الجدول الدوري

رصاص (Pb)

Howard Birdsong جُمع من مصادر أولية: IUPAC وNIST وPubChem

الرصاص هو العنصر رقم 82، رمزه Pb، توزيعه الإلكتروني [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p²، وكتلته الذرية المعيارية محصورة بين 206.14 و207.94 وحدة. هو العنصر المستقر الأعلى عددًا ذريًّا والوجهة النهائية لسلسلتَي اليورانيوم والثوريوم الإشعاعيتين.

لماذا كتلته الذرية بهذا التباين؟

للرصاص أربعة نظائر مستقرة: 204 و206 و207 و208. والغريب من أين تأتي ثلاثة منها.

فالرصاص 204 بدئي: موجود منذ تكوّن المجموعة الشمسية. أما الثلاثة الأخرى فهي إشعاعية المنشأ، أي نواتج نهائية لسلاسل اضمحلال.

يورانيوم 238  →  ...  →  رصاص 206
يورانيوم 235  →  ...  →  رصاص 207
ثوريوم 232    →  ...  →  رصاص 208

وتمرّ كل سلسلة باثنتي عشرة مرحلة تقريبًا وتنتهي حين تبلغ نواة مستقرة، وهي في الحالات الثلاث رصاص.

والنتيجة أن التركيب النظائري لعينة يتوقف على التاريخ الجيولوجي لصخرها. فالغالينا المتكوّنة قرب معادن يورانيوم تراكم رصاصًا 206؛ والمرتبطة بالثوريوم تراكم رصاصًا 208.

وتنشر IUPAC مجالًا من 206.14 إلى 207.94 وحدة، وهو الأوسع بالقيمة المطلقة في الجدول الدوري كله.

ولذلك التباين استعمال باهر. فقد استعمله كلير باترسون عام 1956 لتحديد عمر الأرض بقياس النسب النظائرية للرصاص في نيزك كانيون ديابلو. فحصل على 4550 مليون سنة، وهو الرقم المعتمد إلى اليوم.

لماذا هو آخر عنصر مستقر؟

بسبب بنية النواة. فكما تنتظم الإلكترونات في أغلفة تنتظم البروتونات والنيوترونات كذلك، وثمة أعداد تكمل غلافًا: 2 و8 و20 و28 و50 و82 و126. وتسمى الأعداد السحرية.

والنواة ذات العدد السحري من البروتونات أو النيوترونات مترابطة على نحو خاص. والرصاص 208 فيه 82 بروتونًا و126 نيوترونًا: فهو سحري مضاعف، وأثقل نواة مستقرة موجودة.

وابتداءً من ذلك يفوق التنافر الكهرساكن بين ذلك العدد من البروتونات ما تستطيع القوة النووية الشديدة تعويضه، فتصير العناصر كلها مشعّة.

⚠️ وقد عُدّ البزموت، وهو العنصر 83، مستقرًّا قرنين تقريبًا. وفي 2003 قيس اضمحلاله ألفا: فعمر نصفه نحو 2 × 10¹⁹ سنة، أي مليار ضعف عمر الكون. فهو مشعّ بالتعريف ومستقر لكل الأغراض العملية.

وذلك الاستقرار النووي يفسّر أيضًا لماذا تنتهي السلاسل الإشعاعية حيث تنتهي. فالرصاص قاع البئر.

لماذا استُعمل كثيرًا رغم معرفة سمّيته؟

لأنه سهل التشغيل. فهو ينصهر عند 327 °م، وهي حرارة تبلغها نار موقدة جيدًا. وهو طريّ، يُقولب ويُدرفل ويُلحم بلا عناء. ويقاوم التآكل بتكوين طبقة كربونات قاعدية.

وقد استعمله الرومان في أنابيب الماء — وكلمة plumbing في الإنجليزية من plumbum —، وفي أواني المائدة، وفي مستحضرات التجميل، ومحلّيًا: فخلات الرصاص حلوة المذاق وكانت تُضاف إلى النبيذ.

وكانت السمّية معروفة. فقد كتب فيتروفيوس، في القرن الأول قبل عصرنا، أن الماء المنقول في أنابيب فخارية أصحّ من المنقول في الرصاص، ولاحظ شحوب عمال المصاهر.

وسبب استمرار استعماله هو السبب المعتاد: كان ينجح، وكان رخيصًا، وكان الضرر بطيئًا منتشرًا.

وضاعف القرن العشرون التعرّض. فقد نشر رابع إيثيل الرصاص في البنزين، المُدخَل عام 1923، الرصاص في جوّ الكوكب كله. وترك الطلاء الرصاصي بقايا في ملايين المساكن. وأضافت لحامات علب الحفظ وأنابيب المنازل مزيدًا.

كيف أُخرج من البنزين؟

بفضل جيوكيميائي كان يبحث عن شيء آخر.

فقد كان كلير باترسون يحاول تأريخ الأرض ويحتاج إلى قياس الرصاص بدقة قصوى. فوجد عيّناته ملوثة برصاص بيئي بكميات تجعل التحليل مستحيلًا. فاضطر إلى ابتكار الغرفة النظيفة الحديثة ليتمكن من العمل.

وعند بحثه في أصل ذلك التلوث قارن لبّات جليدية من غرينلاند من حقب مختلفة. فوجد أن الرصاص الجوّي تضاعف أكثر من مئتي مرة منذ بداية العصر الصناعي، وأن أحدّ الارتفاعات يتزامن مع إدخال البنزين المرصص.

ونشر النتائج عام 1965. فردّت الصناعة الكيميائية بضغط مؤسسي، وتمويل دراسات مضادة، وهجوم على مصداقيته؛ وخسر باترسون عقود بحث.

