Plomo

1. Resumen
2. Generalidades
3. Minerales
4. Yacimientos
5. Reacciones químicas
7. Usos
8. Aleaciones
9. Obtención
10. Refinación
11. Envenenamiento con plomo
12. Bibliografía

RESUMEN: Generalidades. Minerales (Galena, Anglesita, Piro morfita). Clasificación de los principales yacimientos del mundo. Reacciones químicas del plomo. Análisis (determinaciones de Plomo). Usos. Aleaciones de plomo. Propiedades mecánicas del plomo y sus aleaciones. Métodos de obtención (método de reducción tostadora, tostación ,fusión, horno de cuba). Refinación del Plomo. Envenenamiento con Plomo

GENERALIDADES:

El plomo, Pb, número atómico 82, peso atómico 207,21 está en el grupo cuatro de la tabla periódica y el subgrupo que contiene el germanio y estaño. Su número usual de valencia es 2, pero también muestra la valencia 4, sobre todo en compuestos orgánicos, que suelen ser bastante estables. Los cuatro isótopos naturales son, por orden decreciente de abundancia, 208, 206, 207 y 204. Cristaliza en el sistema cúbico en forma de cara centrada. Está presente en la corteza terrestre.

Es un metal gris azulado, blando y pesado, se corta fácilmente con un cuchillo. Se lamina y estira por extrusión, pero pequeñas cantidades de arsénico, antimonio, cobre y metales alcalino térreos aumentan su dureza. Su resistencia a la corrosión atmosférica, y al ataque de los ácidos hace que sea muy útil.

MINERALES:

Las principales menas de plomo son la galena, PbS, que contiene 86,4 % de Plomo y la cerusita, PbCO3 , que contiene 77,5 % de Plomo. La anglesita es el sulfato de plomo, PbSO4 y la piro morfita que es un clorofosfato de plomo, 9 PbO.3 P2O5.PbCl2. La galena es el más importante de los minerales de plomo, la cerusita se forma por la oxidación superficial de la galena.

YACIMIENTOS:

El plomo y el zinc están asociados en yacimientos minerales, a veces íntimamente mezclados y otras veces lo bastante separados como para que puedan extraerse minerales en los que predominan uno de los metales, aunque raramente está exento del otro. Su distribución geológica y geográfica es casi idéntica.

Los tipos importantes de yacimientos son los siguientes:

1) Yacimientos formados a poca profundidad en rocas sedimentarias sin ninguna relación aparente en rocas ígneas. Se presentan en forma de estratos tubulares de sustitución, generalmente en calizas y dolomitas. Los minerales de éste tipo suelen contener galena, esfalerita y piritas. Pocas veces contienen oro, plata o cobre en grado apreciable. Éstos yacimientos están distribuidos por todo el mundo, hay extensos y de importancia comercial. Algunos ejemplos son, yacimientos del Valle del Mississippi, Silesia y Marruecos.

2) Yacimientos someros o de profundidad media, genéticamente asociados con rocas ígneas, caracterizados por minerales complejos:

• Yacimientos filonianos formados cerca de la superficie. Se encuentran en San Juan y Lake City, en Colorado, los yacimientos de Schemnitz, en Hungría, los de Mapimí, los de la Santa Eulalia, en México, y los de Insbach y Freiberg, en Alemania.
• Filones de relleno a temperatura y presión intermedias. Por ejemplo, Coeur d´Alene, en Idaho.
• Reemplazos de rocas ígneas piríticas diseminados. Por ejemplo, Bawdwin, en Birmania y Ridder, en Siberia.
• Reemplazos de plata-plomo en calizas. Por ejemplo, Leadville, en Colorado, Park City, en Utah y Sierra Mojada, en México.

3) Filones originados a temperatura y presión elevada en rocas ígneas o genéticamente asociadas a ellas. Los minerales son la blenda ( ZnS ), galena, pirita, la pirrotita, cuarzo, calcita, granate, redonita, etc. Ejemplos: los más importantes son, Broken Hill, Nueva Galesdel Sur, Australia.

4) Yacimientos metamórficos ígneos que contienen minerales del metamorfismo del contacto. Los minerales son la galena y sus productos de oxidación ( cerusita y anglesita), la blenda, la smithsonita, la calamina y una ganga de calcita, redonita, granate, piroxeno, honrblenda, magnetita y tremolita. Entre los yacimientos de éste tipo figuran los de magdalene de México y la mina de Honr Silver de Utah, que se presentan en contactos de caliza ígneas o cerca de ellas. La mayor parte de plomo beneficiado procede de minerales de Estados Unidos, México, Canadá y Australia.

