शिशाची रासायनिक अभिक्रियाशीलता
शिसे, रासायनिक चिन्ह Pb (लॅटिन ‘प्लंबम’ वरून) आणि अणुक्रमांक 82 असलेला एक जड धातू आहे, जो त्याच्या विशिष्ट गुणधर्मांसाठी ओळखला जातो. धातू असूनही, सामान्य पर्यावरणीय परिस्थितीत ते तुलनेने कमी रासायनिक अभिक्रियाशीलता दर्शवते, याचे मुख्य कारण संरक्षणात्मक पृष्ठभागाच्या थरांची निर्मिती आहे.
हवेसोबतची अभिक्रिया
हवेच्या संपर्कात आल्यास, शिशाचे हळूहळू ऑक्सिडेशन होते. ते वातावरणातील ऑक्सिजनशी अभिक्रिया करून शिशाच्या ऑक्साईडचा एक पातळ, निस्तेज राखाडी थर तयार करते, मुख्यत्वे लेड(II) ऑक्साईड (PbO) किंवा लेड(IV) ऑक्साईड (PbO2). हा ऑक्साईड थर शिशाच्या धातूच्या पृष्ठभागाला घट्ट चिकटून राहतो. या घटनेला पॅसिव्हेशन (passivation) म्हणतात, जिथे संरक्षणात्मक ऑक्साईड थर खालच्या शिशाचा ऑक्सिजनशी पुढील संपर्क टाळतो, ज्यामुळे मोठ्या प्रमाणात गंज लागणे थांबते. परिणामी, घन शिसे कोरड्या किंवा ओलसर हवेत सहज गंजत नाही किंवा वेगाने क्षीण होत नाही.
पाण्यासोबतची अभिक्रिया
शिशाची पाण्यासोबतची अभिक्रिया देखील सामान्यतः हळू असते. शुद्ध पाण्यासोबत, विशेषतः विरघळलेला ऑक्सिजन नसताना, शिसे अभिक्रिया करून लेड(II) हायड्रॉक्साईड, Pb(OH)2, तयार करते आणि हायड्रोजन वायू बाहेर टाकते. ही अभिक्रिया अशी दर्शविली जाते:
Pb(s) + 2H2O(l) → Pb(OH)2(s) + H2(g)
तथापि, पाण्यात विरघळलेला ऑक्सिजन असल्यास, शिसे अभिक्रिया करून लेड(II) ऑक्साईड किंवा लेड कार्बोनेट तयार करू शकते, विशेषतः कार्बन डायऑक्साईड देखील उपस्थित असल्यास. कठीण पाण्यात, ज्यात विरघळलेली खनिजे असतात, लेड कार्बोनेट किंवा लेड सल्फेट सारखे अविद्राव्य लेड क्षार पृष्ठभागावर तयार होऊ शकतात. हे अविद्राव्य थर अडथळ्यासारखे काम करतात, ज्यामुळे शिशाच्या धातूला मोठ्या गंजपासून आणखी संरक्षण मिळते. पाण्यामुळे होणाऱ्या गंजला प्रतिकार करण्याची ही क्षमता, त्याची विषारीता पूर्णपणे समजून येण्यापूर्वी, प्राचीन रोमन जलसेतू आणि जुन्या भारतीय प्लंबिंग प्रणालींसारख्या पाणी वितरणासाठी प्लंबिंगमध्ये त्याच्या वापरासाठी ऐतिहासिकदृष्ट्या कारणीभूत ठरली.
आम्लांसोबतची आंतरक्रिया
शिसे आम्लांशी अभिक्रिया करते, परंतु अभिक्रियेची व्याप्ती आम्लाचा प्रकार आणि त्याच्या एकाग्रतेवर अवलंबून असते. हायड्रोक्लोरिक आम्ल (HCl) आणि सल्फ्यूरिक आम्ल (H2SO4) सारख्या सौम्य, नॉन-ऑक्सिडायझिंग आम्लांसोबत, शिसे हळू अभिक्रिया करते. याचे कारण असे की तयार झालेले लेड क्लोराईड (PbCl2) आणि लेड सल्फेट (PbSO4) अल्प-विद्राव्य असतात आणि शिशाच्या धातूच्या पृष्ठभागाला त्वरीत आवरण देतात, ज्यामुळे पुढील आम्ल हल्ला टाळला जातो. तथापि, शिसे सौम्य नायट्रिक आम्ल (HNO3) सोबत अधिक सहजपणे अभिक्रिया करते कारण लेड(II) नायट्रेट (Pb(NO3)2) पाण्यात विद्राव्य आहे आणि नायट्रिक आम्ल ऑक्सिडायझिंग एजंट म्हणून कार्य करते. ही अभिक्रिया अशी होते:
3Pb(s) + 8HNO3(aq) → 3Pb(NO3)2(aq) + 2NO(g) + 4H2O(l)
विषारीपणा, किरणोत्सारीपणा आणि ज्वलनशीलता
विषारीपणा
शिसे हे अत्यंत विषारी मूलद्रव्य आहे. याला संचयी विष (cumulative poison) म्हणून वर्गीकृत केले जाते, याचा अर्थ ते शरीरातून सहज बाहेर पडत नाही तर कालांतराने हाडे, रक्त आणि मऊ उतींमध्ये जमा होते. शिशाच्या कमी प्रमाणात संपर्क देखील आरोग्याच्या गंभीर समस्या निर्माण करू शकतो, विशेषतः मुलांमध्ये, जिथे ते न्यूरोलॉजिकल विकासास बाधा आणू शकते, संज्ञानात्मक कार्यक्षमता कमी करू शकते आणि विकासात्मक विलंब घडवू शकते. प्रौढांमध्ये, शिशाच्या विषारीपणामुळे मूत्रपिंडाचे नुकसान, ॲनिमिया, उच्च रक्तदाब आणि प्रजनन समस्या उद्भवू शकतात. ऐतिहासिकदृष्ट्या, शिशाची संयुगे रंग (उदा. पारंपारिक घरगुती रंगांमधील ‘सफेदा’ किंवा पांढरे शिसे), प्लंबिंग पाईप्स आणि काही पारंपारिक सौंदर्यप्रसाधनांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरली जात होती. त्याचे गंभीर आरोग्य परिणाम ओळखून, भारताने रंग, गॅसोलीन (सीसारहित पेट्रोलच्या व्यापक वापरास कारणीभूत), आणि अनेक ग्राहक वस्तूंमध्ये शिसे बंदी घालणारे कठोर नियम लागू केले आहेत. शिशाच्या संपर्काचे प्रमुख स्त्रोत आता अनेकदा जुन्या पायाभूत सुविधा किंवा औद्योगिक प्रक्रियांतून येतात, तरीही लेड-ऍसिड बॅटरीचे (भारतातील वाहनांमध्ये आणि इन्व्हर्टरमध्ये सामान्यतः आढळणाऱ्या) जबाबदार पुनर्वापर पर्यावरणीय प्रदूषण टाळण्यासाठी महत्त्वाचे आहे.
