סרטון זה ימשיך את הסיפור על תכונות העופרת:

מוליכות חשמלית

המוליכות התרמית והחשמלית של מתכות מתואמות היטב זו עם זו. עופרת אינה מוליכה חום טוב והיא גם אינה אחד ממוליכי החשמל הטובים ביותר: הִתנַגְדוּת סְגוּלִיתהוא 0.22 אוהם רבוע. mm/m עם התנגדות של אותה נחושת של 0.017.

עמידות בפני קורוזיה

עופרת היא מתכת בסיסית, אך רמת האינרטיות הכימית שלה קרובה לכך. פעילות נמוכה והיכולת להיות מכוסה בסרט תחמוצת קובעים עמידות ראויה בפני קורוזיה.

באטמוספירה לחה ויבשה, המתכת כמעט ואינה נלחצת. יתר על כן, במקרה האחרון, מימן גופרתי, פחמן אנהידריד וחומצה גופרתית - "האשמים" הרגילים של קורוזיה, אינם משפיעים עליו.

אינדיקטורים לקורוזיה באטמוספרות שונות הם כדלקמן:

• בעירוני (ערפיח) – 0.00043-0.00068 מ"מ לשנה,
• בים (מלח) – 0.00041–0.00056 מ"מ/שנה;
• כפרי – 0.00023–.00048 מ"מ/שנה.

אין חשיפה למים טריים או מזוקקים.

• המתכת עמידה בפני חומצה כרומית, הידרופלואורית, אצטית מרוכזת, גופריתית וזרחתית.
• אבל בחמצן או חנקן מדולל עם ריכוז של פחות מ-70%, הוא קורס במהירות.
• גם חומצה גופרתית מרוכזת - יותר מ-90% - פועלת באותו אופן.

לגזים - כלור, גופרית דו חמצנית, מימן גופרתי אין השפעה על מתכת. עם זאת, בהשפעת מימן פלואוריד, עופרת קורוזיה.

תכונותיו המאכלות מושפעות ממתכות אחרות. לפיכך, מגע עם ברזל אינו משפיע בשום צורה על העמידות בפני קורוזיה, אך תוספת ביסמוט מפחיתה את עמידות החומר לחומצה.

רַעֲלָנוּת

הן עופרת וכל תרכובותיה האורגניות מסווגות כחומרים מסוכנים מבחינה כימית בדרגה 1. המתכת רעילה מאוד, והרעלה אפשרית במהלך תהליכים טכנולוגיים רבים: התכה, ייצור צבעי עופרת, כריית עפרות וכדומה. לפני זמן לא רב, לפני פחות מ-100 שנים, הרעלה ביתית הייתה נפוצה לא פחות, שכן עופרת אף נוספה לניקוי פנים לבן.

הסכנה הגדולה ביותר נשקפת מאדי מתכת ואבק, שכן במצב זה הם חודרים בקלות רבה לגוף. המסלול העיקרי הוא דרכי הנשימה. חלקם יכולים להיספג דרך מערכת העיכול ואף עור במגע ישיר – אותו לבן עופרת וצבעים.

• ברגע שהיא נמצאת בריאות, העופרת נספגת בדם, מופצת בכל הגוף ומצטברת בעיקר בעצמות. ההשפעה הרעילה העיקרית שלו קשורה להפרעות בסינתזה של המוגלובין. סימנים אופייניים של הרעלת עופרת דומים לאנמיה - עייפות, כאבי ראש, שינה והפרעות עיכול, אך מלווים בתמיד כאב כואבבשרירים ובעצמות.
• הרעלה ארוכת טווח עלולה לגרום ל"שיתוק עופרת". הרעלה חריפהמעורר עלייה בלחץ, התקשות של כלי דם, וכן הלאה.

הטיפול הוא ספציפי וארוך טווח, שכן לא קל להסיר מתכות כבדות מהגוף.

נדון להלן באילו תכונות סביבתיות יש לעופרת.

מאפיינים סביבתיים

זיהום עופרת של הסביבה נחשב לאחד המסוכנים ביותר. כל המוצרים המשתמשים בעופרת דורשים סילוק מיוחד, המתבצע רק על ידי שירותים מורשים.

למרבה הצער, זיהום עופרת נגרם לא רק מפעילות של ארגונים, שם הוא לפחות מוסדר. באוויר העירוני, נוכחות אדי עופרת מבטיחה את בעירת הדלק במכוניות. על רקע זה, נוכחותם של מייצבי עופרת במבנים מוכרים כמו חלון מתכת-פלסטיק כבר לא נראית שווה תשומת לב.

עופרת היא מתכת שיש . למרות הרעילות שלו, הוא נמצא בשימוש נרחב מדי בכלכלה הלאומית מכדי שהמתכת תוחלף במשהו.

סרטון זה יספר לכם על התכונות של מלחי עופרת:

עופרת היא מתכת המוכרת עוד מימי קדם. האדם משתמש בו מאז 2-3 אלף לפני הספירה, והוא התגלה לראשונה במסופוטמיה. שם יוצרו מעופרת לבנים קטנות, פסלונים וכלי בית שונים. כבר אז, אנשים השיגו ברונזה באמצעות האלמנט הזה, ועשו אותו גם לכתיבה עם חפצים חדים.

באיזה צבע המתכת?

זהו אלמנט מקבוצה IV של תקופה 6 של הטבלה המחזורית, שם יש לו את המספר הסידורי 82. מהי עופרת בטבע? זוהי הגלנה הנפוצה ביותר והנוסחה היא PbS. אחרת, גלנה נקראת ברק עופרת. האלמנט הטהור הוא מתכת רכה וניתנת לגימור בצבע אפור מלוכלך. באוויר, החתך שלו מתכסה במהירות בשכבה קטנה של תחמוצת. תחמוצות מגינות באופן אמין על המתכת מפני חמצון נוסף בסביבה רטובה ויבשה כאחד. אם מנקים משטח מתכת מצופה תחמוצות, הוא יקבל גוון מבריק עם גוון כחול. ניקוי זה יכול להיעשות על ידי שפיכת העופרת בוואקום ואיטומה לבקבוק ואקום.

אינטראקציה עם חומצות

לחומצות גופריתיות וחומצות הידרוכלוריות יש השפעה חלשה מאוד על עופרת, אך המתכת מתמוססת בקלות בחומצה חנקתית. כל התרכובות הכימיות למתכת שעלולות להיות מסיסות הן רעילות. הוא מתקבל בעיקר מעפרות: ראשית, שורפים ברק עופרת עד שהוא הופך לתחמוצת עופרת, ולאחר מכן מצמצמים את החומר הזה בפחם למתכת טהורה.

מאפייני אלמנט כלליים

צפיפות העופרת היא 11.34 גרם/סמ"ק. זה פי 1.5 מהצפיפות של ברזל ופי ארבעה מאלומיניום קל משקל. לא בכדי ברוסית המילה "עופרת" היא שם נרדף למילה "כבד". עופרת נמסה בטמפרטורה של 327.5 o C. המתכת הופכת נדיפה כבר בטמפרטורת הסביבה של 700 C°. מידע זה חשוב מאוד למי שעובד בכרייה של מתכת זו. קל מאוד לגרד אפילו עם ציפורן, וקל לגלגל ליריעות דקות. זוהי מתכת רכה מאוד.

אינטראקציה עם מתכות אחרות, חימום

קיבולת החום הסגולית של עופרת היא 140 J/kg. על פי התכונות הכימיות שלה, מדובר במתכת נמוכה פעילה. בסדרת המתח הוא ממוקם מול מימן. עופרת מוחלפת בקלות ממלחיה במתכות אחרות. לדוגמה, אתה יכול לערוך ניסוי: טובלים מקל אבץ בתמיסה של אצטט של יסוד זה. אז הוא יתיישב על מקל האבץ בצורה של גבישים רכים, אותם כימאים מכנים "עץ שבתאי". מהו החום הסגולי של עופרת? מה זה אומר? נתון זה הוא 140 J/kg. פירוש הדבר הבא: כדי לחמם קילוגרם מתכת ב-1 o C, נדרשים 140 ג'ול של חום.

תפוצה בטבע

אין כל כך הרבה ממתכת זו בקרום כדור הארץ - רק 0.0016% במסה. עם זאת, אפילו ערך זה מראה שהוא שופע יותר מכספית, ביסמוט וזהב. מדענים מייחסים זאת לעובדה שאיזוטופים שונים של עופרת הם תוצרי ריקבון של תוריום ואורניום, ולכן רמות העופרת בקרום כדור הארץ עלו באיטיות במשך מיליוני שנים. כרגע ידועים עפרות עופרת רבות - זו הגלנה שכבר הוזכרה, כמו גם התוצאות של הטרנספורמציות הכימיות שלה.

אלה האחרונים כוללים עופרת סולפט, cerussite (שם נוסף הוא מימטיט לבן, stoltsite. העפרות מכילות גם מתכות אחרות - קדמיום, נחושת, אבץ, כסף, ביסמוט. היכן שמתרחשות עפרות עופרת, לא רק האדמה רוויה במתכת זו, אלא גם גופי מים, צמחים.מהי עופרת בטבע?זו תמיד תרכובת ספציפית.מתכת זו מצויה גם בעפרות של מתכות רדיואקטיביות- אורניום ותוריום.

מתכת כבדה בתעשייה

המרכיב הנפוץ ביותר בתעשייה הוא תרכובת של עופרת ופח. הלחמה רגילה המכונה "שלישונית" נמצאת בשימוש נרחב לחיבור צינורות וחוטי חשמל. תרכובת זו מכילה חלק אחד עופרת ושני חלקי פח. כיסויים לכבלי טלפון וחלקי סוללות עשויים להכיל גם עופרת. נקודת ההיתוך של חלק מהתרכובות שלו נמוכה מאוד - למשל, סגסוגות עם קדמיום או פח נמסות ב-70 מעלות צלזיוס. ציוד כיבוי אש עשוי מתרכובות כאלה. סגסוגות מתכת נמצאות בשימוש נרחב בבניית ספינות. הם בדרך כלל בצבע אפור בהיר. ספינות מצופות לרוב בסגסוגות פח ועופרת כדי להגן מפני קורוזיה.

משמעות עבור אנשים מהעבר ויישום

הרומאים השתמשו במתכת זו לייצור צינורות בצינורות. בימי קדם, אנשים קשורים עופרת לכוכב שבתאי, ולכן הוא נקרא בעבר שבתאי. בימי הביניים, בשל משקלה הרב, השתמשו במתכת לעתים קרובות לניסויים אלכימיים. לעתים קרובות יוחסו לו היכולת להפוך לזהב. עופרת היא מתכת שלעתים קרובות התבלבלה עם פח, שנמשכה עד המאה ה-17. ובשפות סלאביות עתיקות זה נשא את השם הזה.

זה הגיע לשפה הצ'כית המודרנית, שם המתכת הכבדה הזו נקראת אולובו. כמה מומחים לשוניים מאמינים שהשם פלומבום קשור לאזור יווני ספציפי. מוצא רוסיהמילה "עופרת" עדיין לא ברורה למדענים. חלק מהבלשנים מקשרים אותו למילה הליטאית "scwinas".

השימוש המסורתי בעופרת בהיסטוריה הוא בייצור כדורים, כדורי רובה ציד ועוד קליעים שונים. הוא שימש כי הוא היה זול ובעל נקודת התכה נמוכה. בעבר, בעת יריית אקדח, הם לא הוסיפו למתכת מספר גדול שלאַרסָן.

עופרת שימשה גם במצרים העתיקה. נוצרו ממנו אבני בניין, פסלים של אנשים אצילים והטבעו מטבעות. המצרים היו בטוחים שלעופרת יש אנרגיה מיוחדת. הם הכינו ממנו צלחות קטנות והשתמשו בהן כדי להגן על עצמם מפני רעים. והרומאים הקדמונים לא רק יצרו צינורות מים. הם גם ייצרו מוצרי קוסמטיקה מהמתכת הזו, אפילו בלי לחשוד שהם חותמים על צו מוות משלהם. אחרי הכל, כאשר עופרת נכנסה לגוף כל יום, היא גרמה למחלות קשות.

מה עם הסביבה המודרנית?

יש חומרים שהורגים את האנושות לאט אבל בטוח. וזה תקף לא רק לאבות הקדמונים הבלתי נאורים של העת העתיקה. מקורות לעופרת רעילה כיום הם עשן סיגריות ואבק עירוני ממבני מגורים. גם אדים של צבעים ולכות מסוכנים. אבל הנזק הגדול ביותר נובע מגזי פליטה של ​​מכוניות, המכילים כמויות גדולות של עופרת.

אבל לא רק תושבי מגה-ערים נמצאים בסיכון, אלא גם אלה שחיים בכפרים. כאן המתכת יכולה להצטבר בקרקעות ואז להגיע לפירות וירקות. כתוצאה מכך, בני אדם מקבלים יותר משליש מהעופרת דרך המזון. במקרה זה, רק נוגדי חמצון רבי עוצמה יכולים לשמש כתרופת נגד: מגנזיום, סידן, סלניום, ויטמינים A, C. אם אתה משתמש בהם באופן קבוע, אתה יכול לנטרל את עצמך באופן אמין מההשפעות המזיקות של המתכת.

לפגוע

כל תלמיד בית ספר יודע מהי עופרת. אבל לא כל המבוגרים מסוגלים לענות על השאלה מה הנזק שלה. חלקיקיו חודרים לגוף דרך מערכת הנשימה. לאחר מכן, הוא מתחיל לקיים אינטראקציה עם הדם, להגיב עם חלקים שוניםגוּף. מערכת השרירים והשלד סובלת מכך הכי הרבה. לכאן מגיעה 95% מכלל העופרת הנצרכת על ידי בני אדם.

