લેડ (સીસું, lead)

લેડ (સીસું, lead) : આવર્તક કોષ્ટકના 14મા (અગાઉના IV b) સમૂહનું રાસાયણિક ધાતુ-તત્વ. તે p-ખંડ(block)નું તત્વ ગણાય છે. લેડ માટેના લૅટિન શબ્દ plumbum ઉપરથી તેને Pb સંજ્ઞા આપવામાં આવી છે. માનવી દ્વારા સૌપ્રથમ ઉત્પન્ન કરવામાં આવેલી ધાતુઓ પૈકીની તે એક છે. પુરાણા ઇજિપ્તમાં (ઈ. પૂ. 7000-5000) માટીનાં વાસણો(pottery)ને ઓપ (glaze) આપવા માટે તેનો ઉપયોગ થતો હતો. રોમન લોકો પાણીની પાઇપોના નળકાર્ય (plumbing) માટે આ ધાતુનો બહોળો ઉપયોગ કરતા હતા. ભારે તત્વોમાં તે સૌથી વધુ વિપુલ પ્રમાણમાં (13 ppm) મળી આવતું તત્વ છે. આનું કારણ ત્રણ કુદરતી વિકિરણધર્મી (radioactive) શ્રેણીઓનાં તત્વોના વિખંડન બાદ મળતા લેડના સ્થાયી સમસ્થાનિકો, Pb-206, Pb-207 અને Pb-208 છે.

ઉપસ્થિતિ (occurrence) : પૃથ્વીના પોપડામાં લેડનું પ્રમાણ 2 × 10^-5 % જેટલું છે. તેના અગત્યના અયસ્કો આ પ્રમાણે છે : ગેલીના (galena) અથવા લેડ ગ્લાન્સ (lead glance) : કાળું ભારે ખનિજ PbS (86.6 % Pb); ઍન્ગ્લેસાઇટ (anglesite) : સલ્ફેટ-ખનિજ, PbSO₄ (68.3 % Pb); સેરુસાઇટ (cerussite) : PbCO₃ (77.5 % Pb); પાયરોમૉર્ફાઇટ (pyromorphite) : Pb₅(PO₄) ₃Cl; મિમેટીસાઇટ (mimetisite) : Pb₅(AsO₄)₃Cl.

લેડના અયસ્કો વિસ્તૃત પ્રમાણમાં વિતરિત થયેલા હોઈ 50 જેટલા દેશો લેડનું ઉત્પાદન કરે છે. 1991માં તેનું ઉત્પાદન 33 લાખ ટન જેટલું હતું, જે પૈકી મોટાભાગનું તો અર્ધો ડઝન જેટલા મુખ્ય ઉત્પાદક દેશોનું હતું :  ઑસ્ટ્રેલિયા 17.4 %; યુ.એસ. 14.3 %; અગાઉનો સોવિયેત સંઘ 13.8 %; ચીન 9.6 %; કૅનેડા 8.3 % અને પેરુ 6.0 %. સામાન્ય વાતાવરણમાં તથા દરિયાના પાણીમાં તેનું ક્ષારણ ઓછું થતું હોવાથી ભંગાર(scrap)માંથી પણ તેને મેળવવામાં આવે છે.

ભારતમાં લેડ અને ઝિંકના સ્રોતો રાજસ્થાન, ગુજરાત, મહારાષ્ટ્ર, પશ્ચિમ બંગાળ, ઓરિસા, ઉત્તર પ્રદેશ, આંધ્રપ્રદેશ, મેઘાલય, મધ્યપ્રદેશ, તામિલનાડુ અને સિક્કિમમાં આવેલા છે. પ્રાપ્ત થઈ શકે તેવી લેડ-ઝિંકની અનામતો 17.684 કરોડ ટનની અંદાજવામાં આવી છે; જેમાં 23.81 લાખ ટન લેડ અને 97 લાખ ટન ઝિંકનો સમાવેશ થાય છે.

