Plumbum

Plumbum (Sains, Jawi: ‏ڤلومبوم‎‎ daripada bahasa Latin) atau timah hitam (Jawi: تيمه هيتم‎, juga timbal تيمبل‎ Ind. serapan bahasa Jawa: ꦠꦶꦩ꧀ꦧꦼꦭ꧀, translit. timbel) ialah sejenis unsur kimia yang mempunyai nombor atom 82 dan diberikan simbol Pb. Plumbum dalam Bahasa Melayu juga dikenali sebagai . Plumbum adalah logam lembut dan mudah tertempa. Logam ini tergolong dalam kumpulan logam lemah. Plumbum juga merupakan sejenis logam berat. Plumbum yang baru dikerat berwarna putih kebiru-biruan, tetapi dengan serta-merta menjadi kusam (sebam) apabila terdedah kepada udara. Apabila dilebur menjadi cecair, plumbum berwarna perak krom berkilau.
Nombor atom plumbum adalah yang paling tinggi antara kesemua unsur-unsur stabil. Namun demikian, bismut yang mempunyai nombor atom yang lagi tinggi daripada plumbum, juga dianggap sejenis unsur yang stabil walaupun sebenarnya adalah sedikit radioaktif (mempunyai separuh hayat dengan jangka masa yang sangat lama).
Plumbum mempunyai banyak kegunaaan/aplikasi dalam pembinaan bangunan, pembuatan bateri asid plumbum, peluru, bebola plumbum dan pemberat. Aloi-aloi boleh lakur seperti piuter dan pateri juga mengandungi unsur plumbum.
Plumbum merupakan neurotoksin yang sangat poten (berbahaya), sama seperti raksa. Plumbum cenderung untuk bertumpuk (terkumpul) dalam tisu-tisu lembut badan dan tulang.
Atom unsur ini memiliki 82 elektron, dengan konfigurasi [Xe]4f5d6s6p. Jumlah tenaga pengionan pertama dan kedua ia (tenaga untuk mengeluarkan dua elektron terluarnya) mirip dengan stannum (Sn), tetangga atas timah hitam dalam golongan IVA. Hal ini tidak wajar kerana tenaga pengionan suatu unsur biasanya lebih rendah daripada tetangga atasnya di golongan yang sama, kerana elektron terluarnya lebih jauh dari teras atom dan dipisahkan oleh lebih banyak orbital tahap rendah. Ketidakwajaran ini disebabkan oleh fenomena yang disebut pengecutan lantanida iaitu berkurangnya jari-jari atom dari lantanum (nombor atom 57) ke lutesium (71), dan relatif kecilnya jari-jari atom unsur-unsur berikutnya. Ini adalah akibat dari kurang efektifnya elektron-elektron 4f dalam melindungi elektron luar dari tarikan teras atom. Bahkan jika tenaga pengionan pertama sampai keempat-empat elektron dijumlahkan, jumlah tenaga pengionan unsur ini dikira melebihi timah, berbalik dari pola yang umum untuk tetangga atas-bawah di jadual berkala. Di antara penyebab anomali ini adalah kesan-kesan kimia kuantum relativistik. Salah satunya adalah kesan pasangan lengai, yang menyebabkan kedua elektron 6s timah hitam cenderung tidak terlibat dalam ikatan, sehingga jarak antara atom-atom pada halur unsur menjadi sangat jauh.
Unsur-unsur atas kedudukan ia pada golongan IVA (karbon, silikon, germanium, dan timah) memiliki alotrop dengan struktur kubik seperti intan iaitu dengan ikatan kovalen bersusunan tetrahedral. Pada unsur-unsur tersebut, tahap tenaga orbital s dan p terluar sangat mirip sehingga dapat melakukan hibridisasi orbital menjadi orbital sp. Namun, hal serupa tidak terjadi pada timah hitam, kerana kesan pasangan lengai meningkatkan jarak tenaga orbital s dan p sehingga tidak dapat ditutupi oleh tenaga yang dibebaskan melalui ikatan yang melibatkan orbital sp. Kerana sebab itu, unsur tidak memiliki struktur kristal kubik seperti intan, tetapi terikat melalui ikatan logam yang melibatkan ion-ion Pb yang dikelilingi "lautan elektron" yang berasal dari orbital 6p. Timah hitam menghablur dengan struktur kubik pusat muka (kpm, atau face-centred cubic, fcc) seperti halnya logam golongan IIA kalsium dan strontium.