רמה גבוההתוכנו בגוף מוביל לפיגור שכלי, ובמבוגרים הוא מתבטא בצורה תסמיני דיכאון. עודף מתבטא בהיעדר מוח ועייפות. גם המעיים סובלים - עקב עופרת, לעיתים קרובות עלולות להופיע עוויתות. מתכת כבדה זו משפיעה לרעה גם על מערכת הרבייה. נשים מתקשות להביא ילד לעולם, וגברים עלולים להיתקל בבעיות באיכות הזרע. זה גם מסוכן מאוד לכליות. על פי כמה מחקרים, זה יכול לגרום גידולים ממאירים. עם זאת, בכמויות שאינן עולות על 1 מ"ג, עופרת יכולה להועיל לגוף. מדענים מצאו שלמתכת זו יכולה להיות השפעה קוטל חיידקים על איברי הראייה - עם זאת, כדאי לזכור מהי עופרת ולהשתמש בה רק במינונים שאינם עולים על המותרים.

כמסקנה

כפי שכבר הוזכר, בימי קדם כוכב הלכת שבתאי נחשב לקדוש הפטרון של מתכת זו. אבל שבתאי באסטרולוגיה הוא דימוי של בדידות, עצב וגורל קשה. האם זו הסיבה שעופרת אינה המלווה הטוב ביותר עבור בני אדם? אולי הוא לא צריך לכפות את החברה שלו, כפי שהניחו הקדמונים באופן אינטואיטיבי כשקראו להוביל שבתאי. אחרי הכל, הנזק לגוף מהמתכת הזו יכול להיות בלתי הפיך.

עופרת (Pb) היא מתכת רכה, כסופה-לבנה או אפורה מקבוצה 14 (IVa) של הטבלה המחזורית עם המספר האטומי 82. זהו חומר גמיש מאוד, רקיע וצפוף, המהווה מוליך גרוע של חשמל. הנוסחה האלקטרונית של עופרת היא [Xe] 4f 14 5d 10 6s 2 6p 2. ידוע בימי קדם ונחשב על ידי אלכימאים כעתיק ביותר מבין המתכות, הוא עמיד מאוד ועמיד בפני קורוזיה, כפי שמעיד המשך השימוש בצינורות מים שהתקינו הרומאים הקדמונים. הסמל Pb בנוסחה הכימית של עופרת הוא קיצור של המילה הלטינית plumbum.

שכיחות בטבע

עופרת מוזכרת לעתים קרובות בטקסטים המקראיים המוקדמים. הבבלים השתמשו במתכת לייצור לוחות כתיבה. הרומאים השתמשו בו לייצור צינורות מים, מטבעות ואפילו כלי מטבח. התוצאה של האחרון הייתה הרעלת עופרת של האוכלוסייה בתקופת הקיסר אוגוסטוס קיסר. התרכובת המכונה עופרת לבנה שימשה כפיגמנט דקורטיבי כבר בשנת 200 לפני הספירה. ה.

במונחי משקל, תכולת העופרת בקרום כדור הארץ מתאימה לפח. בחלל, על כל 10 6 אטומי סיליקון יש 0.47 אטומי עופרת. זה דומה לתוכן של צסיום, פרסאודימיום, הפניום וטונגסטן, שכל אחד מהם נחשב ליסוד נדיר למדי.

הפקה

למרות שעופרת אין בשפע, תהליכי ריכוז טבעיים הביאו למרבצים משמעותיים בעלי חשיבות מסחרית, במיוחד בארצות הברית, קנדה, אוסטרליה, ספרד, גרמניה, אפריקה ודרום אמריקה. נדיר למצוא ב צורה טהורהעופרת קיימת במספר מינרלים, אך לכולם יש חשיבות מינורית, למעט PbS sulfide (galena), שהוא המקור העיקרי ייצור תעשייתישל יסוד כימי זה בכל העולם. המתכת נמצאת גם ב-anglesite (PbSO 4) וב-cerussite (PbCO 3). עד תחילת המאה ה-21. היצרניות המובילות בעולם של תרכיז עופרת היו מדינות כמו סין, אוסטרליה, ארה"ב, פרו, מקסיקו והודו.

ניתן להפיק עופרת על ידי קליית העפרה ולאחריה התכה בכבשן פיצוץ או התכה ישירה. זיהומים מוסרים במהלך טיהור נוסף. כמעט מחצית מכל העופרת המזוקקת מוחזרת מגרוטאות ממוחזרות.

תכונות כימיות

עופרת יסוד יכולה להתחמצן ליון Pb 2+ על ידי יוני מימן, אך חוסר המסיסות של רוב המלחים שלה הופך את היסוד הכימי הזה לעמיד בפני חומצות רבות. חמצון בסביבה בסיסית מתרחשת ביתר קלות ומעדיפה היווצרות תרכובות מסיסות במצב החמצון של עופרת +2. התחמוצת PbO 2 עם יון Pb 4+ היא אחת מהתמיסות החומציות, אך היא חלשה יחסית בתמיסה אלקלית. חמצון עופרת מקל על ידי היווצרות קומפלקסים. אלקטרודפוזיציה מבוצעת בצורה הטובה ביותר תמיסות מימיות, המכיל עופרת הקספלואורוסיליקט וחומצה הקספלואורוסיליקט.

באוויר, המתכת מתחמצנת במהירות, ויוצרת ציפוי אפור עמום שבעבר נחשב ל-Pb 2 O suboxide. כיום מקובל כי מדובר בתערובת של תחמוצת Pb ו-PbO, המגנה על המתכת מפני קורוזיה נוספת. למרות שעופרת מסיסה בחומצה חנקתית מדוללת, היא מושפעת רק באופן שטחי מחומצות הידרוכלוריות או גופריתיות מכיוון שהכלורידים הבלתי מסיסים (PbCl 2) או הסולפטים (PbSO 4) מונעים את המשך התגובה. תכונות כימיותעופרת, הקובעת את התנגדותה הכוללת, מאפשרת להשתמש במתכת לייצור חומרי קירוי, כיסוי של כבלי חשמל המונחים באדמה או מתחת למים, וכבטנה לצינורות מים ומבנים המשמשים להובלה ועיבוד של חומרים קורוזיביים. .

יישומים מובילים

ידוע רק שינוי גבישי אחד של יסוד כימי זה עם סריג מתכת ארוז בצפיפות. במצב חופשי, עופרת מציגה מצב חמצון אפס (כמו כל חומר אחר). השימוש הנרחב בצורת היסוד של האלמנט נובע משיכותו, קלות הריתוך, נקודת התכה נמוכה, צפיפות גבוהה ויכולת לספוג קרינת גמא וקרני רנטגן. עופרת מותכת היא ממס מצוין ומאפשרת ריכוז כסף וזהב חופשיים. השימושים המבניים של העופרת מוגבלים על ידי חוזק מתיחה נמוך, עייפות ותכונות התפוקה שלה אפילו תחת עומסים קלים.

האלמנט משמש בייצור סוללות נטענות, בתחמושת (יריות וכדורים), בהלחמה, הדפסה, מיסבים, סגסוגות קלות וסגסוגות עם פח. ציוד כבד ותעשייתי עשוי להשתמש בחלקי תרכובת עופרת כדי להפחית רעש ורעידות. מכיוון שהמתכת סופגת ביעילות קרינה אלקטרומגנטית עם גלים קצרים, היא משמשת למיגון מגן של כורים גרעיניים, מאיצי חלקיקים, ציוד רנטגן ומיכלים להובלה ואחסון. מורכבת מתחמוצת (PbO 2) וסגסוגת עם אנטימון או סידן , האלמנט משמש בסוללות קונבנציונליות.

השפעה על הגוף

היסוד הכימי עופרת ותרכובותיו רעילים ומצטברים בגוף לאורך תקופה ארוכה ( התופעה הזוהמכונה הרעלה מצטברת) עד הגעה למינון קטלני. הרעילות עולה ככל שמסיסות התרכובות עולה. בילדים, הצטברות עופרת עלולה להוביל לפגיעה קוגניטיבית. אצל מבוגרים, זה גורם למחלת כליות מתקדמת. תסמינים של הרעלה כוללים כאבי בטן ושלשולים, ואחריהם עצירות, בחילות, הקאות, סחרחורת, כְּאֵב רֹאשׁוחולשה כללית. ביטול החשיפה למקור העופרת מספיק בדרך כלל לטיפול. סילוק היסוד הכימי מחומרי הדברה וצבעי פיגמנט, כמו גם שימוש במכונות הנשמה ואמצעי הגנה אחרים בנקודות החשיפה, הפחיתו משמעותית את שכיחות הרעלת עופרת. הכרה שעופרת טטראתיל Pb(C 2 H 5) 4 בצורה של תוסף נגד דפיקות בבנזין מזהמת אוויר ומים הובילה להפסקת השימוש בה בשנות ה-80.

תפקיד ביולוגי

לעופרת אין שום תפקיד ביולוגי בגוף. הרעילות של יסוד כימי זה נגרמת מיכולתו לחקות מתכות כמו סידן, ברזל ואבץ. האינטראקציה של עופרת עם אותן מולקולות חלבון כמו מתכות אלו מובילה להפסקת תפקודן התקין.

מאפיינים גרעיניים

היסוד הכימי עופרת נוצר הן כתוצאה מתהליכי ספיגת נויטרונים והן במהלך ריקבון של רדיונוקלידים של יסודות כבדים יותר. ישנם 4 איזוטופים יציבים. השפע היחסי של 204 Pb הוא 1.48%, 206 Pb - 23.6%, 207 Pb - 22.6% ו-208 Pb - 52.3%. נוקלידים יציבים הם התוצרים הסופיים של ההתפרקות הרדיואקטיבית הטבעית של אורניום (עד 206 Pb), תוריום (עד 208 Pb) ואקטיניום (עד 207 Pb). ידועים יותר מ-30 איזוטופים רדיואקטיביים של עופרת. מתוכם, 212 Pb (סדרת תוריום), 214 Pb ו-210 Pb (סדרת אורניום) ו-211 Pb (סדרת אקטניום) משתתפים בתהליכי ריקבון טבעיים. המשקל האטומי של עופרת טבעית משתנה ממקור למקור בהתאם למקורה.

חד-חמצנים

בתרכובות, מצבי החמצון של עופרת הם בעיקר +2 ו-+4. החשובים שבהם כוללים תחמוצות. זהו PbO, שבו היסוד הכימי נמצא במצב +2, PbO 2 דו חמצני, שבו הוא מופיע הדרגה הגבוהה ביותרחמצון של עופרת (+4), וטטרוקסיד, Pb 3 O 4.

החד חמצני קיים בשני שינויים - ליתרגה וליטרג'. ליטרג (תחמוצת עופרת אלפא) הוא מוצק אדום או צהוב אדמדם בעל מבנה גבישי טטראגונל שצורתו היציבה קיימת בטמפרטורות מתחת ל-488 מעלות צלזיוס. לייט (בטא חד-חמצני עופרת) הוא מוצק צהוב ובעל מבנה גבישי אורתורומבי. צורתו היציבה קיימת בטמפרטורות העולה על 488 מעלות צלזיוס.

שתי הצורות אינן מסיסות במים, אך מתמוססות בחומצות ליצירת מלחים המכילים יון Pb 2+ או באלקליות ליצירת פלומביטים, שיש להם יון PbO 2 2-. ליטרג, שנוצרת על ידי תגובה של עופרת עם חמצן אטמוספרי, היא התרכובת המסחרית החשובה ביותר של יסוד כימי זה. החומר משמש בכמויות גדולות ישירות וכחומר מוצא לייצור תרכובות עופרת אחרות.

כמות משמעותית של PbO נצרך בייצור לוחות סוללות עופרת-חומצה. כלי זכוכית איכותיים (קריסטל) מכילים עד 30% ליתארג. זה מגדיל את מקדם השבירה של הזכוכית והופך אותה למבריקה, עמידה ושקופה. ליטרג משמשת גם כחומר ייבוש בלכות ומשמשת לייצור עופרת נתרן, המשמשת להסרת תיולים מסריחים (תרכובות אורגניות המכילות גופרית) מבנזין.

דוּ תַחמוֹצֶת

בטבע, PbO 2 קיים כמינרל חום-שחור פלטנריט, אשר מיוצר באופן מסחרי מטריאלאד טטרוקסיד על ידי חמצון עם כלור. הוא מתפרק בעת חימום ומייצר חמצן ותחמוצות עם מצב חמצון נמוך יותר של עופרת. PbO 2 משמש כחומר מחמצן בייצור של צבעים, כימיקלים, פירוטכניקה ואלכוהול וכחומר מקשה לגומיות פוליסולפיד.

Trilead tetroxide Pb 3 O 4 (המכונה או מיניום) מיוצר על ידי חמצון נוסף של PbO. זהו פיגמנט כתום-אדום עד אדום לבנים המצוי בצבעים עמידים בפני קורוזיה המשמשים להגנה על ברזל ופלדה חשופים. הוא גם מגיב עם תחמוצת ברזל ליצירת פריט, המשמש לייצור מגנטים קבועים.

אֲצֵטַט

כמו כן תרכובת עופרת משמעותית מבחינה כלכלית עם מצב חמצון +2 היא Pb(C 2 H 3 O 2) 2 אצטט. זהו מלח מסיס במים המתקבל על ידי המסת litharge בחומצה אצטית מרוכזת. טופס כללי, טריהידראט, Pb(C 2 H 3 O 2) 2 · 3H 2 O, הנקרא סוכר עופרת, משמש כמקבע בצביעת בדים וכחומר ייבוש בחלק מהצבעים. הוא משמש גם בייצור תרכובות עופרת אחרות ובמפעלי ציאנידציה של זהב, שם הוא, בצורה של PbS, משמש להפקת סולפידים מסיסים מתמיסה.

