Dette er et utmerket element.

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eiendommer
Som regel
Navn , symbol , atomnummer Bly, Pb, 82
Elementkategori Metaller
Gruppe , periode , blokk 14 , 6 , s
Utseende Blåaktig hvit
CAS -nummer

7439-92-1

EF -nummer 231-100-4
ECHA InfoCard 100.028.273
Massefraksjon av jordens konvolutt 18 spm [1]
Atomisk [2]
Atommasse 207,2 (1) [3] u
Atomradius (beregnet) 180 (154) pm
Kovalent radius 146 pm
Van der Waals radius 202 pm
Elektronkonfigurasjon [ Xe ] 4 f 14 5 d 10 6 s 2 6 p 2
1. Ioniseringsenergi 7. 416 679 9 (6) eV [4] 715 . 6 kJ / mol [5]
2. Ioniseringsenergi 15. 032 499 (7) eV [4] 1 450. 42 kJ / mol [5]
3. Ioniseringsenergi 31 . 9373 (6) eV [4] 3 081. 48 kJ / mol [5]
4. Ioniseringsenergi 42 . 33256 (10) eV [4] 4084. 47 kJ / mol [5]
5. Ioniseringsenergi 68 . 8 (5) eV [4] 6 640 kJ / mol [5]
Fysisk [2]
Fysisk tilstand fikset
Krystallstruktur Kubisk områdesentrert
tetthet 11,342 g / cm³ (20 ° C ) [6]
Mohs hardhet 1.5
magnetisme diamagnetisk ( Χ m = -1,6 · 10 −5 ) [7]
Smeltepunkt 600,61 K (327,43 ° C)
kokepunkt 2017 K [8] (1744 ° C)
Molar volum 18,26 10 −6 m 3 mol −1
Fordampningsvarme 177 kJ mol −1 [8]
Fusjonsvarme 4,85 [9] kJ mol −1
Lydens hastighet 1260 m s −1 ved 293,15 K.
Spesifikk varmekapasitet 131 [9] J · kg −1 · K −1
Elektrisk ledningsevne 4,76 · 10 6 A · V −1 · m −1
Termisk ledningsevne 35 W m −1 K −1
Mekanisk [2]
Poissons nummer 0,44
Kjemisk [2]
Oksidasjonstilstander 2 , 4
Normalt potensial −0,1251 V (Pb 2+ + 2 e - → Pb)
Elektronegativitet 2,33 ( Pauling -skala )
Isotoper
isotop NH t 1/2 ZA ZE (M eV ) ZP
202 Pb {syn.} 52 500 a α 2598 198 utg
ε 0,050 202 Tl
203 Pb {syn.} 51.873 t ε 0,975 203 Tl
204 Pb 1,4% > 1,4 · 10 17 a α 2.186 200 Hg
205 Pb {syn.} 1.53 · 10 7 a ε 0,051 205 Tl
206 Pb 24,1% Stabil
207 Pb 22,1% Stabil
208 Pb 52,4 % Stabil
209 Pb {syn.} 3.253 timer β - 0,644 209 bi
210 Pb i spor 22.3 a α 3.792 206 utg
β - 0,064 210 bi
211 Pb i spor 36,1 min β - 1.367 211 bi
212 Pb i spor 10,64 t β - 0,574 212 bi
213 Pb {syn.} 10,2 min β - 2.070 213 bi
214 Pb i spor 26,8 min β - 1.024 214 bi
For andre isotoper, se listen over isotoper
sikkerhetsinstruksjoner
GHS -merking av farlige stoffer fra forordning (EF) nr. 1272/2008 (CLP) , [11] utvidet om nødvendig [10]
07 - Forsiktig 08 - Helsefarlig 09 - Miljøfarlig

fare

H- og P -setninger H: 302 + 332 - 360FD - 362 - 373 - 410
P: 201 - 273 - 314 [10]
Godkjenningsprosedyre underREACH særlig bekymring : reproduksjonstoksisk ( CMR )[12]
Toksikologiske data
Så langt som mulig og vanlig brukes SI -enheter .
Med mindre annet er angitt, gjelder dataene som gis for standardbetingelser .

Bly er et kjemisk element med elementets symbol Pb ( latinsk plumbum ) og atomnummeret 82. Det er et giftig tungmetall og er i den fjerde hovedgruppen eller den 14. IUPAC -gruppen ( karbongruppe ) og sjette periode i det periodiske systemet . Bly er lett formbart og har et relativt lavt smeltepunkt.

Isotopene 206 Pb, 207 Pb og 208 Pb er de tyngste stabile atomene, så bly er elementet med høyest masse og atomnummer som fremdeles er stabilt. Alle blyisotoper har det magiske proton nummer 82, som forårsaker denne stabiliteten. Ved 208 Pb er det til og med en såkalt dobbelt magisk kjerne fordi den også har det magiske nøytron nummer 126.

Siden blyisotopene -206, -207 og -208 er sluttproduktene i de tre naturlige forfallsseriene av radioaktive elementer, ble det dannet en relativt stor mengde bly; den er derfor vanlig i jordskorpen sammenlignet med andre tunge grunnstoffer ( kvikksølv , gull, etc.).

historie

Romersk vannfordeler funnet i Contiomagus
Blystøtter fra det romerske Storbritannia

Det eldste funnet av metallisk bly hittil ble gjort i Çatalhöyük , omtrent 50 km sørøst for Konya på Anatolian Plateau. Den består av blyperler sammen med kobberperler, som er datert til rundt 6500 f.Kr. [1. 3]

I tidlig bronsealder ble bly brukt sammen med antimon og arsen for å produsere bronse fra legeringer med kobber, til tinn ble allment akseptert. Babylonerne var allerede kjent med blyvaser. Assyrerne måtte importere bly ( abāru ), som blant annet er dokumentert av Tiglath-pileser I. som en hyllest fra Melid . [14] I det gamle Hellas ble det hovedsakelig utvunnet bly i form av galena for å utvinne sølv. [15] I Romerriket ble imidlertid materialet til en rekke bruksområder brukt. Bly var av spesiell betydning i arkitekturen, for eksempel hvor steinblokker ble festet til hverandre med blyklips. Anslagsvis syv tonn bly ble brukt til å bygge Porta Nigra . [16] Andre viktige anvendelsesområder var kledning av skipsskrog for å beskytte mot skadedyrsangrep og produksjon av vannrør i sentrum. I tillegg ble bly brukt som råvare for fremstilling av fartøyer, som materiale for skrivebrett eller for de såkalte tesserae , som for eksempel ble brukt som identifikasjons- eller autorisasjonsmerker. [17] Små blystykker, den såkalte "slynge", ble brukt som slynger i den romerske hæren. [18] På grunn av den høye etterspørselen var det også handel med bly over lange avstander, noe som blant annet kan påvises ved inskripsjoner på romerske blyguter. [17]

I gammel litteratur ble det antatt at bly og tinn var to manifestasjoner av det samme stoffet, slik at bly på latin ble omtalt som plumbum nigrum (fra niger 'svart' ) og tinn som plumbum candidum (fra candidus 'hvitt' ). Det er derfor ofte uklart om en gammel tekst med plumbum betyr bly eller tinn. [15] Selv den romerske forfatteren Vitruvius anså bruk av bly for drikkevannsrør for å være helseskadelig og anbefalte å bruke leirerør i stedet hvis mulig. [19] Likevel var drikkevannsrør laget av bly i bruk fram til 1970 -tallet, noe som for eksempel også kommer til uttrykk i det engelske ordet rørlegger , 'rørlegging' . Fra dagens synspunkt var tilsetningen av bly som søtningsmiddel til vin (såkalt "bly sukker", se bly (II) acetat ) spesielt bekymringsfullt. Hyppig bruk av bly i rør og vin har også blitt diskutert som årsak til Romerrikets fall , men dette blir nå avvist i forskning. [17]

I Westfalen fikk romerne ledelsen til de trakk seg tilbake etter Varus -slaget . Sammensetningen av isotopene , som er typisk for forskjellige steder, viser at blyet for fremstilling av romerske blykister funnet i Rhinlandet kommer fra den nordlige Eifel . Den romerske blybehandlingen har ført til miljøforurensning som fortsatt kan verifiseres i dag: iskjerner fra Grønland viser mellom 500 -tallet f.Kr. F.Kr. og 300 -tallet e.Kr. en målbar økning i blyinnholdet i atmosfæren.

Bly (fra mellomhøjtysk blī ) hadde også en viktig betydning senere. Den ble for eksempel brukt til kanting av blyglassvinduer , for eksempel i kirker eller for å dekke blytak . Bly ble spesielt viktig etter oppfinnelsen av skytevåpen for militæret som materiale for prosjektiler for håndvåpen. Siden soldater laget sine egne prosjektiler, var det ikke uvanlig at de stjal det blyet de fant for å lage prosjektiler av det.

Alkymisk symbol for bly

Bly spilte også en viktig rolle i alkymi . På grunn av sin likhet med gull (like mykt og tungt) ble bly ansett som et godt utgangsmateriale for gullsyntese (syntese som en fargeendring fra grått til gult). Det alkymiske symbolet for bly er en stilisert sigd (♄), ettersom det har blitt tildelt guden og planeten Saturn (latin: Saturnus ) som et planetmetall siden antikken.

