S.I.C.S.I. VIII Ciclo Università degli Studi di Napoli “Federico II” Chimica degli elementi nell’ambiente Professore: Salvatore Andini.

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1 S.I.C.S.I. VIII Ciclo Università degli Studi di Napoli “Federico II” Chimica degli elementi nell’ambiente Professore: Salvatore Andini

2 Lezione destinata agli alunni di un Istituto Tecnico Industriale ad Indirizzo Chimico (II anno) Prerequisiti Principi base di chimica generale; Cenni di chimica organica. Obiettivi La comprensione dei problemi legati alla dispersione del piombo dell’ambiente.

3 Gli elementi del gruppo 14 hanno una chimica prevalentemente caratterizzata da composti covalenti. Stagno e Piombo formano anche composti ionici poco stabili nello stato +4, più stabili nello stato +2.

4 Proprietà chimico-fisiche Dal latino plumbum che presumibilmente proviene dal greco πελιος, (blu- nerastro). Metallo tenero (si lascia tagliare col coltello), duttile (si può facilmente ridurre in fili sottili) e malleabile (si può facilmente ridurre in fogli sottili). Assume maggiore durezza in lega con altri metalli (Sb, As, Cu). Gruppo IVA Stati di ossidazione: +2, +4. Temperatura di fusione: 327°C. Densità: 11.34 g/cm 3 (leggermente inferiore a quella del mercurio: sul mercurio galleggia).

5 Proprietà chimico-fisiche Appena tagliato è lucente ma all’aria diventa rapidamente opaco per la formazione di ossido (PbO). Facilmente attaccato dagli agenti chimici e atmosferici, si ricopre di uno strato protettivo. A contatto con H 2 SO 4 si forma un velo di PbSO 4. L’acqua non lo scioglie: piccole percentuali di CO 2 in essa presenti formano uno strato di PbCO 3. All’aria umida si forma uno strato di ossido che si carbonata per azione della CO 2.

6 3Pb + 8HNO 3 = 3Pb(NO 3 ) 2 +2NO + 4H 2 O Pb è attaccato facilmente da HNO 3. 2Pb + O 2 + 4H + = 2Pb 2+ + 2H 2 O Ossidazione di Pb in ambiente acido in presenza di O 2. Pb 2+ + 2e - = Pb (s) E°= - 0.126V PbO 2 + 4H + + 2e - = Pb 2+ +2H 2 O E°= 1.46V In soluzione acida PbO 2 è un energico ossidante. Potenziali di riduzione del piombo Alcune reazioni del piombo

7 Piombare: (ad es. un dente) otturare un dente con piombo o con lega metallica. Piombatura: deposizione di un sottile strato di piombo su metalli (ad es. ferro) per proteggerli dall’azione aggressiva di agenti chimici (acido solforico, ecc.). Piombino: pezzetto di piombo che si fissa alla lenza affinché in acqua non sia trascinata dalle correnti. Plumbeo: che ha il colore del piombo (cielo plumbeo). Aplomb: il mantenersi diritto (come il filo a piombo). Comportamento imperturbabile. Alcuni termini di uso comune…

8 Composti del piombo in natura PbS solfuro di piombo o galena PbCO 3 carbonato di piombo o cerussite PbSO 4 solfato di piombo o anglesite

9 Si effettua un parziale arrostimento del minerale che produce una miscela di ossido e solfato. A temperatura più elevata tali composti reagiscono con l’eccesso di solfuro dando il metallo. 3PbS + 5O 2 = 2PbO + PbSO 4 + 2SO 2 PbS + 2PbO = 3Pb + SO 2 PbS + PbSO 4 = 2Pb + SO 2 Il metallo così ottenuto è impuro: si purifica mantenendolo fuso all’aria e lasciando separare le scorie di ossidi insolubili. Preparazione del piombo dalla galena

10 Usi Il piombo e i suoi composti hanno molteplici usi, che recentemente si cerca di limitare a causa della consapevolezza della sua tossicità e del danno indotto dalla sua dispersione non controllata nell'ambiente. Tubazioni Recipienti e rivestimenti Munizioni Vernici Come antidetonante nelle benzine (Pb(CH 2 CH 3 ) 4 ) Accumulatori a piombo Schermi per i raggi X

11 Tossicità Saturnismo: nome medico dell'avvelenamento da piombo. Nelle pratiche alchemiche il piombo era collegato con il pianeta Saturno. A volte capita che gli operai che lo maneggiano sono nei guai: esso si accumula nell’organismo dove dà origine al saturnismo…

12 Tossicità Assorbito essenzialmente attraverso la respirazione e la nutrizione, il piombo non viene metabolizzato, ma per larga parte escreto, mentre il resto (circa 20%) si distribuisce nei tessuti e in particolare: nel sangue, ove circola quasi esclusivamente negli eritrociti; nei tessuti minerali (ossa e denti), ove si accumula; nei tessuti molli (reni, midollo osseo, fegato e cervello). La tossicità del Pb deriva in larga misura dalla sua capacità di 'imitare' il calcio, ovvero di sostituirsi ad esso.

