El  plomo  y  sus  aleaciones  Ciencia  de  Materiales  

Grupo:  P1_GR1  

Profesora: MERCEDES PÉREZ DE LA PARTE Realizado por: DANIELA ALVARADO JUSTINIANO MARIA GARCIA IRRIBARRIA ROCIO URBIOLA NAVARRO

ÍNDICE

• Definición. Propiedades generales.

• Historia.

• Aleaciones.

• Aplicaciones.

• Datos de producción y consumo.

• Reciclado.

Definición del Plomo

Elemento químico de número atómico 82, masa atómica 207,19 y símbolo Pb; es un metal sólido de color gris azulado, blando, maleable, dúctil, de elevada densidad y mal conductor de la electricidad.

Se encuentra principalmente en la galena, de donde se extrae; se usa en la fabricación de baterías, en el revestimiento de cables eléctricos, en las tuberías, balas de armas de fuego, tanques y aparatos de rayos X, como protector de materiales radiactivos, en pinturas, tintes y barnices, etc.

Propiedades generales

El plomo cuyo símbolo químico es Pb, en estado natural su aspecto es sólido. Su aspecto es gris azulado y pertenece al grupo de los metales del bloque p. Es un metal blando, maleable, dúctil, pesado, flexible e inelástico. Las valencias químicas son 2 y 4. La configuración electrónica del plomo es [Xe] 4f 14 5d 10 6s 2 6p 2. El radio medio del plomo es de 180 pm, su radio atómico o radio de Bohr es de 154 pm, su radio covalente es de 147 pm y su radio de Van der Waals es de 202 pm.

Presenta una baja resistencia a la tracción y es un mal conductor de la electricidad. Tiene un punto de fusión de 328 °C, un punto de ebullición de 1.740 °C y una densidad relativa de 11,34. Su masa atómica es 207,20 Y su número atómico es 82.

El plomo permite un fácil moldeo, conformado, laminado y soldado, debido a su bajo punto de fusión. Además, el plomo presenta una muy alta resistencia a la corrosión. El plomo tiene poca resistencia mecánica, a lo que se une su tendencia a fluir y su poca capacidad frente a la fatiga. A la hora de utilizarlo en las aplicaciones se emplean en general con la adición de pequeñas cantidades de materiales aleantes que mejoran sus características mecánicas.

El plomo reacciona con el ácido nítrico, pero a temperatura ambiente es relativamente resistente al ataque de los ácidos sulfúrico y clorhídrico. En presencia de aire, reacciona lentamente con el agua formando hidróxido de plomo. Siendo sus compuestos solubles venenosos. Por este motivo no es aconsejable emplear plomo en las tuberías de agua potable. También forma muchas sales, óxidos y compuestos organometálicos.

Forma aleaciones con muchos metales siendo las más comunes en la industria las aleaciones con estaño, cobre, arsénico, antimonio, bismuto, cadmio y sodio.

El plomo rara vez se encuentra en su estado elemental, el mineral más común es el sulfuro, la galena, el carbonato, cerusita, sulfato y anglesita. También se encuentra plomo en varios minerales de uranio y de torio, ya que proviene directamente de la desintegración radiactiva. Los minerales comerciales pueden contener poco plomo como el 3%, un contenido medio entorno al 10%, y los minerales se concentran hasta alcanzar un contenido de plomo de 40% o más antes de fundirse.

El plomo en las industrias puede reciclarse, obteniéndose de este modo plomo secundario.

Otra característica es su efecto sobre la salud. Antiguamente el plomo se utilizaba para el envenenamiento; en la actualidad el plomo es nocivo para algunas partes del organismo, siendo las más afectadas el cerebro y el sistema nervioso, los riñones, la sangre y el sistema reproductor. Se puede considerar que el plomo pudiera ser cancerígeno y existe la preocupación por su influencia negativa sobre el desarrollo del feto y las alteraciones en el coeficiente intelectual. Pero estos síntomas solo se producen en individuos expuestos muy intensamente al plomo. El mayor peligro proviene de la inhalación de vapor o de polvo. En el caso de los compuestos organoplúmbicos, la absorción a través de la piel puede llegar a ser significativa.

Tabla de las propiedades principales del plomo Plomo Símbolo químico Pb

Número atómico 82 Grupo 14

Periodo 6

Aspecto gris azulado Bloque p

Densidad 11340 kg/m3 Masa atómica 207.2 u Radio medio 180 pm Radio atómico 154 Radio covalente 147 pm Radio de van der Waals 202 pm Configuración electrónica [Xe]4f14 5d10 6s2 6p2 Estados de oxidación 4, 2 (anfótero) Estructura cristalina cúbica centrada en las caras Estado sólido

Punto de fusión 600.61 K Punto de ebullición 2022 K Calor de fusión 4.799 kJ/mol Presión de vapor 4,21 × 10-7Pa a 600 K Electronegatividad 2,33 (Pauling) Calor específico 129 J/(kg·K) Conductividad eléctrica 4,81 × 106 m-1·Ω-1 Conductividad térmica 35,3 W/(m·K)

Historia

El plomo es un metal de características únicas, ha sido siempre muy valorado y resulta ser para muchas aplicaciones insustituible. Es por ello, por lo que ha estado tan ligado a la historia de la Humanidad. De hecho, los alquimistas lo asociaron con el planeta Saturno y lo representaron con el mismo símbolo del planeta: una guadaña.

