Blei 82Pb | |||||||||
engl. Lead; lat. plumbum („Blei“) | |||||||||
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Physikalisch-chemische Eigenschaften | ||||||||||||
Blei ist ein graues,
sehr gut dehnbares Schwermetall, das sich leicht verbiegen und zu
dünnen Folien walzen lässt.
An frischen Schnittflächen erscheint Blei silbrig glänzend.
Blei ist so weich, dass man es mit einem Fingernagel ritzen kann. Auf
Papier lässt sich mit dem Metall ein dunkelgrauer Strich zeichnen,
weshalb
man es früher zur Herstellung von Bleistiften verwendete. Blei hat
einen relativ niedrigen Schmelz- und Siedepunkt. Kompaktes Blei kann mit
einem
gewöhnlichen Brenner leicht geschmolzen werden.
Im Vergleich zu
anderen Schwermetallen ist Blei relativ edel, es steht in der
Spannungsreihe zwischen Zinn und Wolfram. Unedle Metalle wie Zink
fällen aus einer Bleisalzlösung elementares Blei aus, was an
der Bildung von langen, baumartigen Bleikristallen erkennbar ist.
An der Luft läuft Blei infolge einer Oxidation grau an. Dabei bilden sich Blei(II)-oxid PbO und Bleihydroxid Pb(OH)2. Letzteres reagiert mit dem Kohlenstoffdioxid der Luft und bildet basisches Blei(II)-carbonat Pb(OH)2• 2PbCO3, wodurch das darunterliegende Metall vor weiterer Korrosion geschützt wird. Bei einem Brand eines mit Blei verkleideten Daches schmilzt das Blei leicht aufgrund seines niedrigen Schmelzpunktes, der bei ungefähr +327 °C liegt. Das Problem dabei sind nicht die Bleidämpfe, da Blei einen relativ hohen Siedepunkt von 1749 °C hat. Es besteht eine andere Gefahr: Das flüssige Blei oxidiert beim Erhitzen an der Luft, es wandelt sich bei einem Brand teilweise in Blei(II)-oxid um, das ab 488 °C in die hellgelbe, orthorhombische Modifikation übergeht. Diese wurde früher als Pigment verwendet und als Bleiglätte bezeichnet. Heute ist diese Verwendung verboten: Bleiverbindungen wirken fruchtschädigend und können beim Schlucken oder beim Einatmen von Stäuben und Rauch eine akute oder eine chronische Bleivergiftung auslösen. Gelbes Blei(II)-oxid ist instabil, es zersetzt sich an der Luft oder mit Säuren allmählich zu schwarzem Blei(IV)-oxid. Bei der Brandkatastrophe der Kathedrale Notre-Dame de Paris am 15. April 2019 war eine große, gelbe Rauchwolke über der Stadt zu sehen, die Blei(II)-oxid (oder aber auch Zinkoxid) enthielt. Der beim Brand eingestürzte Vierungsturm war zusammen mit dem verbrannten Dach der Kathedrale mit mehreren hundert Tonnen Blei verkleidet. Mit Chlor reagiert Blei zu Blei(II)-chlorid, mit Schwefel zu Blei(II)-sulfid: Pb + Cl2 PbCl2 ΔHR = −359 kJ/mol Pb + S PbS ΔHR = −94 kJ/mol Mit Phosphorsäure,
Flusssäure, Schwefelsäure und Salzsäure bildet sich ein dünner
Schutzüberzug aus den gebildeten Salzen, so dass die Säuren nicht
weiter mit dem Metall reagieren können. Konzentrierte Salpetersäure,
aber auch heiße konzentrierte Schwefelsäure lösen Blei
jedoch unter Bildung der entsprechenden Salze rasch auf. In heißen
Laugen löst sich Blei unter Bildung von Plumbaten.
Bleiverbindungen treten meistens in der Oxidationsstufe +2 auf. Beispiele dafür sind Blei(II)-nitrat oder Blei(II)-acetat. Selten kommen sie auch in der Oxidationsstufe +4 vor, zum Beispiel beim Blei(IV)-oxid PbO2. Der Nachweis von Blei-Ionen kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen:
Es existieren weitere typische Fällungs-Reaktionen zum Nachweis von Blei:
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Toxikologie |
Beim Einatmen von Bleistäuben oder Dämpfen werden diese in der Lunge gut resorbiert. Kompaktes Blei, Bleistäube und viele der Verbindungen gelten als umweltgefährlich, außerdem schädigen sie das Kind im Mutterleib oder beeinträchtigen die Fruchtbarkeit. Blei kann Säuglinge auch über die Muttermilch schädigen.
