Ołów – charakterystyka

Przydatne kalkulatory i narzędzia

Ołów (symbol - Pb) jest pierwiastkiem chemicznym, metalem, leżącym w VI okresie, XIV grupie i bloku p układu okresowego. 

Symbol Pb
Nazwa w jęz. angielskim lead
Nazwa w jęz. łacińskim plumbum
Stan skupienia (w warunkach standardowych) ciało stałe
Charakter chemiczny metal
Liczba atomowa 82
Masa atomowa [u] 207,2(1)
Numer grupy, okres, blok energetyczny XIV, VI, p
Stopnie utlenienia  II, IV
Konfiguracja elektronowa uproszczona  [Xe]4f145d106s26p2
Zapełnienie powłok elektronowych  2, 8, 18, 32, 18, 4
Elektroujemność wg Paulinga  2,33
Temperatura topnienia [ºC] 327,5
Temperatura wrzenia [ºC] 1749
Ciepło właściwe [J/(kg•K)] 129
Gęstość  [kg/m3] 11340

Odkrycie

Ołów i jego związki były wykorzystywane już w czasach prehistorycznych. Najstarsze znaleziska datuje się na 7000-6500 lat p.n.e. Starożytni Egipcjanie stosowali go w kosmetykach, na terenie Chin był wykorzystywany m.in. jako środek płatniczy. Dzięki współwystępowaniu w rudach wraz ze srebrem był dość popularny w Cesarstwie Rzymskim, w którym ołów używano do budowy rur wodociągowych, naczyń do przechowywania żywności, jako składnik tuszy. Na przestrzeni wieków ołów miał liczne zastosowania od farmacji, przez drukarstwo, budownictwo po maszyny wojenne. Dopiero pod koniec XIX w. dobrze udokumentowano i odkryto zatrucia ołowiem. Od tego czasu liczba jego zastosowań maleje.

Występowanie i wydobycie

Ołów klasyfikowany jest jako 38 najpowszechniej wstępujący pierwiastek w skorupie ziemskiej (ok. 14ppm). Rzadko występuje w środowisku w postaci metalicznej. Najpopularniejsze są związki ołowiu z siarką. Najczęściej występującym minerałem, który zawiera ołów, jest galena (PbS), pozostałe to boulangeryt (Pb5Sb4S11), anglezyt (PbSO4), cerusyt inaczej biel ołowiana (PbCO3). Ołów często występuje wraz z cyną, miedzią, srebrem i złotem.

Największe zasoby ołowiu, które można wydobyć, znajdują się na terenie Australii, Chin i Rosji.

Otrzymywanie 

Współcześnie ołów jest otrzymywany z dwóch źródeł: pierwotnego, którym są rudy oraz wtórnego tj. złomu. Podczas pozyskiwania ołowiu z rud pierwszym etapem jest ich rozkruszenie i segregacja na zasadzie flotacji. Następnie rudy ołowiu są prażone w wysoki temperaturach do uzyskania tlenku ołowiu:

2PbS + 3O2 → 2PbO + 2SO2

Następnie utleniony ołów redukowany jest w piecu koksowym:

2PbO + C → 2Pb + CO2

Ostatnim etapem jest oczyszczanie uzyskanego metalu z zanieczyszczeń przez ich utlenienie podczas wytapiania.

Właściwości

Ołów w warunkach standardowych (tj. temp. - 273,15K, ciśnienie - 105Pa)  ma postać bardzo miękkiego metalicznego ciała stałego o błyszczącym, niebieskobiałym kolorze i  gęstości 11340kg/m3. Czysty ołów można kroić nożem. Jego temperatura topnienia wynosi 327,5ºC a wrzenia 1749ºC. Cechuje się dobrą kowalnością i małą podatnością na korozję (dzięki uleganiu pasywacji). Ma twardość 1,5 w skali Mohra.

