Blei

Das Element Blei

Das Metall Blei kennt man schon seit dem Altertum. Vor etwa 4 000 Jahren nutzten es bereits die alten Babylonier. Damals prägte man Münzen aus Blei und setzte Schleuderblei ziemlich wirkungsvoll in Steinschleudern ein. Die Alchemisten im Mittelalter dachten, man könne Gold aus Blei herstellen, weil es ähnlich schwer und weich ist. Das hat aber nicht geklappt. Heute weiß man, dass Blei ein eigenständiges chemisches Element ist. Das chemische Symbol $\ce{Pb}$ ist die Abkürzung für plumbum, das lateinische Wort für Blei.

Vorkommen von Blei

Blei ist mit einem Anteil von 0,0018 Prozent in der Erdkruste ein eher seltenes Element. Es gibt zahlreiche Bleierze, also bleihaltige Mineralien. Für die Gewinnung von Blei ist das Galenit, auch bekannt als Bleiglanz, am bedeutendsten. Dabei handelt es sich chemisch gesehen um Bleisulfid ($\ce{PbS}$). Weitere wichtige Bleiminerale sind Cerussit (Bleicarbonat, $\ce{PbCO3}$), Anglesit (Beisulfat, $\ce{PbSO4}$) und Crocoit (Bleichromat, $\ce{PbCrO4}$). Man trifft es an manchen Stellen auch gediegen an, d. h. in elementarer, metallischer Form. Blei wird wirtschaftlich in zahlreichen Ländern aus seinen Erzen gewonnen, auch noch in Deutschland. Hier spielt aber auch das Recycling von Blei aus bleihaltigen Produkten eine wichtige Rolle.

Die Stellung von Blei im Periodensystem

Das Element Blei hat im Periodensystem der Elemente die Ordnungszahl $82$ und steht in der sechsten Periode. Blei gehört zu den Elementen der $\text{IV.}$ Hauptgruppe und ist den Metallen, genauer gesagt den Schwermetallen, zuzuordnen. In chemischen Reaktionen mit anderen Elementen kann Blei zwei oder vier Elektronen abgeben. Seine Oxidationszahlen sind damit $\text{+II}$ und $\text{+IV}$.

Blei – Eigenschaften

Blei gehört mit seiner hohen Dichte, die zwischen der Dichte von Silber und Quecksilber liegt, zu den Schwermetallen. Es hat eine geringe, mit Zinn vergleichbare Härte. Daher ist Blei im festen Zustand relativ weich und schneidbar. Auffällig ist der niedrige Schmelzpunkt von Blei. Da schon eine Kerzenflamme zum Schmelzen ausreicht, nutzt man es zum Bleigießen, einem Spiel, das du möglicherweise von Silvester kennst.
Blei zählt zu den unedlen Metallen. Betrachtet man die elektrochemische Spannungsreihe, stellt man fest, dass das Standardelektrodenpotenzial $E_0$ von Blei negativ ist.

Gewinnung und Herstellung von Blei

Blei wird meist aus dem Erz Galenit – chemisch gesehen ist das Bleisulfid ($\ce{PbS}$) – nach zwei verschiedenen Verfahrensweisen gewonnen.
Das erste Verfahren ist eine sogenannte Röstreduktionsarbeit, die in zwei Schritten verläuft:

• Erster Schritt: Röstarbeit. Dabei reagiert das Erz im Flammofen mit Sauerstoff zu Blei(II)-oxid ($\ce{PbO}$) und Schwefeldioxid ($\ce{SO2}$):
  $\ce{2 PbS + 3 O2 -> 2 PbO + 2 SO2}$

• Zweiter Schritt: Reduktionsarbeit. Das im ersten Schritt gewonnene Bleioxid wird mit Kohlenstoff ($\ce{C}$) unter Bildung von Kohlenstoffmonoxid ($\ce{CO}$) zu Blei reduziert:
  $\ce{PbO + C -> Pb +CO}$
  Das dabei entstehende Kohlenstoffmonoxid reduziert weiteres Bleioxid unter Bildung von Kohlenstoffdioxid ($\ce{CO2}$) zu Blei:
  $\ce{PbO + CO -> Pb +CO2}$

Das zweite mögliche Verfahren, das auch in zwei Verfahrensschritten abläuft, ist die sogenannte Röstreaktionsarbeit:

• Erster Schritt: Röstarbeit. Dabei reagiert das Erz wieder mit Sauerstoff zu Blei(II)-oxid ($\ce{PbO}$) und Schwefeldioxid ($\ce{SO2}$):
  $\ce{2 PbS + 3 O2 -> 2 PbO + 2 SO2}$
  Das dabei entstehende Bleioxid reagiert mit weiterem Bleisulfid unter Bildung von Blei und Schwefeldioxid (Reaktionsarbeit):
  $\ce{PbS + 2 PbO -> 3 Pb + SO2}$

• Zweiter Schritt: Raffination. Das im ersten Schritt gewonnene Blei enthält noch Verunreinigungen, beispielsweise durch andere Metalle. Daher muss das Rohblei noch aufgereinigt werden. Dafür nutzt man die Elektrolyse. Das funktioniert beim unedlen Blei deswegen, weil einerseits dessen Elektrodenpotenzial nur leicht negativ ist und andererseits durch Wasserstoff am Elektrodenmaterial eine hohe Überspannung anliegt. Aufgrund der Überspannung ist das tatsächlich gegebene Elektrodenpotenzial von Wasserstoff negativer als das von Blei. Daher nehmen die Bleiionen an der Kathode die Elektronen auf und werden als reines Blei abgeschieden. Die entscheidende Elektrodenreaktion ist:
  $\ce{Pb^{2+} + 2 e- -> Pb}$

