فلز سرب یکی از فلزات درخشان با کاربردهای بسیار می باشد. این فلز خیلی نرم، انعطاف پذیر و رسانایی تقریبا ضعیف می باشد. ضمنا در مقابل خوردگی مقاومت زیادی نشان می دهد. در ادامه با ویژگی ها و کاربردهای فلز سرب بیشتر آشنا خواهید شد.
ویژگی های فلز سرب و کاربردهای آن
سرب یکی از عناصر موجود در جدول مندلیف می باشد که با نماد pb شناخته می شود. عدد اتمی این عنصر ۸۲ بوده و سمی ترین عنصر پایدار در جدول تناوبی به شمار می رود. فلز سرب از قدیمی ترین فلزات کشف شده در باستان شناسی می باشد و قدیمی ترین قطعات سرب ۳۵۰۰ سال پیش از میلاد مسیح در مصر کشف شده که در موزه انگلیس نگهداری می شود.
این فلز نرم بوده ولی بسیار سنگین است و مقاومت بالایی دارد. از این رو چکش خوار و شکل پذیر می باشد. رنگ سرب سفید یا نقره ای مایل به آبی بوده و در مجاورت هوا به رنگ خاکستری تیره و لکه دار در می آید. قابل ذکر است این فلز با تعداد بسیاری از فلزات، آلیاژ تشکیل داده که مهمترین آن قلع، مس، بیسموت، کادمیوم و آرسنیک می باشند.
فلز سرب از فلزات درخشان با کاربردهای بسیار است و با ویژگی هایی از جمله نرمی زیاد، انعطاف پذیری و رسانای تقریبا ضعیف همواره در مقابل خوردگی مقاومت زیادی دارد. با آنکه فلز سرب در زندگی روزانه انسان و صنایع مختلف موثر می باشد ولی به همان اندازه هم برای انسان سمی است.
در حقیقت اگر از اثرات منفی سرب برای تنفس هوای شامل گرد و غبار یا مصرف ذرات آن صرف نظر کنیم، این عنصر به علت خاصیت سازگاری زیاد با صنعت، انعطاف پذیری بالا و مقاوم بودن در برابر خوردگی مورد استفاده وسیع تری قرار می گرفت. عنصر سرب از متداول ترین مواد هم متراکم تر بوده و نقطه ذوب آن تقریبا پایین است.
این فلز دارای بالاترین عدد اتمی نسبت به دیگر عناصر پایدار بوده و یک فلز تقریبا غیر فعال به شمار می رود. عنصر سرب و اکسیدهای آن با اسیدها و بازها واکنش نشان داده و تمایل به تشکیل پیوندهای کوالانسی دارند. ترکیبات سربی معمولا در حالت اکسیداسیون +۲ قرار داشته و شبیه اعضای سبک تر این گروه به پیوند با خودش تمایل دارد و می تواند ساختارهای چند وجهی را ایجاد کند. در ادامه با بیشتر با فلز سرب و ویژگی ها و کاربرد آن آشنا می شوید.
شیوه به دست آوردن سرب
سرب به طور عمده از معادن سرب و روی تا ۷۰ درصد به صورت مشترک و در کنار هم کشف می شود. برای استخراج سرب از سنگ سرب، اول سنگ سرب را کاملا خرد نموده و بعد از تغلیظ در کوره های گرد برشته می شود. بعد سرب برشته را در کوره تنوری احیا نموده و در این مرحله سرب خام با خلوص ۹ درصد به دست می آید.
بعد از آن سرب خام را تصفیه و سرب با خلوص ۹۹/۹۴ تولید می شود. به دلیل نرمی، ویژگی ریخته گری بالا، مقاومت زیاد در برابر پوسیدگی و سیالیت مناسب از عنصر سرب برای نگهداری از هر مایه فرسایش کننده ای نظیر اسید سولفوریک استفاده شود.