מלחים אחרים

בעבר נעשה שימוש נרחב בעופרת קרבונט, סולפט וסיליקט כפיגמנטים לצבעים חיצוניים לבנים. אולם מאמצע המאה העשרים. שימוש במה שנקרא פיגמנטים של עופרת לבנה ירדו באופן משמעותי עקב חששות לגבי הרעילות שלהם והסכנות הנלוות לבריאות האדם. מאותה סיבה, השימוש בארסנט עופרת בקוטלי חרקים כמעט הופסק.

בנוסף למצבי החמצון העיקריים (+4 ו-+2), יכול להיות לעופרת כוחות שליליים-4, -2, -1 בשלבי Zintl (לדוגמה, BaPb, Na 8 Ba 8 Pb 6), ו-+1 ו-+3 בתרכובות עופרת אורגנית כגון hexamethyldiplomban Pb 2 (CH 3) 6.

(ננומטר, מספרי קואורדינציה ניתנים בסוגריים) Pb 4+ 0.079 (4), 0.092 (6), Pb 2+ 0.112 (4), 0.133 (6).

תכולת העופרת בקרום כדור הארץ היא 1.6-10 3% במסה, באוקיינוס ​​העולמי 0.03 מיקרוגרם/ליטר (41.1 מיליון טון), בנהרות 0.2-8.7 מיקרוגרם/ליטר. ידוע בערך. 80 המכילים עופרת, החשוב שבהם הוא גלנה, או ברק עופרת, PbS. תעשייתי קטן Anglesite PbSO 4 ו-cerus-site PbCO 3 חשובים. עופרת מלווה ב-Cu, Zn; Cd, Bi, Te ואלמנטים בעלי ערך אחרים. טֶבַע רקע של 2·10 -9 -5·10 -4 מיקרוגרם/מ"ק. גופו של מבוגר מכיל 7-15 מ"ג עופרת.

נכסים. מתכת עופרת היא בצבע אפור-כחלחל ומתגבשת להיבטים. מְעוּקָב סריג מסוג Cu, a - = 0.49389 ננומטר, z = 4, רווח. קבוצת Fm3m. עופרת היא אחד הנתיכים, הכבדים; m.p. 327.50 מעלות צלזיוס, bp. 1751 מעלות צלזיוס; צפיפות, g/cm 3: 11.3415 (20 מעלות צלזיוס), 10.686 (327.6 מעלות צלזיוס), 10.536 (450 מעלות צלזיוס), 10.302 (650 מעלות צלזיוס), 10.078 (850 מעלות צלזיוס);26.65 J/(K); 4.81 קילו-ג'יי/,177.7 kJ/;64.80 JDmol K); , Pa: 4.3·10 -7 (600 K), 9.6·10 -5 (700 K), 5.4·10 -2 (800 K). 1.2·10 -1 (900 K), 59.5 (1200 K), 8.2·10 2 (1500 K), 12.8·10 3 (1800 K). עופרת היא מוליך גרוע של חום וחשמל; 33.5 W/(m K) (פחות מ-10% מ-Ag); מקדם טמפרטורה התפשטות ליניארית של עופרת (טוהר 99.997%) בטווח הטמפרטורות 0-320 מעלות צלזיוס מתוארת על ידי המשוואה: a = 28.15·10 -6 t + 23.6·10 -9 t 2 °C -1 ; ב-20°C r 20.648 μOhm cm (פחות מ-10% מ-r Ag), ב-300°C ו-460°C, בהתאמה. 47.938 ו-104.878 μΩ ס"מ. ב-258.7°C r של עופרת יורד ל-13.11·10 -3 μΩ·cm; ב-7.2 K הוא נכנס למצב מוליך-על. עופרת דיאמגנטית, מג. רגישות -0.12·10 -6. IN מצב נוזליעופרת היא נוזלית, h בטווח הטמפרטורות 330-800 מעלות צלזיוס משתנה בתוך 3.2-1.2 mPa s; g בטווח של 330-1000 מעלות צלזיוס הוא בטווח של (4.44-4.01)·10 -3 N/m.

עם היין רך, גמיש ומגולגל בקלות ליריעות דקות. לפי Brinell 25-40 MPa; s עלייה 12-13 MPa, s דחיסה כ. 50 MPa; מתייחס התארכות בשבירה 50-70%. להגדיל באופן משמעותי את העופרת Na, Ca ו-Mg, אך להפחית את הכימיקל שלה. עֲמִידוּת. מגביר את ההתנגדות נגד קורוזיה של עופרת (לפעולה של H 2 SO 4). עם Sb, גם עמידות החומצה של עופרת ל-H 2 SO 4 עולה. Bi ו-Zn מפחיתים את עמידות החומצה של עופרת, ו-Cd, Te ו-Sn גם מגבירים את עמידות העופרת לעייפות. אין כמעט פתרון בעופרת. N 2, CO, CO 2, O 2, SO 2, H 2.

בכימיה. עופרת די אינרטית. עופרת רגילה -0.1265 V עבור Pb 0 /Pb 2+ . כשהוא יבש הוא אינו מתחמצן; כשהוא רטוב הוא דוהה, מתכסה בסרט שהופך לנוכחות. CO 2 ב-2PbCO 3 ·Pb(OH) 2 הראשי. עופרת C יוצרת את הסדרה: Pb 2 O, PbO (), PbO 2, Pb 3 O 4 () ו-Pb 2 O 3 (ראה). בטמפרטורת החדר, עופרת אינה מגיבה בדילול. חומצות גופרית וחומצות הידרוכלוריות, מכיוון שהסרטים המסיסים במשורה של PbSO 4 ו- PbC1 2 שנוצרו על פני השטח שלו מונעים עוד יותר. קונצרן H 2 SO 4 (>80%) ו-HC1 בחימום. אינטראקציה עם עופרת ליצירת תרכובות r-rim. Pb(HSO 4) 2 ו-H 4 [PbCl 6]. עופרת עמידה לחומצה הידרופלואורית, תמיסות מימיות NH 3 ועוד רבות אחרות. org. לשם. מדללי העופרת הטובים ביותר. HNO 3 ו-CH 3 COOH. במקרה זה נוצרים Pb(NO 3) 2 ו-Pb(CH 3 COO) 2. עופרת מומסת באופן ניכר. גם במיצי לימון, פורמיקה ויין.

Pb + PbO 2 + 2H 2 SO 4 : 2PbSO 4 + 2H 2 O

בעת אינטראקציה נוצרים מלחי Pb(IV) ו-Pb(II), בהתאמה. plumbates(IV) ו-plumbates(II),לְמָשָׁל Na 2 PbO 3, Na 2 PbO 2. עופרת מתמוססת לאט. בקונצרן. תמיסה עם שחרור H 2 ויצירת M 4 [Pb(OH) 6 ].

כאשר מחומם, עופרת מגיבה עם, נוצרת. עם חומצה הידרוניטרוסית, עופרת נותנת Pb(N 3) 2, עם חימום - PbS (ראה עופרת כלקוגנידים). לא אופייני לעופרת. באזורים מסוימים, PbH 4 -טטרהידריד חסר צבע נמצא. , מתפרק בקלות ל-Pb ו-H 2; נוצר על ידי פעולת דיל. חומצה הידרוכלורית עבור Mg 2 Pb. ראה גם, תרכובות עופרת אורגנית.

קַבָּלָה.בסיסי מקור העופרת הוא גופרתי פולי מתכתי. . עופרת ותרכיזים אחרים מיוצרים באופן סלקטיבי מאלה המכילים 1-5% Pb. תרכיז עופרת מכיל בדרך כלל 40-75% Pb, 5-10% Zn, עד 5% Cu, וכן Bi. בסדר. 90% מהעופרת מתקבלים בטכנולוגיה הכוללת את השלבים הבאים: אגירת תרכיזי גופרית, הפחתת מוקשים. התכה של סינטר ועופרת גסה. תהליכי התכה אוטוגניים מפותחים כדי לנצל את חום הבעירה.

מתאגרף עם מסורתי ייצור העופרת מתבצע במכונות קו ישר עם נשיפה או על ידי יניקה החוצה. במקרה זה, PbS מחומצן בעיקר. במצב נוזלי: 2PbS + 3O 2: 2PbO + 2SO 2. שטפים (SiO 2, CaCO 3, Fe 2 O 3) מתווספים למטען, אשר מגיבים זה עם זה ועם PbO, יוצרים שלב נוזלי הממלט את המטען. באגלומרט המוגמר, עופרת היא בעיקר מרוכז בזכוכית עופרת סיליקט, תופס עד 60% מנפח האגד. Zn, Fe, Si, Ca מתגבשים בצורה של תרכובות מורכבות, היוצרות מסגרת עמידה בחום. אזור אפקטיבי (עבודה) של צבירה. מכוניות 6-95 מ"ר.

האגלומרט המוגמר מכיל 35-45% Pb ו-1.2-3% S, חלק מהחתך הוא בצורה. פרודוקטיביות סינטר מכונות סינטר תלויות בתכולת ה-S במטען ונעות בין 10 (תרכיזים גרועים) ל-20 t/(מ 2 · יום) (תרכיזים עשירים); במונחים של S שרוף, הוא בטווח של 0.7-1.3 t/(m 2 · day). חלק המכיל 4-6% SO 2 משמש לייצור H 2 SO 4. שיעור הניצול של S הוא 40-50%.

האגלומרט שנוצר נשלח להפחתה. התכה במכרות. להתכת עופרת זהו פיר מלבני שנוצר על ידי קופסאות מקוררות מים (קאיסונים). (או תערובת חמצן אוויר) מסופקת באמצעות מיוחד חרירי (tuyeres) הממוקמים סביב כל ההיקף בתחתית. סדרה של קיסונים. תערובת ההיתוך כוללת בעיקר מטמינים חומרי גלם ממוחזרים ומשניים, ולעיתים, גושיים. Ud. סינטר נמס 50-80 t/(m 2 day). מיצוי ישיר של עופרת בנפט גולמי 90-94%.

מטרת ההיתוך היא לחלץ כמה שיותר עופרת מהחומר הגס, ולהוציא Zn וחומר פסולת אל הסיגים. בסיסי מנה של התכת פיר של אגלומרט עופרת: PbO + CO: Pb + + CO 2. כאיכות, מוכנס לתערובת. חלק מהעופרת מופחת ישירות על ידי זה. עבור עופרת, נדרש חומר מפחית מעט. (O 2 10 -6 -10 -8 Pa). הצריכה למסה של אגרטל במהלך התכת פיר היא 8-14%. בתנאים אלה, Zn ו-Fe אינם מופחתים והופכים לסיגים. קיים באגלומרט בצורה של CuO ו- CuS. בתנאים של התכת פיר, הוא מצטמצם בקלות והופך לעופרת. עם תכולה גבוהה של Cu ו-S באגלומרט במהלך התכת הפיר, מתרחשת היווצרות עצמית. שלב מט.

בסיסי רכיבים יוצרי סיגים של סיגים (80-85% ממשקל הסיגים) - FeO, SiO 2, CaO ו- ZnO - נשלחים לעיבוד נוסף כדי לחלץ Zn. עד 2-4% Pb ו~20% Cu עוברים לתוך הסיגים, התוכן של אלה בהתאמה. 0.5-3.5 ו-0.2-1.5%. נוצר במהלך היתוך פיר (ואגלומרציה) משמש כחומר הזנה להפקת נדירים ו.

הבסיס של תהליכי התכת עופרת אוטוגניים הוא אקסותרמי. תמיסה PbS + O 2 : Pb + SO 2, המורכבת משני שלבים:

2PbS + 3O2 : 2PbO + 2SO 2 PbS + 2PbO: 3Pb + SO 2

היתרונות של שיטות אוטוגניות על פני מסורתיות. טכנולוגיה: צבירה אינה נכללת. , מבטל את הצורך בדילול התרכיז בשטפים, מה שמפחית את תפוקת הסיגים, משתמש בחום ומבטל צריכה (חלקית), מגביר מיצוי SO 2, מה שמפשט את השימוש בהם ומגביר את הבטיחות במפעל. התעשייה משתמשת בשני תהליכים אוטוגניים: KIVTSET-TSS, שפותח בברית המועצות ומיושם במפעל Ust-Kamenogorsk ובאיטליה במפעל Porto Vesme, ותהליך QSL האמריקאי.

טכנולוגיית התכה בשיטת KIVTSET-TSS: מטען טחון דק מיובש היטב המכיל תרכיז, ממוחזר ובאמצעות מבער מוזרק O 2 טכני לתא ההיתוך, שם מתקבלת עופרת ונוצר סיגים. (מכיל 20-40% SO 2) לאחר טיהור, חזרו למטען ההתכה, הם נכנסים לייצור H 2 SO 4. העופרת הגסה והסיגים יופרדו דרך. המחיצה דולפת לתוך האלקטרו-תרמית. תנור שיקוע, משם הם משתחררים דרך חורים. מוזנים למטען על עודפים באזור ההתכה.

תהליך ה-QSL מתבצע ביחידה מסוג ממיר. מחולק על ידי מחיצה לאזורים. גרגירים נטענים באזור ההיתוך. רכז, התכה ו-O2 טכני. הסיגים נכנסים לאזור השני, שם, באמצעות tuyeres, הוא נשף בתערובת פחם מפורק לעופרת. בכל שיטות ההיתוך העיקרי כמות של Zn (~80%) נכנסת לסיגים. כדי לחלץ Zn, כמו גם את העופרת שנותרה ומתכות נדירות מסוימות, הסיגים מעובדים על ידי עיטור או גלגול.

עופרת גסה המתקבלת בדרך זו או אחרת מכילה 93-98% Pb. זיהומים בעופרת גולמית: Cu (1-5%), Sb, As, Sn (0.5-3%), Al (1-5 kg/t), Au (1-30%), Bi (0.05 -0.4%) . עופרת גולמית מטוהרת פירומטלורגית או (לפעמים) אלקטרוליטית.