Chemische Reaktionen mit Blei

Reaktion mit Säuren

Blei reagiert weder mit der aggressiven Flusssäure ($\ce{HF}$) noch mit Salzsäure ($\ce{HCl}$) oder Schwefelsäure ($\ce{H2SO4}$). Der Grund dafür liegt darin, dass in diesen Fällen Blei durch den Effekt der Passivierung geschützt ist. Das bedeutet, dass an der Oberfläche gebildetes Bleioxid alle weiteren Reaktionen verhindert. Allerdings reagiert Blei mit Salpetersäure ($\ce{HNO3}$) und auch mit Essigsäure ($\ce{CH3COOH}$) unter Bildung von wasserlöslichen Salzen.

Reaktion mit Basen

Blei reagiert unter Normalbedingungen nicht mit Basen bzw. Laugen. Nur mit heißer Natronlauge ($\ce{NaOH}$) reagiert es und löst sich darin auf.

Reaktionen mit Sauerstoff und Schwefel

• Blei reagiert mit dem Sauerstoff der Luft zu Blei(II)-oxid ($\ce{PbO}$), wobei Blei(II)-oxid weiter reagieren kann zu Blei(II,IV)-oxid ($\ce{Pb3O4}$).
  $\ce{2 Pb + O2 -> 2 PbO}$
  $\ce{6 PbO + O2 -> 2 Pb3O4}$
  In der letztgenannten Verbindung $\ce{Pb3O4}$ liegt Blei in beiden möglichen Oxidationsstufen $\text{+II}$ und $\text{+IV}$ vor. Diese Verbindung ist auch unter dem Namen Mennige oder Bleimennige bekannt.
• Bei der Reaktion mit Sauerstoff und Wasser entsteht Blei(II)-hydroxid ($\ce{Pb(OH)2}$):
  $\ce{2 Pb + O2 + 2 H2O -> 2 Pb(OH)2}$
• Blei reagiert auch gut mit Schwefel. In diesem Fall entsteht Blei(II)-sulfid ($\ce{PbS}$):
  $\ce{Pb + S -> PbS}$

Reaktionen mit Halogenen

Die Reaktionen von Blei mit den Halogenen $\ce{F2}$, $\ce{Cl2}$, $\ce{Br2}$ und $\ce{I2}$ zu den entsprechenden Blei(II)-halogeniden ($\ce{PbF2}$, $\ce{PbCl2}$, $\ce{PbBr2}$ und $\ce{PbI2}$) kann man zusammenfassend beschreiben, wenn man $\ce{X2}$ für die Halogene einsetzt:

$\ce{Pb + X2 -> PbX2}$

Die Verwendung von Blei und Bleiverbindungen

• Für den Strahlenschutz dient Blei zur Abschirmung von radioaktiver Strahlung oder Röntgenstrahlung. Vielleicht musstest du schon einmal beim Röntgen eine Bleischürze anlegen.
• Blei findet man in Legierungen, unter anderem im niedrig schmelzenden woodschen Metall, einer Legierung aus den Metallen Bismut, Blei, Cadmium und Zink.
• Blei kommt in bestimmten Akkus und in Autobatterien vor.
• In der Chemieindustrie werden bestimmte Gefäße mit Blei ausgekleidet.
• Jahrelang setzte man Blei in der Typografie (Druckerei) zur Herstellung von Lettern ein. Bei den beweglichen Buchstaben spricht man noch heute vom Bleisatz.
• Blei wird in der Militärtechnik zur Herstellung von Projektilen eingesetzt.
• Eine Reihe von Bleiverbindungen wurde früher in der Farbindustrie als Pigmente verwendet, beispielsweise Blei(II)-oxid, Mennige ($\ce{Pb3O4}$) oder Bleichromat ($\ce{PbCrO4}$). Diese sind jedoch allesamt giftig, daher werden sie heute kaum noch verwendet.
• Blei(IV)-oxid ($\ce{PbO2}$) wird als Elektrodenmaterial eingesetzt.
• Bleiazid ($\ce{Pb(N3)2}$) wird als Initialsprengstoff verwendet.
• Tetraethylblei ($\ce{Pb(C2H5)4}$) wurde früher in Kraftfahrzeugen als Antiklopfmittel eingesetzt. Erhalten geblieben ist es im Flugzeugbenzin.

Obwohl durch die Giftigkeit vieler Bleiverbindungen einige Anwendungen aufgegeben wurden, haben Blei und einige seiner Verbindungen weiterhin eine wichtige technische Bedeutung.

Ausblick – das lernst du nach Blei

Steige ein in das Thema Zinn oder erweitere dein Wissen über Eigenschaften der Metalle. So kannst du dein chemisches Verständnis vertiefen und den Zusammenhang zwischen Alltagsmaterialien und Chemie erkunden!

Du findest hier auch Übungen und Arbeitsblätter. Beginne mit den Übungen, um gleich dein umfangreiches Wissen über Blei aus dem Video zu testen.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Blei