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Plomo ( / l ɛ d /^{El plomo (ⓘ} ) es unelemento químicocon elsímboloPb(dellatínplumbum) ynúmero atómico82. Es unmetal pesado,más densoque la mayoría de los materiales comunes. El plomo esblando,maleabley tiene unpunto de fusión. Recién cortado o fundido, presenta un brillo plateado con un tinte azulado, perose empañaadquiriendo un tono gris opaco al exponerse al aire. El plomo tiene el número atómico más alto de todos loselementos estables, y tres de susisótopos cadenas de desintegraciónnuclearde elementos más pesados.

El plomo es un metal de postransición relativamente poco reactivo . Su débil carácter metálico se evidencia en su comportamiento anfótero : el plomo y sus óxidos reaccionan tanto con ácidos como con bases , y tiende a formar enlaces covalentes . Los compuestos de plomo suelen presentarse en estado de oxidación +2 , en lugar del estado +4 común en los elementos más ligeros del grupo del carbono , con excepciones que se limitan principalmente a los compuestos organopláteros . Al igual que los elementos más ligeros del grupo, el plomo puede unirse consigo mismo , formando cadenas y estructuras poliédricas.

Dado que el plomo se extrae fácilmente de sus minerales , los pueblos prehistóricos del Cercano Oriente lo conocían . La galena es un mineral principal de plomo que a menudo contiene plata . El interés por la plata ayudó a iniciar la extracción y el uso generalizado del plomo en la antigua Roma . La producción de plomo disminuyó después de la caída de Roma y no alcanzó niveles comparables hasta la Revolución Industrial . El plomo desempeñó un papel crucial en el desarrollo de la imprenta , ya que los tipos móviles podían fundirse con relativa facilidad a partir de aleaciones de plomo. ^{[ 13 ]} En 2022, la producción mundial anual de plomo fue de aproximadamente doce millones de toneladas, de las cuales aproximadamente dos tercios provenían del reciclaje. La alta densidad del plomo, su bajo punto de fusión, su ductilidad y su relativa inercia a la oxidación lo hacen útil. Estas propiedades, combinadas con su relativa abundancia y bajo costo, dieron como resultado su uso extensivo en la construcción , plomería , baterías , balas , perdigones ( balines ), pesas , soldaduras , peltre , aleaciones fusibles , pinturas de plomo , gasolina con plomo y blindaje contra la radiación .

El plomo es una neurotoxina que se acumula en los tejidos blandos y los huesos. Daña el sistema nervioso , interfiere con las enzimas biológicas y puede causar trastornos neurológicos que van desde problemas de comportamiento hasta daño cerebral. También afecta los sistemas cardiovascular y renal . La toxicidad del plomo fue observada por escritores griegos y romanos de la antigüedad, pero se reconoció ampliamente en Europa a finales del siglo XIX.

Propiedades físicas

Atómico

Un átomo de plomo tiene 82 electrones , con la configuración electrónica [ Xe ] 4f ¹⁴ 5d ¹⁰ 6s ² 6p ^{2. Las}energías de ionización primera y segunda combinadas —la energía total requerida para extraer los dos electrones 6p— son similares a las del estaño , vecino inmediato del plomo en el grupo del carbono . Esto es inusual, ya que las energías de ionización suelen disminuir al descender en un grupo debido a que los electrones externos están más lejos del núcleo y más apantallados por los orbitales internos. Sin embargo, la suma de las primeras cuatro energías de ionización del plomo es mayor que la del estaño, ^{[ 14 ]} contrariamente a las tendencias periódicas . Esta anomalía se explica por efectos relativistas , que se vuelven significativos en átomos más pesados. ^{[ 15 ]} Estos efectos contraen los orbitales s y p, lo que da a los electrones 6s del plomo mayores energías de enlace que a sus electrones 5s. ^{[ 16 ]} Esto conduce al efecto de par inerte , donde los electrones 6s tienen menos probabilidades de participar en el enlace. El resultado es la estabilización del estado de oxidación +2 y distancias inusualmente largas entre átomos vecinos en el plomo cristalino . ^{[ 17 ]}

Los congéneres más ligeros del grupo del carbono del plomo forman alótropos estables o metaestables con la estructura cúbica de diamante coordinada tetraédricamente ^yunida covalentemente . En estos elementos, los niveles de energía de los orbitales s y p están lo suficientemente cerca como para permitir la mezcla en cuatro orbitales híbridos sp³ . Sin embargo, en el plomo, el efecto del par inerte aumenta tanto la separación entre los orbitales s y p que la ganancia de energía de la hibridación es insuficiente para superar esta brecha. ^[¹⁸^] En lugar de una disposición cúbica de diamante, el plomo forma enlaces metálicos en los que solo los electrones p están deslocalizados y se comparten entre los iones Pb²⁺ ^. En consecuencia, el plomo adopta una estructura cúbica centrada en las caras , ^[¹⁹^] similar a los ^[²⁰^] metales divalentes calcio y estroncio . ^[²¹^]^[^a^]^[^b^]^[^c^]

A granel

El plomo puro tiene un aspecto gris brillante y reluciente con un ligero tinte azulado. ^{[ 26 ]} Se empaña al exponerse al aire húmedo, desarrollando una superficie opaca cuyo color depende de las condiciones ambientales. El plomo se caracteriza por su alta densidad , maleabilidad, ductilidad y resistencia a la corrosión debido a la pasivación . ^{[ 27 ]}

Su estructura cúbica centrada en las caras compacta y su alta masa atómica le dan al plomo una densidad ^{[ 28 ]} de 11,34 g/cm³ ^, mayor que la de metales comunes como el hierro (7,87 g/cm³ ⁾ , el cobre (8,93 g/cm³ ⁾ y el zinc (7,14 g/cm³ ⁾ . ^{[ 29 ]} Esta alta densidad es el origen de la expresión « ir como un globo de plomo» . ^{[ 30 ]}^{[ 31 ]}^{[ d ]} Algunos metales más raros son más densos: el tungsteno y el oro tienen ambos 19,3 g/cm³ ^, mientras que el osmio —el metal conocido más denso— tiene una densidad de 22,59 g/cm³ ^, casi el doble que la del plomo. ^{[ 32 ]}

El plomo es blando, con una dureza Mohs de 1,5, y se puede rayar con una uña. ^{[ 33 ]} Es muy maleable y moderadamente dúctil. ^{[ 34 ]}^{[ e ]} Su módulo de compresibilidad —una medida de la resistencia a la compresión— es de 45,8 GPa , en comparación con 75,2 GPa para el aluminio , 137,8 GPa para el cobre y 160–169 GPa para el acero dulce . ^[³⁵^] La resistencia a la tracción del plomo es baja, de 12–17 MPa (aproximadamente seis veces menor que la del aluminio, diez veces menor que la del cobre y quince veces menor que la del acero dulce). Su resistencia se puede aumentar mediante la aleación con pequeñas cantidades de cobre o antimonio . ^[³⁶^]

Un disco de metal — Una muestra de plomo solidificado a partir del estado fundido.

El plomo se funde a 327,5 °C (621,5 °F), ^{[ 37 ]} un punto de fusión relativamente bajo en comparación con la mayoría de los metales, ^{[ 28 ]}^{[ f ]} y tiene un punto de ebullición de 1749 °C (3180 °F), ^{[ 37 ]} el más bajo entre los elementos del grupo del carbono. Su resistividad eléctrica a 20 °C es de 192 nanoohm -metros, casi un orden de magnitud mayor que la de los buenos conductores (cobre:15,43 nΩ·m ; oro:20,51 nΩ·m ; aluminio:24,15 nΩ·m ). ^{[ 39 ]} El plomo se convierte en superconductor por debajo de 7,19 K , ^[⁴⁰^] que es la temperatura crítica más alta entre los superconductores de tipo I y la tercera más alta entre los superconductores elementales. ^[⁴¹^]

isótopos

El plomo natural consta de cuatro isótopos estables con números másicos 204, 206, 207 y 208, ^{[ 42 ]} junto con trazas de seis radioisótopos de corta vida con números másicos 209–214. El número relativamente alto de isótopos es consistente con el número atómico par del plomo . ^{[ g ]} El plomo tiene un número mágico de protones (82), lo que hace que su núcleo sea especialmente estable según el modelo de capas nucleares . ^{[ 43 ]} El plomo-208 también tiene 126 neutrones, otro número mágico, lo que puede explicar su excepcional estabilidad. ^{[ 43 ]}

Con su alto número atómico, el plomo es el elemento más pesado cuyos isótopos naturales se consideran estables; el plomo-208 es el núcleo estable más pesado conocido. Esta distinción pertenecía anteriormente al bismuto (número atómico 83) hasta que se descubrió en 2003 que su único isótopo primordial , el bismuto-209, se desintegra extremadamente lento. ^{[ h ]} Aunque los cuatro isótopos estables del plomo podrían teóricamente sufrir desintegración alfa a isótopos de mercurio con liberación de energía, no se ha observado tal desintegración; sus vidas medias predichas van de 10 ³⁵ a 10 ¹⁸⁹ años, ^{[ 46 ]} al menos 10 ²⁵ veces la edad actual del universo.