Med begynnelsen av den industrielle revolusjonen , ble det deretter nødvendig med bly i store mengder for den kjemiske industrien , for eksempel for produksjon av svovelsyre i blykammerprosessen eller foring av anlegg for produksjon av eksplosiver . Det var den viktigste ikke-jernholdige metallen på den tiden.

I et forsøk på å bestemme jordens alder ved å måle forholdet mellom bly og uran i steinprøver, fant den amerikanske geokjemisten Clair Cameron Patterson rundt 1950 at steinprøvene alle var forurenset med store mengder bly fra atmosfæren. Han var i stand til å identifisere kilden til tetraetyl-blyet som ble brukt som et anti-knock-middel i drivstoff. Før 1923 fant Patterson at atmosfæren nesten ikke inneholdt bly i det hele tatt. Basert på denne kunnskapen kjempet han hele livet for å redusere utslipp av bly i miljøet. Hans innsats førte til slutt til USAs Clean Air Act fra 1970 med strengere utslippsregler som trådte i kraft. I 1986, salg av blyholdig bensin i USA, Tyskland var bensin bly lov gradvis fra 1988 [20] , EU utestengt helt fra 2001 th Som et resultat falt nivået av bly i blodet til amerikanerne med 80 prosent nesten umiddelbart. Siden bly imidlertid forblir praktisk talt for alltid i miljøet, har hver person i dag fremdeles rundt 600 ganger mer av metallet i blodet enn før 1923. Rundt år 2000 ble rundt 100 000 tonn fortsatt lovlig sluppet ut i atmosfæren hvert år. De viktigste forurenserne er gruvedrift, metallindustri og produksjon. [21]

Blyakkumulator for biler

I 2009 var mengden bly utvunnet fra ikke-jernholdige metaller fjerde etter aluminium , kobber og sink . Den brukes hovedsakelig til bilbatterier ( blyakkumulatorer ) (60% av total produksjon).[22]

Generelt forsøkes det på å redusere eksponering av mennesker og miljø for bly og dermed blyforgiftning . I tillegg til forbudet mot blyholdig bensin, ble bruken av bly i elektrisk og elektronisk utstyr begrenset fra 2002 og fremover av RoHS -direktivene . I 1989 ble maling og belegg som inneholder bly forbudt fullstendig [23] , og bruk av bly som inneholder ammunisjon ble delvis forbudt fra 2005 i noen føderale stater. [24] Som materiale for vannrør ble bly forbudt allerede i 1973, men det er fortsatt ingen bestemmelser for fjerning av blyrør fra eksisterende eiendommer, og derfor krevde det tyske forbundsrådet forbud mot drikkeholdig drikkevann rør i 2017. [25] [26] Siden 1. mars 2018 har bruken (lagring, blanding, bruk for produksjon, etc.) og markedsføring av bly - fast stoff (f.eks. Som stenger eller pellets) eller som pulver - vært lik som for mange lenge Med noen få unntak er blyforbindelser regelmessig forbudt i EU hvis de er beregnet for salg til allmennheten og blykonsentrasjonen deri er 0,3% eller mer; I tillegg må leverandøren sørge for at dette er merket som "bare for kommersielle brukere" før det slippes ut på markedet. [27]

Skje

Bly forekommer i jordskorpen med et innhold på rundt 0,0018% [28] og forekommer ganske sjelden i fast form , dvs. i elementær form. Likevel er rundt 200 steder for solid bly nå kjent over hele verden (fra 2017), for eksempel i Argentina , Etiopia , Australia , Belgia , Brasil , Folkerepublikken Kina , Tyskland , Finland , Frankrike , Georgia , Hellas , Grønland , Italia , Canada , Kasakhstan , Kirgisistan , Mexico , Mongolia , Namibia , Norge , Østerrike , Polen , Russland , Sverige , Slovenia , Tsjekkia , Ukraina , De amerikanske jomfruøyene , Storbritannia og USA (USA). [29]

Bly kan også bli funnet i steinprøver av den midtatlantiske åsryggen , nærmere bestemt ved den nordøstlige kanten av "Markov-dybden" innenfor "Sierra Leone Fracture Zone" (Sierra Leone Threshold), samt utenfor jorden på månen i Mare Fecunditatis . [29]

På hvert sted skiller den isotopiske sammensetningen seg noe fra gjennomsnittsverdiene gitt ovenfor, slik at en presis analyse av isotopkomposisjonen kan brukes til å bestemme plasseringen og, i tilfelle av arkeologiske funn, trekke konklusjoner om gamle handelsruter . I tillegg, avhengig av hvor det finnes, kan bly også inneholde forskjellige utenlandske tilsetninger som sølv, kobber, sink, jern, tinn og / eller antimon. [30]

I bly malmer, er bly for det meste til stede som galena (blysulfid PbS, bly glans). Dette mineralet er også den viktigste kommersielle kilden for utvinning av nytt bly. Andre blymineraler er cerussitt (bly (II) karbonat, PbCO 3 , også hvit blymalm ), krokokitt (bly (II) kromat, PbCrO 4 , også rød blymalm ) og vinkelsitt (bly (II) sulfat, PbSO 4 , også bly-nitrid). Blymineralene med den høyeste blykonsentrasjonen i forbindelsen er litargitt og massikotitt (opptil 92,8%) og minium (opptil 90,67%). Totalt er det kjent 514 blymineraler til dags dato (fra 2017). [31]

De økonomisk utvinnbare lagrene er anslått til 67 millioner tonn over hele verden (status 2004). [32] De største forekomstene finnes i Folkerepublikken Kina , USA , Australia , Russland og Canada . I Europa er Sverige og Polen landene med størst innskudd.

Også i Tyskland, i den nordlige Eifel (Rescheid / Gruben Wohlfahrt og Schwalenbach; Mechernich / Grube Günnersdorf og også gruvedrift / Virginia; Bleialf ), i Schwarzwald, i Harzen (Goslar / Rammelsberg ), i Sachsen ( Freiberg / Muldenhütten ), ved nedre Lahn ( Bad Ems , Holzappel ), så vel som i Westfalen ( Ramsbeck / Sauerland) tidligere blymalm utvunnet, smeltet og foredlet.

Den viktigste blykilden i dag er resirkulering av gamle blyprodukter. Derfor er det bare to primære smelteverk i Tyskland som produserer bly fra malm, Binsfeldhammer blysmelteverk i Stolberg (Rhld.) Og Metaleurop i Nordenham nær Bremerhaven . Alle andre smelteverk produserer det som kalles sekundær bly ved å behandle gammelt bly (spesielt fra brukte bilbatterier ).

Bly som mineral

Solid bly - beliggenhet: Langban, Sverige

Naturlige forekomster av bly i sin elementære form var kjent allerede før International Mineralogical Association (IMA) ble grunnlagt. Mangan-rik jernmalm innskudd Langban i Sverige er gitt som en antatt typen lokalitet , hvor store mengder av opp til 50 kg [33] eller 60 kg [34] er sagt å ha blitt funnet. Bly er derfor anerkjent som et såkalt bestefarlig mineral som en uavhengig type mineral. [35]

I henhold til systematikken for mineraler i henhold til Strunz (9. utgave) er bly under systemnummer 1.AA.05 (elementer - metaller og intermetalliske forbindelser - kobberkupalittfamilie - kobbergruppe) [36] eller i den utdaterte 8. utgaven klassifisert under I / A.03 ( tin-lead group ). Systematikken til mineraler ifølge Dana , som hovedsakelig brukes i engelsktalende land , viser elementet mineral under systemnr. 01/01/01/04 (gull gruppe). [37]

I naturen forekommer solid bly vanligvis i form av centimeterstore ark og plater samt granulære, dendritiske, hårformede eller trådformede aggregater . [38] Svært sjelden er det også oktaedriske , terninger og dodekedriske blykrystaller , som vanligvis er små, [39], men noen ganger kan en størrelse mellom 4 cm [33] oppnå og 6 cm. [30]

Stater med størst finansiering

Landene med størst blyproduksjon (2004) [40]
rang land Leveringspriser
(i 1000 t )
rang land Leveringspriser
(i 1000 t)
1 Folkerepublikken Kina Folkerepublikken Kina Folkerepublikken Kina 950 11 Sverige Sverige Sverige 33,9
2 Australia Australia Australia 642 12. Kasakhstan Kasakhstan Kasakhstan 33
3 forente stater forente stater forente stater 445 13. Marokko Marokko Marokko 31.3
4. Peru Peru Peru 306.2 14. Russland Russland Russland 24
5 Mexico Mexico Mexico 118,5 15. Iran Iran Iran 22.
6. Canada Canada Canada 76,7 16 Korea Nord Nord-Korea Nord-Korea 20.
7. Irland Irland Irland 65,9 17. Bulgaria Bulgaria Bulgaria 19.
8. India India India 39,8 18. Tyrkia Tyrkia Tyrkia 18.7
9 Polen Polen Polen 38 19. Romania Romania Romania 15.
10 Sør-Afrika Sør-Afrika Sør-Afrika 37,5 20. Brasil Brasil Brasil 14.7

Verdens viktigste produksjonsland for blymalm i 2004 var Folkerepublikken Kina (950 000 tonn), Australia (642 000 tonn) og USA (445 000 tonn), som til sammen utgjorde rundt to tredjedeler av de 3,1 millioner tonnene som ble utvunnet over hele verden. Irland, Sverige og Polen er de største ledende produsentene i Europa.

