Solfuro di piombo: solubilità, proprietà, reazioni, usi

Il solfuro di piombo è un composto inorganico con la formula chimica PbS in cui il piombo ha il numero di ossidazione +2 che è il più stabile.
È presente nella galena che è il minerale da cui si ottiene il piombo.

Sul pianeta Venere sembra che il solfuro di piombo cristallizzato ricada sulla sua superficie così come nulla Terra nevica
Se ciò fosse dimostrato sarebbe la prima volta che la sostanza viene identificata su un pianeta estraneo alla Terra.

Solubilità

Il solfuro di piombo è un sale che ha un prodotto di solubilità pari a 3 ·10^–28.
Si dissocia secondo l’equilibrio eterogeneo:
PbS_(s) ⇄ Pb²⁺_(aq) + S^2-_(aq)
L’espressione del prodotto di solubilità è:
K_ps = [Pb²⁺][S^2-]
Detta x la solubilità molare all’equilibrio si ha:
[Pb²⁺] = x
[S^2-]= x
Sostituendo nell’espressione del K_ps:
K_ps = (x)(x) =  x²
Da cui x  = √3 ·10^–28 = 2 · 10^-14 mol/L

Si tenga conto che ha solubilità del solfuro di piombo è influenzata dal pH in quanto lo ione S^2- è la base coniugata di HS^–.

Proprietà

Il solfuro di piombo (II) è un solido cristallino nero e solubile a caldo in acido nitrico grazie all’azione ossidante di quest’ultimo che converte S^2- in zolfo elementare:
3 PbS + 2 NO₃^– + 8 H⁺ → 3 Pb²⁺ + 3 S + 2 NO + 4 H₂O
Nella reazione di ossidoriduzione lo zolfo passa da numero di ossidazione -2 a zero e l’azoto da +5 a +2.
FCristallizza secondo un reticolo cubico a facce centrate analogamente al cloruro di sodio.

Sintesi

Stante la sua scarsa solubilità può essere ottenuto tramite una reazione di precipitazione facendo reagire un sale solubile del piombo con un solfuro solubile:

PbCl₂ + Na₂S → PbS + 2 NaCl

Reazioni

Reagisce con:

• ozono per dare solfato di piombo e ossigeno:

PbS + 4 O₃ → PbSO₄ + 4 O₂

• acido cloridrico per dare cloruro di piombo e solfuro di idrogeno:

PbS + 2 HCl → PbCl₂ + H₂S

• acqua ossigenata per dare solfato di piombo e acqua:

PbS + 4 H₂O₂ → PbSO₄ + 4 H₂O

• ossigeno alla temperatura di 1200°C per dare ossido di piombo e anidride solforosa:

2 PbS + 3 O₂ → 2 PbO + 2 SO₂

Quantum dots

I punti quantici di solfuro di piombo  hanno dimostrato un grande potenziale nel diventare uno dei materiali fotoelettrici di nuova generazione più promettenti per i fotodetector  ed emettitori di luce a infrarossi. a causa  delle loro proprietà, tra cui sensibilità spettrale controllabile in base alle dimensioni, un intervallo di assorbimento ampio e sintonizzabile, processabilità della soluzione economica e compatibilità flessibile con il substrato.

Essi sono in grado di assorbire ed emettere luce attraverso le lunghezze d’onda del vicino infrarosso (NIR) e dell’infrarosso a onde corte (SWIR) nello spettro elettromagnetico. Il band gap  dei semiconduttori dei punti quantici di solfuro di piombo può essere controllato dalle dimensioni, per cui i materiali assorbenti a lunghezza d’onda maggiore rappresentano nanoparticelle più grandi.

La chimica di superficie dei quantum dots  a infrarossi è incredibilmente versatile, consentendo loro di essere disperdersi in una vasta gamma di solventi e funzionalizzati per il rivestimento in molti progetti di dispositivi. La versatilità è fondamentale per consentire l’adattamento dei materiali ai loro processi specifici.

Usi

È  stato utilizzato per molti anni come fonte di piombo. Il metodo principale consiste nella reazione con l’ossigeno da cui si ottiene ossido di piombo. Quest’ultimo è ridotto a piombo a seguito della reazione con carbonio:

PbO + C → Pb + CO

È utilizzato come semiconduttore e fotoconduttore per le sue proprietà chimiche e come pigmento nero. Negli ultimi anni è stato utilizzato per ottenere nanoparticelle da utilizzare in dispositivi elettronici o elettrici.