Bleihaltige Wasserrohre stellten schon bei den Römern ein Problem dar, sie wurden bis 1970 noch in Mitteleuropa verbaut. Im 20. Jahrhundert gelangte Blei vor allem auch über die Autoabgase in die Umwelt. Das dem Benzin als Antiklopfmittel beigefügte Bleitetraethyl führte zu einer massiven Belastung bei Verkehrspolizisten oder aber in der Landwirtschaft. Im Blut bindet sich Blei an den Blutfarbstoff Hämoglobin und wird dadurch im ganzen Körper und auch in fast allen Organen verteilt. Es bildet in den Knochen und den Zähnen Bleiphosphat, dieses lagert sich für lange Zeit ein. Die Halbwertszeit liegt bei bis zu 30 Jahren. Lit [37] Typisch für eine Bleivergiftung sind daher auch schwarze Ränder am Zahnfleischsaum. Bei einer akuten Vergiftung werden bestimmte Enzymreaktionen gehemmt. Es kommt zu einer Anämie. Als Symptome treten Erbrechen, Koliken und Kreislaufversagen auf. Heimtückisch wirkt die langfristige Aufnahme kleiner Mengen von Bleisalzen, beispielsweise durch das Trinken von Wasser aus einem alten Steingut-Gefäß, das mit roter Farbe aus Bleimennige lasiert ist. Die chronische Bleikrankheit äußert sich in Müdigkeit, Appetitlosigkeit, Kopfschmerzen, Hautblässe oder Muskelschwäche. Problematisch war früher auch die Verwendung von Blei(II)-acetat als "Bleizucker" in billigem Wein. Das Bleisalz nahm dem Wein den bitteren Geschmack. Durch die regelmäßige Konsumation derartiger Weine sind häufig chronische Bleivergiftungen aufgetreten. Diese Verwendung in einem Lebensmittel ist heute nicht mehr nachvollziehbar, sie ist verboten. |
Vorkommen | ||||||
Häufigkeit weniger häufig
Blei kommt auf der Erde etwa sechsmal weniger häufig wie Kupfer oder Zink vor. Elementares Blei kommt in der Natur nur sehr selten in gediegener Form vor. Das Blei aus Garpenberg in Schweden zeigt dünne Plättchen, die sich leicht verbiegen lassen.
Das wichtigste Bleierz
ist der oft silberhaltige Bleiglanz, aus dem das Blei durch Rösten und Reduktion
gewonnen werden kann. Daneben existieren eine Vielzahl an Bleierzen, wie Cerussit, Krokoit, Wulfenit, Pyromorphit, Vanadinit oder Boulangerit.
Die größten
Bleierzlagerstätten befinden sich in China. Weitere
bedeutende Vorkommen gibt es in Australien, in den USA, in Peru, Mexiko
oder Indien. In Deutschland
wurde Bleierz früher im Erzgebirge, im Harz, in der Eifel und im Ruhrgebiet abgebaut.
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Geschichte |
Der deutsche Name Blei geht auf das indogermanische Wort bhlei („glänzen“, „leuchten“) zurück. Das chemische Symbol Pb schlug J.J.Berzelius im Jahre 1814 vor. Dem Blei wurde in der Alchemie das Saturnsymbol zugeordnet (2. Symbol von links).
Blei ist eines der zehn Metalle des Altertums. Die ältesten Zeugnisse für eine Bleiverarbeitung sind gefundene Bleikörner in der zentralanatolischen Ebene. Sie stammen aus einer Zeit um 7000 vor Christus. Im 4. Jahrtausend vor Christus wurde Blei als Mörtelersatz in den Fugen von Mauerwerk eingesetzt. Ab dem 3. Jahrtausend sind bereits vielfältige Anwendungen dokumentiert. [Lit. 64] Die alten Babylonier und auch die alten Ägypter verwendeten Bleiglasuren oder Gegenstände aus Blei. Bleiweiß ist eines der ältesten, künstlich hergestellten Pigmente. Die alten Griechen förderten die Bleierze in Laurion und auf den Inseln Zypern und Rhodos. Beim Bergbau spielte der Bleiglanz schon immer eine bedeutende Rolle im Hinblick auf die Gewinnung von Silber, da das Bleierz häufig Silber enthält oder mit Silbererzen vergesellschaftet ist. Die Römer gewannen das Blei aus dem Bergbau in Sardinien und Spanien. Klammern aus Blei hielten im alten Rom die Steinblöcke von Bauwerken zusammen. Blei wurde in Legierungen mit Zinn für Dachabdeckungen benutzt oder es diente zur Herstellung von Gegenständen. Sie verwendeten Blei für die Verkleidung von Schiffsrümpfen oder bauten damit Wasserleitungen. Gelegentlich wurde der Untergang des Römischen Reiches auf anhaltende Bleivergiftungen römischer Soldaten zurückgeführt, da diese bleisalzhaltiges Wasser aus den Wasserleitungen tranken. Mit dem Untergang des Römischen Reichs verlor das Blei zwischenzeitlich an Bedeutung. In Europa benötigte man das Blei ab dem späten Mittelalter in den Kirchenfenstern der Kathedralen. Die bunt gefärbten Glasscheiben wurden