Tres de los isótopos estables del plomo —plomo-206, plomo-207 y plomo-208— son los productos finales de las tres principales cadenas de desintegración natural : la cadena del uranio (a partir del uranio-238 ), la cadena del actinio (a partir del uranio-235 ) y la cadena del torio (a partir del torio-232) , respectivamente. ^{[ 47 ]}^{[ 48 ]} La composición isotópica de una muestra de roca depende de la presencia de estos isótopos padres; por ejemplo, la abundancia de plomo-208 puede variar desde aproximadamente el 52% en muestras ordinarias hasta el 90% en minerales de torio. ^{[ 49 ]} Por esta razón, el peso atómico estándar del plomo se informa solo con una cifra decimal. ^{[ 50 ]} Con el tiempo, las proporciones de estos isótopos con respecto al plomo-204 aumentan a medida que se producen por desintegración radiactiva. Estas variaciones permiten la datación plomo-plomo y uranio-plomo . ^{[ 51 ]} El plomo-207 exhibe resonancia magnética nuclear , una propiedad utilizada para estudiar sus compuestos tanto en solución como en estado sólido, ^{[ 52 ]}^{[ 53 ]} incluyendo sistemas biológicos como el cuerpo humano. ^{[ 54 ]}

Química

Una llama con una pequeña varilla de metal que la atraviesa; la llama cerca de la varilla es de color azul pálido. — Prueba de llama : el plomo tiñe la llama de azul pálido.

Cuando se expone al aire húmedo, el plomo a granel desarrolla una capa superficial protectora de composición variable. El carbonato de plomo(II) es un componente común, ^{[ 55 ]}^{[ 56 ]}^{[ 57 ]} y en entornos urbanos o marítimos, también puede estar presente el sulfato de plomo(II) o el cloruro de plomo(II). ^{[ 58 ]} Esta capa hace que el plomo a granel sea prácticamente inerte en condiciones atmosféricas. ^{[ 58 ]} En contraste, el plomo finamente pulverizado, como muchos metales, es pirofórico ^{[ 59 ]} y arde con una llama blanco azulada. ^{[ 60 ]}

El plomo reacciona con el flúor a temperatura ambiente para formar fluoruro de plomo(II) . Su reacción con el cloro es similar, pero requiere calentamiento, ya que la capa de cloruro resultante reduce la reactividad posterior. ^{[ 58 ]} El plomo fundido se combina con los calcógenos para producir calcogenuros de plomo(II). ^{[ 61 ]}

El metal resiste el ataque de los ácidos sulfúrico y fosfórico , pero no de los ácidos clorhídrico o nítrico ; la diferencia surge de la insolubilidad y posterior pasivación de ciertas sales de plomo. ^{[ 62 ]} Los ácidos orgánicos, como el ácido acético , disuelven el plomo en presencia de oxígeno. ^{[ 58 ]} Los álcalis concentrados también pueden disolver el plomo, produciendo plumbitas . ^{[ 63 ]}

compuestos inorgánicos

El plomo presenta dos estados de oxidación principales: +4 y +2. Si bien el estado tetravalente es característico del grupo del carbono, el estado divalente es raro para el carbono y el silicio , menos común para el germanio, significativo pero no dominante para el estaño, y el más prevalente para el plomo. ^{[ 58 ]} Esta predominancia está relacionada con efectos relativistas —específicamente el efecto del par inerte— que ocurre cuando hay una gran diferencia de electronegatividad entre el plomo y aniones como óxido , haluro o nitruro . En tales casos, el plomo desarrolla una carga parcial positiva pronunciada, lo que provoca una contracción más fuerte del orbital 6s en comparación con el orbital 6p y lo hace relativamente poco reactivo en compuestos iónicos. El efecto del par inerte es menos pronunciado en compuestos donde el plomo forma enlaces covalentes con elementos de electronegatividad similar, como el carbono en compuestos organoplomos. En estos, los orbitales 6s y 6p permanecen de tamaño comparable, y la hibridación sp ³ sigue siendo energéticamente favorable, lo que hace que el plomo sea predominantemente tetravalente en tales casos. ^{[ 64 ]}

Los valores de electronegatividad reflejan aún más este comportamiento: el plomo(II) tiene un valor de 1,87 y el plomo(IV) tiene 2,33. Esto representa una inversión en la tendencia general de aumento de la estabilidad del estado de oxidación +4 a lo largo del grupo del carbono; en comparación, el estaño tiene electronegatividades de 1,80 (estado +2) y 1,96 (estado +4). ^{[ 65 ]}

Plomo (II)

_Los compuestos de plomo(II) son característicos de la química inorgánica del plomo. Incluso agentes oxidantes fuertes como el flúor y el cloro reaccionan con el plomo para dar solo PbF₂ y PbCl₂ . [ ₅₈ ] ^Los^iones^de plomo(II) suelen ser incoloros en solución, ^[⁶⁶^] y se hidrolizan parcialmente para formar Pb(OH) ^⁺ y finalmente [Pb₄ ₍ OH) _₄ ] ^⁴⁺ (en el que los iones hidroxilo actúan como ligandos puente ), ^[⁶⁷^]^[⁶⁸^] pero no son agentes reductores como los iones de estaño(II). Las técnicas para identificar la presencia del ion Pb²⁺ ^en agua generalmente se basan en la precipitación de cloruro de plomo(II) usando ácido clorhídrico diluido. Como la sal de cloruro es poco soluble en agua, en soluciones muy diluidas la precipitación de sulfuro de plomo(II) se logra burbujeando sulfuro de hidrógeno a través de la solución. ^[⁶⁹^]

El monóxido de plomo existe en dos polimorfos : litargirio α-PbO (rojo) y masicot β-PbO (amarillo), siendo este último estable solo por encima de los 488 °C aproximadamente. El litargirio es el compuesto inorgánico de plomo más utilizado. ^{[ 70 ]} No existe hidróxido de plomo(II); el aumento del pH de las soluciones de sales de plomo(II) conduce a la hidrólisis y condensación. ^{[ 71 ]} El plomo suele reaccionar con calcógenos más pesados. El sulfuro de plomo es un semiconductor , un fotoconductor y un detector de radiación infrarroja extremadamente sensible . Los otros dos calcogenuros, el seleniuro de plomo y el telururo de plomo , también son fotoconductores. Son inusuales porque su color se aclara al descender en el grupo. ^{[ 72 ]}

Bolas alternas de color gris oscuro y rojo conectadas por cilindros de color gris oscuro y rojo. — Plomo y oxígeno en una celda unitaria tetragonal de óxido de plomo(II,IV)

Los dihaluros de plomo están bien caracterizados; esto incluye el diastaturo ^{[ 73 ]} y los haluros mixtos, como el PbFCl. La relativa insolubilidad de este último constituye una base útil para la determinación gravimétrica del flúor. El difluoruro fue el primer compuesto sólido conductor iónico que se descubrió (en 1834, por Michael Faraday ). ^{[ 74 ]} Los otros dihaluros se descomponen al exponerse a la luz ultravioleta o visible, especialmente el diyoduro . ^{[ 75 ]} Se conocen muchos pseudohaluros de plomo(II) , como el cianuro, el cianato y ^el tiocianato . ^{[ 72 ]}^{[ 76 ]} El plomo(II) forma una amplia variedad de complejos de coordinación de haluros , como [PbCl4 _] 2− ^, [PbCl6 _] 4− ^y el anión ^de_cadena^[_Pb2Cl9 ] _n5n− . ^[⁷⁵^]

El sulfato de plomo(II) es insoluble en agua, al igual que los sulfatos de otros cationes divalentes pesados . El nitrato de plomo(II) y el acetato de plomo(II) son muy solubles, lo cual se aprovecha en la síntesis de otros compuestos de plomo. ^{[ 77 ]}

Plomo (IV)

Se conocen pocos compuestos inorgánicos de plomo(IV). Solo se forman en soluciones altamente oxidantes y normalmente no existen en condiciones estándar. ^{[ 78 ]} El óxido de plomo(II) produce un óxido mixto al oxidarse aún más, Pb ₃ O ₄ . Se describe como óxido de plomo(II,IV) , o estructuralmente 2PbO·PbO ₂ , y es el compuesto de plomo de valencia mixta mejor conocido. El dióxido de plomo es un agente oxidante fuerte, capaz de oxidar el ácido clorhídrico a gas cloro. ^{[ 79 ]} Esto se debe a que el PbCl ₄ esperado que se produciría es inestable y se descompone espontáneamente en PbCl ₂ y Cl ₂ . ^{[ 80 ]} De forma análoga al monóxido de plomo , el dióxido de plomo es capaz de formar aniones plumbato . El disulfuro de plomo ^{[ 81 ]} y el diselenuro de plomo ^{[ 82 ]} solo son estables a altas presiones. El tetrafluoruro de plomo , un polvo cristalino amarillo, es estable, pero menos que el difluoruro . El tetracloruro de plomo (un aceite amarillo) se descompone a temperatura ambiente, el tetrabromuro de plomo es aún menos estable y la existencia del tetrayoduro de plomo es cuestionable. ^{[ 83 ]}

Otros estados de oxidación

Nueve esferas de color gris oscuro conectadas por cilindros del mismo color que forman una forma convexa. — El anión antiprismático cuadrado tapado [Pb ₉ ] ⁴⁻ de [K(18-corona-6)] ₂ K ₂ Pb ₉ ·(en) _1.5^{[ 84 ]}

Algunos compuestos de plomo existen en estados de oxidación formales distintos de +4 o +2. El plomo(III) puede obtenerse, como intermedio entre el plomo(II) y el plomo(IV), en complejos organoplomos más grandes; este estado de oxidación no es estable, ya que tanto el ion plomo(III) como los complejos más grandes que lo contienen son radicales . ^{[ 85 ]}^{[ 86 ]}^{[ 87 ]} Lo mismo ocurre con el plomo(I), que puede encontrarse en dichas especies radicales. ^{[ 88 ]}