De viktigste produsentene av raffinert bly ( metallurgisk mykt bly med 99,9% renhet) er Folkerepublikken Kina (1,8 millioner tonn), USA (1,2 millioner tonn) og Tyskland (403 000 tonn), som til sammen utgjør rundt halvparten av 6,7 millioner tonn produsert over hele verden. Andre store produsenter av raffinert bly i Europa er Storbritannia, Italia, Frankrike og Spania.

Det globale forbruket eller produksjonen av bly steg fra omtrent 7 millioner tonn til omtrent 11 millioner tonn i årene 2013 til 2016. [41] [42]

Uttrekk og presentasjon

Galena (galena) fra Missouri

Det desidert viktigste blymineralet er galena . Dette skjer ofte i forbindelse med sulfider av andre metaller (kobber, vismut, sink, arsen, antimon, etc.), som naturlig inneholder opptil 5% av rå bly som en urenhet.

Malmen, som er bearbeidet til et mineralinnhold på opptil 60% ved knusing, klassifisering og flotasjon , omdannes til metallisk bly i tre forskjellige industrielle prosesser. Prosessene med stekingsreduksjon og stekingsreaksjonen tar i økende grad baksetet og erstattes av direkte smelteprosesser, som på den ene siden kan gjøres mer økonomiske og på den andre siden er mer miljøvennlige.

Stekereduksjon

Denne prosessen foregår i to trinn, steking og reduksjon . Ved steking legges det finmalte blysulfidet på en rist og luft ved 1000 ° C tvinges gjennom det. Det reagerer med oksygenet i luften i en eksoterm reaksjon for å danne bly (II) oksid (PbO) og svoveldioksid . Dette tømmes via stekegassene og kan brukes til produksjon av svovelsyre . Das Bleioxid ist unter diesen Bedingungen flüssig und fließt nach unten. Dort kann es gesintert werden.

(Röstarbeit)

Anschließend erfolgt die Reduktion des Bleioxids mit Hilfe von Koks zu metallischem Blei. Dies geschieht in einem Schachtofen, ähnlich dem beim Hochofenprozess verwendeten. Dabei werden schlackebildende Zuschlagsstoffe wie Kalk beigefügt.

(Reduktionsarbeit)

Röstreaktionsarbeit

Dieses Verfahren kommt vor allem bei hochgradig mit PbS angereicherten Bleierzen zum Einsatz und ermöglicht die Bleierzeugung in einem Schritt. Dabei wird das sulfidische Erz nur unvollständig geröstet. Anschließend wird das Bleisulfid/Bleioxid-Gemisch weiter unter Luftabschluss erhitzt. Dabei setzt das Bleioxid sich mit dem verbliebenen PbS ohne Zugabe eines weiteren Reduktionsmittels zu Blei und Schwefeldioxid um:

(Röstarbeit),
(Reaktionsarbeit).

Direktschmelzverfahren

Moderne Herstellungsverfahren für Blei basieren auf Direktschmelzverfahren, die auf Umweltverträglichkeit und Wirtschaftlichkeit hin optimiert wurden (z. B. das QSL-Verfahren [43] ). Vorteilhaft ist die kontinuierliche Prozessführung mit Beschränkung auf einen Reaktionsraum, der als einziger Emittent für Schadstoffe auftritt – im Vergleich dazu weisen die klassischen Produktionsverfahren das Sintern als zusätzlichen emittierenden Schritt auf. Das Rösten und die Reduktion finden parallel in einem Reaktor statt. Das Bleisulfid wird ähnlich wie beim Röstreaktionsverfahren nicht vollständig geröstet. Ein Teil des Bleis entsteht somit durch Reaktion des Bleisulfids mit Bleioxid. Da der Reaktor leicht geneigt ist, fließen Blei und bleioxidhaltige Schlacke ab. Diese passiert die Reduktionszone, in die Kohlenstaub eingeblasen und das Bleioxid so zu Blei reduziert wird. Beim Rösten wird statt Luft reiner Sauerstoff verwendet. Dadurch verringert sich das Volumen an Abgasen erheblich, die andererseits eine im Vergleich zu konventionellen Verfahren höhere Konzentration an Schwefeldioxid aufweisen. Deren Verwendung für die Schwefelsäureherstellung gestaltet sich somit einfacher und wirtschaftlicher.

Raffination

Bleiknollen, elektrolytisch raffiniert, 99,989 %

Das entstehende Werkblei enthält 2–5 % andere Metalle, darunter Kupfer , Silber , Gold , Zinn , Antimon , Arsen , Bismut in wechselnden Anteilen. Das Aufreinigen und Vermarkten einiger dieser Beiprodukte, insbesondere des bis zu 1 % im Werkblei enthaltenen Silbers, trägt wesentlich zur Wirtschaftlichkeit der Bleigewinnung bei.

Die pyrometallische Raffination des Bleis ist ein mehrstufiger Prozess. Durch Schmelzen in Gegenwart von Natriumnitrat/Natriumcarbonat bzw. von Luft werden Antimon, Zinn und Arsen oxidiert und können als Bleiantimonate, -stannate und -arsenate von der Oberfläche der Metallschmelze abgezogen werden („Antimonabstrich“). Kupfer wie auch eventuell enthaltenes Zink, Nickel und Kobalt werden durch Seigern des Werkbleis aus dem Rohmetall entfernt. Dabei sinkt auch der Schwefelgehalt beträchtlich. Silber wird nach dem Parkes-Verfahren ggf. durch die Zugabe von Zink und das Ausseigern der sich bildenden Zn-Ag- Mischkristalle aus dem Blei abgeschieden („Parkesierung“), während die Bedeutung des älteren Pattinson-Verfahrens stark zurückgegangen ist ( siehe auch Herstellung von Silber, Blicksilber ). Bismut kann nach dem Kroll-Betterton-Verfahren durch Legieren mit Calcium und Magnesium als Bismutschaum von der Oberfläche der Bleischmelze abgezogen werden.

Eine weitere Reinigung kann durch elektrolytische Raffination erfolgen, jedoch ist dieses Verfahren bedingt durch den hohen Energiebedarf kostenintensiver. Blei ist zwar ein unedles Element, welches in der elektrochemischen Spannungsreihe ein negativeres Standardpotential als Wasserstoff aufweist. Dieser hat jedoch an Bleielektroden eine hohe Überspannung , so dass eine elektrolytische Abscheidung metallischen Bleis aus wässrigen Lösungen möglich wird, siehe elektrolytische Bleiraffination .

Raffiniertes Blei kommt als Weichblei bzw. genormtes Hüttenblei mit 99,9- bis 99,97%iger Reinheit (z. B. Eschweiler Raffiné ) oder als Feinblei mit 99,985 bis 99,99 % Blei (DIN 1719, veraltet) in den Handel. Entsprechend dem Verwendungszweck sind auch Bezeichnungen wie Kabelblei für die Legierung mit ca. 0,04 % Kupfer verbreitet. Aktuelle Normen wie DIN EN 12659 kennen diese noch gebräuchlichen Bezeichnungen nicht mehr.

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Kubisch-flächenzentriertes Gitter des Bleis (a=494 pm).

Blei ist ein unedles Metall mit einem Standard elektrodenpotential von etwa −0,13 V. [44] Es ist allerdings edler als viele andere Gebrauchsmetalle, wie Eisen, Zink oder Aluminium. Es ist ein diamagnetisches Schwermetall mit einer Dichte von 11,3 g/cm³, das kubisch-flächenzentriert kristallisiert und damit eine kubisch dichteste Kugelpackung mit der Raumgruppe Fm 3 m (Raumgruppen-Nr. 225) Vorlage:Raumgruppe/225 aufweist. Der Gitterparameter beträgt bei reinem Blei 0,4950 nm [45] (entspricht 4,95 Å ) bei 4 Formeleinheiten pro Elementarzelle . [46]

Darauf gründet die ausgeprägte Duktilität des Metalls und die geringe Mohshärte von 1,5. Es lässt sich daher leicht zu Blechen walzen oder zu Drähten formen, die jedoch wegen ihrer geringen Härte nur wenig beständig sind. Eine diamantartige Modifikation, wie sie von den leichteren Homologen der Gruppe 14 bekannt ist, tritt beim Blei nicht auf. Das liegt an der relativistisch bedingten Instabilität der Pb-Pb-Bindung und an der geringen Tendenz, vierwertig aufzutreten.

Frische Bleiproben sind von grauweißer bis metallisch weißer Farbe und zeigen einen typisch metallischen Glanz , der aber durch oberflächliche Oxidation sehr schnell abnimmt. Die Farbe wechselt dabei ins Dunkelgraue und wird matt. Auf Papier hinterlässt das weiche Metall einen (blei)grauen Strich . Aus diesem Grund wurde früher mit Blei geschrieben und gemalt. Der Name „ Bleistift “ blieb bis heute erhalten, obwohl man seit langem dafür Graphit benutzt.

