chumbo

Chumbo

O chumbo (do latim plumbum) é um elemento químico de símbolo Pb , número atómico 82 (82 prótons e 82 elétrons), com massa atómica igual a 207,2 u, pertencente ao grupo 14 da classificação periódica dos elementos químicos. À temperatura ambiente, o chumbo encontra-se no estado sólido.

É um metal tóxico, pesado, macio, maleável e pobre condutor de eletricidade. Apresenta coloração branco-azulada quando recentemente cortado, porém adquire coloração acinzentada quando exposto ao ar. É usado na construção civil, baterias de ácido, em munição, proteção contra raios-X , e forma parte de ligas metálicas para a produção de soldas, fusíveis, revestimentos de cabos elétricos, materiais antifricção, metais de tipografia, etc. O chumbo tem o número atômico mais elevado entre todos os elementos estáveis.

É um metal conhecido e usado desde a antiguidade. Suspeita-se que este metal já fosse trabalhado há 7000 anos.

TálioChumboBismuto
Sn
Pb  
 
 

Tabela Periódica
Geral
Nome, símbolo, número Chumbo, Pb, 82
Classe , série química Metal , representativo(família do carbono)
Grupo, periodo, bloco 14, 6 , p
Densidade, dureza 11340 kg/m3, 1,5
Cor e aparência Branco azulado
Propriedades atômicas
Massa atómica 207,2(1) u
Raio médio 180 pm
Raio atómico calculado 154 pm
Raio covalente 147 pm
Raio de van der Waals 202 pm
Configuração electrónica [Xe]4f14 5d10 6s2 6p2
Estados de oxidação (Óxido) 4, 2 ( anfótero )
Estrutura cristalina Cúbica de face centrada
Propriedades físicas
Estado da matéria Sólido
Ponto de fusão 600,61 K
Ponto de ebulição 2022 K
Entalpía de vaporização 177,7 kJ/mol
Entalpía de fusão 4,799 kJ/mol
Pressão de vapor 4,21 x 10–7 Pa a 600 K
Velocidade do som 1260 m/s a 293,15 K
Informações diversas
Eletronegatividade 2,33 (Pauling)
Calor específico 129 J/(kg·K)
Condutividade elétrica 4,81 x 106 m-1·Ω-1
Condutividade térmica 35,3 W/(m·K)
Potencial de ionização 715,6 kJ/mol
Potencial de ionização 1450,5 kJ/mol
Potencial de ionização 3081,5 kJ/mol
Potencial de ionização 4083 kJ/mol
Potencial de ionização 6640 kJ/mol
Isótopos mais estáveis
iso. AN Meia-vida MD ED MeV PD
202Pb Sintético 52500 a α
ε
2,598
0,050
198Hg
202Tl
204Pb 1,4% >1,4 x 1017 anos α 2,186 200Hg
205Pb Sintético 1,53 x 107 anos ε 0,051 205Tl
206Pb 24,1% Pb é Isótopo estável com 124 neutrons
207Pb 22,1% Pb é estavel com 125 neutrons
208Pb 52,4% Pb é estável com 126 neutrons
210Pb Sintético 22,3 anos α
β
3,792
0,064
206Hg
210Bi
Unidades SI e CNPT exceto onde indicado o contrário.

Índice

[esconder]

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Características principais

O chumbo é um metal pesado (densidade relativa de 11,4 a 16ºC), de coloração branca-azulada, tornando-se acinzentado quando exposto ao ar. Muito macio , altamente maleável, baixa condutividade elétrica e altamente resistente à corrosão. O chumbo se funde com facilidade (327,4ºC), com temperatura de vaporização a 1725ºC. Os estados de oxidação que pode apresentar são 2 e 4. É relativamente resistente ao ataque dos ácidos sulfúrico e clorídrico, porém se dissolve lentamente em ácido nítrico. O chumbo é um anfótero, já que forma sais de chumbo dos ácidos, assim como sais metálicos do ácido plúmbico. O chumbo forma muitos sais, óxidos e compostos organolépticos.

 Aplicações

O mais amplo uso do chumbo é na fabricação de acumuladores. Outras aplicações importantes são na fabricação de forros para cabos, elemento de construção civil, pigmentos, soldas suaves e munições. A fabricação de chumbo tetra etílico (TEL) vem caindo muito em função de regulamentações ambientais cada vez mais restritivas no mundo no que se diz respeito à sua principal aplicação que é como aditivo na gasolina. No caso do Brasil desde 1978 este aditivo deixou de ser usado como antidetonante.

