Lead

Il piombo (simbolo Pb, dal latino plumbum) è un elemento chimico con numero atomico 82. È un metallo pesante, più denso della maggior parte dei materiali comuni, ed è tenero, malleabile e fonde a una temperatura relativamente bassa. Appena tagliato o fuso, presenta un aspetto brillante e argenteo con una sfumatura bluastra, ma si opacizza rapidamente assumendo un colore grigio a contatto con l'aria. Il piombo ha il numero atomico più alto tra tutti gli elementi stabili, e tre dei suoi isotopi naturali sono i prodotti finali di importanti serie di decadimento radioattivo che coinvolgono elementi più pesanti. Come metallo di post-transizione, il piombo è piuttosto poco reattivo. La sua debole natura metallica si manifesta nel suo comportamento anfotero – il piombo e i suoi ossidi reagiscono sia con acidi che con basi – e tende a formare legami covalenti. I composti del piombo si presentano più spesso nello stato di ossidazione +2, piuttosto che nello stato +4 comune tra gli elementi più leggeri del gruppo del carbonio, tranne che nei composti organometallici del piombo. Come i membri più leggeri del gruppo, il piombo può legarsi con se stesso, formando catene e strutture poliedriche. Poiché il piombo è facile da estrarre dai suoi minerali, era noto ai popoli preistorici del Vicino Oriente. Il suo minerale principale, la galena, contiene spesso argento, e il desiderio di argento spinse l'estrazione e l'uso diffuso del piombo nell'antica Roma. Dopo la caduta di Roma, la produzione di piombo diminuì e non si riprese fino alla Rivoluzione Industriale. Il piombo fu cruciale per la stampa a caratteri mobili, poiché i caratteri mobili potevano essere facilmente fusi con leghe di piombo. Nel 2022, la produzione annua globale era di circa dodici milioni di tonnellate, circa due terzi delle quali da riciclo. L'elevata densità, il basso punto di fusione, la duttilità e la resistenza all'ossidazione rendono il piombo utile. Queste caratteristiche, insieme alla sua relativa abbondanza e al basso costo, hanno portato a un uso estensivo in edilizia, idraulica, batterie, proiettili, munizioni, pesi, saldature, peltro, leghe fusibili, vernici al piombo, benzina con piombo e schermature contro le radiazioni. Il piombo è una neurotossina che si accumula nei tessuti molli e nelle ossa. Danneggia il sistema nervoso, interferisce con gli enzimi biologici e può causare disturbi neurologici che vanno da problemi comportamentali a danni cerebrali, oltre a colpire il sistema cardiovascolare e renale. La sua tossicità fu notata da scrittori greci e romani antichi, ma divenne ampiamente riconosciuta in Europa solo alla fine del XIX secolo. Proprietà fisiche Atomico Un atomo di piombo ha 82 elettroni, disposti come [Xe]4f¹⁴5d¹⁰6s²6p². L'energia combinata necessaria per rimuovere i suoi due elettroni 6p (prima e seconda energia di ionizzazione) è simile a quella dello stagno, l'elemento direttamente sopra di esso nel gruppo del carbonio. Ciò è insolito perché le energie di ionizzazione generalmente diminuiscono lungo un gruppo man mano che gli elettroni esterni si allontanano dal nucleo e sono più schermati. Tuttavia, la somma delle prime quattro energie di ionizzazione del piombo è superiore a quella dello stagno, contrariamente alle tendenze periodiche. Questa anomalia deriva da effetti relativistici, che diventano significativi negli atomi pesanti. Questi effetti contraggono gli orbitali s e p, dando agli elettroni 6s del piombo energie di legame più forti rispetto ai suoi elettroni 5s. Ciò porta all'effetto della coppia inerte, per cui gli elettroni 6s hanno meno probabilità di legarsi, stabilizzando lo stato di ossidazione +2 e causando distanze insolitamente lunghe tra gli atomi più vicini nel piombo cristallino. Gli elementi più leggeri del gruppo del carbonio formano allotropi stabili o metastabili con una struttura cubica del diamante a coordinazione tetraedrica e legame covalente. In questi elementi, i livelli energetici degli orbitali s e p sono abbastanza vicini da mescolarsi in quattro orbitali ibridi sp³. Nel piombo, l'effetto della coppia inerte aumenta la separazione tra orbitali s e p a tal punto che l'energia guadagnata dall'ibridazione non può superare il divario. Invece di una disposizione cubica del diamante, il piombo forma legami metallici in cui solo gli elettroni p sono delocalizzati e condivisi tra ioni Pb²⁺. Di conseguenza, il piombo adotta una struttura cubica a facce centrate, come i metalli bivalenti calcio e stronzio. Massivo Il piombo puro ha un aspetto grigio brillante e lucente con una leggera sfumatura blu. Si appanna all'aria umida, sviluppando una superficie opaca il cui colore dipende dalle condizioni. Il piombo è caratterizzato da elevata densità, malleabilità, duttilità e resistenza alla corrosione grazie alla passivazione. La sua struttura cubica a facce centrate a impaccamento compatto e l'elevata massa atomica conferiscono al piombo una densità di 11,34 g/cm³, superiore a quella di metalli comuni come il ferro (7,87 g/cm³), il rame (8,93 g/cm³) e lo zinco (7,14 g/cm³). Questa elevata densità è all'origine dell'espressione "andare giù come un pallone di piombo". Alcuni metalli più rari sono più densi: il tungsteno e l'oro sono entrambi 19,3 g/cm³, mentre l'osmio – il metallo più denso conosciuto – è 22,59 g/cm³, quasi il doppio della densità del piombo. Il piombo è tenero, con una durezza Mohs di 1,5, e può essere graffiato con un'unghia. È molto malleabile e moderatamente duttile. Il suo modulo di compressibilità – una misura della resistenza alla compressione – è 45,8 GPa, rispetto a 75,2 GPa per l'alluminio, 137,8 GPa per il rame e 160–169 GPa per l'acciaio dolce. La resistenza a trazione del piombo è bassa, pari a 12–17 MPa (circa sei volte inferiore a quella dell'alluminio, dieci volte inferiore a quella del rame e quindici volte inferiore a quella dell'acciaio dolce). La sua resistenza può essere aumentata legandolo con piccole quantità di rame o antimonio. Il piombo fonde a 327,5 °C (621,5 °F), un punto di fusione relativamente basso rispetto alla maggior parte dei metalli, e bolle a 1749 °C (3180 °F), il più basso tra gli elementi del gruppo del carbonio. La sua resistività elettrica a 20 °C è di 192 nanoohm-metri, quasi dieci volte superiore a quella di buoni conduttori come il rame (15,43 nΩ·m), l'oro (20,51 nΩ·m) e l'alluminio (24,15 nΩ·m). Il piombo diventa un superconduttore al di sotto di 7,19 K, la temperatura critica più alta tra i superconduttori di tipo I e la terza più alta tra i superconduttori elementari. Il piombo naturale è costituito da quattro isotopi stabili.