નિષ્કર્ષણ : લેડનું ઉત્પાદન સામાન્ય રીતે સલ્ફાઇડ અયસ્ક ગેલીનામાંથી કરવામાં આવે છે. અયસ્ક લેડ ઉપરાંત અન્ય ધાતુઓના પણ સલ્ફાઇડ ધરાવતો હોવાથી લેડની નિષ્કર્ષણ-વિધિ જટિલ બને છે. આધુનિક રીતમાં અયસ્કમાંથી સંલગ્ન ધાતુઓનો સારો એવો ભાગ વરણાત્મક (selective) ફીણઉત્પ્લાવન (froth floatation) વિધિઓ વડે દૂર કરવામાં આવે છે. આથી શુદ્ધ ગેલીના સંકેન્દ્રિતો (concentrates) પ્રાપ્ત થાય છે, જેમાં 80 % જેટલું Pb હોઈ શકે છે. સામાન્ય રીતે 50 %થી વધુ લેડ ધરાવતા સંકેન્દ્રિતો ઉત્પન્ન કરવામાં આવે છે; જેમાં અયસ્કના ઉદગમ (origin) પ્રમાણે આયર્ન, સિલિકા, ઝિંક, આર્સેનિક અને સલ્ફર ઉપરાંત કૉપર, ટિન, ઍન્ટિમની, સિલ્વર, ગોલ્ડ અને બિસ્મથ પણ હોય છે.

આધુનિક પ્લાન્ટમાં લેડ અયસ્ક અથવા સંકેન્દ્રિતમાં ધાતુમળ (slag) ઉત્પન્ન કરનાર પ્રક્રિયકો ઉમેરી સતત ફરતી જાળી (grate) ઉપર થતા નિ:સાદન (sintering) દ્વારા સલ્ફર દૂર કરવામાં આવે છે. આથી ભરણ(feed)માંનો મોટાભાગનો સલ્ફર દૂર થઈ લેડ ઑક્સાઇડ બને છે, જેનું વાતભઠ્ઠીમાં પ્રગલન (smelting) સરળ બને છે. નિ:સાદન દરમિયાન નીચેની પ્રક્રિયાઓ થાય છે :

2 PbS + 3O₂ → 2PbO + 2SO₂ (વાયુ)

2 PbS + SiO₂ → Pb₂SiO₄

PbS + 2PbO → 3Pb + SO₂

નિ:સાદ(sinter)ને ચાળી તેના ગાંગડા સાથે કોક મેળવી તેનું વાતભઠ્ઠીમાં પ્રગલન (smelting) કરવામાં આવે છે. આથી લેડ ઑક્સાઇડનું અપચયન (reduction) થાય છે, જ્યારે આયર્ન જેવાં તત્વો ધાતુમળ (slag) રૂપે દૂર થાય છે. વાતભઠ્ઠીમાં થતી પ્રક્રિયાઓ નીચે પ્રમાણે છે :

2PbO + C → 2Pb + CO₂

PbO + CO → Pb + CO₂

Pb₂SiO₄ + CaO + FeO → 2PbO + CaO · FeO · SiO₂

                                                                (ધાતુમળ).

CO₂ + C → 2CO

ભઠ્ઠીમાંથી પીગળેલા લેડ અને ધાતુમળને અલગ અલગ કાઢી લેવા માટેની યોગ્ય અંશનિષ્કાસન (tapping) વ્યવસ્થા હોય છે. આ રીતે મળતા લેડ બુલિયન(bullion)ને પરિષ્કૃત કરી (કૉપર, ઍન્ટિમની, આર્સેનિક દૂર કરી) શુદ્ધ લેડ મેળવવામાં આવે છે. આ લેડમાં જો સિલ્વર કે ગોલ્ડ રહેલાં હોય તો તેમને અલગ કરવા માટે પેટિન્સનની અથવા પાર્કની પ્રવિધિનો ઉપયોગ થાય છે. અંતિમ પરિષ્કરણ (refining) માટે અશુદ્ધ લેડનો ઍનોડ, શુદ્ધ લેડની ચાદરનો કૅથોડ અને વિદ્યુતવિભાજ્ય (electrolyte) તરીકે ઍસિડ PbSiFe (લેડ ફ્લ્યુઓસિલિકેટ) અથવા સલ્ફામેટ વાપરી વિદ્યુત- વિભાજન કરવાથી 99.99 % Pb મળે છે. ઝોન-પરિષ્કરણ દ્વારા અશુદ્ધિઓનું પ્રમાણ<–1 ppm સુધી લાવી શકાય છે.

