Timbal

82Pb Timbal
Nodul timbal murni dan kubus timbal 1 cm3
Garis spektrum timbal
Sifat umum
Pengucapan	/timbal/[1]
Penampilan	abu-abu metalik
Timbal dalam tabel periodik
82Pb Hidrogen Helium Litium Berilium Boron Karbon Nitrogen Oksigen Fluorin Neon Natrium Magnesium Aluminium Silikon Fosforus Belerang Klorin Argon Kalium Kalsium Skandium Titanium Vanadium Kromium Mangan Besi Kobalt Nikel Tembaga Seng Galium Germanium Arsen Selenium Bromin Kripton Rubidium Stronsium Itrium Zirkonium Niobium Molibdenum Teknesium Rutenium Rodium Paladium Perak Kadmium Indium Timah Antimon Telurium Iodin Xenon Sesium Barium Lantanum Serium Praseodimium Neodimium Prometium Samarium Europium Gadolinium Terbium Disprosium Holmium Erbium Tulium Iterbium Lutesium Hafnium Tantalum Wolfram Renium Osmium Iridium Platina Emas Raksa Talium Timbal Bismut Polonium Astatin Radon Fransium Radium Aktinium Torium Protaktinium Uranium Neptunium Plutonium Amerisium Kurium Berkelium Kalifornium Einsteinium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrensium Ruterfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Hasium Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Kopernisium Nihonium Flerovium Moskovium Livermorium Tenesin Oganeson Sn ↑ Pb ↓ Fl talium ← timbal → bismut Lihat bagan navigasi yang diperbesar
Nomor atom (Z)	82
Golongan	golongan 14 (golongan karbon)
Periode	periode 6
Blok	blok-p
Kategori unsur	logam miskin
Berat atom standar (Ar)	[206,14, 207,94] 207,2±1,1 (diringkas)[2]
Konfigurasi elektron	[Xe] 4f14 5d10 6s2 6p2
Elektron per kelopak	2, 8, 18, 32, 18, 4
Sifat fisik
Fase pada STS (0 °C dan 101,325 kPa)	padat
Titik lebur	600,61 K ​(327,46 °C, ​621,43 °F)
Titik didih	2022 K ​(1749 °C, ​3180 °F)
Kepadatan mendekati s.k.	11,34 g/cm3
saat cair, pada t.l.	10,66 g/cm3
Kalor peleburan	4,77 kJ/mol
Kalor penguapan	179,5 kJ/mol
Kapasitas kalor molar	26,650 J/(mol·K)
Tekanan uap P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k pada T (K) 978 1088 1229 1412 1660 2027
Sifat atom
Bilangan oksidasi	−4, −2, −1, +1, +2, +3, +4 (oksida amfoter)
Elektronegativitas	Skala Pauling: 1,87 (+2) 2,33 (+4)
Energi ionisasi	ke-1: 715,6 kJ/mol ke-2: 1450,5 kJ/mol ke-3: 3081,5 kJ/mol
Jari-jari atom	empiris: 175 pm
Jari-jari kovalen	146±5 pm
Jari-jari van der Waals	202 pm
Lain-lain
Kelimpahan alami	primordial
Struktur kristal	​kubus berpusat muka (fcc) a=495,08 pm
Kecepatan suara batang ringan	1190 m/s (pada s.k.) (teranil)
Ekspansi kalor	28,9 µm/(m·K) (suhu 25 °C)
Konduktivitas termal	35,3 W/(m·K)
Resistivitas listrik	208 nΩ·m (suhu 20 °C)
Arah magnet	diamagnetik
Suseptibilitas magnetik molar	−23,0×10−6 cm3/mol (suhu 298 K)[3]
Modulus Young	16 GPa
Modulus Shear	5,6 GPa
Modulus curah	46 GPa
Rasio Poisson	0,44
Skala Mohs	1,5
Skala Brinell	38–50 MPa
Nomor CAS	7439-92-1
Sejarah
Penemuan	Timur Tengah (7000 SM)
Simbol	"Pb": dari Latin plumbum
Isotop timbal yang utama
Iso­top Kelim­pahan Waktu paruh (t1/2) Mode peluruhan Pro­duk 204Pb 1,4% stabil 206Pb 24,1% stabil 207Pb 22,1% stabil 208Pb 52,4% stabil
Kelimpahan isotop sangat bervariasi menurut sampel
lihat bicara sunting | referensi | di Wikidata

Timbal atau timbel (disebut juga plumbum atau timah hitam)^[a] adalah unsur kimia dengan lambang Pb dan nomor atom 82. Unsur ini merupakan logam berat dengan massa jenis yang lebih tinggi daripada banyak bahan yang ditemui sehari-hari. Timbal memiliki sifat lunak, mudah ditempa, dan bertitik leleh rendah. Saat baru dipotong, timbal berwarna perak mengilat kebiruan, tetapi jika terpapar udara permukaannya akan berubah menjadi warna abu-abu buram. Timbal adalah unsur stabil bernomor atom tertinggi dan tiga di antara isotopnya adalah hasil akhir peluruhan berantai unsur-unsur yang lebih berat.