Têm-se desenvolvido varios compostos organoplúmbicos para aplicações como catalisadores na fabricação de espumas de poliuretano, como tóxico para as pinturas navais com a finalidade de inibir a incrustação nos cascos, agentes biocidas contra as bactérias granpositivas, proteção da madeira contra o ataque das brocas e fungos marinhos, preservadores para o algodão contra a decomposição e do mofo, agentes molusquicidas, agentes antihelmínticos, agentes redutores do desgaste nos lubrificantes e inibidores da corrosão do aço.

Graças a sua excelente resistência a corrosão, o chumbo encontra muitas aplicações na indústria de construção e, principalmente, na indústria química. É resistente ao ataque de muitos ácidos, porque forma seu próprio revestimento protetor de óxido. Como conseqüência desta característica, o chumbo é muito utilizado na fabricação e manejo do ácido sulfúrico.

Durante muito tempo se tem empregado o chumbo como manta protetora para os aparelhos de raio-X. Em virtude das aplicações cada vez mais intensas da energia atômica, torna-se cada vez mais importante as aplicações do chumbo como blindagem contra a radiação.

Sua utilização como forro para cabos de telefone e de televisão segue sendo uma forma de emprego adequada para o chumbo. A ductilidade única do chumbo o torna particularmente apropriado para esta aplicação, porque pode ser estirado para formar um revestimento contínuo em torno dos condutores internos.

O uso de chumbo em pigmentos tem sido muito importante, porém a sua utilização tem diminuído muito. O pigmento, que contém este elemento, é o branco de chumbo, 2PbCO3 .Pb(OH)2; outros pigmentos importantes são o sulfato básico de chumbo e os cromatos de chumbo.

Utiliza-se uma grande variedade de compostos de chumbo, como os silicatos, os carbonatos e os sais de ácidos orgânicos, como estabilizadores contra o calor e a luz para os plásticos de cloreto de polivinila (PVC). Usam-se silicatos de chumbo para a fabricação de vidros e cerâmicas. O nitreto de chumbo, Pb(N3)2, é um detonador padrão para os explosivos. Os arseniatos de chumbo são empregados em grande quantidades como inseticidas para a proteção dos cultivos. O litargírio (óxido de chumbo) é muito empregado para melhorar as propriedades magnéticas dos imãs de cerâmica de ferrita de bário.

O chumbo forma ligas com muitos metais e, em geral, é empregado nesta forma na maior parte de suas aplicações. Todas as ligas metálicas formadas com estanho, cobre, arsênio, antimônio, bismuto, cádmio e sódio apresentam importantes aplicações industriais (soldas, fusíveis, material de tipografia , material de antifricção, revestimentos de cabos elétricos, etc.).

Uma mistura de zirgonato de chumbo e de titanato de chumbo, conhecida como PZT, está sendo posta no mercado como um material piezoelétrico.

 História

O chumbo está sendo usado pelos humanos por, pelo menos, 7000 anos, porque era (e continua sendo) muito difundido na natureza e de fácil extração. Também é fácil de ser trabalhado por ser altamente maleável, ductil e de baixo ponto de fusão.

O chumbo foi mencionado no “Livro do Exodus”. A peça mais antiga de chumbo descoberta pelos arqueólogos data de 3800 a.C. e, está guardada no Museu Britânico. Por volta de 3000 a.C. há evidências que os Chineses já produziam este metal. Há indícios, também, que os fenícios exploravam o chumbo em 2000 a.C. Encanamentos de chumbo com as insígnias de imperadores romanos, de 300 a.C, ainda estão em serviço. Os alquimistas achavam que o chumbo era o mais velho dos metais e associavam este metal ao planeta Saturno. A partir de 700 d.C. os alemães iniciaram a exploração deste metal, juntamente com a da prata, nas minas existentes nas montanhas de Hartz, no vale do vale do Reno e na Boêmia a partir do século XIII. Na Grã-Bretanha, a partir do século XVII, principalmente nas regiões de Derbyshire e Gales as indústrias de fundições deste metal prosperaram.

O símbolo “Pb” do chumbo é uma abreviatura do nome latino “plumbum”.

