עופרת

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
ביסמוט - עופרת - תליום
 
Sn
Pb
Fl  
 
 
Pb-TableImage.png
כללי
מספר אטומי 82
סמל כימי Pb
סדרה כימית מתכות
צפיפות 11342 kg/m3
מראה
אפרפר-כחלחל מתכתי
Lead electrolytic and 1cm3 cube.jpg
תכונות אטומיות
משקל אטומי 207.21 amu
רדיוס ואן דר ואלס 202 pm
סידור אלקטרונים ברמות אנרגיה 2, 8, 18, 32, 18, 4
תכונות פיזיקליות
מצב צבירה בטמפ' החדר מוצק
טמפרטורת התכה 600.65K (327.5°C)
טמפרטורת רתיחה 2022.15K (1749°C)
לחץ אדים 4.21E-07Pa ב-600K
מהירות הקול 1260 מטר לשנייה ב293.15K
שונות
אלקטרושליליות 2.33
קיבול חום סגולי 129 J/(kg·K)
מוליכות חשמלית 4.81 106/m·Ω
מוליכות תרמית 35.3 W/(m·K)
אנרגיית יינון ראשונה 715.6 kJ/mol
אנרגיית יינון שנייה 1450.5 kJ/mol
אנרגיית יינון שלישית 3081.5 kJ/mol
אנרגיית יינון רביעית 4083 kJ/mol

עופרת (אנגלית: Lead, לטינית: Plumbum) היא יסוד כימי מסדרת מתכות המעבר העמידות שסמלו הכימי Pb ומספרו האטומי 82. עופרת היא מתכת כבדה ורעילה. הייתה ידועה לאדם עוד מימי קדם ובמהלך ההיסטוריה קנתה לעצמה שימושים רבים.

מאפיינים[עריכת קוד מקור | עריכה]

צבע העופרת אפרפר עם גוון כחלחל, ההופך לאפור בתגובה עם האוויר. העופרת נמנית עם היסודות הצפופים ביותר, ולכן כבדה יחסית. היא מתכת רכה מאוד, תכונה המקנה לה יכולות עיבוד גבוהות. היא עמידה מאוד לקורוזיה מאחר שבמגע עם האוויר השכבה החיצונית של כלי העופרת הופכת לתחמוצת, המצטיינת בכושר בידוד, ולכן מבודדת את שאר המתכת. העופרת ותרכובותיה רעילות מאוד לבני אדם. מוליכותה החשמלית ומוליכותה התרמית נמוכות. תכונה המייחדת את העופרת היא שלוח עופרת עבה דיו חוסם כל קרינה מייננת (בין השאר, קרינת גמא).

ניתן למצוא בטבע עופרת בצורתה הטהורה, אך הדבר נדיר. ברוב המקרים היא נמצאת בטבע בסמיכות ליסודות אחרים, בעיקר נחושת, אבץ וכסף. כן ניתן להפיק עופרת מהסולפיד שלה, PbS (גלנה).

שימושים[עריכת קוד מקור | עריכה]