Fue descubierto, alrededor del 5000 y 7000 a.C., por primera vez por los egipcios, junto con el hierro y la plata. Éstos los usaban para vitrificar vasos.

Dos milenios antes de Cristo, en la India y China ya fundían el plomo. Comenzaron a extraer la plata mediante el método de copelación, y ello permitió la difusión del plomo. Ambos metales aparecieron juntos, puesto que se encuentran por lo general en la galena más o menos argentífera. La galena es un mineral del grupo de los sulfuros con contenido de plata de hasta el 1% y 86,6% de plomo.

En la antigua Roma, se usó el plomo en todos los sectores tecnológicos, se empleaba para las conducciones de aguas y fabricación de múltiples objetos (vajillas, varitas para escribir,…). Además, en esta época empezaron a aparecer las primeras perturbaciones ambientales, debida a este metal.

En la Edad Media, era utilizado en la construcción de edificios. En Rusia, en el siglo XVIII, empezó a utilizarse en la producción de proyectiles (tras la invención de las armas de fuego).

Sin embargo, fue a partir del siglo XIX cuando, con la revolución industrial, se expandió la producción del plomo y sus compuestos. Antes de dicha revolución se usaba tan solo como material de construcción, y es, a partir de entonces, cuando la industria química cobró una enorme importancia y comenzó a usar el plomo.

Tabla cronológica del descubrimiento de los elementos. Se verifica que el plomo es de los más antiguos.

Además, también son conocidas sus propiedades como metal tóxico. Los pintores enfermaban, alrededor del 1700, ya que fabricaban o empleaban pinturas con plomo.

En la antigua Roma, se envenenaban debido a que hervían el vino en recipientes de plomo.

A lo largo del siglo XVIII, se produjeron envenenamientos entre los bebedores de sidra. Se descubrió que era por el uso de tuberías y depósitos forrados de plomo, con los que fabricaban de manera industrial la sidra. La epidemia se conoció como cólico Devon.

Aleaciones del Plomo

Peltre Es una aleación compuesta por estaño, cobre, antimonio y plomo. Es maleable, blando y de color blanco con alguna similitud a la plata, poco reactivo y funde entre 170 y 230 °C por lo que suele emplearse para adornos.1Duradero y maleable, con el tiempo adquiere una interesante pátina y puede ser forjado de cualquier forma.

Tradicionalmente con una composición del 85 al 99% de estaño, y restos de 1-4 % de cobre para darle dureza. Si se le agrega un pequeño porcentaje de plomo, se colorea azulado.

Su aspecto es brillante, pulido y parecido a la plata, que al igual que este metal tiende a ennegrecerse por efecto de la oxidación si no recibe tratamiento químico.

Trifle: También para cubiertos y vajilla rústica. Compuesto de 92% de estaño, 1-4% de cobre y más del 4% de plomo.

Lay: También llamado Ley. Normalmente no se utiliza en cubiertos, por contener más del 15% de plomo y pequeñas cantidades de antimonio.

Para balas y perdigones

Plomo 80 partes, arsénico 2 partes, se vierte el metal fundido desde gran altura, en torres especiales, sobre un baño de poca altura, en el que se produce una gran corriente de aire.

Para moldes de letras y figuras

Una buena aleación para vaciar o moldear letras y figuras, así como pequeños objetos de bronce, hierro, o yeso, se obtiene fundiendo 70 partes de plomo con 15 de antimonio y 15 de bismuto.

Metal magnolia

40 partes de plomo, 7 ½ partes de antimonio, 2 ½ partes de estaño, 1/8 parte de bismuto, 1/8 de aluminio, y ¼ de grafito. Se emplea como metal antifricción, y toma su nombre de la marca de fábrica, que es una flor de magnolia.

Aplicaciones del plomo

El plomo ha sido utilizado para diversas aplicaciones a lo largo de la historia. Antiguamente se utilizó durante muchos siglos en fontanería, techado de edificios, en utensilios de cocina, planchas industriales y en objetos ornamentales. Actualmente se utiliza en baterías plomo-ácidos, en objetos deportivos, herramientas militares, en las industrias… Sin embargo, por otra parte la utilización del plomo en la gasolina tiende a desaparecer, debido a exigencias legales.

Las propiedades del plomo hacen que sea un material idóneo para una gran variedad de aplicaciones como las siguientes:

• Debido   a   su   elevada  densidad   se  utiliza  para   anclas,   contrapesos,  munición,   pantalla  protectora  y  protección  acústica.    

