Lead

Le plomb (symbole Pb, du latin plumbum) est un élément chimique de numéro atomique 82. C'est un métal lourd, plus dense que la plupart des matériaux courants, mou, malléable et fondant à une température relativement basse. Fraîchement coupé ou fondu, il présente un aspect brillant et argenté avec une teinte bleutée, mais il ternit rapidement en gris au contact de l'air. Le plomb possède le numéro atomique le plus élevé parmi les éléments stables, et trois de ses isotopes naturels sont les produits finaux de grandes séries de désintégration radioactive impliquant des éléments plus lourds. En tant que métal pauvre, le plomb est assez peu réactif. Sa faible nature métallique se manifeste par son comportement amphotère — le plomb et ses oxydes réagissent aussi bien avec les acides qu'avec les bases — et il a tendance à former des liaisons covalentes. Les composés du plomb se présentent le plus souvent à l'état d'oxydation +2, plutôt qu'à l'état +4 commun chez les éléments plus légers du groupe du carbone, sauf dans les composés organoplombiques. Comme les membres plus légers de ce groupe, le plomb peut se lier à lui-même, formant des chaînes et des structures polyédriques. Parce que le plomb est facile à extraire de ses minerais, il était connu des peuples préhistoriques du Proche-Orient. Son principal minerai, la galène, contient souvent de l'argent, et la quête d'argent a stimulé l'extraction et l'utilisation généralisées du plomb dans la Rome antique. Après la chute de Rome, la production de plomb a décliné et n'a repris qu'avec la Révolution industrielle. Le plomb a été crucial pour l'imprimerie, car les caractères mobiles pouvaient être facilement coulés à partir d'alliages de plomb. En 2022, la production annuelle mondiale était d'environ douze millions de tonnes, dont environ les deux tiers issus du recyclage. La densité élevée, le faible point de fusion, la ductilité et la résistance à l'oxydation du plomb le rendent utile. Ces caractéristiques, associées à son abondance relative et à son faible coût, ont conduit à une utilisation intensive dans la construction, la plomberie, les batteries, les balles, la grenaille, les poids, les soudures, l'étain, les alliages fusibles, les peintures au plomb, l'essence au plomb et la protection contre les radiations. Le plomb est un neurotoxique qui s'accumule dans les tissus mous et les os. Il endommage le système nerveux, interfère avec les enzymes biologiques et peut provoquer des troubles neurologiques allant de problèmes comportementaux à des lésions cérébrales, en plus d'affecter les systèmes cardiovasculaire et rénal. Sa toxicité a été notée par les écrivains de la Grèce et de la Rome antiques, mais n'a été largement reconnue en Europe qu'à la fin du XIXe siècle. Propriétés physiques Atomique Un atome de plomb possède 82 électrons, configurés comme [Xe]4f¹⁴5d¹⁰6s²6p². L'énergie combinée nécessaire pour retirer ses deux électrons 6p (première et deuxième énergies d'ionisation) est similaire à celle de l'étain, l'élément directement au-dessus dans le groupe du carbone. C'est inhabituel car les énergies d'ionisation diminuent généralement le long d'un groupe à mesure que les électrons externes s'éloignent du noyau et sont mieux protégés. Cependant, la somme des quatre premières énergies d'ionisation du plomb est plus élevée que celle de l'étain, contrairement aux tendances périodiques. Cette anomalie provient d'effets relativistes, qui deviennent significatifs dans les atomes lourds. Ces effets contractent les orbitales s et p, donnant aux électrons 6s du plomb des énergies de liaison plus fortes qu'à ses électrons 5s. Cela conduit à l'effet de paire inerte, où les électrons 6s sont moins susceptibles de se lier, stabilisant l'état d'oxydation +2 et provoquant des distances anormalement longues entre les atomes les plus proches dans le plomb cristallin. Les éléments plus légers du groupe du carbone forment des allotropes stables ou métastables avec une structure cubique diamant tétraédriquement coordonnée et liée de manière covalente. Dans ces éléments, les niveaux d'énergie des orbitales s et p sont suffisamment proches pour se mélanger en quatre orbitales hybrides sp³. Dans le plomb, l'effet de paire inerte augmente la séparation entre les orbitales s et p au point que l'énergie gagnée par hybridation ne peut pas combler l'écart. Au lieu d'un arrangement cubique diamant, le plomb forme des liaisons métalliques où seuls les électrons p sont délocalisés et partagés entre les ions Pb²⁺. En conséquence, le plomb adopte une structure cubique à faces centrées, comme les métaux divalents calcium et strontium. En vrac Le plomb pur a un aspect gris brillant et luisant avec une légère teinte bleue. Il ternit à l'air humide, développant une surface mate dont la couleur dépend des conditions. Le plomb se caractérise par une densité élevée, une malléabilité, une ductilité et une résistance à la corrosion dues à la passivation. Sa structure cubique à faces centrées compacte et sa masse atomique élevée confèrent au plomb une densité de 11,34 g/cm³, supérieure à celle des métaux courants comme le fer (7,87 g/cm³), le cuivre (8,93 g/cm³) et le zinc (7,14 g/cm³). Cette densité élevée est à l'origine de l'expression « passer comme un ballon de plomb ». Certains métaux plus rares sont plus denses : le tungstène et l'or font tous deux 19,3 g/cm³, tandis que l'osmium — le métal le plus dense connu — fait 22,59 g/cm³, soit près du double de la densité du plomb. Le plomb est mou, avec une dureté Mohs de 1,5, et peut être rayé avec un ongle. Il est très malléable et modérément ductile. Son module de compressibilité — une mesure de la résistance à la compression — est de 45,8 GPa, contre 75,2 GPa pour l'aluminium, 137,8 GPa pour le cuivre et 160–169 GPa pour l'acier doux. La résistance à la traction du plomb est faible, de 12 à 17 MPa (environ six fois moins que l'aluminium, dix fois moins que le cuivre et quinze fois moins que l'acier doux). Sa résistance peut être augmentée par alliage avec de petites quantités de cuivre ou d'antimoine. Le plomb fond à 327,5 °C (621,5 °F), un point de fusion relativement bas par rapport à la plupart des métaux, et bout à 1749 °C (3180 °F), le plus bas parmi les éléments du groupe du carbone. Sa résistivité électrique à 20 °C est de 192 nanoohm-mètres, presque dix fois plus élevée que celle des bons conducteurs comme le cuivre (15,43 nΩ·m), l'or (20,51 nΩ·m) et l'aluminium (24,15 nΩ·m). Le plomb devient supraconducteur en dessous de 7,19 K, la température critique la plus élevée parmi les supraconducteurs de type I et la troisième plus élevée parmi les supraconducteurs élémentaires. Le plomb naturel est constitué de quatre isotopes stables.