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Blei 10:32 min

Textversion des Videos

Transkript Blei

Guten Tag und herzlich willkommen. In diesem Video geht es um das chemische Element Blei. Der Film gehört zur Reihe Elemente. An Vorkenntnissen solltet ihr gut wissen, was Säuren, Basen und Salze sind. Im Video möchte ich euch einen Überblick über das chemische Element Blei und seine Verbindungen geben. Der Film ist achtgeteilt. 1. Ein Metall des Altertums 2. Stellung im Periodensystem der Elemente 3. Eigenschaften 4. Herstellung 5. Reaktionen 6. Verbindungen 7. Verwendung 8. Zusammenfassung   1. Ein Metall des Altertums Wenn Blei ein Metall des Altertums ist, so erübrigt sich die Frage nach seinem Entdecker. Es gibt keinen, oder wir kennen ihn nicht. Ganz sicher weiß man heute, dass bereits im antiken Rom Blei benutzt wurde. Und auch in Babylon war das Blei kein unbekanntes Metall. Verwendet wurde das Blei unter anderem für Münzen und Schleudern. Eine mittelalterliche Szene wurde uns im Roman "Schatten über Nôtre Dame" vermittelt. Quasimodo, der Glöckner, benutzte flüssiges Blei, um Nôtre Dame vor Angreifern zu verteidigen. 2. Stellung im Periodensystem der Elemente Im Periodensystem der Elemente befindet sich das Blei an dieser Stelle. Es gehört zur 4. Hauptgruppe. Blei ist ein typisches Metall. Es hat die Oxidationszahlen +2 und +4. Sein chemisches Symbol ist Pb. 3. Eigenschaften Blei ist ein bläulich-weißes Metall. Der Brocken oben rechts ist leider schon etwas anoxidiert. Blei ist unedel. Sein Standardelektronenpotenzial ist leicht negativ. Blei ist ein Schwermetall. Seine Dichte beträgt 11,3 g/cm3. Die Dichte ist höher, als die Dichte des Silbers, doch niedriger als die Dichte des Quecksilbers. Blei schmilzt mit 327 °C relativ niedrig. Es schmilzt höher als Zinn, doch niedriger als Zink. Es ist ein weiches Metall, besitzt eine Mohshärte von 1,5. Blei ist etwa so hart wie Zinn, aber weicher als Zink. 4. Herstellung Blei kommt mit 0,0018 % relativ selten in der Erdhülle vor. Es gibt einige wichtige Minerale des Bleis, die auch zu seiner Gewinnung genutzt werden. Galenit, das ist Bleisulfit. Cerussit: Bleikarbonat.  Anglesit: Bleisulfat. Crocoit: Bleichromat. Die Herstellung kann auf verschiedenen Wegen erfolgen, ich möchte hier zwei nennen. Einmal durch Röstreduktionsarbeit. Zunächst reagiert Bleisulfit mit Sauerstoff. Es bilden sich Blei(II)-oxid und Schwefeldioxid. Das ist die Röstarbeit. Weiter reagiert Blei(II)-oxid mit Kohlenstoff zu Blei und Kohlenstoffmonoxid. Außerdem kann Blei(II)-oxid mit Kohlenstoffmonoxid reagieren. Es wird reduziert zu Blei und Kohlenstoffdioxid entsteht. Hier wird Reduktionsarbeit verrichtet. Eine zweite Möglichkeit gelingt durch Röstreaktionsarbeit. Die Röstung im ersten Schritt findet hier wie oben statt. Anschließend reagiert Bleisulfit mit Bleioxid, es entsteht Blei und Schwefeldioxid wird frei. Das erhaltene Blei ist noch nicht rein, es muss raffiniert werden. Dafür bedient man sich verschiedener Reinigungsverfahren. Am Ende steht häufig die Elektrolyse. Obwohl es unedel ist, scheidet sich Blei an der Kathode ab. Die Ursache dafür ist die Überspannung des Wasserstoffs. 5. Reaktionen Blei reagiert mit dem Sauerstoff der Luft zu Blei(II)-oxid. Blei(II)-oxid kann weiterreagieren und es entsteht Blei(II,IV)-oxid. Bei der Reaktion mit Sauerstoff und Wasser entsteht Blei(II)-hydroxid. Blei reagiert gut mit Schwefel. Es entsteht Bleisulfid. Außerdem tritt es in Reaktion mit den Halogenen Fluor, Chlor, Brom und Iod. Es entsteht das entsprechende Bleihalogenid. Konkreter und genauer schreibt man für die beiden letzten Reaktionsprodukte Blei(II)-sulfid und Blei(II)-halogenid. Wie reagiert Blei mit Säuren? Man kann es gerne mit Flusssäure, Salzsäure und Schwefelsäure probieren. Eine vernünftige Reaktion wird in keinem der Fälle stattfinden. Die Metalloberfläche wird durch die durch die Reaktion gebildeten Salze passiviert. Die Reaktion kommt zum Erliegen. Reagiert nun Blei gar nicht mit Säuren? Mit Salpetersäure und mit Essigsäure in Gegenwart von Sauerstoff finden Reaktionen statt. Es bilden sich wasserlösliche Salze, das Metall bleibt ungeschützt. Wie sieht es nun mit Basen aus? Bei Raumtemperatur hat man damit keinen Erfolg. Heiße Natronlauge hingegen greift Blei an. 6. Verbindungen Eine Reihe von Bleiverbindungen wurde früher in der Farbindustrie als Pigmente verwendet. Z. B. Blei(II)-oxid, Mennige: Pb3O4, oder Bleichromat: PbCrO4. Sie sind jedoch alle giftig. Daher werden sie im europäischen Raum kaum noch verwendet. Blei(IV)-oxid hingegen findet große Anwendung als Elektrodenmaterial.

