Timbal(II) nitrat

Sejarah

Sejak Abad Pertengahan, timbal(II) nitrat telah diproduksi sebagai bahan baku produksi pigmen berwarna dalam cat timbal, seperti krom kuning (timbal(II) kromat), krom jingga (timbal(II) hidroksida kromat) dan senyawa timbal sejenis. Pigmen-pigmen ini digunakan untuk pewarnaan dan pencetakan kaliko dan tekstil lainnya.
Pada tahun 1597, alkimiawan Jerman Andreas Libavius adalah yang pertama menjelaskan senyawa ini, dengan merujuk pada nama abad pertengahan plumb dulcis dan calx plumb dulcis, yang berarti timbal manis, karena rasanya. Meskipun awalnya tidak dipahami selama beberapa abad berikutnya, sifat dekrepitasi timbal(II) nitrat menjadikannya digunakan dalam korek api dan bahan peledak khusus seperti timbal azida.
Proses produksi pernah dan masih mengikuti cara kimia sederhana, melarutkan timbal dalam aqua fortis (asam nitrat), dan secara berkala diambil endapannya. Namun, produksi tetap skala kecil selama berabad-abad, dan produksi komersial timbal(II) nitrat sebagai bahan baku untuk pembuatan senyawa timbal lainnya tidak dilaporkan sampai 1835. Pada tahun 1974, A.S. mengkonsumsi senyawa timbal, tidak termasuk pigmen dan aditif bensin, adalah 642 ton.

Struktur

Struktur kristal timbal(II) nitrat padat telah ditentukan menggunakan difraksi neutron. Senyawa mengkristal dalam sistem kubik dengan atom timbal dalam sistem kubik pusat muka. Golongan ruangnya adalah Pa3Z=4 (notasi kisi Bravais), yang masing-masing sisi kubus memiliki panjang 784 pikometer.
Noktah hitam menggambarkan atom timbal, noktah putih gugus nitrat 27 pikometer di atas bidang atom timbal. Pada konfigurasi ini, setiap atom timbal [[Ikatan kimia|terikat dengan duabelas atom oksigen (panjang ikatan:281 pikometer). Semua panjang atom N–O juga sama pada 127 pikometer.
Ketertarikan peneliti pada struktur kristal timbal(II) nitrat terutama didasarkan pada kemungkinan rotasi internal bebas gugus nitrat dalam kisi kristal pada kenaikan temperatur, tetapi ini hingga saat ini belum terbukti.

Preparasi dan produksi

Timbal(II) nitrat dapat diperoleh dengan melarutkan logam timbal dalam larutan asam nitrat:
Cara yang lebih lazim adalah dengan melarutkan timbal(II) oksida dalam asam nitrat:
Dalam kasus lain, karena pelarutnya adalah asam nitrat pekat (sedangkan timbal(II) nitrat memiliki kelarutan yang sangat rendah) dan larutan yang dihasilkan mengandung ion nitrat, kristal timbal(II) nitrat anhidrat terbentuk secara spontan sebagai hasil dari efek ion sejenis:
Memungkinkan juga untuk mengekstrak nitrat dari bahan organik seperti pupuk atau urin. Ekstraksi nitrat menggunakan metode ini tidak sekuat nitrat berderajat kemurnian industri, tetapi dapat digunakan untuk produksi serbuk mesiu.
Hampir semua timbal(II) nitrat yang tersedia secara komersial diproduksi sesuai dengan bahan skala laboratorium. Dipasok dalam kemasan kantong 25 kg hingga kantong jumbo 1.000&nbps;kg, dan dalam kemasan laboratorium. Hal ini dilakukan baik oleh produsen umum bahan kimia laboratorium maupun produsen timbal dan senyawa timbal. Tidak ada produksi skala besar yang telah dilaporkan.
Dalam perlakuan limbah timbal menggunakan asam nitrat, misalnya, dalam pengolahan limbah timbal-bismut dari pengilangan timbal, larutan tak murni timbal(II) nitrat dibuat sebagai produk sampingan. Larutan ini dilaporkan untuk digunakan dalam proses sianidasi emas.

Reaksi

Selain timbal(II) asetat, timbal(II) nitrat adalah satu-satunya senyawa timbal umum yang dapat larut. Timbal(II) nitrat mudah larut dalam air menghasilkan larutan jernih tak berwarna. Sebagai senyawa ion, pelarutan timbal(II) nitrat melibatkan disosiasi menjadi ion-ion konstituennya.
Timbal(II) nitrat membentuk larutan yang sedikit asam, dengan pH antara 3,0 sampai 4,0 untuk larutan 20% dalam air.
Ketika larutan natrium hidroksida pekat ditambahkan ke dalam larutan timbal(II) nitrat, terbentuk basa nitrat, meskipun sedikit melampaui titik ekivalen. Menuju setengah titik ekivalen, terbentuk senyawa Pb(NO₃)₂·Pb(OH)₂, yang kemudian setelah titik ini akan terbentuk Pb(NO₃)₂·5Pb(OH)₂. Tidak ada pembentukan Pb(OH)₂ sederhana pada pH sekitar 12.