Timbal adalah logam golongan IVA (14) yang relatif lengai atau tidak mudah bereaksi. Logam ini bersifat amfoter; unsur timbal maupun senyawa oksidanya mudah bereaksi dengan asam maupun basa. Dalam senyawa, timbal biasanya memiliki bilangan oksidasi +2, dan jarang teroksidasi hingga +4 yang umum pada unsur golongan IVA di atasnya. Namun, bilangan oksidasi +4 sering terjadi dalam senyawa-senyawa organotimbal.

Timbal dapat ditambang dari bijih mineral tertentu; hal ini dilakukan sejak zaman prasejarah di Asia Kecil. Galena, bijih timbal yang paling utama, sering mengandung perak, sehingga banyak ditambang dan digunakan di Romawi Kuno. Namun, produksinya menurun sejak keruntuhan Romawi, dan baru pada Revolusi Industri produksi timbal kembali mencapai tingkat seperti zaman Romawi. Pada 2014, produksi timbal dunia melebihi 10 juta ton per tahun, dan lebih dari setengahnya dihasilkan melalui daur ulang.

Sifat-sifat timbal yang berguna di antaranya adalah kepadatan tinggi, titik leleh rendah, kemudahan ditempa, dan tahan korosi. Selain itu, logam ini relatif murah dan banyak ditemukan sumbernya, sehingga sering digunakan manusia, termasuk untuk bangunan, pipa air, baterai, peluru, pemberat, solder, cat, zat aditif bahan bakar, dan tameng radiasi. Namun, sejak abad ke-19, sifat racun timbal mulai ditemukan dan penggunaannya mulai dikurangi. Timbal dapat masuk tubuh manusia melalui makanan, minuman, serta udara atau debu yang tercemar. Unsur ini merusak sistem saraf dan mengganggu fungsi enzim dalam tubuh. Timbal sangat berbahaya terutama untuk anak-anak karena dapat mengganggu pertumbuhan otak.

Atom timbal memiliki 82 elektron, dengan konfigurasi [Xe]4f¹⁴5d¹⁰6s²6p². Jumlah energi ionisasi pertama dan kedua timbal (energi untuk mengeluarkan dua elektron terluarnya) mirip dengan timah (Sn), tetangga atas timbal dalam golongan IVA. Hal ini tidak wajar karena energi ionisasi suatu unsur biasanya lebih rendah daripada tetangga atasnya di golongan yang sama, karena elektron terluarnya lebih jauh dari inti atom dan dipisahkan oleh lebih banyak orbital tingkat rendah. Ketidakwajaran ini disebabkan oleh fenomena yang disebut kontraksi lantanida, yaitu berkurangnya jari-jari atom dari lantanum (nomor atom 57) ke lutesium (71), dan relatif kecilnya jari-jari atom unsur-unsur berikutnya. Ini adalah akibat dari kurang efektifnya elektron-elektron 4f dalam melindungi elektron luar dari tarikan inti atom. Bahkan jika energi ionisasi pertama sampai keempat dijumlahkan, total energi ionisasi timbal melebihi timah,^[8] kebalikan dari pola yang umum untuk tetangga atas-bawah di tabel periodik. Di antara penyebab anomali ini adalah efek-efek kimia kuantum relativistik. Salah satunya adalah efek pasangan lengai, yang menyebabkan kedua elektron 6s timbal cenderung tidak terlibat dalam ikatan, sehingga jarak antara atom-atom pada kristal timbal menjadi sangat jauh.^[9]