ગુણધર્મો : સીસું ભૂરી ઝાંય ધરાવતી નરમ, સીમિત પ્રતન્યતા ધરાવતી, આઘાતવર્ધનીય (malleable) અને વિદ્યુતની મંદ વાહક (poor conductor) ધાતુ છે. તેની પાતળી ચાદરો બનાવી શકાય છે. તેના 194થી 214 પરમાણુભાર ધરાવતા 29 સમસ્થાનિકો છે. તાજી કાપેલી લેડ ધાતુની સપાટીનું ઝડપથી ઉપચયન થઈ તેના ઉપર ઝાંખા (dull) ભૂખરા (grey) રંગનું પડ ઉત્પન્ન થાય છે, જે ધાતુને વધુ સંક્ષારણ સામે રક્ષણ આપે છે. લેડના કેટલાક ભૌતિક ગુણધર્મો સારણીમાં આપ્યા છે.

લેડના કેટલાક ભૌતિક ગુણધર્મો

ગુણધર્મ	મૂલ્ય
પરમાણુક્રમાંક	82
ઇલેક્ટ્રૉનીય સંરચના	[Xe]4f14 5d10 6s2 6p2
કુદરતી રીતે પ્રાપ્ય સમસ્થાનિકો	4
પરમાણુભાર	207.1 (2)
પૉલિંગ વિદ્યુતઋણતા	1.9
ગલનબિંદુ (° સે.)	327
ઉત્કલનબિંદુ (° સે.)	1751
ઘનતા (20° સે.) (ગ્રા. સેમી.–3)	11.342
વિદ્યુતીય અવરોધ (20° સે.), (ઓહ્મ – સેમી.)	20 x 10-6
કુદરતી સમસ્થાનિકો	204 (1.4 %), 206 (23.6 %), 207 (22.6 %),208 (52.3%)

રાસાયણિક દૃષ્ટિએ લેડ ઉભયગુણી (amphoteric) તત્વ છે. તે +2 અને +4 સંયોજકતા દ્વારા સંયોજનો બનાવે છે. સામાન્ય ધાતુઓમાં સીસાની સંક્ષારણ(corrosion)પ્રતિકારક શક્તિ સૌથી વધુ છે. તેના પર સામાન્ય તાપમાને સલ્ફ્યુરિક કે હાઇડ્રોક્લોરિક ઍસિડની ખાસ અસર થતી નથી, પણ નાઇટ્રિક ઍસિડમાં તે ધીરેથી ઓગળે છે. મંદ નાઇટ્રિક ઍસિડમાં તે ઝડપથી ઓગળે છે. હાઇડ્રોફ્લોરિક ઍસિડ સાથે પ્રક્રિયા કરી તે પોતાની સપાટી પર PbF2નું પડ ઉત્પન્ન કરે છે જે લેડને વધુ ઓગળતું અટકાવે છે. આથી આ ઍસિડને લેડનાં પાત્રોમાં ભરી શકાય છે.

હવાની હાજરીમાં લેડને ઓગાળતાં તેનું ઉપચયન થાય છે અને વધુ ગરમ કરતાં તે મૉનૉક્સાઇડ (PbO) બનાવે છે. 430° સે.એ PbOને ગરમ કરવાનું ચાલુ રાખતાં તે લાલ ઑક્સાઇડ (Pb₃O₄) બનાવે છે. તે પેરૉક્સાઇડ(PbO₂) પણ બનાવે છે, જે એક સારો ઉપચાયક છે.

ક્લૉરિન, બ્રોમીન અને આયોડિન સાથે લેડ સીધા સંયોજનથી લેડ હેલાઇડ (PbX₂) બનાવે છે. 550°-850° સે. વચ્ચે સલ્ફર ડાયૉક્સાઇડની પણ તેના ઉપર અસર થાય છે.

