Lead

鉛（記号Pb、ラテン語のplumbumに由来）は原子番号82の化学元素である。重金属であり、ほとんどの日常的な材料よりも密度が高く、柔らかく展性があり、比較的低い温度で溶ける。切断または溶解したばかりのときは青みがかった銀色の光沢があるが、空気にさらされるとすぐに灰色に曇る。鉛は安定な元素の中で最も高い原子番号を持ち、天然に存在する同位体のうち3つは、より重い元素を含む主要な放射性崩壊系列の最終生成物である。遷移後金属として、鉛はかなり反応性が低い。その弱い金属的性質は両性挙動に現れており、鉛とその酸化物は酸と塩基の両方と反応し、共有結合を形成する傾向がある。鉛化合物は、有機鉛化合物を除き、炭素族の軽い元素に共通する+4状態ではなく、ほとんどの場合+2酸化状態で存在する。それらの軽い同族元素と同様に、鉛はそれ自体と結合し、鎖や多面体構造を形成することができる。鉛は鉱石から容易に抽出できるため、近東の先史時代の人々に知られていた。その主要な鉱石である方鉛鉱にはしばしば銀が含まれており、銀への欲求が古代ローマでの鉛の広範な採掘と使用を促進した。ローマの崩壊後、鉛の生産は減少し、産業革命まで回復しなかった。鉛は印刷機にとって極めて重要であり、可動活字を鉛合金から容易に鋳造できたからである。2022年の世界年間生産量は約1200万トンで、その約3分の2はリサイクルによるものである。鉛の高密度、低融点、延性、および耐酸化性は有用である。これらの特性は、その比較的豊富さと低コストと相まって、建設、配管、電池、銃弾、散弾、重り、はんだ、ピューター、易融合金、鉛塗料、有鉛ガソリン、放射線遮蔽に広く使用されることにつながった。鉛は軟組織や骨に蓄積する神経毒である。神経系に損傷を与え、生体酵素を妨害し、行動上の問題から脳損傷に至る神経障害を引き起こす可能性があり、心血管系や腎臓系にも影響を及ぼす。その毒性は古代ギリシャ・ローマの著述家によって指摘されていたが、ヨーロッパで広く認識されるようになったのは19世紀後半になってからである。物理的性質 原子 鉛原子は82個の電子を持ち、[Xe]4f¹⁴5d¹⁰6s²6p²と配置されている。その2つの6p電子を除去するのに必要な合計エネルギー（第一および第二イオン化エネルギー）は、炭素族でそのすぐ上の元素であるスズのそれと類似している。これは、外側の電子が原子核から遠ざかり、より遮蔽されるにつれてイオン化エネルギーが一般に同族内で減少するため、異常である。しかし、鉛の最初の4つのイオン化エネルギーの合計はスズのそれよりも高く、周期律に反している。この異常は、重原子で重要になる相対論効果に起因する。これらの効果はs軌道とp軌道を収縮させ、鉛の6s電子に5s電子よりも強い結合エネルギーを与える。これは不対電子効果につながり、6s電子が結合しにくくなり、+2酸化状態を安定化させ、結晶性鉛における最近接原子間距離を異常に長くする。より軽い炭素族元素は、四面体配位の共有結合性ダイヤモンド立方構造を持つ安定または準安定な同素体を形成する。これらの元素では、s軌道とp軌道のエネルギー準位が十分に近いため、4つの混成sp³軌道に混ざり合うことができる。鉛では、不対電子効果によりs軌道とp軌道の間の分離が非常に大きくなるため、混成から得られるエネルギーがそのギャップを克服できない。ダイヤモンド立方配列の代わりに、鉛はp電子のみが非局在化されPb²⁺イオン間で共有される金属結合を形成する。結果として、鉛はカルシウムやストロンチウムなどの二価金属と同様の面心立方構造をとる。バルク 純鉛は、かすかな青色の色合いを持つ明るく光沢のある灰色の外観を持つ。湿った空気中で変色し、条件に応じて色が変化する鈍い表面を生じる。鉛は、不動態化による高密度、展性、延性、および耐食性によって特徴づけられる。その最密充填面心立方構造と高い原子質量により、鉛の密度は11.34 g/cm³であり、鉄（7.87 g/cm³）、銅（8.93 g/cm³）、亜鉛（7.14 g/cm³）などの一般的な金属よりも大きい。この高密度は、「鉛の風船のように落ちる」という表現の起源である。いくつかのより珍しい金属はより密度が高い：タングステンと金はともに19.3 g/cm³であり、既知の最も密度の高い金属であるオスミウムは22.59 g/cm³で、鉛の密度のほぼ2倍である。鉛は柔らかく、モース硬度は1.5であり、爪で傷をつけることができる。非常に展性があり、中程度の延性がある。その体積弾性率（圧縮に対する抵抗の尺度）は45.8 GPaであり、アルミニウムの75.2 GPa、銅の137.8 GPa、軟鋼の160～169 GPaと比較される。鉛の引張強度は低く、12～17 MPaである（アルミニウムの約6分の1、銅の約10分の1、軟鋼の約15分の1）。その強度は、少量の銅またはアンチモンを合金化することによって高めることができる。鉛は327.5 °C（621.5 °F）で溶け、これはほとんどの金属と比較して比較的低い融点であり、1749 °C（3180 °F）で沸騰し、これは炭素族元素の中で最も低い。20 °Cでの電気抵抗率は192ナノオームメートルであり、銅（15.43 nΩ·m）、金（20.51 nΩ·m）、アルミニウム（24.15 nΩ·m）などの良導体のほぼ10倍である。鉛は7.19 K以下で超伝導体となり、これはタイプI超伝導体の中で最も高い臨界温度であり、元素超伝導体の中で3番目に高い。天然の鉛は4つの安定同位体からなる。