Kompleksasi

Timbal(II) nitrat terkait dengan kimia supramolekul yang menakjubkan karena koordinasinya dengan senyawa pendonor elektron nitrogen dan oksigen. Daya tariknya lebih pada aspek akademis, tetapi dengan beberapa aplikasi potensial. Misalnya, penggabungan timbal nitrat dan pentaetilena glikol (EO₅) dalam larutan asetonitril dan metanol diikuti dengan penguapan lambat menghasilkan bahan kristal baru [Pb(NO₃)₂(EO₅)]. Dalam struktur kristal senyawa ini, rantai EO₅ dikelilingi oleh ion timbal dalan suatu bidang ekuatorial yang mirip dengan eter mahkota. Dua ligan nitrat bidentat berada dalam bentuk konfigurasi trans. Bilangan koordinasi total adalah 10, dengan ion timbal dalam struktur geometri molekul antiprisma persegi.
Senyawa kompleks yang dibentuk oleh timbal(II) nitrat, timbal(II) perklorat dan ligan donor N bidentat bitiazola adalah kompleks inti ganda, dengan gugus nitrat menjembatani atom timbal dengan bilangan koordinasi 5 dan 6. Salah satu aspek yang menarik dari kompleks jenis ini adalah adanya celah fisik dalam lingkungan koordinasi; yaitu, ligan tidak berada secara simetris mengelilingi ion logam. Hal ini berpotensi karena pasangan elektron sunyi pada timbal, juga ditemukan dalam kompleks timbal dengan ligan imidazola.
Jenis kimia ini tidak unik hanya untuk garam nitrat; senyawa timbal(II) lainnya seperti timbal(II) bromida juga membentuk kompleks, tetapi senyawa nitratnya sering digunakan karena kelarutannya dan sifat bidentatnya.

Oksidasi dan dekomposisi

Timbal(II) nitrat adalah oksidator. Ini bisa disebabkan karena ion Pb²⁺, yang mempunyai potensial reduksi(E°) standar −0,125 V, atau ion nitrat yang pada suasana asam mempunyai E° +0,956 V. Nitrat akan berfungsi pada temperatur tinggi atau dalam suasa asam, sementara timbal(II) berfungsi optimal dalam larutan netral.
Ketika dipanaskan, kristal timbal(II) nitrat terdekomposisi menjadi timbal(II) oksida, oksigen dan nitrogen dioksida.
Oleh karena sifat ini, timbal nitrat sering digunakan dalam piroteknik seperti kembang api.

Aplikasi

Karena sifat timbal(II) nitrat yang berbahaya, ada preferensi untuk menggunakan alternatif dalam aplikasi industri. Sebelumnya, aplikasi utama adalah cat timbal, sekarang sebagian besar telah digantikan dengan titanium dioksida. Aplikasi historis lainnya dari timbal(II) nitrat, seperti dalam korek dan kembang api, telah menurun atau berhenti total. Aplikasi timbal (II) nitrat saat ini mencakup penggunaan sebagai stabilisator panas dalam nilon dan poliester, sebagai pelapis untuk kertas fototermografi, dan rodentisida.
Pada skala laboratorium, timbal(II) nitrat merupakan salah satu dari dua sumber dinitrogen tetroksida yang mudah dan dapat diandalkan. Mengeringkan timbal(II) nitrat dengan hati-hati dan kemudian memanaskannya dalam sebuah bejana baja, dihasilna nitrogen dioksida, yang mengalami dimerisasi menjadi senyawa yang diinginkan. 
Untuk memperbaiki proses pelindian (bahasa Inggris: leaching) dalam sianidasi emas, ditambahkan larutan timbal(II) nitrat. Meskipun prosesnya meilbatkan jumlah besar, hanya sedikit timbal(II) nitrat yang diperlukan (10 sampai 100 miligram timbal(II) nitrat per kilogram emas). Baik sianidasi itu sendiri, maupun penggunaan senyawa timbal dalam proses, dianggap kontroversial karena sifat toksik kedua senyawa tersebut.
Dalam kimia organik, timbal(II) nitrat telah digunakan sebagai oksidan, misalnya sebagai suatu alternatif dari reaksi Sommelet untuk oksidasi benzil halida menjadi aldehida. Pb(NO₃)₂ juga dijumpai digunakan dalam preparasi isotiosianat dari ditiokarbamat. Karena sifat toksiknya timbal(II) nitrat mulai jarang digunakan, hanya aplikasi-aplikasi terbatas yang masih menggunakannya, seperti peraup (bahasa Inggris: scavenger) bromida selama substitusi SN₁.

Keselamatan

Timbal(II) nitrat bersifat toksik, dan jika tertelan dapat menyebabkan keracunan timbal akut. Ini berlaku terutama untuk seluruh senyawa timbal yang dapat larut. Seluruh senyawa timbal anorganik diklasifikasikan oleh Badan Internasional Penelitian Kanker (IARC) sebagai berpotensi karsinogen pada manusia (Kategori 2A). Mereka terkait dengan kanker ginjal dan glioma dalam percobaan pada binatang untuk kanker ginjal, kanker otak dan kanker paru-paru dalam manusia, meskipun studi terhadap pekerja yang terpapar timbal seringkali rumit karena bersamaan dengan paparan arsenik. Timbal dikenal sebagai pengganti seng dalam sejumlah enzim, termasuk δ-asam aminolevulinat dehidratase (porfobilinogen sintase) dalam jalur biosintesis heme dan pirimidin-5′-nukleotidase, yang penting bagi metabolisme DNA yang baik dan oleh karenanya menyebabkan kerusakan janin.