Se conocen numerosos óxidos mixtos de plomo(II,IV). Cuando el PbO₂ _se calienta en aire, se convierte en Pb₁₂O₁₉ _a₂₉₃ ° C, Pb₁₂O₁₇ _a 351 _° C, Pb₃O₄ _a 374 _° C y , finalmente, PbO a 605 ° C . Un sesquióxido adicional , _Pb₂O₃_, puede obtenerse a alta presión, junto con varias fases no estequiométricas. Muchas de ellas presentan estructuras de fluorita defectuosas en las que algunos átomos de oxígeno son reemplazados por vacantes: el PbO puede considerarse que posee dicha estructura, con ausencia de átomos de oxígeno en cada capa alterna. ^[⁸⁹^]

Los estados de oxidación negativos pueden presentarse como fases de Zintl , ya sea como aniones de plomo libres, como en Ba₂Pb _, donde el plomo es formalmente plomo(−IV), ^{[ 90 ]}^{o en iones clúster poliédricos o en forma de anillo sensibles al oxígeno ,} como el ion _bipiramidaltrigonal Pb₅²⁻ , donde dos átomos de plomo son plomo(−I) y tres son plomo(0). ^[⁹¹^] En tales aniones, cada átomo se encuentra en un vértice poliédrico y contribuye con dos electrones a cada enlace covalente a lo largo de una arista desde sus orbitales híbridos sp³ ^, siendo los otros dos un par de electrones no enlazantes externos . ^[⁶⁷^] Pueden formarse en amoníaco líquido mediante la reducción de plomo con sodio . ^[⁹²^]

Organopolilea

Una esfera gris verdosa unida a cuatro esferas negras, cada una de las cuales, a su vez, está unida también a tres blancas. — Estructura de una molécula de tetraetilplomo : Carbono Hidrógeno Plomo

El plomo puede formar cadenas con enlaces múltiples , una propiedad que comparte con sus homólogos más ligeros del grupo del carbono. Su capacidad para hacerlo es mucho menor porque la energía del enlace Pb–Pb es más de tres veces y media menor que la del enlace C–C . ^{[ 61 ]} Consigo mismo, el plomo puede formar enlaces metal-metal de hasta tres. ^{[ 93 ]} Con el carbono, el plomo forma compuestos organoplomo similares a los compuestos orgánicos típicos , pero generalmente menos estables ^{[ 94 ]} (debido a que el enlace Pb–C es bastante débil). ^{[ 67 ]} Esto hace que la química organometálica del plomo sea mucho menos extensa que la del estaño. ^{[ 95 ]} El plomo forma predominantemente compuestos organoplomo(IV), incluso cuando se parte de reactivos inorgánicos de plomo(II); se conocen muy pocos compuestos organoplomo(II). Las excepciones mejor caracterizadas son Pb[CH(SiMe ₃ ) ₂ ] ₂ y plumboceno . ^{[ 95 ]}

El análogo de plomo del compuesto orgánico más simple , el metano , es el plumbano . El plumbano se puede obtener en una reacción entre plomo metálico e hidrógeno atómico. ^{[ 96 ]} Dos derivados simples, el tetrametilplomo y el tetraetiplomo , son los compuestos organoplomo más conocidos . Estos compuestos son relativamente estables: el tetraetiplomo solo comienza a descomponerse si se calienta ^{[ 97 ]} o si se expone a la luz solar o luz ultravioleta. ^{[ 98 ]}^{[ i ]} Con sodio metálico, el plomo forma fácilmente una aleación equimolar que reacciona con haluros de alquilo para formar compuestos organometálicos como el tetraetiplomo. ^{[ 99 ]} La naturaleza oxidante de muchos compuestos organoplomo se explota útilmente: el tetraacetato de plomo es un reactivo de laboratorio importante para la oxidación en síntesis orgánica. ^{[ 100 ]} El tetraetiplomo, una vez agregado a la gasolina automotriz, se produjo en mayores cantidades que cualquier otro compuesto organometálico, ^{[ 95 ]} y todavía se usa ampliamente en combustible para aeronaves pequeñas . ^{[ 101 ]} Otros compuestos organoplomos son menos estables químicamente. ^{[ 94 ]} Para muchos compuestos orgánicos, no existe un análogo de plomo. ^{[ 96 ]}

Origen y ocurrencia

En el espacio

La abundancia de plomo por partícula en el Sistema Solar es de 0,121 ppb (partes por mil millones). ^[¹⁰²^]^[^j^] Esta cifra es dos veces y media mayor que la del platino , ocho veces mayor que la del mercurio y diecisiete veces mayor que la del oro . ^[¹⁰²^] La cantidad de plomo en el universo está aumentando lentamente ^[¹⁰³^] a medida que la mayoría de los átomos más pesados (todos los cuales son inestables) se desintegran gradualmente en plomo. ^[¹⁰⁴^] La abundancia de plomo en el Sistema Solar desde su formación hace 4.500 millones de años ha aumentado en aproximadamente un 0,75 %. ^[¹⁰⁵^] La tabla de abundancias del Sistema Solar muestra que el plomo, a pesar de su número atómico relativamente alto, es más frecuente que la mayoría de los demás elementos con números atómicos mayores que 40. ^[¹⁰²^]

El plomo primordial —que comprende los isótopos plomo-204, plomo-206, plomo-207 y plomo-208— se creó principalmente como resultado de procesos repetitivos de captura de neutrones que ocurren en las estrellas. Los dos modos principales de captura son los procesos s y r . ^{[ 106 ]}

En el proceso s (s de "lento"), las capturas están separadas por años o décadas, lo que permite que los núcleos menos estables experimenten desintegración beta . ^{[ 107 ]} Un núcleo estable de talio-203 puede capturar un neutrón y convertirse en talio-204; este experimenta desintegración beta para dar plomo-204 estable; al capturar otro neutrón, se convierte en plomo-205, que tiene una vida media de alrededor de 17 millones de años. Capturas adicionales dan como resultado plomo-206, plomo-207 y plomo-208. Al capturar otro neutrón, el plomo-208 se convierte en plomo-209, que se desintegra rápidamente en bismuto-209. Al capturar otro neutrón, el bismuto-209 se convierte en bismuto-210, y este se desintegra beta en polonio-210, que se desintegra alfa en plomo-206. El ciclo termina, por lo tanto, en plomo-206, plomo-207, plomo-208 y bismuto-209. ^{[ 108 ]}

Parte superior de la tabla de nucleidos, donde solo se muestran los isótopos prácticamente estables y el plomo-205, y sobre ella se superpone la trayectoria del proceso s, así como la del ciclo del plomo, el bismuto y el polonio. — Diagrama de la parte final del proceso s , desde el mercurio hasta el polonio . Las líneas y círculos rojos representan capturas de neutrones ; las flechas azules representan desintegraciones beta ; la flecha verde representa una desintegración alfa ; las flechas cian representan capturas de electrones .

En el proceso r (r significa "rápido"), las capturas ocurren más rápido de lo que los núcleos pueden desintegrarse. ^{[ 109 ]} Esto ocurre en entornos con una alta densidad de neutrones, como una supernova o la fusión de dos estrellas de neutrones . El flujo de neutrones involucrado puede ser del orden de 10 ²² neutrones por centímetro cuadrado por segundo. ^{[ 110 ]} El proceso r no forma tanto plomo como el proceso s. ^{[ 111 ]} Tiende a detenerse una vez que los núcleos ricos en neutrones alcanzan 126 neutrones. ^{[ 112 ]} En este punto, los neutrones están dispuestos en capas completas en el núcleo atómico, y se vuelve más difícil acomodar energéticamente más de ellos. ^{[ 113 ]} Cuando el flujo de neutrones disminuye, estos núcleos se desintegran beta en isótopos estables de osmio , iridio y platino . ^{[ 114 ]}

En la Tierra

El plomo se clasifica como calcófilo según la clasificación de Goldschmidt , lo que significa que generalmente se encuentra combinado con azufre. ^{[ 115 ]} Rara vez se presenta en su forma nativa , metálica. ^{[ 116 ]} Muchos minerales de plomo son relativamente ligeros y, a lo largo de la historia de la Tierra, han permanecido en la corteza en lugar de hundirse más profundamente en el interior de la Tierra. Esto explica la abundancia relativamente alta de plomo en la corteza, de 14 ppm; es el 36.º elemento más abundante en la corteza. ^{[ 117 ]}^{[ k ]}

El principal mineral portador de plomo es la galena (PbS), que se encuentra principalmente con menas de zinc. ^{[ 119 ]} La mayoría de los demás minerales de plomo están relacionados con la galena de alguna manera; la boulangerita , Pb ₅ Sb ₄ S ₁₁ , es un sulfuro mixto derivado de la galena; la anglesita , PbSO ₄ , es un producto de la oxidación de la galena; y la cerusita o mena de plomo blanco, PbCO ₃ , es un producto de la descomposición de la galena. El arsénico , el estaño , el antimonio , la plata , el oro , el cobre y el bismuto son impurezas comunes en los minerales de plomo. ^{[ 119 ]}