સંયોજનો : તેના ઑક્સાઇડમાં લિથાર્જ (PbO) ઔદ્યોગિક રીતે મહત્વનો છે. તે સિરૅમિકનાં પાત્રોને ઓપ આપવા તથા કેટલાક પ્રકારના કાચ બનાવવા ઉપયોગમાં લેવાય છે. લેડ ડાયૉક્સાઇડ (PbO₂) અને મૉનૉક્સાઇડ(PbO)ને લગભગ 250° સે. તાપમાને ગરમ કરવાથી રેડ લેડ અથવા મિનિયમ (minium) (Pb₃O₄) બનાવાય છે. તે સંક્ષારણ-પ્રતિરોધી (corrosion resistant) પેઇન્ટમાં વપરાય છે. PbO₂ એ શક્તિશાળી ઉપચયનકારક હોઈ ફૉસ્ફરસ સાથે પ્રસ્ફોટક બને છે. તેનો ઉપયોગ દીવાસળી બનાવવામાં તથા લેડ-ઍસિડ સંગ્રાહક બૅટરીમાં થાય છે. લેડનાં સલ્ફેટ, હેલાઇડ, ક્રોમેટ, સલ્ફાઇડ અને કાર્બોનેટ સંયોજનો ઓછાં દ્રાવ્ય છે; જ્યારે લેડ નાઇટ્રેટ તેનો સૌથી વધુ અગત્યનો દ્રાવ્ય ક્ષાર છે. લેડ એસિટેટ પણ પાણીમાં દ્રાવ્ય છે.

લેડ ટેટ્રાઇથાઇલ, Pb(C₂H₅)₄ − એ ઔદ્યોગિક રીતે મહત્વનું સંયોજન છે. પેટ્રોલમાં તે અપસ્ફોટરોધી (antiknock) તરીકે વપરાય છે. લેડ સોડિયમ મિશ્રધાતુ ઉપર 40°60° સે. તાપમાને ઇથાઇલ ક્લોરાઇડ(C2H5Cl)ની પ્રક્રિયા દ્વારા તે બનાવાય છે.

4PbNa + 4C₂H₅Cl → Pb(C₂H₅) ₄ + 3Pb + 4NaCl

ઉપયોગો : તેની ઉચ્ચ ઘનતાને કારણે ગૅમા કે X-કિરણોથી રક્ષણ મેળવવા લેડનો ઉપયોગ થાય છે. સામાન્ય રીતે શુદ્ધ લેડ કરતાં તેની મિશ્રધાતુઓનો વધુ ઉપયોગ થાય છે. સંગ્રાહક બૅટરી(storage batteries)માં 91-94 % Pb અને 6-9 % Sb ધરાવતી મિશ્રધાતુ ઉપચયનકર્તા (PbO₂) અને અપચયનકર્તા [છિદ્રિષ્ઠ (spongy) લેડ]ને આધાર આપતી (ટેકવતી) ગ્રીડ તરીકે વપરાય છે. આ ઉપરાંત સૉલ્ડર, સંગલનીય (fusible) મિશ્રધાતુઓ, બેરિંગ માટેની ધાતુઓ (બૅબિટ) તથા ટાઇપ માટેની મિશ્રધાતુઓમાં પણ તે વપરાય છે. બંદૂક અને તોપના ગોળાઓમાં, વજનોમાં અને સ્થિરકભાર(ballast)માં પણ લેડ વપરાય છે.

અગાઉ પેટ્રોલમાં અપસ્ફોટરોધી (antiknock) ઉમેરણ (additive) તરીકે લેડ ટેટ્રાઇથાઇલ વપરાતું હતું, પણ હવે તેનો ઉપયોગ ઓછો થતો જાય છે. લેડ ટેટ્રા એસિટેટ [Pb(OAC)₄] કાર્બનિક રસાયણમાં વરણાત્મક ઉપચયનકર્તા તરીકે ઉપયોગી છે. લેડપરક્લોરેટ અને ટેટ્રાફ્લૉરોબોરેટનો ઉપયોગ વિદ્યુતવિભાજન દ્વારા ધાતુના ભાગોને સંક્ષારણરોધક અથવા ઊંજક (lubricating) ગુણ બક્ષતું અસ્તર ચઢાવવા માટે વપરાય છે. લોખંડ અને પોલાદ માટે કાટરોધક પ્રારંભક (primer) પેઇન્ટમાં લેડ વર્ણકો (pigments) [દા.ત., રેડ લેડ (Pb₃O₄)] બહોળા પ્રમાણમાં વપરાય છે. જોકે હવે Ca₂PbO₄નો ઉપયોગ થવા માંડ્યો છે. લેડ ક્રોમેટ (PbCrO₄) પીળો વર્ણક છે અને પેઇન્ટ ઉપરાંત રંગીન પ્લાસ્ટિકમાં પણ વપરાય છે. લેડ મોલિબ્ડેટ (PbMoO₄) (લાલ-નારંગી), લિથાર્જ અથવા કેનેરી યલો (PbO), સફેદો (white lead) [2PbCO_{3 ·} Pb(OH)₂] પણ વર્ણકો છે.

