El plomo es un elemento químico ; tiene símbolo Pb (del latín plumbum ) y número atómico 82. Es un metal pesado más denso que la mayoría de los materiales comunes. El plomo es blando y maleable y también tiene un punto de fusión relativamente bajo . Cuando está recién cortado, el plomo es de un color gris brillante con un toque de azul. Se empaña hasta adquirir un color gris opaco cuando se expone al aire. El plomo tiene el número atómico más alto de cualquier elemento estable y tres de sus isótopos son puntos finales de las principales cadenas de desintegración nuclear de elementos más pesados. El plomo es tóxico, incluso en pequeñas cantidades, especialmente para los niños.
El plomo es un metal de post-transición relativamente no reactivo . Su débil carácter metálico queda ilustrado por su naturaleza anfótera ; El plomo y los óxidos de plomo reaccionan con ácidos y bases , y tienden a formar enlaces covalentes . Los compuestos de plomo generalmente se encuentran en el estado de oxidación +2 en lugar del estado +4 común en los miembros más ligeros del grupo del carbono . Las excepciones se limitan principalmente a los compuestos orgánicos de plomo . Al igual que los miembros más ligeros del grupo, el plomo tiende a vincularse consigo mismo ; puede formar cadenas y estructuras poliédricas.
Dado que el plomo se extrae fácilmente de sus minerales , los pueblos prehistóricos del Cercano Oriente eran conscientes de ello . Galena es un mineral principal de plomo que a menudo produce plata. El interés por la plata ayudó a iniciar la extracción y el uso generalizados del plomo en la antigua Roma . La producción de plomo disminuyó después de la caída de Roma y no alcanzó niveles comparables hasta la Revolución Industrial . El plomo jugó un papel crucial en el desarrollo de la imprenta , ya que los tipos móviles podían fundirse con relativa facilidad a partir de aleaciones de plomo. [7] En 2014, la producción mundial anual de plomo fue de aproximadamente diez millones de toneladas, más de la mitad de las cuales procedían del reciclaje. La alta densidad del plomo, su bajo punto de fusión, su ductilidad y su relativa inercia a la oxidación lo hacen útil. Estas propiedades, combinadas con su relativa abundancia y bajo costo, dieron como resultado su uso extensivo en construcción, plomería, baterías , balas y perdigones , pesas, soldaduras , peltre , aleaciones fusibles , pinturas blancas , gasolina con plomo y protección contra la radiación .
El plomo es una neurotoxina devastadora y persistente que se acumula en los tejidos blandos y los huesos. Daña el sistema nervioso e interfiere con la función de las enzimas biológicas , provocando trastornos neurológicos que van desde problemas de conducta hasta daño cerebral, y también afecta la salud general, el sistema cardiovascular y renal. La toxicidad del plomo fue documentada por primera vez por los antiguos escritores griegos y romanos, quienes notaron algunos de los síntomas del envenenamiento por plomo, pero se reconoció ampliamente en Europa a fines del siglo XIX.
Un átomo de plomo tiene 82 electrones , dispuestos en una configuración electrónica de [ Xe ]4f 14 5d 10 6s 2 6p 2 . La suma de la primera y segunda energía de ionización del plomo (la energía total necesaria para eliminar los dos electrones 6p) es cercana a la del estaño , el vecino superior del plomo en el grupo del carbono . Esto es inusual; Las energías de ionización generalmente disminuyen en un grupo, a medida que los electrones externos de un elemento se alejan más del núcleo y están más protegidos por orbitales más pequeños.
La suma de las cuatro primeras energías de ionización del plomo supera a la del estaño, [8] contrariamente a lo que predecirían las tendencias periódicas . Esto se explica por los efectos relativistas , que se vuelven significativos en los átomos más pesados, [9] que contraen los orbitales s y p de modo que los electrones 6s del plomo tienen energías de enlace mayores que sus electrones 5s. [10] Una consecuencia es el llamado efecto de par inerte : los electrones 6s del plomo se vuelven reacios a participar en el enlace, estabilizando el estado de oxidación +2 y haciendo que la distancia entre los átomos más cercanos en el plomo cristalino sea inusualmente larga. [11]
Los congéneres del grupo de carbono más ligero del plomo forman alótropos estables o metaestables con la estructura cúbica de diamante coordinada tetraédricamente y unida covalentemente . Los niveles de energía de sus orbitales s y p externos están lo suficientemente cerca como para permitir la mezcla en cuatro orbitales híbridos sp 3 . En el plomo, el efecto del par inerte aumenta la separación entre sus orbitales s y p, y la brecha no puede superarse con la energía que liberarían los enlaces adicionales después de la hibridación. [12] En lugar de tener una estructura cúbica de diamante, el plomo forma enlaces metálicos en los que sólo los electrones p están deslocalizados y compartidos entre los iones Pb 2+ . En consecuencia, el plomo tiene una estructura cúbica centrada en las caras [13] , como los metales divalentes calcio y estroncio , de tamaño similar [14] . [15] [a] [b] [c]
El plomo puro tiene una apariencia gris brillante con un toque de azul. [20] Se empaña al contacto con el aire húmedo y adquiere un aspecto opaco, cuya tonalidad depende de las condiciones reinantes. Las propiedades características del plomo incluyen alta densidad , maleabilidad, ductilidad y alta resistencia a la corrosión debido a la pasivación . [21]
La estructura cúbica centrada en las caras y el alto peso atómico del plomo dan como resultado una densidad [22] de 11,34 g/cm 3 , que es mayor que la de metales comunes como el hierro (7,87 g/cm 3 ), el cobre (8,93 g /cm 3 ) y zinc (7,14 g/cm 3 ). [23] Esta densidad es el origen del modismo " pasar como un globo de plomo" . [24] [25] [d] Algunos metales más raros son más densos: el tungsteno y el oro tienen 19,3 g/cm 3 , y el osmio , el metal más denso conocido, tiene una densidad de 22,59 g/cm 3 , casi el doble que el plomo. . [26]
El plomo es un metal muy blando con una dureza de Mohs de 1,5; se puede rayar con la uña. [27] Es bastante maleable y algo dúctil. [28] [e] El módulo volumétrico del plomo, una medida de su facilidad de compresibilidad, es 45,8 GPa . En comparación, la del aluminio es de 75,2 GPa; cobre 137,8 GPa; y acero dulce 160–169 GPa. [29] La resistencia a la tracción del plomo , de 12 a 17 MPa, es baja (la del aluminio es 6 veces mayor, la del cobre 10 veces y la del acero dulce 15 veces mayor); se puede reforzar añadiendo pequeñas cantidades de cobre o antimonio . [30]
El punto de fusión del plomo, a 327,5 °C (621,5 °F) [31] , es muy bajo en comparación con la mayoría de los metales. [22] [f] Su punto de ebullición de 1749 °C (3180 °F) [31] es el más bajo entre los elementos del grupo del carbono. La resistividad eléctrica del plomo a 20 °C es de 192 nanoohmios , casi un orden de magnitud superior a la de otros metales industriales (el cobre a 20 °C).15,43 nΩ·m ; oro20,51 nΩ·m ; y aluminio en24,15 nΩ·m ). [33] El plomo es un superconductor a temperaturas inferiores a 7,19 K ; [34] esta es la temperatura crítica más alta de todos los superconductores de tipo I y la tercera más alta de los superconductores elementales. [35]
El plomo natural consta de cuatro isótopos estables con números de masa 204, 206, 207 y 208 [36] y trazas de seis radioisótopos de vida corta con números de masa 209 a 214 inclusive. La gran cantidad de isótopos es consistente con que el número atómico del plomo sea par. [g] El plomo tiene un número mágico de protones (82), para el cual el modelo de capa nuclear predice con precisión un núcleo especialmente estable. [37] El plomo-208 tiene 126 neutrones, otro número mágico, que puede explicar por qué el plomo-208 es extraordinariamente estable. [37]
Con su elevado número atómico, el plomo es el elemento más pesado cuyos isótopos naturales se consideran estables; El plomo-208 es el núcleo estable más pesado. (Esta distinción recaía anteriormente en el bismuto , con un número atómico de 83, hasta que en 2003 se descubrió que su único isótopo primordial , el bismuto-209, se desintegraba muy lentamente.) [h] Teóricamente, los cuatro isótopos estables del plomo podrían sufrir desintegración alfa para isótopos de mercurio con liberación de energía, pero esto no se ha observado en ninguno de ellos; sus vidas medias previstas oscilan entre 10,35 y 10 189 años [40] (al menos 10,25 veces la edad actual del universo).
