Timbal
Timbal (disebut juga timbel, plumbum, atau timah hitam) adalah unsur kimia dengan lambang Pb dan nomor atom 82. Unsur ini merupakan logam berat dengan massa jenis yang lebih tinggi daripada banyak bahan yang ditemui sehari-hari. Timbal memiliki sifat lunak, mudah ditempa, dan bertitik leleh rendah. Saat baru dipotong, timbal berwarna perak mengilat kebiruan, tetapi jika terpapar udara
permukaannya akan berubah menjadi warna abu-abu buram. Timbal adalah unsur stabil bernomor atom tertinggi dan tiga di antara isotopnya adalah hasil akhir peluruhan berantai unsur-unsur yang lebih berat.
Timbal adalah logam golongan IVA (14) yang relatif lengai atau tidak mudah bereaksi. Logam ini bersifat amfoter; unsur timbal maupun senyawa oksidanya mudah bereaksi dengan asam maupun basa. Dalam senyawa, timbal biasanya memiliki bilangan oksidasi +2, dan jarang teroksidasi hingga +4 yang umum pada unsur golongan IVA di atasnya. Namun, bilangan oksidasi +4 sering terjadi dalam senyawa-senyawa organotimbal.
Timbal dapat ditambang dari bijih mineral tertentu; hal ini dilakukan sejak zaman prasejarah di Asia Kecil. Galena, bijih timbal yang paling utama, sering mengandung perak, sehingga banyak ditambang dan digunakan di Romawi Kuno. Produksinya menurun sejak keruntuhan Romawi, dan baru pada Revolusi Industri produksi timbal kembali mencapai tingkat seperti zaman Romawi. Pada 2014, produksi timbal
dunia melebihi 10 juta ton per tahun, dan lebih dari setengahnya dihasilkan melalui daur ulang.
Sifat-sifat timbal yang berguna di antaranya adalah kepadatan tinggi, titik leleh rendah, kemudahan ditempa, dan tahan korosi. Selain itu, logam ini relatif murah dan banyak ditemukan sumbernya, sehingga sering digunakan manusia, termasuk untuk bangunan, pipa air, baterai, peluru, pemberat, solder, cat, zat aditif bahan bakar, dan tameng radiasi. Namun, sejak
abad ke-19, sifat racun timbal mulai ditemukan dan penggunaannya mulai dikurangi. Timbal dapat masuk tubuh manusia melalui makanan, minuman, serta udara atau debu yang tercemar. Unsur ini merusak sistem saraf dan mengganggu fungsi enzim dalam tubuh. Timbal sangat berbahaya terutama untuk anak-anak karena dapat mengganggu pertumbuhan otak.
Atom timbal memiliki 82 elektron, dengan konfigurasi [Xe]4f5d6s6p. Jumlah energi ionisasi pertama dan kedua timbal (energi untuk mengeluarkan dua elektron terluarnya) mirip dengan timah (Sn), tetangga atas timbal dalam golongan IVA. Hal ini tidak wajar karena energi ionisasi suatu unsur biasanya lebih rendah daripada tetangga atasnya
di golongan yang sama, karena elektron terluarnya lebih jauh dari inti atom dan dipisahkan oleh lebih banyak orbital tingkat rendah. Ketidakwajaran ini disebabkan oleh fenomena yang disebut kontraksi lantanida, yaitu berkurangnya jari-jari atom dari lantanum (nomor 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 inti atom. Bahkan jika energi ionisasi pertama sampai keempat dijumlahkan, total energi ionisasi timbal melebihi timah, kebalikan dari pola yang umum untuk tetangga atas-bawah di tabel periodik. Di antara penyebab anomali ini
adalah efek-efek kimia kuantum relativistik. Salah satunya adalah efek pasangan lengai, yang menyebabkan kedua elektron 6s timbal cenderung tidak terlibat dalam ikatan, sehingga jarak antara atom-atom pada kristal timbal menjadi sangat jauh.
Unsur-unsur di atas timbal pada golongan IVA (karbon, silikon, germanium, dan timah) memiliki alotrop dengan struktur kubik seperti intan, yaitu dengan ikatan kovalen bersusunan tetrahedral. Pada unsur-unsur tersebut, tingkat energi orbital s dan p terluar sangat mirip sehingga dapat melakukan hibridisasi orbital menjadi orbital sp. Namun, hal serupa tidak terjadi pada timbal,
karena efek pasangan lengai meningkatkan jarak energi orbital s dan p sehingga tidak dapat ditutupi oleh energi yang dibebaskan melalui ikatan yang melibatkan orbital sp. Karena itu, timbal 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. Timbal mengkristal dengan struktur kubik pusat muka (kpm, atau "face-centred cubic", fcc) seperti halnya logam golongan IIA kalsium dan stronsium.
