Timbal (Pb)

Pengenalan
Logam timbale telah dipergunakan oleh manusia sejak ribuan tahun yang lalu (sekitar 6400 BC) hal ini disebabkan logam timbale terdapat diberbagai belahan bumi, selain itu timbale mudah di ekstraksi dan mudah dikelola.  Timah dalam bahasa Inggris disebut sebagai “Lead” dengan symbol kimia “Pb”. Simbol ini berasal dari nama latin timbal yaitu “Plumbum” yang artinya logam lunak. Timbal memiliki warna putih kebiruan yang terlihat ketika logam Pb dipotong akan tetapi warna ini akan segera berubah menjadi putih kotor atau abu-abu gelap ketika logam Pb yang baru dipotong tersebut terekspos oleh udara. Timbal merupakan logam yang lunak, tidak bisa ditempa, memiliki konduktifitas listrik yang rendah, dan tergolong salah satu logam berat seperti halnya raksa timbale dapat membahayakan kesehatan manusia. Karena logam timbale berifat tahan korosi maka container dari timbale sering dipakai untuk menampung cairan yang bersifat korosif ataupun sebagai lapisan kontroksi bangunan.
Timbal memiliki empat isotop yang stabil yaitu ²⁰⁴Pb, ²⁰⁶Pb, ²⁰⁷Pb, dan ²⁰⁸Pb. Standar massa atom Pb rata-rata adalah 207,2. Sekitar 38 isotop pb telah diketemukan termasuk isotop sintesis yang bersifat tidak stabil. Isotop timbale dengan waktu paruh yang terpanjang dimiliki oleh 205Pb yang waktu paruhnya adalah 15,3 juta tahun dan 202Pb yang memiliki waktu paruh 53.000 tahun.
Timbal memiliki nomor atom 82 dan nomor massa 207,2. Dengan nomor atom 82 maka timbale memiliki konfigurasi electron [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p2 dengan jumlah electron tiap selnya adalah 2, 8, 18, 32, 18, 4. Timbal berada pada golongan IVA (14) bersama dengan C, Si, Ge, dan Sn, periode 6 dan berada pada blok s. Gambar susunan kulit pada timbale adalah:
gambar
Sumber Timbal
Timbal tidak ditemukan bebas dialam akan tetapi biasanya ditemukan sebagai biji mineral bersama dengan logam lain misalnya seng, perak, dan tembaga. Sumber mineral timbale yang utama adalah “Galena (PbS)” yang mengandung 86,6% Pb, “Cerussite (PbCO3)”, dan “Anglesite (PbSO4). Kandungan timbale dikerak bumi adalah 14 ppm, sedanngkan dilautan adalah:

• Permukaan samudra atlantik                  : 0,00003 ppm
• Bagian dalam samudra atlantik : 0,000004 ppm
• Permukaan Samudra pasifik                  : 0,00001 ppm
• Bagian dalam samudra pasifik   : 0,000001 ppm

Galena
Galena adalah mieral timbal yang amat penting dan paling banyak tersebar di penjuru belahan bumi dan umumnya berasosiasi dengan mineral lain seperti sphalerite, calcite, dan flourite. Deposit galena biasanya mengandung sejumlah tertentu perak dan juga terdapat seng, cadmium, antimoni,arsen, dan bismuth, sehingga umumnya produksi timbal dari galena menghasilkan juga logam-logam tersebut.
Warna galena adalah abu-abu mengkilap dan formulanya adalah PbS. Struktur kristalnya kubik dan oktahedral dan spesifik graviti 7,2 – 7,6.
Cerrusite
Cerrusite merupakan salah satu mineral timbal yang mengandung timbal karbonat dan menjadi sumber timbal yang utama setelah galena. Mineral ini juga terdapat dalam bentuk granular yang padat atau benbentuk fibrous. Warnanya umumnya tidak berwarna, hingga putih, abu-abu, biru, atau hijau dengan penampakkan darai transparan hingga translusen. Mineral ini bersifat getas tidak larut dalam air akan tetapi larut dalam asam encer seperti asam nitrat. Dan spesifik gravitinya 6,53-6,57.
Anglesite
Anglesite merupakan mineral timbal yang mengandung timbal sulfat PbSO4. Mineral ini terjadi sebagai hasil oksidasi mineral gelena akibat pengaruh cuaca. Warna mineral ini dari putih, abu-abu, hingga kuning, jika tidak murni maka warnanya abu-abu gelap. Mineral ini memiliki spesifik grafiti 6,3 dengan kandungan timbal sekitar 73%.
Cara Memproduksi Timbal
Pada umumnya biji timbale mengandung 10% Pb dan biji yang memiliki kandungan timbale minimum 3% bisa dipakai sebagai bahan baku untuk memproduksi timbale. Biji timbale pertama kali dihancurkan dan kemudian dipekatkan hingga konsentrasinya mencapai 70% dengan menggunakan proses “froth flotation” yaitu proses pemisahan dalam industri untuk memisahkan material yang bersifat hidrofobik dengan hidrofilik.
Kandungan sulfide dalam biji timbale dihilangkan dengan cara memanggang biji timbale sehingga akan terbentuk timbale oksida (hasil utama) dan campuran antara sulfat dan silikat timbal dan logam-logam lain yang ada dalam biji timbale. Pemanggangan ini dilakukan dengan menggunakan aliran udara panas. Reaksi yang terjadi adalah:

MSn + 1.5nO2 ? MOn + nSO2.

Timbal oksida yang terbentuk direduksi dengan menggunakan alat yang dinamakan “blast furnace” dimana pada proses ini hampir semua timbale oksida akan direduksi menjadi logam timbale. Hasil timbale dari proses ini belum murni dan masih mengandung kontaminan seperti Zn, Cd, Ag, Cu, dan Bi. Timbal oksida yang tidak murni ini kemudian dicairkan dalam “furnace reverberatory” dan di treatment menggunakan udara, uap, dan belerang dimana kontaminan akan teroksidasi kecuali perak, emas, dan bismuth. Kontaminan ini akan terapung pada bagian atas sehingga dapat dipisahkan. Logam silver dan emas dipisahkan dengan menggunakan proses Parkes, dan bismuthnya dihilangkan dengan menggunakan logam kalsium dan magnesium. Hasil logam yang dihasilkan dari keseluruhan proses ini adalah logam timbale. Logam timbale yang sangat murni diperoleh dengan cara elektrolisis meggunakan elektrolit silica flourida.
Sifat Timbal
Sifat Fisika

• Fasa pada suhu kamar              : padatan
• Densitas                                   : 11,34 g/cm3
• Titik leleh                                  : 327,5 0C
• Titik didih                                 : 17490C
• Panas Fusi                                : 4,77 kJ/mol
• Panas Penguapan                      : 179,5 kJ/mol
• Kalor jenis                                : 26,650 J/molK

Sifat Kimia

• Bilangan oksidasi                      : 4,2,-4
• Elektronegatifitas                      : 2,33 (skala pauli)
• Energi ionisasi 1                        : 715,6 kJ/mol
• Energi ionisasi 2                        : 1450,5 kJ/mol
• Energi ionisasi 3                        : 3081,5 kJ/mol
• Jari-jari atom                            : 175 pm
• Radius ikatan kovalen               : 146 pm
• Jari-jari Van Der Waals            : 202 pm
• Struktur Krista  l                       : kubik berpusat muka
• Sifat kemagnetan                      : diamagnetik
• Resistifitas termal                      : 208 nohm.m
• Konduktifitas termal                  : 35,3 W/mK

Sifat Timbal yag lain
Berbagai macam timbale oksida mudah direduksi menjadi logamnya. Hal ini bisa dilakukan dengan menggunakan reduktor glukosa, atau mencampur antara PbO dengan PbS kemudian dipanaskan.
PbO + PbS                 3 Pb + SO2
Logam Pb tahan terhadap korosi, jika kontak dengan udara maka akan segera terbentuk lapisan oksida yang akan melindungi logam Pb dari proses oksidasi lebih lanjut.
Logam Pb tidak larut dalam asam sulfat maupun asam klorida, melainkan larut dalam asam nitrat dengan membentuk gas NO dan timbale nitrat yang larut.
3Pb + 8H+  + 8 NO3-               2 Pb2+  + 6 NO3- + 2NO + 4HO
Bila dipanaskan dengan nitrat dari logam alkali maka logam timbale akan membentuk PbO yang umumnya disebut sebagai litharge. PbO adalah representasi dari timbale dengan biloks 2 PbO larut dalam asam nitrat dan asam asetat. PbO juga larut dalam larutan basa membentuk garam
plumbit.
PbO + 2OH- + H2O              Pb(OH)2^4-
Klorinasi terhadap larutan diatas menghasilkan timbale dengan biloks 4.
Pb(OH)2^4- + Cl2               Pbo2 + 2Cl- + 2H2O
PbO2 adalah representasi dari timbale dengan biloks 4 dan merupakan agen pengoksidasi yang kuat. Karena PbO larut dalam asam dan basa maka PbO bersifat amfoter. Senyawa timbale dengan dua macam biloks juga ada yaitu Pb3O4 yang dikenal dengan nama minium.