Tres de los isótopos estables se encuentran en tres de las cuatro cadenas principales de desintegración : el plomo-206, el plomo-207 y el plomo-208 son los productos finales de la desintegración del uranio-238, el uranio-235 y el torio-232, respectivamente. [41] Estas cadenas de desintegración se denominan cadena de uranio, cadena de actinio y cadena de torio. [42] Sus concentraciones isotópicas en una muestra de roca natural dependen en gran medida de la presencia de estos tres isótopos originales de uranio y torio. Por ejemplo, la abundancia relativa de plomo-208 puede oscilar entre el 52% en muestras normales y el 90% en minerales de torio; [43] por esta razón, el peso atómico estándar del plomo se da con un solo decimal. [44] A medida que pasa el tiempo, la proporción de plomo-206 y plomo-207 a plomo-204 aumenta, ya que los dos primeros se complementan con la desintegración radiactiva de elementos más pesados, mientras que el último no; esto permite la datación plomo-plomo . A medida que el uranio se descompone en plomo, sus cantidades relativas cambian; ésta es la base para la datación con uranio-plomo . [45] El plomo-207 exhibe resonancia magnética nuclear , una propiedad que se ha utilizado para estudiar sus compuestos en solución y en estado sólido, [46] [47] incluso en el cuerpo humano. [48]
Aparte de los isótopos estables, que constituyen casi todo el plomo que existe de forma natural, existen trazas de algunos isótopos radiactivos. Uno de ellos es el plomo-210; aunque tiene una vida media de sólo 22,2 años, [36] se producen pequeñas cantidades en la naturaleza porque el plomo-210 se produce mediante una larga serie de desintegración que comienza con el uranio-238 (que ha estado presente durante miles de millones de años en la Tierra). El plomo-211, −212 y −214 están presentes en las cadenas de desintegración del uranio-235, torio-232 y uranio-238, respectivamente, por lo que se encuentran trazas de estos tres isótopos de plomo de forma natural. Minúsculos rastros de plomo-209 surgen de la muy rara desintegración del radio-223, uno de los productos hijos del uranio natural-235, y de la cadena de desintegración del neptunio-237, cuyos rastros se producen por captura de neutrones en minerales de uranio. El plomo-213 también se encuentra en la cadena de desintegración del neptunio-237. El plomo-210 es particularmente útil para ayudar a identificar las edades de las muestras midiendo su proporción con el plomo-206 (ambos isótopos están presentes en una única cadena de desintegración). [49]
En total, se han sintetizado 43 isótopos de plomo, con números de masa entre 178 y 220. [36] El plomo-205 es el radioisótopo más estable, con una vida media de alrededor de 1,73 × 107 años. [i] El segundo más estable es el plomo-202, que tiene una vida media de aproximadamente 52.500 años, más larga que cualquiera de los radioisótopos traza naturales. [36]
El plomo a granel expuesto al aire húmedo forma una capa protectora de composición variable. El carbonato de plomo (II) es un constituyente común; [51] [52] [53] el sulfato o cloruro también puede estar presente en entornos urbanos o marítimos. [54] Esta capa hace que el plomo a granel sea químicamente inerte en el aire. [54] El plomo finamente pulverizado, como ocurre con muchos metales, es pirofórico , [55] y arde con una llama de color blanco azulado. [56]
El flúor reacciona con el plomo a temperatura ambiente, formando fluoruro de plomo (II) . La reacción con el cloro es similar pero requiere calentamiento, ya que la capa de cloruro resultante disminuye la reactividad de los elementos. [54] El plomo fundido reacciona con los calcógenos para dar calcogenuros de plomo (II). [57]
El plomo metálico resiste el ácido sulfúrico y fosfórico pero no el ácido clorhídrico o nítrico ; el resultado depende de la insolubilidad y posterior pasivación de la sal del producto. [58] Los ácidos orgánicos, como el ácido acético , disuelven el plomo en presencia de oxígeno. [54] Los álcalis concentrados disolverán el plomo y formarán plomadas . [59]
El plomo muestra dos estados de oxidación principales: +4 y +2. El estado tetravalente es común para el grupo carbono. El estado divalente es raro para el carbono y el silicio , menor para el germanio, importante (pero no predominante) para el estaño y es el más importante de los dos estados de oxidación para el plomo. [54] Esto es atribuible a los efectos relativistas , específicamente el efecto del par inerte , que se manifiesta cuando hay una gran diferencia en la electronegatividad entre el plomo y los aniones óxido , haluro o nitruro , lo que lleva a una carga positiva parcial significativa en el plomo. El resultado es una contracción más fuerte del orbital 6s de plomo que en el caso del orbital 6p, lo que lo hace bastante inerte en compuestos iónicos. El efecto del par inerte es menos aplicable a compuestos en los que el plomo forma enlaces covalentes con elementos de electronegatividad similar, como el carbono en los compuestos organoplomo. En estos, los orbitales 6s y 6p siguen teniendo un tamaño similar y la hibridación sp 3 sigue siendo energéticamente favorable. El plomo, al igual que el carbono, es predominantemente tetravalente en estos compuestos. [60]
Hay una diferencia relativamente grande en la electronegatividad del plomo (II) en 1,87 y del plomo (IV) en 2,33. Esta diferencia marca la inversión en la tendencia de aumentar la estabilidad del estado de oxidación +4 bajando por el grupo de carbono; el estaño, en comparación, tiene valores de 1,80 en el estado de oxidación +2 y 1,96 en el estado +4. [61]
Los compuestos de plomo (II) son característicos de la química inorgánica del plomo. Incluso los agentes oxidantes fuertes como el flúor y el cloro reaccionan con el plomo para dar sólo PbF 2 y PbCl 2 . [54] Los iones de plomo (II) suelen ser incoloros en solución, [62] y se hidrolizan parcialmente para formar Pb(OH) + y finalmente [Pb 4 (OH) 4 ] 4+ (en el que los iones hidroxilo actúan como ligandos puente ) , [63] [64] pero no son agentes reductores como lo son los iones de estaño (II). Las técnicas para identificar la presencia del ion Pb 2+ en agua generalmente se basan en la precipitación de cloruro de plomo (II) utilizando ácido clorhídrico diluido. Como la sal cloruro es poco soluble en agua, en soluciones muy diluidas la precipitación del sulfuro de plomo (II) se consigue haciendo burbujear sulfuro de hidrógeno a través de la solución. [sesenta y cinco]
El monóxido de plomo existe en dos polimorfos , litargirio α-PbO (rojo) y masicot β-PbO (amarillo), siendo este último estable solo por encima de los 488 °C. El litargirio es el compuesto inorgánico de plomo más utilizado. [66] No hay hidróxido de plomo (II); El aumento del pH de las soluciones de sales de plomo (II) provoca hidrólisis y condensación. [67] El plomo comúnmente reacciona con calcógenos más pesados. El sulfuro de plomo es un semiconductor , un fotoconductor y un detector de radiación infrarroja extremadamente sensible . Los otros dos calcogenuros, el seleniuro de plomo y el telururo de plomo , también son fotoconductores. Son inusuales porque su color se vuelve más claro a medida que avanza el grupo. [68]
Los dihaluros de plomo están bien caracterizados; esto incluye la diastatida [69] y haluros mixtos, como el PbFCl. La relativa insolubilidad de este último constituye una base útil para la determinación gravimétrica de flúor. El difluoruro fue el primer compuesto sólido conductor iónicamente descubierto (en 1834, por Michael Faraday ). [70] Los otros dihaluros se descomponen al exponerse a la luz ultravioleta o visible, especialmente el diyoduro. [71] Se conocen muchos pseudohaluros de plomo (II) , como el cianuro, el cianato y el tiocianato . [68] [72] El plomo (II) forma una amplia variedad de complejos de coordinación de haluros , como [PbCl 4 ] 2− , [PbCl 6 ] 4− y el anión de cadena [Pb 2 Cl 9 ] n 5 n − . [71]
El sulfato de plomo (II) es insoluble en agua, como los sulfatos de otros cationes divalentes pesados . El nitrato de plomo (II) y el acetato de plomo (II) son muy solubles y esto se aprovecha en la síntesis de otros compuestos de plomo. [73]
Se conocen pocos compuestos inorgánicos de plomo (IV). Sólo se forman en soluciones altamente oxidantes y normalmente no existen en condiciones estándar. [74] El óxido de plomo (II) produce un óxido mixto tras una mayor oxidación, Pb 3 O 4 . Se describe como óxido de plomo (II, IV) , o estructuralmente 2PbO·PbO 2 , y es el compuesto de plomo de valencia mixta más conocido. El dióxido de plomo es un agente oxidante fuerte, capaz de oxidar el ácido clorhídrico a cloro gaseoso. [75] Esto se debe a que el PbCl 4 esperado que se produciría es inestable y se descompone espontáneamente en PbCl 2 y Cl 2 . [76] De manera análoga al monóxido de plomo , el dióxido de plomo es capaz de formar aniones plumbados . El disulfuro de plomo [77] y el diseleniuro de plomo [78] sólo son estables a altas presiones. El tetrafluoruro de plomo , un polvo cristalino de color amarillo, es estable, pero menos que el difluoruro . El tetracloruro de plomo (un aceite amarillo) se descompone a temperatura ambiente, el tetrabromuro de plomo es aún menos estable y la existencia del tetrayoduro de plomo es cuestionable. [79]
