DieIsotope206Pb,207Pb und208Pb sind die schwersten stabilen Atome, Blei ist damit das Element mit der höchstenMassen- undOrdnungszahl, welches noch in gewissen Isotopen stabil ist. Alle Bleiisotope haben diemagische Protonenzahl 82, die diese Stabilität bewirkt. Bei208Pb liegt sogar ein so genannterdoppelt magischer Kern vor, weil er zusätzlich die magische Neutronenzahl 126 aufweist.
Da die Bleiisotope 206, 207 und 208 die Endprodukte der drei natürlichenZerfallsreihen radioaktiver Elemente sind, ist relativ viel Blei entstanden; es kommt deshalb in der Erdkruste im Vergleich zu anderen schweren Elementen (Quecksilber,Gold u. a.) häufig vor.
Blei ist bereits seit derAntike bekannt und findet seitdem viele Anwendungen, darunter als Material fürRohre, imStrahlenschutz oder in praktischenLegierungen (oft mitZinn undAntimon) inGeschossen und Gewichten. Auch wird es in Verbindung mit anderen Elementen alsPigment benutzt, andererseits ist Blei auch in bestimmtenBatterien undGläsern. Aufgrund derToxizität des Bleis wird es allerdings in bestimmten Anwendungen von weniger giftigen Alternativen verdrängt.
Der bisher älteste Fund von metallischem Blei wurde inÇatalhöyük, etwa 50 km südöstlich vonKonya auf dem Anatolischen Plateau, gemacht. Er besteht aus Bleiperlen zusammen mit Kupferperlen, die auf etwa 6500 vor Christus datiert wurden.[13] In der frühenBronzezeit wurde Blei nebenAntimon undArsen verwendet, um aus Legierungen mit KupferBronzen zu erzeugen, bis sichZinn weitgehend durchsetzte. Bereits dieBabylonier kannten Vasen aus Blei. DieAssyrer mussten Blei (abāru) einführen, was vonTiglat-pileser I. unter anderem als Tribut vonMelid belegt ist.[14] Imantiken Griechenland wurde Blei hauptsächlich in Form von Bleiglanz abgebaut, um daraus Silber zu gewinnen.[15]
Imrömischen Reich dagegen wurde der Stoff für eine Vielzahl von Anwendungsbereichen genutzt. Dabei wurden dem Material teilweise auch besondere übernatürliche Eigenschaften zugesprochen, sodass es häufig fürFluchtafeln,Amulette oder ähnliche Objekte genutzt wurde.[16] Von besonderer Bedeutung war das Blei daneben beispielsweise in der Architektur, wo Steinblöcke mithilfe von Bleiklammern aneinander befestigt wurden. So wurden für die Errichtung derPorta Nigra schätzungsweise sieben Tonnen Blei verbaut.[17] Weitere wichtige Einsatzbereiche waren die Verkleidung vonSchiffsrümpfen zum Schutz vor Schädlingsbefall und die Herstellung von innerstädtischen Wasserleitungen. Hinzu kam die Nutzung von Blei als Rohstoff für die Herstellung von Gefäßen, als Material von Schreibtafeln oder für die sogenanntenTesserae, die zum Beispiel als Erkennungs- oder Berechtigungsmarke dienten.[18] Kleine Bleistücke, die sogenannten „Schleuderbleie“, dienten im römischen Heer alsSchleudergeschoss.[19] Aufgrund des hohen Bedarfs fand auch ein Handel mit Blei über weite Strecken statt, der sich unter anderem durch Inschriften auf römischen Bleibarren nachweisen lässt.[18]
In der antiken Literatur war man der Ansicht, Blei und Zinn seien zwei Erscheinungsformen des gleichen Stoffes, sodass man Blei imLateinischen alsplumbum nigrum (vonniger‚schwarz‘), Zinn alsplumbum candidum (voncandidus‚weiß‘) bezeichnete. Daher ist oft unklar, ob ein antiker Text mitplumbum Blei oder Zinn meint.[15] Schon der römische AutorVitruv hielt die Verwendung von Blei für Trinkwasserrohre für gesundheitsschädlich und empfahl, stattdessen nach Möglichkeit Tonrohre zu verwenden.[20] Trotzdem waren Trinkwasserrohre aus Blei bis in die 1970er Jahre gebräuchlich, was beispielsweise auch in dem englischen Wortplumber‚Rohrverleger‘ zum Ausdruck kommt. Besonders bedenklich war auch die Zugabe von Blei als Süßungsmittel zum Wein (sogenannter „Bleizucker“, sieheBlei(II)-acetat). Die häufige Nutzung von Blei in Rohren und im Wein wurde teilweise auch als Grund für denUntergang des Römischen Reiches diskutiert, eine Hypothese, die heutzutage in der Forschung allerdings abgelehnt wird.[21]
InWestfalen gewannen die Römer bis zu ihrem Rückzug nach derVarusschlacht Blei. Die für unterschiedliche Fundstellen typische Zusammensetzung derIsotope zeigt, dass das Blei für die Herstellung römischerBleisärge, die imRheinland gefunden wurden, aus der nördlichenEifel stammt. Die römische Bleiverarbeitung hat zu einer bis heute nachweisbarenUmweltverschmutzung geführt:Eisbohrkerne ausGrönland zeigen zwischen dem 5. Jahrhundert v. Chr. und dem 3. Jahrhundert n. Chr. einen messbaren Anstieg des Bleigehalts in der Atmosphäre.
Auch später hatte Blei (vonmittelhochdeutschblī) eine wichtige Bedeutung. Es wurde beispielsweise zum Einfassen vonBleiglasfenstern, beispielsweise in Kirchen oder für das Eindecken vonBleidächern verwendet. Besonders wichtig wurde Blei vor allem nach Erfindung der Feuerwaffen für das Militär als Material fürProjektile von Handfeuerwaffen. Da die Soldaten ihre Geschosse selbst herstellten, war es nicht unüblich, dass sie alles Blei stahlen, das sie finden konnten, um Geschosse daraus anzufertigen.
Alchemistisches Symbol für Blei
Blei spielte auch in derAlchemie eine wichtige Rolle. Auf Grund seiner Ähnlichkeit zuGold (ähnlich weich und schwer) galt Blei als guter Ausgangsstoff für dieGoldsynthese (Synthese als Farbumwandlung von Grau nach Gelb). Das alchemistische Symbol für Blei ist eine stilisierte Sichel (♄), da es bereits seit dem Altertum alsPlanetenmetall demGott undPlaneten Saturn (lateinischSaturnus) zugeordnet wurde.
