1.

Einleitung

Blei, chemisches Symbol Pb, bläulich graues, metallisches Element mit der Ordnungszahl 82, das zusammen mit Kohlenstoff, Silicium, Germanium, Zinn und Ununquadium in der vierten Hauptgruppe des Periodensystems steht.

Blei zählt zu den Schwermetallen, war bereits vor etwa 5 000 Jahren bekannt und wurde zum Anfertigen von Gebrauchsgegenständen verwendet. Der Name Blei kommt von dem althochdeutschen Begriff Blio (Glanz, Farbe), das chemische Symbol Pb ist von Plumbum, dem lateinischen Namen für Blei, abgeleitet.

2.

Vorkommen

Von Blei sind vier natürliche Isotope (²⁰⁴Pb, ²⁰⁶Pb, ²⁰⁷Pb und ²⁰⁸Pb) bekannt, von denen Blei 208 am häufigsten auftritt (mehr als 52 Prozent). Blei 206, 207 und 208 sind die Endprodukte der Uran-, Actinium- sowie der Thoriumzerfallsreihe (siehe Radioaktivität). Neben den natürlichen Isotopen gibt es mehr als 30 künstliche Isotope mit Massenzahlen von 178 bis 214, die alle radioaktiv sind und Halbwertszeiten zwischen wenigen Sekunden und 15 Millionen Jahren haben.

In der Natur ist Blei vor allem in gebundener (z. B. in Erzen) und selten in elementarer (gediegener) Form anzutreffen. So kommt es in der Natur fast ausschließlich in Form von Blei(II)-Verbindungen vor. Am weitesten verbreitet ist Bleiglanz oder Galenit (Blei(II)-sulfid, PbS), seltener sind z. B. Weißbleierz oder Cerussit (Blei(II)-carbonat, PbCO3), Rotbleierz oder Krokoit (Blei(II)-chromat, PbCro4) sowie Bleivitriol oder Anglesit (Blei(II)-sulfat, PbSO4). Unter den Elementen der Erdkruste steht Blei an 36. Stelle.

3.

Eigenschaften

Metallisches Blei ist weich, dehnbar, besitzt eine geringe Zugfestigkeit und leitet elektrischen Strom schlecht. Eine frisch geschnittene Bleioberfläche zeigt einen hellen, silbrigen Glanz, der schnell in die charakteristische, bläulich graue Farbe übergeht. Blei schmilzt bei 328 °C und siedet bei 1 740 °C. Die Dichte von Blei liegt bei 11,34 Gramm pro Kubikzentimeter, seine Atommasse beträgt 207,20 u.

Das Element löst sich in Salpetersäure unter Bildung von Bleinitrat (Pb(NO₃)₂) schnell auf:

3Pb0 + 8HNVO3 → 3PbII(NO3)2 + 2NIIO + 4H2O.

Dagegen bilden sich mit Schwefel-, Salz- oder Flusssäure (siehe Fluor) schwer lösliche Bleiverbindungen (PbSO₄, PbCl₂, PbF₂), die das Metall in einer dünnen Schicht überziehen und so einen weiteren Angriff der Säure verhindern. In Gegenwart von Luft reagiert Blei mit Wasser langsam zu verschiedenen Blei(II)-Verbindungen, z. B. zu basischen Bleicarbonaten unterschiedlicher Zusammensetzung (xPbCO₃ · yPb(OH)₂). Blei und die meisten seiner Verbindungen sind giftig. Laut Trinkwasserverordnung dürfen in Deutschland in einem Liter Trinkwasser höchstens 0,01 Milligramm Blei enthalten sein (siehe Grenzwert).

4.

Bleiverbindungen

In seinen Verbindungen tritt Blei vor allem mit der Oxidationszahl +2 auf, seltener mit der Oxidationszahl +4. Beispiele für Blei(II)-Verbindungen sind Blei(II)-acetat (Pb(CH₃COO)₂), Bleidichlorid (PbCl₂), Bleimonoxid (PbO) sowie Bleimonosulfid (PbS) und Blei(II)-chromat (PbCrO₄). Beispiele für Blei(IV)-Verbindungen sind Bleitetrahydrid oder Plumban (PbH₄), Bleitetrachlorid (PbCl₄) und Bleidioxid (PbO₂). Mennige (Pb₃O₄) lässt sich formal auch als Pb^II₂[Pb^IVO₄] auffassen, enthält also Blei mit den Oxidationszahlen +2 und +4.

Wie andere Metalle verbindet sich auch Blei mit organischen Resten oder Liganden zu Komplexen (siehe Koordinationschemie) oder metallorganischen Verbindungen wie Bleitetraethyl (Pb(C₂H₅)₄). Die meisten dieser Verbindungen sind sehr giftig.

5.

Gewinnung

Bei der technischen Gewinnung von Blei dient vor allem Bleiglanz (Bleisulfid, PbS) als Ausgangsmaterial, das nach zwei Verfahren bearbeitet wird: Beim Röstreduktionsverfahren (1) wird zunächst das Bleisulfid zu Blei(II)-oxid abgeröstet (Röstarbeit):

PbS + 3/2O2 → PbO + SO2.