Unsur-unsur di atas timbal pada golongan IVA (karbon, silikon, germanium, dan timah) memiliki alotrop dengan struktur kubik seperti intan, yaitu dengan ikatan kovalen bersusunan tetrahedral. Pada unsur-unsur tersebut, tingkat energi orbital s dan p terluar sangat mirip sehingga dapat melakukan hibridisasi orbital menjadi orbital sp³. Namun, hal serupa tidak terjadi pada timbal, karena efek pasangan lengai meningkatkan jarak energi orbital s dan p sehingga tidak dapat ditutupi oleh energi yang dibebaskan melalui ikatan yang melibatkan orbital sp³.^[10] Karena itu, timbal tidak memiliki struktur kristal kubik seperti intan, tetapi terikat melalui ikatan logam yang melibatkan ion-ion Pb²⁺ yang dikelilingi "lautan elektron" yang berasal dari orbital 6p. Timbal mengkristal dengan struktur kubik pusat muka (kpm, atau face-centred cubic, fcc)^[11] seperti halnya logam golongan IIA kalsium dan stronsium.^[12]

Timbal murni memiliki warna perak terang dengan sedikit kebiru-biruan.^[13] Zat ini memudar saat terkena udara lembap dan warnanya pun akan berubah tergantung kondisi. Ciri utama timbal di antaranya adalah massa jenis tinggi, lunak, dan mudah ditempa, serta tahan korosi karena adanya gejala pasivasi.^[14]

Massa jenis timbal yang tinggi (11,34 g/cm³) disebabkan oleh susunan atomnya yang berupa kubik pusat muka dengan kepadatan tinggi dan berat atom tinggi. Massa jenis ini lebih berat dari banyak logam lainnya, seperti besi (7,87 g/cm³), tembaga (8,93 g/cm³) dan seng (7,14 g/cm³).^[15] Ada beberapa logam yang lebih berat daripada timbal, tetapi lebih langka, yaitu tungsten dan emas (keduanya 19,3 g/cm³) dan osmium (22,59 g/cm³ dan logam terberat yang diketahui saat ini).^[16]

Timbal memiliki sifat lunak (hanya 1,5 skala Mohs) dan dapat digores dengan kuku.^[17] Logam ini cukup mudah ditempa (malleable) dan ditarik (ductile).^[18] Timbal memiliki modulus curah (bilangan yang menunjukkan tekanan yang dibutuhkan untuk mengurangi volume) sebesar 45,8 GPa. Sebagai perbandingan, logam aluminium memiliki modulus curah 75,2 GPa, tembaga 137,8 GPa, dan baja karbon sedang 160–169 GPa.^[19] Selain itu, timbal memiliki kekuatan tarik yang relatif rendah, yaitu 12–17 MPa (hanya sekitar 1/6 dari kekuatan tarik aluminium, 1/10 dari tembaga, dan 1/15 dari baja karbon sedang). Namun, timbal dapat diperkuat jika dipadukan dengan sedikit tembaga atau antimon.^[20]

Timbal memiliki titik leleh 327,5 °C,^[21] sangat rendah dibandingkan dengan kebanyakan logam.^[22][b] Titik didihnya adalah 1749 °C, terendah di golongan IVA.^[21] Timbal memiliki resistansi jenis (ρ) 192 nanoohm-meter pada suhu 20 °C, hampir 10 kali lebih besar dibanding logam-logam yang banyak digunakan industri, seperti tembaga (15,43 nΩ·m), emas (20,51 nΩ·m); dan aluminium (24,15 nΩ·m).^[24] Angka-angka ini menunjukkan bahwa timbal adalah penghantar arus listrik yang lebih buruk dibandingkan logam-logam tersebut. Timbal menjadi superkonduktor pada suhu di bawah 7,19 K,^[25] ini adalah suhu kritis superkonduktor tertinggi dari seluruh superkonduktor tipe I, dan tertinggi ketiga dari seluruh superkonduktor yang berupa unsur.^[26]

Isotop utama timbal

Iso­top Peluruhan kelim­pahan waktu paruh (t1/2) mode pro­duk 202Pb sintetis 5,25(28)×104 thn ε 202Tl 204Pb 1,4% stabil 205Pb renik 1,73(7)×107 thn ε 205Tl 206Pb 24,1% stabil 207Pb 22,1% stabil 208Pb 52,4% stabil 209Pb renik 3,253(14) jam β− 209Bi 210Pb renik 22,20(22) thn β− 210Bi 211Pb renik 36,1(2) mnt β− 211Bi 212Pb renik 10,64(1) jam β− 212Bi 214Pb renik 26,8(9) mnt β− 214Bi Kelimpahan isotop sangat bervariasi menurut sampel
Berat atom standar Ar°(Pb)	[206,14, 207,94] 207,2±1,1 (diringkas)[2]
lihat bicara sunting

