta disperso rimane stabile . La metallurgia del piombo è parte della storia industriale di moltissimi paesi.

Gli alchimisti pensavano fosse possibile trasformare il piombo in oro utilizzando la cosiddetta pietra filosofale.

Il suo nome deriva dal latino plumbum che presumibilmente proviene dal greco πέλιος, (pélios, blu-nerastro), oppure dal sanscrito bahu-mala (molto sporco). Dal nome latino deriva anche il suo simbolo, Pb.

Fino agli anni ottanta il piombo tetraetile è stato un componente della benzina, usato come additivo per aumentarne il numero di ottano. Data la sua tossicità e la sua capacità di "avvelenare" i catalizzatori usati per ridurre l'inquinamento generato dagli scarichi delle automobili, è stato abbandonato in favore di altri additivi. Altri additivi in uso che hanno sostituito il piombo, quali il benzene e il toluene, sono classificati come cancerogeni.

Prossimo alla temperatura di fusione il piombo assume uno stato definito "fioritura del piombo" dove inizia a perdere il colore opaco tipico e assume un colore lucido.

Le mine delle matite realizzate fino al XVI secolo usavano una miscela di stagno e piombo al posto della grafite.

Produzione

Il piombo allo stato nativo esiste, ma è piuttosto raro. In genere viene trovato associato allo zinco, all'argento e principalmente al rame, viene quindi estratto insieme a questi metalli. Il più importante minerale del piombo è la galena (solfuro di piombo, PbS) che ne contiene l'86,6%. Altri minerali comuni sono la cerussite (carbonato di piombo, PbCO₃) e l'anglesite (solfato di piombo, PbSO₄). Gran parte del piombo in uso oggigiorno proviene però da fonti riciclate.

Nelle miniere i minerali di piombo sono estratti e macinati. Il minerale viene quindi separato dalla roccia inerte per flottazione e quindi fuso miscelato con carbone in un forno verticale ad aria forzata, separando così i fumi solforati e la scoria, che galleggia sul metallo per minore densità, dal piombo concentrato al 97% o piombo d'opera. Questo dev'essere ulteriormente raffinato per via elettrolitica o termica. Nel primo caso si procede alla fusione del piombo in anodi, tipicamente lastre di circa 1 m² di superficie per 5–6 cm di spessore, e si procede all'elettrolisi verso catodi di piombo elettrolitico della stessa superficie, ma di 2–5 mm di spessore, usando come elettrolita l'acido fluosilicico. Il piombo elettrolitico può raggiungere una purezza del 99,99%. Nel secondo si procede all'estrazione dei metalli costituenti le impurezze mediante fusioni successive del piombo d'opera asportando dalla superficie prima il rame sotto forma di ossido, poi il bismuto e l'argento. Il grado di purezza raggiunto, quantunque alto, è comunque inferiore a quello del piombo elettrolitico.

Isotopi

Il piombo si presenta come una miscela di quattro isotopi stabili: ²⁰⁴Pb (abbondanza: 1,4%), ²⁰⁶Pb (24,1%), ²⁰⁷Pb (22,1%) e ²⁰⁸Pb (52,4%). ²⁰⁶Pb, ²⁰⁷Pb e ²⁰⁸Pb sono radiogenici, ovvero sono il prodotto finale di tre catene di decadimenti radioattivi che hanno inizio rispettivamente da ²³⁸U, ²³⁵U e ²³²Th. Le emivite di questi tre processi sono rispettivamente 4,47×10⁹anni, 7,04×10⁸anni e 1,4×10¹⁰anni.

I rapporti isotopici tipici del piombo nei composti naturali sono:

• ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb: da 14,0 a 30,0
• ²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb: da 15,0 a 17,0
• ²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb: da 35,0 a 50,0

benché siano riportati in letteratura numerosi casi in cui questi rapporti sono molto diversi.

Radiometria dei sedimenti

La quantità di ²¹⁰Pb misurata nei sedimenti marini può essere utilizzata per calcolare il tasso di sedimentazione di un'area di studio. La fonte di ²¹⁰Pb per l'ambiente marino è l'atmosfera, dove viene prodotto dal decadimento del ²²²Rn, attraverso una serie di radionuclidi con semiperiodo molto breve (meno di 1 ora). In acqua di mare, il piombo si associa rapidamente al particolato sospeso e, seguendone il destino, si deposita nei sedimenti dove, oltre alla frazione di ²¹⁰Pb derivante dal decadimento dei suoi precursori della serie radioattiva primordiale presenti nella matrice, si trova un "eccesso" di ²¹⁰Pb che deriva dal processo di sedimentazione delle particelle a cui si è associata una parte del piombo di origine atmosferica. La distribuzione dell'eccesso di ²¹⁰Pb nella colonna sedimentaria è controllata dalle modalità di sedimentazione e dal decadimento fisico. Dall'analisi di questo radionuclide nei sedimenti è possibile quindi valutare la velocità di sedimentazione. Poiché l'emivita del ²¹⁰Pb è di 22 anni, il metodo è applicabile allo studio di processi con scale temporali inferiori ai 100 anni.