Timah hitam murni memiliki warna perak terang dengan sedikit kebiru-biruan. Zat ini memudar saat terkena udara lembap dan warnanya pun akan berubah tergantung kondisi. Ciri utama timah hitam di antaranya adalah jisim jenis tinggi, lunak, dan mudah ditempa, serta tahan korosi kerana adanya gejala pasivasi.
Jisim jenis unsur yang tinggi (11,34 g/cm) disebabkan oleh susunan atomnya yang berupa kubik pusat muka dengan kepadatan tinggi dan berat atom tinggi. Jisim jenis ini lebih berat dari banyak logam lainnya, seperti ferum (7,87 g/cm), tembaga (8,93 g/cm) dan seng (7,14 g/cm). Ada beberapa logam yang lebih berat tetapi lebih sukar didapati iaitu tungsten dan aurum (keduanya 19,3 g/cm) dan osmium (22,59 g/cm dan logam terberat yang diketahui saat ini).
Timah hitam bersifat lembut dengan takat hanya 1.5 pada skala Mohs dan dapat digores dengan kuku. Logam ini cukup mudah ditempa (yakni "mulur") dan ditarik . Ia memiliki modulus curah (bilangan yang menunjukkan tekanan yang dibutuhkan untuk mengurangi volume) sebesar 45,8 GPa. Sebagai perbandingan, logam aluminium memiliki modulus curah 75,2 GPa, tembaga 137,8 GPa, dan besi karbon sedang 160–169 GPa. Selain itu, timah hitam memiliki kekuatan tarik yang relatif rendah iaitu 12–17 MPa (hanya sekitar 1/6 dari kekuatan tarik aluminium, 1/10 dari tembaga, dan 1/15 dari baja karbon sedang). Namun, timah hitam dapat diperkuat jika dipadukan dengan sedikit tembaga atau antimon.
Timah hitam memiliki titik lebur 327,5 °C, sangat rendah dibandingkan dengan kebanyakan logam. Titik didihnya adalah 1749 °C, terendah di golongan IVA. Timah hitam memiliki resistansi jenis (ρ) 192 nanoohm-meter pada suhu 20 °C, hampir 10 kali lebih besar dibanding logam-logam yang banyak digunakan industri, seperti tembaga (15,43 nΩ·m), emas (20,51 nΩ·m); dan aluminium (24,15 nΩ·m). Angka-angka ini menunjukkan bahawa timah hitam adalah pengalir arus elektrik yang lebih buruk dibandingkan logam-logam tersebut. Timah hitam menjadi superkonduktor pada suhu di bawah 7,19 K, ini adalah suhu kritis superkonduktor tertinggi dari seluruh superkonduktor jenis I, dan tertinggi ketiga dari seluruh superkonduktor yang berupa unsur.
Templat:Infobox lead isotopes
Plumbum dalam bentuk semulajadinya memiliki 4 isotop stabil (dengan nombor jisim 205, 206, 207, dan 208) dan 5 radioisotop kecil yang cepat meluruh dan kelimpahannya sangat rendah. Banyaknya jumlah isotop ini adalah hal yang umum untuk unsur dengan nombor atom yang genap. Timah hitam memiliki 82 proton, yang merupakan salah satu "nombor ajaib" dalam fizik teras; sesuai dengan model petala nukleus, hal ini bererti unsur memiliki teras atom yang sangat stabil. Isotop timah hitam-208 bahkan memiliki 126 neutron (126 juga termasuk bilangan ajaib); alhasil isotop 208 ini (82 proton + 126 neutron) adalah isotop yang luar biasa stabil.