Los recursos mundiales de plomo superan los dos mil millones de toneladas. Los yacimientos más importantes se encuentran en Australia, China, Irlanda, México, Perú, Portugal, Rusia y Estados Unidos. Las reservas mundiales —recursos cuya extracción es económicamente viable— totalizaron 88 millones de toneladas en 2016, de las cuales Australia contaba con 35 millones, China con 17 millones y Rusia con 6,4 millones. ^{[ 120 ]}

Las concentraciones típicas de plomo en el fondo no superan los 0,1 μg/m³ ^en la atmósfera; 100 mg/kg en el suelo; 4 mg/kg en la vegetación, 5 μg/L en agua dulce y agua de mar. ^{[ 121 ]}

Etimología

La palabra inglesa moderna lead es de origen germánico; proviene del inglés medio leed y del inglés antiguo lēad (con el macrón sobre la "e" que indica que el sonido vocálico de esa letra es largo). ^{[ 122 ]} La palabra en inglés antiguo deriva del hipotético protogermánico reconstruido * lauda- ('plomo'). ^{[ 123 ]} Según la teoría lingüística, esta palabra tuvo descendientes en múltiples lenguas germánicas con exactamente el mismo significado. ^{[ 123 ]}

No existe consenso sobre el origen del protogermánico * lauda- . Una hipótesis sugiere que deriva del protoindoeuropeo * lAudh- ('plomo'; la mayúscula en la vocal equivale al macrón). ^{[ 124 ]} Otra hipótesis sugiere que es un préstamo del protocelta * ɸloud-io- ('plomo'). Esta palabra está relacionada con el latín plumbum , que dio al elemento su símbolo químico Pb . Se cree que la palabra * ɸloud-io- es el origen del protogermánico * bliwa- (que también significa 'plomo'), del cual se derivó el alemán Blei . ^{[ 125 ]}

El nombre del elemento químico no está relacionado con el verbo de la misma ortografía, que deriva del protogermánico * laidijan- ('conducir'). ^{[ 126 ]}

Historia

El plomo se fundió por primera vez en el séptimo milenio a. C. y se popularizó debido a su facilidad de procesamiento y su asociación con los minerales de plata. Su importancia fue especialmente notable en el Mediterráneo antiguo, donde la producción romana alcanzó niveles sin precedentes. Tras la decadencia y caída del Imperio Romano de Occidente , el uso del plomo se extendió por Asia y posteriormente resurgió en Europa durante la Edad Media y la Revolución Industrial . La creciente concienciación sobre la toxicidad del plomo en la era moderna dio lugar a restricciones regulatorias, si bien el metal sigue siendo relevante en ciertas aplicaciones industriales.

Producción

A partir de 2014, la producción de plomo está aumentando en todo el mundo debido a su uso en baterías de plomo-ácido. ^{[ 127 ]} Hay dos categorías principales de producción: primaria a partir de minerales extraídos y secundaria a partir de chatarra. En 2014, 4,58 millones de toneladas métricas provinieron de la producción primaria y 5,64 millones de la producción secundaria. Los tres principales productores de concentrado de plomo extraído en ese año fueron China, Australia y Estados Unidos. ^{[ 120 ]} Los tres principales productores de plomo refinado fueron China, Estados Unidos e India. ^{[ 128 ]} Según el informe Metal Stocks in Society de 2010, la cantidad total de plomo en uso, almacenado, desechado o disipado en el medio ambiente, a nivel mundial, es de 8 kg per cápita. Gran parte de esto se encuentra en los países más desarrollados (20–150 kg per cápita) en lugar de los menos desarrollados (1–4 kg per cápita). ^{[ 129 ]} En 2022, la producción mundial anual de plomo fue de aproximadamente doce millones de toneladas, de las cuales aproximadamente dos tercios provenían del reciclaje. ^{[ 130 ]}

Los procesos de producción de plomo primario y secundario son similares. Algunas plantas de producción primaria ahora complementan sus operaciones con plomo de desecho, y es probable que esta tendencia aumente en el futuro. Con las técnicas adecuadas, el plomo obtenido mediante procesos secundarios es indistinguible del obtenido mediante procesos primarios. El plomo de desecho de la industria de la construcción suele estar bastante limpio y se vuelve a fundir sin necesidad de fundición, aunque a veces se requiere refinamiento. Por lo tanto, la producción de plomo secundario es más barata, en términos de requerimientos energéticos, que la producción primaria, a menudo en un 50 % o más. ^{[ 131 ]}

Primario

La mayoría de los minerales de plomo contienen un bajo porcentaje de plomo (los minerales ricos tienen un contenido típico de 3–8%), que debe concentrarse para su extracción. ^{[ 132 ]} Durante el procesamiento inicial, los minerales suelen someterse a trituración, separación por medio denso, molienda , flotación por espuma y secado . El concentrado resultante, que tiene un contenido de plomo de 30–80% en masa (generalmente 50–60%), ^{[ 132 ]} se transforma luego en plomo metálico (impuro).

Existen dos métodos principales para llevar a cabo este proceso: un proceso de dos etapas que incluye la tostación seguida de la extracción en alto horno, realizadas en recipientes separados; o un proceso directo en el que la extracción del concentrado se realiza en un solo recipiente. Este último se ha convertido en el método más común, aunque el primero sigue siendo importante. ^{[ 133 ]}

Proceso de dos etapas

Primero, el concentrado de sulfuro se tuesta al aire para oxidar el sulfuro de plomo: ^{[ 134 ]}

2 PbS(s) + 3 O ₂ (g) → 2 PbO(s) + 2 SO ₂ (g)↑

Como el concentrado original no era sulfuro de plomo puro, la tostación produce no solo el óxido de plomo(II) deseado, sino también una mezcla de óxidos, sulfatos y silicatos de plomo y de los otros metales contenidos en el mineral. ^{[ 135 ]} Este óxido de plomo impuro se reduce en un alto horno alimentado con coque al metal (nuevamente, impuro): ^{[ 136 ]}

2 PbO(s) + C(s) → 2 Pb(s) + CO ₂ (g)↑

Las impurezas son principalmente arsénico, antimonio, bismuto, zinc, cobre, plata y oro. Normalmente se eliminan en una serie de procesos pirometalúrgicos . El metal fundido se trata en un horno de reverbero con aire, vapor y azufre, lo que oxida las impurezas excepto la plata, el oro y el bismuto. Los contaminantes oxidados flotan en la superficie del metal fundido y se retiran. ^{[ 137 ]}^{[ 138 ]} La plata y el oro metálicos se eliminan y recuperan económicamente mediante el proceso de Parkes , en el que se añade zinc al plomo. El zinc, que es inmiscible en el plomo, disuelve la plata y el oro. La solución de zinc se puede separar del plomo y recuperar la plata y el oro. ^{[ 138 ]}^{[ 139 ]} El plomo desplatado se libera del bismuto mediante el proceso de Betterton-Kroll , tratándolo con calcio y magnesio metálicos . La escoria de bismuto resultante se puede retirar. ^{[ 138 ]}

Como alternativa a los procesos pirometalúrgicos, se puede obtener plomo de alta pureza procesando electrolíticamente plomo fundido mediante el proceso Betts . Se colocan ánodos de plomo impuro y cátodos de plomo puro en un electrolito de fluorosilicato de plomo (PbSiF6 ₎ . Al aplicar potencial eléctrico, el plomo impuro del ánodo se disuelve y se deposita en el cátodo, dejando la mayor parte de las impurezas en solución. ^{[ 138 ]}^{[ 140 ]} Este es un proceso costoso y, por lo tanto, se reserva principalmente para el refinado de lingotes con altos porcentajes de impurezas. ^{[ 141 ]}

Proceso directo

En este proceso, el lingote y la escoria de plomo se obtienen directamente de los concentrados de plomo. El concentrado de sulfuro de plomo se funde en un horno y se oxida, formando monóxido de plomo. Se añade carbono (en forma de coque o gas de hulla ^{[ l ]} ) a la carga fundida junto con agentes fundentes . De este modo, el monóxido de plomo se reduce a plomo metálico, en medio de una escoria rica en monóxido de plomo. ^{[ 133 ]}

Si la materia prima es rica en plomo, se puede obtener hasta un 80 % del plomo original en forma de lingotes; el 20 % restante forma una escoria rica en monóxido de plomo. Para una materia prima de baja ley, todo el plomo se puede oxidar a una escoria con alto contenido de plomo. ^{[ 133 ]} El plomo metálico se obtiene además de las escorias con alto contenido de plomo (25-40 %) mediante combustión o inyección de combustible sumergido, reducción asistida por un horno eléctrico o una combinación de ambos. ^{[ 133 ]}

Alternativas

Continúa la investigación sobre un proceso de extracción de plomo más limpio y con menor consumo energético; un inconveniente importante es que se pierde demasiado plomo como residuo, o bien las alternativas dan como resultado un alto contenido de azufre en el metal de plomo resultante. La extracción hidrometalúrgica , en la que los ánodos de plomo impuro se sumergen en un electrolito y se deposita plomo puro ( electroenrollado ) sobre los cátodos , es una técnica que puede tener potencial, pero actualmente no es económica, excepto en los casos en que la electricidad es muy barata. ^{[ 142 ]}

Secundario

La fundición, que es una parte esencial de la producción primaria, a menudo se omite durante la producción secundaria. Solo se realiza cuando el plomo metálico ha sufrido una oxidación significativa. ^{[ 131 ]} El proceso es similar al de la producción primaria en un alto horno o un horno rotatorio , con la diferencia esencial de una mayor variabilidad en los rendimientos: los altos hornos producen plomo duro (10 % de antimonio) mientras que los hornos de reverbero y los hornos rotatorios producen plomo semiblando (3-4 % de antimonio). ^{[ 143 ]}