יציקת עופרת סביב מוט חיבור ממתכת קשה במעקה אבן של גשר בונציה. ביציקה נראים חורי מדגש שנועדו ללחוץ את העופרת לתוך החלל הפנוי
  • הוספה של טטרהאתיל עופרת \ Pb(C_2H_5)_4 לבנזין לשם העלאת דירוג האוקטאן שלו, המאפשר קבלת הספק גבוה יותר ממנוע בנפח נתון. מאז שנות התשעים פסק השימוש בתוספי עופרת לדלק כמעט לגמרי, עקב התוצרים הרעילים (הנפלטים מן המפלט) ובמכוניות חדשות משתמשים בבנזין נטול עופרת. מכוניות אלו מצוידות בממירים קטליטיים שהעופרת מזיקה להם. תוספת העופרת נמצאת כיום רק בדלק למכוניות ישנות שמספרן פוחת עם הזמן. המנועים במכוניות אלו אינם מתוכננים לשימוש בדלק נטול עופרת ולכן דרוש להן דלק עם עופרת, בגלל תכונות הסיכה שלה.
  • העופרת משמשת ללוחות בתוך המצבר המודרני, וכן בחלק מהסוללות.
  • צבעי עופרת: מתרכובת העופרת כדוגמת עופרת פחמתית, הנקראת גם "עופרת לבנה", מכינים צבע לבן שהוא בסיס לצבעים רבים. צבעים אלו רעילים ומשום כך אין צובעים בהם פריטים שיש סכנה כי ייאכלו על ידי ילדים, כמו רהיטים וצעצועים.
  • לתרכובות אחרות של עופרת שימושים רבים - ייצור לכה, גפרורים, חומרי הדברה וצבעים (חוץ מן הצבע הלבן).
  • בעקבות עמידות העופרת לקורוזיה ובפני חומרים פעילים אחרים מצפים בעזרתה צינורות פליטה (ביוב וכו'), בקבוקי נוזלים שאינם מיועדים לשתייה וכו'. לעתים אף מורחים את תחמוצת העופרת על כלי ברזל לשם מניעת החלדתם.
  • בשל המסה הסגולית הגבוהה של העופרת משתמשים בעיקר בה לייצור משקולות, כמו משקולות לוילונות, דיג וצלילה.
  • העופרת משמשת לציפוי כבלי חשמל בשל רכותה ועמידותה.
  • העופרת משמשת לציפוי ובניית קליעי נשק חם למיניהם.
  • מיגון מפני קרינה מייננת, בבדיקות רנטגן, בכורים גרעיניים ובמיגון.
  • משתמשים בעופרת כדי ליצור זכוכית הנקראת בדולח. תוספת העופרת למבנה הזכוכית משנה את התכונות האופטיות, מרככת את הזכוכית (וכך ניתן לעצב אותה על ידי חיתוך) ומקנה לה יכולת עצירת קרינה מזיקה.
  • לייצור פלומבות.
  • בעבר השתמשו בעופרת בדפוס בלט.

בניגוד לאמונה הרווחת, עופרת מעולם לא שימשה לייצור עפרונות; מתחילתם עפרונות הכילו גרפיט. ניתן להתחקות אחר מקור הטעות עד לחרט הרומי, penicillus (ומכאן המילה האנגלית לעפרון, pencil), ששימש לחריטה על פפירוס, ולעתים היה עשוי עופרת. סוג הגרפיט בעפרונות הראשונים כונה plumbago (מתנהג כמו עופרת), כיוון שבאותה עת (המאה ה-16) לא זיהו אותו נכונה.

הפקה[עריכת קוד מקור | עריכה]

העופרת מופיעה בקרום כדור הארץ בשיעור של 16 חלקים במיליון וכורים אותה כמינרל המצוי באבני גיר הנקרא גלניט (Galena), שהוא סולפיד (גופרת העופרת, PbS). המינרל מכיל 86.5% עופרת (מסתו המולרית היא 239.3). כריית המינרל מתבצעת בעיקר באמריקה הצפונית, באוסטרליה ובמקסיקו אך יש ארצות אחרות שבהן כורים את הגלניט בכמויות רבות.

כדי להפיק עופרת נקייה מחומר הגלם גלניט, מחממים תחילה את הגלניט כדי להיפטר משאריות גופרית, ולאחר מכן מכניסים את הגלניט הנקי אל כבשן ביחד עם פחם האבן. לאחר חימום (לטמפרטורות גבוהות) הקשר הכימי בין הגופרית לבין העופרת מתנתק והתוצר הוא עופרת מותכת ונקייה יחסית. העופרת המתקבלת מתהליך זה מכילה לעתים קרובות מתכות יקרות כמו כסף וזהב, שלעתים כדאי לזקקן מן העופרת למען רווח נוסף.

חלק מהעופרת מיוצר באמצעות מיחזור גרוטאות, בעיקר לוחות מצברים וצינורות. את הגרוטאות מתיכים והתוצר הוא גוש עופרת נקי שאינו מעובד.