Der Schmelzpunkt des Bleis liegt bei 327 °C, sein Siedepunkt bei 1740–1751 °C (Werte in Fachliteratur unterschiedlich: 1740 °C, [47] 1746 °C, [44] 1751 °C [48] ). Blei leitet als typisches Metall sowohl Wärme als auch Strom , dies aber deutlich schlechter als andere Metalle (vgl. elektrische Leitfähigkeit Blei: 4,8 · 10 6 S/m, [48] Silber: 62 · 10 6 S/m [48] ). Unterhalb von 7,196 K zeigt Blei keinen elektrischen Widerstand , es wird zum Supraleiter vom Typ I. Die Schallgeschwindigkeit in Blei liegt bei etwa 1200 m/s, in der Literatur streuen die Werte etwas, wahrscheinlich bedingt durch unterschiedliche Reinheit oder Bearbeitung.

Chemische Eigenschaften

An der Luft wird Blei durch Bildung einer Schicht aus Bleioxid passiviert und damit vor weiterer Oxidation geschützt. Frische Schnitte glänzen daher zunächst metallisch, laufen jedoch schnell unter Bildung einer matten Oberfläche an. In feinverteiltem Zustand ist Blei leichtentzündlich ( pyrophores Blei ).

Auch in diversen Säuren ist Blei durch Passivierung unlöslich. So ist Blei beständig gegen Schwefelsäure , Flusssäure und Salzsäure , da sich mit den Anionen der jeweiligen Säure unlösliche Bleisalze bilden. Deshalb besitzt Blei für spezielle Anwendungen eine gewisse Bedeutung im chemischen Apparatebau.

Löslich ist Blei dagegen in Salpetersäure ( Blei(II)-nitrat ist wasserlöslich), heißer, konzentrierter Schwefelsäure (Bildung des löslichen Pb(HSO 4 ) 2 -Komplexes), Essigsäure (nur bei Luftzutritt) und heißen Laugen .

In Wasser, das keinen Sauerstoff enthält, ist metallisches Blei stabil. Bei Anwesenheit von Sauerstoff löst es sich jedoch langsam auf, so dass bleierne Trinkwasserleitungen eine Gesundheitsgefahr darstellen können. Wenn das Wasser dagegen viele Hydrogencarbonat- und Sulfationen enthält, was meist mit einer hohen Wasserhärte einhergeht, bildet sich nach einiger Zeit eine Schicht basischen Bleicarbonats und Bleisulfats . Diese schützt das Wasser vor dem Blei, jedoch geht selbst dann noch etwas Blei aus den Leitungen in das Wasser über.

Isotope

Natürlich vorkommendes Blei besteht im Mittel zu etwa 52,4 % aus dem Isotop 208 Pb, zu etwa 24,1 % aus 206 Pb, zu etwa 22,1 % aus 207 Pb, und zu etwa 1,4 % 204 Pb. Die Zusammensetzung ist je nach Lagerstätte geringfügig verschieden, so dass mit einer Analyse der Isotopenzusammensetzung die Bleiherkunft festgestellt werden kann. Das ist für historische Funde aus Blei und Erkenntnisse früherer Handelsbeziehungen von Bedeutung.

Die drei erstgenannten Isotope sind stabil. Bei 204 Pb handelt es sich um ein primordiales Radionuklid . Es zerfällt unter Aussendung von Alphastrahlung mit einer Halbwertszeit von 1,4 · 10 17 Jahren (140 Billiarden Jahre) in 200 Hg . 208 Pb besitzt einen doppelt magischen Kern ; es ist das schwerste stabile Nuklid. (Das noch schwerere, lange für stabil gehaltene 209 Bi ist nach neueren Messungen [49] instabil und zerfällt mit einer Halbwertszeit von (1,9 ± 0,2)· 10 19 Jahren (19 Trillionen Jahre) unter Aussendung von Alphateilchen in 205 Tl . Sein sehr langsamer Zerfall ist darin begründet, dass es mit Z=83 nur ein Proton mehr als die magische Protonenzahl von 82 und die magische Neutronenzahl 126 aufweist, also sehr ähnlich aufgebaut ist wie der doppelt magische Bleikern mit 208 Nukleonen).

Die stabilen Isotope des natürlich vorkommenden Bleis sind jeweils die Endprodukte der Uran- und Thorium-Zerfallsreihen: 206 Pb ist das Endnuklid der beim 238 U beginnenden Uran-Radium-Reihe , 207 Pb ist das Ende der beim 235 U beginnenden Uran-Actinium-Reihe und 208 Pb das Ende der beim 244 Pu bzw. 232 Th beginnenden Thorium-Reihe . Durch diese Zerfallsreihen kommt es zu dem Effekt, dass das Verhältnis der Bleiisotope in einer Probe bei Ausschluss eines stofflichen Austausches mit der Umwelt zeitlich nicht konstant ist. Dies kann zur Altersbestimmung durch die Uran-Blei- bzw. Thorium-Blei-Methode genutzt werden, die auf Grund der langen Halbwertszeiten der Uran- und Thoriumisotope im Gegensatz zur Radiokarbonmethode gerade zur Datierung von Millionen Jahre alten Proben tauglich ist. Außerdem führt der Effekt zu differenzierten Isotopensignaturen im Blei aus verschiedenen Lagerstätten, was zum Herkunftsnachweis herangezogen werden kann.

Weiterhin existieren noch 33 instabile Isotope und 13 instabile Isomere von 178 Pb bis 215 Pb, [50] die entweder künstlich hergestellt wurden oder in den Zerfallsreihen des Urans bzw. des Thoriums vorkommen, wie etwa 210 Pb in der Uran-Radium-Reihe. Das langlebigste Isotop unter ihnen ist 205 Pb mit einer Halbwertszeit von 153 Millionen Jahren.

Liste der Blei-Isotope

Verwendung

Die größten Bleiverbraucher sind die USA, Japan, Deutschland und die Volksrepublik China. Der Verbrauch ist stark von der Konjunktur in der Automobilindustrie abhängig, in deren Akkumulatoren etwa 60 % des Weltbedarfs an Blei verwendet werden. Weitere 20 % werden in der chemischen Industrie verarbeitet.

Strahlenabschirmung

Wegen seiner hohen Atommasse eignet sich Blei in ausreichend dicken Schichten oder Blöcken zur Abschirmung gegen Gamma- und Röntgenstrahlung ; es absorbiert Röntgen- und Gammastrahlung sehr wirksam. Blei ist hierfür billiger und leichter zu verarbeiten, etwa als weiches Blech, als noch „atom-schwerere“, dichtere Metalle. Deshalb wird es ganz allgemein im Strahlenschutz (z. B. Nuklearmedizin , Radiologie , Strahlentherapie ) zur Abschirmung benutzt. Ein Beispiel ist die Blei schürze , welche Ärzte und Patienten bei Röntgenaufnahmen tragen. Bleiglas wird ebenfalls zum Strahlenschutz verwendet.

Im Krankenhausbereich ist als technische Angabe bei baulichen Einrichtungen mit Abschirmfunktion wie Wänden, Türen, Fenster der Bleidickegleichwert üblich und oft angeschrieben, um die Wirksamkeit von Strahlenschutz und Strahlenbelastung berechnen zu können.

Blei wird deshalb z. B. auch für Streustrahlenraster eingesetzt.

Einen besonderen Anwendungsfall stellt die Abschirmung von Gamma-Spektrometern für die Präzisionsdosimetrie dar. Hierfür wird Blei mit möglichst geringer Eigen-Radioaktivität benötigt. Der natürliche Gehalt an radioaktivem 210 Pb wirkt sich störend aus. Er fällt umso niedriger aus, je länger der Verhüttungszeitpunkt zurückliegt, denn mit der Verhüttung werden die Mutter-Nuklide aus der Uran-Radium-Reihe (Begleiter im Erz) vom Blei abgetrennt. Das 210 Pb zerfällt daher vom Zeitpunkt der Verhüttung an mit seiner Halbwertszeit von 22,3 Jahren, ohne dass neues nachgebildet wird. Deshalb sind historische Bleigegenstände wie etwa Trimmgewichte aus gesunkenen Schiffen oder historische Kanonenkugeln zur Gewinnung von strahlungsarmem Blei für die Herstellung solcher Abschirmungen begehrt. Auch gibt es noch andere Forschungseinrichtungen, die aus ähnlichen Gründen dieses alte Blei benötigen. [51]

Metall

Blei wird vorwiegend als Metall oder Legierung verwendet. Im Gegensatz zu früheren Zeiten, als Blei eines der wichtigsten und meistverwendeten Metalle war, versucht man heute, Blei durch andere, ungiftige Elemente oder Legierungen zu ersetzen. Wegen seiner wichtigen Eigenschaften, vor allem seiner Korrosionsbeständigkeit und hohen Dichte sowie seiner einfachen Herstellung und Verarbeitung, hat es aber immer noch eine große Bedeutung in der Industrie. Elemente mit einer ähnlichen oder noch höheren Dichte beispielsweise sind entweder noch problematischer ( Quecksilber , Uran ) oder sehr selten und teuer ( Wolfram , Gold , Platin ).