El proceso ISASMELT es un método de fundición más reciente que puede actuar como una extensión de la producción primaria; la pasta de baterías de plomo-ácido usadas (que contiene sulfato de plomo y óxidos de plomo) se somete a un tratamiento con álcali para eliminar el sulfato y luego se trata en un horno alimentado con carbón en presencia de oxígeno, lo que produce plomo impuro, siendo el antimonio la impureza más común. ^{[ 144 ]} El refinado del plomo secundario es similar al del plomo primario; algunos procesos de refinado pueden omitirse dependiendo del material reciclado y su posible contaminación. ^{[ 144 ]}

De las fuentes de plomo para reciclar, las baterías de plomo-ácido son las más importantes; las tuberías, láminas y revestimientos de cables de plomo también son significativos. ^{[ 131 ]}

Aplicaciones

Contrariamente a la creencia popular, las minas de los lápices de madera nunca se han fabricado con plomo. Cuando el lápiz se originó como una herramienta de escritura de grafito envuelto, el tipo particular de grafito utilizado se denominaba plumbago (literalmente, maqueta de plomo ). ^{[ 146 ]}

Forma elemental

El plomo metálico posee varias propiedades mecánicas útiles, como alta densidad, bajo punto de fusión, ductilidad y relativa inercia. Muchos metales son superiores al plomo en algunos de estos aspectos, pero generalmente son menos comunes y más difíciles de extraer de los minerales de origen. La toxicidad del plomo ha llevado a su eliminación gradual para algunos usos. ^{[ 147 ]}

El plomo se utilizó para cubrir las murallas que protegían el ascenso al castillo de Alamut en Persia, ^{[ 148 ]} que podían absorber los ataques de las máquinas de asedio .

El plomo se ha utilizado para balas desde su invención en la Edad Media. Es económico; su bajo punto de fusión permite fundir munición para armas pequeñas y perdigones de escopeta con un equipo técnico mínimo; y es más denso que otros metales comunes, lo que permite una mejor retención de la velocidad. Sigue siendo el material principal para balas, aleado con otros metales como endurecedores. ^{[ 149 ]} Se han planteado preocupaciones sobre el posible daño ambiental que pueden causar las balas de plomo utilizadas para la caza. ^{[ m ]} Los cartuchos de escopeta utilizados para la caza de aves acuáticas deben estar libres de plomo en Estados Unidos , ^[¹⁵¹^] Canadá , ^[¹⁵²^] y en Europa . ^[¹⁵³^]

La alta densidad y resistencia a la corrosión del plomo se han aprovechado en diversas aplicaciones relacionadas. Se utiliza como lastre en las quillas de los veleros; su densidad permite que ocupe un volumen reducido y minimice la resistencia del agua, contrarrestando así el efecto de escora del viento sobre las velas. ^{[ 154 ]} Se utiliza en los cinturones de lastre de buceo para contrarrestar la flotabilidad del buceador. ^[¹⁵⁵^] En 1993, la base de la Torre Inclinada de Pisa se estabilizó con 600 toneladas de plomo. ^[¹⁵⁶^] Debido a su resistencia a la corrosión, el plomo se utiliza como revestimiento protector para cables submarinos. ^[¹⁵⁷^]

El plomo tiene muchos usos en la industria de la construcción; las láminas de plomo se utilizan como metales arquitectónicos en materiales para techos , revestimientos , tapajuntas , canalones y juntas de canalones, y parapetos de techos. ^{[ 158 ]}^{[ 159 ]} El plomo todavía se utiliza en estatuas y esculturas, ^{[ n ]} incluso para armazones . ^{[ 161 ]} En el pasado se usaba a menudo para equilibrar las ruedas de los automóviles ; por razones ambientales, este uso se está eliminando gradualmente en favor de otros materiales. ^{[ 120 ]}

El plomo se añade a las aleaciones de cobre, como el latón y el bronce , para mejorar su maquinabilidad y por sus propiedades lubricantes. Al ser prácticamente insoluble en cobre, el plomo forma glóbulos sólidos en las imperfecciones de la aleación, como los límites de grano . En bajas concentraciones, además de actuar como lubricante, los glóbulos impiden la formación de virutas durante el mecanizado de la aleación, mejorando así su maquinabilidad. Las aleaciones de cobre con mayores concentraciones de plomo se utilizan en cojinetes . El plomo proporciona la lubricación y el cobre el soporte de carga. ^{[ 162 ]}

La alta densidad, el número atómico y la conformabilidad del plomo constituyen la base para su uso como barrera que absorbe el sonido, la vibración y la radiación. ^{[ 163 ]} El plomo no tiene frecuencias de resonancia naturales; ^{[ 163 ]} como resultado, la lámina de plomo se utiliza como capa amortiguadora de sonido en las paredes, los suelos y los techos de los estudios de grabación. ^{[ 164 ]} Los tubos de órgano a menudo se fabrican con una aleación de plomo, mezclada con diversas cantidades de estaño para controlar el tono de cada tubo. ^{[ 165 ]}^{[ 166 ]} El plomo es un material de blindaje establecido contra la radiación en la ciencia nuclear y en las salas de rayos X ^{[ 167 ]} debido a su densidad (que le confiere un alto coeficiente de atenuación ) así como a su notablemente alto coeficiente de atenuación de masa (atenúa por unidad de masa mejor que muchos otros materiales densos). ^{[ 168 ]} El plomo fundido se ha utilizado como refrigerante para reactores rápidos refrigerados por plomo . ^{[ 169 ]}

Baterías

El mayor uso del plomo a principios del siglo XXI es en las baterías de plomo-ácido . El plomo en las baterías no entra en contacto directo con los humanos, por lo que hay menos preocupaciones sobre su toxicidad. ^{[ o ]} Las personas que trabajan en plantas de producción o reciclaje de baterías de plomo pueden estar expuestas al polvo de plomo e inhalarlo. ^{[ 171 ]} Las reacciones en la batería entre el plomo, el dióxido de plomo y el ácido sulfúrico proporcionan una fuente confiable de voltaje . ^{[ p ]} Se han instalado supercondensadores que incorporan baterías de plomo-ácido en aplicaciones a escala de kilovatios y megavatios en Australia, Japón y Estados Unidos para la regulación de frecuencia, suavizado y desplazamiento solar, suavizado eólico y otras aplicaciones. ^{[ 173 ]} Estas baterías tienen menor densidad de energía y eficiencia de carga-descarga que las baterías de iones de litio , pero son significativamente más baratas. ^{[ 174 ]}

Recubrimiento para cables

El plomo se utiliza en cables de alta tensión como material de revestimiento para evitar la difusión de agua en el aislamiento; este uso está disminuyendo a medida que se elimina gradualmente. ^{[ 175 ]} Algunos países también están eliminando gradualmente su uso en soldaduras para componentes electrónicos con el fin de reducir la cantidad de residuos peligrosos para el medio ambiente . ^{[ 176 ]}

compuestos

Además de ser la principal aplicación del plomo metálico, las baterías de plomo-ácido también son las principales consumidoras de compuestos de plomo. La reacción de almacenamiento/liberación de energía utilizada en estos dispositivos involucra sulfato de plomo y dióxido de plomo : ^{[ 177 ]}

Pb (s) + PbO₂ (s) + 2H₂ SO₄ (aq) → 2PbSO₄ (s) + 2H₂ O(l)

Otras aplicaciones de los compuestos de plomo son muy especializadas y a menudo se desvanecen. Los agentes colorantes a base de plomo se utilizan en esmaltes cerámicos y vidrio, especialmente para tonos rojos y amarillos. ^{[ 178 ]} Si bien las pinturas de plomo se están eliminando gradualmente en Europa y América del Norte, todavía se utilizan en países menos desarrollados como China, ^{[ 179 ]} India, ^{[ 180 ]} o Indonesia. ^{[ 181 ]} El tetraacetato de plomo y el dióxido de plomo se utilizan como agentes oxidantes en química orgánica. El plomo se utiliza frecuentemente en el recubrimiento de cloruro de polivinilo de los cables eléctricos. ^{[ 182 ]}^{[ 183 ]} Se puede utilizar para tratar las mechas de las velas para asegurar una combustión más larga y uniforme. Debido a su toxicidad, los fabricantes europeos y norteamericanos utilizan alternativas como el zinc. ^{[ 184 ]}^{[ 185 ]} El vidrio de plomo está compuesto de 12–28% de óxido de plomo , lo que cambia sus características ópticas y reduce la transmisión de radiación ionizante, ^{[ 186 ]} una propiedad utilizada en televisores antiguos y monitores de computadora con tubos de rayos catódicos . Los semiconductores a base de plomo, como el telururo de plomo y el seleniuro de plomo, se utilizan en células fotovoltaicas y detectores infrarrojos . ^{[ 187 ]}

Preservación histórica

Los museos tienen interés en prevenir la corrosión. El plomo está presente en muchos objetos históricos, y en el aire pueden encontrarse agentes corrosivos como aldehídos , ácidos orgánicos como el ácido acético o el ácido fórmico , y gases ácidos . La prueba de Oddy simula un entorno de corrosión acelerada, utilizando plomo y otros metales para determinar la presencia de agentes corrosivos. ^{[ 188 ]}^{[ 189 ]}