Beim Versuch, das Alter der Erde durch Messung des Verhältnisses von Blei zu Uran in Gesteinsproben zu bestimmen, stellte der US-amerikanische GeochemikerClair Cameron Patterson etwa 1950 fest, dass die Gesteinsproben ausnahmslos mit großen Bleimengen aus der Atmosphäre verunreinigt waren. Als Quelle konnte er das als Antiklopfmittel in Kraftstoffen verwendeteTetraethylblei nachweisen. Nach Pattersons Befunden enthielt die Atmosphäre vor 1923 fast überhaupt kein Blei. Aufgrund dieser Erkenntnisse kämpfte er zeit seines Lebens für die Verringerung der Freisetzung von Blei in die Umwelt. Seine Bemühungen führten schließlich dazu, dass 1970 in den USA derClean Air Act mit strengeren Abgasvorschriften in Kraft trat. 1986 wurde der Verkauf verbleiten Benzins in den Vereinigten Staaten, in der Bundesrepublik Deutschland durch dasBenzinbleigesetz schrittweise ab 1988[22], in derEU ab 2001 völlig verboten. Daraufhin sank der Bleigehalt im Blut der Amerikaner fast sofort um 80 Prozent. Da Blei jedoch in der Umwelt praktisch ewig erhalten bleibt, hat dennoch heute jeder Mensch etwa 600-mal mehr von dem Metall im Blut als vor 1923. Pro Jahr wurden um das Jahr 2000 immer noch legal etwa 100.000 Tonnen in die Atmosphäre freigesetzt. Die Hauptverursacher sind Bergbau, Metallindustrie und produzierendes Gewerbe.[23]
Bleiakkumulator für Kraftfahrzeuge
Im Jahr 2009 lag die Menge des gewonnenen Bleis bei den Nichteisenmetallen an vierter Stelle nachAluminium,Kupfer undZink. Es wird vor allem für Autobatterien (Bleiakkumulatoren) verwendet (60 % der Gesamtproduktion).[24]
Allgemein wird versucht, die Belastung von Mensch und Umwelt mit Blei und damitBleivergiftungen zu verringern. Außer dem Verbot von verbleiten Benzins wurde ab 2002 durch dieRoHS-Richtlinien die Verwendung von Blei in Elektro- und Elektronikgeräten eingeschränkt. 1989 wurden bleihaltige Anstriche und Beschichtungen vollständig verboten[25], der Einsatz von bleihaltiger Munition wurde ab 2005 in einigen Bundesländern teilweise verboten.[26] Als Material für Wasserrohre wurde Blei schon 1973 verboten; in Deutschland vorhandene Bleirohre müssen bis zum 12. Januar 2026 ausgetauscht werden, wobei die Frist in Ausnahmefällen verlängert werden kann.[27] Seit 1. März 2018 ist das Verwenden (Lagern, Mischen, Gebrauchen zur Herstellung u. a.) und Inverkehrbringen von Blei – massiv (zum Beispiel als Barren oder Pellets) oder als Pulver – ähnlich wie schon länger bei vielen Bleiverbindungen in derEU von wenigen Ausnahmen abgesehen regelmäßig verboten, wenn das zum Verkauf an die breite Öffentlichkeit bestimmt ist und die Bleikonzentration darin 0,3 % oder mehr beträgt; im Übrigen muss der Lieferant gewährleisten, dass das vor dem Inverkehrbringen als „nur für gewerbliche Anwender“ gekennzeichnet ist.[28]
Auch in Gesteinsproben desmittelatlantischen Rückens, genauer am nordöstlichen Rand der „Markov-Tiefe“ innerhalb der „Sierra-Leone-Bruchzone“ (Sierra-Leone-Schwelle), sowie außerhalb der Erde auf dem Mond imMare Fecunditatis konnte Blei gefunden werden.[30]
An jedem Fundort weicht die Isotopenzusammensetzung geringfügig von den oben angegebenen Mittelwerten ab, so dass man mit einer genauen Analyse der Isotopenzusammensetzung den Fundort bestimmen und bei archäologischen Fundstücken auf alte Handelswege schließen kann. Zudem kann Blei ebenfalls fundortabhängig verschiedeneFremdbeimengungen wie Silber, Kupfer, Zink, Eisen, Zinn und/oder Antimon enthalten.[31]
In Bleierzen ist Blei zumeist alsGalenit (Bleisulfid PbS,Bleiglanz) zugegen. Dieses Mineral ist auch die bedeutendste kommerzielle Quelle für die Gewinnung neuen Bleis. Weitere Bleimineralien sindCerussit (Blei(II)-carbonat, PbCO3, auchWeißbleierz),Krokoit (Blei(II)-chromat, PbCrO4, auchRotbleierz) undAnglesit (Blei(II)-sulfat, PbSO4, auchBleivitriol). Die Bleiminerale mit der höchsten Bleikonzentration in der Verbindung sindLithargit undMassicotit (bis 92,8 %) sowieMinium (bis 90,67 %). Insgesamt sind bisher rund 650Bleiminerale bekannt (Stand 2024).[32]
Die wirtschaftlich abbaubaren Vorräte werden weltweit auf 67 Millionen Tonnen geschätzt (Stand 2004).[33] Die größten Vorkommen findet man in derVolksrepublik China, denUSA,Australien,Russland undKanada. In Europa sindSchweden undPolen die Länder mit den größten Vorkommen.
Auch in Deutschland wurde in der nördlichen Eifel (Rescheid / Gruben Wohlfahrt und Schwalenbach;Mechernich / Grube Günnersdorf und auch Tagebau / Virginia;Bleialf), im Schwarzwald, im Harz (Goslar/Rammelsberg), in Sachsen (Freiberg/Muldenhütten), an der unteren Lahn (Bad Ems,Holzappel), sowie in Westfalen (Ramsbeck/Sauerland) in der Vergangenheit Bleierz abgebaut, verhüttet und veredelt.
Die bedeutendste Quelle für Blei ist heute dasRecycling alter Bleiprodukte. Daher bestehen in Deutschland nur noch zwei Primärhütten, die Blei aus Erz herstellen, dieBleihütte Binsfeldhammer inStolberg (Rheinland) undMetaleurop inNordenham beiBremerhaven. Sämtliche andere Hütten erzeugen so genanntes Sekundärblei, indem sie altes Blei (insbesondere aus gebrauchtenAutobatterien) aufarbeiten.
Blei als Mineral
Gediegen Blei – Fundort: Langban, Schweden (Größe: 5,1 cm × 3,5 cm × 3,2 cm)
Entdeckung und Mineralanerkennung
Natürliche Vorkommen an Blei in seiner elementaren Form waren bereits lange vor der Gründung derInternational Mineralogical Association (IMA) bekannt. Als vermutlicheTyplokalität wird die manganreichen Eisenerz-LagerstätteLångban in Schweden angegeben, wo derbe Massen von bis zu 50 kg[34] oder 60 kg[35] gefunden worden sein sollen. Die Anerkennung von Blei als eigenständige Mineralart vor der IMA-Gründung wurde von ihrerCommission on New Minerals, Nomenclature and Classification (CNMNC) übernommen und bezeichnet Blei (englischLead) als sogenanntes „grandfathered“ (G) Mineral.[32] Die seit 2021 ebenfalls von der IMA/CNMNC anerkannte Kurzbezeichnung (auchMineral-Symbol) von Blei entspricht mit „Pb“ dem Elementsymbol.[36]
In der Natur trittgediegen Blei meist in Form von zentimetergroßen Blechen und Platten sowie in körnigen, dendritischen, haar- oder drahtförmigenAggregaten auf.[37] Sehr selten finden sich auchoktaedrische, würfelige unddodekaedrische Bleikristalle, die meist winzig sind,[38] aber gelegentlich eine Größe zwischen 4 cm[34] und 6 cm erreichen können.[31]
In der zuletzt 2018 überarbeitetenLapis-Systematik nach Stefan Weiß, die formal auf der alten Systematik vonKarl Hugo Strunz in der 8. Auflage basiert, erhielt das Mineral die System- und MineralnummerI/A.05-020. Dies entspricht der Klasse der „Elemente“ und dort der Abteilung„Metalle und intermetallische Verbindungen“, wo Blei zusammen mitIndium eine unbenannte Gruppe mit der SystemnummerI/A.05 bildet.[39]
Die von derInternational Mineralogical Association (IMA) zuletzt 2009 aktualisierte9. Auflage der Strunz’schen Mineralsystematik ordnet Blei ebenfalls in die Element-Abteilung „Metalle und intermetallische Verbindungen“ ein. Diese ist allerdings weiter unterteilt nach den in der Verbindung vorherrschenden Metallen, die entsprechend ihrer verwandten Eigenschaften in Metallfamilien eingeteilt wurden. Hier ist das Mineral in der Unterabteilung„Kupfer-Cupalit-Familie“ zu finden, wo es zusammen mitAluminium,Gold,Kupfer,Nickel undSilber die „Kupfergruppe“ mit der Systemnummer1.AA.05 bildet.[40]
In der vorwiegend im englischen Sprachraum gebräuchlichenSystematik der Minerale nach Dana hat Blei die System- und Mineralnummer01.01.01.04. Auch dies entspricht der Klasse und gleichnamigen Abteilung „Elemente“. Hier findet er sich innerhalb der Unterabteilung „Elemente: Metallische Elemente außer der Platingruppe“ in der„Goldgruppe“, in der auchGold,Silber,Kupfer undAluminium eingeordnet sind.[41]
Die weltweit bedeutendsten Förderländer für Bleierz im Jahre 2020 waren die Volksrepublik China (1.900.000 Tonnen), Australien (494.000 Tonnen) und die USA (306.000 Tonnen), deren Anteil an den weltweit abgebauten 4,4 Millionen Tonnen zusammen etwa zwei Drittel betrug. In Europa sind Russland, Schweden, Polen und die Türkei als die größten Bleiproduzenten zu nennen.
Die wichtigsten Produzenten von raffiniertem Blei (Hüttenblei mit 99,9 % Reinheit) sind die Volksrepublik China (1,8 Millionen Tonnen), die USA (1,2 Millionen Tonnen) und Deutschland (403.000 Tonnen), deren Anteil zusammen rund die Hälfte der weltweit erzeugten 6,7 Millionen Tonnen beträgt. Weitere bedeutende Produzenten von raffiniertem Blei in Europa sind Großbritannien, Italien, Frankreich und Spanien.