צבעים[עריכת קוד מקור | עריכה]

צבע לבן הוכן מאבקה דקה של עופרת פחמתית בסיסית \ PbCO_3-Pb(OH)_2 המורחפת בשמן ושימש לציפוי משטחי עץ ומתכת. הצבע הוכן מעופרת מתכתית ו \ CO_2 בקטליזה של חומץ. עופרת מתכתית הוכנסה לכלי חרס שבתחתיתם חומץ. סירים אלו הונחו בשכבות זה על זה כשביניהם קליפות עץ רטובות. הפירוק של קליפות העץ על ידי מיקרואורגניזמים (תסיסה) יצר חום ופליטת CO_2 . החום אייד את החומץ בתחתית הסירים. אדי החומץ הגיבו עם העופרת ליצירת עופרת אצטט. עופרת אצטט מגיבה עם פחמן דו-חמצני לקבלת הפיגמנט: עופרת פחמתית בסיסית. לאחר כשלושה חודשים היו פותחים את הסירים ומפוררים את התוצר לקבלת הפיגמנט. תהליך זה כונה "התהליך ההולנדי" (Dutch process) והיה בשימוש נרחב במשך מאות שנים עד שהתגלו במחצית המאה העשרים מקרי פגיעה מוחית אצל ילדים שנחשפו לצבע מתפורר שהכיל את הפיגמנט הזה. ילדים שנחשפו לצבע גילו סימנים של ‏[1]:

פיגמנט לבן אחר היה עופרת גופרתית (עופרת סולפט) \ PbSO_4 ואילו פיגמנט לצבע צהוב הוכן מעופרת כרומטית \ PbCrO_4. זיהום אוויר בתרכובות גפרית יוצר ציפוי שחור של עופרת גופרית (סולפיד העופרת) PbS על פני השטח של משטחים הצבועים בצבעי עופרת, תופעה זו נצפית, למשל, בציורי כנסייה עתיקים באירופה. כדי לחדש את צבע התמונה יש לנקותה במי חמצן כך שהסולפיד מתחמצן ומתקבלת שוב עופרת סולפט \ PbSO_4 לבנה.

היסטוריה[עריכת קוד מקור | עריכה]

העופרת היא אחת משבע המתכות הידועות לאדם מימי קדם; ידוע שהאדם השתמש בה כבר בשנת 5000 לפנה"ס, ובשל היותה רכה וקלה לעיבוד נודעו לה שימושים רבים, המצרים השתמשו במשקלות עופרת לרשתות דייגים כבר באלף השני לפנה"ס. העופרת היא אחת משש המתכות המוזכרות בספר במדבר פרק ל"א

"אַךְ אֶת-הַזָּהָב, וְאֶת-הַכָּסֶף; אֶת-הַנְּחֹשֶׁת, אֶת-הַבַּרְזֶל, אֶת-הַבְּדִיל, וְאֶת-הָעֹפָרֶת. כָּל-דָּבָר אֲשֶׁר-יָבֹא בָאֵשׁ, תַּעֲבִירוּ בָאֵשׁ וְטָהֵר."

בספר ירמיהו מוזכר השימוש בעופרת לטיהור המתכת כסף מסיגים (אי נקיונות מתכתיים), היו מתיכים יחד כסף ועופרת, העופרת הייתה נשרפת (מתחמצנת) ובקירור התקבל כסף נקי

"נָחַר מַפֻּחַ, מאשתם (מֵאֵשׁ תַּם) עֹפָרֶת לַשָּׁוְא צָרַף צָרוֹף, וְרָעִים לֹא נִתָּקוּ. כֶּסֶף נִמְאָס, קָרְאוּ לָהֶם: כִּי-מָאַס ה', בָּהֶם" (ירמיהו פרק ו')

"מצודת דוד" מפרש ומרחיב בתוך כך על התהליך "דרך צורף כסף להסיר הסיג מניח הכסף בכור ועמו עופרת ומעמיד על האש ונופח במפוח עד יותך הכסף והעופרת ונשרף העופרת ונשאר הכסף נקי מבלי סיג" השימוש הנפוץ ביותר בעופרת בעולם העתיק היה לצנרת. עופרת היא חומר אידאלי לאינסטלציה בשל תכונותיה:

  • מתכת קלה לעיבוד.
  • אינה מחלידה.
  • קלה לריתוך והלחמה (בשל טמפרטורת ההתכה הנמוכה יחסית).
  • גמישה דיה שלא להתבקע מקפיאת מים בתוכה.
  • אינה נוטה להיסדק (בניגוד לברזל).