Efectos biológicos

El plomo no tiene una función biológica confirmada, y no existe un nivel seguro de exposición al plomo. ^{[ 191 ]} Un estudio canadiense-estadounidense de 2009 concluyó que incluso en niveles que se consideran de bajo o ningún riesgo, el plomo puede causar "resultados adversos para la salud mental". ^{[ 192 ]} Su prevalencia en el cuerpo humano —con un promedio de 120 mg ^{[ q ]} en adultos— solo es superada por el zinc (2500 mg) y el hierro (4000 mg) entre los metales pesados. ^{[ 194 ]} Las sales de plomo son absorbidas por el cuerpo de manera muy eficiente. ^{[ 195 ]} Una pequeña cantidad de plomo (1%) se almacena en los huesos; el resto se excreta en la orina y las heces en pocas semanas después de la exposición. Solo alrededor de un tercio del plomo es excretado por un niño. La exposición continua puede resultar en la bioacumulación de plomo. ^{[ 196 ]}

Toxicidad

El plomo es un metal altamente venenoso (ya sea inhalado o ingerido), que afecta a casi todos los órganos y sistemas del cuerpo humano. ^{[ 197 ]} A niveles en el aire de 100 mg/m³ ^, es inmediatamente peligroso para la vida y la salud . ^{[ 198 ]} La mayor parte del plomo ingerido se absorbe en el torrente sanguíneo. ^{[ 199 ]} La causa principal de su toxicidad es su predilección por interferir con el correcto funcionamiento de las enzimas. Lo hace uniéndose a los grupos sulfhidrilo que se encuentran en muchas enzimas, ^{[ 200 ]} o imitando y desplazando otros metales que actúan como cofactores en muchas reacciones enzimáticas. ^{[ 201 ]} Los metales esenciales con los que interactúa el plomo incluyen el calcio, el hierro y el zinc. ^{[ 202 ]} Los altos niveles de calcio y hierro tienden a proporcionar cierta protección contra la intoxicación por plomo; los niveles bajos causan una mayor susceptibilidad. ^{[ 195 ]}

Efectos

El plomo puede causar daños graves al cerebro y los riñones y, en última instancia, la muerte. Al imitar al calcio, el plomo puede atravesar la barrera hematoencefálica . Degrada las vainas de mielina de las neuronas , reduce su número, interfiere con las vías de neurotransmisión y disminuye el crecimiento neuronal. ^{[ 200 ]} En el cuerpo humano, el plomo inhibe la porfobilinógeno sintasa y la ferroquelatasa , impidiendo tanto la formación de porfobilinógeno como la incorporación de hierro a la protoporfirina IX , el paso final en la síntesis del hemo . Esto causa una síntesis ineficaz del hemo y anemia microcítica . ^{[ 203 ]}

Los síntomas de la intoxicación por plomo incluyen nefropatía , dolores abdominales similares a cólicos y posiblemente debilidad en los dedos, muñecas o tobillos. Pueden observarse pequeños aumentos de la presión arterial, particularmente en personas de mediana edad y mayores, que pueden causar anemia . ^{[ 204 ]} Varios estudios, en su mayoría transversales, encontraron una asociación entre una mayor exposición al plomo y una menor variabilidad de la frecuencia cardíaca. ^{[ 205 ]} En mujeres embarazadas, los altos niveles de exposición al plomo pueden causar aborto espontáneo. Se ha demostrado que la exposición crónica a altos niveles reduce la fertilidad en los hombres. ^{[ 206 ]}

En el cerebro en desarrollo de un niño, el plomo interfiere con la formación de sinapsis en la corteza cerebral , el desarrollo neuroquímico (incluido el de los neurotransmisores) y la organización de los canales iónicos . ^{[ 207 ]} La exposición en la primera infancia se ha relacionado con un mayor riesgo de trastornos del sueño y somnolencia diurna excesiva en la infancia posterior. ^{[ 208 ]} Los altos niveles en sangre se asocian con un retraso en la pubertad en las niñas. ^{[ 209 ]} El aumento y la disminución de la exposición al plomo en el aire proveniente de la combustión de tetraetilplomo en la gasolina durante el siglo XX se han relacionado con aumentos y disminuciones históricas en los niveles de delincuencia . ^{[ 210 ]}

Fuentes de exposición

La exposición al plomo es un problema global, ya que la extracción y fundición de plomo, así como la fabricación, eliminación y reciclaje de baterías , son prácticas comunes en muchos países. El plomo ingresa al cuerpo por inhalación, ingestión o absorción cutánea. Casi todo el plomo inhalado se absorbe en el organismo; en el caso de la ingestión, la tasa de absorción es del 20 al 70 %, siendo los niños quienes absorben un porcentaje mayor que los adultos. ^{[ 211 ]}

La intoxicación suele producirse por la ingestión de alimentos o agua contaminados con plomo, y con menos frecuencia tras la ingestión accidental de tierra, polvo o pintura a base de plomo contaminados. ^{[ 212 ]} Los productos de agua de mar pueden contener plomo si se ven afectados por aguas industriales cercanas. ^{[ 213 ]} Las frutas y verduras pueden contaminarse por altos niveles de plomo en los suelos en los que se cultivaron. El suelo puede contaminarse por la acumulación de partículas de plomo en tuberías, pintura con plomo y emisiones residuales de gasolina con plomo. ^{[ 214 ]}

El uso de plomo para tuberías de agua es problemático en áreas con agua blanda o ácida . ^{[ 215 ]} El agua dura forma capas protectoras insolubles en la superficie interna de las tuberías, mientras que el agua blanda y ácida disuelve las tuberías de plomo. ^{[ 216 ]} El dióxido de carbono disuelto en el agua transportada puede dar lugar a la formación de bicarbonato de plomo soluble ; el agua oxigenada puede disolver de manera similar el plomo como hidróxido de plomo(II) . Beber dicha agua, con el tiempo, puede causar problemas de salud debido a la toxicidad del plomo disuelto. Cuanto más dura es el agua, más bicarbonato y sulfato de calcio contiene, y más se recubre el interior de las tuberías con una capa protectora de carbonato de plomo o sulfato de plomo. ^{[ 217 ]}

La ingestión de pintura con plomo aplicada es la principal fuente de exposición para los niños: una fuente directa es masticar los marcos de ventanas pintados viejos. Además, a medida que la pintura con plomo en una superficie se deteriora, se desprende y se pulveriza. Este polvo ingresa al cuerpo a través del contacto de las manos con la boca o mediante alimentos o bebidas contaminados. La ingestión de ciertos remedios caseros puede resultar en la exposición al plomo o sus compuestos. ^{[ 218 ]}

La inhalación es la segunda vía principal de exposición, que afecta a los fumadores y especialmente a los trabajadores en ocupaciones relacionadas con el plomo. ^{[ 199 ]} El humo del cigarrillo contiene, entre otras sustancias tóxicas, plomo-210 radiactivo . ^{[ 219 ]} "Como resultado de los esfuerzos regulatorios de la EPA, los niveles de plomo en el aire [en los Estados Unidos] disminuyeron en un 86 por ciento entre 2010 y 2020." ^{[ 220 ]} La concentración de plomo en el aire en los Estados Unidos cayó por debajo del estándar nacional de 0,15 μg/m ³^{[ 221 ]} en 2014. ^{[ 222 ]}

La exposición cutánea puede ser significativa para las personas que trabajan con compuestos orgánicos de plomo. La tasa de absorción cutánea es menor para el plomo inorgánico. ^{[ 223 ]}

Plomo en los alimentos

El plomo puede encontrarse en los alimentos cuando estos se cultivan en suelos con alto contenido de plomo, cuando el plomo en el aire contamina los cultivos, cuando los animales ingieren plomo en su dieta o cuando el plomo ingresa a los alimentos debido a su almacenamiento o cocción. ^{[ 224 ]} La ingestión de pintura y baterías con plomo también es una vía de exposición para el ganado, lo que posteriormente puede afectar a los seres humanos. ^{[ 225 ]} La leche producida por ganado contaminado puede diluirse a una concentración menor de plomo y venderse para el consumo. ^{[ 226 ]}

En Bangladesh, se han añadido compuestos de plomo a la cúrcuma para hacerla más amarilla. ^{[ 227 ]} Se cree que esto comenzó en la década de 1980 y continúa hasta 2019.[ ²²⁷^] Se cree que es una de las principales fuentes de altos niveles de plomo en el país. ^[²²⁸^] En Hong Kong, el nivel máximo permitido de plomo en los alimentos es de 6 ^partes por millón en sólidos y 1 parte por millón en líquidos. ^[²²⁹^]

El polvo que contiene plomo puede depositarse en los granos de cacao que se secan al aire libre cerca de plantas industriales contaminantes. ^{[ 230 ]} En diciembre de 2022, Consumer Reports analizó 28 marcas de chocolate negro y descubrió que 23 de ellas contenían niveles potencialmente dañinos de plomo, cadmio o ambos. Han instado a los fabricantes de chocolate a reducir el nivel de plomo, que podría ser perjudicial, especialmente para un feto en desarrollo. ^{[ 231 ]}

En marzo de 2024, la Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU. recomendó el retiro voluntario de 6 marcas de canela debido a la contaminación con plomo, ^{[ 232 ]} luego de 500 informes de intoxicación por plomo en niños. ^{[ 233 ]} La FDA determinó que la canela estaba adulterada con cromato de plomo . ^{[ 234 ]}