تاریخچه کشف سرب
سرب یکی از فلزات موثر در بازار خرید و فروش فلزات می باشد که از زمان های گذشته تا به حال کاربردی بوده و در صنایع مختلف به کار گرفته می شود. در طول تاریخ قبل از این که پیشرفت های علمی در قرن بیستم، نشان دهد فلز سرب سمی است، این فلز به طور گسترده در محصولات مختلف شامل لوازم آرایشی، لحیم کاری، رنگ، لوله و بنزین به کار می رفت.
اصلی ترین ویژگی سرب یعنی خاصیت انعطاف پذیری و مقاومت آن در مقابل خوردگی و نشت های کوچک، آن را به عنوان ماده ای مناسب جهت ساخت لوله های آب تبدیل می نماید. قابل ذکر است حتی رومیان باستان هم لوله های آب را از سرب می ساختند از این رو برخی عقیده دارند مسمومیت با سرب تا اندازه ای سبب سقوط امپراطوری روم شده است.
این فلز به آسانی از سنگ معدن استخراج می شود. گالنا سنگ معدن اصلی سرب بوده که اغلب حاوی نقره است. علاقه به نقره سبب شروع استخراج وسیع و استفاده از سرب در روم باستان شد. تولید این فلز بعد از سقوط روم کاسته شده و تا انقلاب صنعتی به میزان قابل قبولی نرسید.
در سال ۲۰۱۴ تولید جهانی فلز سرب سالانه حدود ۱۰ میلیون تن تولید می شد که بیش از نیمی از آن مرتبط به بازیافت بود. چگالی زیاد سرب، نقطه ذوب پایین، چکش خواری و عدم تمایل آن نسبت به اکسیداسیون موجب شد که به یک فلز موثر تبدیل گردد. این خواص همراه با فراوانی نسبی و قیمت کم آن منجر به استفاده وسیع از سرب در ساخت و ساز، لوله کشی، لحیم کاری، و … شد.
با این وجود در اواخر قرن نوزده سمیت سرب به رسمیت شناخته شده و از آن زمان استفاده از این عنصر در بیشتر کاربردها کاسته شد. قابل ذکر است سرب یک نوروتوکسین بوده که در بافت ها و استخوان های نرم تجمع یافته و به سیستم عصبی آسیب وارد می کند. همچنین سبب اختلال عملکرد آنزیم های بیولوژیکی شده و موجب بروز اختلالات عصبی نظیر آسیب مغزی و مشکلات رفتاری می گردد.
فلز سرب در کجا یافت می شود؟
فلز سرب عنصری طبیعی است که در میزان کمی در پوسته زمین پیدا می شود. در حالی که کاربردهای موثری دارد ولی می تواند برای انسان و حیوانات سمی بوده و موجب بروز اثرات مضر و منفی برای سلامتی گردد. سرب ممکن است در هر بخش از محیط زیست از جمله خاک، آب و هوا، و حتی در منازل وجود داشته باشد.
قسمت عمده ای از مواجه شدن انسان با سرب ناشی از فعالیت های انسانی نظیر استفاده از سوخت های فسیلی می باشد. ترکیبات دارای فلز سرب در طیف وسیعی از محصولات از جمله سرامیک، رنگ، لوله، بنزین، باتری، لوازم آرایشی و … به کار می روند.
سرب ممکن است از این مصارف عبور و به محیط زیست وارد شود. همچنین توسط منابع صنعتی و اماکن آلوده نظیر کارخانه های ذوب سابق سرب به محیط زیست منتقل می شود. در حالی که سطح طبیعی سرب در خاک حدود ۵۰-۴۰۰ قطعه در میلیون بوده و فعالیت های معدنی، ذوب و پالایش سبب افزایش سطح فلز سرب در محیط زیست بخصوص در نزدیکی محل های معدن و ذوب آهن گشته است.
کاربردهای فلز سرب
همانطور که پیشتر اشاره شد فلز سرب یک فلز کاملا درخشان و مایل به آبی می باشد که فقط ۰.۰۰۱۳ درصد پوسته زمین را شامل می شود. این عنصر کمیاب نیست زیرا منابع آن تقریبا وسیع بوده و استخراج راحتی دارد. سرب معمولا در میزان خیلی کمی در سنگ معادنی نظیر گالن، آنگلزیت و سرویسیت وجود دارد.