Anschließend wird das erhaltene Bleioxid in Schachtöfen durch das bei der Koksverbrennung gebildete Kohlenmonoxid reduziert (Reduktionsarbeit):

PbO + CO → Pb + CO2.

Bei dem Röstreaktionsverfahren (2) wird das Sulfid nur unvollständig abgeröstet, so dass etwa zwei Drittel des Bleisulfids in Blei(II)-oxid übergehen und ein Drittel des Sulfids unverändert bleibt (Röstarbeit):

3PbS + 3O2 → PbS + 2PbO +2SO2.

Das entstandene Zwischenprodukt wird dann unter Luftausschluss weiter erhitzt, so dass sich Bleisulfid und Bleioxid zu elementarem Blei vereinen (Reaktionsarbeit):

PbS + 2PbO → 3Pb + SO2.

Das nach beiden Verfahren gewonnene Werkblei enthält noch Verunreinigungen wie Arsen, Antimon, Kupfer, Schwefel und Zinn, die durch Schmelzprozesse, elektrolytische Raffinationsverfahren oder andere Verfahren entfernt werden. Oft reinigt man das Werkblei durch Einrühren geschmolzenen Bleies in Gegenwart von Luft. Dabei steigen die Oxide der anderen metallischen Verunreinigungen (z. B. Antimon und Zinn) nach oben und werden abgekämmt. Hochreines Blei erhält man durch anschließende Elektrolyse.

Außerdem enthält Werkblei bis zu 1 Prozent Silber und Gold. Die Gewinnung von Edelmetallen aus Bleierzen ist in manchen Fällen wirtschaftlich interessanter als die Bleigewinnung selbst. Aus Werkblei erhält man Silber und Gold mit Hilfe des Parkes-Verfahrens. Dabei wird in das geschmolzene Blei eine geringe Menge Zink gegeben, das sich mit den Edelmetallen zu Legierungen verbindet. Diese bei den Temperaturen noch flüssigen Zinklegierungen steigen im geschmolzenen Blei an die Oberfläche und bilden dort einen leicht abschöpfbaren Schaum. Das Zink wird anschließend vom Silber oder vom Gold durch Destillation abgetrennt.

6.

Anwendungen

Große Mengen an Blei werden für Autobatterien (Bleiakku; siehe elektrische Zelle: Sekundärelemente) und aufgrund seines hohen Absorptionsvermögens für radioaktive Strahlung im Strahlenschutz verwendet. Blei ist außerdem ein Legierungsmetall. Zu den zahlreichen Legierungen mit hohem Bleianteil zählen etwa Lötmetall (Weichlote: über 38 Prozent Blei), Lettern- oder Schriftmetall (70 bis 90 Prozent Blei) und verschiedene Lagermetalle (60 bis 80 Prozent Blei). Außerdem dient das Metall zur Innenbeschichtung von Behältern, die mit Schwefelsäure in Berührung kommen.

Früher wurde Blei(II,IV)-oxid oder Mennige (Pb₃O₄) als Pigment für Rostschutzfarben (siehe Korrosionsschutz) verwendet. Wegen der Toxizität von Blei und seinen Verbindungen ist diese Anwendung jedoch in Deutschland und vielen anderen Ländern verboten. Lange Zeit wurde auch Bleitetraethyl (Pb(C₂H₅)₄) als Antiklopfmittel dem Benzin zugesetzt (verbleites Benzin), um eine vorzeitige Explosion des Kraftstoffes im Verbrennungsmotor zu verhindern. Aus Umweltschutzgründen verwendet man für Kraftfahrzeuge heute nur noch bleifreies Benzin, das etwa durch Zusätze von Methyl-Tertiär-Butylether (MTBE) oder Tertiär-Butylalkohol (TBA) das Klopfverhalten vermeidet.

7.

Bleivergiftung

Blei und seine Verbindungen sind sehr giftig und können als Dämpfe oder Stäube oder als lösliche Bleiverbindungen in den Körper gelangen. Blei beeinträchtigt u. a. direkt oder indirekt Enzyme in ihrer Funktion. So hemmt es zum einen das Enzym 5-Aminolävulinsäure-Dehydratase, das bei der Biosynthese des roten Blutfarbstoffes Hämoglobin eine Rolle spielt. Zum anderen behindert es das Protein Calmodulin, das Calciumionen an sich binden kann und so die Aktivitäten zahlreicher Enzyme (z. B. Proteinkinasen) reguliert. Akute Bleivergiftungen führen zu Übelkeit, Kopfschmerzen, Magen- und Darmkrämpfen sowie zu Kreislaufstörungen. Anzeichen einer chronischen Bleivergiftung sind z. B. graue Ablagerungen am Zahnfleisch (Bleisaum), Anämie (Blutarmut), Appetitlosigkeit, Verdauungsstörungen, Gliederschmerzen sowie Störungen des zentralen Nervensystems.