Blei

Vorlage:Chemisches Element Blei (lat. plumbum, von plumbeus „bleiern“, „stumpf“, „bleischwer“) ist ein chemisches Element. Chemisches Symbol: Pb. Der Name Blei ist indogermanischen Ursprungs und bedeutet soviel wie schimmernd, leuchtend oder glänzend. Blei ist ein Schwermetall mit der Ordnungszahl 82. Die stabilen Bleiisotope Pb 206, Pb 207 und Pb 208, die schwersten stabilen Atomkerne überhaupt, sind die Endprodukte der natürlichen Zerfallsreihen der radioaktiven Elemente. Das Metall lässt sich leicht verformen und lässt sich wegen des niedrigen Schmelzpunkts leicht giessen.

Geschichte

In der frühen Bronzezeit wurde Blei neben Antimon und Arsen verwendet, um Bronzen zu erzeugen, bis sich Zinn weitgehend durchsetzte. Bereits die Babylonier kannten Vasen aus Blei, die Römer verwendeten das Metall als Material für Bleigefäße, als Schleudergeschoss, für Plomben (Name) und Wasserleitungen. Die hohe Nachfrage nach Blei und vor allem Zinn wird sogar als ein Grund für die römische Besetzung Britanniens angeführt – in der südwestlichen Region Cornwall befanden sich damals bedeutende Erzvorkommen. Auch in Westfalen gewannen die Römer bis zu ihrem Rückzug nach der Varusschlacht Blei. Die römische Bleiverarbeitung hat zu einer bis heute nachweisbaren Umweltverschmutzung geführt: Eiskerne aus Grönland zeigen zwischen dem 5. Jahrhundert v. Chr. und dem 3. Jahrhundert n. Chr. einen messbaren Anstieg des Bleigehalts in der Atmosphäre.

Vorkommen

Bleierz kommt in chemischen Verbindungen als Bleisulfid, PbS (Bleiglanz) vor. Dieses Mineral ist auch die bedeutendste kommerzielle Quelle für die Gewinnung von neuem Blei.

Die größten Vorkommen findet man in China, den USA, Australien, Russland und Kanada. In Europa sind Schweden und Polen die Länder mit dem größten Vorkommen.

Auch in Deutschland wurde in der Jülicher Börde, im Harz (Goslar/Rammelsberg), in Sachsen (Freiberg) sowie in Westfalen (Ramsbeck/Sauerland) in der Vergangenheit Bleierz abgebaut, verhüttet und veredelt.

Die bedeutendste Quelle für Blei ist heute das Recycling von alten Bleiprodukten.

Die größten Fördernationen

Die bedeutendsten Fördernationen für Blei sind Australien und China, gefolgt von den USA, Peru und Mexiko. In Europa sind derzeit Polen, Irland und Schweden als die größten Bleiproduzenten zu nennen.

Die größten Fördernationen (2003)
Rang	Land	Fördermengen (in Tsd. t)	Rang	Land	Fördermengen (in Tsd. t)
1	Australien	677	11	Schweden	50,3
2	China	670	12	Marokko	50
3	USA	448,7	13	Kasachstan	38,2
4	Peru	308,9	14	Indien	34
5	Mexiko	144,3	15	Bulgarien	31,3
6	Kanada	77,1	16	Nordkorea	30
7	Polen	77	17	Griechenland	28,3
8	Russische Föd.	63	18	Iran	28
9	Südafrika	53	19	Rumänien	14,1
10	Irland	50,3	20	Namibia	13,4

Quelle: Handelsblatt - Die Welt in Zahlen (2005)

Gewinnung und Darstellung

Bleierze werden heute im Tagebau oder im Tiefbau gefördert. Die Verhüttung von reinem Erz kommt heute nur noch sehr selten vor. Fast ausschließlich wird das geförderte Erz zu einem Konzentrat angereichert. Aus diesem Konzentrat wird Blei auf zwei Wegen hergestellt.