 Ocorrência e obtenção

Minério de chumbo

Minério de chumbo

O chumbo raramente é encontrado no seu estado elementar. O mineral de chumbo mais comum é o sulfeto denominado de galena (com 86,6% deste metal) . Outros minerais de importância comercial são o carbonato ( cerusita) e o sulfato (anglesita), que são mais raros. Geralmente é encontrado com minerais de zinco, prata e, em maior abundância, de cobre. Também é encontrado chumbo em vários minerais de urânio e de tório, já que vem diretamente da desintegração radioativa destes radioisótopos. Os minerais comerciais podem conter pouco chumbo (3%), porém o mais comum é em torno de 10%. Os minerais são concentrados até alcançarem um conteudo de 40% ou mais de chumbo antes de serem fundidos.

Através da ustulação do minério de chumbo, galena, obtém-se como produto o óxido de chumbo que, num alto forno, é reduzido com a utilização de coque, fundente e óxido de ferro. O chumbo bruto obtido é separado da escória por flotação. A seguir, é refinado para a retirada das impurezas metálicas, que pode ser por destilação. Desta forma pode-se obter chumbo com uma pureza elevada (99,99%).

Os principais depósitos de minérios de chumbo estão localizados nos EUA , Austrália, Canadá, Peru, México, Bolívia, Argentina, África do Sul, Zâmbia, Espanha, Suécia, Alemanha, Itália e Sérvia, sendo os principais produtores os Estados Unidos, Austrália, Canadá, Peru e México

 Isótopos

O chumbo tem 4 isótopos naturais estáveis que, com a respectiva abundância natural, são: Pb-204 (1.4%), Pb-206 (24.1%), Pb-207 (22.1%) e Pb-208 (52.4%). O Pb-206, Pb-207 e o Pb-208 são os produtos finais de uma complexa cadeia de decaimento que se inicia com o U-238, U-235 e Th– 232, respectivamente. As correspondentes meias-vida destes esquemas de decaimento são : 4.47 x 109, 7.04 x 108 e 1.4 x 1010 anos, respectivamente. Cada um deles é documentado em relação ao 204Pb, o único isótopo natural radioativo, que devido a sua longa meia-vida pode ser considerado estável. As escalas de relações isotópicas para a maioria de materiais naturais são 14.0-30.0 para Pb-206/Pb-204, 15.0-17.0 para Pb-207/Pb-204 e 35.0-50.0 para Pb-208/Pb-204, embora numerosos exemplos fora destas escalas sejam relatados na literatura.

 Precauções

O chumbo pode ser encontrado na água potável através da corrosão de encanamentos de chumbo. Isto é comum de ocorrer quando a água é ligeiramente ácida Este é um dos motivos para os sistemas de tratamento de águas públicas ajustarem o pH das águas para uso doméstico. O chumbo não apresenta nenhuma função essencial conhecida no corpo humano. É extremamente danoso quando absorvido pelo organismo através da comida, ar ou água.

O chumbo pode causar vários efeitos indesejáveis, tais como:

  • Perturbação da biosíntese da hemoglobina e anemia;
  • Aumento da pressão sanguínea;
  • Danos aos rins;
  • Abortos;
  • Alterações no sistema nervoso;
  • Danos ao cérebro;
  • Diminuição da fertilidade do homem através de danos ao esperma;
  • Diminuição da aprendizagem em crianças;
  • Modificações no comportamento das crianças, como agressão, impulsividade e hipersensibilidade.

O chumbo pode atingir o feto atraves da placenta da mãe, podendo causar sérios danos ao sistema nervoso e ao cérebro da criança .

O seu uso durante o Império Romano em encanamentos de água (e seu sal orgânico, acetato de chumbo, conhecido como “açúcar de chumbo”, usado como adoçante em vinhos) é considerado por alguns como causa da demência que afetou muitos dos imperadores romanos.

Devido à elevada toxicidade do chumbo e dos seus compostos, ações para prevenir e reparar contaminações ambientais são comuns nos tempos atuais. Materiais e dispositivos que contém chumbo não podem ser descartados ao ambiente. Devem ser reciclados.

A reciclagem por sua vez trata-se de um processo com desafios muito grandes a serem enfrentados diante dos resíduo gerado durante o processo de reciclagem. No caso da reciclagem das baterias automotivas por exemplo, primeiro, os componentes das baterias (plástico e metal) são separados hidraulicamente. Depois, o metal é fundido.