لكن الدليل فرض نفسه في النهاية. فبدأت الولايات المتحدة بسحب الرصاص عام 1975 وحظرته عام 1996. وكان آخر بلد يتخلى عنه الجزائر، في تموز 2021.

⚠️ وكان الأثر قابلًا للقياس وسريعًا. فقد هبط متوسط تركيز الرصاص في دم الأطفال الأمريكيين بأكثر من 90 % بين 1976 و1999. وقد ربطت دراسات عدة التعرض للرصاص في الطفولة بتطور معدلات الجريمة العنيفة بعد عقدين، وإن كانت السببية لا تزال موضع نقاش.

فيمَ لا يزال يُستعمل؟

الاستعمال المهيمن، بأكثر من ثلاثة أرباع الاستهلاك، هو بطاريات الرصاص الحمضية.

وهي تقنية من 1859 لا تزال قائمة لأنها تفعل ما لا تفعله سواها: تسليم تيار كبير دفعة واحدة بكلفة منخفضة. فتشغيل محرك يقتضي مئات الأمبيرات لثوانٍ، وبطارية الرصاص تفعل ذلك جيدًا ورخيصًا.

وإعادة تدويرها استثنائية أيضًا. فأكثر من 95 % من رصاص البطاريات يُستعاد في كثير من البلدان، وهو من أعلى المواد نسبةَ إعادة تدوير في العالم.

ويُستعمل أيضًا درعًا أمام الإشعاع المؤيّن، لأن كثافته العالية وعدده الذري الكبير يجعلانه بالغ النجاعة في امتصاص الأشعة السينية وغاما. فمآزر التصوير الشعاعي وحاويات المواد المشعّة من رصاص.

وفي الأثقال الموازنة والصابورة والذخيرة تكون كثافته هي الخاصة المطلوبة، وإن قُيّدت ذخيرة الصيد الرصاصية في بلدان كثيرة بسبب تسمم الطيور المائية.

أما الاستعمالات التي كانت تعني تماسًّا بشريًّا — أنابيب الماء، والطلاء، والبنزين، ولحام الأغذية، ومستحضرات التجميل — فقد اختفت من تنظيمات معظم البلدان، وإن بقيت بقاياها في مبانٍ قديمة وفي تربة حضرية.

حقائق أساسية

Z
82
Atomic weight
207.2 u
Category
فلز ما بعد انتقالي
State at 298 K
Solid
Occurrence
primordial
Discovered
—
CAS
7439-92-1

الخصائص المقيسة

PropertyValueSource
Electronegativity 2.33 National Center for Biotechnology Information (NIH)
Melting point 600.61 K National Center for Biotechnology Information (NIH)
Boiling point 2,022 K National Center for Biotechnology Information (NIH)
Density stp 11.342 g/cm³ National Center for Biotechnology Information (NIH)
Atomic radius empirical 202 pm National Center for Biotechnology Information (NIH)
Ionization energy 1st 715.6 kJ/mol National Center for Biotechnology Information (NIH)
Electron affinity 34.7 kJ/mol National Center for Biotechnology Information (NIH)

التوزيع الإلكتروني

2 8 18 32 18 4 Pb
Noble gas notation
[Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p²
Full notation
1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴ 5s² 5p⁶ 5d¹⁰ 6s² 6p²
Electrons per shell
2, 8, 18, 32, 18, 4

النظائر

أسئلة شائعة

لماذا تختلف الكتلة الذرية للرصاص باختلاف العينة؟

لأن ثلاثة من نظائره الأربعة نواتج نهائية لسلاسل إشعاعية مختلفة: فالرصاص 206 من اليورانيوم 238، و207 من اليورانيوم 235، و208 من الثوريوم 232. فمعدن غني باليورانيوم يراكم رصاصًا 206؛ وآخر غني بالثوريوم يراكم رصاصًا 208. ولهذا تنشر IUPAC أوسع مجال بالقيمة المطلقة في الجدول كله، من 206.14 إلى 207.94.

لماذا الرصاص آخر عنصر مستقر؟

لأن نواته ذات الـ82 بروتونًا تبلغ عددًا سحريًّا: غلافًا نوويًّا كاملًا، نظير الغلاف الإلكتروني الممتلئ في غاز نبيل. والرصاص 208، بـ82 بروتونًا و126 نيوترونًا، سحري مضاعف وهو أثقل نواة مستقرة موجودة. وابتداءً من البزموت كل العناصر مشعّة، وإن كان بعضها بأعمار نصف طويلة إلى حدّ العبث.

لماذا استُعمل الرصاص في البنزين؟

كان رابع إيثيل الرصاص، المضاف منذ 1923، يرفع الرقم الأوكتاني ويمنع الانفجار المبكر في المحرك. وكان ينجح وكان رخيصًا. وكانت البدائل معروفة منذ البداية، كالإيثانول، لكنها غير قابلة للتسجيل ببراءة. واكتمل الإلغاء العالمي عام 2021، وتُظهر الدراسات هبوطًا موازيًا في رصاص دم الأطفال يفوق 90 %.

كيف يسمّم الرصاص؟

بانتحال دور الكالسيوم والزنك. فأيون Pb²⁺ قريب في الحجم ويشغل مواضعهما في إنزيمات وقنوات، حيث لا يؤدي وظيفتهما. ويتدخل في تخليق الهيم فيسبب فقر دم، ويغيّر الإشارة العصبية المعتمدة على الكالسيوم. وعند الأطفال يؤثر في النمو المعرفي تأثيرًا لا رجعة فيه، ولم تُحدَّد عتبة يكون دونها غير مؤذٍ.

المصادر