Elektrotechnik

Das meiste Blei wird heutzutage für chemische Energiespeicher in Form von Bleiakkumulatoren (z. B. für Autos) verwendet. Ein Autoakku enthält eine Blei- und eine Blei(IV)-oxid-Elektrode sowie verdünnte Schwefelsäure (37 %) als Elektrolyt. Aus den bei der elektrochemischen Reaktion entstehenden Pb 2+ -Ionen bildet sich in der Schwefelsäure unlösliches Blei(II)-sulfat. Wiederaufladen ist durch die Rückreaktion von Blei(II)-sulfat zu Blei und Blei(IV)-oxid möglich. Ein Vorteil des Bleiakkumulators ist die hohe Nennspannung einer Akkuzelle von 2,06 Volt .

Maschinenbau

Da Blei eine hohe Dichte besitzt, wird es als Gewicht benutzt. Umgangssprachlich gibt es deshalb die Bezeichnung „bleischwer“ für sehr schwere Dinge. Bleigewichte wurden unter anderem als Ausgleichsgewichte zum Auswuchten von Autorädern benutzt. Dies ist aber seit dem 1. Juli 2003 bei PKW-Neuwagen und seit dem 1. Juli 2005 bei allen PKW (bis 3,5 t) verboten; die Bleigewichte sind durch Zink- oder Kupfergewichte ersetzt worden. Weitere Anwendungen unter Ausnutzung der hohen Dichte sind: Bleiketten zur Straffung von Gardinen und Tauchgewichte, um beim Tauchen den Auftrieb von Taucher und Ausrüstung auszugleichen. Außerdem wird Blei als Schwingungsdämpfer in vibrationsempfindlichen (Auto-)Teilen, zur Stabilisierung von Schiffen und für Sonderanwendungen des Schallschutzes verwendet.

Apparatebau

Blei ist durch Passivierung chemisch sehr beständig und widersteht ua Schwefelsäure und Brom . Daher wird es als Korrosionsschutz im Apparate- und Behälterbau eingesetzt. Eine früher wichtige Anwendung war das Bleikammerverfahren zur Schwefelsäureherstellung, da damals Blei das einzige bekannte Metall war, das den Schwefelsäuredämpfen widerstand. Auch frühere Anlagen und Räume zur Herstellung von Nitroglyzerin wurden an Boden und Wand mit Blei ausgekleidet. [52] Blei wurde auch häufig zur Ummantelung von Kabeln zum Schutz vor Umwelteinflüssen benutzt, beispielsweise bei Telefonkabeln. Heute ist Blei dabei meist durch Kunststoffe , z. B. PVC, abgelöst worden, wird aber bis heute bei Kabeln in Raffinerien eingesetzt, da es auch gegen Kohlenwasserstoffe unempfindlich ist.

Bauwesen

Bleirohre der pneumatischen Traktur einer Orgel

Da Blei leicht zu bearbeiten und zu gießen ist, wurde Blei in der Vergangenheit häufig für metallische Gegenstände verwendet. Zu den wichtigsten Bleiprodukten zählten ua Rohre. Aufgrund der Toxizität der aus dem Blei evtl. entstehenden chemischen Verbindungen ( Bleivergiftung ) kommen Bleirohre aber seit den 1970er Jahren nicht mehr zum Einsatz. Trotz einer gebildeten Karbonatschicht in den Rohren löst sich das Blei weiterhin im Trinkwasser . Erfahrungsgemäß wird bereits nach wenigen Metern der Grenzwert der geltenden Trinkwasserverordnung nicht mehr eingehalten.

Blei zur Versiegelung einer Mauerfuge

Weitere Verwendung im Hochbau fand Blei zur Verbindung von Steinen durch eingegossene Metallklammern oder Metalldübel, etwa um Scharniere an einen steinernen Türstock zu befestigen oder ein Eisengeländer an einer Steintreppe. Diese Verbleiungstechnik ist in der Restaurierung noch weit verbreitet. So an der Turmspitze im Wiener Stephansdom oder der Brücke in Mostar . Auch für Fensterfassungen, z. B. an mittelalterlichen Kirchenfenstern, wurden oft Bleiruten verwendet. Blei (Walzblei) findet auch Verwendung als Dachdeckung (z. B. die Hauptkuppeln der Hagia Sophia ) oder für Dachabschlüsse (z. B. bei den berühmten „ Bleikammern “, dem ehemaligen Gefängnis von Venedig und im Kölner Dom) sowie zur Einfassung von Dachöffnungen. Auch wurde früher Farben und Korrosionsschutzanstrichen Blei beigemischt, insbesondere bei Anstrichen für Metalloberflächen. Noch heute stellt Blei bei Gebäuden im Bestand einen zu berücksichtigenden Gebäudeschadstoff dar, da es in vielen älteren Bau- und Anlageteilen weiterhin zu finden ist.

Pneumatiksteuerungen

Ein spezieller Anwendungsbereich von Bleirohren waren ab dem späten 19. Jahrhundert pneumatische Steuerungen für Orgeln ( pneumatische Traktur ), pneumatische Kunstspielklaviere und, als ein spezieller und sehr erfolgreicher Einsatzfall, die Steuerung der Link-Trainer , des ersten weitverbreiteten Flugsimulators. Die Vorteile von Bleirohren (billig, stabil, flexibel, kleiner Platzbedarf für die nötigen umfangreichen Rohrbündel, lötbar, mechanisch leicht zu verarbeiten, langlebig) waren dafür ausschlaggebend.

Militärtechnik

Ein wichtiger Abnehmer für Bleimetall war und ist das Militär. Blei dient als Grundstoff für Geschosse, sowohl für Schleudern als auch für Feuerwaffen. In sogenannten Kartätschen wurde gehacktes Blei verschossen. Der Grund für die Verwendung von Blei waren und sind einerseits die hohe Dichte und damit hohe Durchschlagskraft und andererseits die leichte Herstellung durch Gießen. Heutzutage wird das Blei meist von einem Mantel (daher „ Mantelgeschoss “) aus einer Kupferlegierung ( Tombak ) umschlossen. Vorteile sind vor allem eine höhere erreichbare Geschossgeschwindigkeit, bei der ein nicht ummanteltes Bleigeschoss aufgrund seiner Weichheit nicht mehr verwendet werden kann, und die Verhinderung von Bleiablagerungen im Inneren des Laufes einer Feuerwaffe. Bleifreie Munition ist jedoch auch verfügbar.

Karosseriereparatur

Vor dem Aufkommen moderner 2-Komponenten- Spachtelmasse wurden Blei oder Blei-Zinn-Legierungen aufgrund ihres geringen Schmelzpunktes zum Ausfüllen von Schad- und Reparaturstellen an Fahrzeugkarosserien genutzt. Dazu wurde das Material mit Lötbrenner und Flussmittel auf die Schadstelle aufgelötet . Anschließend wurde die Stelle wie beim Spachteln verschliffen. Dies hat den Vorteil, dass das Blei im Gegensatz zu Spachtelmasse eine feste Bindung mit dem Blech eingeht und bei Temperaturschwankungen auch dessen Längenausdehnung mitmacht. Da die entstehenden Dämpfe und Stäube giftig sind, wird dieses Verfahren heute außer bei der Restaurierung historischer Fahrzeuge kaum noch verwendet.

Brauchtum

Ein alter Orakel -Brauch, den bereits die Römer pflegten, ist das Bleigießen , bei dem flüssiges Blei (heutzutage auch in Legierung mit Zinn) in kaltem Wasser zum Erstarren gebracht wird. Anhand der zufällig entstehenden Formen sollen Weissagungen über die Zukunft getroffen werden. Heute wird der Brauch noch gerne zu Neujahr geübt, um einen (nicht unbedingt ernst genommenen) Ausblick auf das kommende Jahr zu bekommen.

Wassersport

Weltmarktpreise für Metall, Juni 2013 (Blei: sechste Beschriftung von unten)

Beim Tauchen werden Bleigewichte zum Tarieren verwendet; der hohe Dichteüberschuss (gut 10 g/cm³) gegenüber Wasser liefert kompakt den Abtrieb, so dass ein Taucher auch in geringer Wassertiefe schweben kann. Für die Verwendung von Blei als Gewicht ist ferner der vergleichsweise niedrige Preis begünstigend: Ausgehend von den Weltmarktpreisen für Metalle vom Juli 2013 hat Blei ein hervorragendes Preis-Gewichts-Verhältnis. Die Verwendung erfolgt in Form von Platten an den Schuhsohlen eines Panzertauchanzugs, als abgerundete Blöcke aufgefädelt auf einem breiten Hüftgurt oder – modern – als Schrotkugeln in Netzen in den Taschen einer Tarierweste. Öffnen der Gurtschnalle oder der Taschen (unten) erlaubt es, den Ballast notfalls rasch abzuwerfen.

Der Kielballast von Segelyachten besteht bevorzugt aus Blei. Eisenschrott ist zwar billiger, aber auch weniger dicht, was bei den heute üblichen schlanken Kielen nicht optimal ist. Neben der Dichte ist ein weiter Vorteil, dass Blei nicht rostet und daher auch bei einem Schaden in der Kielverkleidung nicht degeneriert.