Algunos compuestos de plomo existen en estados de oxidación formales distintos de +4 o +2. El plomo (III) se puede obtener, como intermediario entre el plomo (II) y el plomo (IV), en complejos organoplomo más grandes; este estado de oxidación no es estable, ya que tanto el ion plomo (III) como los complejos más grandes que lo contienen son radicales . [81] [82] [83] Lo mismo se aplica al plomo (I), que se puede encontrar en tales especies radicales. [84]
Se conocen numerosos óxidos mixtos de plomo (II, IV). Cuando el PbO 2 se calienta en el aire, se convierte en Pb 12 O 19 a 293 °C, Pb 12 O 17 a 351 °C, Pb 3 O 4 a 374 °C y finalmente PbO a 605 °C. Otro sesquióxido , Pb 2 O 3 , se puede obtener a alta presión, junto con varias fases no estequiométricas. Muchos de ellos muestran estructuras de fluorita defectuosas en las que algunos átomos de oxígeno son reemplazados por vacantes: se puede considerar que el PbO tiene tal estructura, con cada capa alterna de átomos de oxígeno ausente. [85]
Los estados de oxidación negativos pueden ocurrir como fases de Zintl , ya sea como aniones de plomo libres, como en Ba 2 Pb, donde el plomo es formalmente plomo (-IV), [86] o en iones de grupo poliédricos o en forma de anillo sensibles al oxígeno, como el trigonal. ion bipiramidal Pb 5 2− , donde dos átomos de plomo son plomo(−I) y tres son plomo(0). [87] En tales aniones, cada átomo está en un vértice poliédrico y aporta dos electrones a cada enlace covalente a lo largo de un borde de sus orbitales híbridos sp 3 , siendo los otros dos un par solitario externo . [63] Pueden fabricarse en amoníaco líquido mediante la reducción del plomo con sodio . [88]
El plomo puede formar cadenas con enlaces múltiples , propiedad que comparte con sus homólogos más ligeros en el grupo del carbono. Su capacidad para hacerlo es mucho menor porque la energía del enlace Pb-Pb es más de tres veces y media menor que la del enlace C-C. [57] consigo mismo, el plomo puede formar enlaces metal-metal de un orden de hasta tres. [89] Con el carbono, el plomo forma compuestos orgánicos de plomo similares, pero generalmente menos estables, que los compuestos orgánicos típicos [90] (debido a que el enlace Pb-C es bastante débil). [63] Esto hace que la química organometálica del plomo sea mucho menos amplia que la del estaño. [91] El plomo forma predominantemente compuestos organoplomo(IV), incluso cuando se parte de reactivos inorgánicos de plomo(II); Se conocen muy pocos compuestos organoplomo (II). Las excepciones mejor caracterizadas son Pb[CH(SiMe 3 ) 2 ] 2 y Pb( η 5 -C 5 H 5 ) 2 . [91]
El principal análogo del compuesto orgánico más simple , el metano , es el plumbano . El plumbane se puede obtener mediante una reacción entre plomo metálico e hidrógeno atómico . [92] Dos derivados simples, el tetrametilplomo y el tetraetilo de plomo , son los compuestos organoplomo más conocidos . Estos compuestos son relativamente estables: el tetraetilo de plomo sólo comienza a descomponerse si se calienta [93] o si se expone a la luz solar o ultravioleta. [94] [j] Con el sodio metálico, el plomo forma fácilmente una aleación equimolar que reacciona con haluros de alquilo para formar compuestos organometálicos como el tetraetilo de plomo. [95] La naturaleza oxidante de muchos compuestos orgánicos de plomo se aprovecha de manera útil: el tetraacetato de plomo es un importante reactivo de laboratorio para la oxidación en la síntesis orgánica. [96] El tetraetilo de plomo, una vez añadido a la gasolina, se producía en mayores cantidades que cualquier otro compuesto organometálico. [91] Otros compuestos orgánicos de plomo son menos estables químicamente. [90] Para muchos compuestos orgánicos, no existe un análogo principal. [92]
La abundancia de plomo por partícula en el Sistema Solar es de 0,121 ppb (partes por mil millones). [97] [k] Esta cifra es dos veces y media mayor que la del platino , ocho veces más que el mercurio y diecisiete veces más que el oro. [97] La cantidad de plomo en el universo está aumentando lentamente [98] a medida que la mayoría de los átomos más pesados (todos los cuales son inestables) se desintegran gradualmente hasta convertirse en plomo. [99] La abundancia de plomo en el Sistema Solar desde su formación hace 4.500 millones de años ha aumentado aproximadamente un 0,75%. [100] La tabla de abundancias del sistema solar muestra que el plomo, a pesar de su número atómico relativamente alto, es más frecuente que la mayoría de los demás elementos con números atómicos superiores a 40. [97]
El plomo primordial, que comprende los isótopos plomo-204, plomo-206, plomo-207 y plomo-208, se creó principalmente como resultado de procesos repetitivos de captura de neutrones que ocurren en las estrellas. Los dos modos principales de captura son los procesos s y r . [101]
En el proceso s (s significa "lento"), las capturas están separadas por años o décadas, lo que permite que los núcleos menos estables sufran desintegración beta . [102] Un núcleo estable de talio-203 puede capturar un neutrón y convertirse en talio-204; este sufre desintegración beta para dar plomo-204 estable; al capturar otro neutrón, se convierte en plomo-205, que tiene una vida media de unos 15 millones de años. Otras capturas dan como resultado plomo-206, plomo-207 y plomo-208. Al capturar otro neutrón, el plomo-208 se convierte en plomo-209, que rápidamente se desintegra en bismuto-209. El bismuto-209 también es radiactivo y eventualmente se descompone en talio-205 si no se lo perturba. Al capturar otro neutrón, el bismuto-209 se convierte en bismuto-210, y este beta decae en polonio-210, que alfa decae en plomo-206. Por tanto, el ciclo termina en plomo-206, plomo-207, plomo-208 y talio-205. [103]
En el proceso r (r significa "rápido"), las capturas ocurren más rápido de lo que los núcleos pueden desintegrarse. [104] Esto ocurre en entornos con una alta densidad de neutrones, como una supernova o la fusión de dos estrellas de neutrones . El flujo de neutrones involucrado puede ser del orden de 10 22 neutrones por centímetro cuadrado por segundo. [105] El proceso r no forma tanto plomo como el proceso s. [106] Tiende a detenerse una vez que los núcleos ricos en neutrones alcanzan los 126 neutrones. [107] En este punto, los neutrones están dispuestos en capas completas en el núcleo atómico, y se vuelve más difícil acomodar energéticamente más de ellos. [108] Cuando el flujo de neutrones disminuye, estos núcleos se desintegran beta en isótopos estables de osmio, iridio y platino. [109]
El plomo está clasificado como calcófilo según la clasificación de Goldschmidt , lo que significa que generalmente se encuentra combinado con azufre. [110] Rara vez se presenta en su forma metálica nativa . [111] Muchos minerales de plomo son relativamente livianos y, a lo largo de la historia de la Tierra, han permanecido en la corteza en lugar de hundirse más profundamente en el interior de la Tierra. Esto explica la abundancia relativamente alta de plomo en la corteza terrestre , de 14 ppm; es el 38º elemento más abundante en la corteza. [112] [l]
El principal mineral que contiene plomo es la galena (PbS), que se encuentra principalmente en minerales de zinc. [114] La mayoría de los demás minerales de plomo están relacionados con la galena de alguna manera; la boulangerita , Pb 5 Sb 4 S 11 , es un sulfuro mixto derivado de la galena; la anglesita , PbSO 4 , es un producto de la oxidación de galena; y la cerusita o mineral de albayalde, PbCO 3 , es un producto de descomposición de la galena. El arsénico , el estaño, el antimonio, la plata, el oro, el cobre y el bismuto son impurezas comunes en los minerales de plomo. [114]
Los recursos mundiales de plomo superan los dos mil millones de toneladas. Se encuentran depósitos importantes en Australia, China, Irlanda, México, Perú, Portugal, Rusia y Estados Unidos. Las reservas globales (recursos económicamente viables de extraer) totalizaron 88 millones de toneladas en 2016, de las cuales Australia tenía 35 millones, China 17 millones y Rusia 6,4 millones. [115]
Las concentraciones de fondo típicas de plomo no superan los 0,1 μg/m 3 en la atmósfera; 100 mg/kg en suelo; 4 mg/kg en vegetación y 5 μg/L en agua dulce y agua de mar. [116]
La palabra inglesa moderna plomo es de origen germánico; proviene del inglés medio leed y del inglés antiguo lēad (donde el macron encima de la "e" significa que el sonido vocálico de esa letra es largo). [117] La palabra en inglés antiguo se deriva del hipotético protogermánico reconstruido * lauda- ('plomo'). [118] Según la teoría lingüística, esta palabra tuvo descendientes en múltiples lenguas germánicas de exactamente el mismo significado. [118]
No hay consenso sobre el origen del protogermánico * lauda- . Una hipótesis sugiere que se deriva del protoindoeuropeo * lAudh- ('plomo'; la utilización de mayúsculas en la vocal equivale al macron). [119] Otra hipótesis sugiere que está tomado del protocelta * ɸloud-io- ('plomo'). Esta palabra está relacionada con el latín plumbum , que dio al elemento su símbolo químico Pb . Se cree que la palabra * ɸloud-io- es el origen del protogermánico * bliwa- (que también significa 'plomo'), del que surgió el alemán Blei . [120]