Manik-manik timah hitam paling lama bertahan telah ditemukan di Asia Kecil (sekarang dalam Turki) bertarikh kira-kira 7000–6500 SM yang dianggap sebagai titik mula manusia memperoleh logam bijih secara kaedah peleburan. Pada ketitka ini itu, timah hitam agaknya memiliki sedikit kegunaan kerana bersifat lunak dan tampak buram. Penyebab meningkatnya produksi timah hitam adalah kerana bijih timah hitam yang disebut galena juga merupakan sumber perak. Bangsa Mesir Kuno adalah bangsa pertama yang menggunakan galian ini sebagai kosmetik yang menyebar sejauh Yunani dan daerah-daerah lain. Bangsa Mesir Kuno juga menggunakan sebagai bahan pemberat jala ikan, sebatian kaca, licauan tembikar, dan sebagai hiasan. Masyarakat yang menduduki rantau Hilal Subur menggunakan timah hitam untuk alat tulis, mata wang, dan sebagai bahan bangunan. Golongan seisi istana dan bangsawan Cina mengambil timah hitam psikostimulan di kalangan istana, sebagai mata wang dan sebagai pengawal kelahiran. Peradaban Lembah Indus dan Mesoamerika menggunakannya untuk membuat berbagai jimat; bangsa-bangsa Afrika daerah selatan dan timur menggunakannya untuk mengerjakan penarikan kawat.
Kelaziman penggunaan bahan perak yang sering tercampur dalam galian timah hitam banyak digunakan sebagai alat tukar dan perhiasan, sumber-sumber timah hitam mulai diperoleh di Asia Kecil sejak 3000 SM, lalu diikuti pengolahan di Kepulauan Aegea dan Lavrio (sekarang di Yunani). Tiga kawasan ini mendominasi perlombongan timah hitam hingga sekitar 1200 SM. Selain itu, masyarakat Finikiyah sejak 2000 SM mengolah sumber timah hitam di Semenanjung Iberia; pada 1600 SM pulau Kibris dan Sardinia pun juga memiliki perlombongan timah hitam. Rantau Nusantara telah mengenal perlombongan timah hitam dan penggunaannya dalam paduan gangsa setidaknya sudah ada sejak zaman Hindu-Buddha. sebahagian artifak gangsa yang ditemukan dari zaman ini di Sumatera dan Jawa mengandung kadar timah hitam yang berkisar antara 1,22% sampai 17,43%. Daerah perlombongan yang menggunakan teknik peleburan ditemukan di banyak tempat serata pulau Sumatera terutamanya Muara Sipongi di utaranya.
Republik Rom menjadi pengeluar terbesar timah hitam pada zaman klasik akibat perluasan wilayahnya di Eropah dan Laut Rum serta pengembangan perlombongan dijalankan. Puncak produksi timah hitam Romawi pada masa ini diperkirakan mencapai 80.000 ton. Seperti sebelumnya, sebahagian besar timah hitam diperoleh sebagai hasil sampingan perlombonganperak. perlombongan timah hitam dibuka di Eropah Tengah, Britania, Semenanjung Balkan, Yunani, Asia Kecil, dan Semenanjung Hispania; Hispania sendiri menghasilkan 40% timah hitam dunia.
Papan timah hitam banyak digunakan sebagai bahan menulis surat. Di Provinsi Yudea, timah hitam digunakan sebagai peti mati yang dicetak dengan motif-motif sesuai kepercayaan penghuninya. Timah hitam digunakan sebagai bahan membina pembetung yang mengalirkan bekalan air serata empayar Rom. Sifatnya yang mudah diolah dan tahan kakis diidamkan sebagai bahan ubat-ubatan, atap, mata wang, maupun persenjataan. Penulis seperti Marcus Porcius Cato, Columella, dan Plinius yang Tua menyarankan penggunaan wadah berbahan atau berlapis timah hitam untuk membuat defrutum, suatu bahan pemanis dan pengawet wain dan makanan. Saat ini diketahui bahawa wadah timah hitam memberikan rasa manis kerana dapat bereaksi membentuk timah hitam(II) asetat ("gula timah hitam"), sedangkan wadah tembaga atau perunggu dapat menberikan rasa pahit akibat terbentuknya tembaga(II) asetat ("verdigris").
