فلز سرب چیست؟

فلزات معمولاً جامداتی هستند که دارای چگالی بالا، نقطه ذوب و جوش بالا و هدایت الکتریکی و حرارتی بالایی هستند. آنها همچنین معمولاً سخت و محکم هستند و می توانند به راحتی شکل دهی شوند.

سرب یک فلز با کاربردهای گسترده است. برخی از کاربردهای مهم سرب عبارتند از باتری های سرب اسیدی، لوله ها و اتصالات، صفحات و اشکال تزئینی، جوشکاری، محافظت در برابر اشعه و استخراج نقره و طلا.

با این حال، سرب همچنین یک ماده سمی است و قرار گرفتن در معرض سرب می تواند منجر به مشکلات سلامتی شود. به همین دلیل، استفاده از سرب در برخی کاربردها، در حال کاهش است.

فلز سرب چیست؟

عنصر سرب که با نماد پی دی شناخته می‌شود، یک فلز نرم و به رنگ نقره ای سفید یا خاکستری در گروه 14جدول تناوبی است. سرب بسیارچکش خوار ، انعطاف پذیر و متراکم است و رسانای ضعیف الکتریسیته است.

سرب که در دوران باستان شناخته شده بود و کیمیاگران معتقد بودند که قدیمی ترین فلز است، بسیار بادوام و مقاوم در برابر خوردگی است، همانطور که استفاده مداوم از لوله های آب سربی که توسط رومیان باستان نصب شده بود نشان از مقاومت و دوام آن می دهد.

تاریخچه فلز سرب

در کتاب مقدس، سرب اغلب به عنوان یک ماده برای ساخت ابزار و سلاح ذکر می شود. به عنوان مثال، در کتاب خروج آمده است که موسی از سرب برای ساخت ماری طلایی استفاده کرد تا قوم بنی اسرائیل را از پرستش گوساله طلایی باز دارد.

در کتاب حزقیال آمده است که سرب برای ساخت زره و سلاح برای جنگ استفاده می شود.

بابلی ها از سرب برای ساخت صفحاتی برای ثبت کتیبه ها استفاده می کردند. این صفحات معمولاً از سرب تصفیه شده ساخته می شدند و با استفاده از یک ابزار تیز روی آنها کتیبه حک می شد. این صفحات برای ثبت اسناد رسمی، مانند قراردادها و فرمان ها، استفاده می شدند.

رومی ها از سرب برای ساخت لوله های آب، سکه ها و حتی ظروف پخت و پز استفاده می کردند. لوله های سرب برای انتقال آب در سراسر شهرهای رومی استفاده می شدند. سکه های سرب معمولاً برای اهداف کوچک، مانند خرید مواد غذایی یا کالاهای خرد، استفاده می شدند. ظروف پخت و پز سرب معمولاً برای پخت غذاهای ساده استفاده می شدند.

مسمومیت با سرب در زمان آگوستوس سزار شناخته شده بود. در آن زمان، سرب به طور گسترده برای ساخت ظروف پخت و پز، لوله های آب و سایر محصولات استفاده می شد. قرار گرفتن در معرض سرب از طریق این محصولات می تواند منجر به مسمومیت با سرب شود.

ترکیبی که به سرب سفید معروف است، یک رنگدانه سفید است که از اکسید سرب ساخته می شود. این رنگدانه ظاهراً حداقل در سال 200 قبل از میلاد در مصر باستان برای تزئین استفاده می شد.

تحولات مدرن در تولید سرب سفید به بهره برداری از ذخایر سرب در منطقه میسوری-کانزاس-اوکلاهما در ایالات متحده مربوط می شود. این ذخایر در اواخر دهه 1700 کشف شدند و به تولید سرب سفید در مقیاس صنعتی منجر شدند.

سرب سفید یک رنگدانه محبوب بود و در طیف گسترده ای از محصولات، از جمله رنگ، پلاستیک و کاغذ استفاده می شد. با این حال، در دهه 1970، مشخص شد که سرب سفید می تواند منجر به مسمومیت با سرب شود. به همین دلیل، استفاده از سرب سفید در بسیاری از کاربردها محدود شد.

در حال حاضر، سرب سفید عمدتاً در تولید باتری های سرب اسیدی استفاده می شود.

معادن و کشورهای تولیدکننده سرب

بر اساس وزن، سرب تقریباً به اندازه قلع در پوسته زمین فراوانی دارد. فراوانی سرب در پوسته زمین حدود 14 پی‌پی‌ام (بخش در میلیون) است، در حالی که فراوانی قلع حدود 12 پی‌پی‌ام است. این بدان معناست که به ازای هر میلیون اتم در پوسته زمین، حدود 14 اتم سرب یا 12 اتم قلع وجود دارد.

از نظر کیهانی، فراوانی سرب بسیار کمتر است. فراوانی کیهانی سرب حدود 0.47 اتم در هر 106 اتم سیلیکون است. این بدان معناست که به ازای هر میلیون اتم سیلیکون، حدود 0.000047 اتم سرب وجود دارد.

فراوانی کیهانی سرب با فراوانی عنصرهای نسبتاً کمیاب مانند سزیم، پرازئودیمیم، هافنیوم وتنگستن قابل مقایسه است. فراوانی این عناصر نیز در حدود 0.00001 تا 0.0001 اتم در هر 106 اتم سیلیکون است.

تفاوت بین فراوانی سرب در پوسته زمین و فراوانی آن در جهان قابل توجه است. این تفاوت به این دلیل است که سرب یک عنصر سنگین است و به راحتی در هسته زمین فرو می رود.

با این حال، سرب در پوسته زمین نیز یافت می شود.

معمولاً با سایر فلزات، مانندروی،نقره و مس یافت می شود. سرب همچنین می تواند در سنگ های آذرین، سنگ های رسوبی و سنگ های دگرگونی یافت شود.

در طیف گسترده ای از کاربردها استفاده می شود. از سرب در تولید باتری های سرب اسیدی، لوله های سرب، رنگ های سربی، سنگ های سرب دار و سایر محصولات استفاده می شود.

اگرچه سرب فراوان نیست، فرآیندهای غلظت طبیعی منجر به ذخایر قابل توجه تجاری شده است، به ویژه در ایالات متحده، اما همچنین در کانادا، استرالیا، اسپانیا، آلمان، آفریقا و آمریکای جنوبی. ذخایر قابل توجهی در ایالات متحده در ایالت های غربی و دره می سی سی پی یافت می شود.

سرب که به ندرت در طبیعت به صورت راحت یافت می شود، در چندین کانی وجود دارد، اما همه آنها به جز سولفید، که منبع اصلی تولید سرب در سراسر جهان است، اهمیت کمی دارند.

سرب همچنین در آنگوسیت و سروسیت یافت می شود. در اوایل قرن بیست و یکم، چین، استرالیا، ایالات متحده، پرو، مکزیک و هند بزرگترین تولیدکنندگان کنسانتره سرب در جهان بودند.

سرب می تواند با دو روش اصلی استخراج شود:

– برشته کردن و ذوب:

در این روش، سنگ معدن سرب در یک کوره برشته می شود تا سرب اکسید شود. سپس سرب اکسید در کوره بلند یا کوره قوس الکتریکی ذوب می شود تا سرب مذاب تولید شود. ناخالصی های موجود در سرب مذاب با استفاده از روش های مختلف، مانند تصفیه الکتریکی یا تصفیه با استفاده از مواد شیمیایی، حذف می شوند.

–ذوب مستقیم بدون بو دادن:

در این روش، سنگ معدن سرب با استفاده از یک کوره القایی یا کوره قوس الکتریکی ذوب می شود تا سرب مذاب تولید شود. سرب مذاب سپس با استفاده از روش های مختلف، مانند تصفیه الکتریکی یا تصفیه با استفاده از مواد شیمیایی، تصفیه می شود.

بازیافت سرب یک روش مهم برای تولید سرب است. ضایعات سرب شامل باتری های سرب اسیدی، لوله های سرب، رنگ های سربی و سایر محصولات است.

در فرآیند بازیافت سرب، ضایعات سرب ابتدا خرد می شوند و سپس با استفاده از روش های مختلف، مانند ذوب، تصفیه الکتریکی یا تصفیه با استفاده از مواد شیمیایی، تصفیه می شوند.

بازیافت سرب مزایای زیادی دارد. این یک روش پایدار برای تولید سرب است و به کاهش آلودگی کمک می کند. همچنین، بازیافت سرب می تواند هزینه تولید سرب را کاهش دهد.

کاربرد فلز سرب

خواصی که مسئول بسیاری از کاربردهای عنصر سرب هستند عبارتند از:

–شکل‌پذیری: سرب یک فلز نرم و چکش خوار است که به راحتی می تواند به شکل های مختلف شکل داده شود. این ویژگی سرب را برای کاربردهایی مانند ساخت لوله ها، صفحات و اشکال تزئینی ایده آل می کند.

-سهولت جوش: سرب به راحتی ذوب می شود و می توان آن را جوش داد. این ویژگی سرب را برای کاربردهایی مانند ساخت باتری ها و لوله های جوش ایده آل می کند.

-نقطه ذوب پایین: نقطه ذوب سرب 327 درجه سانتیگراد است که آن را به یک فلز با نقطه ذوب پایین تبدیل می کند. این ویژگی سرب را برای کاربردهایی مانند ساخت باتری ها و ریخته گری ایده آل می کند.

-چگالی بالا: چگالی سرب 11.34 گرم بر سانتی متر مکعب است که آن را به یک فلز با چگالی بالا تبدیل می کند. این ویژگی سرب را برای کاربردهایی مانند ساخت وزنه ها و محافظت در برابر اشعه ایده آل می کند.

-توانایی جذب تابش گاما و اشعه ایکس: سرب یک جاذب عالی برای تابش گاما و اشعه ایکس است. این ویژگی سرب را برای کاربردهایی مانند ساخت صفحه های محافظ در برابر اشعه و تجهیزات پزشکی ایده آل می کند.

سرب مذاب یک حلال و جمع کننده عالی برای عنصرهای نقره و طلا است. این ویژگی سرب را برای کاربردهایی مانند استخراج نقره و طلا ایده آل می کند.

کاربردهای ساختاری سرب به دلیل استحکام کششی و خستگی کم آن و تمایل آن به جریان حتی زمانی که فقط بارگذاری کمی دارد محدود می شود. با این حال، سرب هنوز در برخی از کاربردهای ساختاری، مانند ساخت صفحات و محافظت در برابر اشعه، استفاده می شود.

. باتری های سرب اسیدی

. لوله ها

. صفحات

. اشکال تزئینی

. جوشکاری

. وزنه ها

. محافظت در برابر اشعه

. استخراج نقره و طلا

سرب یک فلز با کاربردهای گسترده است. خواص منحصر به فرد سرب آن را برای طیف گسترده ای از کاربردها مناسب می کند.

سرب هنگامی که تازه بریده می شود، به سرعت اکسید می شود و یک پوشش خاکستری تیره ایجاد می کند، که قبلاً تصور می شد ساب اکسید سرب است، اما اکنون به عنوان مخلوطی از سرب و مونوکسید سرب شناخته می شود، که فلز را از خوردگی بیشتر محافظت می کند.

اکسید سرب یک ماده محافظ است که از فلز زیرین در برابر خوردگی بیشتر محافظت می کند. این به این دلیل است که اکسید سرب یک لایه غیرقابل نفوذ برای آب و هوا و مواد شیمیایی ایجاد می کند.

برای محافظت از سرب در برابر خوردگی، ممکن است لازم باشد پوشش اکسید سرب به طور منظم تجدید شود.

به طور مشابه، اگرچه سرب در اسید نیتریک رقیق محلول است، اما فقط به صورت سطحی توسط اسیدهای کلریدریک یا سولفوریک مورد حمله قرار می گیرد زیرا پوشش های کلرید نامحلول یا سولفات که تشکیل می شوند از ادامه واکنش جلوگیری می کنند.

به دلیل این مقاومت شیمیایی کلی، مقادیر قابل توجهی از سرب در سقف‌ها، به عنوان پوشش کابل‌های برقی که در زمین یا زیر آب قرار می‌گیرند، و به عنوان پوشش لوله‌ها و مجرای آب و سازه‌هایی برای حمل و نقل و پردازش مواد خورنده استفاده می‌شود.

عنصر سرب همچنین می تواند توسط یون های هیدروژن به یون  اکسید شود، اما نامحلول بودن بیشتر نمک های باعث می شود که سرب در برابر حمله بسیاری از اسیدها مقاوم شود. اکسیداسیون در شرایط قلیایی آسان‌تر است و با تشکیل گونه‌های محلول سرب در حالت اکسیداسیون مطلوب است.

در این واکنش، سرب به یون اکسید می شود و هیدروژن آزاد می شود. نامحلول بودن بیشتر نمک های به این دلیل است که سرب یک عنصر سنگین است و دارای بار مثبت زیاد است. این دو ویژگی باعث می شود که یون های با آب و سایر حلال ها به خوبی پیوند برقرار نکنند.

به همین دلیل، سرب در برابر حمله بسیاری از اسیدها مقاوم است. به عنوان مثال، سرب در اسید سولفوریک یا اسید کلریدریک رقیق محلول است، اما فقط به صورت سطحی مورد حمله قرار می گیرد. این به دلیل تشکیل پوشش های کلرید نامحلول یا سولفات است که از ادامه واکنش جلوگیری می کنند.

اکسیداسیون سرب در شرایط قلیایی آسان تر است. در این شرایط، سرب می تواند به یون های محلول اکسید شود. به عنوان مثال، سرب در محلول هیدروکسید سدیم به یون ها اکسید می شود.

خواص عنصر سرب

سرب و ترکیبات آن سمی هستند و در بدن باقی می مانند و در مدت طولانی انباشته می شوند (پدیده ای که به عنوان مسمومیت تجمعی شناخته می شود) تا زمانی که به مقدار کشنده ای برسد. سمیت ترکیبات سرب با افزایش حلالیت آنها افزایش می یابد. در کودکان تجمع سرب ممکن است منجر به نقایص شناختی شود. در بزرگسالان ممکن است بیماری کلیوی پیشرونده ایجاد کند.

علائم مسمومیت با سرب شامل درد شکمی و اسهال و به دنبال آن یبوست، حالت تهوع، استفراغ، سرگیجه، سردرد و ضعف عمومی است.

تشخیص اینکه استفاده از سرب تترا اتیل  به عنوان یک افزودنی ضد ضربه در بنزین باعث آلودگی هوا و آب می شود، منجر به حذف این ترکیب به عنوان یک ترکیب بنزین در دهه 1980 شد.