Legierungsbestandteil

Blei wird auch in einigen wichtigen Legierungen eingesetzt. Durch das Zulegieren weiterer Metalle ändern sich je nach Metall die Härte , der Schmelzpunkt oder die Korrosionsbeständigkeit des Materials. Die wichtigste Bleilegierung ist das Hartblei , eine Blei-Antimon-Legierung, die erheblich härter und damit mechanisch belastbarer als reines Blei ist. Spuren einiger anderer Elemente (Kupfer, Arsen, Zinn) sind meist in Hartblei enthalten und beeinflussen ebenfalls maßgeblich die Härte und Festigkeit. Verwendung findet Hartblei beispielsweise im Apparatebau, bei dem es neben der chemischen Beständigkeit auch auf Stabilität ankommt.

Bleilettern

Eine weitere Bleilegierung ist das Letternmetall , eine Bleilegierung mit 60–90 % Blei, die als weitere Bestandteile Antimon und Zinn enthält. Es wird für Lettern im klassischen Buchdruck verwendet, spielt heute allerdings in der Massenproduktion von Druckgütern keine Rolle mehr, sondern allenfalls für bibliophile Editionen. Daneben wird Blei in Lagern als so genanntes Lagermetall verwendet.

Blei spielt eine Rolle als Legierungsbestandteil in Weichlot , das unter anderem in der Elektrotechnik Verwendung findet. In Weichloten ist Zinn neben Blei der wichtigste Bestandteil. Die Verwendung von Blei in Loten betrug 1998 weltweit etwa 20.000 Tonnen. Die EG-Richtlinie 2002/95/EG RoHS verbannt Blei seit Juli 2006 weitgehend aus der Löttechnik . Für spezielle Anwendungen gibt es jedoch eine Reihe von Ausnahmen. [53]

Blei ist ein häufiger Nebenbestandteil in Messing . Dort hilft ein Bleianteil (bis 3 %), die Zerspanbarkeit zu verbessern. Auch in anderen Legierungen, wie z. B. Rotguss , kann Blei als Nebenbestandteil enthalten sein. Daher ist es ratsam, nach längerem Stehen das erste aus Messingarmaturen kommende Wasser wegen etwas herausgelösten Bleis eher nicht zu trinken. [54]

Bleifrei

Bleihaltige Produkte und Anwendungen werden entweder vollständig ersetzt (wie Tetraethylblei im Benzin ) oder der Bleigehalt durch Grenzwerte auf einen der technischen Verunreinigung entsprechenden Wert beschränkt (z. B. Zinn und Lot ). Diese Produkte werden gern „bleifrei“ genannt. Grenzwerte gibt es ua in der Gesetzgebung um die so genannte RoHS (Richtlinie 2011/65/EU), die 1000 ppm (0,1 %) vorsieht. Strenger ist der Grenzwert für Verpackungen mit 100 ppm (Richtlinie 94/62/EG).

Der politische Wille zum Ersetzen des Bleis gilt auch dort, wo die Verwendung aufgrund der Eigenschaften technisch oder wirtschaftlich interessant wäre, die Gesundheitsgefahr gering und ein Recycling mit sinnvollem Aufwand möglich wäre (z. B. Blei als Dacheindeckung).

Bleiglas

Wegen der abschirmenden Wirkung des Bleis besteht der Konus von Kathodenstrahlröhren (dh der „hintere“ Teil der Röhre) für Fernseher , Computer bildschirme etc. aus Bleiglas . Das Blei absorbiert die in Kathodenstrahlröhren zwangsläufig entstehenden weichen Röntgenstrahlen . Für diesen Verwendungszweck ist Blei noch nicht sicher zu ersetzen, daher wird die RoHS-Richtlinie hier nicht angewendet. Glas mit sehr hohem Bleigehalt wird wegen dieser Abschirmwirkung auch in der Radiologie sowie im Strahlenschutz (zum Beispiel in Fensterscheiben) verwendet. Ferner wird Bleiglas wegen seines hohen Brechungsindexes für hochwertige Glaswaren als sogenanntes Bleikristall verwendet.

Toxizität

Elementares Blei kann vor allem in Form von Staub über die Lunge aufgenommen werden. Dagegen wird Blei kaum über die Haut aufgenommen. Daher ist elementares Blei in kompakter Form für den Menschen nicht giftig. Metallisches Blei bildet an der Luft eine dichte, schwer wasserlösliche Schutzschicht aus Bleicarbonat. Toxisch sind gelöste Bleiverbindungen sowie Bleistäube, die durch Verschlucken oder Einatmen in den Körper gelangen können. Besonders toxisch sind Organobleiverbindungen, z. B. Tetraethylblei , die stark lipophil sind und rasch über die Haut aufgenommen werden.

Seit 2006 werden einatembare Fraktionen von Blei und anorganische Bleiverbindungen von der MAK-Kommission der Deutschen Forschungsgemeinschaft als krebserzeugend eingestuft: [55]

  • Bleiarsenat und Bleichromat in der Kategorie 1 („Stoffe, die beim Menschen Krebs erzeugen und bei denen davon auszugehen ist, dass sie einen Beitrag zum Krebsrisiko leisten. Epidemiologische Untersuchungen geben hinreichende Anhaltspunkte für einen Zusammenhang zwischen einer Exposition beim Menschen und dem Auftreten von Krebs.“),
  • Blei und andere anorganische Bleiverbindungen außer Bleiarsenat und Bleichromat in der Kategorie 2 („Stoffe, die als krebserzeugend für den Menschen anzusehen sind, weil durch hinreichende Ergebnisse aus Langzeit-Tierversuchen oder Hinweise aus Tierversuchen und epidemiologischen Untersuchungen davon auszugehen ist, dass sie einen Beitrag zum Krebsrisiko leisten.“).

Blei reichert sich selbst bei Aufnahme kleinster Mengen, die über einen längeren Zeitraum stetig eingenommen werden, im Körper an, da es z. B. in Knochen eingelagert und nur sehr langsam wieder ausgeschieden wird. Blei kann so eine chronische Vergiftung hervorrufen, die sich unter anderem in Kopfschmerzen, Müdigkeit, Abmagerung und Defekten der Blutbildung, des Nervensystems und der Muskulatur zeigt. Bleivergiftungen sind besonders für Kinder und Schwangere gefährlich. Es kann auch Fruchtschäden und Zeugungsunfähigkeit bewirken. Im Extremfall kann die Bleivergiftung zum Tod führen. Die Giftigkeit von Blei beruht unter anderem auf einer Störung der Hämoglobinsynthese . Es hemmt mehrere Enzyme und behindert dadurch den Einbau des Eisens in das Hämoglobinmolekül. Dadurch wird die Sauerstoff-Versorgung der Körperzellen gestört.

Bleiglas und Bleiglasur eignet sich nicht für Ess- und Trinkgefässe, da Essig(säure) Blei als wasserlösliches Bleiazetat aus dem Silikatverbund herauslösen kann. Als Automotoren noch mit Benzin mit Bleitetraethyl liefen, war die Vegetation in der Nähe von Straßen und in den Städten mit Blei, als Oxidstaub, belastet. Raue und vertiefte Oberflächen, etwa die Einziehung rund um den Stängel eines Apfels, sind Fallen für Staub.

Bleibelastung der Umwelt

Luft

Die Bleibelastung der Luft wird hauptsächlich durch bleihaltige Stäube verursacht: Hauptquellen sind die Blei-erzeugende Industrie, die Verbrennung von Kohle und bis vor einigen Jahren vor allem der Autoverkehr durch die Verbrennung bleihaltiger Kraftstoffe in Automotoren – durch Reaktion mit dem Benzin zugesetzten halogenierten Kohlenwasserstoffen entstand aus dem zugesetzten Bleitetraethyl neben geringeren Mengen an Blei(II)-chlorid und Blei(II)-bromid vor allem Blei und Blei(II)-oxid . Infolge des Verbotes bleihaltiger Kraftstoffe ist die entsprechende Luftbelastung in den letzten Jahren deutlich zurückgegangen.

Am höchsten ist die Bleibelastung durch Bleistäube derzeit bei der Arbeit in Blei-produzierenden und -verarbeitenden Betrieben. Auch beim Reinigen und Entfernen alter Mennige -Anstriche durch Sandstrahlen entsteht Bleistaub. Die bei der Bleiraffination und der Verbrennung von Kohle entstehenden Bleioxidstäube konnten durch geeignete Filter verringert werden. Eine weitere Quelle, die mengenmäßig aber kaum ins Gewicht fällt, ist die Verbrennung von Hausmüll in Müllverbrennungsanlagen .

