Qu’est-ce que le sulfate de plomb ?
Le sulfate de plomb est une substance inorganique composée d’ions sulfate et d’ions plomb, dont la formule chimique est PbSO4.
La substance a une masse de 303,26 g/mol, une masse volumique de 6,29 g/cm3 et une température de 1170 °C. À température et pression normales, elle a l’aspect d’un solide blanc.
Utilisations du sulfate de plomb
1. Accumulateurs au plomb
Le sulfate de plomb est utilisé comme matière active de cathode et d’anode pour les électrodes des batteries plomb-acide. Le coût relativement faible du plomb en tant que matériau d’électrode permet de produire des batteries d’accumulateurs rentables. Le dioxyde de plomb est utilisé comme électrode pour l’électrode positive et le plomb pour l’électrode négative, et l’acide sulfate de plomb est utilisé comme électrolyte pour les deux.
L’acide sulfurique dilué est ionisé par l’eau en SO₄²- et H⁺, qui réagissent avec les ions sulfate pour former du sulfate de plomb PbSO₄ à l’anode. Ce sulfate de plomb devient solide et adhère à la surface de l’anode, de sorte que la masse de l’anode augmente rapidement. De plus, les électrons générés par l’oxydation du plomb sont transférés à la cathode à travers les conducteurs.
Les ions hydrogène sont également libérés dans l’électrolyte, et le principe de la batterie est que les ions hydrogène se déplacent à travers l’électrolyte vers la cathode, où les électrons libres se sont rassemblés. La plaque cathodique, quant à elle, accepte les électrons libres et les ions hydrogène de l’anode et subit une réaction chimique avec le dioxyde de plomb et l’acide sulfate dilué. Il en résulte la formation de sulfate de plomb et d’eau et, comme pour la plaque anodique, le sulfate de plomb adhère à la plaque cathodique.
Le sulfate de plomb et les autres substances adhérant aux surfaces des plaques cathodiques à la suite de la décharge provoquent une réaction de recharge, remettant la batterie dans l’état où elle se trouvait avant la décharge, ce qui permet de l’utiliser à plusieurs reprises. L’électrode positive est oxydée en oxyde de plomb (IV) par la charge, tandis que l’électrode négative est réduite en plomb solide, ce qui est une propriété des batteries plomb-acide.
2. Pigments
Depuis l’Antiquité, le sulfate de plomb est utilisé comme pigment blanc dans diverses situations en raison de sa couleur blanche. Des objets contenant du sulfate de plomb ont également été trouvés dans les trésors du dépôt de Shosoin à Nara (ville du Japon).
Le sulfate de plomb est également utilisé comme l’une des matières premières des pigments colorants tels que le plomb jaune et le molybdate orange. Toutefois, au cours des dernières années, on a assisté à un mouvement croissant en faveur de l’élimination des peintures contenant du plomb, en raison des inquiétudes suscitées par leurs effets néfastes sur le corps humain.
3. Autres utilisations
Les autres utilisations comprennent les glaçures, les catalyseurs et les stabilisateurs de résine.
Propriétés du sulfate de plomb
1. Propriétés physiques
Il s’agit d’un solide blanc ou incolore, cristallin ou en poudre cristalline. Il est soluble dans l’hydroxyde alcalin en excès sous forme d’ions hydroxyde de plomb, mais sa solubilité dans l’eau est presque négligeable (0,0425 g/1 L à 25 °C). Il est également insoluble dans les solvants organiques tels que l’éthanol et l’acétone.
La structure cristalline est stable et rectangulaire avec une structure de type sulfate de baryum. Son point de fusion est de 1 170 °C, mais la décomposition commence à environ 1 000 °C, où il se décompose en oxyde de plomb(II) ou en tétroxyde de plomb(III), générant du dioxyde de soufre et du trioxyde de soufre.
2. Processus de production du sulfate de plomb
Le sulfate de plomb est produit par la réaction d’un composé de plomb soluble dans l’eau avec un acide fort, tel que l’acide sulfurique et le nitrate de plomb ou l’acide sulfurique et l’acétate de plomb, accompagnée d’un chauffage. Le sulfate de plomb est obtenu sous la forme d’un précipité blanc.
De plus, une pâte obtenue en ajoutant de l’acide sulfate de plomb dilué à l’oxyde de plomb(II) est utilisée comme matière active dans les batteries plomb-acide, qui contient divers sels basiques avec des compositions telles que PbSO4-PbO, PbSO4-2PbO, PbSO4-3PbO et PbSO4-4PbO. L’eau est un sous-produit de cette réaction.
Lorsque l’acide sulfate de plomb réagit avec le plomb, il se forme du sulfate de plomb et de l’hydrogène, mais un film de sels insolubles se forme à la surface des réactifs, qu’il faut chauffer pour faciliter la réaction.
Autres informations sur le sulfate de plomb
Dangers du sulfate de plomb
Le sulfate de plomb est très toxique et présente un risque de cancer, d’effets néfastes sur le fœtus chez la femme enceinte et de lésions d’organes (rein, système nerveux, système digestif, système sanguin). Il est donc nécessaire de se laver soigneusement les mains et de porter des gants en caoutchouc, des blouses de laboratoire, des masques et des lunettes de sécurité lors de sa manipulation.
De plus, comme il a un impact négatif important sur les organismes aquatiques, son rejet dans l’eau est strictement contrôle et limité.