اکسید سرب (II)

اکسید سرب (II)

1-مقدمه

سرب (II) اکسید ، که مونوکسید سرب نیز نامیده می شود ، ترکیبی معدنی (مربوط به شیمی معدنی و غیر آلی) با فرمول مولکولی PbO است که یک اکسید آمفوتریک است. PbO در دو پلی مورف تشکیل می شود, یکی به نام لیتارژ (litharge) که دارای ساختار کریستالی تتراگونالی است و دیگری ماسیکوت (massicot) که دارای ساختار کریستالی ارتورمبیک می باشد. کاربردهای PbO بیشتر در زمینه ی شیشه های صنعتی سرب دار و سرامیک های صنعتی و همچنین قطعات رایانه است. 

توسط آنالیز کریستالوگرافی اشعه ایکس مشخص شده است که هر دو ساختار بلوری ، چهار ضلعی (تتراگونال) و ارتورمبیک اکسید سرب ساختاری به شکل یک هرم با اتم مرکز سربی است که اتم سرب چهار پیوند کوئوردیناسیونی تشکیل داده است. در ساختار تتراگونال ، چهار پیوند سرب - اکسیژن دارای طول یکسان هستند ، اما در ساختار ارتورومبیک دو پیوند کوتاه تر و دو پیوند بلندتر هستند. ماهیت هرمی نشان دهنده وجود یک جفت الکترون جفت نشده از نظر استریوشیمیایی و فضایی می باشد. هنگامی که PbO در ساختار شبکه تتراگونالی متبلور می شود ، لیتارژ نامیده می شود. و هنگامی که PbO دارای ساختار ارتورمبیک متبلور شود به آن ماسیکوت گفته می شود. PbO را می توان از حالت ماسیکوت به لیتارژ تبدیل کرد که این فرایند با گرمایش و سرمایش کنترل می شود. ساختار تتراگونالی معمولاً رنگ قرمز یا نارنجی دارد ، در حالی که ساختار ارتورومبیک معمولاً زرد یا نارنجی است ، اما رنگ، شاخص و معیار چندان قابل اعتمادی برای پی بردن به ساختار نیست. ساختار های تتراگونالی و ارتورومبیک   PbO به طور طبیعی و به عنوان مواد معدنی خالص, خیلی کمیاب هستند و بیشتر از طریق فرآیند هایی که ادامه گفته می شود به دست می آیند.

تمام اطالاعات گفته شد به صورت خلاصه در شکل زیر آمده است:

2-تاریخچه

از لحاظ تاریخی PbO در لعاب های سرامیکی برای سرامیک های خانگی بسیار مورد استفاده قرار می گرفته است و هنوز هم مورد استفاده قرار می گیرد ، اما بسیار کمتر از گذشته این روش استفاده می شود. اما سابقه ی تاریخی سرب نه برای کاربرد آن, بلکه بیشتر جهت مسمومیت های ناشی از آن مطرح می باشد. مسمومیت با سرب یکی از اولین موارد شناخته شده و گسترده در زمینه خطرات زیست محیطی بوده است. تصور می شود یکی از اولین فلزاتی که ذوب و مورد استفاده قرار گرفته, سرب بوده است و برای اولین بار در حدود 6500 سال قبل از میلاد در آناتولی استخراج شده است. چگالی ، کارایی و مقاومت در برابر خوردگی از جمله جاذبه های این فلز بود

3-کاربردها

1-3-شیشه و سرامیک

استفاده از این نوع از اکسید سرب در ساخت شیشه رایج است و بسیار استفاده می شود. بسته به نوع شیشه ، مزایای استفاده از PbO می تواند شامل افزایش ضریب شکست شیشه ، کاهش ویسکوزیته شیشه ، افزایش مقاومت الکتریکی شیشه و افزایش قابلیت جذب آن باشد. همچنین افزودن PbO به شیشه سبب می شود که شیشه اشعه ایکس بیشتری جذب کند که سبب کاهش احتمال سرطان پوست می شود و در دستگاه های پرتو کاتدی مصرف دارد. سایر کاربردهایی کمتر مورد استفاده قرار می گیرد عبارتند از استفاده در لاستیک و تولید رنگدانه ها و رنگهای خاص. PbO در شیشه های لوله اشعه کاتد برای جلوگیری از انتشار اشعه ایکس استفاده می شود اما اکسید استرانسیوم و اکسید باریم سرب برای افزایش جذب اشعه ایکس ترجیح داده می شوند. 

2-3-باتری خودرو

سرب جزء اصلی باتری های سرب -اسید خودرو نیز می باشد که در آن از نمک های مختلف سرب استفاده می شود که یکی از آنها PbO می باشد.

در حال حاضر دسته ای از کاربردها هستند که با توجه به ایمنی و اثرات سرب رو به افول هستند اما همچنان در برخی از نقاط دنیا در حال استفاده می باشد. 

3-3-چسب

مخلوطی از PbO با گلیسیرین به یک ماده سیمانی سخت و ضد آب تبدیل می شود که برای اتصال دو وجه شیشه ای بدنه و کف آکواریوم ها استفاده می شود و همچنین زمانی برای چسباندن صفحات شیشه ای در قاب پنجره استفاده می شده است.