किरणोत्सारीपणा
मूलभूत शिसे स्वतः किरणोत्सारी नाही. त्याचे सर्वात सामान्य समस्थानिक, जसे की शिसे-204, शिसे-206, शिसे-207 आणि शिसे-208, स्थिर आहेत. तथापि, युरेनियम आणि थोरियम सारख्या खूप जड मूलद्रव्यांच्या किरणोत्सारी क्षय साखळ्यांचे स्थिर अंतिम-उत्पादक म्हणून शिशाचे समस्थानिक वारंवार दिसतात. उदाहरणार्थ, युरेनियम-238 किरणोत्सारी क्षयाच्या मालिकेतून जाऊन शेवटी स्थिर शिसे-206 तयार करते. त्यामुळे, स्वतःहून किरणोत्सारी नसले तरी, शिसे नैसर्गिकरित्या किरणोत्सारी खनिजांशी संबंधित आढळू शकते.
ज्वलनशीलता
त्याच्या घन धातूच्या स्वरूपात, शिसे अज्वलनशील मानले जाते. सामान्य वातावरणीय परिस्थितीत, ते त्याच्या वितळण्याच्या बिंदूपर्यंत (327.5 °C) गरम केले तरीही ते पेट घेत नाही किंवा ज्वलन टिकवून ठेवत नाही. तथापि, इतर अनेक धातूंप्रमाणे, जेव्हा शिसे अत्यंत बारीक पावडरच्या स्वरूपात मोठ्या पृष्ठभागासह असते, तेव्हा ते पायरोफोरिक (pyrophoric) बनू शकते, म्हणजे ते खोलीच्या तपमानावर हवेत आपोआप पेट घेऊ शकते. सर्व व्यावहारिक उद्देशांसाठी आणि त्याच्या सामान्य स्वरूपात (पत्रे, लगड, तारा), शिसे अज्वलनशील मानले जाते.
एक उल्लेखनीय रासायनिक अभिक्रिया
शिशाशी संबंधित सर्वात आकर्षक रासायनिक अभिक्रियांपैकी एक म्हणजे लेड(II) आयोडाइड (PbI2) चे अवक्षेपण, ज्याला अनेकदा “गोल्डन रेन” प्रयोग म्हणून संबोधले जाते. ही अभिक्रिया विद्राव्यता, अवक्षेपण आणि स्फटिकीकरणाची तत्त्वे सुंदरपणे दर्शवते.
ही अभिक्रिया तेव्हा घडते जेव्हा विद्राव्य शिशाच्या क्षाराचा (उदा. लेड(II) नायट्रेट (Pb(NO3)2)) जलीय द्रावण, पोटॅशियम आयोडाइड (KI) सारख्या विद्राव्य आयोडाइडच्या जलीय द्रावणाशी मिसळले जाते.
अभिक्रियेचे संतुलित रासायनिक समीकरण असे आहे:
Pb(NO3)2(aq) + 2KI(aq) → PbI2(s) + 2KNO3(aq)
दोन स्वच्छ द्रावणे मिसळल्यावर, लेड(II) आयोडाइडचा चमकदार पिवळा अवक्षेप लगेच तयार होतो. जेव्हा हे मिश्रण गरम केले जाते, तेव्हा लेड(II) आयोडाइड पुन्हा विरघळते आणि एक स्वच्छ, रंगहीन द्रावण तयार होते. जेव्हा द्रावण हळूहळू थंड होऊ दिले जाते, तेव्हा लेड(II) आयोडाइडचे पुन:स्फटिकीकरण होते, ज्यामुळे असंख्य चमकणारे, सोनेरी, प्लेटसारखे स्फटिक तयार होतात जे हळूहळू द्रावणातून खाली पडतात, “गोल्डन रेन” सारखे दिसतात. हा प्रभावी दृश्य परिणाम यामुळे रसायनशास्त्र प्रयोगशाळांमध्ये एक लोकप्रिय प्रदर्शन बनला आहे.