Der weltweite Verbrauch bzw. Produktion von Blei stieg von etwa 7 Millionen Tonnen auf etwa 11 Millionen Tonnen in den Jahren 2013 bis 2016.[43][44] Der Großteil des Bleis wird dabei für Bleiakkumulatoren verwendet. Ca. 92 % des 2021 in den USA gebrauchten Bleis wurden dieser Verwendung zugeführt.[42]
Das mit Abstand bedeutendste Bleimineral ist dasGalenit. Dieses tritt häufig vergesellschaftet mit den Sulfiden anderer Metalle (Kupfer, Bismut, Zink, Arsen, Antimon u. a.) auf, die naturgemäß als Verunreinigung des Rohbleis bis zu einem Anteil von 5 % enthalten sind.
Das durch Zerkleinerung, Klassierung undFlotation auf bis zu 60 % Mineralgehalt aufbereitete Erz wird in drei verschiedenen industriellen Prozessen in metallisches Blei überführt. Dabei treten die Verfahren der Röstreduktion und der Röstreaktion zunehmend in den Hintergrund und werden durch Direktschmelzverfahren ersetzt, die sich einerseits wirtschaftlicher gestalten lassen und die andererseits umweltverträglicher sind.
Röstreduktionsarbeit
Dieses Verfahren verläuft in zwei Stufen, demRösten und derReduktion. Beim Rösten wird das fein zerkleinerte Bleisulfid auf einenWanderrost gelegt und 1000 °C heiße Luft hindurchgedrückt. Dabei reagiert es mit demSauerstoff der Luft in einer exothermen Reaktion zuBlei(II)-oxid (PbO) undSchwefeldioxid. Dieses wird über die Röstgase ausgetrieben und kann für dieSchwefelsäureproduktion verwendet werden. Das Bleioxid ist unter diesen Bedingungen flüssig und fließt nach unten. Dort kann esgesintert werden.
(Röstarbeit)
Anschließend erfolgt die Reduktion des Bleioxids mit Hilfe vonKoks zu metallischem Blei. Dies geschieht in einem Schachtofen, ähnlich dem beimHochofenprozess verwendeten. Dabei werden schlackebildende Zuschlagsstoffe wieKalk beigefügt.
(Reduktionsarbeit)
Röstreaktionsarbeit
Dieses Verfahren kommt vor allem bei hochgradig mit PbS angereicherten Bleierzen zum Einsatz und ermöglicht die Bleierzeugung in einem Schritt. Dabei wird das sulfidische Erz nur unvollständig geröstet. Anschließend wird das Bleisulfid/Bleioxid-Gemisch weiter unter Luftabschluss erhitzt. Dabei setzt das Bleioxid sich mit dem verbliebenen PbS ohne Zugabe eines weiteren Reduktionsmittels zu Blei und Schwefeldioxid um:
(Röstarbeit),
(Reaktionsarbeit).
Direktschmelzverfahren
Moderne Herstellungsverfahren für Blei basieren auf Direktschmelzverfahren, die auf Umweltverträglichkeit und Wirtschaftlichkeit hin optimiert wurden (zum Beispiel dasQSL-Verfahren[45]). Vorteilhaft ist die kontinuierliche Prozessführung mit Beschränkung auf einen Reaktionsraum, der als einzigerEmittent für Schadstoffe auftritt – im Vergleich dazu weisen die klassischen Produktionsverfahren dasSintern als zusätzlichen emittierenden Schritt auf. Das Rösten und die Reduktion finden parallel in einem Reaktor statt. Das Bleisulfid wird ähnlich wie beim Röstreaktionsverfahren nicht vollständig geröstet. Ein Teil des Bleis entsteht somit durch Reaktion des Bleisulfids mit Bleioxid. Da der Reaktor leicht geneigt ist, fließen Blei und bleioxidhaltigeSchlacke ab. Diese passiert die Reduktionszone, in die Kohlenstaub eingeblasen und das Bleioxid so zu Blei reduziert wird. Beim Rösten wird statt Luft reinerSauerstoff verwendet. Dadurch verringert sich das Volumen an Abgasen erheblich, die andererseits eine im Vergleich zu konventionellen Verfahren höhere Konzentration an Schwefeldioxid aufweisen. Deren Verwendung für die Schwefelsäureherstellung gestaltet sich somit einfacher und wirtschaftlicher.
Raffination
Bleiknollen, elektrolytisch raffiniert, 99,989 %
Das entstehendeWerkblei enthält 2–5 % andere Metalle, darunterKupfer,Silber,Gold,Zinn,Antimon,Arsen,Bismut in wechselnden Anteilen. Das Aufreinigen und Vermarkten einiger dieser Beiprodukte, insbesondere des bis zu 1 % im Werkblei enthaltenen Silbers, trägt wesentlich zur Wirtschaftlichkeit der Bleigewinnung bei.
Die pyrometallische Raffination des Bleis ist ein mehrstufiger Prozess. Durch Schmelzen in Gegenwart von Natriumnitrat/Natriumcarbonat bzw. von Luft werden Antimon, Zinn und Arsen oxidiert und können als Bleiantimonate, -stannate und -arsenate von der Oberfläche der Metallschmelze abgezogen werden („Antimonabstrich“). Kupfer wie auch eventuell enthaltenes Zink, Nickel und Kobalt werden durchSeigern des Werkbleis aus dem Rohmetall entfernt. Dabei sinkt auch der Schwefelgehalt beträchtlich. Silber wird nach demParkes-Verfahren ggf. durch die Zugabe von Zink und das Ausseigern der sich bildenden Zn-Ag-Mischkristalle aus dem Blei abgeschieden („Parkesierung“), während die Bedeutung des älteren Pattinson-Verfahrens stark zurückgegangen ist (siehe auch Herstellung von Silber,Güldischsilber). Bismut kann nach dem Kroll-Betterton-Verfahren durch Legieren mitCalcium undMagnesium als Bismutschaum von der Oberfläche der Bleischmelze abgezogen werden.
Eine weitere Reinigung kann durch elektrolytische Raffination erfolgen, jedoch ist dieses Verfahren bedingt durch den hohen Energiebedarf kostenintensiver. Blei ist zwar ein unedles Element, welches in derelektrochemischen Spannungsreihe ein negativeresStandardpotential als Wasserstoff aufweist. Dieser hat jedoch an Bleielektroden eine hoheÜberspannung, so dass eine elektrolytische Abscheidung metallischen Bleis aus wässrigen Lösungen möglich wird, sieheelektrolytische Bleiraffination.
Raffiniertes Blei kommt als Weichblei bzw. genormtesHüttenblei mit 99,9- bis 99,97%iger Reinheit (zum BeispielEschweiler Raffiné) oder als Feinblei mit 99,985 bis 99,99 % Blei (DIN 1719, veraltet) in den Handel. Entsprechend dem Verwendungszweck sind auch Bezeichnungen wie Kabelblei für die Legierung mit ca. 0,04 % Kupfer verbreitet. Aktuelle Normen wie DIN EN 12659 kennen diese noch gebräuchlichen Bezeichnungen nicht mehr.
Eigenschaften
Physikalische Eigenschaften
Kubisch-flächenzentriertes Gitter des Bleis (a=494 pm).
Darauf gründet die ausgeprägteDuktilität des Metalls und die geringeMohshärte von 1,5. Es lässt sich daher leicht zu Blechen walzen oder zu Drähten formen, die jedoch wegen ihrer geringen Härte nur wenig beständig sind. Einediamantartige Modifikation, wie sie von den leichteren Homologen der Gruppe 14 bekannt ist, tritt beim Blei nicht auf. Das liegt an derrelativistisch bedingten Instabilität der Pb-Pb-Bindung und an der geringen Tendenz, vierwertig aufzutreten.
Frische Bleiproben sind von grauweißer bis metallisch weißer Farbe und zeigen einen typisch metallischenGlanz, der aber durch oberflächliche Oxidation sehr schnell abnimmt. Die Farbe wechselt dabei ins Dunkelgraue und wird matt. Auf Papier hinterlässt das weiche Metall einen (blei)grauenStrich. Aus diesem Grund wurde früher mit Blei geschrieben und gemalt. Der Name „Bleistift“ blieb bis heute erhalten, obwohl man seit langem dafürGraphit benutzt.