Plomo en los juguetes de plástico

Según el Centro para el Control y la Prevención de Enfermedades de Estados Unidos , el uso de plomo en plásticos no se había prohibido hasta 2024. El plomo ablanda el plástico y lo hace más flexible para que pueda recuperar su forma original. Se descubrió que masticar habitualmente el aislamiento de plástico de colores de los cables eléctricos pelados causaba niveles elevados de plomo en un hombre de 46 años. ^{[ 235 ]} El plomo puede utilizarse en juguetes de plástico para estabilizar las moléculas frente al calor. El polvo de plomo puede formarse cuando el plástico se expone a la luz solar, al aire y a los detergentes, que rompen el enlace químico entre el plomo y el plástico. ^{[ 236 ]}

Tratamiento

El tratamiento para la intoxicación por plomo normalmente implica la administración de dimercaprol y succímero . ^{[ 237 ]} Los casos agudos pueden requerir el uso de edetato de calcio disódico , el quelato de calcio y la sal disódica del ácido etilendiaminotetraacético ( EDTA ). Tiene mayor afinidad por el plomo que por el calcio, por lo que el quelato de plomo se forma por intercambio y se excreta en la orina, dejando atrás calcio inocuo. ^{[ 238 ]}

carga de enfermedad

La carga mundial de morbilidad causada por el plomo es enorme, con diversas estimaciones que atribuyen millones de muertes anuales a la exposición al plomo. ^{[ 239 ]}^{[ 240 ]} El Estudio de la Carga Mundial de Enfermedad atribuyó 850 000 muertes en 2019 a la hipertensión causada por la exposición al plomo, y un estudio de 2023 en Lancet Planetary Health estimó que casi 5,5 millones de muertes anuales por enfermedad cardiovascular (ECV) fueron causadas por el plomo. ^{[ 240 ]} Un estudio de 2022 en el Journal of the American College of Cardiology estimó que la exposición al plomo causó 1,57 millones de muertes en todo el mundo en 2021, a través de "hipertensión, accidente cerebrovascular, enfermedad de las arterias coronarias, enfermedad arterial periférica y otras ECV". ^{[ 241 ]}

La exposición al plomo es la principal causa ambiental del deterioro cognitivo ; ^{[ 242 ]} incluso niveles de plomo ligeramente elevados alrededor de los 24 meses de edad se asocian con déficits en el rendimiento intelectual y académico a los 10 años. ^{[ 243 ]} Se estima que la mitad de la población de EE. UU. tuvo un nivel de plomo en sangre superior a 5 µg/dL en la primera infancia, lo que causó una pérdida acumulada estimada de 824 millones de puntos de CI hasta 2015. ^{[ 244 ]}

Efectos ambientales

La extracción, producción, uso y eliminación del plomo y sus derivados han causado una contaminación significativa de los suelos y las aguas de la Tierra. Las emisiones atmosféricas de plomo alcanzaron su punto máximo durante la Revolución Industrial y el período de la gasolina con plomo en la segunda mitad del siglo XX. ^{[ 245 ]}

Las emisiones de plomo se originan en fuentes naturales (es decir, la concentración del plomo presente de forma natural), la producción industrial, la incineración y el reciclaje, y la movilización de plomo previamente enterrado. ^{[ 245 ]} En particular, a medida que el plomo se ha ido eliminando de otros usos, en el Sur Global, las operaciones de reciclaje de plomo diseñadas para extraer plomo barato utilizado en la fabricación global se han convertido en una fuente de exposición bien documentada. ^{[ 246 ]} Persisten concentraciones elevadas de plomo en suelos y sedimentos en áreas postindustriales y urbanas; las emisiones industriales, incluidas las derivadas de la quema de carbón, ^{[ 247 ]} continúan en muchas partes del mundo, particularmente en los países en desarrollo. ^{[ 248 ]}

El plomo puede acumularse en los suelos, especialmente en aquellos con alto contenido orgánico, donde permanece durante cientos o miles de años. El plomo ambiental puede competir con otros metales presentes en las superficies de las plantas, inhibiendo potencialmente la fotosíntesis y, en concentraciones suficientemente altas, afectando negativamente el crecimiento y la supervivencia de las plantas. La contaminación de suelos y plantas puede permitir que el plomo ascienda en la cadena alimentaria, afectando a microorganismos y animales. En los animales, el plomo muestra toxicidad en muchos órganos, dañando los sistemas nervioso, renal , reproductivo, hematopoyético y cardiovascular tras la ingestión, inhalación o absorción cutánea. ^{[ 249 ]} Los peces absorben plomo tanto del agua como de los sedimentos; ^{[ 250 ]} la bioacumulación en la cadena alimentaria representa un peligro para los peces, las aves y los mamíferos marinos. ^{[ 251 ]}

El plomo antropogénico incluye el plomo de perdigones y plomos de pesca . Estas son algunas de las fuentes más potentes de contaminación por plomo, junto con los sitios de producción de plomo. ^{[ 252 ]} En 2017, se prohibió el uso de perdigones, balas y plomos de pesca para la caza y la pesca en terrenos administrados por el USFWS, ^{[ 253 ]} pero la prohibición solo estuvo vigente durante un mes. ^{[ 254 ]} Se está considerando una prohibición similar en la Unión Europea. ^{[ 255 ]}

Los métodos analíticos para la determinación de plomo en el medio ambiente incluyen espectrofotometría , fluorescencia de rayos X , espectroscopia atómica y métodos electroquímicos . Se ha desarrollado un electrodo selectivo de iones específico basado en el ionóforo S , S'- metilenobis( N , N -diisobutil ditiocarbamato ). ^{[ 256 ]} Un ensayo de biomarcador importante para la intoxicación por plomo son los niveles de ácido δ-aminolevulínico en plasma, suero y orina. ^{[ 257 ]}

Restricción y remediación

A mediados de la década de 1980, hubo una disminución significativa en el uso de plomo en la industria. ^{[ 258 ]} En los Estados Unidos, las regulaciones ambientales redujeron o eliminaron el uso de plomo en productos que no eran baterías, incluyendo gasolina, pinturas, soldaduras y sistemas de agua. Se instalaron dispositivos de control de partículas en centrales eléctricas de carbón para capturar las emisiones de plomo. ^{[ 247 ]} En 1992, el Congreso de los Estados Unidos exigió a la Agencia de Protección Ambiental que redujera los niveles de plomo en la sangre de los niños del país. ^{[ 259 ]} El uso de plomo se restringió aún más por la Directiva de Restricción de Sustancias Peligrosas de la Unión Europea de 2003 . ^{[ 260 ]} Se produjo una gran disminución en la deposición de plomo en los Países Bajos después de la prohibición nacional de 1993 del uso de perdigones de plomo para la caza y el tiro deportivo: de 230 toneladas en 1990 a 47,5 toneladas en 1995. ^{[ 261 ]} El uso de plomo en Avgas 100LL para aviación general está permitido en la UE desde 2022. ^{[ 262 ]}

En Estados Unidos, el límite de exposición permisible para el plomo en el lugar de trabajo, que comprende plomo metálico, compuestos inorgánicos de plomo y jabones de plomo , se estableció en 50 μg/m³ ^durante una jornada laboral de 8 horas, y el límite del nivel de plomo en sangre en 5 μg por 100 g de sangre en 2012. ^{[ 263 ]} El plomo aún puede encontrarse en cantidades nocivas en la cerámica, ^{[ 264 ]} el vinilo ^{[ 265 ]} (como el que se usa para tuberías y el aislamiento de cables eléctricos) y el latón chino. ^{[ r ]} Las casas antiguas aún pueden contener pintura con plomo. ^{[ 265 ]} La pintura blanca de plomo se ha retirado de la venta en los países industrializados, pero los usos especializados de otros pigmentos como el cromato de plomo amarillo permanecen, ^{[ 267 ]} especialmente en la pintura de marcado de pavimentos de carreteras. ^{[ 268 ]} El desprendimiento de pintura vieja mediante lijado produce polvo que puede ser inhalado. ^{[ 269 ]} Algunas autoridades han ordenado programas de reducción de plomo en propiedades donde viven niños pequeños. ^{[ 270 ]} El uso de plomo en Avgas 100LL para aviación general está generalmente permitido en Estados Unidos desde 2023. ^{[ 271 ]}

Los residuos de plomo, según la jurisdicción y la naturaleza de los mismos, pueden tratarse como residuos domésticos (para facilitar las actividades de eliminación de plomo) ^{[ 272 ]} o como residuos potencialmente peligrosos que requieren tratamiento o almacenamiento especializados. ^{[ 273 ]} El plomo se libera al medio ambiente en los lugares de rodaje y se han desarrollado diversas prácticas de gestión del plomo para contrarrestar la contaminación por plomo. ^{[ 274 ]} La migración del plomo puede verse favorecida en suelos ácidos; para contrarrestar esto, se recomienda tratar los suelos con cal para neutralizarlos y evitar la lixiviación del plomo. ^{[ 275 ]}

Se han realizado investigaciones sobre cómo eliminar el plomo de los biosistemas por medios biológicos: Se están investigando las espinas de pescado por su capacidad para biorremediar el plomo en suelos contaminados. ^{[ 276 ]}^{[ 277 ]} El hongo Aspergillus versicolor es eficaz para absorber iones de plomo de los residuos industriales antes de que se liberen a los cuerpos de agua. ^{[ 278 ]} Se han investigado varias bacterias por su capacidad para eliminar el plomo del medio ambiente, incluidas las bacterias reductoras de sulfato Desulfovibrio y Desulfotomaculum , ambas altamente eficaces en soluciones acuosas. ^{[ 279 ]} El pasto Urochloa ramosa tiene la capacidad de acumular cantidades significativas de metales como plomo y zinc en sus tejidos de tallo y raíz, lo que lo convierte en una planta importante para la remediación de suelos contaminados. ^{[ 280 ]}

Véase también

Derek Bryce-Smith , uno de los primeros activistas contra el plomo en la gasolina en el Reino Unido.
Thomas Midgley Jr. descubrió que la adición de tetraetilo de plomo a la gasolina prevenía el "golpeteo" en los motores de combustión interna.
Clair Cameron Patterson desempeñó un papel fundamental en la prohibición del tetraetilo de plomo en la gasolina en Estados Unidos y de la soldadura de plomo en las latas de alimentos.
Robert A. Kehoe : principal defensor médico del uso de tetraetilplomo como aditivo en la gasolina.