Ao longo desse trabalho, ocorrem emissões de gases e efluentes, ambos contaminados com o chumbo. Muito tem-se desenvolvido para reduzir ao máximo essas contaminações e minimizar o impacto desse processo. Também ocorre a geração de escória ao longo do processo. Estima-se que de cada tonelada de metal reaproveitada são gerados cerca de 150 a 300 quilos de resíduo sólido contaminado com chumbo. Uma das opções que se tem pensado como solução para este segundo caso é o uso deste resíduo no lugar da brita após tratamento adicional de imobilização do metal.

Toxicologia

Vias de exposição

As principais vias de exposição são a oral, inalatória e cutânea. A ingestão é a principal via de exposição para a população em geral, sendo especialmente importante nas crianças. No caso da exposição ocupacional a via de maior importância é a inalação. Contudo, os efeitos tóxicos são os mesmos, qualquer que seja a via de exposição. A via cutânea tem apenas um papel importante na exposição ao chumbo orgânico. Outra via de exposição que pode influenciar os níveis de chumbo na corrente sanguínea é a endógena. Uma vez absorvido, o chumbo pode ser armazenado no tecido mineralizado (ossos e dentes) por longos períodos. Quando há necessidades de cálcio esse chumbo pode ser novamente libertado na corrente sanguínea; isto acontece sobretudo na gravidez, lactação e osteoporose e é especialmente perigoso para o feto em desenvolvimento.

Toxicocinética

A absorção do chumbo depende do estado físico e químico do metal e é influenciada pela idade, estado fisiológico e nutricional e factores genéticos. Nos adultos, 5 a 15% do chumbo ingerido é absorvido no tracto gastrointestinal, enquanto nas crianças essa absorção pode ultrapassar os 50%. A absorção de partículas de chumbo após inalação envolve a deposição das partículas no tracto respiratório e a sua absorção e clearance para a circulação. A via de absorção tem pouco efeito na distribuição do chumbo. O chumbo absorvido é transportado pelo sangue e distribuído por três compartimentos: • Sangue; • Tecidos mineralizados (ossos e dentes); • Tecidos moles (fígado, rins, pulmões, cérebro, baço, músculos e coração). Mais de 90% do chumbo no sangue encontra-se nos glóbulos vermelhos. O tempo de semi-vida do chumbo no sangue varia entre 28 a 36 dias. Os ossos e dentes dos adultos contêm cerca de 94% da quantidade total de chumbo no organismo; nas crianças, esta quantidade é de aproximadamente 73%. As maiores acumulações de chumbo nos tecidos moles encontram-se no fígado e rins. O tempo de semi-vida do chumbo nos tecidos moles é de 40 dias. O chumbo orgânico pode ser metabolizado a chumbo inorgânico pelo sistema hepático citocromo P450. O chumbo inorgânico não é metabolizado, no entanto pode sofrer conjugação com a glutationa. Aproximadamente 90% do chumbo é eliminado pelas fezes antes de ser absorvido. O chumbo absorvido é excretado pela urina (76%), fezes (16%), cabelos, unhas e suor (8%), independentemente da via de exposição. Geralmente a excreção do chumbo é extremamente lenta o que favorece a sua acumulação no organismo.

 Mecanismos de toxicidade

Dos vários órgãos afectados pelo chumbo o mais importante é o sistema nervoso central (SNC). Muita da sua toxicidade no SNC pode ser atribuída à alteração de enzimas e proteínas estruturais, mas existem outros alvos. O chumbo é um catião divalente que se liga aos grupos sulfidrilo das proteínas e interfere com a formação da mielina, a integridade da barreira hematoencefálica, a síntese de colagénio e a permeabilidade vascular. Em doses elevadas pode levar a edema e hemorragia cerebrais. No cérebro, o cálcio é um componente crítico de numerosas funções bioquímicas e metabólicas e o chumbo tem a capacidade de mimetizar e competir com o cálcio alterando essas funções: bloqueia a entrada de cálcio para os terminais nervosos, inibe as ATPases do cálcio, sódio e potássio, afectando o transporte membranar, inibe a utilização de cálcio pelas mitocôndrias diminuindo a produção de energia essencial às funções cerebrais e interfere com os receptores do cálcio acoplados a segundos mensageiros. Normalmente o cálcio induz uma mudança conformacional na calmodulina, convertendo-a na sua forma activa; o chumbo activa de forma inapropriada a calmodulina, podendo alterar as vias relacionadas com o cAMP. O chumbo activa a proteína cinase C, a qual está envolvida em muitos processos importantes para a transmissão sináptica como a síntese de neurotransmissores, interacções ligando-receptor e ramificação dendrítica.