Ołów pozostawiony na powietrzu ulega procesowi pasywacji – pokrywa się warstwą ochronną, w skład której może wchodzić siarczan ołowiu (II), węglan ołowiu (II), chlorek ołowiu (II). Ołów jest odporny na działanie mocnych kwasów nieorganicznych takich jak kwas azotowy (V), siarkowy (VI), chlorowodorowy, fosforowy. Niższe kwasy organiczne rozpuszczają ołów w obecności tlenu. Ołów ulega natomiast roztworzeniu w stężonych zasadach, tworząc sole ołowiu - ołowiany

Zastosowanie i znaczenie

Ołów ma szerokie zastosowanie w metalurgii, budownictwie, przemyśle zbrojnym. Tworzy się z niego elementy konstrukcyjne – blachy, płyty, okładziny. Jest składnikiem mosiądzu i brązu. Tworzone są z niego osłony przeciwdźwiękowe i przeciwko promieniowaniu. Stosowany jest jako chłodziwo, oraz składnik baterii kwasowo-ołowiowych. Był stosowany jako osłona kabli wysokonapięciowych, zabezpieczająca przed wodą.

Związki ołowiu są stosowane do produkcji barwników, świec, półprzewodników. Ciekawym materiałem jest szkoło ołowiowe (odmiana szkła z dodatkiem tlenku ołowiu(II)), które charakteryzuje się m.in. większym współczynnikiem załamania światła, lepszą absorpcją promieniowania rentgenowskiego oraz większą plastycznością.

Ołów nie pełni żadnej roli w organizmie żywym, jest natomiast silnie trujący. Mechanizm jego toksyczności polega a zaburzaniu pracy enzymów m.in. przez przyłączanie się do nich w roli kofaktora lub wiążąc się z mostkami siarczkowymi. Sprawia to, że zatrucie ołowiem może wywołać negatywne skutki w niemal całym organizmie – może uszkodzić układ nerwowy (niszczy osłonki mielinowe, zaburza wzrost neuronów), wydalniczy, prowadzi do wzrostu ciśnienia tętniczego, niedokrwistości, poronienia.

Ołów ma zdolność do akumulowania się w organizmach żywych – wbudowuje się w związki metaloorganiczne, zastępując inne pierwiastki metaliczne. Sprawia to, że długo utrzymuje się on w środowisku. Największa emisja ołowiu do środowiska miała miejsce podczas rewolucji przemysłowej oraz użytkowania benzyny ołowiowej.

Izotopy

Do tej pory udało się zsyntetyzować 43 izotopy ołowiu o liczbach masowych od 178 do 220u. Jednak w przyrodzie pierwiastek ten występuje w 9 formach izotopowych, z czego tylko 4 są stabilne – 204Pb, 206Pb, 207Pb i 208Pb. Najpowszechniej występującym izotopem ołowiu jest 208Pb (stanowi 52,4%). Ołów jest najcięższym pierwiastkiem o stabilnych izotopach

Związki

Tlenek ołowiu(II) występuje w dwóch odmianach alotropowych: α-PbO, posiadający budowę tetragonalną oraz β-PbO z układem rombowym. Jest stosowany do produkcji szkła ołowiowego oraz farb. Tlenek ołowiu (II) ma właściwości amfoteryczne:

PbO + 2OH → [PbO2]2− + H2O

PbO + 2H+ → Pb2+ + H2O

Chlorek ołowiu(II) jest trudno rozpuszczalną w wodzie solą. Można ją uzyskać w reakcji strąceniowej:

Pb(NO3)2 + 2HCl → PbCl2↓ + 2HNO3

Pod wpływem promieniowania ultrafioletowego ulega rozpadowy.

Azotan(V) ołowiu (II) jest jedyną dobrze rozpuszczalną solą ołowiu. Ma właściwości utleniające oraz jest toksyczny. Podrażnia skórę oraz błon śluzowe. Stosowany jest do produkcji zapałek, sztucznych ogni i materiałów wybuchowych.