Vitruvius menulis bahawa timah hitam membahayakan kesihatan, dan beberapa penulis moden berpendapat bahawa keracunan plumbum adalah salah satu penyebab masyarakat Romawi menyusut. Namun, peneliti lain mengkritik pendapat tersebut, salah satunya dengan menunjukkan bahawa tidak semua gejala sakit perut diakibatkan keracunan timah hitam. Menurut penelitian arkeologi, pipa timah hitam yang digunakan bangsa Romawi meningkatkan kadar timah hitam dalam air leding, tetapi efeknya kemungkinan besar tidak terlalu berbahaya.
perlombongan timah hitam di Eropah barat menurun setelah runtuhnya Kekaisaran Romawi Barat, dan hanya Al-Andalus (Hispania) yang masih memproduksi timah hitam dengan jumlah besar. Pada saat bersamaan, perlombongan timah hitam tumbuh dengan cepat di luar Eropah. Produksi terbesar terjadi di Asia Timur (terutama China) dan Asia Selatan (terutama India).
perlombongan timah hitam mulai meningkat lagi di Eropah pada abad ke-11 dan ke-12, dan logam tersebut digunakan kembali untuk bahan atap dan pipa. Sejak abad ke-13, timah hitam digunakan untuk membuat kaca berwarna. Menurut ilmu alkimia dalam tradisi dunia Islam dan Eropah pada abad pertengahan, timah hitam merupakan logam dasar tak murni yang konon dapat diubah menjadi emas melalui proses pemisahan dan pemurnian.
Pada masa ini, timah hitam juga digunakan sebagai bahan campuran pada minuman anggur. Paus Alexander VI melarang penggunaan wain yang dicampurkan timah hitam dalam upacara jamuan misa dan kegiatan yang seumpamanyapada 1498, namun amalan ini masih terus berlangsung sehingga mengakibatkan banyak kes kracunan hingga abad ke-18. Timah hitam juga merupakan bahan penting untuk mesin cetak yang ditemukan sekitar 1440; pekerja mesin cetak sering mengalami keracunan akibat pendedahan kepada sisa debu ukiran timah hitam. Timah hitam menjadi bahan utama peluru untuk senjata api pada masa ini. Walaupun lebih mahal dibanding besi, timah hitam dipilih kerana besi membuat laras senapang tidak mudah mengaray, sedangkan timah hitam lebih padat dan mudah dihasilkan kerana titik lelehnya lebih rendah. Kosmetik dikandungi timah hitam digunakan oleh kalangan bangsawan Eropah Barat sebagai pemutih wajah, dan kelak juga untuk rambut palsu dan celak. Tren ini baru surut pada masa Revolusi Perancis pada akhir abad ke-18, tetapi solekan serupa juga muncul di Jepun abad ke-18, sejak munculnya pekerjaan wanita penghibur yang bersolek demikian kerana ajah putih dianggap melambangkan sifat baik wanita Jepun.
Di Afrika, perlombongan dan pertukangan timah hitam berlangsung di Palung Benue dan daerah hilir Cekungan Kongo, serta penggunaan logam ini sebagai mata wang dan alat tukar dengan bangsa Eropah telah terjadi pada abad ke-17 sebelum penjajahan besar-besaran bangsa Eropah.
Di benua Amerika, kedatangan bangsa Eropah diikuti juga dengan perlombongan timah hitam. perlombonganmulai didirikan di Koloni Virginia pada 1621, 14 tahun setelah pendirian koloni tersebut. Perlombongan di benua Australia mula dengan pembukaan sebuah lombong timah hitam pada tahun 1841.