Der Schmelzpunkt des Bleis liegt bei 327 °C, sein Siedepunkt bei 1740–1751 °C (Werte in Fachliteratur unterschiedlich: 1740 °C,[49] 1746 °C,[46] 1751 °C[50]). Bleileitet als typisches Metall sowohlWärme als auchStrom, dies aber deutlich schlechter als andere Metalle (vgl. elektrische Leitfähigkeit Blei:4.8e6 S/m,[50] Silber:62e6 S/m[50]). Unterhalb von 7,196 K zeigt Blei keinenelektrischen Widerstand, es wird zumSupraleiter vom Typ I. Damit ist Blei hinterNiob undTechnetium das Element mit derdritthöchsten Sprungtemperatur bei Normaldruck. DieSchallgeschwindigkeit in Blei liegt bei etwa 1200 m/s, in der Literatur streuen die Werte etwas, wahrscheinlich bedingt durch unterschiedlicheReinheit oder Bearbeitung.
Chemische Eigenschaften
An der Luft wird Blei durch Bildung einer Schicht aus Bleioxidpassiviert und damit vor weitererOxidation geschützt. Frische Schnitte glänzen daher zunächst metallisch, laufen jedoch schnell unter Bildung einer matten Oberfläche an. In feinverteiltem Zustand ist Blei leichtentzündlich (pyrophores Blei).
Auch in diversen Säuren ist Blei durch Passivierung unlöslich. So ist Blei beständig gegenSchwefelsäure,Flusssäure undSalzsäure, da sich mit den Anionen der jeweiligen Säure unlösliche Bleisalze bilden. Deshalb besitzt Blei für spezielle Anwendungen eine gewisse Bedeutung im chemischen Apparatebau.
Löslich ist Blei dagegen inSalpetersäure (Blei(II)-nitrat ist wasserlöslich), heißer, konzentrierter Schwefelsäure (Bildung des löslichen Pb(HSO4)2-Komplexes),Essigsäure (nur bei Luftzutritt) und heißenLaugen.
In Wasser, das keinen Sauerstoff enthält, ist metallisches Blei stabil. Bei Anwesenheit von Sauerstoff löst es sich jedoch langsam auf, so dass bleierne Trinkwasserleitungen eine Gesundheitsgefahr darstellen können. Wenn das Wasser dagegen vieleHydrogencarbonat- undSulfationen enthält, was meist mit einer hohenWasserhärte einhergeht, bildet sich nach einiger Zeit eine Schicht basischenBleicarbonats undBleisulfats. Diese schützt das Wasser vor dem Blei, jedoch geht selbst dann noch etwas Blei aus den Leitungen in das Wasser über.
Isotope
Natürlich vorkommendes Blei besteht im Mittel zu etwa 52,4 % aus dem Isotop208Pb, zu etwa 24,1 % aus206Pb, zu etwa 22,1 % aus207Pb, und zu etwa 1,4 %204Pb. Die Zusammensetzung ist je nach Lagerstätte geringfügig verschieden, so dass mit einer Analyse der Isotopenzusammensetzung die Bleiherkunft festgestellt werden kann. Das ist für historische Funde aus Blei und Erkenntnisse früherer Handelsbeziehungen von Bedeutung.
Die drei erstgenannten Isotope sind stabil. Bei204Pb handelt es sich um einprimordiales Radionuklid. Es zerfällt unter Aussendung vonAlphastrahlung mit einerHalbwertszeit von 1,4 · 1017 Jahren (140Billiarden Jahre) in200Hg.208Pb besitzt einendoppelt magischen Kern; es ist das schwerste stabile Nuklid. (Das noch schwerere, lange für stabil gehaltene209Bi ist nach neueren Messungen[51] instabil und zerfällt mit einer Halbwertszeit von ca. 1,9·1019 (19Trillionen) Jahren.)
Die stabilen Isotope des natürlich vorkommenden Bleis sind jeweils die Endprodukte der Uran- und Thorium-Zerfallsreihen:206Pb ist das Endnuklid der beim238U beginnendenUran-Radium-Reihe,207Pb ist das Ende der beim235U beginnendenUran-Actinium-Reihe und208Pb das Ende der beim244Pu bzw.232Th beginnendenThorium-Reihe. Durch diese Zerfallsreihen kommt es zu dem Effekt, dass das Verhältnis der Bleiisotope in einer Probe bei Ausschluss eines stofflichen Austausches mit der Umwelt zeitlich nicht konstant ist. Dies kann zurAltersbestimmung durch die Uran-Blei- bzw. Thorium-Blei-Methode genutzt werden, die auf Grund der langen Halbwertszeiten der Uran- und Thoriumisotope im Gegensatz zurRadiokarbonmethode gerade zur Datierung von Millionen Jahre alten Proben tauglich ist. Außerdem führt der Effekt zu differenzierten Isotopensignaturen im Blei aus verschiedenen Lagerstätten, was zum Herkunftsnachweis herangezogen werden kann.
Weiterhin existieren noch 33 instabileIsotope und 13 instabileIsomere von178Pb bis215Pb,[52] die entweder künstlich hergestellt wurden oder in denZerfallsreihen desUrans bzw. desThoriums vorkommen, wie etwa210Pb in der Uran-Radium-Reihe. Das langlebigste Isotop unter ihnen ist205Pb mit einer Halbwertszeit von 153Millionen Jahren.
Die größten Bleiverbraucher sind die USA, Japan, Deutschland und die Volksrepublik China. Der Verbrauch ist stark von derKonjunktur in der Automobilindustrie abhängig, in deren Akkumulatoren etwa 60 % des Weltbedarfs an Blei verwendet werden. Weitere 20 % werden in der chemischen Industrie verarbeitet.
Im Krankenhausbereich ist als technische Angabe bei baulichen Einrichtungen mit Abschirmfunktion wie Wänden, Türen, Fenster derBleidickegleichwert üblich und oft angeschrieben, um die Wirksamkeit von Strahlenschutz und Strahlenbelastung berechnen zu können.
Einen besonderen Anwendungsfall stellt die Abschirmung vonGamma-Spektrometern für die Präzisionsdosimetrie dar. Hierfür wird Blei mit möglichst geringer Eigen-Radioaktivität benötigt. Der natürliche Gehalt an radioaktivem210Pb wirkt sich störend aus. Er fällt umso niedriger aus, je länger der Verhüttungszeitpunkt zurückliegt, denn mit der Verhüttung werden die Mutter-Nuklide aus derUran-Radium-Reihe (Begleiter im Erz) vom Blei abgetrennt. Das210Pb zerfällt daher vom Zeitpunkt der Verhüttung an mit seinerHalbwertszeit von 22,3 Jahren, ohne dass neues nachgebildet wird. Deshalb sind historische Bleigegenstände wie etwa Trimmgewichte aus gesunkenen Schiffen oder historische Kanonenkugeln zur Gewinnung vonstrahlungsarmem Blei für die Herstellung solcher Abschirmungen begehrt. Auch gibt es noch andere Forschungseinrichtungen, die aus ähnlichen Gründen dieses alte Blei benötigen.[53]
Metall
Blei wird vorwiegend als Metall oderLegierung verwendet. Im Gegensatz zu früheren Zeiten, als Blei eines der wichtigsten und meistverwendeten Metalle war, versucht man heute, Blei durch andere, ungiftige Elemente oder Legierungen zu ersetzen. Wegen seiner wichtigen Eigenschaften, vor allem seinerKorrosionsbeständigkeit und hohenDichte sowie seiner einfachen Herstellung und Verarbeitung, hat es aber immer noch eine große Bedeutung in der Industrie. Elemente mit einer ähnlichen oder noch höheren Dichte beispielsweise sind entweder noch problematischer (Quecksilber,Uran) oder sehr selten und teuer (Wolfram,Gold,Platin).
Elektrotechnik
Das meiste Blei wird heutzutage für chemische Energiespeicher in Form von Bleiakkumulatoren (zum Beispiel für Autos) verwendet. Ein Autoakku enthält eine Blei- und eine Blei(IV)-oxid-Elektrode sowie verdünnte Schwefelsäure (37 %) als Elektrolyt. Aus den bei der elektrochemischen Reaktion entstehenden Pb2+-Ionen bildet sich in der Schwefelsäure unlösliches Blei(II)-sulfat. Wiederaufladen ist durch dieRückreaktion von Blei(II)-sulfat zu Blei und Blei(IV)-oxid möglich. Ein Vorteil des Bleiakkumulators ist die hoheNennspannung einerAkkuzelle von 2,06 Volt.