4-3-هنر تذهیب

 شکل پودر ساختاری تتراگونالی این ترکیب را می توان با روغن بذر کتان مخلوط کرده و سپس جوشاند تا ماده ای به دست آید که تا اندازه قابل قبولی مقاوم در برابر آب و هوا باشد و برای تذهیب استفاده شود. این روش باعث می شود رنگ تا اندازه ای قرمز تیره شود که باعث می شود ورقه ی طلا استفاده شده در تذهیب درخشان تر به نظر برسد و در عین حال روغن بذر کتان باعث ایجاد چسبندگی و یک سطح صاف و محکم می شود.

5-3-دوربین

PbO در دوربین ها عکاسی و فیلم برداری مورد استفاده قرار می گرفته است و امروزه در دوریبین های دیجیتال دیده نمی شود اما همچنان در دوریبین های آنالوگ یافت می شود. از این ماده به دلیل آنکه رسانای نوری ورودی خوبی است, در ورودی لنز دوربین فیلمبرداری که Plumbicon نام دارد استفاده می شود.

4-واکنش ها

1-4-تغییر آنتالپی

ساختارهای قرمز و زرد این ماده با تغییر کوچکی در آنتالپی می توانند به یک دیگر تبدیل شوند.

در نتیجه با گرم کردن و سرد کردن و کنترل دمایی می توان به این تبدیل دست پیدا کرد.

2-4-واکنش های آمفوتریک

PbO آمفوتریک است ، به این معنی که هم با اسیدها و هم با بازها واکنش نشان می دهد. با اسیدها ، نمک هایPb2+  را تشکیل می دهد از طریق حد واسط های خوشه ای oxo مانند [Pb6O(OH)6]+4. همچنین در مواجه با بازهای قوی ، PbO در آنها حل می شود و نمک های plumbite  که آنها راplumbate (II)  نیز می نامند, تولید می کند.

3-4-واکنش تراکمی

PbO در واکنش های تراکمی خاصی در سنتزهای مواد آلی استفاده می شود. 

5-روش تولید

1-5-حرارت دادن سایر نمک های اکسیدی سرب

PbO می تواند با حرارت دادن فلز سرب در جو و اتمسفر هوا معمولی در دمای حدود 600 درجه سانتی گراد (1100 درجه فارنهایت) تهیه شود. 

2-5-تجزیه نیترات و کربنات سرب

تجزیه حرارتی سرب(II)  نیترات یا سرب(II)  کربنات نیز منجر به تشکیل PbO می شود

3-5-تصفیه سنگ معدن سرب

PbO در مقیاس بزرگ به عنوان یک محصول واسطه در حین فرایند فراوری سنگ معدن سرب خام به سرب فلزی تولید می شود. رایج ترین سنگ معدن سرب گالنا می باشد که اکثر آن سولفید سرب (II)  می باشد. در دمای حدود 1000 درجه سانتی گراد سولفید سرب به اکسید سرب تبدیل می شود.

4-5-کاهش توسط مونوکسید کربن

سرب فلزی با کاهش PbO توسط مونوکسید کربن در دمای حدود 1200 درجه سانتی گراد (2200 درجه فارنهایت) بدست می آید.

6-تحقیقات جدید

با روی کار آمدن علم نانو, تحقیقات جدید به سمت استفاده از این مواد در زمینه ی نانو سوق پیدا کرده است. در همین راستا پژوهشی تحت عنوان " سنتز سونوشیمیایی یک پلیمر کئوردیناسیون جدید سربII)) به عنوان پیش ماده برای سنتز سرب اکسید در مقیاس نانو" در نشریه نانوساختارها به چاپ رسیده است.

7-روش نگهداری

با توجه به سمیت بالای این ماده, نگهداری مهر و موم شده و بدون نشتی اولین و مهمترین قسمت نگهداری می باشد. اما از لحاظ شیمایی, با توجه به آنچه در بالا گفته شد, به علت واکنش پذیری این ماده هم با اسید ها و هم با باز ها, بایستی فاصله ی ایمنی اسید ها و بازها را با PbO حفظ نمود.
نکته ی مهم دیگر در نگهداری باتری های سربی است که همانند موارد بالا بایستی رعایت شود.

8-ایمنی

اکسید سرب در صورت بلعیدن یا استنشاق ممکن است کشنده باشد. باعث تحریک پوست ، چشم و مجاری تنفسی می شود. بر بافت لثه ، سیستم عصبی مرکزی ، کلیه ها ، خون و دستگاه تناسلی تأثیر می گذارد. می تواند در گیاهان و پستانداران تجمع زیستی داشته باشد و از بافت یکی به دیگری منتقل شود.
مسمومیت با سرب ، که به عنوان پلومبیسم و ساتورنیسم نیز شناخته می شود . علائم ممکن است شامل درد شکم ، یبوست ، سردرد ، تحریک پذیری ، مشکلات حافظه ، ناباروری و سوزن سوزن شدن دست و پا باشد. در موارد شدید ، ممکن است کم خونی ، تشنج ، کما یا مرگ رخ دهد.