نماد شیمیایی سرب Pb از کلمه لاتین plumbum گرفته شده که به معنی کارخانه آب است. این معنا به دوران باستان اشاره داشته که از این فلز به شکل وسیع در ساخت لوله های آب استفاده می شد. سرب ویژگی های منحصر به فردی داشته که سبب می شود امکان استفاده در هر صنعتی برای آن ایجاد شود. از کاربردهای مهم این فلز عبارت است از:
ساخت باتری
مصرف اصلی این فلز برای ساخت باتری های ذخیره ساز سربی- اسیدی می باشد که در آن شبکه یا صفحه اصلی از این فلز یا ترکیب دیگر فلزات که بیشتر آنتیموان می باشد به دست می آید.
ساختمان سازی
کاربرد سرب در ساختمان سازی مربوط به تولید شیشه، ساخت لوله های سربی و پوشش های محافظ می باشد. به بیان دیگر صنعت ساختمان سازی به سرب نیاز دارد.
اکستروژن های نورد
ورقه های سرب در صنعت ساختمان سازی برای پیشگیری از احتراق یا هوازدگی، سقف سازی و تولید روکش فلزی برای ممانعت از نفوذ آب استفاده می شود. مقاومت در مقابل خوردگی شیمیایی این فلز سبب شده ورقه های تولیدی آن در روکش حمام های شیمیایی، اسیدی و مخازن ذخیره سازی به کار گرفته شود.
چگالی زیاد ورق سرب آن را به عنوان ماده ای موثر برای اهداف عایق صدا تبدیل نموده و فولاد با روکش سرب هم برای محافظت از اشعه مورد استفاده قرار می گیرد.
ساخت لوله های سربی
لوله های سربی به علت مقاومت در مقابل خوردگی در حمل مواد شیمیایی خورنده در کارخانه های تولید مواد شیمیایی به کار می روند. این لوله ها همچنین در سایزهای کوتاه برای استفاده در اتصال کابل های با روکش سرب اکسترود می شوند.
تولید رنگدانه
از سرب به صورت گسترده در تولید رنگ استفاده می شود. هر چند اخیرا استفاده از آن به صورت چشمگیری محدود شده تا خطرات سلامتی را بکاهد. سرب سفید بیشترین استفاده را به عنوان رنگدانه داشته و دیگر رنگدانه های مهم شامل سولفات سرب بازی و کرومات سرب می باشند.
ساخت پوشش کابل
آلیاژهای سرب به علت خواص انعطاف پذیری زیاد، اکستروژن مناسب، مقاومت عالی در مقابل خوردگی هنگام تماس با طیف وسیعی از محیط های صنعتی و دریایی، دمای ذوب تقریبا کم کاربرد وسیعی دارند. از این ترکیبات جهت ساخت پوشش یا غلاف برای کابل های با ولتاژ بالا استفاده می شود.
تولید مهمات
استفاده از گلوله های سربی که به طور معمول در تیراندازی ورزشی با سلاح های کوچک مورد استفاده قرار می گیرد، خیلی مرسوم است.
ساخت محصولات
محصولاتی نظیر شیشه، لوله سربی، مخازن و دیگر محصولات مختلف از طریق سرب تولید می شوند. به طور مثال این فلز غیر خورنده در نگهداری محصولات اسیدی خیلی مفید می باشد. در ضمن از سرب جهت ساخت مخازنی که مایعات خورنده نظیر اسید سولفوریک دارند هم استفاده می شود.
علیرغم این موارد فلز سرب برای ساخت باتری های اسید سرب به کار برده می شود نظیر نمونه هایی که امروزه در خودروها استفاده می شود. همچنین از سرب در تولید ضد زنگ، صنایع الکترونیکی، تجهیزات مداری، سرامیک، صنعت چاپ و حروف چینی و لعاب کاری صنعت شیشه سازی استفاده می شود.