Maschinenbau
Da Blei eine hohe Dichte besitzt, wird es als Gewicht benutzt. Umgangssprachlich gibt es deshalb die Bezeichnung „bleischwer“ für sehr schwere Dinge. Bleigewichte wurden unter anderem als Ausgleichsgewichte zumAuswuchten von Autorädern benutzt. Dies ist aber seit dem 1. Juli 2003 bei PKW-Neuwagen und seit dem 1. Juli 2005 bei allen PKW (bis 3,5 t) verboten; die Bleigewichte sind durch Zink- oder Kupfergewichte ersetzt worden. Weitere Anwendungen unter Ausnutzung der hohen Dichte sind: Bleiketten zur Straffung von Gardinen und Tauchgewichte, um beim Tauchen den Auftrieb von Taucher und Ausrüstung auszugleichen. Außerdem wird Blei als Schwingungsdämpfer in vibrationsempfindlichen (Auto-)Teilen, zur Stabilisierung von Schiffen und für Sonderanwendungen des Schallschutzes verwendet.
Apparatebau
Blei ist durchPassivierung chemisch sehr beständig und widersteht unter anderemSchwefelsäure undBrom. Daher wird es alsKorrosionsschutz im Apparate- und Behälterbau eingesetzt. Eine früher wichtige Anwendung war dasBleikammerverfahren zur Schwefelsäureherstellung, da damals Blei das einzige bekannte Metall war, das den Schwefelsäuredämpfen widerstand. Auch frühere Anlagen und Räume zur Herstellung von Nitroglyzerin wurden an Boden und Wand mit Blei ausgekleidet.[54] Blei wurde auch häufig zur Ummantelung von Kabeln zum Schutz vor Umwelteinflüssen benutzt, beispielsweise bei Telefonkabeln. Heute ist Blei dabei meist durchKunststoffe, zum Beispiel PVC, abgelöst worden, wird aber bis heute bei Kabeln inRaffinerien eingesetzt, da es auch gegenKohlenwasserstoffe unempfindlich ist.
Bauwesen
Bleirohr in einem römischen Bad
Da Blei leicht zu bearbeiten und zu gießen ist, wurde Blei in der Vergangenheit häufig für metallische Gegenstände verwendet. Zu den wichtigsten Bleiprodukten zählten u. a. Rohre. Aufgrund der Toxizität der aus dem Blei evtl. entstehenden chemischen Verbindungen (Bleivergiftung) kommen Bleirohre aber seit den 1970er Jahren nicht mehr zum Einsatz. Trotz einer gebildeten Karbonatschicht in den Rohren löst sich das Blei weiterhin imTrinkwasser. Erfahrungsgemäß wird bereits nach wenigen Metern der Grenzwert der geltendenTrinkwasserverordnung nicht mehr eingehalten.
Blei zur Versiegelung einer Mauerfuge
Weitere Verwendung im Hochbau fand Blei zur Verbindung von Steinen durch eingegossene Metallklammern oder Metalldübel, etwa umScharniere an einen steinernen Türstock zu befestigen oder einEisengeländer an einer Steintreppe. Diese Verbleiungstechnik ist in der Restaurierung noch weit verbreitet. So an der Turmspitze im WienerStephansdom oder der Brücke inMostar. Auch für Fensterfassungen, zum Beispiel anmittelalterlichen Kirchenfenstern, wurden oftBleiruten verwendet. Blei (Walzblei) findet auch Verwendung alsDachdeckung (zum Beispiel die Hauptkuppeln derHagia Sophia) oder für Dachabschlüsse (zum Beispiel bei den berühmten „Bleikammern“, dem ehemaligen Gefängnis vonVenedig und im Kölner Dom) sowie zur Einfassung von Dachöffnungen. Auch wurde früher Farben und Korrosionsschutzanstrichen Blei beigemischt, insbesondere bei Anstrichen für Metalloberflächen. Noch heute stellt Blei bei Gebäuden im Bestand einen zu berücksichtigendenGebäudeschadstoff dar, da es in vielen älteren Bau- und Anlageteilen weiterhin zu finden ist.
Ein spezieller Anwendungsbereich von Bleirohren waren ab dem späten 19. Jahrhundert pneumatische Steuerungen für Orgeln (pneumatische Traktur),pneumatische Kunstspielklaviere und, als ein spezieller und sehr erfolgreicher Einsatzfall, die Steuerung derLink-Trainer, des ersten weitverbreiteten Flugsimulators. Die Vorteile von Bleirohren (billig, stabil, flexibel, kleiner Platzbedarf für die nötigen umfangreichen Rohrbündel, lötbar, mechanisch leicht zu verarbeiten, langlebig) waren dafür ausschlaggebend.
Militärtechnik
Ein wichtiger Abnehmer für Bleimetall war und ist das Militär. Blei dient als Grundstoff für Geschosse, sowohl fürSchleudern als auch für Feuerwaffen. In sogenanntenKartätschen wurde gehacktes Blei verschossen. Der Grund für die Verwendung von Blei waren und sind einerseits die hohe Dichte und damit hohe Durchschlagskraft und andererseits die leichte Herstellung durch Gießen. Heutzutage wird das Blei meist von einem Mantel (daher „Mantelgeschoss“) aus einer Kupferlegierung (Tombak) umschlossen. Vorteile sind vor allem eine höhere erreichbare Geschossgeschwindigkeit, bei der ein nicht ummanteltes Bleigeschoss aufgrund seiner Weichheit nicht mehr verwendet werden kann, und die Verhinderung von Bleiablagerungen im Inneren des Laufes einer Feuerwaffe.Bleifreie Munition ist jedoch auch verfügbar.
Karosseriereparatur
Vor dem Aufkommen moderner 2-Komponenten-Spachtelmasse wurden Blei oder Blei-Zinn-Legierungen aufgrund ihres geringen Schmelzpunktes zum Ausfüllen von Schad- und Reparaturstellen an Fahrzeugkarosserien genutzt. Dazu wurde das Material mitLötbrenner undFlussmittel auf die Schadstelleaufgelötet. Anschließend wurde die Stelle wie beim Spachteln verschliffen. Dies hat den Vorteil, dass das Blei im Gegensatz zu Spachtelmasse eine feste Bindung mit dem Blech eingeht und bei Temperaturschwankungen auch dessen Längenausdehnung mitmacht. Da die entstehenden Dämpfe und Stäube giftig sind, wird dieses Verfahren heute außer bei der Restaurierung historischer Fahrzeuge kaum noch verwendet.
Brauchtum
Ein alterOrakel-Brauch, den bereits die Römer pflegten, ist dasBleigießen, bei dem flüssiges Blei (heutzutage auch in Legierung mit Zinn) in kaltem Wasser zum Erstarren gebracht wird. Anhand der zufällig entstehenden Formen sollen Weissagungen über die Zukunft getroffen werden. Heute wird der Brauch noch gerne zuNeujahr geübt, um einen (nicht unbedingt ernst genommenen) Ausblick auf das kommende Jahr zu bekommen.
Wassersport
Weltmarktpreise für Metall, Juni 2013 (Blei: sechste Beschriftung von unten)
BeimTauchen werdenBleigewichte zumTarieren verwendet; der hohe Dichteüberschuss (gut 10 g/cm³) gegenüber Wasser liefert den Abtrieb, der in erster Linie dem positiven Auftrieb eines Neoprensanzugs entgegenwirkt. Je dicker sein Tauchanzug ist, desto mehr Blei benötigt ein Taucher. Für die Verwendung von Blei als Gewicht ist ferner der vergleichsweise niedrige Preis begünstigend: Ausgehend von den Weltmarktpreisen für Metalle vom Juli 2013 hat Blei ein hervorragendes Preis-Gewichts-Verhältnis. Die Verwendung erfolgt in Form von Platten an den Schuhsohlen eines Panzertauchanzugs, als abgerundete Blöcke aufgefädelt auf einem breiten Hüftgurt oder – modern – als Schrotkugeln in Netzen in den Taschen einer Tarierweste. Öffnen der Gurtschnalle oder der Taschen (unten) erlaubt es, den Ballast notfalls rasch abzuwerfen.
DerKielballast vonSegelyachten besteht bevorzugt aus Blei. Eisenschrot ist zwar billiger, aber auch weniger dicht, was bei den heute üblichen schlanken Kielen nicht optimal ist. Neben der Dichte ist ein weiterer Vorteil, dass Blei nicht rostet und daher auch bei einem Schaden in der Kielverkleidung nicht degeneriert.