El nombre del elemento químico no está relacionado con el verbo de la misma grafía, que se deriva del protogermánico * laidijan- ('liderar'). [121]
En Asia Menor se han encontrado cuentas de plomo metálico que datan del 7000 al 6500 a. C. y pueden representar el primer ejemplo de fundición de metales . [123] En ese momento el plomo tenía pocas (o ninguna) aplicaciones debido a su suavidad y apariencia opaca. [123] La razón principal de la expansión de la producción de plomo fue su asociación con la plata, que se puede obtener quemando galena (un mineral de plomo común). [124] Los antiguos egipcios fueron los primeros en utilizar minerales de plomo en cosméticos, una aplicación que se extendió a la antigua Grecia y más allá; [125] Es posible que los egipcios hayan utilizado plomo como plomos en redes de pesca, vidriados , vasos, esmaltes y adornos. [124] Varias civilizaciones del Creciente Fértil utilizaron el plomo como material de escritura, como monedas , [126] y como material de construcción. [124] El plomo se utilizaba en la antigua corte real china como estimulante , [124] como moneda, [127] y como anticonceptivo ; [128] la civilización del valle del Indo y los mesoamericanos lo utilizaron para fabricar amuletos; [124] y los pueblos de África oriental y meridional utilizaban plomo en el trefilado . [129]
Debido a que la plata se utilizaba ampliamente como material decorativo y medio de intercambio, los depósitos de plomo comenzaron a explotarse en Asia Menor a partir del 3000 a. C.; Más tarde, se desarrollaron depósitos de plomo en el Egeo y en Laurion . [130] Estas tres regiones dominaron colectivamente la producción de plomo minado hasta c. 1200 a.C. [131] Comienzo c. 2000 aC, los fenicios explotaron yacimientos en la península Ibérica ; hacia el año 1600 a. C., existía minería de plomo en Chipre , Grecia y Cerdeña . [132]
La expansión territorial de Roma en Europa y a lo largo del Mediterráneo, y su desarrollo de la minería, la llevaron a convertirse en el mayor productor de plomo durante la época clásica , con una producción anual estimada que alcanza un máximo de 80.000 toneladas. Al igual que sus predecesores, los romanos obtenían plomo principalmente como subproducto de la fundición de plata. [122] [134] La minería de plomo se produjo en Europa Central, Gran Bretaña , los Balcanes , Grecia , Anatolia e Hispania ; esta última representa el 40% de la producción mundial. [122]
Las tablillas de plomo se utilizaban habitualmente como material para las cartas. [135] En la antigua Judea se utilizaban ataúdes de plomo, moldeados en formas planas de arena, con motivos intercambiables para adaptarse a la fe del difunto . [136] El plomo se utilizaba para fabricar hondas desde el siglo V a.C. En la época romana, las balas de plomo para honda se utilizaban ampliamente y eran efectivas a una distancia de entre 100 y 150 metros. Los honderos baleares , utilizados como mercenarios en los ejércitos cartagineses y romanos, eran famosos por su distancia de tiro y precisión. [137]
El plomo se utilizaba para fabricar tuberías de agua en el Imperio Romano ; la palabra latina para metal, plumbum , es el origen de la palabra inglesa "plomero". Su facilidad de trabajo, su bajo punto de fusión que permitía la fácil fabricación de uniones soldadas completamente impermeables y su resistencia a la corrosión [138] aseguraron su uso generalizado en otras aplicaciones, incluidas productos farmacéuticos, techados, moneda y guerra. [139] [140] [141] Los escritores de la época, como Catón el Viejo , Columela y Plinio el Viejo , recomendaban vasijas de plomo (o recubiertas de plomo) para la preparación de edulcorantes y conservantes añadidos al vino y a los alimentos. El plomo confería un sabor agradable debido a la formación de "azúcar de plomo" ( acetato de plomo (II) ), mientras que las vasijas de cobre o bronce podían impartir un sabor amargo mediante la formación de cardenillo . [142]
Este metal fue, con diferencia, el material más utilizado en la antigüedad clásica, por lo que conviene hacer referencia a la Edad del Plomo (romana). El plomo era para los romanos lo que el plástico para nosotros.
Heinz Eschnauer y Markus Stoeppler
"Vino: un banco de muestras enológicas", 1992 [143]
El autor romano Vitruvio informó sobre los peligros del plomo para la salud [144] [145] y escritores modernos han sugerido que el envenenamiento por plomo jugó un papel importante en el declive del Imperio Romano . [146] [147] [n] Otros investigadores han criticado tales afirmaciones, señalando, por ejemplo, que no todos los dolores abdominales son causados por envenenamiento por plomo. [149] [150] Según investigaciones arqueológicas, las tuberías de plomo romanas aumentaban los niveles de plomo en el agua del grifo, pero era poco probable que tal efecto hubiera sido realmente dañino. [151] [152] Cuando ocurrió el envenenamiento por plomo, las víctimas fueron llamadas "saturninas", oscuras y cínicas, en honor al macabro padre de los dioses, Saturno . Por asociación, el plomo era considerado el padre de todos los metales. [153] Su estatus en la sociedad romana era bajo ya que estaba fácilmente disponible [154] y era barato. [155]
Desde la Edad del Bronce, los metalúrgicos e ingenieros han comprendido la diferencia entre el estaño raro y valioso , esencial para alearse con cobre para producir bronce duro y resistente a la corrosión , y el plomo "barato y alegre". Sin embargo, la nomenclatura en algunos idiomas es similar. Los romanos llamaban al plomo plumbum nigrum ("plomo negro") y al estaño plumbum candidum ("plomo brillante"). La asociación de plomo y estaño se puede ver en otros idiomas: la palabra olovo en checo se traduce como "plomo", pero en ruso, su afín олово ( olovo ) significa "estaño". [156] Para aumentar la confusión, el plomo tenía una estrecha relación con el antimonio: ambos elementos comúnmente se presentan como sulfuros (galena y estibina ), a menudo juntos. Plinio escribió incorrectamente que la estibina daría plomo al calentarla, en lugar de antimonio. [157] En países como Turquía e India, el nombre originalmente persa surma pasó a referirse al sulfuro de antimonio o al sulfuro de plomo, [158] y en algunos idiomas, como el ruso, dio su nombre al antimonio ( сурьма ). [159]
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La minería de plomo en Europa occidental decayó después de la caída del Imperio Romano Occidental , siendo la Península Ibérica la única región con una producción significativa. [161] [162] La mayor producción de plomo se produjo en el sur y el este de Asia, especialmente en China y la India, donde la minería de plomo creció rápidamente. [162]
En Europa, la producción de plomo comenzó a aumentar en los siglos XI y XII, cuando se volvió a utilizar para tejados y tuberías. A partir del siglo XIII se utilizó plomo para crear vidrieras . [163] En las tradiciones de alquimia europea y árabe , el plomo (símbolo ♄ en la tradición europea) [164] se consideraba un metal base impuro que, mediante la separación, purificación y equilibrio de sus esencias constituyentes, podía transformarse en puro y oro incorruptible. [165] Durante el período, el plomo se utilizó cada vez más para adulterar el vino. El uso de dicho vino fue prohibido en los ritos cristianos por una bula papal en 1498, pero continuó bebiéndose y provocó envenenamientos masivos hasta finales del siglo XVIII. [161] [166] El plomo era un material clave en partes de la imprenta , y los trabajadores de la imprenta comúnmente inhalaban polvo de plomo, lo que causaba envenenamiento por plomo. [167] El plomo también se convirtió en el material principal para fabricar balas para armas de fuego: era barato, menos dañino para los cañones de hierro, tenía una densidad más alta (lo que permitía una mejor retención de la velocidad) y su punto de fusión más bajo hizo que la producción de balas más fácil ya que se pueden hacer con fuego de leña. [168] El plomo, en forma de cerusa veneciana , fue ampliamente utilizado en cosméticos por la aristocracia de Europa occidental, ya que los rostros blanqueados se consideraban un signo de modestia. [169] [170] Esta práctica luego se expandió a pelucas blancas y delineadores de ojos, y solo se desvaneció con la Revolución Francesa a fines del siglo XVIII. Una moda similar apareció en Japón en el siglo XVIII con la aparición de las geishas , una práctica que continuó hasta bien entrado el siglo XX. Los rostros blancos de las mujeres "llegaron a representar su virtud femenina como mujeres japonesas", [171] y el plomo se utiliza comúnmente en el blanqueador. [172]
En el Nuevo Mundo , la producción de plomo se registró poco después de la llegada de los colonos europeos. El registro más antiguo data de 1621 en la colonia inglesa de Virginia , catorce años después de su fundación. [173] En Australia, la primera mina abierta por los colonos en el continente fue una mina de plomo, en 1841. [174] En África, la extracción y fundición de plomo eran conocidas en Benue Trough [175] y en la cuenca baja del Congo , donde el plomo se utilizó para el comercio con los europeos y como moneda en el siglo XVII, [176] mucho antes de la lucha por África .