durch Stege aus Blei zusammengehalten. Zu dieser Zeit konnte man noch keine größeren Glasflächen herstellen. Die kleinen Glasscheiben wurden durch Bleiruten miteinander verkittet. Mit der Erfindung des Schießpulvers und der ersten Feuerwaffen um 1326 gewann das Blei für die Herstellung von Munition noch mehr an Bedeutung. Der aufkommende Buchdruck um 1440 durch Johannes Gutenberg (1400–1468) benötigte Buchstaben-Drucklettern aus Metall, die man durch Gießen herstellen konnte und trotzdem so fest waren, dass man damit ein sauberes Druckbild erhielt. Als optimal erwies sich eine Blei-Zinn-Antimon-Legierung. Nach dem Dreißigjährigen Krieg wurden Bleibleche auf den Dächern von vielen Schlössern und Kirchen angebracht. Bleidächer erhielten zum Beispiel der Kölner Dom oder das Schloss Versailles. Von großer Bedeutung war auch die Erfindung des Bleiakkus durch den deutschen Physiker Wilhelm Josef Sinsteden (1803–1891) im Jahr 1854. Der französische Physiker Gaston Planté (1834–1889) verbesserte 1859 diese wieder aufladbare Batterie durch eine spiralförmige Anordnung der Bleiplatten. Mit dem Aufkommen der Elektronik am Ende des 19. Jahrhunderts wurde zum Löten der Bauteile ein elektrisch leitfähiges Material mit niedrigem Schmelzpunkt benötigt. Früher verwendete man dafür Legierungen aus Blei und Zinn, heute sind diese Legierungen weitgehend bleifrei, da die beim Löten entstehenden, bleihaltigen Dämpfe toxisch sind und die Abfälle aus dem Elektronikschrott eine erhebliche Belastung der Umwelt darstellen. 1895 fertigte der deutsche Physiker Wilhelm Röntgen (1845–1923) erstmals eine Röntgenaufnahme von der Hand seiner Frau an. Beim Röntgen zur medizinischen Diagnostik wird der zu untersuchenden Person ein Bleischurz zum Schutz der Fortpflanzungsorgane angelegt. Die Entdeckung der Kernspaltung durch Otto Hahn (1879–1968) und Fritz Straßmann (1902–1980) im Jahr 1938 war das entscheidende Experiment für die Entwicklung der Kernenergie und der Kernwaffen. Die starke Strahlung der radioaktiven Isotope erfordert Strahlenschutzmaterialien, wofür dicke Bleiplatten sehr gut geeignet sind. |
Herstellung | |||
Das
Metall wird hauptsächlich aus Bleiglanz gewonnen. Dabei kommen zwei Verfahren zum Einsatz: Beim Röstreduktionsverfahren
wird klein gemahlenes Bleierz im Luftstrom bei 1000 °C geröstet,
bzw. oxidiert. [Lit 4]
2 PbS + 3 O2 2 PbO + 2 SO2
Das erhaltene
Blei(II)-oxid reduziert man dann in einem Schachtofen mit Koks, bzw. mit
Kohlenstoffmonooxid. Zum Koks wird noch Kalk als Flussmittel hinzugegeben. Das noch
unreine Blei sammelt sich im unteren Teil, während die leichtere
Schlacke über dem Blei schwimmt.
PbO + C Pb + CO PbO + CO Pb + CO2 Beim
Röstreaktionsverfahren wird nur ein Teil des Blei(II)-sulfids
geröstet. Ein Teil des entstehenden Blei(II)-oxids dient dann zur
Reduktion des Bleisulfids:
3 PbS + 3 O2 PbS + 2 PbO + 2 SO2 PbS + 2 PbO 3 Pb + SO2 Das entstehende Rohblei enthält noch zwei bis drei Prozent Verunreinigungen anderer
Metalle. Die Reinigungen erfolgt durch verschiedene Verfahren, beispielsweise
durch die elektrolytische Raffination analog zur Kupfer-Raffination. Ein großer Anteil des Blei-Bedarfs wird heute durch Recycling aus Altbatterien gedeckt. Langfristig
wird sogar mit einem Anteil von bis zu 90% gerechnet. [Lit 7]
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Verwendung | |||
Blei
ist eines der wichtigsten Gebrauchsmetalle und dient vor allem zur Herstellung
von Legierungen:
Die chemische Industrie verwendet
Blei als Rohrmaterial für Säuren und aggressive Flüssigkeiten.
Dicke Bleiplatten eignen sich als Strahlenschutzmaterial, zum Beispiel
beim Röntgen.
Bleiverbindungen wie Bleimennige Pb3O4 oder Bleiweiß 2PbCO3 • Pb(OH)2 wurden früher als Pigmente für Farben eingesetzt. Heute ist diese Anwendung aufgrund der Toxizität
nicht mehr empfehlenswert und in vielen Ländern verboten. Angler und
Fischer hängen Bleigewichte zum Beschweren an ihre Netze, Taucher
verwenden die Gewichte zum Tarieren der Tiefe unter Wasser. Da Blei umweltgefährlich
ist, müssen derartige Gewichte heute mit einem Überzug aus Gummi
oder einer Lackierung versehen sein.
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Bleiverbindungen | ||||||||||
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