Legierungsbestandteil
Blei wird auch in einigen wichtigenLegierungen eingesetzt. Durch das Zulegieren weiterer Metalle ändern sich je nach Metall dieHärte, derSchmelzpunkt oder dieKorrosionsbeständigkeit des Materials. Die wichtigste Bleilegierung ist dasHartblei, eine Blei-Antimon-Legierung, die erheblich härter und damit mechanisch belastbarer als reines Blei ist. Spuren einiger anderer Elemente (Kupfer,Arsen,Zinn) sind meist in Hartblei enthalten und beeinflussen ebenfalls maßgeblich die Härte und Festigkeit. Verwendung findet Hartblei beispielsweise im Apparatebau, bei dem es neben der chemischen Beständigkeit auch auf Stabilität ankommt.
Bleilettern
Eine weitere Bleilegierung ist dasLetternmetall, eine Bleilegierung mit 60–90 % Blei, die als weitere Bestandteile Antimon und Zinn enthält. Es wird fürLettern im klassischenBuchdruck verwendet, spielt heute allerdings in der Massenproduktion von Druckgütern keine Rolle mehr, sondern allenfalls fürbibliophile Editionen. Daneben wird Blei inLagern als so genanntesLagermetall verwendet.
Blei spielt eine Rolle als Legierungsbestandteil inWeichlot, das unter anderem in derElektrotechnik Verwendung findet. In Weichloten ist Zinn neben Blei der wichtigste Bestandteil. Die Verwendung von Blei in Loten betrug 1998 weltweit etwa 20.000 Tonnen. Nach der EG-Richtlinie 2002/95/EGRoHS ist Blei seit Juli 2006 weitgehend in derLöttechnik verboten; Ausnahmen gelten für spezielle Anwendungen.[55]
Blei ist ein häufiger Nebenbestandteil inMessing. Dort hilft ein Bleianteil (bis 3 %), die Zerspanbarkeit zu verbessern. Auch in anderen Legierungen, wie zum BeispielRotguss, kann Blei als Nebenbestandteil enthalten sein. Daher ist es ratsam, nach längerem Stehen das erste aus Messingarmaturen kommende Wasser wegen etwas herausgelösten Bleis eher nicht zu trinken.[56]
Bleiglas
Wegen derabschirmenden Wirkung des Bleis besteht der Konus vonKathodenstrahlröhren (also der „hintere“ Teil der Röhre) fürFernsehgeräte, Computerbildschirme etc. ausBleiglas. Das Blei absorbiert die in Kathodenstrahlröhren zwangsläufig entstehenden weichenRöntgenstrahlen. Für diesen Verwendungszweck ist Blei noch nicht sicher zu ersetzen, daher wird dieRoHS-Richtlinie hier nicht angewendet. Glas mit sehr hohem Bleigehalt wird wegen dieser Abschirmwirkung auch in derRadiologie sowie imStrahlenschutz (zum Beispiel in Fensterscheiben) verwendet. Ferner wird Bleiglas wegen seines hohenBrechungsindexes für hochwertige Glaswaren als sogenanntesBleikristall verwendet.
Bleifrei
Mit Ausnahme vonAvGas für spezielle Flugzeugmotoren werden bleihaltige Produkte und Anwendungen entweder vollständig ersetzt (wie bei der Verwendungbleifreier Munition oder wie dasTetraethylblei imBenzin; siehe dazu auchEntwicklung der Ottokraftstoffe#Bleifrei), oder der Bleigehalt wird durch Grenzwerte auf einen der technischen Verunreinigung entsprechenden Wert beschränkt (zum Beispiel Zinn undLot). Diese Produkte werden gern „bleifrei“ genannt. Grenzwerte gibt es u. a. in der Gesetzgebung um die so genannteRoHS (Richtlinie 2011/65/EU), die 1000 ppm (0,1 %) vorsieht. Strenger ist der Grenzwert für Verpackungen mit 100 ppm (Richtlinie 94/62/EG).
Der politische Wille zum Ersetzen des Bleis gilt auch dort, wo die Verwendung aufgrund der Eigenschaften technisch oder wirtschaftlich interessant wäre, die Gesundheitsgefahr gering und ein Recycling mit sinnvollem Aufwand möglich wäre (zum Beispiel Blei als Dacheindeckung).
Elementares Blei kann vor allem in Form von Staub über die Lunge aufgenommen werden. Dagegen wird Blei kaum über die Haut aufgenommen. Daher ist elementares Blei in kompakter Form für den Menschen nicht giftig. Metallisches Blei bildet an der Luft eine dichte, schwer wasserlösliche Schutzschicht aus Bleicarbonat. Toxisch sind gelöste Bleiverbindungen sowie Bleistäube, die durch Verschlucken oder Einatmen in den Körper gelangen können. Besonders toxisch sind Organobleiverbindungen, zum BeispielTetraethylblei, die starklipophil sind und rasch über die Haut aufgenommen werden.
Bleiarsenat wird aufgrund seines Arsen- und Bleichromat aufgrund seines Chrom(VI)-Gehaltes in der Kategorie 1 (Substanzen, die sich beim Menschen oder im Tierversuch als krebserzeugend erwiesen haben),
Blei und andere anorganische Bleiverbindungen außer Bleiarsenat und Bleichromat in der Kategorie 4 (Stoffe, mit krebserzeugenden Eigenschaften).
Blei reichert sich selbst bei Aufnahme kleinster Mengen, die über einen längeren Zeitraum stetig eingenommen werden, im Körper an, da es zum Beispiel in Knochen eingelagert und nur sehr langsam wieder ausgeschieden wird. Blei kann so eine chronische Vergiftung hervorrufen, die sich unter anderem in Kopfschmerzen, Müdigkeit, Abmagerung und Defekten der Blutbildung, des Nervensystems und der Muskulatur zeigt. Bleivergiftungen sind besonders für Kinder und Schwangere gefährlich. Es kann auch Fruchtschäden undZeugungsunfähigkeit bewirken. Im Extremfall kann die Bleivergiftung zum Tod führen. Die Giftigkeit von Blei beruht unter anderem auf einer Störung derHämoglobinsynthese. Es hemmt mehrereEnzyme und behindert dadurch den Einbau des Eisens in das Hämoglobinmolekül. Dadurch wird die Sauerstoff-Versorgung der Körperzellen gestört.
Bleiglas und Bleiglasur eignen sich nicht für Ess- und Trinkgefäße, daEssig(säure) Blei als wasserlösliches Bleiazetat aus dem Silikatverbund herauslösen kann. Als Automotoren noch mit Benzin mit Bleitetraethyl liefen, war die Vegetation in der Nähe von Straßen und in den Städten mit Blei, als Oxidstaub, belastet. Raue und vertiefte Oberflächen, etwa die Einziehung rund um den Stängel eines Apfels, sind Fallen für Staub.
Nach einer 2022 in derPNAS veröffentlichten Studie derDuke und derFlorida State University führte der Zusatz bleihaltiger Antiklopfmittel im Autobenzin seit den frühen Sechzigerjahren bei 170 Millionen Amerikanern zu einer Intelligenzminderung um fast fünfIQ-Punkte. Wer Mitte der Sechzigerjahre und vor dem Verbot bleihaltigen Benzins 1996 geboren wurde, hat im Schnitt sogar einen bis zu sechs Punkte niedrigeren IQ, als wenn er in einer Welt ohne Blei in der Umwelt aufgewachsen wäre.[58][59]
Der norwegische Umweltökonom und Berater derWeltbank Bjorn Larsen referierte auf der 5. Weltchemikalienkonferenz (September 2023 in Bonn) zu Blei. Er sagte, die Sterblichkeit sei sechsmal höher als bislang angenommen und schätzte die ökonomischen Schäden für das Jahr 2019 auf 6 Billionen US-Dollar.[60][61]
Bleibelastung der Umwelt
Luft
Die Bleibelastung der Luft wird hauptsächlich durch bleihaltigeStäube verursacht: Hauptquellen sind die Blei-erzeugende Industrie, die Verbrennung von Kohle und bis vor einigen Jahren vor allem der Kfz-Verkehr mit Benzinmotoren, derenTreibstoffe mit demAntiklopfmittelTetraethylblei versetzt war. Im Zuge der Verbrennung entsteht daraus Blei undBlei(II)-oxid und durch zugesetztehalogenierteKohlenwasserstoffe auch geringere Mengen vonBlei(II)-chlorid undBlei(II)-bromid. Infolge des Verbotes bleihaltiger Kraftstoffe[62] ist dieser Beitrag zur Luftbelastung ab ca. 2000 deutlich zurückgegangen.