Röst-Reduktionsarbeit:

Dieser Vorgang verläuft in zwei Stufen, dem Rösten und der Reduktion. Beim Rösten wird der Schwefel entfernt. Das Bleisulfid PbS (Bleiglanz) wandelt sich zu Bleioxid PbO um.

\mathrm {2\ PbS+3\ O_{2}\rightarrow 2\ PbO+2\ SO_{2}}

.

Die Reaktion wird mit Sinteranlagen durchgeführt. Anschließend erfolgt die Reduktion des PbO zu metallischem Blei im Schachtofen mit Hilfe von Koks. Dieser Koks verbrennt zu CO (Kohlenmonoxid), welches das PbO dann reduziert.

\mathrm {PbO+CO\rightarrow Pb+CO_{2}}

.

Reaktionsarbeit:

In den letzten Jahren wird ebenfalls die sogenannte Reaktionsarbeit durchgeführt. Diese ermöglicht die Bleierzeugung in einem Schritt:

\mathrm {PbS+2\ PbO\rightarrow 3\ Pb+SO_{2}}

Raffination:

Das entstehende Werkblei (Rohblei) enthält 2-5 % Verunreinigungen, darunter oft Kupfer, Silber, Zinn, Zink, Arsen und Wismut. Die Raffination und Entschlickerung trägt durch das Aufreinigen und Vermarkten dieser Beiprodukte wesentlich zur Wirtschaftlichkeit der Bleigewinnung bei. Dies geschieht vornehmlich mit Hilfe von Salzen oder Luft durch selektive Oxidation eines Bestandteils der Schmelze oder Verdrängen aus der Schmelze durch Mischkristallbildung und Abziehen der sog. Schäume. Auch galvanische Verfahren sind für höhere Reinheiten gebräuchlich.

Es entsteht genormtes handelsgängiges Hüttenblei (Weichblei) mit 99,9 % bis 99,97 % Reinheit (z.B. Eschweiler Raffiné) oder Feinblei mit 99,985 % bis 99,99 % (DIN 1719, veraltet) Entsprechend dem Verwendungszweck sind auch Bezeichnungen wie Kabelblei verbreitet. Aktuelle Normen wie DIN EN 12659 kennen diese noch gebräuchlichen Bezeichnungen nicht mehr.

