1.
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
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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 y elástico. 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.
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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)
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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).
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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.
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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. Duradero 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.
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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.
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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
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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
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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.
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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:
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Producción y consumo 1998 a 2005:
Producción y consumo de 2007 a 2013:
Finalmente, se indica la evolución mundial:
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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.