Notas

↑ El alótropo tetraédrico del estaño se denomina estaño α o gris y es estable únicamente a 13,2 °C (55,8 °F) o menos. La forma estable del estaño por encima de esta temperatura se denomina estaño β o blanco y presenta una estructura cúbica centrada en las caras (tetragonal) distorsionada, que se puede obtener comprimiendo los tetraedros del estaño gris a lo largo de sus ejes cúbicos. El estaño blanco posee, en efecto, una estructura intermedia entre la estructura tetraédrica regular del estaño gris y la estructura cúbica centrada en las caras regular del plomo, lo que concuerda con la tendencia general de un carácter metálico creciente al descender en cualquier grupo representativo.^{[ 22 ]}
↑ En 2013 se informó sobreun alótropo de plomo en forma de película delgada cuasicristalina , con simetría pentagonal. El alótropo se obtuvo mediante la deposición de átomos de plomo sobre la superficie de un cuasicristal icosaédrico de plata- indio - iterbio . No se registró su conductividad.^[²³^]^[²⁴^]
↑^{Existen estructuras cúbicas de diamante con parámetros de red cercanos al parámetro de} red del silicio tanto en películas delgadas de plomo y estaño, como en plomo y estaño masivos, recién solidificados en vacío de ~5 × 10⁻⁶Torr. Se presenta evidencia experimental de estructuras casi idénticas de al menos tres tipos de óxidos, lo que demuestra que el plomo y el estaño se comportan como el silicio no solo en las etapas iniciales de cristalización, sino también en las etapas iniciales de oxidación.^[²⁵^]
↑ Inglés británico : caer como un globo de plomo .
↑ La maleabilidad describe la facilidad con la que se deforma bajo compresión, mientras que la ductilidad se refiere a su capacidad de estirarse.
↑ Se puede sumergir un dedo (mojado) en plomo fundido sin riesgo de quemaduras.^{[ 38 ]}
↑ Un número par de protones o neutrones generalmente aumenta la estabilidad nuclear de los isótopos, en comparación con los isótopos con números impares. Ningún elemento con número atómico impar tiene más de dos isótopos estables; los elementos con número atómico par tienen múltiples isótopos estables, siendo el estaño (elemento 50) el que tiene el mayor número de isótopos de todos los elementos, diez.^{[ 42 ]} Véase Núcleos atómicos pares e impares para más detalles.
↑ La vida media hallada en el experimento fue de 1,9 × 10¹⁹ años.^{[ 44 ]} Un kilogramo de bismuto natural tendría un valor de actividad de aproximadamente 0,003 becquerelios (desintegraciones por segundo). En comparación, el valor de actividad de la radiación natural en el cuerpo humano es de alrededor de 65 becquerelios por kilogramo de peso corporal (4500 becquerelios en promedio).^{[ 45 ]}
↑ El tetrafenilplomo es aún más estable térmicamente, descomponiéndose a 270 °C.^{[ 95 ]}
↑ Las abundancias en la fuente se enumeran en relación con el silicio en lugar de en notación por partícula. La suma de todos los elementos por cada 10⁶^partes de silicio es 2,6682 × 10⁶¹⁰ partes; el plomo consta de 3,258 partes.
↑ Las cifras de abundancia elemental son estimaciones y sus detalles pueden variar de una fuente a otra.^{[ 118 ]}
↑ Subproducto gaseoso del proceso de coquización, que contiene monóxido de carbono , hidrógeno y metano ; se utiliza como combustible.
↑ California comenzó a prohibir las balas de plomo para la caza sobre esa base en julio de 2015.^{[ 150 ]}
↑ Por ejemplo, una empresa "...que produce adornos de jardín [de plomo] de calidad desde nuestro taller en el oeste de Londres durante más de un siglo".^{[ 160 ]}
↑ Las posibles lesiones a los usuarios habituales de dichas baterías no están relacionadas con la toxicidad del plomo.^{[ 170 ]}
↑ Consulte^{[ 172 ]} para obtener detalles sobre cómo funciona una batería de plomo-ácido.
↑ Las tarifas varían mucho según el país.^{[ 193 ]}
↑ Una aleación de latón (cobre y zinc) con plomo, hierro, estaño y, a veces, antimonio.^{[ 266 ]}

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Enlaces externos

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[23] El alótropo tetraédrico del estaño se denomina estaño α o gris y es estable únicamente a 13,2 °C (55,8 °F) o menos. La forma estable del estaño por encima de esta temperatura se denomina estaño β o blanco y presenta una estructura cúbica centrada en las caras (tetragonal) distorsionada, que se puede obtener comprimiendo los tetraedros del estaño gris a lo largo de sus ejes cúbicos. El estaño blanco posee, en efecto, una estructura intermedia entre la estructura tetraédrica regular del estaño gris y la estructura cúbica centrada en las caras regular del plomo, lo que concuerda con la tendencia general de un carácter metálico creciente al descender en cualquier grupo representativo.^{[ 22 ]}

[26] En 2013 se informó sobreun alótropo de plomo en forma de película delgada cuasicristalina , con simetría pentagonal. El alótropo se obtuvo mediante la deposición de átomos de plomo sobre la superficie de un cuasicristal icosaédrico de plata- indio - iterbio . No se registró su conductividad.^[²³^]^[²⁴^]

[28] {Existen estructuras cúbicas de diamante con parámetros de red cercanos al parámetro de} red del silicio tanto en películas delgadas de plomo y estaño, como en plomo y estaño masivos, recién solidificados en vacío de ~5 × 10⁻⁶Torr. Se presenta evidencia experimental de estructuras casi idénticas de al menos tres tipos de óxidos, lo que demuestra que el plomo y el estaño se comportan como el silicio no solo en las etapas iniciales de cristalización, sino también en las etapas iniciales de oxidación.^[²⁵^]

[35] Inglés británico : caer como un globo de plomo .

[39] La maleabilidad describe la facilidad con la que se deforma bajo compresión, mientras que la ductilidad se refiere a su capacidad de estirarse.

[44] Se puede sumergir un dedo (mojado) en plomo fundido sin riesgo de quemaduras.^{[ 38 ]}

[49] Un número par de protones o neutrones generalmente aumenta la estabilidad nuclear de los isótopos, en comparación con los isótopos con números impares. Ningún elemento con número atómico impar tiene más de dos isótopos estables; los elementos con número atómico par tienen múltiples isótopos estables, siendo el estaño (elemento 50) el que tiene el mayor número de isótopos de todos los elementos, diez.^{[ 42 ]} Véase Núcleos atómicos pares e impares para más detalles.

[53] La vida media hallada en el experimento fue de 1,9 × 10¹⁹ años.^{[ 44 ]} Un kilogramo de bismuto natural tendría un valor de actividad de aproximadamente 0,003 becquerelios (desintegraciones por segundo). En comparación, el valor de actividad de la radiación natural en el cuerpo humano es de alrededor de 65 becquerelios por kilogramo de peso corporal (4500 becquerelios en promedio).^{[ 45 ]}

[107] El tetrafenilplomo es aún más estable térmicamente, descomponiéndose a 270 °C.^{[ 95 ]}

[112] Las abundancias en la fuente se enumeran en relación con el silicio en lugar de en notación por partícula. La suma de todos los elementos por cada 10⁶^partes de silicio es 2,6682 × 10⁶¹⁰ partes; el plomo consta de 3,258 partes.

[129] Las cifras de abundancia elemental son estimaciones y sus detalles pueden variar de una fuente a otra.^{[ 118 ]}

[153] Subproducto gaseoso del proceso de coquización, que contiene monóxido de carbono , hidrógeno y metano ; se utiliza como combustible.

[163] California comenzó a prohibir las balas de plomo para la caza sobre esa base en julio de 2015.^{[ 150 ]}

[174] Por ejemplo, una empresa "...que produce adornos de jardín [de plomo] de calidad desde nuestro taller en el oeste de Londres durante más de un siglo".^{[ 160 ]}

[185] Las posibles lesiones a los usuarios habituales de dichas baterías no están relacionadas con la toxicidad del plomo.^{[ 170 ]}

[188] Consulte^{[ 172 ]} para obtener detalles sobre cómo funciona una batería de plomo-ácido.

[210] Las tarifas varían mucho según el país.^{[ 193 ]}

[284] Una aleación de latón (cobre y zinc) con plomo, hierro, estaño y, a veces, antimonio.^{[ 266 ]}

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