Verwendung

Metall

in Bleiakkumulatoren als chemischer Energiespeicher (siehe Verbindungen)
wegen seiner hohen Dichte als Gewicht:
- als Ausgleichsgewichte zum Auswuchten von Autorädern (seit 1. Juli 2003 bei PKW Neuwagen und seit 1. Juli 2005 bei allen PKW (bis 3,5 t) verboten – ersetzt durch Zink- oder Kupfergewichte)
- als Bleikette in Gardinen, damit diese glatt hängen
- beim Tauchen werden Bleigewichte gebraucht, um den Auftrieb von Taucher und Ausrüstung auszugleichen.
- zur Stabilisierung von Schiffen
- als Schwingungsdämpfer in vibrationsempfindlichen (Auto-)Teilen
- für Sonderanwendungen des Schallschutzes
wegen seiner Abschirmwirkung gegen hochenergetische Strahlung und Elementarteilchen wird es zum Schutz beispielsweise in Röntgengeräten, aber auch in Kathodenstrahlröhren (Computerbildschirme, Fernsehgeräte, etc) eingesetzt.
für schärfere Röntgenbilder als Streustrahlenraster.
wegen seiner chemischen Beständigkeit gegen u. a. Schwefelsäure und Brom durch Passivierung als Korrosionsschutz im Apparate- und Behälterbau.
Blei wurde auch zur Herstellung von Rohren verwendet. Aufgrund der Toxizität des Bleis und seiner Verbindungen (Bleivergiftung) kommen Bleirohre aber seit den 1970er Jahren nicht mehr zum Einsatz. Trotz einer gebildeten Kalkschicht in den Rohren löst sich das Blei weiterhin im Trinkwasser. Erfahrungsgemäß wird bereits nach wenigen Metern der Grenzwert der geltenden Trinkwasserverordnung nicht eingehalten.
Blei wurde lange Zeit auch als Hauptmaterial für Fensterfassungen eingesetzt, wie man es an mittelalterlichen Kirchenfenstern oft noch erkennen kann.
in alten Bauwerken aus Naturstein zur Verbindung von Steinen durch eingegossene Metallklammern oder Metalldübel
als Dachdeckung oder für Dachabschlüsse
In früheren Zeiten sowie auch noch heute wird Blei als Material für Geschosse verwendet, sowohl für Schleudern als auch für Feuerwaffen bis ins 21. Jahrhundert („Pulver und Blei“). In so genannten Kartätschen wurde gehacktes Blei verschossen. Die Soldaten stellten ihre Geschosse selbst her, und es war nicht unüblich, dass Soldaten alles Blei stahlen, das sie finden konnten, um Munition daraus zu machen. Heutzutage wird das Blei meist in einen Mantel (daher „Mantelgeschoss“) aus einer Kupferlegierung eingebracht. Grund hierfür ist, dass bei Munition mit höherer ballistischer Leistung ein Bleigeschoss wegen seiner geringen Härte dem Drall im Lauf nicht mehr folgen kann. Es würde durch den gezogenen Lauf getrieben, ohne in Rotation versetzt zu werden, wobei Teile seiner Oberfläche am Laufprofil abgeschert würden. Im übrigen kann ein Bleigeschoss nach Verlassen des Laufes den bei starken Patronen üblichen hohen Drehzahlen nicht widerstehen und würde, bedingt durch die Zentrifugalkraft, im Flug zerplatzen. Außerdem ist Munition mit Mantelgeschossen natürlich unempfindlicher im Umgang als solche mit reinen Bleigeschossen.
Ein Brauchtum zu Silvester ist das Bleigießen, bei dem flüssiges Blei (heutzutage auch Zinn) in kaltem Wasser zum Erstarren gebracht wird. Anhand der zufällig entstehenden Formen wird über die Zukunft assoziiert.

Legierungsbestandteil

Hartblei in Verbindung mit Zinn und Antimon
Letternmetall in Verbindung mit Zinn und Antimon zur Herstellung von Lettern
Lagermetall zur Herstellung von Lagern
als Legierungsbestandteil von Zinn-Lot wird Blei im Weichlot unter anderem in der Elektrotechnik benutzt. Die Verwendung von Blei in Loten betrug 1998 weltweit etwa 20.000 Tonnen. Die EG-Richtlinie 2002/95/EG RoHS verbannt Blei ab Juli 2006 weitgehend aus der Löttechnik.

Verbindungen

als chemischer Energiespeicher in Bleiakkumulatoren, bei Energieabgabe Umwandlung von Blei und Bleidioxid in Bleisulfat.
als Tetraethylblei Pb(C₂H₅)₄ dient als Additiv, als Antiklopfmittel in Vergaserkraftstoffen, heute allerdings nur noch bei Flugbenzin.
als Bleioxid PbO wird es bei der Herstellung des Bleikristalls der Glasschmelze zugegeben.
als Farbpigmente dienen
- Bleiweiß Pb(OH)₂·2 PbCO₃, das weiße Pigment mit der höchsten Deckkraft
- Chromgelb PbCrO₄ und Chromrot PbO₂·PbCrO₄
- Mennige "Pb₃O₄" Pb₂[PbO₄], ein rotes Pigment, das auch als Rostschutzmittel verwendet wird
historisch als ziemlich giftiger Bleizucker zum Süßen insbesondere von Wein.

Biologische Bedeutung

Toxizität

Akut hochtoxisch sind die flüchtigen Organobleiverbindungen, ebenso viele Trialkylbleiverbindungen. Ihre Handhabung erfordert einschlägige Sicherheitsvorkehrungen.