Manfaat Timbal

• Timbal digunakan dalam accu dimana accu ini banyak dipakai dalam bidang automotif.
• Timbal dipakai sebagai agen pewarna dalam bidang pembuatan keramik terutama untuk warna kuning dan merah.
• Timbal dipakai dalam industri plastic PVC untuk menutup kawat listrik.
• Timbal dipakai sebagai proyektil untuk alat tembak dan dipakai pada peralatan pancing untuk pemberat disebakan timbale memiliki densitas yang tinggi, harganya murah dan mudah untuk digunakan.
• Lembaran timbale dipakai sebagai bahan pelapis dinding dalam studio musik
• Timbal dipakai untuk pelindung alat-alat kedokteran, laboratorium yang menggunakan radiasi misalnya sinar X.
• Timbal cair dipergunakan sebagai agen pendingin dalam peralatan reactor yang menggunakan timbale sebagai pendingan.
• Kaca timbale mengandung 12-28% Pb dimana dengan adanya Pb ini akan mengubah karakteristik optis dari kaca dan mereduksi transmisi radiasi.
• Timbal banyak dipakai untuk elektroda pada peralatan elektrolisis.
• Timbal digunakan untuk solder untuk industri elektronik.
• Timbal dipakai dalam berbagai kabel listrik bertegangan tinggi untuk mencegah difusi air dalam kabel.
• Timbal ditambahkan dalam peralatan yang terbuat dari kuningan agar tidak licin dan biasanya digunakan dalam peralatan permesinan.
• Timbal dipakai dalam raket untuk memperberat massa raket.
• Timbal karena sifatnya tahan korosi maka dipakai dalam bidang kontruksi.
• Dalam bentuk senyawaan maka tetra-etil-lead dipakai sebagai anti-knock pada bahan bakar.
• Semikonduktor berbahan dasar timbale banyak seperti Timbal telurida, timbale selenida, dan timbale antimonida dipakai dalam peralatan sel surya dan dipakai dalam peralatan detector inframerah.
• Timbal biasanya dipakai untuk menyeimbangkan roda mobil tapi sekarang dilarang karena pertimbangan lingkungan.

Senyawaan Timbal
Senyawaan timbale yang umum adalah PbN6 timbal azida, timbale bromat Pb(BrO3)2.2H2O, timbale klorida PbCl2, timbale(II)oksida PbO, Pb(NO3)2, Pb3O4, Pb(C2H5)4, dan Pb(CH3)4
Tetra Etil Lead (TEL)

Tetra etil lead disingkat sebagai TEL adalah senyawa organometalik yang memiliki rumus Pb(Ch3CH2). Senyawa ini disintesis dengan mereaksikan antara alloy NaPb dengan etl klorida dengan reaksi sebagai berikut:

4 NaPb + 4 CH3CH2Cl ? (CH3CH2)4Pb + 4 NaCl + 3 Pb

TEL yang dihasilkan berupa cairan kental tidak berwarna, tidak larut dalam air akan tetapi larut dalam benzena, petroleum eter, toluena, dan gasoline. TEL dipakai sebagai zat “antiknocking” pada bahan bakar. TEL jika terbakar tidak hanya menghasilkan CO2 akan tetapi juga Pb.

(CH3CH2)4Pb + 13 O2 ? 8 CO2 + 10 H2O + Pb

Pb akan terakumulasi dalam mesin sehingga dapat merusak mesin. Oleh sebab itu ditambahkan 1,2-dibromoetana dan 1,2-dikloroetana bersamaan dengan TEL sehingga akan dapat dihasilkan PbBr2 dan PbCl2 yang dapat dibuang dari mesin. Karena efek racun terhadap manusia maka TEL sekarang tidak boleh dipergunakan.