בתקופת רומא העתיקה התקינו מן העופרת צינורות מים ואמבטיות, שימוש אשר נמשך עוד שנים רבות לאחר-מכן. שריד לכך נמצא כיום בשפות האירופאיות באנגלית: שרברבים (אינסטלטורים) נקראים plumbers ובצרפתית Plombier - מהשם הלטיני של העופרת: plumbum.

בימי הביניים סברו אלכימאים, כי העופרת היא הראשונה שבמתכות וכי בעזרת אבן החכמים ניתן להפיק ממנה זהב. בתקופות מאוחרות יותר נמצאו לעופרת שימושים מגוונים: עשו ממנה גגות, ארונות מתים, מכלים, צבע לבן ועוד. ברם, כאשר התגלה כי העופרת רעילה לאדם הפסיקו להשתמש בעופרת בכל התחומים הנוגעים למגע ישיר ותכוף עם גוף האדם.

רעילות והשפעות על הגוף[עריכת קוד מקור | עריכה]

Postscript-viewer-shaded.png ערך מורחב – הרעלת עופרת

העופרת היא מתכת רעילה. השפעותיה כוללות נזקים לקצות העצבים, וכן לדם ולמוח. כאשר עופרת מתכתית מחוממת באוויר, נוצרים עליה גבישים בצבע צהבהב-אדום: זוהי חד תחמוצת העופרת או "ליתארג'". האבקה הזו מגיבה לחומץ (תגובת סתירה), והתוצאה היא חומר הנקרא "סוכר העופרת" (עופרת אצטט) שטעמו מתקתק.

חד תחמוצת העופרת, ליתארג' - Litharge

הרומאים נהגו להרתיח מיץ ענבים בכלי עופרת עד לקבלת נוזל צמיג ומתוק, שנקרא Sapa והכיל כגרם "סוכר עופרת" לליטר. הסירופ הזה שימש כממתיק במתכונים רבים וכן כחומר משמר ליין. לפני המצאת בקבוקי הזכוכית האטומים של ימינו היה היין חשוף להחמצה: חיידקים הפכו את האלכוהול בנוכחות חמצן מהאוויר לחומצה (חומץ בן יין). חד-תחמוצת העופרת שמרה על היין הן על ידי נטרול החומץ שכבר נוצר בו והן על ידי קטילת החיידקים - שבדומה לבני האדם, מורעלים ממתכות כבדות.

הצורך בשימור יין (מזון בסיסי לאורך תקופות היסטוריות ארוכות) היה כה חזק עד שגם כשהתבררה הרעילות של החומר במאה ה-18 נמשך השימוש. רק החלת עונש מוות לממתיקי יינות עצרה את השימוש בליתארג'.

היסטוריונים רבים מיחסים את שקיעת האריסטוקרטיה הרומית לנזק הנוירולוגי הכבד שגרמה החשיפה לעופרת. ייתכן שטירופם של קיסרים כקליגולה, נירון וקומודוס היה תוצאה של צריכת יין וממתקים רוויי עופרת. כמו כן, חשיפה לעופרת עלולה לגרום לפגיעה במערכת העצבים ובפוריות אצל נשים.

בשל רעילותה של העופרת, כיום משתמשים בה פחות ופחות במוצרים שהאדם בא במגע תכוף עמם: צבעים, ציפוי כלי אוכל ומכשירים המעורבים בתהליך ייצור מזון ושתייה. החומר הוגבל לשימוש על ידי האיחוד האירופי.

הערות שוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]

  1. ^ Lead in Paint, Dust, and Soil, US Environmental Protection Agency

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]