פירומטלורגית בשיטה, העופרת הגסה מוסרת ברציפות: 1) נחושת בשתי פעולות: הפרדה ובעזרת S אלמנטרי, ויוצרים Cu 2 S. ראשוני. טיהור (גס) מ- Cu לתכולה של 0.5-0.7% מתבצע ברפלקטיבי או אלקטרו-תרמי עם עופרת עמוקה, בעל הפרש טמפרטורות בגובה. אינטראקציה על פני השטח עם תרכיז גופרית עופרת ליצירת מט Cu-Pb. המט נשלח לייצור נחושת או באופן עצמאי. הידרומטלורגית מעבד.

2) מתכתי בפעולת טלוריום. לא הווה NaOH. אינטראקציה סלקטיבית עם Te, יוצר Na 2 Te, צף אל פני השטח ומתמוסס ב-NaOH. ההמסה עוברת לעיבוד להפקת Te.

3), וחמצון אנטימון שלהם או O 2 משתקף. ב-700-800 מעלות צלזיוס, או NaNO 3 בנוכחות. NaOH ב-420 מעלות צלזיוס. נמסים אלקליים נשלחים למפעלים הידרומטלורגיים. עיבוד NaOH מהם ומיצוי Sb ו-Sn; As מוסר בצורה של Ca 3 (AsO 4) 2, הנשלח לקבורה.

4) וזהב - בעזרת Zn, המגיב באופן סלקטיבי עם עופרת מומסת; AuZn 3, AgZn 3 נוצרים, צפים אל פני השטח. השאריות המתקבלות מוסרות מהמשטח לסוף. מעבד אותם ל

עופרת היא יסוד כימי עם המספר האטומי 82 והסמל Pb (מהשרך הלטיני - מטיל). זוהי מתכת כבדה עם צפיפות גדולה מזו של רוב החומרים הקונבנציונליים; עופרת רכה, ניתנת לגייסה ונמסה בטמפרטורות נמוכות יחסית. לעופרת חתוכה טרי יש גוון לבן-כחלחל; הוא מתעמעם לאפור עמום כאשר הוא נחשף לאוויר. עופרת היא השנייה בגובהה מספר אטומייסודות יציבים קלאסיים ועומדים בקצה שלושת שרשראות הריקבון העיקריות של יסודות כבדים יותר. עופרת היא אלמנט לא מגיב יחסית לאחר המעבר. אופיו המתכתי החלש מומחש על ידי אופיו האמפוטרי (תחמוצות עופרת ועופרת מגיבים עם חומצות ובסיסים כאחד) והנטייה ליצור קשרים קוולנטיים. תרכובות עופרת נמצאות בדרך כלל במצב חמצון +2 ולא +4, בדרך כלל עם חברי קבוצת פחמן קלים יותר. חריגים מוגבלים בדרך כלל תרכובות אורגניות. כמו החברים הקלים יותר בקבוצה זו, עופרת נוטה להיקשר לעצמה; זה יכול ליצור שרשראות, טבעות ומבנים פוליהדריים. עופרת מופקת בקלות מעפרות עופרת וכבר הייתה מוכרת לאנשים פרהיסטוריים במערב אסיה. העפרה העיקרית של עופרת, גלנה, מכילה לרוב כסף, והעניין בכסף עודד מיצוי עופרת בקנה מידה גדול והשימוש בה ב רומא העתיקה. ייצור העופרת ירד לאחר נפילת האימפריה הרומית ולא הגיע לאותן רמות עד המהפכה התעשייתית. נכון להיום, ייצור העופרת העולמי הוא כעשרה מיליון טון בשנה; ייצור משני מעיבוד מהווה יותר ממחצית מכמות זו. לעופרת מספר תכונות שהופכות אותה לשימושית: צפיפות גבוהה, טמפרטורה נמוכההתכה, פלסטיות ואינרטיות יחסית לחמצון. בשילוב עם השפע היחסי ועלותו הנמוכה, גורמים אלו הובילו לשימוש נרחב בעופרת בבנייה, אינסטלציה, סוללות, כדורים, מאזניים, הלחמות, סגסוגות עופרת בדיל, סגסוגות ניתנות להתיך ומיגון קרינה. בסוף המאה ה-19 הוכרה עופרת כרעילה ביותר, ומאז השימוש בה הצטמצם בהדרגה. עופרת היא רעלן עצבי המצטבר בתוכו רקמות רכותועצמות, פוגעות במערכת העצבים וגורמות להפרעות מוחיות, וביונקים - הפרעות דם.

תכונות גשמיות

תכונות אטומיות

לאטום העופרת יש 82 אלקטרונים המסודרים בתצורת האלקטרונים 4f145d106s26p2. אנרגיית היינון הראשונה והשנייה המשולבת - האנרגיה הכוללת הנדרשת להסרת שני אלקטרונים 6p - קרובה לאנרגיה של בדיל, השכנה העליונה של עופרת בקבוצת הפחמן. זה יוצא דופן; אנרגיות יינון בדרך כלל נעות במורד הקבוצה כאשר האלקטרונים החיצוניים של היסוד מתרחקים מהגרעין ומוגנים יותר על ידי אורביטלים קטנים יותר. הדמיון באנרגיות היינון נובע מהפחתת הלנתנידים - ירידה ברדיוסים של יסודות מלנטנום (מספר אטומי 57) ללוטטיום (71) וברדיוסים הקטנים יחסית של יסודות לאחר הפניום (72). הסיבה לכך היא מיגון לקוי של הגרעין על ידי אלקטרונים לנתניד. ארבע אנרגיות היינון הראשונות המשולבות של עופרת עולות על אלו של בדיל, בניגוד לתחזיות של מגמות תקופתיות. השפעות יחסיות, שהופכות למשמעותיות באטומים כבדים יותר, תורמות להתנהגות זו. השפעה אחת כזו היא אפקט הצמד האינרטי: האלקטרונים 6s של עופרת אינם ששים להשתתף בהתקשרות, מה שהופך את המרחק בין אטומים סמוכים בעופרת גבישית לארוך יוצא דופן. קבוצות הפחמן הקלות יותר של עופרת יוצרות אלוטרופים יציבים או מטא-יציבים עם מבנה קוביות של יהלום המתואם טטרהדרלית וקשור קוולנטי. רמות האנרגיה של האורביטלים החיצוניים וה-p שלהם קרובים מספיק כדי לאפשר ערבוב עם ארבעת האורביטלים ההיברידיים sp3. בעופרת, אפקט הצמד האינרטי מגדיל את המרחק בין אורביטלים s ו-p שלה, ולא ניתן לגשר על הפער על ידי האנרגיה שתשתחרר על ידי קשרים נוספים לאחר הכלאה. בניגוד למבנה הקובי של היהלום, עופרת יוצרת קשרים מתכתיים שבהם רק אלקטרוני ה-p מורחקים ומתחלקים בין יוני Pb2+. לכן, לעופרת יש מבנה מעוקב במרכז הפנים, כמו המתכות הדו ערכיות בגודל שווה, סידן וסטרונציום.

נפחים גדולים

לעופרת טהורה יש צבע כסף עז עם רמז לכחול. הוא דוהה במגע עם אוויר לח והגוון שלו תלוי בתנאים השוררים. תכונות אופייניות של עופרת כוללות צפיפות גבוהה, משיכות ועמידות גבוהה בפני קורוזיה (עקב פסיבציה). המבנה המעוקב הצפוף והמשקל האטומי הגבוה של עופרת מביאים לצפיפות של 11.34 גרם/סמ"ק, שהיא גדולה מזו של מתכות נפוצות כמו ברזל (7.87 גרם/סמ"ק), נחושת (8.93 גרם/סמ"ק) ואבץ (7.14 גרם) /cm3). כמה מתכות נדירות יותר בעלות צפיפות גבוהה יותר: לטונגסטן וזהב יש צפיפות של 19.3 גרם/סמ"ק, ולאוסמיום, המתכת הצפופה ביותר, יש צפיפות של 22.59 גרם/סמ"ק, כמעט פי שניים מזו של עופרת. עופרת היא מתכת רכה מאוד עם קשיות Mohs של 1.5; זה יכול להישרט עם ציפורן. זה די גמיש וקצת פלסטי. מודול העופרת בתפזורת, מדד לקלות הדחיסה שלה, הוא 45.8 GPa. לשם השוואה, מודול התפזורת של אלומיניום הוא 75.2 GPa; נחושת - 137.8 GPa; ופלדה עדינה – 160-169 GPa. חוזק המתיחה של 12-17 MPa נמוך (לאלומיניום הוא גבוה פי 6, עבור נחושת הוא גבוה פי 10, ועבור פלדה עדינה הוא גבוה פי 15); ניתן לחזק אותו על ידי הוספת כמות קטנה של נחושת או אנטימון. נקודת ההיתוך של עופרת, 327.5 מעלות צלזיוס (621.5 מעלות פרנהייט), נמוכה בהשוואה לרוב המתכות. נקודת הרתיחה שלו היא 1749 מעלות צלזיוס (3180 מעלות צלזיוס), הנמוכה ביותר מבין יסודות קבוצת הפחמן. ההתנגדות החשמלית של עופרת ב-20 מעלות צלזיוס היא 192 ננומטר, שזה כמעט בסדר גודל גבוה מזה של מתכות תעשייתיות אחרות (נחושת ב-15.43 nΩ·m, זהב 20.51 nΩ·m ואלומיניום ב-24.15 nΩ·m). עופרת היא מוליך-על בטמפרטורות מתחת ל-7.19 K, הטמפרטורה הקריטית הגבוהה ביותר מבין כל המוליכים מסוג I. עופרת היא המוליך העל היסודי השלישי בגודלו.

איזוטופים של עופרת

עופרת טבעית מורכבת מארבעה איזוטופים יציבים עם מספרי המסה 204, 206, 207 ו-208, ועקבות של חמישה רדיואיזוטופים קצרי מועד. המספר הגדול של איזוטופים עולה בקנה אחד עם העובדה שמספר אטומי העופרת הוא זוגי. לעופרת יש מספר קסם של פרוטונים (82), שמודל הקונכייה הגרעינית חוזה עבורם במדויק גרעין יציב במיוחד. לעופרת-208 יש 126 נויטרונים, מספר קסם נוסף שעשוי להסביר מדוע עופרת-208 יציבה בצורה יוצאת דופן. בהתחשב במספר האטומי הגבוה שלה, עופרת היא היסוד הכבד ביותר שהאיזוטופים הטבעיים שלו נחשבים ליציבים. תואר זה הוחזק בעבר על ידי ביסמוט, בעל מספר אטומי 83, עד שהתגלה בשנת 2003 שהאיזוטופ המקורי היחיד שלו, ביסמוט-209, מתפרק באיטיות רבה. ארבעת האיזוטופים היציבים של עופרת יכולים באופן תיאורטי לעבור ריקבון אלפא לאיזוטופים של כספית, ולשחרר אנרגיה, אבל זה מעולם לא נצפה; זמן מחצית החיים החזוי שלהם נע בין 1035 ל-10189 שנים. שלושה איזוטופים יציבים מתרחשים בשלוש מתוך ארבע שרשראות ההתפרקות העיקריות: עופרת-206, עופרת-207 ועופרת-208 הם התוצרים הסופיים של התפרקות אורניום-238, אורניום-235 ותוריום-232, בהתאמה; שרשראות ריקבון אלו נקראות סדרת אורניום, סדרת אקטניום וסדרת תוריום. הריכוז האיזוטופי שלהם בדגימת סלע טבעית תלוי מאוד בנוכחותם של שלושת איזוטופי האב הללו של אורניום ותוריום. לדוגמה, השפע היחסי של עופרת-208 יכול לנוע בין 52% בדגימות רגילות ל-90% בעפרות תוריום, כך שהמסה האטומית הסטנדרטית של עופרת ניתנת רק במקום עשרוני אחד. עם הזמן, היחס בין עופרת-206 ועופרת-207 לעופרת-204 גדל כאשר השניים הראשונים מתווספים על ידי התפרקות רדיואקטיבית של יסודות כבדים יותר, בעוד שהאחרון לא; זה מאפשר להתרחש קשרי עופרת לעופרת. כאשר האורניום מתפרק לעופרת, הכמויות היחסיות שלהם משתנות; זהו הבסיס ליצירת עופרת אורניום. בנוסף לאיזוטופים היציבים המרכיבים כמעט את כל העופרת הקיימת באופן טבעי, ישנן כמויות עקבות של כמה איזוטופים רדיואקטיביים. אחד מהם הוא עופרת-210; למרות שזמן מחצית החיים שלו הוא רק 22.3 שנים, רק כמויות קטנות של איזוטופ זה קיימות בטבע מכיוון שעופרת-210 מופקת במחזור ריקבון ארוך שמתחיל באורניום-238 (שנמצא בכדור הארץ כבר מיליארדי שנים). שרשראות ההתפרקות של אורניום-235, תוריום-232 ואורניום-238 מכילות עופרת-211, -212 ו-214, כך שעקבות של כל שלושת איזוטופי העופרת הללו נמצאים באופן טבעי. עקבות קטנים של עופרת-209 נובעים מהתפרקות מקבץ נדירה מאוד של רדיום-223, אחד ממוצרי הבת של אורניום-235 טבעי. Lead-210 שימושי במיוחד בסיוע בזיהוי גיל הדגימות על ידי מדידת היחס שלה לעופרת-206 (שני האיזוטופים נמצאים באותה שרשרת ריקבון). סה"כ 43 איזוטופים של עופרת סונתזו, עם מספרי מסה 178-220. Lead-205 הוא היציב ביותר עם זמן מחצית חיים של כ-1.5×107 שנים. [I] השני היציב ביותר הוא עופרת-202, בעלת זמן מחצית חיים של כ-53,000 שנים, ארוך יותר מכל איזוטופ רדיו-איזוטופ רדיואקטיבי טבעי. שניהם רדיונוקלידים נכחדים שנוצרו בכוכבים יחד עם איזוטופים יציבים של עופרת, אך התפרקו מזמן.