લેડ મૉનૉક્સાઇડ (PbO) સંગ્રાહક બૅટરીમાં સીસાનાં સંયોજનોની બનાવટમાં રબરના સક્રિયકારક તરીકે, પેટ્રોલિયમ શુદ્ધીકરણમાં તથા સિરૅમિક પદાર્થોની બનાવટમાં વપરાય છે.

લેડ પેરૉક્સાઇડ (PbO₂) પ્રબળ ઉપચયનકર્તા પદાર્થ છે. તે રંગ અને રાસાયણિક ઉદ્યોગમાં તથા સંશ્ર્લેષિત બહુલકોના પ્રવેગક (accelerator) તરીકે વપરાય છે. લેડ આર્સેનેટ કીટનાશક છે, પણ હવે ખાસ વપરાતો નથી. લેડ એઝાઇડ સ્ફોટક પદાર્થોના પ્રસ્ફોટક તરીકે ઉપયોગી છે.

લેડનાં કેટલાંક સંયોજનો સિરૅમિક ઓપ માટે [(દા.ત., PbSi₂O₅ રંગવિહીન)], ક્રાઉનકાચની બનાવટમાં તથા પૉલિવાઇનાઇલ ક્લોરાઇડ પ્લાસ્ટિકના સ્થાયીકારક (stabilizer) (દા.ત., 3PbO · PbSO_{4 ·} H₂O) તરીકે વપરાય છે. કેટલાક કાર્બનિક ઍસિડ સાથેના લેડના ક્ષારો પેઇન્ટના શુષ્કકો તરીકે પણ ઉપયોગમાં લેવાય છે. લેડ સિલિકેટ વાઇનાઇલ રેઝિનના સ્થિરીકારક તરીકે ઉપયોગી છે.

વિષાળુતા : લેડ હાલ ભારે ધાતુ-વિષ (heavy metal poison) તરીકે જાણીતું છે. રજ અથવા ધુમાડા રૂપે અંતર્ગ્રહણ (ingestion) અને અંત:શ્વસન (inhalation) થાય તો તે વિષાળુ છે. તે એક સંચયી (cumulative) ઝેર છે. તે ઉત્સેચકો(enzymes)માંના ઑક્સો-સમૂહો સાથે સંકીર્ણ બનાવી હીમ (haem) સંશ્ર્લેષણ અને પૉર્ફિરિન(porphyrin)ના ચયાપચય(metabolism)ની પ્રવિધિમાં દરેક તબક્કે અસર કરે છે. વળી તે ઍસેટાઇલકોલિન ઍસ્ટરેઝ (acetylcholine esterase), ઍસિડ ફૉસ્ફેટેઝ, એટીપેઝ (ATPase), કાર્બોનિક એન્હાઇડ્રેઝ (carbonic anhydrase) વગેરેના કાર્યને તેમજ પ્રોટીન-સંશ્ર્લેષણને પણ અટકાવે છે. તેની સારવાર માટે ઇડીટીએ {(ethylenediamine tetra acetic acid [−CH₂N(CH₂CO₂H0₂]₂} અથવા BAL (British Antilewisite), [HsCH₂CH(SH)CH₂OH)] જેવા પ્રબળ કિલેટકારકો વાપરવામાં આવે છે.

કલ્પેશ સૂર્યકાન્ત પરીખ