Nitrate de plomb (II)

Le composé chimique nitrate de plomb (II) est un sel inorganique de plomb et d'acide nitrique. C'est un cristal incolore ou une poudre blanche, et un oxydant stable et fort. Contrairement à d'autres sels de plomb (II), il est soluble dans l'eau. Son usage principal (depuis le Moyen Âge) sous le nom de plumb dulcis a été comme matière première de nombreux pigments. Depuis le XX^e siècle, il est utilisé comme inhibiteur thermique pour le nylon et les polyesters, et comme couche de surface pour les papiers photothermographiques. La production commerciale ne commença pas en Europe avant le XIX^e siècle, et avant 1943 aux USA, avec un procédé de production typique utilisant du plomb métallique ou de l'oxyde de plomb dans de l'acide nitrique. Le nitrate de plomb (II) est toxique et probablement cancérogène. Il doit donc être manipulé et stocké avec les conditions requises de sécurité.

[modifier] Histoire

Dès le Moyen Âge, le nitrate de plomb (II) est produit sur une petit échelle comme matériau de base pour la production de pigments colorés, comme le jaune de chrome (chromate de plomb (II)) ou l'orange de chrome (hydroxydochromate de plomb (II)), ou autres composés de plomb similaires. Dès le XV^e siècle siècle, l'alchimiste allemand Andreas Libavius synthétisa ce composé, inventant les noms médiévaux de plumb dulcis et calx plumb dulcis^[1]. Bien que le procédé de production est chimiquement direct, la production était minimale jusqu'au XIX^e siècle siècle, et aucune production non-européenne n'est connue^[2]^[3].

[modifier] Chimie

Lorsque le plomb (nombre d'oxydation : +II) est chauffé, il se décompose en oxyde de plomb (II), accompagné d'un bruit de craquement (appelé parfois décrépitation), selon la réaction suivante :

2 Pb(NO₃)₂ → 2 PbO(s) + 4 NO₂(g) + O₂(g)

Cette propriété conduit le nitrate de plomb à être parfois utilisé en pyrotechnie (et plus particulièrement dans les feux d'artifice).

[modifier] Chimie en solution aqueuse

Le nitrate de plomb (II) se dissout dans l'eau pour donner une solution claire et incolore ^[4]. Cette solution réagit avec les iodures solubles comme par exemple l'iodure de potassium (KI) en produisant un précipité d'iodure de plomb (II) de couleur jaune-orange claire.

Pb(NO₃)₂(aq) + 2 KI(aq) → PbI₂(s) + 2 KNO₃(aq)

Cette réaction est souvent utilisée pour démontrer la réaction chimique de précipitation, en raison du changement de couleur observé.

Excepté le nitrate de plomb (II), l'acétate de plomb (II) est le seul autre composé de plomb commun soluble dans l'eau. Les autres composés de plomb sont insolubles dans l'eau, y compris les habituellement solubles chlorures et sels de sulfates comme le chlorure de plomb (II) et le sulfate de plomb (II). Ceci signifie que le nitrate de plomb (II) est un composé de premier plan pour la production de composés de plomb insolubles via une double décomposition.

Quand 1 M de solution d'hydroxyde de sodium est ajouté à 0,1 M de nitrate de plomb, des nitrates basiques sont formés, même une fois dépassé point d'équivalence. Jusqu'à la demie équivalence, Pb(NO₃)₂·Pb(OH)₂ prédomine, puis, au-delà, Pb(NO₃)₂·5Pb(OH)₂ est formé. De manière étonnante, il n'y pas de Pb(OH)₂ simple jusqu'à un pH de 12.^[5]

[modifier] Structure cristalline

Plan cristallin [111].

La structure cristalline du nitrate de plomb solide (II) a été déterminée par diffraction de neutrons.^[6]. Le composé cristallise cristallise dans un système cubique avec les atomes de plomb dans un sous-système cubique faces centrées, le paramètre de maille étant de 784 picomètres (soit 7,84 angströms). Son groupe d'espace est le $P_{a\bar{3}}$ n^o 205 (selon les tables internationales de cristallographie – ancienne notation : P_a3), Pb occupant les sites cristallographiques (4a), N étant en sites (8c) et O les sites (24d).

Sur la figure (tracée pour le plan cristallographique [111]), les points noires représentent les atomes Pb, les points blancs les groupes nitrate 27 pm au dessus du plan des atomes de plomb, et les points bleus les groupes nitrates à la même distance en dessous de ce plan. Dans cette configuration, chaque atome Pb est lié à 12 atomes d'oxygène (longueur de liaison chimique : 281 pm). Toutes les liaisons N—O sont identiques (125 pm).