כִּימִיָה

נפח גדול של עופרת החשוף לאוויר לח יוצר שכבת הגנה בהרכב משתנה. סולפיט או כלוריד עשויים להיות נוכחים גם בסביבות עירוניות או ימיות. שכבה זו הופכת נפח גדול של עופרת באוויר באופן יעיל מבחינה כימית. עופרת באבקה עדינה, כמו מתכות רבות, היא פירופורית ונשרפת בלהבה כחלחלה-לבנה. פלואור מגיב עם עופרת בטמפרטורת החדר ויוצר עופרת(II) פלואוריד. התגובה עם כלור דומה, אך דורשת חימום, שכן שכבת הכלוריד המתקבלת מפחיתה את התגובתיות של היסודות. עופרת מותכת מגיבה עם כלקוגנים ליצירת עופרת (II) כלקוגנידים. מתכת העופרת אינה מותקפת על ידי חומצה גופרתית מדוללת, אלא מומסת בצורה מרוכזת. הוא מגיב באיטיות עם חומצה הידרוכלורית ובנמרצות עם חומצה חנקתית ליצירת תחמוצות חנקן וחנקתי עופרת(II). חומצות אורגניות כגון חומצה אצטית ממיסות עופרת בנוכחות חמצן. אלקליות מרוכזות ממיסות עופרת ויוצרות פלומביטים.

תרכובות אנאורגניות

לעופרת שני מצבי חמצון עיקריים: +4 ו-+2. המצב הארבע ערכי משותף לקבוצת הפחמן. המצב הדו ערכי נדיר עבור פחמן וסיליקון, מינור עבור גרמניום, חשוב (אך לא דומיננטי) עבור בדיל, וחשוב יותר עבור עופרת. זה מוסבר על ידי השפעות רלטיביסטיות, בפרט, ההשפעה של זוגות אינרטיים, שמתבטאת כאשר הבדל גדולבאלקטרושליליות בין עופרת לאניונים תחמוצת, הליד או ניטריד, וכתוצאה מכך מטענים חיוביים חלקיים משמעותיים על עופרת. כתוצאה מכך, יש התכווצות חזקה יותר של מסלול 6s של עופרת מאשר מסלול 6p, מה שהופך את העופרת לארטית מאוד בתרכובות יוניות. זה פחות ישים לתרכובות שבהן עופרת יוצרת קשרים קוולנטיים עם אלמנטים בעלי אלקטרושליליות דומה, כגון פחמן בתרכובות אורגנולפטיות. בתרכובות כאלה, האורביטלים 6s ו-6p הם באותו גודל, והכלאה של sp3 עדיין חיובית מבחינה אנרגטית. עופרת, כמו פחמן, היא בעיקר ארבע ערכית בתרכובות כאלה. ההבדל הגדול יחסית באלקטרושליליות של עופרת(II) ב-1.87 ושל עופרת(IV) הוא 2.33. הבדל זה מדגיש את המגמה ההפוכה של הגברת היציבות של מצב החמצון +4 עם ירידה בריכוז הפחמן; לפח, לשם השוואה, יש ערכים של 1.80 במצב חמצון +2 ו-1.96 במצב +4.

תרכובות עופרת(II) אופייניות לא- כימיה אורגניתעוֹפֶרֶת אפילו חומרי חמצון חזקים כמו פלואור וכלור מגיבים עם עופרת בטמפרטורת החדר, ויוצרים רק PbF2 ו-PbCl2. רובם פחות יוניים מתרכובות מתכת אחרות ולכן הם ברובם בלתי מסיסים. יוני עופרת(II) הם בדרך כלל חסרי צבע בתמיסה והם עוברים הידרוליזה חלקית ליצירת Pb(OH)+ ולבסוף Pb4(OH)4 (בו יוני ההידרוקסיל פועלים כליגנדים מגשרים). שלא כמו יוני פח (II), הם אינם חומרי הפחתה. שיטות לזיהוי נוכחות של יון Pb2+ במים מסתמכות בדרך כלל על משקעים של עופרת(II) כלוריד באמצעות חומצה הידרוכלורית מדוללת. מכיוון שהמלח הכלורי מסיס מעט במים, לאחר מכן נעשה ניסיון לזרז עופרת (II) גופרתי על ידי בעבוע מימן גופרתי דרך התמיסה. חד-חמצני עופרת קיים בשני פולימורפים: α-PbO אדום ו-β-PbO צהוב, האחרון יציב רק מעל 488 מעלות צלזיוס. זוהי תרכובת העופרת הנפוצה ביותר. הידרוקסיד עופרת(II) יכול להתקיים רק בתמיסה; ידוע שהוא יוצר אניונים צנומים. עופרת מגיבה בדרך כלל עם קלוגנים כבדים יותר. עופרת גופרית היא גלאי מוליך למחצה, פוטו-מוליך וגלאי אינפרא אדום רגיש במיוחד. שני הכלקוגנידים האחרים, עופרת סלניד וטלורידי עופרת, הם גם פוטו-מוליכים. הם יוצאי דופן בכך שצבעם הופך בהיר יותר ככל שהקבוצה נמוכה יותר. דיהלידים של עופרת מתוארים היטב; אלה כוללים דיאסטטיד והלידים מעורבים כגון PbFCl. חוסר המסיסות היחסית של האחרון הוא בסיס שימושי לקביעה גרבימטרית של פלואור. דיפלואור היה התרכובת המובילה יונים מוצקים הראשונה שהתגלתה (ב-1834 על ידי מייקל פאראדיי). דיהאלידים אחרים מתפרקים כאשר הם נחשפים לאור אולטרה סגול או גלוי, במיוחד דיודיד. ידועים פסאודוהלידים רבים של עופרת. Lead(II) יוצר מספר רב של מתחמי תיאום הלידים כגון אניון 2-, 4- ו-n5n-chain. סולפט עופרת(II) אינו מסיס במים, כמו סולפטים של קטיונים דו ערכיים כבדים אחרים. חנקתי עופרת(II) ועופרת(II) אצטט מסיסים מאוד, וזו משמשת בסינתזה של תרכובות עופרת אחרות.

ידועים כמה תרכובות אנאורגניותעופרת(IV), והם בדרך כלל חומרי חמצון חזקים או קיימים רק בתמיסות חומציות חזקות. תחמוצת עופרת(II) נותנת תחמוצת מעורבת לאחר חמצון נוסף, Pb3O4. היא מתוארת כתחמוצת עופרת(II,IV) או מבחינה מבנית 2PbO·PbO2 והיא תרכובת העופרת הערכית המעורבת הידועה ביותר. דו תחמוצת העופרת היא חומר מחמצן חזק, המסוגל לחמצן חומצה הידרוכלורית לגז כלור. הסיבה לכך היא שה-PbCl4 הצפוי להיווצר אינו יציב ומתפרק באופן ספונטני ל-PbCl2 ו-Cl2. בדומה לחד חמצני עופרת, דו תחמוצת העופרת מסוגלת ליצור אניונים מוקצפים. דיסולפיד עופרת ודיסלניד עופרת יציבים בלחצים גבוהים. עופרת טטרפלואוריד, אבקה גבישית צהובה, יציבה, אך פחותה מדיפלואוריד. עופרת טטרכלוריד (שמן צהוב) מתפרקת בטמפרטורת החדר, טטרברומיד עופרת עוד פחות יציבה, וקיומו של עופרת טטראיודיד שנוי במחלוקת.

מצבי חמצון אחרים

כמה תרכובות עופרת קיימות במצבי חמצון פורמליים שאינם +4 או +2. ניתן לייצר עופרת(III) כתווך בין עופרת(II) לעופרת(IV) במתחמים אורגנולפטיים גדולים יותר; מצב חמצון זה אינו יציב מכיוון שגם יון העופרת(III) וגם הקומפלקסים הגדולים יותר המכילים אותו הם רדיקלים. כך גם לגבי עופרת(I), שניתן למצוא במינים כאלה. ידועים תחמוצות מעורבות רבות של עופרת (II, IV). כאשר PbO2 מחומם באוויר, הוא הופך ל-Pb12O19 ב-293°C, Pb12O17 ב-351°C, Pb3O4 ב-374°C ולבסוף ל-PbO ב-605°C. עוד sesquioxide Pb2O3 ניתן להשיג על ידי לחץ דם גבוהיחד עם מספר שלבים לא סטוכיומטריים. רבים מאלה מראים מבנים פגומים של פלואוריט שבהם חלק מאטומי החמצן מוחלפים בחללים: ניתן לראות ב-PbO בעל מבנה זה, כאשר כל שכבה חלופית של אטומי חמצן חסרה. מצבי חמצון שליליים יכולים להתרחש כשלבי Zintl, כמו במקרה של Ba2Pb, כאשר עופרת היא באופן רשמי עופרת (-IV), או כמו במקרה של יוני צביר בצורת טבעת או פולי-הדרלית רגישים לחמצן, כגון היון הדו-פירמידלי הטריגונל. Pb52-i, כאשר שני אטומי עופרת הם עופרת (- I), ושלושה הם עופרת (0). באניונים כאלה, כל אטום יושב על קודקוד פוליהדרלי ותורם שני אלקטרונים לכל קשר קוולנטי בקצה האורביטלים ההיברידיים sp3 שלהם, כאשר השניים הנותרים הם זוג בודד חיצוני. הם יכולים להיווצר באמוניה נוזלית על ידי הפחתת עופרת עם נתרן.

תרכובת עופרת אורגנית

עופרת יכולה ליצור שרשראות מרובות-קשורות, תכונה שהיא חולקת עם ההומלוג הקל יותר שלה, פחמן. היכולת שלו לעשות זאת פחותה בהרבה כי אנרגיית הקשר Pb-Pb נמוכה פי שלושה וחצי מזו של הקשר C-C. עם עצמה, עופרת יכולה לבנות קשרי מתכת למתכת עד לסדר השלישי. עם פחמן, עופרת יוצרת תרכובות עופרת אורגנית הדומות לתרכובות אורגניות טיפוסיות אך בדרך כלל פחות יציבות (בשל החולשה של הקשר Pb-C). זה הופך את הכימיה האורגנו-מתכתית של עופרת להרבה פחות רחבה מזו של בדיל. עופרת יוצרת באופן מועדף תרכובות אורגניות (IV), גם אם היווצרות זו מתחילה עם ריאגנטים של עופרת(II) אנאורגנית; מעט מאוד תרכובות אורגנולט(II) ידועות. החריגים המאופיינים בצורה הטובה ביותר הם Pb 2 ו- Pb (η5-C5H5)2. האנלוג העופרת של התרכובת האורגנית הפשוטה ביותר, מתאן, הוא plumbanne. Plumbane יכול להיות מיוצר על ידי תגובה בין עופרת מתכתית למימן אטומי. שתי נגזרות פשוטות, טטרה-מתילאדין וטטרה-אתיל אליד, הן תרכובות העופרת האורגניות המוכרות ביותר. תרכובות אלו יציבות יחסית: טטראתיליד מתחיל להתפרק רק ב-100 מעלות צלזיוס או בחשיפה לאור שמש או לקרינה אולטרה סגולה. (עופרת טטרפניל יציבה תרמית אפילו יותר, מתפרקת ב-270 מעלות צלזיוס). עם מתכת נתרן, עופרת יוצרת בקלות סגסוגת שווה-מולרית, המגיבה עם הלידים אלקיל ליצירת תרכובות אורגנו-מתכתיות כגון טטראתיל אליד. גם האופי המחמצן של תרכובות אורגנו-מתכתיות רבות מנוצל: עופרת טטרה-אצטט היא מגיב חמצון מעבדתי חשוב בכימיה אורגנית, וטטרה-אתיל אליד הופק בכמויות גדולות יותר מכל תרכובת אורגנו-מתכתית אחרת. תרכובות אורגניות אחרות פחות יציבות מבחינה כימית. עבור תרכובות אורגניות רבות אין אנלוגי עופרת.

מקור ושכיחות

בחלל

שפע העופרת לחלקיק במערכת השמש הוא 0.121 ppm (חלקים למיליארד). נתון זה גבוה פי שניים וחצי מפלטינה, פי שמונה מהכספית ופי 17 מזהב. כמות העופרת ביקום הולכת וגדלה באיטיות כאשר האטומים הכבדים ביותר (שכולם אינם יציבים) מתפרקים בהדרגה לעופרת. שפע העופרת במערכת השמש גדל בכ-0.75% מאז היווצרותה לפני 4.5 מיליארד שנים. טבלת שפע האיזוטופים של מערכת השמש מראה שעופרת, למרות מספרה האטומי הגבוה יחסית, מצויה בשפע יותר מרוב היסודות האחרים עם מספר אטומי גדול מ-40. עופרת קדמונית, המכילה את האיזוטופים עופרת-204, עופרת-206, עופרת-207, ועופרת -208- נוצרו בעיקר באמצעות תהליכי לכידה חוזרים של נויטרונים המתרחשים בכוכבים. שני מצבי הלכידה העיקריים הם s-ו-r-process. בתהליך s (s מייצג איטי), הלכידות מופרדות על ידי שנים או עשורים, מה שמאפשר לגרעינים פחות יציבים לעבור ריקבון בטא. גרעין יציב של תליום-203 יכול ללכוד נויטרון ולהפוך לתליום-204; חומר זה עובר ריקבון בטא, ומניב עופרת 204 יציבה; כאשר הוא לוכד נויטרון נוסף, הוא הופך לעופרת-205, בעלת זמן מחצית חיים של כ-15 מיליון שנה. מלכודות נוספות מובילות להיווצרות עופרת-206, עופרת-207 ועופרת-208. כאשר נייטרון נוסף נלכד, עופרת-208 הופכת לעופרת-209, שמתפרקת במהירות לביסמוט-209. כאשר ניטרון נוסף נלכד, ביסמוט-209 הופך לביסמוט-210, שהבטא שלו מתפרק לפולוניום-210 ואלפא מתפרק לעופרת-206. לכן המחזור מסתיים בעופרת-206, עופרת-207, עופרת-208 וביסמוט-209. בתהליך r (r מייצג "מהיר"), לכידות מתרחשות מהר יותר ממה שהגרעינים יכולים להתפרק. זה מתרחש בסביבות עם צפיפות נויטרונים גבוהה, כמו סופרנובה או מיזוג של שניים כוכבי נויטרונים. שטף הנייטרונים יכול להיות בסדר גודל של 1022 נויטרונים לסנטימטר רבוע לשנייה. תהליך R אינו יוצר עופרת כמו תהליך s. הוא נוטה להפסיק ברגע שגרעינים עשירים בניוטרונים מגיעים ל-126 נויטרונים. בשלב זה, הנייטרונים ממוקמים בקליפות מלאות בגרעין האטום, וקשה יותר להכיל יותר מהם אנרגטית. כאשר שטף הנייטרונים שוכך, גרעיני הבטא שלהם מתפרקים לאיזוטופים יציבים של אוסמיום, אירידיום ופלטינה.

