עופרת

עוֹפֶרֶת (באנגלית: Lead, בלטינית: Plumbum) היא יסוד כימי מסדרת מתכות המעבר העמידות שסמלו הכימי Pb ומספרו האטומי 82. עופרת היא מתכת כבדה ורעילה. הייתה ידועה לאדם עוד מימי קדם ובמהלך ההיסטוריה קנתה לעצמה שימושים רבים. צבע העופרת אפרפר עם גוון כחלחל, ההופך לאפור בתגובה עם האוויר. העופרת נמנית עם היסודות הצפופים ביותר, ולכן כבדה יחסית. היא מתכת רכה מאוד, תכונה המקנה לה יכולות עיבוד גבוהות. היא עמידה מאוד לשיתוך, מאחר שבמגע עם האוויר השכבה החיצונית של כלי העופרת הופכת לתחמוצת המצטיינת בכושר בידוד, ולכן מבודדת את שאר המתכת. העופרת ותרכובותיה רעילות מאוד לבני אדם. מוליכותה החשמלית ומוליכותה התרמית נמוכות. תכונה המייחדת את העופרת היא שלוח עופרת עבה דיו חוסם כל קרינה מייננת (בין השאר, קרינת גמא). ניתן למצוא בטבע עופרת בצורתה הטהורה, אך הדבר נדיר. ברוב המקרים היא נמצאת בטבע בסמיכות ליסודות אחרים, בעיקר נחושת, אבץ וכסף. כן ניתן להפיק עופרת מהסולפיד שלה, PbS (גלנה). העופרת היא היסוד הכי כבד בטבלה המחזורית שקיים לו איזוטופ יציב, וכל היסודות הבאים אחרי עופרת הם רדיואקטיבים. הוספה של עופרת טטרה אתיל   P b ( C 2 H 5 ) 4 {\displaystyle \ Pb(C_{2}H_{5})_{4}} לבנזין לשם העלאת דירוג האוקטן שלו, המאפשר קבלת הספק גבוה יותר ממנוע בנפח נתון. מאז שנות התשעים פסק השימוש בתוספי עופרת לדלק כמעט לגמרי, עקב התוצרים הרעילים (הנפלטים מן המפלט) ובמכוניות חדשות משתמשים בבנזין נטול עופרת. מכוניות אלו מצוידות בממירים קטליטיים שהעופרת מזיקה להם. תוספת העופרת נמצאת כיום רק בדלק למכוניות ישנות שמספרן פוחת עם הזמן. המנועים במכוניות אלו אינם מתוכננים לשימוש בדלק נטול עופרת ולכן דרוש להן דלק עם עופרת, בגלל תכונות הסיכה שלה. העופרת משמשת להכנת האלקטרודות של סוללות עופרת-חומצה. צבעי עופרת: מתרכובת העופרת כדוגמת עופרת פחמתית, הנקראת גם "עופרת לבנה", מכינים צבע לבן שהוא בסיס לצבעים רבים. צבעים אלו רעילים ומשום כך אין צובעים בהם פריטים שיש סכנה כי ייאכלו על ידי ילדים, כמו רהיטים וצעצועים. לתרכובות אחרות של עופרת שימושים רבים - ייצור לכה, גפרורים, חומרי הדברה וצבעים (נוסף לצבע הלבן). בעקבות עמידות העופרת לקורוזיה ובפני חומרים פעילים אחרים מצפים בעזרתה צינורות פליטה (ביוב וכו'), בקבוקי נוזלים שאינם מיועדים לשתייה וכו'. לעיתים אף מורחים את תחמוצת העופרת על כלי ברזל לשם מניעת החלדתם. בשל המסה הסגולית הגבוהה של העופרת משתמשים בעיקר בה לייצור משקולות, כמו משקולות לוילונות, דיג וצלילה. העופרת משמשת לציפוי כבלי חשמל בשל רכותה ועמידותה. העופרת משמשת לציפוי ובניית קליעי נשק חם למיניהם. מיגון מפני קרינה מייננת, בבדיקות רנטגן, בכורים גרעיניים ובמיגון. משתמשים בעופרת כדי ליצור זכוכית הנקראת בדולח. תוספת העופרת למבנה הזכוכית משנה את התכונות האופטיות, מרככת את הזכוכית (וכך ניתן לעצב אותה על ידי חיתוך) ומקנה לה יכולת עצירת