Sport- und andere Schützen sind erheblichen Belastungen durch im Mündungs - bzw. Zündfeuer enthaltene (Schwer)metalle ausgesetzt, darunter neben Antimon , Kupfer und Quecksilber eben auch Blei; [56] Vorsorge kann durch den Betrieb entsprechender Absauganlagen auf Schießständen sowie durch den Gebrauch bleifreier Munition getroffen werden. [57]

Boden

Auch Böden können mit Blei belastet sein. Der mittlere Bleigehalt der kontinentalen Erdkruste liegt bei 15 mg/kg. Böden enthalten von Natur aus zwischen 2 und 60 mg/kg Blei; wenn sie aus bleierzhaltigen Gesteinen entstanden sind, kann der Gehalt deutlich höher sein. [58] Der Großteil der Bleibelastung von Böden ist anthropogen , die Quellen dafür sind vielfältig. Der Großteil des Eintrags erfolgt über Bleistäube aus der Luft, welche mit dem Regen oder durch trockene Deposition in die Böden gelangen. Für Deutschland und das Jahr 2000 wurde der atmosphärische Eintrag in Böden auf 571 t Blei/Jahr geschätzt. Eine weitere Quelle ist belasteter Dünger , sowohl Mineraldünger (136 t Pb/a), insbesondere Ammonsalpeter , als auch Wirtschaftsdünger (182 t Pb/a). Klärschlämme (90 t Pb/a) und Kompost (77 t Pb/a) tragen ebenfalls zur Bleibelastung der Böden bei. [59] Ein erheblicher Eintrag erfolgt auch durch Bleischrot-Munition. [60] [61] Bei Altlasten, wie z. B. an ehemaligen Standorten von bleiproduzierenden Industriebetrieben oder in der Umgebung von alten bleiummantelten Kabeln, kann der Boden ebenfalls eine hohe Bleibelastung aufweisen. Eine besonders große Bleiverseuchung hat beispielsweise im Ort Santo Amaro da Purificação ( Brasilien ) zu hohen Belastungen bei Kindern geführt [62] .

Wasser

Die Bleibelastung der Gewässer resultiert hauptsächlich aus dem Ausschwemmen von Blei aus belasteten Böden. Dazu tragen auch geringe Mengen bei, die der Regen aus Bleiwerkstoffen wie Dachplatten löst. Die direkte Verschmutzung von Gewässern durch die Bleiindustrie und den Bleibergbau spielt (zumindest in Deutschland) auf Grund des Baus von Kläranlagen fast keine Rolle mehr. Der Jahreseintrag von Blei in Gewässer ist in Deutschland von ca. 900 t im Jahr 1985 auf ungefähr 300 t im Jahr 2000 zurückgegangen. [63]

In Deutschland beträgt der Grenzwert im Trinkwasser seit dem 1. Dezember 2013 10 µg/l (früher 25 µg/l) [26] ; die Grundlage der Messung ist eine für die durchschnittliche wöchentliche Wasseraufnahme durch Verbraucher repräsentative Probe (siehe Trinkwasserverordnung ).

Nahrung

Durch die Bleibelastung von Luft, Boden und Wasser gelangt das Metall über Pilze, Pflanzen und Tiere in die Nahrungskette des Menschen. Besonders hohe Bleibelastungen können in verschiedenen Pilzen enthalten sein. Auf den Blättern von Pflanzen lagert sich Blei als Staub ab, das war charakteristisch für die Umgebung von Straßen mit viel Kfz-Verkehr, als Benzin noch verbleit wurde. Dieser Staub kann durch sorgfältiges Waschen entfernt werden. Zusätzliche Quellen können bleihaltige Munition bei gejagten Tieren sein. Blei kann auch aus bleihaltigen Glasuren von Keramikgefäßen in Lebensmittel übergehen. In frischem Obst und Gemüse ist in den allermeisten Fällen Blei und Cadmium nicht oder nur in sehr geringen Spuren nachweisbar. [64]

Wasserleitungen aus Bleirohren können das Trinkwasser belasten. Sie sind in Deutschland erst seit den 1970er Jahren nicht mehr verbaut worden. Besonders in Altbauten in einigen Regionen Nord- und Ostdeutschlands sind Bleirohre immer noch anzutreffen. Bei über 5 % der Proben des Wassers aus diesen Gebäuden lagen die Bleiwerte des Leitungswassers laut Stiftung Warentest über dem aktuellen gesetzlichen Grenzwert. [65] Gleiches gilt für Österreich und betrifft Hauszuleitungen der Wasserversorgers und Leitungen im Haus, die Sache des Hauseigentümers sind. Aus bleihaltigem Essgeschirr kann Blei durch saure Lebensmittel (Obst, Wein, Gemüse) herausgelöst werden.

Wasserleitungsarmaturen (Absperrhähne, Formstücke, Eckventil, Mischer) sind meist aus Messing oder Rotguss . Messing wird für gute Zerspanbarkeit 3 % Blei zugesetzt, Rotguss enthält 4–7 %. Ob Blei- und andere Schwermetallionen (Cu, Zn, Ni) in relevantem Ausmaß ins Wasser übertreten, hängt von der Wasserqualität ab: Wasserhärte , pH-Wert , Sauerstoff, Salzgehalt. Mit 2013 wurde der Grenzwert für den Bleigehalt im Trinkwasser herabgesetzt auf 0,01 mg/L. [66] [67] Grundsätzlich kann nach längerem Stehen des Wassers in der Leitung, etwa über Nacht, durch Laufenlassen der Wasserleitung von etwa einer Minute (Spülen) vor der Entnahme für Trinkwasserzwecke der Gehalt aller aus der Leitungswandung eingewanderten Ionen reduziert werden.

Analytik

Klassische qualitative Bestimmung von Blei

Nachweis durch Kristallisation

Bleiionen können in einer mikroskopischen Nachweisreaktion als Blei(II)-iodid dargestellt werden. Dabei wird die Probe in verdünnter Salzsäure gelöst und vorsichtig bis zur Kristallisation eingedampft. Der Rückstand wird mit einem Tropfen Wasser aufgenommen und anschließend mit einem Kristall eines wasserlöslichen Iodids, z. B. Kaliumiodid (KI), versetzt. Es entstehen nach kurzer Zeit mikroskopisch kleine, gelbe, hexagonale Blättchen des Blei(II)-iodids.

Qualitativer Nachweis im Trennungsgang

Da Blei nach Zugabe von HCl nicht quantitativ als PbCl 2 ausfällt, kann es sowohl in der HCl-Gruppe als auch in der H 2 S-Gruppe nachgewiesen werden. Das PbCl 2 kann sowohl durch Zugabe von Kaliumiodid gemäß obiger Reaktion als gelbes PbI 2 gefällt werden, als auch mit K 2 Cr 2 O 7 als gelbes Bleichromat, PbCrO 4 .

Nach Einleiten von H 2 S in die salzsaure Probe fällt zweiwertiges Blei in Form von schwarzem PbS aus. Dieses wird nach Digerieren mit (NH 4 )S X und Zugabe von 4 M HNO 3 als PbI 2 oder PbCrO 4 nachgewiesen. [68]

Instrumentelle quantitative Analytik des Bleis

Für die Spurenanalytik von Blei und seinen Organoderivaten steht eine Reihe von Methoden zur Verfügung. Allerdings werden in der Literatur laufend neue bzw. verbesserte Verfahren vorgestellt, auch im Hinblick auf die oft erforderliche Vorkonzentrierung. Ein nicht zu unterschätzendes Problem besteht in der Probenaufarbeitung.

Atomabsorptionsspektrometrie (AAS)

Unter den verschiedenen Techniken der AAS liefert die Quarzrohr- und die Graphitrohrtechnik die besten Ergebnisse für die Spurenanalytik von Bleiverbindungen. Häufig wird Blei mit Hilfe von NaBH 4 in das leicht flüchtige Bleihydrid, PbH 2 , überführt. Dieses wird in eine Quarzküvette geleitet und anschließend elektrisch auf über 900 °C erhitzt. Dabei wird die Probe atomisiert und es wird unter Verwendung einer Hohlkathodenlampe die Absorbanz bei 283,3 nm gemessen. Es wurde eine Nachweisgrenze von 4,5 ng/ml erzielt. Gerne wird in der AAS auch eine Luft-Acetylenfackel (F-AAS) oder mikrowelleninduziertes Plasma (MIP-AAS) zur Atomisierung eingesetzt. [69]

Atomemissionsspektrometrie (AES)

In der AES haben sich das mikrowelleninduzierte Plasma (MIP-AES) und das induktiv gekoppelte Argon-Plasma (ICP-AES) zur Atomisierung bewährt. Die Detektion findet bei den charakteristischen Wellenlängen 283,32 nm und 405,78 nm statt. Mit Hilfe der MIP-AES wurde für Trimethylblei, (CH 3 ) 3 Pb + , eine Nachweisgrenze von 0,19 pg/g ermittelt. [70] Die ICP-AES ermöglicht eine Nachweisgrenze für Blei in Trinkwasser von 15,3 ng/ml. [71] [72]

Massenspektrometrie (MS)

In der Natur treten für Blei insgesamt vier stabile Isotope mit unterschiedlicher Häufigkeit auf. Für die Massenspektrometrie wird häufig das Isotop 206 Pb genutzt. Mit Hilfe der ICP-Quadrupol-MS konnte dieses Isotop im Urin mit einer Nachweisgrenze von 4,2 pg/g bestimmt werden. [73]

