鉛は、宇宙論的および地質学的にユニークな役割を果たしています：それは、4つの主要な自然放射性崩壊連鎖のうち3つの安定した終点です。鉛の安定同位体は、ウランとトリウムの崩壊の最終生成物です：
4番目の安定同位体である \(^{204}\mathrm{Pb}\) は放射性起源ではありません。「原始的」と呼ばれ、太陽系の形成以来存在しています。したがって、現在地球上に存在する鉛のほとんどは、数十億年にわたってより重い元素の放射性崩壊によって形成されました。
これらの崩壊により、ウラン/トリウム-鉛同位体システムは、最も強力で広く使用されている地質時計の一つとなっています。岩石や鉱物（例えばジルコン）中の \(^{206}\mathrm{Pb}/^{238}\mathrm{U}\)、\(^{207}\mathrm{Pb}/^{235}\mathrm{U}\)、および \(^{207}\mathrm{Pb}/^{206}\mathrm{Pb}\) の比率を測定することで、地質年代学者は、太陽系の形成（4.567 Ga）から数百万年前の最近の地質学的プロセスまで、様々な出来事を正確に年代測定することができます。この方法により、地球の年齢は約45.4億年と決定されました。
鉛の同位体比は、地球化学的トレーサーとしても機能します。異なる地質学的貯留層（マントル、大陸地殻、鉱床）が異なる鉛同位体シグネチャを持っているため、マグマ、堆積物、さらには歴史的な大気汚染（1970年代の自動車排ガスの鉛同位体シグネチャはローマの鉱山のものとは異なります）の起源を追跡することができます。
鉛の宇宙的存在度は、水素の約1.0×10⁻¹¹倍です。鉛は主にAGB星におけるs過程（遅い中性子捕獲）によって合成され、超新星時のr過程も大きく寄与しています。鉛はs過程によって効率的に生成される最も重い安定元素であり、元素スペクトルにおいて存在度のピークとなっています。その二重魔法核（Z=82、完全な陽子殻）により、例外的な安定性を持っています。
化学記号のPbは、ラテン語の"plumbum"に由来し、「配管工」や「配管」という言葉もこれに由来します。錬金術では、鉛は土星と関連付けられ、重さ、憂鬱、そして金に変えるべき原料（「大いなる業」の目的）を象徴していました。
鉛は、銅や金とともに、人類が最初に使用した金属の一つです。その抽出の容易さ（方鉛鉱（PbS）の単純な還元）と性質（展性、融点が低い、腐食に強い）から、ローマ人にとって選択肢の一つとなりました。彼らは以下の用途で大量に使用しました：
一部の歴史家は、慢性的な鉛中毒（鉛中毒症）がローマのエリート層の衰退に寄与した可能性があり、生殖能力や知的能力に影響を与えたと主張しています。
鉛の使用は続きました：大聖堂の屋根やステンドグラス、活字、弾丸（銃弾、散弾）、塗料の顔料（白色の白鉛、黄色の鉛クロム）、おもりなどです。産業革命により、その生産と使用は大幅に増加し、特に鉛塗料と有鉛ガソリンの登場により20世紀にピークを迎えました。
鉛の主な鉱石は方鉛鉱（PbS）で、立方体の金属灰色の鉱物であり、しばしば閃亜鉛鉱（ZnS）や銀と共生しています。主な生産国は中国（世界生産の約半分）、オーストラリア、アメリカ合衆国、ペルー、メキシコです。年間の鉱業生産量は約450万トンです。現在、重要な部分（50％以上）がリサイクル、特にバッテリーから供給されています。
鉛の価格は適度で、通常、経済サイクルと自動車産業（バッテリー用）の需要に従います。
鉛（記号Pb、原子番号82）は、周期表の14族（炭素族）に位置する後遷移元素で、炭素、ケイ素、ゲルマニウム、スズとともに分類されます。このグループの中で最も重く、金属性の強い元素です。その原子は82個の陽子、通常125〜126個の中性子（同位体 \(^{207}\mathrm{Pb}\) と \(^{208}\mathrm{Pb}\) の場合）、および82個の電子を持ち、電子配置は[Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p²です。4個の価電子（6s² 6p²）を持っています。
鉛は青みがかった灰色の、密度が高く、柔らかく、展性に富み、融点の低い金属です。
鉛は面心立方構造（FCC）で結晶化します。
鉛は327.46 °C（600.61 K）で溶け、1749 °C（2022 K）で沸騰します。固体状態での広い温度範囲と容易な鋳造性は、歴史的にその使用を容易にしました。
鉛は、表面に酸化物、炭酸塩、または硫酸塩の保護層を形成するため、比較的反応性の低い金属です。大気中の腐食や多くの化学薬品（特に濃硫酸（バッテリーに使用））による攻撃に強いです。しかし、硝酸や酢酸には侵されます。
密度：11.34 g/cm³。
融点：600.61 K（327.46 °C）。
沸点：2022 K（1749 °C）。
結晶構造：面心立方構造（FCC）。
電子配置：[Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p²。
主な酸化状態：+2と+4。
| 同位体/表記 | 陽子（Z） | 中性子（N） | 原子質量（u） | 天然存在比 | 半減期/安定性 | 崩壊/備考 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 鉛-204 — \(^{204}\mathrm{Pb}\) | 82 | 122 | 203.973044 u | ≈ 1.4 % | 安定 | 唯一の安定な非放射性同位体。「原始的」同位体で、地質年代学の計算の基準として使用されます。 |