Bei einmaliger Aufnahme von metallischem Blei oder den meist schwer löslichen Bleisalzen ist nur bei hoher Dosierung eine Giftwirkung zu bemerken. Jedoch reichern sich selbst kleinste Mengen, über einen längeren Zeitraum stetig eingenommen, im Körper an, da sie z.B. in den Knochen eingelagert und nur sehr langsam wieder ausgeschieden werden. Blei kann so eine chronische Vergiftung hervorrufen, die sich unter anderem in Kopfschmerzen, Müdigkeit, Abmagerung und Defekten der Blutbildung, des Nervensystems und der Muskulatur zeigt. Blei kann auch Fruchtschäden und Zeugungsunfähigkeit bewirken, im Extremfall kann die Bleivergiftung zum Tode führen. Die Verwendung von Blei in Essgeschirren ist deshalb heute verboten, Zinngeschirre müssen bleifrei sein, ebenso viele weitere Gebrauchsgegenstände.

Weitere Details unter Bleivergiftung, auch: Gressenicher Krankheit, Dienerkrankheit und Bleikinder.

Bleifrei

Wegen seiner Toxizität ist die Verwendung von Blei, Bleilegierungen und Bleiverbindungen wachsenden gesetzlichen Einschränkungen unterworfen. Entsprechende Produkte und Anwendungen werden entweder vollständig ersetzt (wie Bleitetraethylen im Benzin) oder der Bleigehalt durch Grenzwerte auf einen der technischen Verunreinigung entsprechenden Wert beschränkt (z. B. Zinn und Lot). Diese Produkte werden gern „bleifrei“ genannt. Grenzwerte gibt es u. a. in der Gesetzgebung um die so genannte RoHS (Richtlinie 2002/95/EG), die 1000ppm (0,1 %) vorsieht. Strenger ist der Grenzwert für Verpackungen mit 100ppm (Richtlinie 94/62/EG).

Der politische Wille zum Ersetzen des Bleis gilt auch dort, wo die Verwendung aufgrund der Eigenschaften technisch oder wirtschaftlich interessant wäre, die Gesundheitsgefahr gering und ein Recycling mit sinnvollem Aufwand möglich wäre (z. B. Blei als Dacheindeckung).

Nachweis

Eine Möglichkeit, eine mikroskopische Nachweisreaktion für Blei-Ionen durchzuführen, ist der Nachweis mit Kaliumiodid.

Dabei wird die Probe in verdünnter Salzsäure gelöst und vorsichtig bis zur Kristallisation eingedampft. Der Rückstand wird mit einem Tropfen Wasser aufgenommen und anschließend mit einem Kristall Kaliumiodid versetzt. Es entstehen nach kurzer Zeit gelbe hexagonale Blättchen (Blei(II)-iodid), die zwischen gekreuzten Polarisatoren hohe Interferenzfarben zeigen. Nach einiger Zeit kommt es zur Wiederauflösung der anfänglich gelben Kristalle, und es entsteht das farblose Kaliumtetraiodoplumbat(II).

Bleiionen in Lösung weist man alternativ auch mit Sulfidlösung nach - es fällt schwarzes Bleisulfid PbS aus - so z. B. aus Blei-II-nitrat-Lösung:

$\mathrm {S^{\operatorname {2-} }+Pb(NO_{3})_{2}\longrightarrow PbS+2\ NO_{3}^{\operatorname {-} }}$

Der Nachweis wird jedoch durch andere Schwermetall-Kationen gestört. Mit Iodid-Lösung fällt gelbes Blei-II-iodid PbI₂ aus (sogar bei Verwendung von nur in heißem Wasser löslichen Blei-II-chlorid):

$MgI_{2}+PbCl_{2}\rightarrow MgCl_{2}+PbI_{2}\downarrow$