Di alam, timbal memiliki 4 isotop stabil (dengan nomor massa 205, 206, 207, dan 208) dan 5 radioisotop renik yang cepat meluruh dan kelimpahannya sangat rendah. Banyaknya jumlah isotop ini adalah hal yang umum untuk unsur dengan nomor atom yang genap.^[c] Timbal memiliki 82 proton, yang merupakan salah satu "bilangan ajaib" dalam fisika inti; sesuai dengan model kulit nuklir, hal ini berarti timbal memiliki inti atom yang sangat stabil.^[28] Isotop timbal-208 bahkan memiliki 126 neutron (126 juga termasuk bilangan ajaib); alhasil isotop 208 ini (82 proton + 126 neutron) adalah isotop yang luar biasa stabil.^[28]

Timbal adalah unsur dengan nomor atom terbesar yang diketahui memiliki isotop stabil, dan isotop timbal-208 adalah isotop terberat yang diketahui stabil.^[29] Di atas kertas, keempat isotop stabil timbal dapat mengalami peluruhan alfa dengan melepaskan energi menjadi isotop-isotop raksa (nomor atom 80), tetapi peluruhan seperti itu belum pernah ditemukan. Justru keempat isotop ini sangat stabil dan waktu paruhnya diprediksi di antara 10³⁵–10¹⁸⁹ tahun, jauh lebih panjang dibandingkan dengan umur alam semesta saat ini.^[30]

Sebagian dari isotop stabil timbal, yaitu timbal-206, timbal-207 dan timbal-208 adalah produk akhir dari tiga deret radioaktif yang umum ditemui di alam. Ketiga deret ini berturut-turut adalah rantai yang berawal dari uranium-238 ("deret uranium"), dari uranium-235 ("deret aktinium"), dan dari torium-232 ("deret torium"). Ketiga deret ini merupakan tiga dari empat deret radioaktif utama yang ditemukan di alam.^[31][32] Distribusi isotop timbal di alam memiliki variasi yang tinggi tergantung keberadaan tiga isotop induk tersebut (uranium maupun torium). Misalnya, timbal yang diperoleh dari bijih torium dapat memiliki kelimpahan timbal-208 sebesar 90%, tetapi pada sampel biasa hanya memiliki kelimpahan 52%.^[33] Seiring perjalanan waktu, perbandingan timbal-206 dan timbal-207 terhadap timbal-204 akan meningkat karena timbal-206 dan timbal-207 akan bertambah diakibatkan peluruhan unsur lain, sedangkan timbal-204 bukanlah produk akhir peluruhan. Fenomena ini dimanfaatkan sebagai basis metode penanggalan yang disebut penanggalan timbal–timbal untuk memperkirakan umur batuan. Selain itu, karena uranium meluruh menjadi timbal, perubahan konsentrasi uranium dan timbal dimanfaatkan sebagai basis metode lain yang disebut metode penanggalan uranium–timbal.^[34] Isotop timbal-207 mengalami fenomena resonansi magnet inti (RMI, atau NMR, nuclear magnetic resonance), sehingga senyawa-senyawanya dapat diteliti melalui RMI baik dalam larutan, padatan, maupun dalam tubuh manusia.^[35][36][37]

Hampir seluruh timbal yang terdapat di alam terdiri dari isotop-isotop stabil yang disebut di atas. Selain itu, terdapat juga beberapa isotop radioaktif yang jumlahnya renik atau sangat kecil dan berumur sangat pendek. Salah satunya adalah timbal-210 yang waktu paruhnya hanya 22,3 tahun^[27] tetapi masih ditemukan di alam karena terus terbentuk sebagai produk perantara dalam deret peluruhan uranium-238. Isotop timbal-211, timbal-212, dan timbal-214 berturut-turut adalah produk perantara deret peluruhan uranium-235, deret torium, dan deret uranium-238, sehingga juga ditemukan di alam dengan jumlah renik. Timbal-209 juga terbentuk pada peluruhan radium-223. Radium-223 adalah isotop langka yang terbentuk sebagai produk sementara deret radioaktif uranium-235 dan deret neptunium-237, sehingga isotop timbal-209 dapat ditemukan dalam jumlah kecil pada bijih uranium. Timbal-210 dapat digunakan untuk memperkirakan umur sampel dengan menghitung nisbahnya terhadap timbal-206, karena keduanya terlibat dalam deret uranium-238.^[38]