על הקרקע

עופרת מסווגת כלקופיל על פי סיווג גולדשמידט, כלומר היא מתרחשת בדרך כלל בשילוב עם גופרית. לעתים רחוקות הוא נמצא בצורתו המתכתית הטבעית. מינרלים רבים של עופרת הם קלים יחסית, ובמהלך ההיסטוריה של כדור הארץ, נשארו בקרום במקום לשקוע עמוק יותר לתוך פנים כדור הארץ. זה מסביר את רמת העופרת הגבוהה יחסית בקליפה, 14 ppm; זהו האלמנט ה-38 בשכיחותו בקליפת המוח. מינרל העופרת העיקרי הוא גלנה (PbS), המצוי בעיקר בעפרות אבץ. רוב מינרלי העופרת האחרים קשורים לגלנה בצורה כלשהי; בולנגריט, Pb5Sb4S11, הוא סולפיד מעורב המופק מגלנה; anglesite, PbSO4, הוא תוצר של חמצון גלנה; ועפרת סרוסיט או עופרת לבנה, PbCO3, היא תוצר של פירוק גלנה. ארסן, בדיל, אנטימון, כסף, זהב, נחושת וביסמוט הם זיהומים נפוצים במינרלי עופרת. משאבי העופרת העולמיים עולים על 2 מיליארד טון. עתודות משמעותיות של עופרת התגלו באוסטרליה, סין, אירלנד, מקסיקו, פרו, פורטוגל, רוסיה וארצות הברית. הרזרבות הגלובליות - משאבים שכדאי לחלץ כלכלית - הסתכמו ב-2015 ב-89 מיליון טון, מתוכם 35 מיליון באוסטרליה, 15.8 מיליון בסין ו-9.2 מיליון ברוסיה. ריכוזי רקע אופייניים של עופרת אינם עולים על 0.1 מיקרוגרם/מ"ק באטמוספרה; 100 מ"ג/ק"ג באדמה; ו-5 מיקרוגרם/ליטר במים מתוקים ומי ים.

אֶטִימוֹלוֹגִיָה

המילה האנגלית המודרנית "עופרת" היא ממקור גרמני; זה בא מאנגלית תיכונה ואנגלית עתיקה (עם סימן ארוך מעל התנועה "e", המציין שצליל התנועה של האות הזו ארוך). המילה האנגלית הישנה מגיעה מהיפותטית משוחזרת פרוטו-גרמנית *lauda- ("עופרת"). על פי התיאוריה הלשונית המקובלת, מילה זו "הולידה" צאצאים במספר שפות גרמניות עם אותה משמעות בדיוק. מקורה של *לאודה הפרוטו-גרמנית אינו ברור בתוך הקהילה הלשונית. לפי אחת ההשערות, מילה זו נגזרת מהפרוטו-הודו-אירופי *lAudh- ("עופרת"). השערה נוספת היא שהמילה היא מילת השאלה מפרוטו-קלטית *ɸloud-io- ("עופרת"). המילה קשורה לפלומבום הלטיני, שהעניק ליסוד את הסמל הכימי Pb. המילה *ɸloud-io- עשויה להיות גם מקורה של *bliwa- הפרוטו-גרמנית (שפירושה גם "עופרת"), שממנה נגזרת Blei הגרמנית. שמו של היסוד הכימי אינו קשור לפועל של אותו כתיב, שנגזר מהפרוטו-גרמנית *layijan- ("להוביל").

כַּתָבָה

רקע והיסטוריה מוקדמת

חרוזי עופרת מתכת המתוארכים לשנת 7000-6500 לפני הספירה שנמצאו באסיה הקטנה עשויים לייצג את הדוגמה הראשונה להתכת מתכת. באותה תקופה, לעופרה היו שימושים מועטים (אם בכלל) בשל הרכות והמראה המשעמם שלה. הסיבה העיקרית להתפשטות ייצור העופרת הייתה הקשר שלו לכסף, שניתן להפיק על ידי שריפת גלנה (מינרל עופרת נפוץ). המצרים הקדמונים היו הראשונים להשתמש בעופרת במוצרי קוסמטיקה, שהתפשטה ליוון העתיקה ומחוצה לה. ייתכן שהמצרים השתמשו בעופרת כשקע ברשתות דייגים ובהכנת זיגוגים, כוסות, אמייל ותכשיטים. תרבויות שונות בסהר הפורה השתמשו בעופרת כחומר כתיבה, כמטבע ובבנייה. עופרת שימשה בחצר המלוכה הסינית העתיקה כממריץ, כמטבע וכאמצעי מניעה. בציוויליזציית עמק האינדוס ובמזו-אמריקאים שימשה עופרת לייצור קמעות; עמים ממזרח ודרום אפריקה השתמשו בעופרת בשרטוט תיל.

עידן קלאסי

מכיוון שכסף היה בשימוש נרחב כחומר דקורטיבי וכאמצעי חליפין, החלו לעבוד מרבצי עופרת באסיה הקטנה משנת 3000 לפני הספירה; מאוחר יותר פותחו מרבצי עופרת באזורים האגאי ולוריון. שלושת האזורים הללו שלטו ביחד בייצור עופרת ממוקשת עד 1200 לפנה"ס בערך. מאז שנת 2000 לפני הספירה, עבדו הפיניקים במכרות של חצי האי האיברי; עד 1600 לפני הספירה כריית עופרת הייתה קיימת בקפריסין, יוון וסיציליה. ההתרחבות הטריטוריאלית של רומא באירופה ובים התיכון, כמו גם התפתחות הכרייה, הביאו לכך שהאזור הפך ליצרן העופרת הגדול ביותר בעידן הקלאסי, עם הייצור השנתי שהגיע ל-80,000 טון. כמו קודמיהם, הרומאים השיגו עופרת בעיקר כתוצר לוואי של התכת כסף. היצרניות המובילות היו מרכז אירופה, בריטניה, הבלקן, יוון, אנטוליה וספרד, שהיוו 40% מייצור העופרת העולמי. עופרת שימשה לייצור צינורות מים באימפריה הרומית; המילה הלטינית למתכת זו, plumbum, היא מקור המילה האנגלית plumbing. קלות הטיפול במתכת זו ועמידותה בפני קורוזיה הבטיחו את השימוש הנרחב בה בתחומים אחרים, כולל תרופות, חומרי קירוי, מטבעות וציוד צבאי. סופרים בני התקופה כמו קאטו האב, קולומלה ופליניוס האב המליצו על כלי עופרת להכנת ממתיקים וחומרים משמרים המוספים ליין ולאוכל. עופרת נתנה טעם נעים עקב היווצרות "סוכר עופרת" (עופרת(II) אצטט), בעוד שכלי נחושת או ברונזה יכלו להקנות טעם מר למזון עקב היווצרות של verdigריס.מתכת זו הייתה ללא ספק החומר הנפוץ ביותר בעת העתיקה הקלאסית, וראוי להתייחס לתקופת העופרת (הרומית). עופרת הייתה בשימוש נרחב לרומאים כמו פלסטיק עבורנו. הסופר הרומי ויטרוביוס דיווח על הסכנות שעופרת עלולה להוות לבריאות, וסופרים מודרניים הציע שהרעלת עופרת מילאה תפקיד חשוב בשקיעתה של האימפריה הרומית.[1] חוקרים אחרים מתחו ביקורת על טענות כאלה, והצביעו למשל על כך שלא כל כאבי הבטן נגרמו מהרעלת עופרת. לפי מחקר ארכיאולוגי, צינורות עופרת רומאים רמות עופרת מוגברת במי ברז, אבל השפעה כזו "לא סביר שהייתה מזיקה באמת." קורבנות של הרעלת עופרת החלו להיקרא "סאטורנינים", לכבוד אבי האלים הנורא, שבתאי. על ידי הקשר לכך, עופרת נחשבה ל"אבא" של כל המתכות. מעמדה בחברה הרומית היה נמוך מכיוון שהיה נגיש וזול בקלות.

בלבול עם פח ואנטימון

בעידן הקלאסי (ואפילו לפני המאה ה-17), לרוב לא הבדיל בין פח לעופרת: הרומאים כינו עופרת plumbum nigrum ("עופרת שחורה") ופח plumbum candidum ("עופרת קלה"). ניתן לאתר את הקשר בין עופרת לפח בשפות אחרות: פירוש המילה "אולבו" בצ'כית הוא "עופרת", אך ברוסית פירושו של אולובו הקשור הוא "פח". בנוסף, עופרת קשורה קשר הדוק לאנטימון: שני היסודות מופיעים בדרך כלל בצורה של סולפידים (גלנה וסטיבנייט), לרוב ביחד. פליניוס כתב בטעות שסטיבניט מייצר עופרת במקום אנטימון בחימום. במדינות כמו טורקיה והודו, השם הפרסי המקורי לאנטימון התייחס לאנטימון גופרתי או עופרת גופרית, ובשפות מסוימות כמו רוסית זה נקרא אנטימון.

ימי הביניים והרנסנס

כריית עופרת במערב אירופה ירדה לאחר נפילת האימפריה הרומית המערבית, כאשר איבריה הערבית הייתה האזור היחיד עם תפוקת עופרת משמעותית. ייצור העופרת הגבוה ביותר נצפה בדרום ו מזרח אסיה, במיוחד בסין ובהודו, שם כריית עופרת גדלה מאוד. באירופה, ייצור העופרת החל להתחדש רק במאות ה-11 וה-12, שם שוב השתמשו בעופרת לקירוי ולצנרת. מאז המאה ה-13 נעשה שימוש בעופרת ליצירת ויטראז'ים. במסורת האלכימיה האירופית והערבית, עופרת (סמל שבתאי במסורת האירופית) נחשבה למתכת בסיסית לא טהורה, שעל ידי הפרדה, טיהור ואיזון חלקיה המרכיבים אותה, ניתן היה להפוך לזהב טהור. במהלך תקופה זו, יותר ויותר נעשה שימוש בעופרת לזיהום יין. השימוש ביין כזה נאסר בשנת 1498 בהוראת האפיפיור, מכיוון שהוא נחשב לא ראוי לשימוש בטקסים קדושים, אך הוא המשיך לשתות, מה שהוביל להרעלות המוניות עד סוף המאה ה-18. עופרת הייתה חומר מפתח בחלקים של בית הדפוס, שהומצא בסביבות 1440; עובדי דפוס שאפו אבק עופרת באופן שגרתי, וגרמו להרעלת עופרת. כלי נשק הומצאו בערך באותו זמן, ועופרת, למרות שהיא יקרה יותר מברזל, הפכה לחומר העיקרי לייצור כדורים. זה היה פחות מסוכן לגהץ חביות רובים, היה בעל צפיפות גבוהה יותר (מה שאיפשר שימור מהירות טוב יותר), ונקודת ההיתוך הנמוכה שלו הקלה על ייצור הכדורים מכיוון שניתן היה לייצר אותם באמצעות אש עצים. עופרת, בצורת חרס ונציאני, הייתה בשימוש נרחב בקוסמטיקה בקרב בני אצולה מערב אירופה, שכן פרצופים מולבנים נחשבו לסימן של צניעות. התרגול התרחב מאוחר יותר לפאות לבנות ואייליינר ונעלם רק במהלך המהפכה הצרפתית בסוף המאה ה-18. אופנה דומה הופיעה ביפן במאה ה-18 עם הופעת הגיישה, מנהג שנמשך לאורך המאה ה-20. "פנים לבנים ייצגו את סגולתן של נשים יפניות", ועופרת שימשה בדרך כלל כחומר הלבנה.

מחוץ לאירופה ואסיה

בעולם החדש החלה לייצר עופרת זמן קצר לאחר הגעתם של המתיישבים האירופים. הייצור המוקדם ביותר של עופרת מתוארך לשנת 1621 במושבה האנגלית של וירג'יניה, ארבע עשרה שנים לאחר הקמתה. באוסטרליה, המכרה הראשון שנפתח על ידי קולוניסטים ביבשת היה המכרה המוביל ב-1841. באפריקה, כרייה והיתוך עופרת היו ידועים באגן Benue-Taure ובאגן קונגו התחתון, שם העופרת שימשה למסחר עם אירופאים וכמטבע עד המאה ה-17, הרבה לפני ה-Scramble for Africa.