Am höchsten ist die Bleibelastung durch Bleistäube derzeit bei der Arbeit in Blei-produzierenden und ‑verarbeitenden Betrieben. Auch beim Reinigen und Entfernen alterMennige-Anstriche durchSandstrahlen entsteht bleihältiger Staub. Die bei der Bleiraffination und der Verbrennung von Kohle entstehenden Bleioxidstäube konnten durch geeignete Filter abgeschieden werden. Eine weitere Quelle, die mengenmäßig aber kaum ins Gewicht fällt, ist die Verbrennung vonHausmüll inMüllverbrennungsanlagen.
Beim Brand vonNotre Dame 2019 inParis wurde über 400 t Blei aus Blechen der Dachhaut und Verkleidung von Holz zum Teil verdampft, kondensiert und oxidiert und damit zu bleihältigem Rauch, der sich als Staub insbesondere in der Umgebung des Brands ablagerte.[65]
Boden
Auch Böden können mit Blei belastet sein. Der mittlere Bleigehalt der kontinentalenErdkruste liegt bei 15 mg/kg. Böden enthalten von Natur aus zwischen 2 und 60 mg/kg Blei; wenn sie aus bleierzhaltigen Gesteinen entstanden sind, kann der Gehalt deutlich höher sein.[66] Der Großteil der Bleibelastung von Böden istanthropogen, die Quellen dafür sind vielfältig. Der Großteil des Eintrags erfolgt über Bleistäube aus der Luft, welche mit dem Regen oder durch trockene Deposition in die Böden gelangen. Für Deutschland und das Jahr 2000 wurde der atmosphärische Eintrag in Böden auf 571 t Blei/Jahr geschätzt. Eine weitere Quelle ist belasteterDünger, sowohlMineraldünger (136 t Pb/a), insbesondereAmmonsalpeter, als auchWirtschaftsdünger (182 t Pb/a).Klärschlämme (90 t Pb/a) undKompost (77 t Pb/a) tragen ebenfalls zur Bleibelastung der Böden bei.[67] Ein erheblicher Eintrag erfolgt auch durch Bleischrot-Munition.[68][69] In der Schweiz verursacht Schießen sogar den größten Eintrag von Blei in die Umwelt, mehr als doppelt so viel wie Verkehr, Industrie und Gewerbe zusammen.[70] Bei Altlasten, wie zum Beispiel an ehemaligen Standorten von bleiproduzierenden Industriebetrieben oder in der Umgebung von alten bleiummantelten Kabeln, kann der Boden ebenfalls eine hohe Bleibelastung aufweisen. Eine besonders große Bleiverseuchung hat beispielsweise im OrtSanto Amaro da Purificação (Brasilien) zu hohen Belastungen bei Kindern geführt.[71]
Kontaminierte Böden können mit einerBodensanierung ein Stück weit von den Altlasten befreit werden. In der Schweiz wird meist das gesetzlich erforderliche Ziel von 1000 mg Blei pro Kilogramm Boden angestrebt.[72]
Wasser
Die Bleibelastung derGewässer resultiert hauptsächlich aus dem Ausschwemmen von Blei aus belasteten Böden. Dazu tragen auch geringe Mengen bei, die der Regen aus Bleiwerkstoffen wie Dachplatten löst. Die direkte Verschmutzung von Gewässern durch die Bleiindustrie und den Bleibergbau spielt (zumindest in Deutschland) auf Grund des Baus vonKläranlagen fast keine Rolle mehr. Der Jahreseintrag von Blei in Gewässer ist in Deutschland von ca. 900 t im Jahr 1985 auf ungefähr 300 t im Jahr 2000 zurückgegangen.[73]
In Deutschland beträgt der Grenzwert für Blei imTrinkwasser seit dem 1. Dezember 2013 10 µg/l (früher 25 µg/l)[74]; die Grundlage der Messung ist eine für die durchschnittliche wöchentliche Wasseraufnahme durch Verbraucher repräsentative Probe (sieheTrinkwasserverordnung).
Seit den Römern und bis etwa 1950 wurden Bleirohre für Trinkwasserleitungen verbaut; für das Anschlussstück zum Toilettspülkasten und für Abwasserleitungen in Häusern noch bis etwa 1970. Bei Gebäudesanierungen werden diese entfernt, um das Trinkwasser reinzuhalten und Abwasserrohre stabiler gegen chemischen und mechanischen Angriff insbesondere bei der Abflussreinigung zu machen.
Für Blei in Trinkwasser kommen folgende Quellen noch heute in Betracht: Eisen wird durch einen gewissen Bleizusatz zerspanungsfreundlicher, zumindest über die Verwertung von Eisenschrott bei der Herstellung von Wasserrohren kann hier Blei durch Korrosion ins Trinkwasser gelangen. Es ist möglich, dass um 1970 für Wasserleitungen im Haus aufkommende Kupferrohre anfangs mit bleihältigem Lot verlötet wurden. Messingauslaufarmaturen enthalten über Recycling einen geringen Bleigehalt, weshalb grundsätzlich empfohlen wird, eine Armatur in der Wasser länger (zum Beispiel über Nacht) gestanden ist, zuerst kurz (zum Beispiel 1/2 Sekunde) durchzuspülen, bevor Wasser daraus zum Trinken und Kochen verwendet wird.
Nahrung
Durch die Bleibelastung von Luft, Boden und Wasser gelangt das Metall über Pilze, Pflanzen und Tiere in die Nahrungskette des Menschen. Besonders hohe Bleibelastungen können in verschiedenen Pilzen enthalten sein. Auf den Blättern von Pflanzen lagert sich Blei als Staub ab, das war charakteristisch für die Umgebung von Straßen mit viel Kfz-Verkehr, als Benzin noch verbleit wurde. Dieser Staub kann durch sorgfältiges Waschen entfernt werden. Zusätzliche Quellen können bleihaltige Munition bei gejagten Tieren sein. Blei kann auch aus bleihaltigen Glasuren von Keramikgefäßen in Lebensmittel übergehen. In frischem Obst und Gemüse ist in den allermeisten Fällen Blei und Cadmium nicht oder nur in sehr geringen Spuren nachweisbar.[75]
Wasserleitungen aus Bleirohren können das Trinkwasser belasten. Sie sind in Deutschland erst seit den 1970er Jahren nicht mehr verbaut worden. Besonders in Altbauten in einigen Regionen Nord- und Ostdeutschlands sind Bleirohre immer noch anzutreffen. Bei über 5 % der Proben des Wassers aus diesen Gebäuden lagen die Bleiwerte des Leitungswassers lautStiftung Warentest über dem aktuellen gesetzlichen Grenzwert.[76] Gleiches gilt für Österreich und betrifft Hauszuleitungen der Wasserversorgers und Leitungen im Haus, die Sache des Hauseigentümers sind. Aus bleihaltigemEssgeschirr kann Blei durch saure Lebensmittel (Obst, Wein, Gemüse) herausgelöst werden.
Wasserleitungsarmaturen (Absperrhähne, Formstücke, Eckventil, Mischer) sind meist ausMessing oderRotguss. Messing wird für gute Zerspanbarkeit 3 % Blei zugesetzt, Rotguss enthält 4–7 %. Ob Blei- und andere Schwermetallionen (Cu, Zn, Ni) in relevantem Ausmaß ins Wasser übertreten, hängt von der Wasserqualität ab:Wasserhärte,pH-Wert, Sauerstoff, Salzgehalt. Grundsätzlich kann nach längerem Stehen des Wassers in der Leitung, etwa über Nacht, durch Laufenlassen der Wasserleitung von etwa einer Minute (Spülen) vor der Entnahme für Trinkwasserzwecke der Gehalt aller aus der Leitungswandung eingewanderten Ionen reduziert werden.
Rechtliche Regelung
In derEU wurde der Grenzwert für Blei in Trinkwasser 1998 durch die Richtlinie 98/83/EG (ersetzt durchRichtlinie (EU) 2020/2184) – allerdings mit einer Übergangsfrist von 15 Jahren – auf 10 μg/L festgelegt.[77][78]
Bleiionen können in einer mikroskopischen Nachweisreaktion als Blei(II)-iodid dargestellt werden. Dabei wird die Probe in verdünnter Salzsäure gelöst und vorsichtig bis zur Kristallisation eingedampft. Der Rückstand wird mit einem Tropfen Wasser aufgenommen und anschließend mit einem Kristall eines wasserlöslichen Iodids, zum Beispiel Kaliumiodid (KI), versetzt. Es entstehen nach kurzer Zeit mikroskopisch kleine, gelbe, hexagonale Blättchen des Blei(II)-iodids.