Eine wichtige Bleiverbindung ist Bleiazid: Pb(N3)2, es wird als Initialsprengstoff verwendet. Tetraethylblei wurde früher in Kraftfahrzeugen als Antiklopfmittel eingesetzt. Erhalten geblieben ist es im Flugzeugbenzin.   7. Verwendung Blei findet man in Legierungen, unter anderem im niedrig schmelzenden Woodschen Metall. In Akkumulatoren und Autobatterien findet man Blei. Wichtig ist es beim Strahlenschutz, z. B. beim Röntgen. In der Chemieindustrie zum Auskleiden bestimmter Gefäße. Blei wird in der Militärtechnik eingesetzt, unter anderem zur Herstellung von Projektilen. Als Lagermetall, um die Reibungseigenschaften zu verbessern. Jahrelang fand man Blei in der Typographie zur Herstellung von Lettern. Heute versucht man, es durch andere Möglichkeiten zu ersetzen.   8. Zusammenfassung Das Metall Blei besitzt große volkswirtschaftliche Bedeutung. Obwohl durch die Giftigkeit von Bleiverbindungen einige Anwendungen aufgegeben wurden, bleibt sein massenhafter Einsatz auch in Zukunft bestehen.   Dankeschön für eure Aufmerksamkeit. Ich wünsche euch alles Gute. Auf Wiedersehen.                          

Blei Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Blei kannst du es wiederholen und üben.

  • Charakterisiere das Element Blei.

    Tipps

    Der lateinische Name von Blei ist Plumbum.

    Elemente der vierten Hauptgruppe haben vier Außenelektronen.

    Sie können also höchstens vier Elektronen abgeben.

    Lösung

    Schaut man in ein Periodensystem der Elemente, so erkennt man, dass Blei zur Kohlenstoff- und somit zur vierten Hauptgruppe gehört. Sein Formelzeichen Pb lässt sich vom lateinischen Wort Plumbum ableiten. Aus einigen Periodensystemen kann man entnehmen, dass Blei zu den Metallen gehört. Gekennzeichnet wird dies durch verschiedene Farben. Ebenfalls wichtig sind die Oxidationszahlen, die das Element haben kann. Bei Blei sind es +2 und +4.