מהפכה תעשייתית

במחצית השנייה של המאה ה-18 התרחשה המהפכה התעשייתית בבריטניה, ולאחר מכן ביבשת אירופה ובארצות הברית. זו הייתה הפעם הראשונה שקצב ייצור העופרת בכל מקום בעולם עולה על זה של רומא. בריטניה הייתה יצרנית מובילה של עופרת, אולם היא איבדה מעמד זה עד אמצע המאה ה-19 עם דלדול המכרות שלה ופיתוח כריית עופרת בגרמניה, ספרד וארצות הברית. עד שנת 1900, ארצות הברית הובילה את העולם בייצור עופרת, ומדינות אחרות שאינן אירופיות - קנדה, מקסיקו ואוסטרליה - החלו בייצור עופרת משמעותי; הייצור מחוץ לאירופה גדל. חלק ניכר מהביקוש לעופרת היה לאינסטלציה וצבע - אז נעשה שימוש קבוע בצבע עופרת. באותו זמן עוד אנשים(מעמד הפועלים) נחשפו למתכות וגברו מקרים של הרעלת עופרת. זה הוביל למחקר על ההשפעות של צריכת עופרת על הגוף. עופרת הוכחה כמסוכנת יותר בצורת העשן שלה מאשר המתכת המוצקה. נמצא קשר בין הרעלת עופרת לגאוט; הרופא הבריטי אלפרד ברינג גארוד ציין כי שליש מהמטופלים שלו עם גאוט היו שרברבים ואמנים. ההשפעות של חשיפה כרונית לעופרת, כולל הפרעות נפשיות, נחקרו גם במאה ה-19. החוקים הראשונים שמטרתם הפחתת הרעלת עופרת במפעלים הוכנסו בשנות ה-70 וה-1880 בבריטניה.

זמן חדש

עדויות נוספות לאיום הנשקף מעופרת התגלו בסוף המאה ה-19 ותחילת המאה ה-20. מנגנוני הפגיעה הובנו טוב יותר, ותועד עיוורון עופרת. מדינות באירופה ובארצות הברית החלו במאמצים להפחית את כמות העופרת שאנשים באים איתה במגע. הממלכה המאוחדת הציגה בדיקות חובה במפעלים ב-1878 ומינתה את המפקח הראשון לבריאות המפעל ב-1898; כתוצאה מכך, דווח על ירידה של פי 25 במקרים של הרעלת עופרת מ-1900 עד 1944. החשיפה האנושית הגדולה האחרונה לעופרת הייתה הוספה של אתר טטראתיל לבנזין כחומר נגד דפיקות, מנהג שהחל בארצות הברית ב-1921. זה הופסק בהדרגה בארצות הברית ובאיחוד האירופי עד שנת 2000. רוב מדינות אירופה אסרו על צבע עופרת, המשמש בדרך כלל בשל האטימות שלו ועמידותו למים לקישוט פנים, עד 1930. ההשפעה הייתה משמעותית: ברבע האחרון של המאה ה-20, אחוז האנשים עם רמות עודפות של עופרת בדמם ירד מיותר משלושה רבעים מאוכלוסיית ארצות הברית לקצת יותר משני אחוזים. מוצר העופרת העיקרי עד סוף המאה ה-20 היה סוללת העופרת-חומצה, שלא היוותה איום מיידי על בני אדם. מ-1960 עד 1990, ייצור העופרת בגוש המערבי גדל בשליש. חלקו של הגוש המזרחי בייצור העופרת העולמי שולש מ-10% ל-30% מ-1950 ל-1990, כאשר ברית המועצות הייתה יצרנית העופרת הגדולה בעולם באמצע שנות ה-70 וה-80, וסין החלה בייצור עופרת נרחב בסוף שנות ה-20. מֵאָה. בניגוד למדינות קומוניסטיות באירופה, סין הייתה במידה רבה מדינה לא מתועשת באמצע המאה ה-20; בשנת 2004, סין עלתה על אוסטרליה כיצרנית הראשית הגדולה ביותר. בדומה לתיעוש האירופי, לעופרת היו השפעות בריאותיות שליליות בסין.

הפקה

ייצור העופרת הולך וגדל ברחבי העולם עקב השימוש בסוללות עופרת-חומצה. ישנן שתי קטגוריות עיקריות של מוצרים: ראשוני, מעפרות; ומשני, מגרוטאות. בשנת 2014 הופקו 4.58 מיליון טון עופרת מייצור ראשוני, ו-5.64 מיליון טון מייצור משני. השנה, שלושת היצרניות המובילות של תרכיז עופרת ממוקש הובלו על ידי סין, אוסטרליה וארצות הברית. שלושת היצרנים המובילים של עופרת מזוקקת מובלים על ידי סין, ארה"ב ודרום קוריאה. על פי דו"ח משנת 2010 של האיגוד הבינלאומי של מומחי מתכות, הכמות הכוללת של עופרת בשימוש שהצטברה, השתחררה או התפזרה לסביבה ברמה עולמית לנפש היא 8 ק"ג. חלק ניכר מנפח זה מתרחש במדינות מפותחות יותר (20-150 ק"ג לנפש) ולא במדינות פחות מפותחות (1-4 ק"ג לנפש). תהליכי ייצורעבור עופרת ראשונית ומשנית דומים. כמה מפעלי ייצור ראשוניים משלימים כעת את פעילותם ביריעות עופרת, מגמה שצפויה להתגבר בעתיד. עם שיטות ייצור מתאימות, לא ניתן להבחין בין עופרת משנית לעופרת ראשונית. פסולת מתכת מתחום הבנייה היא בדרך כלל נקייה למדי וניתן להמיס אותה מחדש ללא צורך בהתכה, אם כי לעיתים נדרש זיקוק. לפיכך, ייצור עופרת משנית זול יותר מבחינת דרישות האנרגיה מאשר ייצור עופרת ראשונית, לרוב ב-50% או יותר.

יסודות

רוב עפרות העופרת מכילות אחוז נמוך של עופרת (לעפרות בדרגה גבוהה יש תכולת עופרת טיפוסית של 3-8%), אותה יש לרכז לצורך מיצוי. במהלך העיבוד הראשוני, העפרות עוברות בדרך כלל ריסוק, הפרדת מוצקים, טחינה, הצפה בקצף וייבוש. התרכיז המתקבל, המכיל 30-80% עופרת במשקל (בדרך כלל 50-60%), הופך לאחר מכן למתכת עופרת (לא טהורה). ישנן שתי דרכים עיקריות לעשות זאת: תהליך דו-שלבי הכולל ירי ואחריו הוצאה מתנור הפיצוץ, המתבצע בכלים נפרדים; או תהליך ישיר שבו מיצוי התרכיז מתרחש בכלי אחד. השיטה האחרונה הפכה נפוצה יותר, אם כי הראשונה עדיין משמעותית.

תהליך דו שלבי

ראשית, רכז הגופרית נצלה באוויר כדי לחמצן את הגופרית העופרת: 2 PbS + 3 O2 → 2 PbO + 2 SO2 התרכיז המקורי לא היה גופרתי עופרת טהור, והקלייה מייצרת תחמוצת עופרת ותערובת של סולפטים וסיליקטים של עופרת ו. מתכות אחרות הכלולות בעפרה. תחמוצת העופרת הגולמית הזו מופחתת בתנור קוק למתכת (שוב הלא טהורה): 2 PbO + C → Pb + CO2. הזיהומים הם בעיקר ארסן, אנטימון, ביסמוט, אבץ, נחושת, כסף וזהב. ההמסה מטופלת בכבשן הדהוד עם אוויר, קיטור וגופרית, המחמצן זיהומים, למעט כסף, זהב וביסמוט. מזהמים מחומצנים צפים בחלק העליון של ההמסה ומורחקים. כסף וזהב מתכתי מוסרים ומוחזרים בצורה כלכלית באמצעות תהליך הפארקס, שבו מוסיפים אבץ לעופרת. אבץ ממיס כסף וזהב, את שניהם, ללא ערבוב בעופרת, ניתן להפריד ולהחזיר. עופרת מוכספת משוחררת עם ביסמוט בשיטת Betterton-Kroll, ומטפלת בה בסידן מתכתי ומגנזיום. ניתן להסיר את הסיגים המכילים ביסמוט שנוצרו. ניתן להשיג עופרת טהורה מאוד על ידי טיפול אלקטרוליטי בעופרת מותכת באמצעות תהליך Betts. אנודות עופרת לא טהורה וקתודות עופרת טהורה ממוקמות באלקטרוליט עופרת פלואורסיליקט (PbSiF6). לאחר הפעלת פוטנציאל חשמלי, העופרת הלא טהורה באנודה מומסת ומושקעת על הקתודה, ומשאירה את הרוב המכריע של זיהומים בתמיסה.

תהליך ישיר

בתהליך זה מתקבלים מטיל עופרת וסיג ישירות מתרכיזי עופרת. תרכיז עופרת גופרתי מומס בכבשן ומחומצן ליצירת חד-חמצני עופרת. פחמן (קוק או גז פחם) מתווסף למטען המותך יחד עם שטפים. לפיכך, חד-חמצני עופרת מצטמצם למתכת עופרת באמצע הסיגים העשירים בחד-חמצני עופרת. ניתן להשיג עד 80% מהעופרת בתרכיזי הזנה בריכוז גבוה בצורה של מטיל; 20% הנותרים יוצרים סיגים עשירים בעופרת חד חמצני. עבור חומרי גלם בדרגה נמוכה, ניתן לחמצן את כל העופרת לסיגים בדרגה גבוהה. מתכת עופרת מיוצרת עוד מסיגים בדרגה גבוהה (25-40%) על ידי בעירה או הזרקת דלק תת-ימית, תנור חשמלי עזר או שילוב של שתי השיטות.

אלטרנטיבות

המחקר נמשך לתהליך כריית עופרת נקי יותר, עתיר אנרגיה פחות; החיסרון העיקרי שלו הוא שיותר מדי עופרת הולכת לאיבוד כפסולת או שיטות חלופיותלהוביל לתכולת גופרית גבוהה במתכת העופרת שנוצרה. מיצוי הידרומטלורגית, שבה אנודות עופרת לא טהורה טובלות באלקטרוליט ומונחת עופרת טהורה על הקתודה, היא שיטה שעשויה להיות בעלת פוטנציאל.

שיטה משנית

התכה, שהיא חלק בלתי נפרד מהייצור הראשוני, מדלגת לעתים קרובות במהלך הייצור המשני. זה קורה רק כאשר מתכת העופרת עברה חמצון משמעותי. תהליך זה דומה לתהליך המיצוי הראשוני בכבשן פיצוץ או בכבשן סיבובי, כאשר ההבדל המשמעותי הוא השונות הגדולה יותר בתשואות. תהליך התכת העופרת הוא יותר שיטה מודרנית, שיכול לשמש כהמשך לייצור ראשוני; משחת סוללות מפסולת סוללות עופרת-חומצה מסירה את הגופרית על ידי טיפול בה באלקלי ולאחר מכן מטופלת בכבשן פחם בנוכחות חמצן, וכתוצאה מכך נוצרת עופרת לא טהורה, כאשר אנטימון הוא הטומאה הנפוצה ביותר. מיחזור של עופרת משנית דומה לעיבוד של עופרת ראשונית; ניתן לדלג על תהליכי זיקוק מסוימים בהתאם לחומר המעובד ולזיהום הפוטנציאלי שלו, כאשר ביסמוט וכסף הם הזיהומים המקובלים ביותר. מבין מקורות העופרת לסילוק, סוללות עופרת-חומצה הן המקורות החשובים ביותר; צינור עופרת, יריעה ומעטפת כבל הם גם משמעותיים.

יישומים

בניגוד למה שנהוג לחשוב, הגרפיט בעפרונות עץ מעולם לא היה עשוי מעופרת. כאשר העיפרון נוצר ככלי לליפוף גרפיט, הסוג הספציפי של גרפיט שבו נעשה שימוש נקרא פלומבגו (מילולית לעופרת או דמה עופרת).