Timbal 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 timbal di antaranya adalah massa jenis tinggi, lunak, dan mudah ditempa, serta tahan korosi karena adanya gejala pasivasi.
Massa jenis timbal yang tinggi (11.34 g/cm) disebabkan oleh susunan atomnya yang berupa kubik pusat muka dengan kepadatan tinggi dan berat atom tinggi. Massa jenis ini lebih berat dari banyak logam lainnya, seperti besi (7.87 g/cm), tembaga (8.93 g/cm) dan seng (7.14 g/cm). Ada beberapa logam yang lebih berat daripada timbal, tetapi lebih
langka, yaitu tungsten dan emas (keduanya 19.3 g/cm) dan osmium (22.59 g/cm dan logam terberat yang diketahui saat ini).
Timbal memiliki sifat lunak (hanya 1.5 skala Mohs) dan dapat digores dengan kuku. Logam ini cukup mudah ditempa ("malleable") dan ditarik ("ductile"). Timbal 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 baja karbon sedang 160-169 GPa. Selain itu,
timbal memiliki kekuatan tarik yang relatif rendah, yaitu 12-17 MPa (hanya sekitar 1/6 dari kekuatan tarik aluminium, 1/10 dari tembaga, dan 1/15 dari baja karbon sedang). Namun, timbal dapat diperkuat jika dipadukan dengan sedikit tembaga atau antimon.
Timbal memiliki titik leleh 327.5 °C, sangat rendah dibandingkan dengan kebanyakan logam. Titik didihnya adalah 1749 °C, terendah di golongan IVA. Timbal memiliki resistansi jenis () 192 nanoohm-meter pada suhu 20 °C, hampir 10 kali lebih besar dibanding logam-logam yang banyak digunakan industri, seperti tembaga (15.43 nm), emas (20.51 nm); dan aluminium (24.15 nm). Angka-angka
ini menunjukkan bahwa timbal adalah penghantar arus listrik yang lebih buruk dibandingkan logam-logam tersebut. Timbal menjadi superkonduktor pada suhu di bawah 7.19 K, ini adalah suhu kritis superkonduktor tertinggi dari seluruh superkonduktor tipe I, dan tertinggi ketiga dari seluruh superkonduktor yang berupa unsur.
Di alam, timbal memiliki 4 isotop stabil (dengan nomor massa 205, 206, 207, dan 208) dan 5 radioisotop renik yang cepat meluruh dan kelimpahannya sangat rendah. Banyaknya jumlah isotop ini adalah hal yang umum untuk unsur dengan nomor atom yang genap. Timbal memiliki 82 proton, yang merupakan salah satu "bilangan ajaib" dalam fisika inti; sesuai dengan model kulit nuklir, hal
ini berarti timbal memiliki inti atom yang sangat stabil. Isotop timbal-208 bahkan memiliki 126 neutron (126 juga termasuk bilangan ajaib); alhasil isotop 208 ini (82 proton + 126 neutron) adalah isotop yang luar biasa stabil.
Timbal adalah unsur dengan nomor atom terbesar yang diketahui memiliki isotop stabil, dan isotop timbal-208 adalah isotop terberat yang diketahui stabil. Di atas kertas, keempat isotop stabil timbal dapat mengalami peluruhan alfa dengan melepaskan energi menjadi isotop-isotop raksa (nomor atom 80), tetapi peluruhan seperti itu belum pernah ditemukan. Justru keempat isotop ini sangat stabil dan
waktu paruhnya diprediksi di antara 10-10 tahun, jauh lebih panjang dibandingkan dengan umur alam semesta saat ini.
Sebagian dari isotop stabil timbal, yaitu timbal-206, timbal-207 dan timbal-208 adalah produk akhir dari tiga deret radioaktif yang umum ditemui di alam. Ketiga deret ini berturut-turut adalah rantai yang berawal dari uranium-238 ("deret uranium"), dari uranium-235 ("deret aktinium"), dan dari torium-232 ("deret torium"). Ketiga deret ini merupakan tiga dari empat