Schwerstes Mitglied der Kohlenstoffgruppe
Im Periodensystem der Elemente zählt das Schwermetall Blei zur Kohlenstoffgruppe zusammen mit den Elementen Kohlenstoff, Silizium, Germanium und Zinn. In der Kohlenstoffgruppe hat Blei mit dem lateinischen Kürzel Pb für Plumbum oder der angelsächsischen Bezeichnung Lead die höchste Dichte mit 11,34 Gramm pro Kubikzentimeter.
Die meisten Elemente mit einer höheren Dichte haben Eigenschaften, die deren Gebrauch stark einschränken. Beispiele sind Radioaktivität wie bei Uran und Rhodium, sehr hohe Giftigkeit wie Quecksilber oder der hohe Preis durch Seltenheit wie Gold und Titan. Blei hat die etwa halbe Dichte des dichtesten bekannten Elements Osmium. Blei ist in geringerem Maße giftig als Quecksilber.
Dichte von Elementen und Werkstoffen
Beim Vergleich und der Einordnung der Dichte von Blei helfen die Dichtewerte anderer bekannter und häufig auftretender Elemente und Werkstoffe. Sie werden in kg/dm3 oder wie hier in g/cm³ angegeben:
| Name | Kürzel | Dichte in g/cm³ |
|---|---|---|
| Beton | – | 1,8 bis 2,4 |
| Quarzglas | – | 2,2 |
| Graphit | C | 2,25 |
| Granit | – | 2,8 |
| Zement | – | 3,0 bis 3,1 |
| Diamant | C | 3,51 |
| Titan | Ti | 4,5 |
| Rost | Fe3O4 | 5,1 |
| Zink | Zn | 7,13 |
| Zinn | Sn | 7,28 |
| Eisenstahl | – | 7,7 |
| Silber | Ag | 10,49 |
| Blei | Pb | 11,34 |
| Gold | Au | 19,30 |
| Osmium | Os | 22,61 |
Ausnutzung der Dichte von Blei
Zwei der bekanntesten Arten, die hohe Dichte von Blei auszunutzen, sind die Verwendungen als Gewichte beispielsweise im Angelsport oder im Modellbau und als Strahlenschutz. In früheren Zeiten wurde das hohe Gewicht bei kleinem Volumen auch genutzt, um Gardinen und Vorhänge mit einer Bleischnur zu beschweren. Die toxischen Eigenschaften des Bleis haben diese Verwendungen aber nahezu verschwinden lassen.
Im Modellbau wird Blei vor allem verwendet, um bewegliche und mobile Konstruktionen wie Fahr- und Flugzeuge auszutarieren. Auch hier spielt die Dichte die entscheidende Rolle. Schon kleine Bleimengen mit wenigen Kubikzentimetern Ausdehnung können die benötigten Ausgleichsgewichte bilden. Ein Bleiwürfel mit den Seitenmaßen von zwei Zentimetern wiegt etwa neunzig Gramm.
Die Dichte wurde ebenfalls für den Gewichtsausgleich und das Tarieren von Autofelgen genutzt. Diese Auswuchtgewichte werden zunehmend durch die ungiftigen Werkstoffe Stahl und Zink ersetzt. Deren geringere Dichte verlangt allerdings etwa ein Drittel mehr Platzbedarf beziehungsweise Einzelgewichtanzahl.
Geschosse und Schrot
Eine häufige Verwendung findet Blei in Form von Geschossen. Die allgemein bekannteste Munition ist das Bleischrot. Beim Sportschießen werden außerdem unterschiedlich geformte Diabolos verwendet. Bis zu etwa zehn Meter sorgt die hohe Dichte des Bleis für präzise und berechenbare ballistische Flugbahnen.
Blei verfügt außerdem über ausreichende Härte, um den Abschuss unverformt zu überstehen. So kann ein Durchschlag beispielsweise auf Zielscheiben sauber erfolgen und gezählt werden. Als Jagdmunition wird Blei aufgrund seiner toxischen Eigenschaften nur noch selten eingesetzt. Auch hier sorgt die Dichte für durchschlagende Projektile.
Hohe Dichte wirkt als Strahlenschutz
Die Schutzwirkung gegen Röntgenstrahlung und andere radioaktive Strahlungsquellen liegen neben dem molekularen Aufbau des Bleis hauptsächlich in seiner Dichte begründet. Vereinfacht gesagt lassen viele eng aneinander gepresste Atome weniger Strahlen passieren. Dabei wird Blei vor allem gewählt, da Alternativen mit ähnlichen oder besseren Abschirmungswerten sprich Dichte wesentlich teurer sind. Typische Beispiele sind Kupfer, Silber und Gold.
Trotz seiner Dichte kann Blei nur einen Teil der Strahlen „abfangen“, weswegen auch heute noch versucht wird, das Röntgen auf die notwendigste Anzahl von Anwendungen zu beschränken. Da einige Bleierze über natürliche radioaktive Isotope verfügen, muss für die Herstellung von Strahlungsschutz besonders strahlungsarmes Blei verwendet werden.
Abnahme der Dichte bei Erhitzung
Wissenschaftliche Messungen belegen die Abnahme der Dichte von Blei bei Erhitzung. Wie bei den meisten anderen Elementen führt das Erhitzen zur größeren Bewegung der Atome beziehungsweise Moleküle. Dadurch entstehen größere Zwischenräume und die Dichte nimmt ab. Bei Blei ist die Veränderung allerdings nur im wissenschaftlichen Sinn von Bedeutung und kann in der Anwendungspraxis vernachlässigt werden.
| Erwärmung in °C | Dichte in |
|---|---|
| 0 | 11,34 |
| 350 | 10,658 |
| 400 | 10,597 |
| 500 | 10,477 |
| 600 | 10,359 |
| 800 | 10,132 |
Die durchschnittliche räumliche Ausdehnung beim Erhitzen von Blei wird auf 3,44 Prozent beziffert. Dieses Volumen braucht das flüssige heiße Blei mehr, um das nach der Abnahme der Dichte das gleiche Gewicht zu erhalten.
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