| 鉛-206 — \(^{206}\mathrm{Pb}\) | 82 | 124 | 205.974465 u | ≈ 24.1 % | 安定 | \(^{238}\mathrm{U}\)の崩壊の安定した最終生成物。主要な放射性起源同位体。 |
| 鉛-207 — \(^{207}\mathrm{Pb}\) | 82 | 125 | 206.975897 u | ≈ 22.1 % | 安定 | \(^{235}\mathrm{U}\)の崩壊の安定した最終生成物。\(^{207}\mathrm{Pb}/^{206}\mathrm{Pb}\)年代測定に不可欠。 |
| 鉛-208 — \(^{208}\mathrm{Pb}\) | 82 | 126 | 207.976652 u | ≈ 52.4 % | 安定 | \(^{232}\mathrm{Th}\)の崩壊の安定した最終生成物。最も豊富で重い安定同位体（二重魔法核）。 |
注：
電子殻： 電子が原子核の周りにどのように配置されているか。
鉛は82個の電子を6つの電子殻に分布させています。その電子配置[Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p²は、炭素やケイ素と同様に、6番目の殻に4個の価電子（s² p²）を持ちますが、相対論的効果により6s²対が非常に不活性（「不活性電子対効果」）になります。これは、K(2) L(8) M(18) N(32) O(18) P(4)または完全な形式で1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴ 5s² 5p⁶ 5d¹⁰ 6s² 6p²とも書くことができます。
K殻（n=1）：2個の電子（1s²）。
L殻（n=2）：8個の電子（2s² 2p⁶）。
M殻（n=3）：18個の電子（3s² 3p⁶ 3d¹⁰）。
N殻（n=4）：32個の電子（4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴）。
O殻（n=5）：18個の電子（5s² 5p⁶ 5d¹⁰）。
P殻（n=6）：4個の電子（6s² 6p²）。
鉛は4個の価電子（6s² 6p²）を持っています。しかし、不活性電子対効果により、酸化状態+2（6p²対のみが失われる）の方が酸化状態+4（6s²対も失われる必要がある）よりも安定で一般的です。
この化学は、炭素の化学と対照的であり、炭素では+4状態が一般的です。これは、周期表のグループ内での性質の進化を示しています。
新しく切断された鉛は金属光沢を持っていますが、空気中で急速に一酸化鉛（PbO）と塩基性炭酸鉛（2PbCO₃·Pb(OH)₂）の薄い灰色の層を形成し、さらに酸化されるのを防ぎます。空気中で加熱すると、まず黄色の一酸化鉛（PbO、リサージ）を形成し、さらに高温では赤色の四酸化三鉛（Pb₃O₄、ミニウム）を形成します。これは歴史的な顔料です。
1859年にガストン・プランテによって発明され、最初の充電可能なバッテリーです。その成功は、信頼性、低コスト、強い電流を供給する能力にあります。
原理：
負極：海綿状鉛（Pb）。
正極：二酸化鉛（PbO₂）。
電解質：約30％の硫酸（H₂SO₄）。
放電反応：Pb + PbO₂ + 2H₂SO₄ → 2PbSO₄ + 2H₂O
応用は至る所にあります：車両の始動（SLI）、バックアップ電源（UPS）、電気自動車（牽引）、オフグリッドの太陽光発電システム。これらのバッテリーのリサイクルは非常に効率的です（先進国では99％以上）。
鉛の高密度と高い原子番号は、イオン化放射線に対する理想的なシールドとなっています。X線やガンマ線を効果的に吸収します。以下の形で使用されます：
鉛は蓄積性の毒物であり、既知の生物学的機能はありません。鉛は、特にカルシウム（Ca²⁺）と亜鉛（Zn²⁺）などの必須金属イオンに置き換わることで、多くの酵素プロセスを妨害します。その主な標的は：
特に子供に対して、無害な閾値は証明されていません。WHOは、子供の血中鉛濃度が5 µg/dLを超えると懸念されるとしています。保健当局は「予防原則」を推奨しています：曝露を可能な限り減らすこと。
大気中に放出された鉛は、土壌や水に沈着します。鉛はほとんどの土壌で移動性が低く、表層に蓄積します。酸性環境では、移動性が高まり、地下水を汚染する可能性があります。鉛は分解されず、その持続性は数千年に及びます。
象徴的な事例には、ザンビアのカブウェ市（古い鉛鉱山の汚染）、アメリカ合衆国のウェストダラス地区（古い精錬所）、および有鉛ガソリンによる世界的な汚染があり、その堆積物は世界中の極地の氷や湖の堆積物で測定可能です。
これは循環経済のモデルです。使用済みバッテリーは収集され、破砕され、成分が分離されます。鉛は再溶解および精製され、一次鉛と同等の品質の二次鉛を生産します。このプロセスは、鉱業に比べて最大80％少ないエネルギーを使用します。
証明された毒性に対処するため、厳格な国際規制が導入されています：
除染は複雑で高コストです。方法には、汚染土壌の掘削と埋設、安定化/固化（鉛をマトリックスに閉じ込める）、植物による浄化（シダ植物などの蓄積植物の使用）が含まれます。
鉛は、有用だが危険な物質のパラドックスを示しています。目標は：
鉛の歴史は、技術の大規模な普及前に長期的な影響を評価する必要性についての強力な警告です。
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