REACCIONES QUÍMICAS:

El plomo tiene poca tendencia a reemplazar el hidrógeno de las soluciones acuosas del ácido. El ácido nítrico es el mejor disolvente que forma nitrato de plomo soluble. Casi todos los ácidos orgánicos reaccionan con el plomo en presencia de oxígeno para formar sales. El plomo metálico no se altera en el aire seco, en aire húmedo se forma una película de óxido, que con el dióxido de carbono forma carbonato básico blanco. En solución ácida es poco reductor, en soluciones alcalinas es bastante reductor.

Reacciones:

Pbº = Pb++ + 2 e-

Pbº + SO=4 = PbSO4 + 2 e-

Pbº + 2 HO- = PbO + H2O + 2 e-

Pb++ + 2 H2O = PbO2 + 4 H+ + 2 e-

PbSO4 + 2 H2O = PbO2 + 4 H+ + SO=4 + 2 e-

PbO + 2 HO- = PbO2 + H2O + 2 e-

ANÁLISIS:

El plomo en soluciones puede determinarse por la formación de un precipitado blanco con ácido sulfúrico o sulfato soluble, por la formación de un precipitado cristalino blanco con cloruro soluble y un precipitado amarillo con yoduro, cromato o dicromato.

El plomo forma precipitados con muchos compuestos orgánicos (oxalatos, ácidos, etc.) En la determinación cuantitativa se usan varios métodos. En un metal con gran contenido de plomo primero se determinan las impurezas y el plomo se calcula por diferencia. En la determinación gravimétrica el plomo se pesa en forma de sulfato, una solución de sulfato de plomo puede valorarse con molibdato de amonio.

Pb++ MoO=4 = PbMoO4

Puede determinarse electrolíticamente pesándolo sobre el ánodo como dióxido de plomo.

USOS:

Uno de los usos importantes es para revestimientos, serpentines, válvulas, etc. También se utiliza para transportar y almacenar soluciones de alumbre. El plomo tiene una resistencia excelente a las soluciones de sales comunes, al aire de las costas marinas, por eso se emplea para tuberías de transporte de agua de mar en barcos y para grandes acuarios.

Se usa en la fabricación de sulfúrico, por su resistencia a la corrosión que tiene al formar una película dura e impermeable de sulfato de plomo en la superficie.

Es resistente al gas sulfuroso húmedo y también se aplica en ánodos recubiertos de plomo y en revestimientos y precipitadores electrostáticos usados para separar la niebla del ácido sulfúrico del gas sulfuroso.

También se usa en contacto con hidróxido de sodio en un 90 % de pureza a 90ºC. Se usa en la refinación de petróleo, en el cuál el tratamiento con sulfúrico es seguido de un lavado de sosa cáustica.

En la fabricación de rayón y nitroglicerina.

El plomo se usa en los siguientes compuestos químicos:

1) Disolventes: los alcoholes, éteres, la cetona y el tricloroetileno no producen efectos sobre el plomo.

2) Ácidos: el ácido acético, fórmico y tartárico atacan moderadamente. El ataque se acelera en presencia de oxígeno. Sin embargo puede usarse con anhídrido acético y el ácido acético glacial, también puede usarse con el ácido crómico, el ácido fluorhídrico si es diluido, el ácido nítrico, aunque no se recomienda puede usarse a temperaturas normales si la concentración no es mayor del 80 %.

3) Álcalis: con el hidróxido de amonio es satisfactorio en todas las concentraciones y temperaturas. El hidróxido de calcio ataca el plomo en presencia de humedad y el oxígeno, pero si se añade agua dulce disminuye la corrosión. En hidróxido de sodio puede usarse el plomo en un 95 % de pureza y 80ºC.

4) Sales y otros compuesto químicos: puede usarse el plomo en contacto con sulfato de aluminio, cloruro de amonio, sulfato de amonio, sulfato de cobre, sulfato de hierro, peróxido de hidrógeno, fenol piridina, sulfito de sodio, bisulfito de sodio, carbonato de sodio, cloruro de sodio, hidrosulfito de sodio, hiposulfito de sodio, sulfato de sodio, cloruro de zinc y sulfuro de sodio.

5) Agua: destilada el plomo disuelve lentamente en proporción a la cantidad de oxígeno disuelto. El tratamiento de agua con cal o silicato de sodio evita la corrosión. El agua común no puede producir corrosión por la capa que forman las sales disueltas.

El plomo por su densidad elevada es muy buen protector de los rayos X. Se usa para revestir las habitaciones donde hay aparatos de rayos X y para proteger el personal que trabaja fuera. El plomo se usa no sólo para proteger los equipos.