Secara keseluruhan, terdapat 43 isotop timbal yang dapat disintesis, dengan nomor massa antara 178–220.^[27] Di antara isotop-isotop sintetis ini, timbal-205 adalah isotop yang paling stabil, dengan waktu paruh 1,5×10⁷ tahun.^[d] Isotop sintetis terstabil berikutnya adalah timbal-202, dengan waktu paruh 53.000 tahun, lebih tinggi dibanding isotop-isotop renik timbal yang alami.^[27]

Saat bersentuhan dengan udara lembap, padatan timbal bereaksi membentuk lapisan tipis di permukaan yang melindungi timbal tersebut dari korosi; fenomena ini disebut pasivasi.^[40] Lapisan yang terbentuk terdiri dari berbagai senyawa yang berbeda-beda tergantung keadaan. Timbal(II) karbonat adalah senyawa yang paling umum;^[41] selain itu timbal(II) sulfat maupun timbal(II) klorida dapat terbentuk dalam kondisi perkotaan atau di laut. Namun, dalam bentuk bubuk yang sangat halus, timbal dapat terbakar spontan di udara menghasilkan api berwarna putih kebiruan.^[42][43]

Timbal bereaksi dengan fluorin pada suhu ruangan membentuk timbal(II) fluorida. Reaksi serupa dengan klorin hanya terjadi pada suhu tinggi, karena reaksi ini menghasilkan lapisan timbal(II) klorida yang mengurangi reaktivitas.^[40] Timbal juga bereaksi dengan unsur golongan VIA, misalnya dengan oksigen membentuk timbal(II) oksida.^[44]

Logam timbal tidak bereaksi dengan asam sulfat dan asam fosfat, tetapi bereaksi dengan asam klorida dan asam nitrat; hasilnya tergantung apakah garam-garam yang dihasilkan dapat larut atau dapat membentuk lapisan pasivasi.^[45] Timbal larut dalam asam organik seperti asam asetat jika ada oksigen.^[40] Timbal juga bereaksi dengan basa pekat membentuk senyawa plumbit (PbO2−2).^[46]

Dalam senyawa, timbal memiliki dua bilangan oksidasi utama, +2 (sebagai timbal(II)) dan +4 (timbal(IV)). Bilangan oksidasi +4 sangat umum pada unsur golongan IVA. Kelaziman bilangan oksidasi +2 berbeda-beda untuk unsur-unsur golongan IVA: sangat langka pada karbon dan silikon, kadang terjadi pada germanium, dan lazim (tetapi bukan yang paling lazim) pada timah. Namun, pada timbal, bilangan oksidasi +2 lebih sering terjadi dibandingkan +4.^[40] Perbedaan ini diakibatkan efek-efek kimia kuantum relativistik, terutama efek pasangan lengai yang terjadi ketika ada perbedaan elektronegativitas yang besar antara timbal dan anion yang diikatnya (seperti oksida, halida atau nitrida), menyebabkan adanya muatan positif besar pada ion timbal. Hal ini lalu menyebabkan kontraksi pada orbital 6s timbal (lebih kuat dibandingkan kontraksi pada orbital 6p-nya), sehingga elektron-elektron 6s menjadi lebih lengai dan tidak mudah terionisasi. Namun,efek pasangan lengai ini kurang efektif pada senyawa yang melibatkan timbal dalam ikatan kovalen, misalnya pada senyawa organotimbal (senyawa dengan ikatan kovalen antara timbal dan karbon). Pada senyawa-senyawa ini, orbital 6s dan 6p berukuran sama dan cenderung berhibridisasi menjadi orbital sp³. Karena itu, timbal (seperti halnya karbon) umumnya memiliki bilangan oksidasi +4 pada senyawa organotimbal.^[47]

Elektronegativitas timbal(II) adalah 1,87 dan berselisih relatif jauh dengan elektronegativitas timbal(IV) yaitu 2,33. Selisih besar ini merupakan anomali dibanding unsur golongan IVA yang berada di atasnya. Sebagai contoh, timah(II) memiliki elektronegativitas 1,80 dan timah(IV) hanya terpaut sedikit di 1,96.^[48]