• Sus   propiedades   electroquímicas   lo   hacen   idóneo   para   su   uso   en   sistemas   de  almacenamiento  de  energía  eléctrica  por  medio  de  la  batería  plomo-­‐ácido;  utilizada  en  vehículos,  en  sistemas  estacionarios  de  comunicaciones  y  en  medicina.    

• Por   otra   parte   algunos   compuestos   del   plomo,   en   especial   los   óxidos   brillantemente  coloreados,   se   han   utilizado   durante   muchísimo   tiempo,   en   pinturas,   pigmentos,   en  vidrios  y  en  barnices  para  la  cerámica.    

• La ductilidad del plomo lo hace apropiado para cubiertas para cables, ya sea la de teléfono, de televisión, de internet o de electricidad, porque puede estirarse para formar un forro continuo alrededor de los conductores internos.

Las propiedades del plomo hacen que sea un material indispensable o difícilmente sustituible como ocurre en los siguientes casos:

§ Baterías para automoción, aplicaciones industriales, militares, servicios de seguridad, energía solar, etc

§ Protección contra radiaciones. § Vidrios especiales, para aplicaciones técnicas o artísticas § Protección contra la humedad, cubiertas y techumbres § Soldadura, revestimientos, protección de superficies, etc

Consumo del plomo

Batería plomo-ácido

La aplicación que consume la mayor cantidad de plomo es la batería plomo-ácido. Debido a que aporta una gran fiabilidad, prestaciones y una baja economía.

Además ha mejorado con respecto a la capacidad, rapidez de carga, vida útil, resistencia a las vibraciones, seguridad, control del ácido, etc, de forma espectacular.

En el gráfico de la izquierda se observa que su consumo ha crecido un 45% en tan sólo 40 años.

Industria

Se utiliza industrialmente en las redes de tuberías, tanques y aparatos de rayos X. Debido a su elevada densidad y propiedades nucleares, se usa como blindaje protector de materiales radiactivos. También se utiliza en soldaduras, láminas, metal tipográfico, diversos cojinetes metálicos, extrusiones y en el revestimiento de cables eléctricos.

Deportes

El plomo se utiliza para la munición y fabricación de objetos empleados en actividades recreativas como la caza, el tiro y la pesca. La facilidad de extracción a partir de la galena (PbS), su pequeño coste económico, el bajo punto de fusión, la maleabilidad y su aparente resistencia a la corrosión, hacen que el plomo sea elegido como el metal de elección para la fabricación de pesos de pesca

y para la caza. En España el número de cazadores ronda los 1,5 millones, y los números de cartuchos disparados oscilan entre 200 millones, siendo responsable del consumo de 6.000 t de Pb; en los EEUU, se ha estimado que la caza y el tiro consumen cerca de 60.000 t por año. En la pesca los datos indican que consume 100 t anuales.

Compuestos del plomo

• Se  usan  silicatos  de  plomo  para  la  fabricación  de  esmaltes  de  vidrio  y  de  cerámica.                                                                                                                                                  • La  azida  de  plomo,  Pb(N3)2,  para  los  explosivos  plásticos.  • Los  arseniatos  de   plomo   se   emplean   en  insecticidas  para   la   protección   de   los  

cultivos.    • El  litargirio,  óxido  de  plomo,  se  emplea  para  mejorar   las  propiedades  magnéticas  

de  los  imanes.  • Además  se  emplea  en  forma  de  compuestos,  sobre  todo  en  pinturas  y  pigmentos.    

Datos de producción y consumo (nacional e internacional)

Durante el Siglo XX el consumo de plomo se multiplicó por 8 y la población mundial lo hizo por 4.

En las siguientes gráficas se muestran la producción y el consumo de 1957 a 1987:

Producción y consumo 1998 a 2005:

Producción y consumo de 2007 a 2013:

Finalmente, se indica la evolución mundial:

Proceso de reciclaje

El plomo es un material muy fácil de reciclar, pudiéndose reutilizar un número indefinido de veces y, aunque en todas ellas se someta a procesos de fusión y afino, el producto final (el llamado plomo secundario) es en todo similar al primario obtenido a partir de minerales.

El proceso de reciclaje de plomo se considera personalizado para el reciclaje de la batería, ya que es el principal producto más reciclado. El proceso comienza generalmente cuando las empresas y los individuos envían productos de plomo a un centro de reciclaje de plomo. Estos productos se pesan y se clasifican. Algunos productos pueden no contener plomo y serán enviados a otras instalaciones o serán eliminados.

A continuación, los principales productos son aplastados. La mayoría de los mismos contienen otros materiales tales como plástico y otros metales. Algunos materiales pueden ser combustibles, por lo que estos materiales se eliminan con un oxidante.

El plomo que queda se limpia y se envía a una habitación que está especialmente diseñada para almacenar plomo. A continuación, se funde en un horno y normalmente se mezcla con otros materiales. Después de su fusión, una máquina de colada moldea el plomo en tubos, bloques o barras. Finalmente, se envía a las empresas de fabricación para ser utilizado en otros productos.