El plomo en forma de bloques formados por extrusión de lados cóncavos y convexos, se usa para las paredes que tienen que confinar rayos mortíferos procedentes de la fisión nuclear y de isótopos radiactivos. Se impregnan con plomo delantales y guantes de caucho.

Su blandura y su punto de fusión bajo permiten hacer la extrusión para tuberías, permite doblarlos y curvarlos para suprimir muchas juntas.

Se usa también bajo las maquinarias y los edificios para reducir vibraciones.

El plomo y sus aleaciones se laminan muy fácilmente hasta lograr cualquier espesor por eso es ideal para empaquetaduras. Por su flexibilidad y escasa resistencia al desplazamiento plástico.

Se usa en martillos cuando hay que tener mucho cuidado en no dañar la pieza trabajada.

La lámina de plomo sirve como material para pisos de galvanoplastia y la fabricación de productos químicos donde los derrames de ácidos estropearían los pisos de hormigón.

ALEACIONES:

El plomo tiene un punto de fusión bajo, forma aleaciones con todos demás elementos parejamente fusibles, son aleaciones muy usadas en la industria.

En virtud de su escasa resistencia mecánica, la ductilidad del plomo es relativamente mala, tiene un límite de elasticidad bajo, un coeficiente de dilatación térmica elevado y excelente propiedades antifricción.

Si bien las impurezas presentes en el plomo varían y son pequeñas en cada calidad, son importantes químicamente y obligan a clasificar el plomo para diversos usos.

Se llama plomo químico al plomo no desplatado producido por minerales del sudeste de Missouri. Éste plomo contiene 0.04 a 0.08 % de cobre, 0.002 a 0.020 % de plata y menos de 0.005 % de bismuto.

El plomo cúprico, antimonioso, el plomo ácido, y el plomo telurioso se usan también en la industria.

Las propiedades del plomo telurioso, comparadas con las del plomo regular, tienen el grano más fino.

El plomo antimonioso tiene mejores propiedades mecánicas, pero a mayores temperaturas esto disminuye y por encima de los 120ºC sucede lo contrario.

Propiedades mecánicas del plomo y sus aleaciones.

El plomo es el principal elemento del llamado "terne" que tiene una composición de 10 a 25 % de estaño y 90 a 75 % de plomo.

Para muchas aplicaciones el contenido de estaño en las aleaciones de revestimiento puede reducirse hasta no ser mayor de 2.5 a 5 %. Cuando se necesita un revestimiento duro y resistente se añade antimonio.

Aleaciones para la industria de cables: el plomo que contiene algún cobre y el plomo antimonioso al 1 % son los principales metales usados para recubrir los cables empleados para la transmisión de corriente eléctrica y para comunicación.

Otra aleación con buenas propiedades es un plomo con 0.04 % de calcio. El calcio obra como el antimonio, aumentando la resistencia. Otra aleación contiene 0.15 % de arsénico, 0.10 % de estaño, y 0.10 % de bismuto, el resto de plomo.

Aleaciones para tubos compresibles: éstos tubos pueden estar hechos de una sola aleación o estar formados por dos capas metálicas. En el primer caso se usa una aleación que contiene de 2 a 3 % de antimonio y 97 a 98 % de plomo y si se quiere un acabado brillante se usa una aleación de plomo y estaño con poco estaño. El estaño es preferible para envasar ciertos productos y también por su aspecto, pero en virtud de su precio elevado es conveniente usar una aleación de plomo y estaño en capas. El revestimiento de estaño se puede hacer en una o dos caras.

Fabricación de las aleaciones: El plomo y sus aleaciones puede fundirse en una caldera de hierro colado sin temor a que se produzca contaminación con hierro. Para fines generales de fusión, no es necesario emplear cubierta de fundente, si bien con ciertas clases de aleaciones es conveniente retardar la formación de natas de óxidos y la pérdida de algunos elementos de la aleación.

Aquí puede servir muy bien como fundente una mezcla eutéctica de cloruro de zinc o haluros de metales alcalinos o alcalino térreos. Para cubrir los baños de temple se usa en disco de coque. Para calentar y fundir el plomo se usa en calderas y hornos calentados con carbón, petróleo o gas. Las aleaciones de plomo no presentan dificultades para vaciarlas, la temperatura de vaciado es de 38 a 83 ºC por encima de la temperatura del líquido de la aleación.

Los moldes pueden son permanentes y semipermeables de yeso o caucho. Después de estampar el cartón con los tipos y planchas de medio tono se usa como cara de molde. Una aleación con base de plomo llamada metal de estereotipos, se vacía en es molde y se obtiene una copia exacta. La pieza fundida se coloca sobre un cilindro rotativo, con el cuál se hacen las impresiones.