Qualitativer Nachweis im Trennungsgang
Da Blei nach Zugabe von HCl nicht quantitativ als PbCl2 ausfällt, kann es sowohl in der HCl-Gruppe als auch in der H2S-Gruppe nachgewiesen werden. Das PbCl2 kann sowohl durch Zugabe von Kaliumiodid gemäß obiger Reaktion als gelbes PbI2 gefällt werden, als auch mit K2Cr2O7 als gelbes Bleichromat, PbCrO4.
Nach Einleiten von H2S in die salzsaure Probe fällt zweiwertiges Blei in Form von schwarzem PbS aus. Dieses wird nach Digerieren mit (NH4)SX und Zugabe von 4 M HNO3 als PbI2 oder PbCrO4 nachgewiesen.[79]
Instrumentelle quantitative Analytik des Bleis
Für die Spurenanalytik von Blei und seinen Organoderivaten steht eine Reihe von Methoden zur Verfügung. Allerdings werden in der Literatur laufend neue bzw. verbesserte Verfahren vorgestellt, auch im Hinblick auf die oft erforderliche Vorkonzentrierung. Ein nicht zu unterschätzendes Problem besteht in der Probenaufarbeitung.
Atomabsorptionsspektrometrie (AAS)
Unter den verschiedenen Techniken der AAS liefert die Quarzrohr- und die Graphitrohrtechnik die besten Ergebnisse für die Spurenanalytik von Bleiverbindungen. Häufig wird Blei mit Hilfe von NaBH4 in das leicht flüchtige Bleihydrid, PbH2, überführt. Dieses wird in eine Quarzküvette geleitet und anschließend elektrisch auf über 900 °C erhitzt. Dabei wird die Probe atomisiert und es wird unter Verwendung einer Hohlkathodenlampe die Absorbanz bei 283,3 nm gemessen. Es wurde eine Nachweisgrenze von 4,5 ng/ml erzielt. Gerne wird in der AAS auch eine Luft-Acetylenfackel (F-AAS) oder mikrowelleninduziertes Plasma (MIP-AAS) zur Atomisierung eingesetzt.[80]
Atomemissionsspektrometrie (AES)
In der AES haben sich das mikrowelleninduzierte Plasma (MIP-AES) und das induktiv gekoppelte Argon-Plasma (ICP-AES) zur Atomisierung bewährt. Die Detektion findet bei den charakteristischen Wellenlängen 283,32 nm und 405,78 nm statt. Mit Hilfe der MIP-AES wurde für Trimethylblei, (CH3)3Pb+, eine Nachweisgrenze von 0,19 pg/g ermittelt.[81] Die ICP-AES ermöglicht eine Nachweisgrenze für Blei in Trinkwasser von 15,3 ng/ml.[82][83]
Massenspektrometrie (MS)
In der Natur treten für Blei insgesamt vier stabile Isotope mit unterschiedlicher Häufigkeit auf. Für die Massenspektrometrie wird häufig das Isotop206Pb genutzt. Mit Hilfe derICP-Quadrupol-MS konnte dieses Isotop im Urin mit einer Nachweisgrenze von 4,2 pg/g bestimmt werden.[84]
Photometrie
Die am weitesten verbreitete Methode zur photometrischen Erfassung von Blei ist die sog. Dithizon-Methode.Dithizon ist ein zweizähniger, aromatischer Ligand und bildet bei pH 9–11,5 mit Pb2+-Ionen einen roten Komplex dessen Absorbanz bei 520 nm (ε = 6,9·104 l/mol·cm) gemessen wird. Bismut undThallium stören die Bestimmung und sollten vorher quantitativ gefällt oder extrahiert werden.[85][86][87]
Voltammetrie
Für die elektrochemische Bestimmung von Spuren von Blei eignet sich hervorragend die subtraktive anodische Stripping-Voltammetrie (SASV). Dabei geht der eigentlichen voltammetrischen Bestimmung eine reduktive Anreicherungsperiode auf einer rotierenden Ag-Disk-Elektrode voraus. Es folgt die eigentliche Bestimmung durch Messung des Oxidationsstroms beim Scannen eines Potentialfensters von −800 mV bis −300 mV. Anschließend wird die Messung ohne vorangehende Anreicherung wiederholt und die so erhaltene Kurve von der ersten Messung subtrahiert. Die Höhe des verbleibenden Oxidationspeaks bei −480 mV korreliert mit der Menge an vorhandenem Blei. Es wurde eine Nachweisgrenze von 50 pM Blei in Wasser ermittelt.[88][89]
Bleiverbindungen kommen in denOxidationsstufen +II und +IV vor. Aufgrundrelativistischer Effekte ist die Oxidationsstufe +II dabei – im Gegensatz zu den leichteren Homologen der Gruppe 14, wieKohlenstoff undSilicium – stabiler als die Oxidationsstufe +IV. Der Sachverhalt der Bevorzugung der um 2 erniedrigten Oxidationsstufe, findet sich in analoger Weise auch in anderen Hauptgruppen und wirdEffekt des inerten Elektronenpaares genannt. Blei(IV)-Verbindungen sind deshalb starke Oxidationsmittel. Inintermetallischen Verbindungen des Bleis (Plumbide: MxPby), vor allem mitAlkali- undErdalkalimetallen, nimmt es auch negative Oxidationsstufen bis −IV an. Viele Bleiverbindungen sindSalze, es gibt aber auch organische Bleiverbindungen, die kovalent aufgebaut sind. Ebenso wie bei Bleimetall wird heutzutage versucht, Bleiverbindungen durch andere, ungiftige Verbindungen zu substituieren. So wurde „Bleiweiß“ (basisches Blei(II)-carbonat) als Weißpigment durchTitan(IV)-oxid ersetzt.
Oxide
Blei(II)-oxid PbO, unter anderemBleiglätte und früher auchPlumbum oxydatum sowieLitargirum[90] genannt, tritt in zwei Modifikationen, als rote Bleiglätte und als gelbes Massicolit, auf. Beide Modifikationen wurden früher als Pigmente verwendet. Es dient als Ausgangsstoff für andere Bleiverbindungen.
Blei(II,IV)-oxid Pb3O4, auch Mennige genannt, ist ein leuchtend rotes Pulver, das früher verbreitet als Pigment und Rostschutzfarbe verwendet wurde. Es ist in Deutschland, seit 2005 auch in der Schweiz, als Rostschutz verboten. Pb3O4 wird in der Glasherstellung für die Bereitung vonBleikristall verwendet.
Blei(IV)-oxid PbO2 ist ein schwarz-braunes Pulver, das als Elektrodenmaterial in Bleiakkumulatoren und als Oxidationsmittel in der chemischen Industrie (zum Beispiel Farbstoffherstellung) verwendet wird.
Schwefelverbindungen
Blei(II)-sulfid PbS ist alsGalenit (Bleiglanz) das wichtigste Bleimineral. Es dient vor allem zur Herstellung metallischen Bleis.
Blei(II)-sulfat PbSO4 kommt alsAnglesit ebenfalls in der Natur vor und wurde als Weißpigment verwendet.
Weitere Bleisalze
Blei(II)-acetat Pb(CH3COO)2 · 3H2O, auch Bleizucker genannt, war früher einZuckerersatzstoff zum Beispiel für das Süßen von Wein. Aufgrund der Giftigkeit von Bleizucker starben früher Menschen an solcherart vergiftetem Wein.
Blei(IV)-acetat (Pb(CH3COO)4) bildet farblose, an feuchter Luft nach Essig riechende Kristallnadeln. Mit Wasser zersetzt es sich zu Blei(IV)-oxid und Essigsäure. Es dient in der Organischen Chemie als starkes Oxidationsmittel.
Bleiweiß, basisches Bleicarbonat 2 PbCO3 · Pb(OH)2, war früher ein beliebtes Weißpigment; es ist heute meist durch Titanoxid abgelöst.
Blei(II)-nitrat Pb(NO3)2 ist ein giftiges, weißes Pulver, das für Sprengstoffe und zur Herstellung von Streichhölzern verwendet wurde.
Blei(II)-chlorid PbCl2 dient als Ausgangsstoff zur Herstellung von Bleichromat.
Blei(II)-chromat PbCrO4 ist ein orange-gelbes Pulver, welches früher als Pigment diente und heute wegen seiner Giftigkeit nicht mehr eingesetzt wird.
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↑Anm. Zur Abgasreinigung aufkommendeAbgaskatalysatoren würden durch Bleiverbindungen „vergiftet“, also unwirksam. Andererseits entfaltete im Verbrennungsraum abgeschiedenes Blei eine erwünschte Schmierwirkung im Bereich der Ventile.
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