קרינה מזיקה. לייצור פלומבות. בעבר השתמשו בעופרת בדפוס בלט. עופרת מעולם לא שימשה לייצור עפרונות; מתחילתם עפרונות הכילו גרפיט. ניתן להתחקות אחר מקור הטעות עד לחרט הרומי, penicillus (ומכאן המילה האנגלית לעיפרון, pencil), ששימש לחריטה על פפירוס, ולעיתים היה עשוי עופרת. סוג הגרפיט בעפרונות הראשונים כונה plumbago (מתנהג כמו עופרת), כיוון שבאותה עת (המאה ה-16) לא זיהו אותו נכונה. העופרת מופיעה בקרום כדור הארץ בשיעור של 16 חלקים במיליון וכורים אותה כמינרל המצוי באבני גיר הנקרא גלניט (Galena), שהוא סולפיד (גופרת העופרת, PbS). המינרל מכיל 86.5% עופרת (מסתו המולרית היא 239.3). כריית המינרל מתבצעת בעיקר באמריקה הצפונית, באוסטרליה ובמקסיקו אך יש ארצות אחרות שבהן כורים את הגלניט בכמויות רבות. כדי להפיק עופרת נקייה מחומר הגלם גלניט, מחממים תחילה את הגלניט כדי להיפטר משאריות גופרית, ולאחר מכן מכניסים את הגלניט הנקי אל כבשן ביחד עם פחם האבן. לאחר חימום (לטמפרטורות גבוהות) הקשר הכימי בין הגופרית לבין העופרת מתנתק והתוצר הוא עופרת מותכת ונקייה יחסית. העופרת המתקבלת מתהליך זה מכילה לעיתים קרובות מתכות יקרות כמו כסף וזהב, שלעיתים כדאי לזקקן מן העופרת למען רווח נוסף. חלק מהעופרת מיוצר באמצעות מיחזור גרוטאות, בעיקר לוחות מצברים וצינורות. את הגרוטאות מתיכים והתוצר הוא גוש עופרת נקי שאינו מעובד. צבע לבן הוכן מאבקה דקה של עופרת פחמתית בסיסית   P b C O 3 − P b ( O H ) 2 {\displaystyle \ PbCO_{3}-Pb(OH)_{2}} המורחפת בשמן ושימש לציפוי משטחי עץ ומתכת. הצבע הוכן מעופרת מתכתית ו-   C O 2 {\displaystyle \ CO_{2}} בקטליזה של חומץ. עופרת מתכתית הוכנסה לכלי חרס שבתחתיתם חומץ. סירים אלו הונחו בשכבות זה על זה כשביניהם קליפות עץ רטובות. הפירוק של קליפות העץ על ידי מיקרואורגניזמים (תסיסה) יצר חום ופליטת C O 2 {\displaystyle CO_{2}} . החום אייד את החומץ בתחתית הסירים. אדי החומץ הגיבו עם העופרת ליצירת עופרת אצטט. עופרת אצטט מגיבה עם פחמן דו-חמצני לקבלת הפיגמנט: עופרת פחמתית בסיסית. לאחר כשלושה חודשים היו פותחים את הסירים ומפוררים את התוצר לקבלת הפיגמנט. תהליך זה כונה "התהליך ההולנדי" (Dutch process) והיה בשימוש נרחב במשך מאות שנים עד שהתגלו במחצית המאה העשרים מקרי פגיעה מוחית אצל ילדים שנחשפו לצבע מתפורר שהכיל את הפיגמנט הזה. ילדים שנחשפו לצבע גילו סימנים של: נזק למוח ולמערכת העצבים. קשיי למידה והתנהגות (כדוגמת היפראקטיביות). האטה בצמיחה. בעיות שמיעה. כאב ראש. פיגמנט לבן אחר היה עופרת גופרתית (עופרת סולפט)   P b S O 4 {\displaystyle \ PbSO_{4}} ואילו פיגמנט לצבע צהוב הוכן מעופרת כרומטית   P b C r O 4 {\displaystyle \ PbCrO_{4}} . זיהום אוויר בתרכובות גפרית יוצר ציפוי שחור של עופרת גופרית (סולפיד העופרת) PbS על פני השטח של משטחים הצבועים בצבעי עופרת, תופעה זו נצפית, למשל, בציורי כנסייה עתיקים באירופה. כדי