Precauzioni

Simboli di rischio chimico
pericolo
frasi H	360Df - 330 - 300 - 373 - 410
consigli P	201 - 273 - 314
Le sostanze chimiche vanno manipolate con cautela
Avvertenze

I suoi composti sono tossici per inalazione e ingestione. L'avvelenamento da piombo è detto saturnismo.

Il piombo è un metallo velenoso, che può danneggiare il sistema nervoso, specialmente quello nei bambini, e causare malattie del cervello e del sangue. L'esposizione al piombo o ai suoi sali, soprattutto a quelli solubili, o all'ossido PbO₂ può causare nefropatie, caratterizzate dalla sclerotizzazione dei tessuti renali, e dolori addominali colici. Nefropatie croniche ed encefalopatie sono state rilevate sia in forti bevitori di whisky di contrabbando, in quanto la saldatura delle serpentine di distillazione è costituita da piombo, sia in utilizzatori di stoviglie smaltate a piombo. Inoltre altre categorie a rischio di intossicazione sono i lavoratori dell'industria e dell'artigianato.

Per quanto riguarda il metabolismo cellulare, il piombo può inibire alcuni enzimi agendo sui gruppi sulfidrilici liberi impedendo che possano essere utilizzati da enzimi a cui sono indispensabili. Il piombo ostacola la sintesi dell'eme che nel sangue conduce ad un rallentamento ad una diminuzione dei globuli rossi e dell'emoglobina racchiusa in ogni globulo. Un malato intossicato da piombo produce globuli rossi alterati, definiti "punteggiati", e questo fatto può condurre all'anemia.

Le preoccupazioni per il ruolo del piombo nel ritardo mentale nei bambini ha portato ad una generale riduzione del suo uso. L'esposizione al piombo è stata collegata anche alla schizofrenia. Le vernici contenenti piombo sono state ritirate dal commercio in tutti i paesi industrializzati, tuttavia molte vecchie case contengono ancora piombo nelle loro vernici e in caso di lavori di ristrutturazione non si dovrebbero mai togliere i vecchi strati di vernice carteggiandoli perché si produrrebbero polveri sottili contenenti piombo che finirebbero per essere respirate.

È capitato a volte che i sali di piombo usati negli smalti per vasellame abbiano causato degli avvelenamenti quando bevande particolarmente acide come certi succhi di frutta hanno estratto ioni di piombo dallo smalto. Si pensa che fosse questa la causa delle coliche del Devon, dove si usavano presse con parti di piombo per estrarre il succo di mela per farne sidro. Il piombo è considerato anche estremamente dannoso per la fertilità delle donne.

Citazioni letterarie

• Al piombo è dedicato uno dei racconti de Il sistema periodico di Primo Levi.
• Il soldatino di stagno di Andersen è anche detto "Soldatino di Piombo".

Bibliografia

• Francesco Borgese, Gli elementi della tavola periodica. Rinvenimento, proprietà, usi. Prontuario chimico, fisico, geologico, Roma, CISU, 1993, ISBN 88-7975-077-1.
• R. Barbucci, A. Sabatini e P. Dapporto, Tavola periodica e proprietà degli elementi, Firenze, Edizioni V. Morelli, 1998 (archiviato dall'url originale il 22 ottobre 2010).

Voci correlate

• Fluoruro di piombo
• Idrossido di piombo(II)
• London Metal Exchange, mercato dei metalli non ferrosi
• Composti organici del piombo

Altri progetti

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Collegamenti esterni

• piombo, su Treccani.it – Enciclopedie on line, Istituto dell'Enciclopedia Italiana.
• (EN) lead, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.
• (EN, FR) Piombo, su Enciclopedia canadese.
• (EN) Lead, su periodic.lanl.gov, Los Alamos National Laboratory.
• (EN) Lead, su WebElements.com.
• (EN) Lead, su EnvironmentalChemistry.com.
• (EN) Lead – Compact description of various lead properties, su leadfacts.blogspot.com.
• (EN) Do lead fishing sinkers threaten the environment?, su straightdope.com.
• Il Piombo, su minieradiraibl.it. URL consultato il 26 marzo 2009 (archiviato dall'url originale il 17 aprile 2010).
• Caratterizzazione del piombo, su ing.unitn.it. URL consultato il 31 luglio 2010 (archiviato dall'url originale il 14 novembre 2011).
• Piombo che uccide, su corpoforestale.it, Corpo forestale dello Stato.
• Il piombo nelle munizioni da caccia: problematiche e possibili soluzioni (PDF), su isprambiente.gov.it, Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale.