همه چیز در رابطه با فلز سرب و کاربردهای آن

سرب (Lead) عنصری شیمیایی با نماد Pb و عدد اتمی ۸۲ و یکی از فلزات سنگینی است که از متداول ترین مواد نیز متراکم تر است. سرب فلزی نرم و چکش خوار  و دارای نقطه ذوب نسبتاً پایین است.

سرب  فلزی نقره ای متمایل آبی است که هنگام قرار گرفتن در معرض هوا  به رنگ خاکستری کدر و لکه دار تبدیل می شود. این فلز دارای بالاترین عدد اتمی نسبت به سایر عناصر پایدار و یک فلز نسبتاً غیرفعال است.

خواص فلزی ضعیف این ترکیب با طبیعت آمفوتریک آن نشان داده می شود. سرب و اکسیدهای سرب با اسیدها و بازها واکنش نشان می دهند و تمایل به ایجاد پیوندهای کووالانسی دارند. ترکیبات Pb معمولاً در حالت اکسیداسیون +۲ قرار دارند و مانند اعضای سبک تر گروه این گروه به پیوند با خودش تمایل دارد و می تواند زنجیره ها و ساختارهای چندوجهی را تشکیل دهد. در ادامه مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک توضیحات بیشتری در این زمینه ارائه می شود.

تاریخچه فلز سرب

این فلز به راحتی از سنگ معدن استخراج می شود. انسان های ماقبل تاریخ در آسیای غربی از وجود این فلز آگاه بودند. گالنا سنگ معدن اصلی سرب است که اغلب دارای نقره است. علاقه به نقره باعث شروع استخراج گسترده و استفاده از Pb در روم باستان شد. تولید این فلز پس از سقوط روم کاهش یافت و تا انقلاب صنعتی به مقادیر قابل قبولی نرسید.

در سال ۲۰۱۴ ، تولید جهانی این فلز سالانه حدود ده میلیون تن بود که بیش از نیمی از آن مربوط به بازیافت بود. چگالی بالای سرب ، نقطه ذوب پایین ، چکش خواری و عدم تمایل آن نسبت به اکسیداسیون باعث شد که به یک فلز مفید تبدیل شود.

این خواص به همراه فراوانی نسبی و قیمت پایین آن ، منجر به استفاده گسترده از آن در ساخت و ساز ، لوله کشی ، باتری ، گلوله ، لحیم کاری ، آلیاژهای ساختگی ، رنگهای سفید ، بنزین حاوی سرب و محافظ اشعه شد.

با اینحال در اواخر قرن نوزدهم سمیت Pb به رسمیت شناخته شد  و از آن زمان استفاده از آن در بسیاری از کاربردها کاهش یافته است. با این حال ، بسیاری از کشورها هنوز اجازه فروش محصولاتی که انسان را در معرض سرب قرار می دهد ، از جمله برخی از انواع رنگ ها و گلوله ها را دارند.

شایان ذکر است که Pb یک نوروتوکسین است که در بافت ها و استخوان های نرم جمع می شود ، به سیستم عصبی آسیب می زند و عملکرد آنزیم های بیولوژیکی را مختل می کند و باعث اختلالات عصبی مانند آسیب مغزی و مشکلات رفتاری می شود.

خواص فیزیکی و شیمیایی سرب

سرب وقتی در معرض هوای مرطوب قرار می گیرد یک لایه محافظ با ترکیب متفاوت تشکیل می دهد. کربنات سرب (II) ماده تشکیل دهنده متداول است، سولفات یا کلرید نیز ممکن است در مناطق شهری یا دریایی وجود داشته باشد. این لایه ها باعث می شود این فلز به طور مؤثر از نظر شیمیایی در معرض هوا مقاوم باشد. سرب ریز پودری ، مانند بسیاری از فلزات آتش زاست  و با شعله مایل به آبی سفید می سوزد.

فلوئور با Pb در دمای اتاق واکنش می دهد و فلوراید سرب (II) را تشکیل می دهد. واکنش با کلر نیز مشابه است اما نیاز به گرم شدن دارد ، زیرا لایه کلرید حاصل واکنش عناصر را کاهش می دهد. سرب مذاب با كلكوژنها واکنش می دهد تا كلكوژنیدهای سرب (II) را تشکیل دهد.

این فلز در برابر اسید سولفوریک و فسفریک مقاومت است اما در هیدروکلریک یا اسید نیتریک حل می شود. اسیدهای آلی مانند اسید استیک، در حضور اکسیژن منجر به حل شدن سرب می شوند. بعلاوه قلیاهای غلیظ نیز Pb را حل می کنند.

کاربردهای مختلف سرب

 

ساخت باتری سربی – اسیدی

مصرف اصلی Pb برای باتری های ذخیره ساز سربی- اسیدی است که در آن شبکه یا صفحه از این فلز یا ترکیب سرب با سایر فلزات که بیشتر آنتیموان است، ساخته می شود.

اکستروژن های نورد

ورقه های سرب در صنعت ساختمان سازی برای جلوگیری از احتراق یا هوازدگی ، برای سقف سازی و تولید روکش فلزی جهت جلوگیری از نفوذ آب استفاده می شود. با توجه به مقاومت در برابر خوردگی شیمیایی، ورقه های این فلز نیز برای استفاده از روکش حمام های شیمیایی و اسیدی و مخازن ذخیره سازی کاربرد دارد. چگالی بالای ورق سرب آن را به عنوان ماده ای بسیار مؤثر برای اهداف عایق صدا تبدیل می کند. فولاد با روکش سرب نیز برای محافظت از اشعه استفاده می شود.

ساخت لوله های سربی

لوله های سربی به دلیل مقاومت در برابر خوردگی در حمل مواد شیمیایی خورنده در کارخانه های تولید مواد شیمیایی استفاده می شوند. این لوله ها همچنین در اندازه های کوتاه جهت استفاده در اتصال کابل های با روکش Pb اکسترود می شوند.

تولید رنگدانه ها

این فلز به طور گسترده ای در رنگ ها استفاده می شود اگرچه اخیرا استفاده از آن در رنگ ها به طور چشمگیری محدود شده است تا خطرات سلامتی را کاهش دهد. سرب سفید ، Pb(OH)2 • ۲PbCO3 بیشترین استفاده را به عنوان رنگدانه دارند سایر رنگدانه های مهم Pb شامل سولفات سرب بازی و کرومات سرب هستند.

استفاده به عنوان پوشش کابل

آلیاژهای سرب به دلیل خاصیت انعطاف پذیری بالا ، قابلیت اکستروژن مناسب ، دمای ذوب نسبتا کم و مقاومت در برابر خوردگی بسیار عالی در هنگام تماس با طیف گسترده ای از محیط های صنعتی و دریایی ، خاک و مواد شیمیایی کاربرد گستره ای دارند. از این ترکیبات به عنوان غلاف برای کابلهای با ولتاژ بالا استفاده می شود.

ساخت مهمات

استفاده از گلوله های سربی که معمولاً در تیراندازی ورزشی با سلاح های کوچک استفاده می شود، بسیار متداول است.

آلیاژهای سرب

سرب آلیاژهای بسیاری با فلزات را تشکیل می دهد. آلیاژهای تشکیل شده با قلع ، مس ، آرسنیک ، آنتیموان ، بیسموت و کادمیوم  از اهمیت صنعتی برخوردار هستند. از Pb برای ساخت یاتاقانها ، لحیم کاری ، فلزات ضد انفجار و فلزات با نقطه ذوب پایین استفاده می شود.

لحیم کاری های نرم عمدتا آلیاژهای سرب – قلع با یا بدون آنتیموان هستند در حالی که آلیاژهای زودگداز ترکیبی از Pb ، قلع ، بیسموت ، کادمیوم و سایر فلزات با نقطه ذوب کم هستند.

گلوله های سربی آلیاژ  Pb ، آنتیموان و آرسنیک هستند و این فلز برای کاهش ساییدگی دستگاه ها به برنج اضافه می شود.

تاثیرات زیست محیطی سرب

استخراج ، تولید ، استفاده و دفع Pb و فرآورده های آن باعث آلودگی قابل توجه خاک و آبهای زمین شده است. انتشار گازهای خام سرب در طول انقلاب صنعتی و دوره تولید بنزین سرب در نیمه دوم قرن بیستم در اوج خود بود. انتشار Pb از منابع طبیعی ، تولید صنعتی ، سوزاندن و بازیافت و سرب قبلاً دفع شده منشا می گیرد. غلظت های بالای Pb در خاک و رسوبات در مناطق صنعتی و شهری پایدار است.

Pb می تواند در خاک ، خصوصا آنهایی که محتوای ارگانیک بالایی دارند ، جمع شود و صدها تا هزاران سال باقی بماند. این ماده می تواند با سایر فلزات موجود در درون و سطوح گیاهان به طور بالقوه رقابت کند و با مهار فتوسنتز در غلظت های کافی بر رشد گیاه و بقا آن تأثیر منفی بگذارد.

آلودگی خاک و گیاهان می تواند منجر به آلودگی زنجیره غذایی شود که بر میکروارگانیسم ها و حیوانات تأثیر می گذارد. در حیوانات این فلز در بسیاری از ارگان ها سمیت نشان می دهد و به سیستم عصبی ، کلیوی ، تولید مثلی  و قلب و عروق بعد از مصرف ، استنشاق یا جذب پوستی آسیب می رساند. جذب این فلز از آب و رسوبات و تجمع زيست محيطی در زنجيره غذایی خطر بزرگی برای ماهی ها ، پرندگان و پستانداران دريایی می باشد.

اثرات سرب بر سلامتی انسان

سرب یک فلز نرم است که کاربردهای زیادی در طی این سالها داشته است و از سال ۵۰۰۰ قبل از میلاد به طور گسترده ای برای استفاده در محصولات فلزی ، کابل ها و خطوط لوله ، رنگ ها و سموم دفع آفات مورد استفاده قرار گرفته است. Pb یکی از چهار فلزی است که بیشترین تأثیر را در سلامتی انسان دارد و از طریق جذب مواد غذایی (۶۵٪) ، آب (۲۰٪) و هوا (۱۵٪) می تواند وارد بدن انسان شود.

غذاهایی مانند میوه ، سبزیجات ، گوشت ، غلات ، غذاهای دریایی و نوشیدنی ها ممکن است حاوی مقادیر قابل توجهی Pb باشند. دود سیگار همچنین حاوی مقادیر کمی از این فلز است.

این ماده می تواند از طریق خوردگی لوله ها وارد آب (آشامیدنی) شود. این احتمال وقتی بیشتر است که آب کمی اسیدی شود. به همین دلیل هم اکنون سیستم های تصفیه آب عمومی ملزم به تنظیم pH آب هستند تا غلظت سرب را کنترل کنند.

روش تشخیص فلز سرب

ترکیبات سرب و سرب در طیف گسترده ای از محصولات موجود در داخل و اطراف خانه های ما، از جمله رنگ، سرامیک، لوله ها و مواد لوله کشی، لحیم کاری، بنزین، باتری ها، مهمات و لوازم آرایشی استفاده شده است. همچنین می تواند از منابع صنعتی و مکان های آلوده مانند کارخانه های ذوب سرب سابق به محیط زیست منتشر شود. در حالی که سطوح طبیعی سرب در خاک بین ۵۰ تا ۴۰۰ قسمت در میلیون متغیر است، فعالیت‌های استخراج معدن، ذوب و پالایش منجر به افزایش قابل‌ توجهی در سطوح سرب در محیط، به ویژه در نزدیکی سایت‌های معدن و ذوب شده است.

آزمایشی که برای حدود صد سال استفاده می شود سرب را از طریق سولفید سدیم در تعامل با سرب برای تشکیل سولفید سرب در حضور اسید قوی شناسایی می کند. این واکنش بسته به غلظت سرب را سیاه یا قهوه ای می کند و عیب اصلی آن فراتر از سمیت متوسط ​​آن بوی بدی است که ایجاد می کند. به دلیل گوگرد بودن، بوی تخم مرغ فاسد می دهد و همچنین استفاده از آن روی سطح بسیار دشوار است. به منظور آزمایش با استفاده از این روش، سرب باید در یک ظرف قرار داده شود و سپس سولفید سدیم به مایع موجود در آن ظرف اضافه شود.

روشی است که برای کاربر بسیار دوستانه تر است. می توان آن را با اسید قوی یا ضعیف انجام داد. رودیزونات سدیم جدا می‌شود و قسمت رودیزونات به سرب متصل می‌شود تا رودیزنات سرب را تشکیل دهد که قرمز رنگ است. این رنگ قرمز تا بنفش سال‌هاست که به لطف تبلیغ گسترده بررسی سرب توسط ۳M و برچسب آنها “قرمز به معنای سرب” شناخته شده است. رودیزونات سدیم می تواند سطوح سرب را تا حدود ۵۰۰ قسمت در میلیون به دقت تشخیص دهد.