Timbal(II) Klorida PbCl2
PbCl2 merupakan salah satu reagen berbasis timbale yang sangat penting disebabkan dari senyawa ini dapat dibuat berbagai macam senyawa timbale. Banyak digunakan sebagai bahan untuk mensintesis timbale titanat dan barium-timbaltitanat, untuk produksi kaca yang menstransimisikan inframerah, dipakai untuk memproduksi kaca ornament, untuk bahan cat dan sebagainya. PbCl2 dibuat dari beberapa metode yaitu dengan proses pengendapan senyawa Pb2+ dengan garam klorida, atau dengan mereaksikan PbO2 dengan HCl.

PbO2(s) + 4 HCl ? PbCl2(s) + Cl2 + 2 H2O

Atau dibuat dari logam Pb yang direaksikan dengan gas Cl2

Pb + Cl2 ? PbCl2

Timbal membentuk berbagai macam kompleks dengan klorida. PbCl2 jika dilarutkan dalam HCl berlebih akan membentuk kompleks PbCl42-. PbCl2 larut juga dalam air panas.

Pb2+  + Cl-    ->       PbCl+

PbCl+  + Cl-     ->       PbCl2

PbCl2  + Cl-    ->        PbCl3-

PbCl3-  + Cl-     ->     PbCl42-

PbO2
Nama kimianya adalah Plumbi oksida atau Timbal(IV) oksida merupakan oksida timbale dengan biloks 4. PbO2 ada dialam sebagai mineral plattnerite. PbO2 bersifat amfoter dimana dapat larut dalam asam maupun basa. Jika dilarutkan dalam basa kuat akan terbentuk ion plumbat dengan rumus Pb(OH)62-. Dalam kondisi asam maka biasanya tereduksi menjadi ion Pb2+. Ion Pb4+ tidak pernah diketemukan dalam larutan. Penggunaan PbO2 yang utama adalah sebagai katoda dalam accu.
Pb3O4

Dikenal dengan nama timbale tetroksida, minium, atau triplumbi tetroksida. Berupa zat padat berwarna merah atau oranye. Rumus umumnya adalah Pb3O4 atau 2PbO.PbO2. Memiliki titik leleh 500^oC dimana pada suhu ini Pb3O4 terdekomposisi menjadi PbO dan oksigen. Pb3O4 ini banyak dipergunakan oleh industri penghasil baterai, kaca timbale, dan cat anti korosi. Senyawa timbale ini tidak larut dalam air akan tetapi larut dalam HCl, asam asetat glacial, dan campuran antara asam nitrat dan hydrogen peroksida. Pb3O4 dibuat dari proses kalsinasi dari PbO2 dengan kehadiran oksigen pada suhu 450-480⁰C.

6 PbO + O2     ->     2 Pb3O4

Atau dengan proses pemanasan timbale karbonat dengan kehadiran udara.

6 PbCO3  + O2     ->     2 Pb3O4 + 6 CO2

Atau dengan menggunakan reaksi:

3 Pb2CO3(OH)2  + O2       ->      2 Pb3O4  +  3 CO2  +  3 H2O

Dalam bentuk larutan maka Pb3O4 dapat dibuat dengan menggunakan larutan kalium plumbat dan timbale asetat :

K2PbO3  + 2 Pb(CH3COO)2 + H2O       ->      2 Pb3O4  + 3 CO2  + 3 H2O

Setelah disaring maka akan dihasilkan padatan warna kuning timbale tetroksida monohidrat, Pb3O4.H2O dengan pemanasan maka akan dihasilkan bentuk anhidratnya.

Timbal(II) Nitrat

Memiliki rumus kimia Pb(NO3)2. Timbal(II) nitrat umumnya merupakan kristal yang tidak berwarna atau berbentuk bubuk putih, dibandingkan dengan garam timbal yang lain maka gram timbal ini sangat mudah larut dalam air. Timbal(II) nitrat sangat bersifat racun terhadap manusia dan merupakan oksidator.
Cara membuat timbal nitrat adalah dengan melarutkan logam Pb pada larutan asam nitrat atau dengan melarutkan PbO dalam asam nitrat.

3 Pb (s) + 8 H⁺ (aq) + 2 NO?3 (aq) -> 3 Pb²⁺ (aq) + 2 NO (g) + 4 H₂O (l)

PbO (s) + 2 H⁺ (aq) -> Pb²⁺ (aq) + H₂O (l)

Larutan Pb(NO3)2 bereaksi dengan KI mebentuk PbI2 yang berwarna kuning. Intensitas warna kuning ini tergantung dari banyaknya jumlah reaktan yang digunakan.

Pb(NO3)2 (s) + 2 KI (s) ?->PbI2 (s) + 2 KNO3 (s)