En la segunda mitad del siglo XVIII, Gran Bretaña, y más tarde Europa continental y Estados Unidos, experimentaron la Revolución Industrial . Esta fue la primera vez que las tasas de producción de plomo superaron las de Roma. [177] Gran Bretaña fue el principal productor, perdiendo este estatus a mediados del siglo XIX con el agotamiento de sus minas y el desarrollo de la minería de plomo en Alemania, España y Estados Unidos. [178] En 1900, Estados Unidos era el líder en la producción mundial de plomo, y otras naciones no europeas (Canadá, México y Australia) habían comenzado una producción significativa; La producción fuera de Europa superó a la de dentro. [179] Una gran parte de la demanda de plomo provino de plomería y pintura; las pinturas con plomo se usaban regularmente. [180] En ese momento, más personas (de clase trabajadora) estuvieron expuestas al metal y los casos de envenenamiento por plomo aumentaron. Esto llevó a investigar los efectos de la ingesta de plomo. Se demostró que el plomo es más peligroso en forma de humo que como metal sólido. El envenenamiento por plomo y la gota estaban relacionados; El médico británico Alfred Baring Garrod observó que un tercio de sus pacientes con gota eran fontaneros y pintores. Los efectos de la ingestión crónica de plomo, incluidos los trastornos mentales, también se estudiaron en el siglo XIX. Las primeras leyes destinadas a disminuir el envenenamiento por plomo en las fábricas se promulgaron durante las décadas de 1870 y 1880 en el Reino Unido. [180]
A finales del siglo XIX y principios del XX se descubrieron más pruebas de la amenaza que representaba el plomo para los humanos. Se entendieron mejor los mecanismos de daño, se documentó la ceguera por plomo y el elemento fue eliminado gradualmente del uso público en Estados Unidos y Europa. El Reino Unido introdujo inspecciones de fábrica obligatorias en 1878 y nombró al primer inspector médico de fábricas en 1898; como resultado, se informó una disminución de 25 veces en los incidentes de envenenamiento por plomo entre 1900 y 1944. [181] La mayoría de los países europeos prohibieron la pintura con plomo, comúnmente utilizada debido a su opacidad y resistencia al agua [182] , para interiores en 1930. [183]
La última exposición humana importante al plomo fue la adición de tetraetilo de plomo a la gasolina como agente antidetonante , una práctica que se originó en los Estados Unidos en 1921. Se eliminó gradualmente en los Estados Unidos y la Unión Europea en el año 2000. [180]
En la década de 1970, Estados Unidos y los países de Europa occidental introdujeron leyes para reducir la contaminación del aire por plomo. [184] [185] El impacto fue significativo: mientras que un estudio realizado por los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades en los Estados Unidos en 1976-1980 mostró que el 77,8% de la población tenía niveles elevados de plomo en sangre , en 1991-1994, un Un estudio del mismo instituto mostró que la proporción de personas con niveles tan altos cayó al 2,2%. [186] El principal producto fabricado con plomo a finales del siglo XX era la batería de plomo-ácido . [187]
De 1960 a 1990, la producción de plomo en el bloque occidental creció aproximadamente un 31%. [188] La proporción de la producción mundial de plomo del Bloque del Este aumentó del 10 al 30 por ciento entre 1950 y 1990; producción a finales del siglo XX. [189] A diferencia de los países comunistas europeos, China estaba en gran medida desindustrializada a mediados del siglo XX; En 2004, China superó a Australia como mayor productor de plomo. [190] Como fue el caso durante la industrialización europea, el plomo ha tenido un efecto negativo sobre la salud en China. [191]
A partir de 2014, la producción de plomo está aumentando en todo el mundo debido a su uso en baterías de plomo-ácido. [192] Hay dos categorías principales de producción: primaria a partir de minerales extraídos y secundaria a partir de chatarra. En 2014, 4,58 millones de toneladas métricas provinieron de la producción primaria y 5,64 millones de la producción secundaria. Los tres principales productores de concentrado de plomo extraído ese año fueron China, Australia y Estados Unidos. [115] Los tres principales productores de plomo refinado fueron China, los Estados Unidos y la India. [193] Según el informe sobre existencias de metales en la sociedad del Panel Internacional de Recursos de 2010, la cantidad total de plomo en uso, almacenado, descartado o disipado en el medio ambiente, a nivel mundial, es de 8 kg per cápita. Gran parte de esto se produce en países más desarrollados (entre 20 y 150 kg per cápita) y no en los menos desarrollados (entre 1 y 4 kg per cápita). [194]
Los procesos de producción de plomo primario y secundario son similares. Algunas plantas de producción primaria ahora complementan sus operaciones con chatarra de plomo, y es probable que esta tendencia aumente en el futuro. Con técnicas adecuadas, el plomo obtenido mediante procesos secundarios es indistinguible del plomo obtenido mediante procesos primarios. La chatarra de plomo procedente del sector de la construcción suele estar bastante limpia y se vuelve a fundir sin necesidad de fundición, aunque a veces es necesario refinarla. Por lo tanto, la producción secundaria de plomo es más barata, en términos de necesidades energéticas, que la producción primaria, a menudo en un 50% o más. [195]
La mayoría de los minerales de plomo contienen un porcentaje bajo de plomo (los minerales ricos tienen un contenido típico de 3 a 8%) que debe concentrarse para su extracción. [196] Durante el procesamiento inicial, los minerales generalmente se someten a trituración, separación en medio denso, molienda , flotación con espuma y secado. El concentrado resultante, que tiene un contenido de plomo del 30 al 80 % en masa (normalmente del 50 al 60 %), [196] se convierte luego en plomo metálico (impuro).