13 Sintomi Anemia e sintomi a livello del sistema nervoso centrale, della circolazione periferica (con incarnato terreo), dell’apparato osteomuscolare (con dolori articolari), del tubo digerente, dei reni. Lo stadio finale è la cachessia. Cure Si fa uso di farmaci che esercitano un'azione 'chelante' sul metallo, ovvero molecole in grado di legare il piombo formando un complesso stabile che viene escreto. Uno dei farmaci più utilizzati per questa terapia è il calcio-EDTA. Neurotossicità Il piombo supera agevolmente la barriera emato-encefalica.

14 Acquedotto Gli antichi Romani lo usavano per le condotte idriche e per i recipienti adibiti alla cottura dei cibi. L’uso dei recipienti di piombo migliorava il sapore dolce dei cibi. In realtà gli acidi contenuti nei cibi estraevano il piombo dal vasellame. L’acetato di piombo è anche noto come zucchero di piombo. Avvelenamento da piombo Le fistulae aquariae erano le tubazioni in piombo utilizzate negli acquedotti romani. Fistulae aquariae

15 Alcuni storici attribuiscono al piombo la causa della demenza che afflisse molti degli imperatori romani. Essi bevevano in coppe di peltro con base di piombo. Caligola Nerone Avvelenamento da piombo La demenza di Giorgio III, re d’Inghilterra durante la Rivo- luzione americana potrebbe aver avuto origine in un avve- lenamento da piombo. Purtroppo i suoi cuochipreparavano il cibo in pentole di piombo.

16 Composti del piombo nell’ambiente Per millenni i sali di Pb sono stati impiegati come pigmenti in quanto possiedono colori solidi e brillanti. In tempi abbastanza recenti sono stati usati per produrre i colori delle riviste su carta patinata e sugli involucri per alimenti. Sono stati usati come agenti coloranti in vari alimenti. PbCrO 4 : è il pigmento giallo usato per le strisce del manto stradale. Pb 3 O 4 : è un ossido misto (2PbO PbO 2 ) indicato con il nome di minio o piombo rosso. E’ impiegato nelle vernici resistenti alla corrosione. I pallini di piombo sono munizioni usate dai cacciatori di uccelli acquatici. Molte anatre e oche che sopravvivono alle ferite subiscono danni o muoiono a causa dell’ingestione di pallini di piombo che si sciolgono nel loro organismo. Anche uccelli da preda che si nutrono delle anatre o di altri volatili che, “impallinati” dai cacciatori, non vengono poi raccolti subiscono avvelenamento da piombo.

17 Solido giallo usato nell’Antico Egitto per invetriare la ceramica. Il materiale viene fuso come una sottile pellicola sulla superficie della ceramica per renderla impermeabile e donarle lucentezza. La dissoluzione avviene come segue: PbO (s) + 2H + = Pb 2+ + H 2 O Il vasellame invetriato è ancora oggi principale fonte di Pb assunto con gli alimenti. Composti del piombo nell’ambiente PbOPbCO 3 · 2Pb(OH) 2 Il piombo bianco detto anche biacca è stato abbondantemente usato fino alla metà del secolo scorso come componente della vernice bianca per interni. Quando la vernice si stacca dalla parete, esiste però il pericolo che i bambini possano ingerire questo materiale, anche perché il Pb 2+ ha un sapore dolce. Attualmente la biacca è stata sostituita da TiO 2. I pigmenti di Pb continuano ad essere usati nelle pitture per esterni, cosicché si può facilmente verificare un inquinamento da Pb nel suolo che circonda le abitazioni.

18 Accumulatori al piombo PbO 2(s) + 4H + (aq) + SO 4 2- (aq) + 2e - = PbSO 4(s) +2H 2 O E°=+1.69V Pb (s) + SO 4 2- = PbSO 4(s) + 2e - E°=-0.36V Acc. carico Acc. in caricaAccumulatore al piombo

19 Accumulatori al piombo La reazione complessiva è: Pb (s) + PbO 2(s) + 2H 2 SO 4 (aq) = 2PbSO 4(s) + 2H 2 O (aq) Si tratta di una reazione reversibile. I reagenti vengono ripristinati durante il processo di ricarica che avviene dopo la partenza del motore. La maggior parte degli accumulatori ormai in disuso sono riciclati per il loro contenuto di Pb. Durante questa operazione il metallo può essere disperso nell’ambiente.