O chumbo induz uma anemia microcítica hipocrómica frequentemente observada em crianças e que é morfologicamente semelhante à que resulta da deficiência em ferro. Esta anemia resulta de dois factores: diminuição do tempo de semi-vida dos eritrócitos e inibição da síntese do heme. A diminuição do tempo de semi-vida dos eritrócitos deve-se possivelmente ao aumento da fragilidade mecânica das membranas celulares. O chumbo é um potente inibidor da ácido aminolevulínico desidratase (ALAD), da coproporfirinogénio oxidase e da ferroquelatase, enzimas que catalizam, respectivamente, o segundo, sexto e último passos da biossíntese do heme. A ALAD é uma enzima octamérica contendo zinco que catalisa a condensação de duas moléculas do ácido 5-aminolevulínico (ALA) numa molécula de monopirrol porfobilinogénio (PBG). O chumbo desloca o zinco do local activo da enzima. A inactivação da ALAD resulta na acumulação do ALA, responsável por um efeito neuropatogénico ao actuar como agonista dos receptores GABA no SNC (diminui a libertação de GABA por inibição pré-sináptica). A ALAD, que é codificada por um gene localizado na região cromossómica 9q34, é uma enzima polimórfica com dois alelos, ALAD1 e ALAD2. Da expressão dos genes da ALAD1 e ALAD2 resultam três fenótipos diferentes: ALAD1-1, 1-2 e 2-2. Em alguns estudos verificou-se que os indivíduos com o fenótipo 1-2 ou 2-2 exibiam níveis sanguíneos de chumbo mais elevados do que os indivíduos homozigóticos para o alelo ALAD1. Estas evidências sugerem que a ALAD2 é determinante para aumentar a susceptibilidade à toxicidade do chumbo. O chumbo inibe a pirimidina 5’ nucleotidase resultando numa acumulação de nucleótidos e consequente hemólise e anemia.

Nas células o chumbo liga-se a uma variedade de proteínas, algumas das quais têm sido implicadas na sua toxicidade. A formação de corpos de inclusão intranucleares no túbulo proximal renal é uma das características da nefrotoxicidade do chumbo. Outra dessas características é a alteração da estrutura das mitocôndrias das células do túbulo proximal renal. O chumbo entra na mitocôndria como substrato do transportador de cálcio, interferindo com o metabolismo energético e favorecendo a formação de radicais livres que levam ao stress oxidativo. Por promover a abertura do poro de permeabilidade transitória leva à libertação do citocromo C para o citoplasma activando a morte celular por apoptose.

Efeitos tóxicos

O chumbo é um dos mais perigosos metais tóxicos pela quantidade e severidade dos seus efeitos. É classicamente uma toxina crónica, sendo observados poucos efeitos após uma exposição aguda a níveis relativamente baixos. Pode ter efeitos no sangue, medula óssea, sistema nervoso central e periférico e rins, resultando em anemia, inapetência (anorexia), encefalopatia, dores de cabeça; dificuldade de concentração e memorização, depressão, tonturas, sonolência, fadiga, irritabilidade, cólicas abdominais e dores musculares, dores nos ossos e articulações, insuficiência renal e hipertensão; é tóxico para a reprodução e desenvolvimento humanos. A exposição das crianças, mesmo a níveis baixos de chumbo, pode ao longo do tempo provocar redução do QI, dificuldades de aprendizagem ou problemas de comportamento. As mulheres grávidas devem ter especial cuidado porque o feto em desenvolvimento é muito sensível aos efeitos da exposição ao chumbo. A IARC (International Agency for Research on Cancer) determinou que o chumbo inorgânico é provavelmente carcinogénico para os humanos e o chumbo orgânico não é classificável em relação à sua carcinogenicidade em humanos, com base na evidência inadequada dos estudos em humanos e animais.

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