Terbentuknya senyawa-senyawa timbal(II) atau Pb²⁺ merupakan ciri khas timbal dalam reaksi anorganik. Bahkan pengoksidasi kuat seperti fluorin dan klorin hanya bisa mengoksidasi timbal menjadi timbal(II), membentuk senyawa PbF₂ and PbCl₂.^[40] Ion timbal(II) atau Pb²⁺ biasanya tidak berwarna dalam larutan,^[49] dan terhidrolisis sebagian untuk menghasilkan Pb(OH)⁺ dan kemudian [Pb₄(OH)₄]⁴⁺ (ion hidroksida berfungsi sebagai jembatan ligan),^[50][51] tetapi ion-ion ini tidak bersifat pereduksi seperti halnya ion timah(II). Analisis kualitatif untuk mendeteksi ion Pb²⁺ biasanya dilakukan dengan larutan asam klorida encer yang akan menghasilkan endapan timbal(II) klorida (PbCl₂). Namun, analisis ini tidak dapat mendeteksi ion Pb²⁺ yang sangat encer, karena PbCl₂ tidak mengendap jika konsentrasinya sangat kecil. Untuk mendeteksi larutan Pb²⁺ sangat encer, ditiupkan gas hidrogen sulfida, yang menghasilkan endapan timbal(II) sulfida (PbS).^[52]

Senyawa PbO atau timbal(II) oksida terdapat dalam dua bentuk kristal (polimorf), yang pertama disebut litharge (α-PbO, berwarna merah) dan yang kedua disebut massicot (β-PbO, berwarna kuning). Litharge adalah senyawa anorganik timbal yang paling banyak digunakan, sedangkan massicot hanya stabil pada suhu di atas 488 °C.^[53] Tidak ada senyawa timbal(II) hidroksida, jika larutan garam timbal(II) direaksikan dengan basa, maka Pb²⁺ akan terhidrolisis.^[54] Selain oksigen, timbal dapat bersenyawa dengan unsur golongan VIA (kalkogen) lainnya, membentuk keluarga senyawa timbal kalkogenida. Timbal sulfida bersifat semikonduktor, fotokonduktor, dan merupakan detektor radiasi inframerah yang sangat sensitif. Senyawa timbal kalkogenida lainnya, yaitu timbal selenida (PbSe) dan timbal telurida (PbTe), juga bersifat fotokonduktor. Salah satu keunikan senyawa-senyawa ini adalah warnanya semakin terang dari atas ke bawah tabel periodik.^[55]

Dengan unsur halogen, timbal(II) membentuk keluarga senyawa timbal(II) halida atau timbal dihalida, contohnya timbal(II) astatida (PbAt₂)^[56] dan halida campuran seperti PbFCl. Senyawa-senyawa halida campuran memiliki kelarutan yang relatif rendah sehingga dapat dimanfaatkan untuk analisis gravimetri terhadap fluorin. Timbal(II) fluorida, PbF₂ ditemukan pada 1834 oleh Michael Faraday dan merupakan padatan pertama yang ditemukan bersifat konduktor ion.^[57] Dihalida-dihalida lainnya mudah terurai jika terkena sinar tampak atau ultraviolet, terutama timbal(II) iodida, PbI₂.^[58] Senyawa timbal(II) pseudohalida juga telah ditemukan, seperti timbal(II) sianida (Pb(CN)₂), sianat (Pb(OCN)₂), dan tiosianat (Pb(SCN)₂). Timbal(II) dan halogen juga membentuk banyak senyawa kompleks, seperti [PbCl₄]²⁻, [PbCl₆]⁴⁻, dan keluarga anion [Pb₂Cl₉]_n⁵ⁿ⁻.^[58]

Selain itu, terdapat juga timbal(II) sulfat yang tidak larut dalam air, seperti banyak garam sulfat dengan kation logam berat berbilangan oksidasi +2 lainnya. Senyawa timbal(II) nitrat dan timbal(II) asetat larut dengan baik dalam air, sehingga sering dipakai untuk sintesis senyawa-senyawa timbal lainnya.^[59]

Hanya sedikit senyawa anorganik yang mengandung timbal(IV). Senyawa-senyawa ini biasanya hanya terbentuk dalam larutan oksidator kuat dan tidak terbentuk dalam kondisi standar.^[60] Contohnya adalah Pb₃O₄, yang memiliki campuran timbal(II) dan timbal(IV) dengan struktur 2PbO·PbO₂, dan merupakan contoh utama senyawa timbal dengan bilangan oksidasi campuran. Senyawa timbal(IV) lainnya adalah timbal(IV) oksida (PbO₂), yang merupakan zat oksidator yang kuat dan dapat mengoksidasi asam klorida menjadi gas klorin.^[61] Ini disebabkan senyawa PbCl₄ tidak stabil dan terurai secara spontan menjadi PbCl₂ and Cl₂.^[62] Timbal(IV) oksida juga dapat membentuk berbagai bentuk anion plumbat(IV). Terdapat juga timbal(IV) fluorida (PbF₄), yang berwujud serbuk kristal kuning dan bersifat stabil tetapi tidak sestabil timbal(II) fluorida. Senyawa halida lainnya adalah timbal(IV) klorida (PbCl₄) yang berwujud minyak kuning yang terurai pada suhu kamar, dan timbal(IV) bromida yang bahkan lebih tak stabil lagi. Keberadaan timbal(IV) iodida masih diragukan.^[63]