לחדש את צבע התמונה יש לנקותה במי חמצן כך שהסולפיד מתחמצן ומתקבלת שוב עופרת סולפט   P b S O 4 {\displaystyle \ PbSO_{4}} לבנה. העופרת היא אחת משבע המתכות הידועות לאדם מימי קדם; ידוע שהאדם השתמש בה כבר בשנת 5000 לפנה"ס, ובשל היותה רכה וקלה לעיבוד נודעו לה שימושים רבים, המצרים השתמשו במשקלות עופרת לרשתות דייגים כבר באלף השני לפנה"ס. העופרת היא אחת משש המתכות המוזכרות בספר במדבר, פרק ל"א, פסוקים כ"ב–כ"ג: ”אַךְ אֶת-הַזָּהָב, וְאֶת-הַכָּסֶף; אֶת-הַנְּחֹשֶׁת, אֶת-הַבַּרְזֶל, אֶת-הַבְּדִיל, וְאֶת-הָעֹפָרֶת. כָּל-דָּבָר אֲשֶׁר-יָבֹא בָאֵשׁ, תַּעֲבִירוּ בָאֵשׁ וְטָהֵר.” בפרשת בשלח, שירת הים נכתב: "צָלְלוּ, כַּעוֹפֶרֶת, בְּמַיִם אַדִּירִים...". בספר ירמיהו מוזכר השימוש בעופרת לטיהור המתכת כסף מסיגים (אי נקיונות מתכתיים), היו מתיכים יחד כסף ועופרת, העופרת הייתה נשרפת (מתחמצנת) ובקירור התקבל כסף נקי ”נָחַר מַפֻּחַ, מאשתם (מֵאֵשׁ תַּם) עֹפָרֶת לַשָּׁוְא צָרַף צָרוֹף, וְרָעִים לֹא נִתָּקוּ. כֶּסֶף נִמְאָס, קָרְאוּ לָהֶם: כִּי-מָאַס ה', בָּהֶם” (ספר ירמיהו, פרק ו') "מצודת דוד" מפרש ומרחיב בתוך כך על התהליך "דרך צורף כסף להסיר הסיג מניח הכסף בכור ועמו עופרת ומעמיד על האש ונופח במפוח עד יותך הכסף והעופרת ונשרף העופרת ונשאר הכסף נקי מבלי סיג" השימוש הנפוץ ביותר בעופרת בעולם העתיק היה לצנרת. עופרת היא חומר אידיאלי לאינסטלציה בשל תכונותיה: נוחה לעיבוד ולעיצוב, ובשל נקודת ההיתוך הנמוכה יחסית (כ-C°‏ 300), קלה לריתוך ולהלחמה. אינה מחלידה, ועמידה בפני קורוזיה. גמישה דיה שלא להתבקע בעת התפשטות הקרח בעת קפיאת מים בצינורות, כתוצאה מהאנומליה של המים. אינה נוטה להיסדק (בניגוד לברזל). בתקופת רומא העתיקה התקינו מן העופרת צינורות מים ואמבטיות, שימוש אשר נמשך עוד שנים רבות לאחר-מכן. שריד לכך נמצא כיום בשפות האירופאיות באנגלית: שרברבים (אינסטלטורים) נקראים plumbers ובצרפתית Plombier - מהשם הלטיני של העופרת: plumbum. בימי הביניים סברו אלכימאים, כי העופרת היא הראשונה שבמתכות וכי בעזרת אבן החכמים ניתן להפיק ממנה זהב. בתקופות מאוחרות יותר נמצאו לעופרת שימושים מגוונים: עשו ממנה גגות, ארונות מתים, מכלים, צבע לבן ועוד. ברם, כאשר התגלה כי העופרת רעילה לאדם הפסיקו להשתמש בעופרת בכל התחומים הנוגעים למגע ישיר ותכוף עם גוף האדם. ערך מורחב – הרעלת עופרת העופרת היא מתכת רעילה. השפעותיה כוללות נזקים לקצות העצבים, וכן לדם ולמוח. כאשר עופרת מתכתית מחוממת באוויר, נוצרים עליה גבישים בצבע צהבהב-אדום: זוהי חד תחמוצת העופרת או "ליתארג'". האבקה הזו מגיבה לחומץ (תגובת סתירה), והתוצאה היא חומר הנקרא "סוכר העופרת" (עופרת אצטט) שטעמו מתקתק. הרומאים נהגו להרתיח מיץ ענבים בכלי עופרת עד לקבלת נוזל צמיג ומתוק, שנקרא Sapa והכיל כגרם "סוכר עופרת" לליטר. הסירופ הזה שימש כממתיק במתכונים רבים וכן כחומר משמר ליין. לפני המצאת בקבוקי הזכוכית