Hay dos formas principales de hacerlo: un proceso de dos etapas que implica una tostación seguida de una extracción en alto horno, realizada en recipientes separados; o un proceso directo en el que la extracción del concentrado se produce en un solo recipiente. Esta última se ha convertido en la vía más común, aunque la primera sigue siendo importante. [197]
Primero, el concentrado de sulfuro se tuesta al aire para oxidar el sulfuro de plomo: [198]
Como el concentrado original no era sulfuro de plomo puro, la calcinación produce no sólo el óxido de plomo (II) deseado, sino también una mezcla de óxidos, sulfatos y silicatos de plomo y de otros metales contenidos en el mineral. [199] Este óxido de plomo impuro se reduce en un alto horno alimentado con coque hasta obtener el metal (de nuevo, impuro): [200]
Las impurezas son principalmente arsénico, antimonio, bismuto, zinc, cobre, plata y oro. Normalmente se eliminan mediante una serie de procesos pirometalúrgicos . La masa fundida se trata en un horno de reverbero con aire, vapor y azufre, que oxida las impurezas excepto la plata, el oro y el bismuto. Los contaminantes oxidados flotan hasta la superficie de la masa fundida y se eliminan. [201] [202] La plata y el oro metálicos se eliminan y recuperan económicamente mediante el proceso Parkes , en el que se añade zinc al plomo. El zinc, que es inmiscible con el plomo, disuelve la plata y el oro. La solución de zinc se puede separar del plomo y recuperar la plata y el oro. [202] [203] El plomo desplateado se libera del bismuto mediante el proceso Betterton-Kroll , tratándolo con calcio y magnesio metálicos . La escoria de bismuto resultante se puede quitar. [202]
Como alternativa a los procesos pirometalúrgicos, se puede obtener plomo muy puro procesando electrolíticamente plomo fundido mediante el proceso de Betts . Los ánodos de plomo impuro y los cátodos de plomo puro se colocan en un electrolito de fluorosilicato de plomo (PbSiF 6 ). Una vez que se aplica el potencial eléctrico, el plomo impuro en el ánodo se disuelve y se deposita en el cátodo, dejando la mayoría de las impurezas en solución. [202] [204] Este es un proceso de alto costo y, por lo tanto, se reserva principalmente para refinar lingotes que contienen altos porcentajes de impurezas. [205]
En este proceso, el plomo en lingotes y la escoria se obtienen directamente de los concentrados de plomo. El concentrado de sulfuro de plomo se funde en un horno y se oxida, formando monóxido de plomo. Se añade carbono (como coque o gas de hulla [o] ) a la carga fundida junto con agentes fundentes . De este modo, el monóxido de plomo se reduce a plomo metálico, en medio de una escoria rica en monóxido de plomo. [197]
Si el insumo es rico en plomo, hasta el 80% del plomo original puede obtenerse en forma de lingotes; el 20% restante forma una escoria rica en monóxido de plomo. Para una alimentación de baja calidad, todo el plomo se puede oxidar hasta obtener una escoria con alto contenido de plomo. [197] El plomo metálico se obtiene además a partir de escorias con alto contenido de plomo (25–40%) mediante combustión o inyección de combustible sumergida, reducción asistida por un horno eléctrico o una combinación de ambas. [197]
Continúa la investigación sobre un proceso de extracción de plomo más limpio y que consuma menos energía; Un inconveniente importante es que se pierde demasiado plomo como residuo o las alternativas dan como resultado un alto contenido de azufre en el plomo metálico resultante. La extracción hidrometalúrgica , en la que se sumergen ánodos de plomo impuro en un electrolito y se deposita ( electrobobinado ) plomo puro sobre un cátodo, es una técnica que puede tener potencial, pero que actualmente no es económica excepto en los casos en que la electricidad es muy barata. [206]
La fundición, que es una parte esencial de la producción primaria, a menudo se omite durante la producción secundaria. Sólo se realiza cuando el plomo metálico ha sufrido una oxidación importante. [195] El proceso es similar al de la producción primaria en un alto horno o en un horno rotatorio , siendo la diferencia esencial la mayor variabilidad de los rendimientos: los altos hornos producen plomo duro (10% de antimonio) mientras que los hornos de reverbero y los hornos rotatorios producen plomo semiblando (3-4% antimonio). [207]
El proceso ISASMELT es un método de fundición más reciente que puede actuar como una extensión de la producción primaria; A la pasta de batería de baterías de plomo-ácido gastadas (que contienen sulfato de plomo y óxidos de plomo) se le elimina el sulfato tratándola con álcali y luego se trata en un horno alimentado con carbón en presencia de oxígeno, lo que produce plomo impuro, siendo el antimonio el impureza más común. [208] El refinado del plomo secundario es similar al del plomo primario; algunos procesos de refinación pueden omitirse dependiendo del material reciclado y su posible contaminación. [208]
De las fuentes de plomo para reciclaje, las baterías de plomo-ácido son las más importantes; También son importantes los revestimientos de tuberías, láminas y cables de plomo. [195]
Contrariamente a la creencia popular, las minas de los lápices de madera nunca se han fabricado con mina. Cuando el lápiz se originó como una herramienta de escritura de grafito envuelto, el tipo particular de grafito utilizado se denominó plumbago (literalmente, actuar como mina o maqueta de mina ). [210]
El plomo metálico tiene varias propiedades mecánicas útiles, que incluyen alta densidad, bajo punto de fusión, ductilidad y relativa inercia. Muchos metales son superiores al plomo en algunos de estos aspectos, pero generalmente son menos comunes y más difíciles de extraer de los minerales originales. La toxicidad del plomo ha llevado a su eliminación gradual para algunos usos. [211]
El plomo se ha utilizado para las balas desde su invención en la Edad Media. Es económico; su bajo punto de fusión permite fabricar municiones para armas pequeñas y perdigones para escopetas con un equipo técnico mínimo; y es más denso que otros metales comunes, lo que permite una mejor retención de la velocidad. Sigue siendo el material principal de las balas, aleado con otros metales como endurecedores. [168] Se ha expresado preocupación por el hecho de que las balas de plomo utilizadas para la caza puedan dañar el medio ambiente. [pag]
La alta densidad y la resistencia a la corrosión del plomo se han aprovechado en varias aplicaciones relacionadas. Se utiliza como lastre en quillas de veleros; su densidad le permite ocupar un pequeño volumen y minimizar la resistencia al agua, contrarrestando así el efecto escora del viento sobre las velas. [213] Se utiliza en cinturones de lastre de buceo para contrarrestar la flotabilidad del buceador. [214] En 1993, la base de la Torre Inclinada de Pisa fue estabilizada con 600 toneladas de plomo. [215] Debido a su resistencia a la corrosión, el plomo se utiliza como funda protectora para cables submarinos. [216]
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El plomo tiene muchos usos en la industria de la construcción; Las láminas de plomo se utilizan como metales arquitectónicos en material para techos, revestimientos , tapajuntas , canalones y juntas de canalones, y en parapetos de techos. [217] [218] El plomo todavía se utiliza en estatuas y esculturas, [q] incluso para armaduras . [220] En el pasado se utilizaba a menudo para equilibrar las ruedas de los coches ; Por razones medioambientales, este uso se está eliminando en favor de otros materiales. [115]
El plomo se añade a las aleaciones de cobre, como el latón y el bronce, para mejorar la maquinabilidad y sus cualidades lubricantes . Al ser prácticamente insoluble en cobre, el plomo forma glóbulos sólidos en las imperfecciones de toda la aleación, como los límites de grano . En bajas concentraciones, además de actuar como lubricante, los glóbulos dificultan la formación de virutas a medida que se trabaja la aleación, mejorando así la maquinabilidad. En los rodamientos se utilizan aleaciones de cobre con mayores concentraciones de plomo . El plomo proporciona lubricación y el cobre proporciona soporte de carga. [221]
La alta densidad, el número atómico y la formabilidad del plomo forman la base para su uso como barrera que absorbe el sonido, la vibración y la radiación. [222] El plomo no tiene frecuencias de resonancia natural; [222] Como resultado, las láminas de plomo se utilizan como capa de insonorización en las paredes, pisos y techos de los estudios de sonido. [223] Los tubos de órgano a menudo están hechos de una aleación de plomo, mezclada con varias cantidades de estaño para controlar el tono de cada tubo. [224] [225] El plomo es un material de protección establecido contra la radiación en la ciencia nuclear y en salas de rayos X [226] debido a su densidad y alto coeficiente de atenuación . [227] El plomo fundido se ha utilizado como refrigerante para reactores rápidos refrigerados por plomo . [228]