  • Nenne wichtige Eigenschaften von Blei.

    Tipps

    Die Dichte hat das Formelzeichen: $\rho$.

    Lösung

    Eine wichtige Eigenschaft von Blei ist die Dichte $(\rho)$. Sie ist mit $11,3 ~g/cm^3$ hoch. Daraus resultiert, dass Blei zu den Schwermetallen gehört.
    Im Gegensatz dazu ist die Moshärte mit einem Wert von $1,5$ recht gering. Damit wird angezeigt, dass Blei ein weiches Metall ist.
    Für ein Metall schmilzt es schon bei relativ niedrigen Temperaturen, bei $327~°C$.
    Zum Schluss bleibt noch das Standardelektrodenpotential ($E_0$), welches mit einem Wert von $-0,13~V$ leicht negativ ist. Somit ist Blei ebenso wie Aluminium, Zink und Eisen unedel.

  • Erkläre die Funktionsweise eines Bleiakkus.

    Tipps

    Um auszugleichen, musst du die jeweilige Anzahl der Atome auf beiden Seiten des Reaktionspfeils beachten.

    Der Minuspol ist beim Entladen die Anode. Dies ist der Ort der Oxidation.

    Lösung

    Mit Hilfe der Reaktionsgleichungen soll nachvollzogen werden, wie der Bleiakku elektrische Energie erzeugt. Dafür betrachten wir zuerst den Pluspol.
    Vorhanden sind bereits die zwei Elektronen und das Sulfat-Ion. Bekannt ist auch, dass Bleisulfat $(PbSO_4)$ entstehen soll. Da links vom Reaktionspfeil nur ein Schwefelatom steht und rechts vom Reaktionspfeil ebenfalls nur eines stehen darf, ist dies auch die Lösung. Nun wissen wir, dass bei den Produkten nur ein Bleiatom zu finden ist. Somit darf bei den Edukten ebenfalls nur eines vorhanden sein und es ergibt sich als Lösung $PbO_2$. Auf der rechten Seite vom Reaktionspfeil sind 12 Wasserstoffatome zu zählen. Bekannt ist bereits, das Hydronium-Ionen ($H_3O^+$) an der Reaktion beteiligt sind. Aus diesen Zahlen (12:4) ergibt sich die Lösung für die letzte Lücke: $4~H_3O^+$.

    Am Minuspol reagieren nur Blei und Sulfat-Ionen. Um diese Reaktionsgleichung aufzustellen, kann ähnlich vorgegangen werden wie bei der ersten Reaktionsgleichung: Man betrachtet erst die Anzahl der Bleiatome bei den Produkten und dann bei den Edukten. Nachdem dasselbe mit den Schwefelatomen erfolgt ist, trägt man als zweites Edukt $2~e^-$ ein. Es sind die Elektroden, welche in Gleichung eins zuvor verbraucht wurden.

    $Pb + {SO_4}^{2-} \longrightarrow~PbSO_4 + 2~e^-$

    Die letzte Reaktionsgleichung ergibt sich durch die Betrachtung der ersten beiden Reaktionsgleichungen und durch die Vervollständigung der Gesamtgleichung. Somit ergibt sich:

    $Pb + PbO_2 + 2~H_2SO_4 \longrightarrow~2~PbSO_4 + 2~H_2O$.

  • Gib Verwendungsmöglichkeiten von Blei an.

    Tipps

    Blei kommt sowohl in der Automobilindustrie als auch in der Medizin zum Einsatz.

    Werden Bleifarben heute noch verwendet?

    Lösung

    Blei ist ein wichtiger Bestandteil der Medizin, denn er bietet Schutz vor Strahlung beim Röntgen. Diese Funktion ist bereits bei geringer Dicke gegeben. Ebenfalls von Vorteil ist, dass dieses Material gut verformbar ist.