האטומים של ימינו היה היין חשוף להחמצה: חיידקים הפכו את האלכוהול בנוכחות חמצן מהאוויר לחומצה (חומץ בן יין). חד-תחמוצת העופרת שמרה על היין הן על ידי נטרול החומץ שכבר נוצר בו והן על ידי קטילת החיידקים - שבדומה לבני האדם, מורעלים ממתכות כבדות. הצורך בשימור יין (מזון בסיסי לאורך תקופות היסטוריות ארוכות) היה כה חזק עד שגם כשהתבררה הרעילות של החומר במאה ה-18 נמשך השימוש. רק החלת עונש מוות לממתיקי יינות עצרה את השימוש בליתארג'. היסטוריונים רבים מיחסים את שקיעת האריסטוקרטיה הרומית לנזק הנוירולוגי הכבד שגרמה החשיפה לעופרת. ייתכן שטירופם של קיסרים כקליגולה, נירון וקומודוס היה תוצאה של צריכת יין וממתקים רוויי עופרת. כמו כן, חשיפה לעופרת עלולה לגרום לפגיעה במערכת העצבים ובפוריות אצל נשים. בדיקה שנערכה ב 2024 במעבדה מיוחדת בבית החולים Mayo Clinic בחנה שלוש קווצות שיער, שבדיקה גנטית אישרה כי הגיעו מראשו של המלחין לודוויג ואן בטהובן. הבדיקה מצאה בשיערו של בטהובן ריכוז גבוה מאוד של עופרת. הדבר מראה שבטהובן נחשף לריכוזים גבוהים מאוד של עופרת, אולי כתוצאה משתייה מרובה של יין זול, שהכיל "סוכר עופרת". צוות חוקרים מסר כי כמות העופרת בגופו של בטהובן הייתה מספיקה כדי להסביר את חירשותו בסוף ימיו, ומחלות אחרות מהן סבל. בשל רעילותה של העופרת, כיום משתמשים בה פחות ופחות במוצרים שהאדם בא במגע תכוף עמם: צבעים, ציפוי כלי אוכל ומכשירים המעורבים בתהליך ייצור מזון ושתייה. החומר הוגבל לשימוש על ידי האיחוד האירופי. ערך מורחב – פרדריק סודי הכימאי הבריטי פרדריק סודי (Soddy) שעבד בקנדה עם ארנסט רתרפורד גילה ב-1901, שבתהליך הרדיואקטיבי אטום כבד מתפרק והופך לאטום אחר וכן שאורניום (היסוד ה-92 בטבלה המחזורית) מתפרק תחילה לתוריום, שבתורו מתפרק לרדיום, ולראדון, פולוניום ועופרת. התפרקות כזו, כפי שהראה רתרפורד, נגרמת מפליטה של גרעין הליום מתוך גרעין האטום המקורי, כלומר שני פרוטונים ושני נייטרונים. ערך מורחב – סטפני הורוביץ הכימאית סטפני/סטפניה הורוביץ (Horovitz) למדה כימיה באוניברסיטת וינה וב-1914 סיימה לימודי דוקטורט בתחום. הורוביץ זיהתה את המשקל האטומי של העופרת. היא והוניגשמיד פרסמו את ממצאיהם במאמר משותף ב-1914, שעורר הדים רבים בקהילה המדעית. הורוביץ גילתה שאיוניום הוא איזוטופ של היסוד תוריום, שמספרו בטבלה המחזורית הוא 90. תגלית שאפשרה ארגון נכון של הטבלה המחזורית והבנה שליסודות רבים יש איזוטופים. גלנה סוללת עופרת-חומצה עופרת - אתר המשרד להגנת הסביבה עופרת באתר Webelements עופרת, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית) עופרת, דף שער בספרייה הלאומית ערך מילוני בנושא פלומבה, בוויקימילון Lead in Paint, Dust, and Soil, US Environmental Protection Agency ספר שמות, פרק ט"ו, פסוק י'. טיימס, ניו יורק (2024-05-08). "שרידי עופרת בשיערו של בטהובן עשויים לרמז על הסיבות להתחרשותו". הארץ. נבדק ב-2024-05-10.