Mengapa massa atomnya begitu beragam?
Timbal memiliki empat isotop stabil: 204, 206, 207, dan 208. Yang tidak lazim adalah dari mana tiga di antaranya berasal.
Timbal 204 bersifat purba: ia ada sejak pembentukan tata surya. Ketiga lainnya bersifat radiogenik, yaitu hasil akhir rantai peluruhan.
uranium 238 → ... → timbal 206
uranium 235 → ... → timbal 207
torium 232 → ... → timbal 208Setiap deret melewati sekitar selusin tahap dan berakhir ketika mencapai inti yang stabil, yang pada ketiganya adalah timbal.
Akibatnya, susunan isotop sebuah sampel bergantung pada riwayat geologi batuannya. Galena yang terbentuk di dekat mineral uranium menimbun timbal 206; yang berkaitan dengan torium menimbun timbal 208.
IUPAC menerbitkan rentang 206,14 sampai 207,94 u, yang terlebar secara mutlak dalam seluruh tabel periodik.
Keragaman itu memiliki kegunaan yang luar biasa. Clair Patterson memanfaatkannya pada 1956 untuk menetapkan umur Bumi dengan mengukur perbandingan isotop timbal dalam meteorit Canyon Diablo. Ia memperoleh 4 550 juta tahun, angka yang sampai kini masih diterima.
Mengapa ia unsur stabil yang terakhir?
Karena struktur intinya. Sebagaimana elektron tersusun dalam kulit, proton dan neutron pun demikian, dan ada bilangan yang melengkapi sebuah kulit: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126. Bilangan itu disebut bilangan ajaib.
Inti dengan bilangan ajaib proton atau neutron terikat sangat kuat. Timbal 208 memiliki 82 proton dan 126 neutron: ia ajaib ganda, dan merupakan inti stabil terberat yang ada.
Sesudah itu, tolakan elektrostatik antara sedemikian banyak proton melampaui yang dapat diimbangi gaya inti kuat, dan semua unsur bersifat radioaktif.
⚠️ Bismut, unsur nomor 83, dianggap stabil selama hampir dua abad. Pada 2003 peluruhan alfanya berhasil diukur: waktu paruhnya sekitar 2 × 10¹⁹ tahun, semiliar kali umur alam semesta. Ia radioaktif menurut definisi dan stabil untuk segala keperluan praktis.
Kestabilan inti itu juga menjelaskan mengapa rantai radioaktif berakhir di tempatnya berakhir. Timbal adalah dasar sumurnya.
Mengapa ia begitu banyak dipakai meski keracunannya dikenal?
Karena ia mudah dikerjakan. Ia melebur pada 327 °C, suhu yang dapat dicapai perapian yang dijaga baik. Ia lunak, dapat dicetak, digilas, dan dipatri tanpa kesulitan. Dan ia tahan korosi dengan membentuk lapisan karbonat basa.
Orang Romawi memakainya untuk pipa air — kata plumbing dalam bahasa Inggris berasal dari plumbum —, untuk peralatan makan, kosmetika, dan sebagai pemanis: timbal asetat berasa manis dan ditambahkan ke anggur.
Keracunannya sudah diketahui. Vitruvius, pada abad I sebelum era kita, menulis bahwa air yang dialirkan lewat pipa tanah liat lebih sehat daripada yang dialirkan lewat timbal, dan ia mengamati pucatnya para pekerja peleburan.
Alasan pemakaiannya berlanjut selalu sama: ia berhasil, murah, dan kerusakannya lambat serta menyebar.
Abad XX melipatgandakan paparannya. Tetraetiltimbal dalam bensin, yang diperkenalkan pada 1923, menyebarkan timbal ke atmosfer seluruh planet. Cat bertimbal meninggalkan sisa di jutaan rumah. Patri kaleng makanan dan pipa rumah menambahkan lebih banyak lagi.
Bagaimana ia dihapus dari bensin?
Berkat seorang geokimiawan yang mencari hal lain.
Clair Patterson berusaha menanggali Bumi dan perlu mengukur timbal dengan ketelitian ekstrem. Ia mendapati sampelnya tercemar timbal lingkungan dalam jumlah yang membuat analisisnya mustahil. Ia harus menemukan ruang bersih modern agar dapat bekerja.
Saat menyelidiki asal pencemaran itu, ia membandingkan inti es Greenland dari berbagai masa. Timbal atmosfer telah berlipat lebih dari dua ratus kali sejak awal era industri, dan kenaikan yang paling tajam bertepatan dengan diperkenalkannya bensin bertimbal.
Ia menerbitkan hasilnya pada 1965. Industri kimia menanggapinya dengan tekanan kelembagaan, pendanaan kajian tandingan, dan serangan terhadap kredibilitasnya; Patterson kehilangan kontrak penelitian.
Bukti akhirnya menang. Amerika Serikat mulai menarik timbal pada 1975 dan melarangnya pada 1996. Negara terakhir yang meninggalkannya adalah Aljazair, pada Juli 2021.
⚠️ Dampaknya terukur dan cepat. Kadar rata-rata timbal dalam darah anak-anak Amerika turun lebih dari 90 % antara 1976 dan 1999. Beberapa kajian mengaitkan paparan timbal pada masa kanak dengan perkembangan angka kejahatan kekerasan dua dekade kemudian, meski sebab-akibatnya masih diperdebatkan.
Untuk apa ia masih dipakai?
Pemakaian yang dominan, dengan lebih dari tiga perempat konsumsinya, adalah aki timbal-asam.
Itu teknologi dari 1859 yang tetap bertahan karena ia melakukan sesuatu yang tak dilakukan yang lain: memberi arus besar sekaligus dengan biaya rendah. Menghidupkan mesin menuntut ratusan ampere selama beberapa detik, dan aki timbal melakukannya dengan baik dan murah.
Daur ulangnya juga luar biasa. Lebih dari 95 % timbal aki dipulihkan di banyak negara, dan ia salah satu bahan dengan tingkat daur ulang tertinggi di dunia.
Ia juga dipakai sebagai perisai terhadap radiasi pengion, karena kerapatannya yang tinggi dan nomor atomnya yang besar menjadikannya sangat manjur menyerap sinar-X dan gama. Celemek radiologi dan wadah bahan radioaktif terbuat dari timbal.
Pada pemberat, balas, dan peluru, kerapatannya adalah sifat yang dicari, meski peluru berburu bertimbal telah dibatasi di banyak negara karena keracunan burung air.
Pemakaian yang melibatkan sentuhan manusia — pipa air, cat, bensin, patri makanan, kosmetika — telah hilang dari peraturan sebagian besar negara, meski sisanya masih ada di bangunan tua dan di tanah perkotaan.