El plomo y sus aleaciones en forma de productos terminados se funden en matrices y se vacía por gravedad.

OBTENCIÓN:

La fundición de los minerales de plomo puede llevarse a cabo por el método de precipitación (ya no se aplica), de reacción tostadora (para minerales puros y ricos) y de reducción tostadora (método que se utiliza actualmente) como también el horno de cilindro rotatorio.

1. Método de reducción tostadora: consiste en la tostación de minerales con una fusión reductora posterior:

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2) Tostación: tiene como objeto la transformación de PbS en PbO. Consiste en la eliminación del azufre con una volatilización de As y Sb (impurezas) que se podría obtener. En presencia de Cu y S, puede formarse en el horno de cuba mata de Cu-Pb, de otro modo pasa el Cu al Pb de obra y es eliminado por lodación. El ZnO se escorifica con facilidad.

La condición previa para una buena tostación es la trituración, para que la reacción de PbS con O2 sea lo más fácil posible:

2 PbS + 3 O2 = 2 PbO + 2SO2 + 202.8 Cal.

Luego se hace tostación con insuflación o absorción de aire a temperaturas mayores de 800ºC. para evitar la formación de PbSO4.

La tostación se hace en dos etapas: tostación previa y tostación definitiva.

Tostación previa: se utilizan hornos de pisos, redondos con hogar giratorio y hornos de traspaleo fijos.

La tostación insufladora consiste en comprimir el aire a través de la capa de mineral que se ha encendido por la parte de entrada del aire. El mineral se junta por aglomeración y forma un aglomerado sólido y poroso. Los sulfatos presentes son descompuestos, acelerando el SO2 que se desprende.

PbS + 3 SO3 = PbO + 4 SO2

El mineral debe estar en forma granulada, luego se agregan piedra caliza, residuos de pirita, residuos de la mufla, para hacerlo menos compacto. Este contenido de mezcla no debe fundir el PbS o el Pb, pues quedaría obturada la parrilla. Se obtiene Pb al 45 %, esto es lo máximo cuando se completa la tostación. La piedra caliza se añade para:

PbSO4 + CaCO3 = CaSO4 + PbO + CO2

El Sulfato de Calcio formado es descompuesto por dióxido de silicio, a una temperatura de 1000ºC, actuando el Trióxido de azufre gaseoso sobre los sulfuros metálicos como oxidantes.

CaSO4 + MeS + SiO2 + O2 = CaO + SiO2 + MeO + SO2

Me: metal cualquiera de valencia 2.

Para la tostación definitiva se utilizan calderas de aglomerar fijas o móviles. Estas tienen las desventajas de trabajo discontinuo, mucho trabajo manual, perjudicial para la salud.

3) Fusión: por la fusión reductora del mineral tostado, se pasa el contenido de Pb o de otros minerales a Pb de obra, mientras que la ganga sale como escoria. Como reductor se usa coque, pudiéndose considerar como agente sólo el carbón sólido, en la zona de fusión o de formación de escorias y por el contrario en las zonas superiores, sólo el CO. La temperatura aumenta de 100ºC en tragante hasta 1600ºC en las toberas. Hay evaporación de Pb que se deposita en la columna de carga y a causa de la concentración reciente, pasa al crisol a través de la zona de fusión. Los procedimientos en el horno de cuba tienen gran parecido a los de la fusión reductora de la mata de cobre, con la diferencia de que aquí se trabaja obteniendo metal y se reduce a un mínimo la formación de mata. Productos plomo de obra, mata de plomo y azufre peis.

4) Horno de cuba: se parecen a los empleados en la fusión de la mata de cobre, pero se distinguen de éstos por la carga del horno de crisol y el pozo de plomo, así como el empleo de cargas de agua sólo hasta el comienzo de la columna de carga, que está construida con ladrillos refractarios.

REFINACIÓN:

Este contiene impurezas como, cobre, estaño, arsénico, bismuto y antimonio, que influyen desfavorablemente sobre las propiedades mecánicas, la resistencia a los ataques químicos; además, metales nobles en cantidades que resultan remuneradores para su obtención.

Los métodos de eliminación son los siguientes:

1) Eliminación de cobre: el cobre es sólo poco soluble en plomo líquido y da un eutéctico situado a 99.945 % plomo, ascendiendo la curva de solidificación en sentido casi vertical. Por esto, se puede separar el cobre calentando el plomo hasta un poco por encima del punto eutéctico; se forma un producto sólido más rico en cobre que nada sobre el plomo líquido, llamado lodo de cobre, que está impurificado por plomo adherido, mientras que el plomo líquido tiene sólo poco cobre. Las costras son retiradas del baño de plomo y fundidas, junto con la mata de plomo, para eliminar una parte del plomo adherente, resultando así una mata de cobre enriquecida.