Sedikit sekali senyawa yang memiliki timbal dengan bilangan oksidasi selain +2 atau +4. Timbal(III) dan Timbal(I) bersifat tak stabil baik dalam bentuk ion maupun senyawa kompleks karena adanya radikal bebas. Sekalipun demikian, timbal(III) kadang ditemukan pada senyawa kompleks organotimbal besar sebagai zat perantara antara timbal(II) dan timbal(IV).^[64][65][66]

Timbal dengan bilangan oksidasi negatif dapat ditemukan dalam zat fase Zintl, baik sebagai ion Pb^4- bebas, seperti pada Ba₂Pb,^[67] maupun sebagai gugus ion berbentuk cincin atau polihedral.^[68] Contoh gugus ion polihedral adalah Pb₅²⁻, yang strukturnya adalah bipiramida segitiga. Ion ini memiliki dua atom timbal dengan bilangan oksidasi -1 dan tiga dengan bilangan oksidasi 0.^[68] Dalam ion ini, setiap atom berada pada tiap sudut bipiramida dan masing-masing menyumbangkan 2 elektron dari orbital sp³nya kepada rusuk-rusuk bipiramida. Dua elektron sp³ yang tersisa menjadi pasangan sunyi.^[50] Ion ini dapat terbentuk dalam amonia cair melalui reaksi reduksi timbal oleh natrium.^[69]

Timbal dapat membentuk rantai molekul panjang, seperti karbon dan unsur-unsur di golongan IVA pada umumnya. Namun, energi ikatan Pb–Pb relatif lemah, sekitar 3,5 kali lebih lemah dibanding ikatan karbon–karbon.^[44] Jika rantai molekul hanya terdiri dari timbal, panjang maksimal yang mungkin tercapai hanyalah 3.^[70] Jika rantai ini juga memiliki karbon, maka terbentuk senyawa-senyawa yang disebut senyawa organotimbal, yang mirip dengan senyawa-senyawa organik biasa tetapi lebih tak stabil karena ikatan Pb–C relatif lebih lemah.^[71][50] Hal ini menyebabkan senyawa organologam ini lebih langka dibandingkan saudara dekatnya di tabel periodik yaitu organotimah. Timbal pada sebagian besar senyawa organotimbal memiliki bilangan oksidasi +4, bahkan ketika diproduksi dari senyawa anorganik timbal(II). Contoh langka senyawa organotimbal(II) adalah Pb[CH(SiMe₃)₂]₂ dan Pb(η⁵-C₅H₅)₂.^[72]

Plumbana (PbH₄) adalah analog timbal untuk metana (CH₄), senyawa organik paling sederhana. Plumbana dapat dihasilkan melalui reaksi antara logam timbal dan atom hidrogen.^[73] Dua senyawa turunan plumbana, yaitu tetra metil timbal dan tetra etil timbal (TET atau TEL, tetraethyllead), adalah senyawa organotimbal yang paling terkenal. Keduanya relatif stabil, dan TET hanya terurai jika dipanaskan atau terpapar sinar matahari maupun ultraviolet.^[74][75] Terdapat juga tetrafenil timbal yang lebih stabil dan baru terurai pada suhu 270 °C.^[72] Banyak senyawa organotimbal bersifat oksidator, misalnya timbal tetraasetat yang digunakan sebagai oksidator untuk reaksi organik di laboratorium.^[76] Senyawa-senyawa organotimbal lainnya bersifat kurang stabil,^[71] dan banyak senyawa organik yang analog timbalnya tidak ditemukan.^[73]

Kelimpahan beberapa
unsur berat di Tata Surya^[77]

Nomor atom	Unsur	Kelimpahan relatif (timbal=1)
42	Molibdenum	0,798
46	Paladium	0,440
50	Timah	1,146
78	Platinum	0,417
80	Raksa	0,127
82	Timbal	1
90	Torium	0,011
92	Uranium	0,003