Revolusi Industri terjadi pada separuh kedua abad ke-18 di Britain Raya dan menyebar ke benua Eropah serta Amerika Syarikat. Saat ini pengeluaran timah hitam meningkat kembali bahkan melebihi produksi zaman Rom untuk pertama kalinya. Awalnya, Britania Raya adalah penghasil timah hitam terbesar hingga pertengahan abad ke-19, saat persediaan timah hitamnya mulai habis dan perlombongandi Jerman, Spanyol, dan Amerika Syarikat semakin berkembang. Pada 1900, Amerika Syarikat adalah penghasil timah hitam terbesar, negara-negara luar benua Eropah lain terutamanya Kanada, Mexico dan Australia) mulai melombong timah hitam dalam jumlah besar. Alhasil, produksi timah hitam di luar Eropah melebihi produksi Eropah. Timah hitam paling banyak digunakan untuk membuat pipa dan cat. Semakin banyak orang didedahkan kepada plumbum dan mengalami keracunan terutamanya dalam golongan pekerja lalu akhirnya mencetuskan penyelidikan yang menyeluruh mengenai kesan timah hitam terhadap tubuh manusia. Penelitian selanjutnya menyimpulkan bahawa asap timah hitam lebih berbahaya daripada timah hitam berbentuk padatan. Timah hitam dikaitkan dengan penyakit gout: Alfred Baring Garrod menemukan bahawa sepertiga dari pesakit yang didiagnos menghidap penyakit ini adalah pekerja yang terlibat dalam pengimpalan dan mengecat. Pada abad ke-19, diteliti juga kesan menghirup timah hitam (terutama jika terus menerus) terhadap kelainan-kelainan mental. Pada dekade 1870-an dan 1880-an, Britania Raya mengeluarkan undang-undang untuk mengurangi keracunan timah hitam di pabrik-pabrik.
Bukti-bukti bahaya yang ditimbulkan timah hitam terus ditemukan pada abad ke-19 dan 20. Pengetahuan akan mekanisme unsur ini dalam tubuh manusia semakin jelas, dan ditemukan juga fenomena kebutaan yang diakibatkan oleh timah hitam. Akibatnya, unsur ini mulai dihindari di Amerika Syarikat dan Eropah. Britania Raya mewajibkan pemeriksaan kilang pada 1878 dengan suatu badan khusus tujuan ini ditubuhkan pada pada 1898; setelah itu, kasus keracunan timah hitam berkurang 25 kali ganda selama tertahun 1900–1944. Pada 1930, sebahagian besar negara Eropah telah melarang cat timah hitam (yang populer kerana daya tarikan warnanya yang pekat dan tahan air) untuk interior bangunan.
Timah hitam (dalam bentuk tetra etil timah hitam) mulai digunakan sebagai zat antiketuk untuk benzena di Amerika Syarikat pada 1921. Amalan ini menyebar luas dan menjadi sumber terakhir yang memaparkan timah hitam pada khalayak umum. Pada 2000, praktik ini telah dilarang di Amerika Syarikat dan Kesatuan Eropah.
Pada dasawarsa 1970-an, Amerika Syarikat dan negara-negara Eropah Barat mulai mengeluarkan undang-undang membataskan pencemaran timah hitam di udara yang terbukti berkesan: penelitian Pusat Pengendalian dan Pencegahan Penyakit Amerika Syarikat menunjukkan bahawa populasi yang menderita tingginya kadar kandungan timah hitam dalam darah menurun dari 77,8% (1976–1980) menjadi 2,2% (1991–1994). Pada akhir abad ke-20, produk mengandung timah hitam yang paling umum adalah bateri asid plumbum yang dianggap tidak berbahaya bagi manusia.
Selama tempoh 1960–1990, produksi timah hitam di negara-negara Blok Barat tumbuh sekitar 31%. Produksi di negara-negara Blok Timur juga meningkat, dan peratussan timah hitam dunia yang dihasilkan di negara-negara ini meningkat dari sekitar 10% (1950) menjadi 30% (1990). Kesatuan Soviet menjadi penghasil timah hitam terbesar dunia dari pertengahan 1970-an hingga 1980-an, dan China mulai melakukan perlombongan timah hitam besar-besaran pada akhir abad ke-20. Berbeda dengan negara-negara Blok Timur di Eropah, pada pertengahan abad ke-20 sebahagian besar China masih belum maju diindustrikan penuh. Penggunaan timah hitam terkait pengindustrian yang selanjutnya terjadi di negara tersebut menjadi ancaman kesihatan (seperti halnya di Eropah pada masa Revolusi Industri). Pada tahun 2004, China menjadi pengeluar timah hitam terbesar dunia.