L'intérêt académique de la structure cristalline de ce composé était partiellement basée sur la possibilité d'une rotation interne libre des groupes nitrate dans la maille cristalline à températures élevées, ce qui ne s'est cependant pas matérialisé^[7].

[modifier] Complexation

Le nitrate de plomb possède une chimie supramoléculaire intéressante en raison de sa coordinence des atomes d'azote et d'oxygène, donneurs d'électrons. Intérêt largement académique, mais source d'applications potentielles. Ainsi, la combinaison du nitrate de plomb (II) avec le pentaéthylène glycol dans une solution d'acétonitrile et de méthanol, suivie d'une évaporation lente produit un nouveau matériau cristallin, [Pb(NO₃)₂(EO₅)] ^[8]. La structure cristalline de ce composé montre que la chaîne PEO est enroulée autour de l'ion plomb dans un plan équatorial, de manière similaire à un éther couronne. Les deux ligands nitrate bidendates se situent en configuration trans. Le nombre de coordination total est 10 avec l'ion plomb dans une géométrie moléculaire antiprisme carré bicouvert.

Le complexe formé par le nitrate de plomb (II), le perchlorate de plomb (II) et un ligand bithiazole donneur N bidentate^[9] est binucléaire avec un groupe nitrate formant un pont entre les atomes de plomb avec un nombre de coordination de 5 et 6. Un aspect intéressant de ce type de complexe est la présence d'un gap physique dans la sphère de coordination (c.-à-d. les ligands ne sont pas placés symétriquement autour de l'ion métal), ce qui est probablement imputable à la paire d'électrons non liée du plomb. Le même phénomène est décrit pour des complexes de plomb avec pour ligand l'imidazole^[10].

Ce type de chimie n'est pas toujours spécifique au nitrate de plomb, d'autres composés de plomb (II) comme le bromure de plomb (II) formant aussi des complexes, mais il est utilisé fréquemment en raison de ses propriétés de solubilité et de sa nature bidendate.

[modifier] Préparation

Le composé est normalement obtenu en dissolvant du plomb métallique ou oxydé dans une solution aqueuse d'acide nitrique^[11]. Pb(NO₃)₂ anhydre peut être cristallisé directement à partir de la solution. Il n'y a pas de production à l'échelle industrielle connue.

3 Pb + 8 HNO₃ → 3 Pb(NO₃)₂ + 2 NO + 4H₂O

PbO + 2 HNO₃ → Pb(NO₃)₂ + H₂O

[modifier] Applications

Le nitrate de plomb (II) a été historiquement utilisé dans la fabriquation des allumettes et d'explosifs spéciaux comme l'azide de plomb (II) Pb(N₃)₂, dans les mordants et pigments (peintures au plomb, ...) pour la coloration et l'impression de calicos et autres textiles, et dans les procédés de production des composés de plomb. Des applications plus récentes incluent les inhibiteurs thermiques dans les nylons et polyesters, pour les couches supérieures de papiers photothermographiques, et dans les rodenticides.

Le nitrate de plomb est aussi une source fiable de peroxyde d'azote pur en laboratoire. Lorsque le sel est séché précautionneusement, et chauffé dans une barquette d'acier, il produit du dioxyde d'azote ainsi que du dioxygène. Les gaz sont condensés puis subissent une distillation fractionnaire afin de donner du N₂O₄ pur^[12] :

2 Pb(NO₃)₂(s) → 2 PbO(s) + 4 NO₂(g) + O₂(g)

2 NO₂ ⇌ N₂O₄

[modifier] Sécurité

Les dangers du nitrate de plomb (II) sont ceux des composés solubles de plomb en général, et dans une moindre extension, ceux des autres nitrates inorganiques. Il est toxique, et son ingestion peut conduire à un empoisonnement au plomb : les symptômes comprennent des dysfonctionnements intestinaux, des douleurs abdominales fortes, une perte d'appétit, nausées, vomissements et crampes, et les longues expositions peuvent entraîner des problèmes neurologiques et rénaux. Les composés de plomb sont connus pour être des poisons lents et cumulatifs, plus de 90 % du plomb absorbé étant fixé sur les tissus osseux à partir desquels ils sont lentement relâchés sur des périodes longues de plusieurs années.