2) Eliminación de estaño, arsénico y antimonio:

a) Oxidación selectiva sencilla: Al tener estos tres metales mayor afinidad hacia el oxígeno que el plomo, pueden separarse de él por oxidación, cediendo el plomo oxidado al mismo tiempo su oxígeno parcialmente al antimonio según la ecuación:

2 Sb + 3 PbO = Sb2O3 + 3 Pb

El óxido antimonioso es oxidado por el aire dando óxido antimónico que se combina con el óxido plumboso dando antimoniato de plomo, el cual puede oxidar más al antimonio.

3 (2 PbO.Sb2O5) + 8 Sb = 6 Pb + 7 Sb2O3

El óxido plumboso forma con arsénico, antimonio y estaño, arseniato de plomo líquido, antimoniato de plomo líquido y estannato de plomo sólido. Estos productos son llamados "costras de arsénico, antimonio o estaño". Se forma litargio puro, lo cual significa el fin del proceso de oxidación.

b) Método de Harris: este método está basado en el hecho de que los compuestos de mayor grado de oxidación de estaño, arsénico y antimonio pasan calentados con una sal alcalina, a compuestos alcalinos que están prácticamente exentos del plomo.

Las ventajas de éste método está en la producción de productos intermedios libres de plomo, de manera que también las pérdidas en metal noble son muy pequeñas, además se recuperan las sales utilizadas hasta en un 95 % puras.

3) Eliminación de los metales nobles: la eliminación se efectúa, según el método de Parkes, por adición de zinc metálico puro. El método está basado en el hecho de que, después de añadir zinc al plomo líquido, se separa, al enfriar, una aleación sólida de plata, zinc y plomo, que contiene todos los metales nobles. De esta aleación puede expulsarse el zinc por destilación, y de la aleación de plata y plomo que queda, llamado "plomo rico", el plomo, por oxidación.

4) Eliminación de zinc: está fundada en la mayor afinidad del zinc por el oxígeno en comparación con el plomo. Esta oxidación se efectúa por agitación del zinc al rojo vivo con ramas verdes, o burbujeo de vapor de agua o agua. Ésta entra por un tubo que llega casi hasta el fondo de la cadena y por la descomposición del vapor de agua se produce un fuerte burbujeo en el baño, que oxida el zinc, obteniéndose óxido de zinc, plomo y óxido plumboso. Estos se llaman óxidos pobres, de punto de fusión elevado que flotan encima del baño de plomo y se saca cazos.

ENVENENAMIENTO CON PLOMO:

El plomo ingerido en cualquiera de sus formas es altamente tóxico. Sus efectos suelen sentirse después de haberse acumulado en el organismo durante un periodo de tiempo. Los síntomas de envenenamiento son anemia, debilidad, estreñimiento y parálisis en muñecas y tobillos. Las escamas de pinturas con base de plomo y los juguetes fabricados con compuestos de plomo están considerados como muy peligrosos para los niños, para los que el plomo resulta especialmente dañino, incluso a niveles que antes se consideraban inocuos. El plomo puede producir disminución de la inteligencia, retraso en el desarrollo motor, deterioro de la memoria y problemas de audición y equilibrio. En adultos, el plomo puede aumentar la presión sanguínea. Hoy en día se tratan los envenenamientos por plomo administrando una sal de sodio o calcio del ácido etilendiaminotetraacético. El plomo se elimina del organismo desplazando el calcio o el sodio y formando un complejo estable con EDTA que se evacua por la orina.

BIBLIOGRAFÍA

Química. R. Chang

Química Analítica I. Cualitativa. A. Vogel

Química Analítica II. Cuantitativa. A. Vogel

Enciclopedia de Física y Química. Spin

Apuntes de cátedra de Química Inorgánica. Prof. Verónica Rosenfeld y Prof. Jorge Moreno

AUTORA

PALOMA MORENO

TÉCNICA QUÍMICA (TÍTULO DE NIVEL MEDIO)

TÉCNICA UNIVERSITARIA EN QUÍMICA (TÍTULO DE NIVEL UNIVERSITARIO)

CURSANDO EL PROFESORADO EN QUÍMICA (TÍTULO DE NIVEL UNIVERSITARIO)

CATEGORÍA: QUÍMICA INORGÁNICA