צורה יסודית

למתכת עופרת מספר תכונות מכניות שימושיות, כולל צפיפות גבוהה, נקודת התכה נמוכה, משיכות ואינרטיות יחסית. מתכות רבות עדיפות על עופרת בחלק מההיבטים הללו, אך בדרך כלל הן פחות שופעות וקשות יותר להפקה מהעפרות שלהן. הרעילות של עופרת הביאה להפסקת הדרגתית של חלק מהשימושים בה. עופרת שימשה לייצור כדורים מאז המצאתם בימי הביניים. עופרת זולה; נקודת ההיתוך הנמוכה שלו פירושה שניתן ליצוק תחמושת מנשק קל תוך שימוש מינימלי בציוד טכני; בנוסף, עופרת צפופה יותר ממתכות נפוצות אחרות, מה שמאפשר לה לשמור טוב יותר על מהירות. הועלו חששות שכדורי עופרת המשמשים לציד עלולים לגרום נזק סביבה. הצפיפות הגבוהה שלו ועמידות בפני קורוזיה שימשו במספר יישומים קשורים. עופרת משמשת כקל בספינות. משקלו מאפשר לו לאזן את השפעת הנטייה של הרוח על המפרשים; בהיותו צפוף כל כך, הוא תופס מעט נפח וממזער את עמידות המים. עופרת משמשת בצלילה כדי לנטרל את יכולתו של הצולל לצוף אל פני השטח. בשנת 1993, בסיס המגדל הנטוי של פיזה יוצב עם 600 טון עופרת. בגלל עמידותו בפני קורוזיה, עופרת משמשת כמעטפת מגן לכבלים תת ימיים. עופרת משמשת באדריכלות. יריעות עופרת משמשות כחומרי קירוי, חיפוי, הבהוב, מרזבים וחיבורי שפכים, ומעקי גגות. פיתוחי עופרת משמשים כחומר דקורטיבי לאבטחת יריעות עופרת. עופרת עדיין משמשת ביצירת פסלים ופסלים. בעבר שימשה עופרת לעתים קרובות לאיזון גלגלי מכוניות; מסיבות סביבתיות, השימוש הזה הולך להפסקה. עופרת מתווספת לסגסוגות נחושת כגון פליז וברונזה כדי לשפר את יכולת העיבוד והסיכה שלהן. בהיותה כמעט בלתי מסיסה בנחושת, עופרת יוצרת כדוריות קשות בפגמים בכל הסגסוגת, כגון גבולות גרגרים. בריכוזים נמוכים, וגם כחומר סיכה, הכדוריות מונעות היווצרות שבבים במהלך פעולת הסגסוגת, ובכך משפרים את יכולת העיבוד. מיסבים משתמשים בסגסוגות נחושת עם ריכוז גבוה יותר של עופרת. עופרת מספקת שימון ונחושת מספקת תמיכה נושאת עומס. בזכותו צפיפות גבוהה, מספר אטומי ויכולת צורה, עופרת משמשת כמחסום לקליטת קול, רטט וקרינה. לעופרת אין תדרי תהודה טבעית, וכתוצאה מכך, יריעת עופרת משמשת כשכבת בידוד אקוסטי בקירות, ברצפות ובתקרות של אולפני סאונד. צינורות אורגניים עשויים לעתים קרובות מסגסוגת עופרת מעורבת בכמויות שונות של פח כדי לשלוט על הטון של כל צינור. עופרת היא חומר מגן קרינה המשמש במדעי הגרעין ובמצלמות רנטגן: קרני גמא נספגות על ידי אלקטרונים. אטומי עופרת ארוזים בצפיפות וצפיפות האלקטרונים שלהם גבוהה; מספר אטומי גבוה אומר שיש הרבה אלקטרונים לכל אטום. עופרת מותכת שימשה כנוזל קירור לכורים מהירים מקוררי עופרת. השימוש הגדול ביותר בעופרת נצפה בתחילת המאה ה-21 בסוללות עופרת-חומצה. התגובות בסוללה בין עופרת, דו-תחמוצת עופרת וחומצה גופרתית מספקות מקור מתח אמין. העופרת בסוללות אינה חשופה למגע ישיר עם אנשים ולכן קשורה לאיום רעיל פחות. קבלי-על המכילים סוללות עופרת-חומצה הותקנו בקילו-ואט ובמגה-וואט באוסטרליה, יפן וארה"ב בתחום ויסות התדרים, החלקה אנרגיה סולאריתועבור יישומים אחרים. לסוללות אלו צפיפות אנרגיה ויעילות פריקת טעינה נמוכה יותר מאשר סוללות ליתיום-יון, אך הן זולות משמעותית. עופרת משמשת בכבלי חשמל במתח גבוה כחומר נדן למניעת פיזור מים במהלך בידוד תרמי; שימוש כזה הולך ופוחת ככל שהעופרת פוחתת בהדרגה. מדינות מסוימות מפחיתות גם את השימוש בעופרת בהלחמות אלקטרוניקה כדי להפחית פסולת מסוכנת לסביבה. עופרת היא אחת משלוש מתכות המשמשות במבחן אודי לחומרי מוזיאון, ועוזרת לזהות חומצה אורגנית, אלדהידים וגזים חומציים.

חיבורים

תרכובות עופרת משמשות או בחומרי צביעה, חומרי חמצון, פלסטיק, נרות, זכוכית ומוליכים למחצה. צבעים על בסיס עופרת משמשים בזיגוג קרמי וזכוכית, במיוחד עבור אדומים וצהובים. טטראצטט עופרת ועופרת דו חמצנית משמשים כחומרי חמצון בכימיה אורגנית. עופרת משמשת לעתים קרובות בציפוי PVC על חוטי חשמל. זה יכול לשמש לטיפול בפתיליות נרות כדי לספק שריפה ארוכה ואחידה יותר. בשל הרעילות של עופרת, יצרנים אירופאים וצפון אמריקה משתמשים בחלופות כגון אבץ. זכוכית עופרת מורכבת מ-12-28% תחמוצת עופרת. זה משנה את המאפיינים האופטיים של הזכוכית ומפחית את העברת הקרינה המייננת. מוליכים למחצה של עופרת כגון עופרת טלורייד, עופרת סלניד ואנטימוניד עופרת משמשים בתאים פוטו-וולטאיים ובגלאי אינפרא אדום.

השפעות ביולוגיות וסביבתיות

השפעות ביולוגיות

לעופרת אין תפקיד ביולוגי מוכח. שכיחותו בגוף האדם, בממוצע, היא 120 מ"ג באדם מבוגר - שכיחותו חורגת רק על ידי אבץ (2500 מ"ג) וברזל (4000 מ"ג) בין מתכות כבדות. מלחי עופרת נספגים ביעילות רבה בגוף. כמות קטנה של עופרת (1%) תיאחסן בעצמות; השאר יופרש בשתן ובצואה למשך מספר שבועות לאחר החשיפה. הילד יוכל לסלק רק כשליש מהעופרת מהגוף. חשיפה כרונית לעופרת עלולה להוביל להצטברות ביולוגית של עופרת.

רַעֲלָנוּת

עופרת היא מתכת רעילה ביותר (בשאיפה או בליעה) המשפיעה כמעט על כל איבר ומערכת בגוף האדם. ברמות באוויר של 100 מ"ג/מ"ק, הוא מהווה סכנה מיידית לחיים ולגפיים. עופרת נספגת במהירות במחזור הדם. הסיבה העיקרית לרעילותו היא נטייתו להפריע לתפקוד תקין של אנזימים. הוא עושה זאת על ידי קשירה לקבוצות sulfhydryl המצויות על אנזימים רבים או על ידי חיקוי ועקירת מתכות אחרות הפועלות כקו-פקטורים בתגובות אנזימטיות רבות. בין המתכות העיקריות שעופרת מגיבה איתן הן סידן, ברזל ואבץ. רמות גבוהות של סידן וברזל מספקות בדרך כלל הגנה מסוימת מפני הרעלת עופרת; רמות נמוכות גורמות לרגישות מוגברת.

אפקטים

עופרת עלולה לגרום לנזק חמור למוח ולכליות ובסופו של דבר לגרום למוות. כמו סידן, עופרת יכולה לחצות את מחסום הדם-מוח. זה הורס את מעטפת המיאלין של נוירונים, מפחית את מספרם, מפריע למסלולי העברה עצבית ומפחית את הצמיחה של נוירונים. תסמינים של הרעלת עופרת כוללים נפרופתיה, כאבי בטן מתכווצים ואולי חולשה באצבעות הידיים, בפרקי הידיים או בקרסוליים. לחץ דם נמוך עולה, במיוחד אצל אנשים בגיל העמידה ומבוגרים, מה שעלול לגרום לאנמיה. בנשים בהריון, רמות גבוהות של חשיפה לעופרת עלולה לגרום להפלה. חשיפה כרונית לרמות גבוהות של עופרת הוכחה כמפחיתה את הפוריות אצל גברים. IN מוח מתפתחילד, עופרת מפריעה להיווצרות סינפסות בקליפת המוח, התפתחות נוירוכימית (כולל נוירוטרנסמיטורים) וארגון תעלות יונים. חשיפה מוקדמת לעופרת בילדים קשורה לסיכון מוגבר להפרעות שינה ולישנוניות מוגזמת בשעות היום בהמשך החיים. יַלדוּת. רמות גבוהות של עופרת בדם קשורות להתבגרות מאוחרת אצל בנות. עליות וירידות בחשיפה לעופרת באוויר כתוצאה משריפת עופרת טטראתיל בבנזין במהלך המאה ה-20 קשורות לעליות היסטוריות ולירידה בשיעורי הפשיעה, אולם השערה זו אינה מקובלת בדרך כלל.

יַחַס

טיפול בהרעלת עופרת כולל בדרך כלל מתן דימרקפרול וסוצ'ימר. מקרים חריפיםעשוי לדרוש שימוש בסידן דיסודיום edetate, קלציום סידן של מלח אתילנדיאמין-טטרה-אצטית (EDTA). לעופרת יש זיקה גדולה יותר לעופרת מאשר לסידן, מה שגורם לעופרת להיות משולבת על ידי חילוף חומרים ומופרשת בשתן, ומשאירה סידן לא מזיק.

מקורות השפעה

חשיפה לעופרת היא בעיה עולמית, שכן כריית עופרת והתכה נפוצים במדינות רבות ברחבי העולם. הרעלת עופרת מתרחשת בדרך כלל מבליעה של מזון או מים המזוהמים בעופרת, ובדרך כלל פחות מבליעה מקרית של אדמה מזוהמת, אבק או צבע על בסיס עופרת. מוצרי מי ים עשויים להכיל עופרת אם המים חשופים למים תעשייתיים. פירות וירקות עלולים להיות מזוהמים על ידי רמות גבוהות של עופרת בקרקעות שבהן הם גדלים. אדמה עלולה להיות מזוהמת על ידי הצטברות חלקיקים מעופרת בצינורות, צבע עופרת ופליטות שאריות מבנזין עם עופרת. השימוש בעופרת בצנרת מים הוא בעייתי באזורים עם מים רכים או חומציים. מים קשים יוצרים שכבות בלתי מסיסות בצינורות, בעוד מים רכים וחומציים ממיסים צינורות עופרת. פחמן דו חמצני מומס במים מובלים יכול להוביל ליצירת ביקרבונט עופרת מסיס; מים מחומצנים יכולים להמיס עופרת כמו עופרת(II) הידרוקסיד. מי שתייהעלול לגרום לבעיות בריאותיות לאורך זמן עקב הרעילות של עופרת מומסת. ככל שהמים קשים יותר, כך הם יכילו יותר סידן ביקרבונט וסולפט, ועוד חלק פנימיצינורות יהיו מכוסים שכבת הגנהעופרת קרבונט או עופרת סולפט. בליעת צבע עופרת היא המקור העיקרי לחשיפה לעופרת בילדים. כשהצבע מתפרק, הוא מתקלף, נטחן לאבק, ואז חודר לגוף באמצעות מגע ידיים או מזון מזוהם, מים או אלכוהול. בולע קצת תרופות עממיותעלול לגרום לחשיפה לעופרת או לתרכובות עופרת. שאיפה היא נתיב חשוב שני של חשיפה לעופרת, כולל למעשנים ובמיוחד לעובדי עופרת. עשן סיגריותמכיל, בין שאר החומרים הרעילים, עופרת רדיואקטיבית-210. כמעט כל עופרת בשאיפה נספגת בגוף; במתן דרך הפה, השיעור הוא 20-70%, כאשר ילדים סופגים יותר עופרת מאשר מבוגרים. חשיפה עורית עשויה להיות משמעותית עבור אוכלוסייה מוגבלת של אנשים העובדים עם תרכובות עופרת אורגניות. קצב הספיגה של עופרת בעור נמוך יותר עבור עופרת אנאורגנית.

אֵקוֹלוֹגִיָה

ההפקה, הייצור, השימוש והסילוק של עופרת ומוצריה גרמו לזיהום משמעותי של קרקעות ומימי כדור הארץ. פליטת העופרת האטמוספרית הייתה בשיאה במהלך המהפכה התעשייתית, ותקופת עופרת הבנזין הייתה במחצית השנייה של המאה העשרים. ריכוזי עופרת מוגברים נמשכים בקרקעות ובמשקעים באזורים פוסט-תעשייתיים ובאזורים עירוניים; פליטות תעשייתיות, כולל אלו הקשורות לשריפת פחם, נמשכות בחלקים רבים של העולם. עופרת יכולה להצטבר בקרקעות, במיוחד באלה עם תכולת חומרים אורגניים גבוהה, שם היא נמשכת מאות עד אלפי שנים. הוא יכול לתפוס את מקומם של מתכות אחרות בצמחים ויכול להצטבר על פני השטח שלהם, ובכך להאט את הפוטוסינתזה ולמנוע את גדילתם או להרוג אותם. זיהום קרקע וצמח משפיע על מיקרואורגניזמים ובעלי חיים. לבעלי חיים שנפגעו יש יכולת מופחתת לסנתז תאי דם אדומים, מה שגורם לאנמיה. שיטות אנליטיותקביעות של עופרת בסביבה כוללות ספקטרופוטומטריה, קרינת רנטגן, ספקטרוסקופיה אטומית ושיטות אלקטרוכימיות. אלקטרודה סלקטיבית יונים ספציפית פותחה על בסיס היונופור S, S"-methylenebis (N, N-diisobutyl dithiocarbamate).

הגבלה והתאוששות

באמצע שנות ה-80 חל שינוי משמעותי בשימוש בעופרת. בארצות הברית, תקנות איכות הסביבה מפחיתות או מבטלות את השימוש בעופרת במוצרים שאינם סוללות, לרבות בנזין, צבעים, הלחמות ומערכות מים. ניתן להשתמש במכשירי בקרת חלקיקים בתחנות כוח פחמיות לאיסוף פליטת עופרת. השימוש בעופרת מוגבל עוד יותר על ידי הוראת ההגבלה של חומרים מסוכנים של האיחוד האירופי. השימוש בכדורי עופרת לציד ולירי ספורטיבי נאסר בהולנד ב-1993, מה שהביא להפחתה משמעותית בפליטת העופרת מ-230 טון ב-1990 ל-47.5 טון ב-1995. בארצות הברית, מינהל הבטיחות והבריאות בעבודה קבע את מגבלת החשיפה התעסוקתית לעופרת על 0.05 מ"ג/מ"ק במשך יום עבודה של 8 שעות; זה חל על עופרת מתכתית, תרכובות עופרת אנאורגנית וסבוני עופרת. המכון הלאומי האמריקאי לבטיחות ובריאות בעבודה ממליץ שריכוזי העופרת בדם יהיו מתחת ל-0.06 מ"ג ל-100 גרם דם. עופרת עדיין עלולה להופיע ברמות מזיקות בקרמיקה, ויניל (המשמש לציפוי צינורות ובידוד כבל חשמלי) ופליז סיני. בתים ישנים עדיין עשויים להכיל צבע עופרת. צבע עופרת לבן הופסק בהדרגה במדינות מתועשות, אך כרומט עופרת צהוב נותר בשימוש. הסרת צבע ישן באמצעות שיוף מייצרת אבק שניתן לשאוף.