Les enfants absorbent plus facilement le plomb par la paroi gastro-intestinale que les adultes, et il y a donc plus de risques pour eux. L'exposition au plomb durant la grossesse a été reliée à des taux croissants d'avortement spontanés, malformations fœtales et poids faible à la naissance. Étant donné la nature accumulative de la toxicité au plomb, les enfants et femmes enceintes ne devraient autant que possible pas être exposés à des composés de plomb solubles, ce qui est une injonction légale dans de nombreux pays.^[13].

Les composés de plomb inorganiques sont classifiés par le Centre international de recherche sur le cancer (IARC) comme probablement cancérogènes pour l'homme (catégorie 2A). Ils ont été reliés au cancer du rein et au gliome sur des animaux de laboratoire, au cancer du rein, aux tumeurs du cerveau et au cancer du poumon chez l'homme, bien que les études sur les travailleurs exposés au plomb sont souvent complexes en raison d'une exposition simultanée à l'arsenic^[14]. Le plomb est connu comme substituant au zinc dans de nombreuses enzymes, comme l'acide δ-aminolévulinique déhydratase (ou porphobilinogène synthase) dans le chemin de biosynthèse de l'hème et la pyrimidine-5'-nucléotidase, importante dans le métabolisme de l'ADN.

Des précautions devraient être prises avant et durant la manipulation du nitrate de plomb (II), incluant l'utilisation d'un équipement de protection comme des lunettes de sécurité et des gants de caoutchouc. Les expériences avec le nitrate de plomb (II) devraient être conduites sous hottes aspirantes, et les déchets ne doivent pas être rejetés dans l'environnement. Des détails issus des fiches de données de sécurité sont indiqués dans les liens externes.

[modifier] Voir aussi

Plomb blanc (ou blanc de Cremnitz)
Jaune de Naples
Plomb rouge

[modifier] Références

↑ Pigment through the ages, WebExhibits. Consulté le 10 novembre 2006
↑ (en)Lead (plomb), en:Encyclopædia Britannica Eleventh Edition
↑ Andreas Libavius, Alchemia Andreæ Libavii, Francofurti (1595).
↑ L.M. Ferris, “Lead nitrate—Nitric acid—Water system”, Journal of Chemicals and Engineering (Déc. 1959), publié par Oak Ridge National Laboratory. Voir le document au format *.pdf
↑ J.L. Pauley, M.K. Testerman, Journal of the American Chemical Society, 76(16), p. 4220 - 4222 (1954)
↑ W.C. Hamilton, “A neutron crystallographic study of lead nitrate”, Acta Crystallographica, 10, p. 103-107 (1957). DOI 10.1107/S0365110X57000304
↑ H. Nowotny, G. Heger, “Structure refinement of lead nitrate”, Acta Crystallographica, C42, p. 133-135 (1986) DOI 10.1107/S0108270186097032 fichier *.pdf de l'article
↑ R.D. Rogers, Andrew H. Bond et Debra M. Roden, “Structural Chemistry of Poly(ethylene glycol). Complexes of Lead(II) Nitrate and Lead(II) Bromide”, Inor. Chem., 35(24), p. 6964 - 6973 (1996), DOI : 10.1021/ic960587b.
↑ A.R. Majoub, A. Morsali, “A Dimeric Mixed-Anions Lead(II) Complex: Synthesis and Structural Characterization of [Pb₂(BTZ)₄(NO₃)(H₂O)](ClO₄)₃ {BTZ = 4,4'-Bithiazole}”, Chemistry Letters, 30(12), p. 1234 (2001), DOI : 10.1246/cl.2001.1234
↑ S.-Y. Wan, J. Fian, T. Okamura, H.-F. Zhu, X.-M. Ouyang, W.-Y. Sun et N. Ueyama, “2D 4.8² Network with threefold parallel interpenetration from nanometer-sized tripodal ligand and lead(II) nitrate”, Chem. Comm., p.2520 - 2521 (2002), DOI : 10.1039/b207568g
↑ G.H.J. Adlam and L.S. Price, Higher School Certificate Inorganic Chemistry (1945).
↑ N.N. Greenwood et A. Earnshaw, Chemistry of the Elements (2^de édition), p. 456 (Butterworth-Heinemann, Oxford, 1997), ISBN 0-7506-3365-4.
↑ e.g. France: Art. R234-20, Code du travail.
↑ “Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans: Inorganic and organic lead compounds”, 87, 2 octobre 2004, publié par l'IARC

[modifier] Liens externes

Fiches de sécurité des matériaux

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