Photometrie

Die am weitesten verbreitete Methode zur photometrischen Erfassung von Blei ist die sog. Dithizon-Methode. Dithizon ist ein zweizähniger, aromatischer Ligand und bildet bei pH 9–11,5 mit Pb 2+ -Ionen einen roten Komplex dessen Absorbanz bei 520 nm (ε = 6,9·10 4 l/mol·cm) gemessen wird. Bismut und Thallium stören die Bestimmung und sollten vorher quantitativ gefällt oder extrahiert werden. [74] [75] [76]

Voltammetrie

Für die elektrochemische Bestimmung von Spuren von Blei eignet sich hervorragend die subtraktive anodische Stripping-Voltammetrie (SASV). Dabei geht der eigentlichen voltammetrischen Bestimmung eine reduktive Anreicherungsperiode auf einer rotierenden Ag-Disk-Elektrode voraus. Es folgt die eigentliche Bestimmung durch Messung des Oxidationsstroms beim Scannen eines Potentialfensters von −800 mV bis −300 mV. Anschließend wird die Messung ohne vorangehende Anreicherung wiederholt und die so erhaltene Kurve von der ersten Messung subtrahiert. Die Höhe des verbleibenden Oxidationspeaks bei −480 mV korreliert mit der Menge an vorhandenem Blei. Es wurde eine Nachweisgrenze von 50 pM Blei in Wasser ermittelt. [77] [78]

Bleiverbindungen

Blei(II)-oxid
Mennige
Bleisulfat

Kategorie:Bleiverbindung

Bleiverbindungen kommen in den Oxidationsstufen +II und +IV vor. Aufgrund des relativistischen Effekts ist die Oxidationsstufe +II dabei – im Gegensatz zu den leichteren Homologen der Gruppe 14, wie Kohlenstoff und Silicium – stabiler als die Oxidationsstufe +IV. Der Sachverhalt der Bevorzugung der um 2 erniedrigten Oxidationsstufe, findet sich in analoger Weise auch in anderen Hauptgruppen und wird Effekt des inerten Elektronenpaares genannt. Blei(IV)-Verbindungen sind deshalb starke Oxidationsmittel. In intermetallischen Verbindungen des Bleis ( Plumbide : M x Pb y ), vor allem mit Alkali- und Erdalkalimetallen , nimmt es auch negative Oxidationsstufen bis −IV an. Viele Bleiverbindungen sind Salze , es gibt aber auch organische Bleiverbindungen, die kovalent aufgebaut sind. Ebenso wie bei Bleimetall wird heutzutage versucht, Bleiverbindungen durch andere, ungiftige Verbindungen zu substituieren. So wurde „Bleiweiß“ (basisches Blei(II)-carbonat) als Weißpigment durch Titandioxid ersetzt.

Oxide

  • Blei(II)-oxid PbO tritt in zwei Modifikationen, als rote Bleiglätte und als gelbes Massicolit, auf. Beide Modifikationen wurden früher als Pigmente verwendet. Es dient als Ausgangsstoff für andere Bleiverbindungen.
  • Blei(II,IV)-oxid Pb 3 O 4 , auch Mennige genannt, ist ein leuchtend rotes Pulver, das früher verbreitet als Pigment und Rostschutzfarbe verwendet wurde. Es ist in Deutschland, seit 2005 auch in der Schweiz, als Rostschutz verboten. Pb 3 O 4 wird in der Glasherstellung für die Bereitung von Bleikristall verwendet.
  • Blei(IV)-oxid PbO 2 ist ein schwarz-braunes Pulver, das als Elektrodenmaterial in Bleiakkumulatoren und als Oxidationsmittel in der chemischen Industrie (z. B. Farbstoffherstellung) verwendet wird.

Schwefelverbindungen

  • Blei(II)-sulfid PbS ist als Galenit ( Bleiglanz ) das wichtigste Bleimineral. Es dient va zur Herstellung metallischen Bleis.
  • Blei(II)-sulfat PbSO 4 kommt als Anglesit ebenfalls in der Natur vor und wurde als Weißpigment verwendet.

Weitere Bleisalze

  • Blei(II)-acetat Pb(CH 3 COO) 2 · 3H 2 O, auch Bleizucker genannt, war früher ein Zuckerersatzstoff z. B. für das Süßen von Wein. Aufgrund der Giftigkeit von Bleizucker starben früher Menschen an solcherart vergiftetem Wein.
  • Blei(IV)-acetat (Pb(CH 3 COO) 4 ) bildet farblose, an feuchter Luft nach Essig riechende Kristallnadeln. Mit Wasser zersetzt es sich zu Blei(IV)-oxid und Essigsäure. Es dient in der Organischen Chemie als starkes Oxidationsmittel.
  • Bleiweiß , basisches Bleicarbonat 2 PbCO 3 · Pb(OH) 2 , war früher ein beliebtes Weißpigment; es ist heute meist durch Titanoxid abgelöst.
  • Blei(II)-nitrat Pb(NO 3 ) 2 ist ein giftiges, weißes Pulver, das für Sprengstoffe und zur Herstellung von Streichhölzern verwendet wurde.
  • Blei(II)-chlorid PbCl 2 dient als Ausgangsstoff zur Herstellung von Bleichromat.
  • Blei(II)-chromat PbCrO 4 ist ein orange-gelbes Pulver, welches früher als Pigment diente und heute wegen seiner Giftigkeit nicht mehr eingesetzt wird.
  • Bleiazid Pb(N 3 ) 2 ist ein wichtiger Initialsprengstoff .

Organische Bleiverbindungen

Organische Bleiverbindungen liegen fast immer in der Oxidationsstufe +4 vor. Deren bekannteste ist Tetraethylblei Pb(C 2 H 5 ) 4 (TEL), eine giftige Flüssigkeit, die als Antiklopfmittel Benzin zugesetzt wurde. Heute wird Tetraethylblei nur noch in Flugbenzin verwendet.

Literatur

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Weblinks

Commons : Blei – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary: Blei – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
Wikibooks: Praktikum Anorganische Chemie/ Blei – Lern- und Lehrmaterialien

Einzelnachweise

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  2. Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Blei) entnommen.
  3. CIAAW, Standard Atomic Weights Revised 2013 .
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  6. NN Greenwood, A. Earnshaw: Chemie der Elemente. 1. Auflage. VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9 , S. 482.
  7. David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics . 90. Auflage. (Internet-Version: 2010), CRC Press/Taylor and Francis, Boca Raton, FL, Properties of the Elements and Inorganic Compounds, S. 4-142 – 4-147. Die Werte dort sind auf g/mol bezogen und in cgs-Einheiten angegeben. Der hier angegebene Wert ist der daraus berechnete maßeinheitslose SI-Wert.
  8. a b Yiming Zhang, Julian RG Evans, Shoufeng Yang: Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks. In: Journal of Chemical & Engineering Data . 56, 2011, S. 328–337, doi:10.1021/je1011086 .
  9. a b CA Sutherland, EF Milner, RC Kerby, H. Teindl, A. Melin, HM Bolt: Lead. In: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH Verlag, Weinheim 2006, doi : 10.1002/14356007.a15_193.pub2
  10. a b c d Eintrag zu Blei, Pulver in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA , abgerufen am 30. April 2017. (JavaScript erforderlich)
  11. Eintrag zu Lead im Classification and Labelling Inventory der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA), abgerufen am 1. August 2016. Hersteller bzw. Inverkehrbringer können die harmonisierte Einstufung und Kennzeichnung erweitern .
  12. Eintrag in der SVHC-Liste der Europäischen Chemikalienagentur , abgerufen am 21. April 2020.
  13. Gmelin-Institut für anorganische Chemie und Grenzg: Blei Teil A 1: Geschichtliches . Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-662-11844-3 , S.   6 ( eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  14. Betina Faist : Der Fernhandel des assyrischen Reiches zwischen dem 14. und dem 11. Jahrhundert vor Christus (= Alter Orient und Altes Testament. Band 265). Ugarit Verlag, Münster 2001, S. 45.
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  16. Peter Kritzinger : Ein neues Zeugnis eines alten Bekannten: Bleisiegel, Bleihandel und Bleiproduktion im freien Germanien. In: Marburger Beiträge zur Antiken Handels-, Wirtschafts- und Sozialgeschichte . Band 35, 2017, S. 87–107, hier S. 102 (insbesondere Anm. 55) ( online ).
  17. a b c Hans Schwerteck: Blei. In: Der Neue Pauly (DNP). Band 2, Metzler, Stuttgart 1997, ISBN 3-476-01472-X , Sp. 707–709, hier Sp. 708.
  18. Dietwulf Baatz : Schleudergeschosse aus Blei. Eine waffentechnische Untersuchung. In: Saalburg-Jahrbuch. Band 45, 1990, S. 59–67.
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  21. Bill Bryson: Eine kurze Geschichte von fast allem . Goldmann Verlag, 2011, ISBN 978-3-641-07924-6 , S.   219 ( eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  22. Wolfgang Piersig: Blei – Metall der Antike, der Gegenwart, Mit Zukunft, ein Werkstoff Für Technik, Kultur, Kunst . GRIN Verlag, 2011, ISBN 978-3-656-07290-4 , S.   8 ( eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
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