    Ein größerer Anwendungsbereich für das Element Blei ist die Technik. So kommt es auch beim Militär in Projektilen zum Einsatz. Neben Legierungen und Lagermetallen findet man Blei auch in Akkumulatoren (also Batterien). Neben Blei ist Schwefelsäure eine weitere Komponente eines Bleiakkus.

  • Bestimme die Namen der Bleiverbindungen.

    Tipps

    Carbonate sind Salze der Kohlensäure.

    Sulfate sind Salze der Schwefelsäure.

    Lösung

    $PbS$ kommt in der Natur sehr häufig in Form des Minerals Galenit vor. Es ist schwarz, fest und nur schwer löslich in Wasser. Ein weiteres Mineral ist das Blei(II)-carbonat, auch bekannt als Cerussit. Dieser Stoff mit der Formel $PbCO_3$ ist ebenfalls fest, aber weiß und giftig. Das dritte Mineral ist Anglesit, welches auch Blei(II)-sulfat ($PbSO_4$) genannt wird. Es ist ein festes, kristallines Salz der Schwefelsäure. Das letzte Mineral nennt sich Crocoit und wird auch als Blei(II)-Chromat ($PbCrO_4$) bezeichnet. Es ist fest und fast nicht in Wasser zu lösen.

  • Formuliere Reaktionsgleichungen von Blei mit Säuren.

    Tipps

    Du hast richtig ausgeglichen, wenn auf beiden Seiten des Reaktionspfeils dieselbe Anzahl der jeweiligen Atome steht.

    Bei der Reaktion von Blei mit Salpetersäure entsteht unter anderem Stickstoffmonoxid.

    Lösung

    Zu den wenigen Säuren, die mit Blei reagieren, gehören Essigsäure und Salpetersäure.

    Erstere reagiert bei Anwesenheit von Sauerstoff mit Blei. Dabei wird zuerst Blei(II)-oxid gebildet. Von der Zahl in diesem Namen lässt sich die Oxidationsstufe ableiten: +2. Da Sauerstoff (fast) immer die Oxidationszahl -2 hat und die Summe Null ergeben muss, lautet die Formel des Produktes $PbO$.
    Bei der zweiten Reaktionsgleichung sind bereits ein Edukt (1 Mol Blei(II)-oxid) und ein Produkt (1 mol Bleiacetat) vorgegeben. Zuerst betrachten wir das Acetat. Aus ihm ist zu entnehmen, dass zwei Acetat-Ionen vorliegen. Somit müssen zwei Mol Essigsäure an der Reaktion beteiligt sein und als Lösung für die Lücke bei den Edukten ergibt sich $2~CH_3COOH$. Nun betrachten wir die Sauerstoff- und Wasserstoffatome. Auf der Seite der Edukt sind acht Wasserstoff- und fünf Sauerstoffatome zu zählen. Bei den Produkten zählt man sechs Wasserstoff- und vier Sauerstoffatome. Daraus ergibt sich, dass als Nebenprodukt ein Mol Wasser $(H_2O)$ entstehen muss.

    Salpetersäure kann auf zwei Weisen mit Blei reagieren. Bei der Ersten reagiert sie direkt mit Blei, wobei sich das Nitrat, Wasser und Stickstoffmonoxid bilden. Bei Variante b) reagiert die Säure mit Blei(II)-oxid zu Blei(II)-nitrat. Die Formel der Salpetersäure lautet $HNO_3$. Da das Hauptprodukt keine Wasserstoffatome enthält und in dem einen Wassermolekül zwei enthalten sind, muss die Lücke bei den Edukten mit $2~HNO_3$ gefüllt werden. Blei(II)-acetat setzt sich zusammen aus einem Bleiatom und zwei Nitrationen $(Pb(NO_3)_2)$.