El mayor uso de plomo a principios del siglo XXI es en baterías de plomo-ácido . El plomo de las baterías no entra en contacto directo con los humanos, por lo que existen menos preocupaciones de toxicidad. [r] Las personas que trabajan en plantas de producción de baterías de plomo pueden estar expuestas al polvo de plomo e inhalarlo. [230] Las reacciones en la batería entre el plomo, el dióxido de plomo y el ácido sulfúrico proporcionan una fuente confiable de voltaje . [s] Se han instalado supercondensadores que incorporan baterías de plomo-ácido en aplicaciones a escala de kilovatios y megavatios en Australia, Japón y Estados Unidos en regulación de frecuencia, suavización y desplazamiento solar, suavización del viento y otras aplicaciones. [232] Estas baterías tienen menor densidad de energía y eficiencia de carga-descarga que las baterías de iones de litio , pero son significativamente más baratas. [233]
El plomo se utiliza en cables eléctricos de alta tensión como material de cubierta para evitar la difusión de agua en el aislamiento; este uso está disminuyendo a medida que se elimina gradualmente el plomo. [234] Algunos países también están eliminando gradualmente su uso en soldadura para productos electrónicos para reducir la cantidad de desechos ambientalmente peligrosos . [235] El plomo es uno de los tres metales utilizados en la prueba Oddy para materiales de museo, lo que ayuda a detectar ácidos orgánicos, aldehídos y gases ácidos. [236] [237]
Además de ser la principal aplicación del plomo metálico, las baterías de plomo-ácido también son el principal consumidor de compuestos de plomo. La reacción de almacenamiento/liberación de energía utilizada en estos dispositivos involucra sulfato de plomo y dióxido de plomo :
Otras aplicaciones de los compuestos de plomo son muy especializadas y a menudo desaparecen. Los colorantes a base de plomo se utilizan en vidriados cerámicos y en vidrio, especialmente para los tonos rojos y amarillos. [238] Si bien las pinturas con plomo se están eliminando gradualmente en Europa y América del Norte, siguen utilizándose en países menos desarrollados como China, [239] India, [240] o Indonesia. [241] El tetraacetato de plomo y el dióxido de plomo se utilizan como agentes oxidantes en química orgánica. El plomo se utiliza frecuentemente en el revestimiento de cloruro de polivinilo de los cables eléctricos. [242] [243] Puede usarse para tratar mechas de velas para garantizar una combustión más prolongada y uniforme. Debido a su toxicidad, los fabricantes europeos y norteamericanos utilizan alternativas como el zinc. [244] [245] El vidrio de plomo está compuesto de 12 a 28% de óxido de plomo , lo que cambia sus características ópticas y reduce la transmisión de radiación ionizante, [246] una propiedad utilizada en televisores y monitores de computadora antiguos con tubos de rayos catódicos . Los semiconductores a base de plomo , como el telururo de plomo y el seleniuro de plomo, se utilizan en células fotovoltaicas y detectores de infrarrojos . [247]
El plomo no tiene ningún papel biológico confirmado y no existe un nivel seguro confirmado de exposición al plomo. [249] Un estudio canadiense-estadounidense de 2009 concluyó que incluso en niveles que se considera que representan poco o ningún riesgo, el plomo puede causar "resultados adversos para la salud mental". [250] Sin embargo, su prevalencia en el cuerpo humano, en un adulto promedio de 120 mg [t] , sólo es superada por el zinc (2500 mg) y el hierro (4000 mg) entre los metales pesados. [252] El cuerpo absorbe muy eficientemente las sales de plomo . [253] Una pequeña cantidad de plomo (1%) se almacena en los huesos; el resto se excreta en la orina y las heces a las pocas semanas de la exposición. Los niños sólo excretan alrededor de un tercio del plomo. La exposición continua puede resultar en la bioacumulación de plomo. [254]
El plomo es un metal altamente venenoso (ya sea que se inhale o se ingiera) y que afecta a casi todos los órganos y sistemas del cuerpo humano. [255] En niveles en el aire de 100 mg/m 3 , es inmediatamente peligroso para la vida y la salud . [256] La mayor parte del plomo ingerido se absorbe en el torrente sanguíneo. [257] La causa principal de su toxicidad es su predilección por interferir con el funcionamiento adecuado de las enzimas. Lo hace uniéndose a los grupos sulfhidrilo que se encuentran en muchas enzimas, [258] o imitando y desplazando a otros metales que actúan como cofactores en muchas reacciones enzimáticas. [259] Los metales esenciales con los que interactúa el plomo incluyen calcio, hierro y zinc. [260] Los niveles altos de calcio y hierro tienden a proporcionar cierta protección contra el envenenamiento por plomo; niveles bajos causan una mayor susceptibilidad. [253]
El plomo puede causar daños graves al cerebro y los riñones y, en última instancia, la muerte. Al imitar al calcio, el plomo puede cruzar la barrera hematoencefálica . Degrada las vainas de mielina de las neuronas , reduce su número, interfiere con las rutas de neurotransmisión y disminuye el crecimiento neuronal. [258] En el cuerpo humano, el plomo inhibe la porfobilinógeno sintasa y la ferroquelatasa , impidiendo tanto la formación de porfobilinógeno como la incorporación de hierro a la protoporfirina IX , el paso final en la síntesis del hemo . Esto provoca una síntesis ineficaz del hemo y anemia microcítica . [261]
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Los síntomas del envenenamiento por plomo incluyen nefropatía , dolores abdominales tipo cólico y posiblemente debilidad en los dedos, las muñecas o los tobillos. Los pequeños aumentos de la presión arterial, especialmente en personas de mediana edad y mayores, pueden ser evidentes y causar anemia . [ cita necesaria ] Varios estudios, en su mayoría transversales, encontraron una asociación entre una mayor exposición al plomo y una disminución de la variabilidad de la frecuencia cardíaca. [262] En mujeres embarazadas, los altos niveles de exposición al plomo pueden provocar un aborto espontáneo. Se ha demostrado que la exposición crónica a altos niveles reduce la fertilidad en los hombres. [263]
En el cerebro en desarrollo de un niño, el plomo interfiere con la formación de sinapsis en la corteza cerebral , el desarrollo neuroquímico (incluido el de los neurotransmisores) y la organización de los canales iónicos . [264] La exposición en la primera infancia se ha relacionado con un mayor riesgo de alteraciones del sueño y somnolencia diurna excesiva en la niñez posterior. [265] Los niveles altos en sangre están asociados con el retraso de la pubertad en las niñas. [266] El aumento y la disminución de la exposición al plomo en el aire procedente de la combustión de tetraetilo de plomo en la gasolina durante el siglo XX se ha relacionado con aumentos y disminuciones históricos en los niveles de delincuencia .
La exposición al plomo es un problema global ya que la minería y fundición de plomo, y la fabricación, eliminación y reciclaje de baterías son comunes en muchos países. El plomo ingresa al cuerpo por inhalación, ingestión o absorción cutánea. Casi todo el plomo inhalado es absorbido por el cuerpo; para la ingestión, la tasa es del 20 al 70%, y los niños absorben un porcentaje mayor que los adultos. [267]
El envenenamiento generalmente resulta de la ingestión de alimentos o agua contaminados con plomo y, con menos frecuencia, después de la ingestión accidental de tierra, polvo o pintura a base de plomo contaminados. [268] Los productos de agua de mar pueden contener plomo si se ven afectados por aguas industriales cercanas. [269] Las frutas y verduras pueden contaminarse por altos niveles de plomo en los suelos en los que se cultivaron. El suelo puede contaminarse mediante la acumulación de partículas de plomo en las tuberías, pintura con plomo y emisiones residuales de la gasolina con plomo. [270]
El uso de plomo en tuberías de agua es un problema en zonas con agua blanda o ácida . [271] El agua dura forma capas protectoras insolubles en la superficie interna de las tuberías, mientras que el agua blanda y ácida disuelve las tuberías de plomo. [272] El dióxido de carbono disuelto en el agua transportada puede dar lugar a la formación de bicarbonato de plomo soluble ; El agua oxigenada puede disolver el plomo de manera similar como hidróxido de plomo (II) . Beber este tipo de agua, con el tiempo, puede causar problemas de salud debido a la toxicidad del plomo disuelto. Cuanto más dura sea el agua, más bicarbonato y sulfato de calcio contendrá, y más estará recubierto el interior de las tuberías con una capa protectora de carbonato de plomo o sulfato de plomo. [273]
La ingestión de pintura aplicada a base de plomo es la principal fuente de exposición para los niños: una fuente directa es masticar alféizares de ventanas viejas y pintadas. Además, a medida que la pintura con plomo de una superficie se deteriora, se desprende y se pulveriza hasta convertirse en polvo. Luego, el polvo ingresa al cuerpo a través del contacto de las manos a la boca o de alimentos o bebidas contaminados. La ingestión de ciertos remedios caseros puede provocar exposición al plomo o sus compuestos. [274]
La inhalación es la segunda vía de exposición importante y afecta a los fumadores y especialmente a los trabajadores en ocupaciones relacionadas con el plomo. [257] El humo del cigarrillo contiene, entre otras sustancias tóxicas, plomo-210 radiactivo . [275] "Como resultado de los esfuerzos regulatorios de la EPA, los niveles de plomo en el aire [en los Estados Unidos] disminuyeron en un 86 por ciento entre 2010 y 2020". [276] La concentración de plomo en el aire en los Estados Unidos cayó por debajo de la norma nacional de 0,15 μg/m 3 [277] en 2014. [278]
La exposición de la piel puede ser importante para las personas que trabajan con compuestos orgánicos de plomo. La tasa de absorción cutánea es menor para el plomo inorgánico. [279]
