Yoduro de plomo (II)

Yoduro de plomo(II) (o yoduro de plomo) es un compuesto químico con la fórmula PbI
₂. A temperatura ambiente, es un sólido cristalino inodoro de color amarillo brillante, que se vuelve naranja y rojo cuando se calienta. Antiguamente se llamaba yoduro plomizo.

El compuesto tiene actualmente algunas aplicaciones especializadas, como la fabricación de células solares y detectores de rayos X y rayos gamma. Su preparación es una demostración entretenida y popular en la educación química, para enseñar temas como reacciones de precipitación y estequiometría. Se descompone con la luz a temperaturas superiores a 125 °C (257 °F), y este efecto se ha utilizado en un proceso fotográfico patentado.

Antiguamente el yoduro de plomo se empleaba como pigmento amarillo en algunas pinturas, con el nombre de amarillo yoduro. Sin embargo, ese uso se ha suspendido en gran medida debido a su toxicidad y escasa estabilidad.

Preparación

PbI
₂ se sintetiza comúnmente mediante una reacción de precipitación entre potasio yoduro KI y nitrato de plomo(II) Pb(NO
₃)₂ en solución de agua:

Pb(NO₃)₂ + 2 KI → PbI₂ + 2 KNO₃

Mientras que el nitrato de potasio KNO
₃ es soluble, el plomo yoduro PbI
₂ es casi insoluble a temperatura ambiente y, por lo tanto, precipita .

En su lugar, se pueden utilizar otros compuestos solubles que contengan plomo (II) y yoduro, por ejemplo, acetato de plomo (II) y yoduro de sodio.

El compuesto también se puede sintetizar haciendo reaccionar vapor de yodo con plomo fundido entre 500 y 700 °C.

Una película delgada de PbI
₂ también se puede preparar mediante depositando una película de sulfuro de plomo PbS y exponiéndola a vapor de yodo, mediante la reacción

PbS + I₂ → PbI₂ + S

A continuación, el azufre se lava con dimetilsulfóxido.

Cristalización

El yoduro de plomo preparado a partir de soluciones frías generalmente consta de muchas plaquetas hexagonales pequeñas, lo que le da al precipitado amarillo una apariencia sedosa. Se pueden obtener cristales más grandes aprovechando el hecho de que la solubilidad del yoduro de plomo en agua (como las del cloruro y el bromuro de plomo) aumenta drásticamente con la temperatura. El compuesto es incoloro cuando se disuelve en agua caliente, pero cristaliza al enfriarse en forma de escamas delgadas, pero visiblemente más grandes, de color amarillo brillante, que se depositan lentamente en el líquido, un efecto visual a menudo descrito como "lluvia dorada". Se pueden obtener cristales más grandes esterilizando en autoclave el PbI
₂ con agua a presión a 200 ºC.

Se pueden obtener cristales aún más grandes ralentizando la reacción común. Una configuración sencilla consiste en sumergir dos vasos que contienen los reactivos concentrados en un recipiente más grande con agua, teniendo cuidado de evitar corrientes. A medida que las dos sustancias se difunden a través del agua y se encuentran, reaccionan lentamente y depositan el yoduro en el espacio entre los vasos.

Otro método similar consiste en hacer reaccionar las dos sustancias en un medio gel, que ralentiza la difusión y mantiene el cristal en crecimiento lejos de las paredes del recipiente. Patel y Rao han utilizado este método para hacer crecer cristales de hasta 30 mm de diámetro y 2 mm de espesor.

La reacción también se puede ralentizar separando los dos reactivos con una membrana permeable. Este método, con una membrana de celulosa, se utilizó en septiembre de 1988 para estudiar el crecimiento de PbI
₂ cristales en gravedad cero, en un experimento realizado en el transbordador espacial Discovery.

PbI
₂ también se puede cristalizar a partir de polvo mediante sublimación en 390 °C, casi al vacío o en una corriente de argón con algo de hidrógeno.

Se pueden obtener cristales grandes de alta pureza mediante fusión zonal o mediante la técnica de Bridgman-Stockbarger. Estos procesos pueden eliminar diversas impurezas del PbI
₂.

Aplicaciones

El yoduro de plomo es un material precursor en la fabricación de células solares de perovskita altamente eficientes. Normalmente, una solución de PbI
₂ en un disolvente orgánico, como dimetilformamida o dimetilsulfóxido, se aplica sobre una capa de dióxido de titanio mediante recubrimiento por rotación. Luego, la capa se trata con una solución de yoduro de metilamonio CH
>₃NH
₃I y recocido, convirtiéndolo en la sal doble de yoduro de plomo y metilamonio CH
₃NH
₃PbI
₃, con estructura de perovskita. La reacción cambia el color de la película de amarillo a marrón claro.

PbI
₂ también se utiliza como fotón de alta energía. Detector de rayos gamma y rayos X, debido a su amplia banda prohibida que garantiza un funcionamiento con bajo nivel de ruido.

El yoduro de plomo se utilizaba antiguamente como pigmento de pintura con el nombre de "amarillo de yodo". Prosper Mérimée (1830) lo describió como "aún no muy conocido en el comercio, es tan brillante como el oropimente o el cromato de plomo". Se cree que es más permanente; pero sólo el tiempo puede demostrar su pretensión de poseer una cualidad tan esencial. Se prepara precipitando una solución de acetato o nitrato de plomo con yoduro de potasio: el nitrato produce un color amarillo más brillante." Sin embargo, debido a la toxicidad e inestabilidad del compuesto ya no se utiliza como tal. Todavía se puede utilizar en el arte para broncear y en mosaicos de aspecto dorado.

Estabilidad

Las técnicas comunes de caracterización de materiales, como la microscopía electrónica, pueden dañar muestras de yoduro de plomo (II). Las películas delgadas de yoduro de plomo (II) son inestables en el aire ambiente. El oxígeno del aire ambiente oxida el yoduro a yodo elemental:

2 PbI₂ + O₂ → 2 PbO + 2 I₂↑

Toxicity

El yoduro de plomo es muy tóxico para la salud humana. La ingestión causará muchas consecuencias agudas y crónicas características del envenenamiento por plomo. Se ha descubierto que el yoduro de plomo es un carcinógeno en animales, lo que sugiere que lo mismo puede ser cierto en los humanos. El yoduro de plomo representa un peligro por inhalación y se deben utilizar respiradores adecuados al manipular polvos de yoduro de plomo.

Estructura

La estructura de PbI
₂, según lo determinado por X- La difracción de rayos en polvo es principalmente un sistema hexagonal compacto con capas alternas de átomos de plomo y átomos de yoduro, con enlaces principalmente iónicos. Se han observado interacciones débiles de Van der Waals entre las capas de plomo y yoduro. Las formas de apilamiento más comunes son 2H y 4H. El polimorfo 4H es más común en muestras cultivadas a partir de masa fundida, por precipitación o por sublimación, mientras que el polimorfo 2H generalmente se forma mediante síntesis sol-gel. El sólido también puede adoptar una estructura romboédrica R6.

Fuentes citadas

• Haynes, William M., ed. (2016). CRC Manual de Química y Física (97a edición). CRC Prensa. ISBN 9781498754293.