سرب به علت چگالی کم و قدرت جذب لرزش، محافظ خیلی خوبی در مقابل انواع مختلف پرتوهای مضر نظیر موارد موجود در دستگاه های اشعه ایکس و راکتورهای هسته ای می باشد. سرب آلیاژهای زیادی با فلزات ایجاد می کند. آلیاژهای تشکیل شده با مس، قلع، آرسنیک، بیسموت و کادمیوم اهمیت صنعتی بسیاری دارند.
از سرب برای ساخت یاتاقان، لحیم کاری، فلزات ضد انفجار، فلزات با نقطه ذوب پایین استفاده می شود. لحیم کاری های نرم عموما آلیاژ های سرب/قلع با یا بدون آنتیموان بوده در حالی که آلیاژهای زودگداز ترکیبی از سرب، قلع، کادمیوم، بیسموت و دیگر فلزات با نقطه ذوب پایین می باشند.
گلوله های سربی از آلیاژ سرب، آنتیموان و آرسنیک می باشند و این عنصر برای کاهش ساییدگی دستگاه ها به برنج افزوده می شود.
اثرات زیست محیطی سرب
سرب در همه مراحل استخراج و تولید می تواند سبب سمی شدن محیط زیست گردد. این تاثیر می تواند در صورت عدم محافظت سلامت انسان را تهدید نماید. سرب جزو فلزاتی است که به دلیل نقطه ذوب کم، به راحتی گاز سمی ایجاد می کند و با جذب در آب، هوا و مواد غذایی وارد بدن انسان می شود.
استخراج، تولید، استفاده و دفع سرب و فرآورده های آن سبب آلودگی قابل توجه خاک و آب می گردد. انتشار گازهای خام سرب در طی انقلاب صنعتی و دوره تولید بنزین سرب در نیمه دوم قرن بیستم در اوج بود. انتشار سرب از منابع طبیعی، تولید صنعتی، سوزاندن و بازیافت سرب قبلا دفع شده ناشی می شود.
غلظت های زیاد سرب در خاک و رسوبات در نواحی صنعتی و شهری پایدار است. سرب می تواند در خاک به ویژه خاک های با محتوای ارگانیک بالا تجمع یافته و صدها تا هزاران سال باقی بماند. این ماده قادر است با دیگر فلزات داخل یا روی سطوح گیاهان به صورت بالقوه رقابت نماید و با مهار فتوسنتز در غلظت های کافی روی رشد گیاه و بقای آن اثرات منفی بگذارد.
آلودگی خاک و گیاهان منجر به آلودگی زنجیره غذایی شده که بر میکروارگانیسم ها و حیوانات تاثیر دارد. در حیوانات این فلز در بیشتر ارگان ها سمیت نشان داده و به سیستم عصبی، کلیوی، قلب و عروق پس از مصرف، استنشاق یا جذب پوستی صدمه می زند. جذب این فلز از آب و رسوبات و تجمع زیست محیطی در زنجیره غذایی خطر عظیمی برای ماهی ها، پرندگان و پستانداران دریایی است.
همانطور که اشاره شد از این فلز از گذشته های دور به صورت گسترده در ساخت محصولات فلزی، خطوط لوله، کابل، رنگ و سموم دفع آفات استفاده می شد. سرب یکی از چهار فلزی است که بیشترین اثر را بر سلامتی انسان می گذارد و توسط جذب مواد غذایی، آب و هوا می تواند به بدن انسان وارد شود.
غذاهایی مثل میوه، سبزی، گوشت، نوشیدنی ها، غذاهای دریایی و … ممکن است حاوی مقادیری سرب باشند. دود سیگار نیز میزان کمی از این فلز را همراه دارد. این ماده می تواند از طریق خوردگی لوله های آب وارد آب آشامیدنی شود. این احتمال هنگامی بیشتر بوده که آب مقداری اسیدی باشد.
از این رو در حال حاضر سیستم های تصفیه آب عمومی ملزم به تنظیم اسیدیته آب بوده تا غلظت سرب کنترل شود. در پایان مطلب اگر علاقمند هستید تا با ویژگی های فلز مس و فلز اورانیوم آشنا شوید روی لینک ها کلیک کنید.
منبع : آرگا