El plomo se puede encontrar en los alimentos cuando los alimentos se cultivan en suelos con alto contenido de plomo, el plomo en el aire contamina los cultivos, los animales ingieren plomo en su dieta o el plomo ingresa a los alimentos, ya sea desde el lugar donde fueron almacenados o cocinados. [280] Ingestión El plomo en la pintura y las pilas también es una vía de exposición para el ganado, que posteriormente puede afectar a los seres humanos. [281] La leche producida por ganado contaminado se puede diluir a una concentración de plomo más baja y venderse para consumo. [282]
En Bangladesh, se han añadido compuestos de plomo a la cúrcuma para hacerla más amarilla. [283] Se cree que esto comenzó en la década de 1980 y continúa a partir de 2019 [actualizar]. [283] Se cree que es una de las principales fuentes de altos niveles de plomo en el país. [284] En Hong Kong, el nivel máximo permitido de plomo en los alimentos es de 6 partes por millón en sólidos y 1 parte por millón en líquidos. [285]
El polvo que contiene plomo puede depositarse en los granos de cacao secos cuando se colocan al aire libre cerca de plantas industriales contaminantes. [286] En diciembre de 2022, Consumer Reports probó 28 marcas de chocolate amargo y descubrió que 23 de ellas contenían niveles potencialmente dañinos de plomo, cadmio o ambos. Han instado a los fabricantes de chocolate a reducir el nivel de plomo, que podría ser perjudicial, especialmente para el feto en desarrollo. [287]
Según el Centro para el Control de Enfermedades de Estados Unidos , el uso de plomo en plásticos no ha sido prohibido. El plomo ablanda el plástico y lo vuelve más flexible para que pueda volver a su forma original. También se puede utilizar en juguetes de plástico para estabilizar las moléculas del calor. El polvo de plomo se puede formar cuando el plástico se expone a la luz solar, al aire y a detergentes que rompen el enlace químico entre el plomo y el plástico. [288]
El tratamiento del envenenamiento por plomo normalmente implica la administración de dimercaprol y succímero . [289] Los casos agudos pueden requerir el uso de edetato de calcio disódico , quelato de calcio y sal disódica del ácido etilendiaminotetraacético ( EDTA ). Tiene una mayor afinidad por el plomo que el calcio, con el resultado de que el quelato de plomo se forma por intercambio y se excreta en la orina, dejando calcio inofensivo. [290]
La extracción, producción, uso y eliminación del plomo y sus productos han causado una contaminación significativa de los suelos y aguas de la Tierra. Las emisiones atmosféricas de plomo alcanzaron su punto máximo durante la Revolución Industrial y el período de la gasolina con plomo en la segunda mitad del siglo XX. [291]
Las liberaciones de plomo se originan en fuentes naturales (es decir, concentración del plomo natural), producción industrial, incineración y reciclaje, y movilización de plomo previamente enterrado. [291] En particular, a medida que el plomo se ha ido eliminando de otros usos, en el Sur Global, las operaciones de reciclaje de plomo diseñadas para extraer plomo barato utilizado para la fabricación mundial se han convertido en una fuente de exposición bien documentada. [292] Persisten concentraciones elevadas de plomo en suelos y sedimentos en zonas postindustriales y urbanas; Las emisiones industriales, incluidas las que surgen de la quema de carbón, [293] continúan en muchas partes del mundo, particularmente en los países en desarrollo. [294]
El plomo puede acumularse en los suelos, especialmente en aquellos con un alto contenido orgánico, donde permanece durante cientos o miles de años. El plomo ambiental puede competir con otros metales que se encuentran dentro y sobre las superficies de las plantas, inhibiendo potencialmente la fotosíntesis y en concentraciones suficientemente altas, afectando negativamente el crecimiento y la supervivencia de las plantas. La contaminación de suelos y plantas puede permitir que el plomo ascienda en la cadena alimentaria afectando a microorganismos y animales. En los animales, el plomo presenta toxicidad en muchos órganos, dañando los sistemas nervioso, renal , reproductivo, hematopoyético y cardiovascular después de su ingestión, inhalación o absorción cutánea. [295] Los peces absorben plomo tanto del agua como de los sedimentos; [296] La bioacumulación en la cadena alimentaria supone un peligro para los peces, las aves y los mamíferos marinos. [297]
El plomo antropogénico incluye el plomo procedente de perdigones y plomos . Estas se encuentran entre las fuentes más potentes de contaminación por plomo junto con los sitios de producción de plomo. [298] El plomo fue prohibido para perdigones y plomos en los Estados Unidos en 2017, [299] aunque esa prohibición solo estuvo efectiva durante un mes, [300] y se está considerando una prohibición similar en la Unión Europea. [301]
Los métodos analíticos para la determinación de plomo en el medio ambiente incluyen espectrofotometría , fluorescencia de rayos X , espectroscopia atómica y métodos electroquímicos . Se ha desarrollado un electrodo selectivo de iones específico basado en el ionóforo S,S'-metilenbis (N,N-diisobutil ditiocarbamato ). [302] Un ensayo de biomarcadores importante para el envenenamiento por plomo son los niveles de ácido δ-aminolevulínico en plasma, suero y orina. [303]
A mediados de la década de 1980, hubo una disminución significativa en el uso de plomo en la industria. [304] En los Estados Unidos, las regulaciones ambientales redujeron o eliminaron el uso de plomo en productos que no son baterías, incluida la gasolina, pinturas, soldaduras y sistemas de agua. Se instalaron dispositivos de control de partículas en centrales eléctricas alimentadas con carbón para capturar las emisiones de plomo. [293] En 1992, el Congreso de los Estados Unidos exigió a la Agencia de Protección Ambiental que redujera los niveles de plomo en la sangre de los niños del país. [305] El uso de plomo se vio aún más restringido por la Directiva de la Unión Europea sobre restricción de sustancias peligrosas de 2003 . [306] En los Países Bajos se produjo una gran caída en las deposiciones de plomo después de la prohibición nacional de 1993 del uso de perdigones de plomo para la caza y el tiro deportivo: de 230 toneladas en 1990 a 47,5 toneladas en 1995. [307]
En Estados Unidos, el límite de exposición permisible al plomo en el lugar de trabajo, que comprende plomo metálico, compuestos inorgánicos de plomo y jabones de plomo, se fijó en 50 μg/m 3 durante una jornada laboral de 8 horas, y el límite del nivel de plomo en sangre en 5 μg por 100 g de sangre en 2012. [308] Todavía se puede encontrar plomo en cantidades nocivas en el gres, [309] el vinilo [310] (como el que se utiliza para los tubos y el aislamiento de los cables eléctricos) y el latón chino. [u] Es posible que las casas antiguas todavía contengan pintura con plomo. [310] La pintura con plomo blanco se ha retirado de la venta en los países industrializados, pero siguen existiendo usos especializados de otros pigmentos como el cromato de plomo amarillo . [182] Quitar la pintura vieja mediante lijado produce polvo que puede inhalarse. [312] Algunas autoridades han ordenado programas de reducción de plomo en propiedades donde viven niños pequeños. [313]
Los desechos de plomo, según la jurisdicción y la naturaleza de los desechos, pueden tratarse como desechos domésticos (para facilitar las actividades de reducción del plomo) [314] o como desechos potencialmente peligrosos que requieren tratamiento o almacenamiento especializado. [315] El plomo se libera al medio ambiente en los lugares de rodaje y se han desarrollado una serie de prácticas de gestión del plomo para contrarrestar la contaminación por plomo. [316] La migración del plomo puede mejorarse en suelos ácidos; Para contrarrestar esto, se recomienda tratar los suelos con cal para neutralizarlos y evitar la lixiviación del plomo. [317]
Se han realizado investigaciones sobre cómo eliminar el plomo de los biosistemas por medios biológicos: se están investigando las espinas de pescado por su capacidad para biorremediar el plomo en suelos contaminados. [318] [319] El hongo Aspergillus versicolor es eficaz para absorber iones de plomo de los desechos industriales antes de liberarlos a los cuerpos de agua. [320] Se han investigado varias bacterias por su capacidad para eliminar el plomo del medio ambiente, incluidas las bacterias reductoras de sulfato Desulfovibrio y Desulfotomaculum , las cuales son muy efectivas en soluciones acuosas. [321] El pasto mijo Urochloa ramosa tiene la capacidad de acumular cantidades significativas de metales como plomo y zinc en los tejidos de sus brotes y raíces, lo que la convierte en una planta importante para la remediación de suelos contaminados (Lakshmi et al., 2013). [322]
Como resultado de los esfuerzos regulatorios de la EPA, los niveles de plomo en el aire a nivel nacional disminuyeron en un 86 por ciento entre 2010 y 2020.
Estándares nacionales de calidad del aire ambiente (40 CFR parte 50) para seis contaminantes principales
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{{cite book}}: Mantenimiento CS1: DOI inactivo a partir de enero de 2024 ( enlace )La demanda mundial de plomo se ha más que duplicado desde principios de la década de 1990 y casi el 90% del uso se produce actualmente en baterías de plomo-ácido.