Di Tata Surya, timbal memiliki kelimpahan 0,112 ppb (bagian per semiliar).^[77] Kelimpahan ini 2,5 kali lipat kelimpahan unsur platinum, 8 kali raksa, dan 17 kali emas.^[77] Jumlah timbal di alam semesta saat ini meningkat perlahan karena banyak atom-atom berat yang meluruh perlahan menjadi timbal.^{[78] [79]}Sejak terbentuknya Tata Surya 4,5 miliar tahun lalu, kelimpahan timbal telah meningkat sekitar 0,75%.^[80] Walaupun timbal memiliki nomor atom relatif tinggi, timbal memiliki kelimpahan yang lebih tinggi dibanding kebanyakan unsur bernomor di atas 40 (lihat tabel).^[77]

Isotop primordial (isotop yang terbentuk sejak sebelum terbentuknya bumi) timbal terdiri dari isotop 204, 206, 207, dan 208. Semuanya terbentuk karena proses penangkapan neutron yang berulang-ulang terjadi di dalam bintang. Proses ini dibedakan menjadi dua mode: proses s dan proses r.^[81]

Dalam proses s (dari kata slow, "lambat"), penangkapan neutron terjadi setiap beberapa tahun atau puluhan tahun, sehingga inti-inti atom yang kurang stabil dapat mengalami peluruhan beta.^[82] Misalnya, inti 203
81Tl dapat menangkap neutron menjadi 204
81Tl, yang lalu mengalami peluruhan beta menjadi 204
82Pb yang bersifat stabil. Jika 204
82Pb menangkap neutron lagi, ia akan menjadi Pb, yang memiliki paruh waktu 15 juta tahun. Jika terus terjadi penangkapan neutron, inti ini akan menjadi 206
82Pb, lalu 207
82Pb, lalu 208
82Pb. Tambahan satu neutron lagi akan mengubahnya menjadi 209
82Pb, yang bersifat tidak stabil dan meluruh menjadi 209
83Bi dan melepaskan partikel beta. Inti ini lalu menangkap neutron menjadi 210
83Bi, yang meluruh (beta) menjadi 210
84Po, yang lalu mengalami peluruhan alfa menjadi 206
82Pb. Hasil siklus ini adalah Pb-206, Pb-207, Pb-208, dan Bi-209 (lihat gambar).^[83]

Dalam proses r (dari kata rapid, "cepat"), penangkapan neutron terjadi dengan sangat cepat, sehingga inti-inti atom yang terlibat tidak sempat mengalami peluruhan beta.^[84] Biasanya proses ini terjadi dalam kondisi kaya neutron, misalnya dalam sebuah supernova atau bergabungnya dua bintang neutron. Aliran neutron pada kondisi ini dapat mencapai 10²² neutron per cm² per detik.^[85] Proses r tidak menghasilkan timbal sebanyak proses s.^[86] Proses ini cenderung berhenti ketika inti atom mencapai 126 neutron.^[87] Pada posisi ini, konfigurasi neutron telah memenuhi kulit nuklirnya sehingga sangat sulit untuk menerima neutron tambahan.^[88] Saat aliran elektron berkurang, inti-inti kaya neutron yang terbentuk akan mengalami peluruhan beta menjadi osmium, iridium, dan plantinum.^[89]

Dalam klasifikasi Goldschmidt, timbal digolongkan sebagai unsur kalkofil, yang berarti unsur ini sering ditemukan bersama-sama dengan belerang.^[90] Timbal jarang ditemukan dalam bentuk logam asli.^[91] Timbal ditemukan dalam mineral-mineral yang relatif ringan, dan sepanjang sejarah bumi tetap bertahan di kerak bumi alih-alih tenggelam ke inti bumi. Hal ini menyebabkan timbal memiliki kelimpahan di kerak bumi yang relatif tinggi, yaitu 14 ppm (bagian per sejuta) atau peringkat ke-38 dari seluruh unsur.^[92][e]

Mineral utama yang mengandung timbal adalah galena (PbS), yang sering ditemukan bersama-sama dengan bijih seng.^[95] Kebanyakan mineral timbal lain masih terkait dengan galena: boulangerite, Pb₅Sb₄S₁₁, adalah sulfida campuran yang diturunkan dari galena, anglesite, PbSO₄ adalah hasil oksidasi galena, dan cerussite, PbCO₃, adalah hasil penguraian galena. Mineral-mineral ini sering tercampur unsur-unsur lain, seperti arsenik, timah, antimon, perak, emas, tembaga, dan bismut.^[95]

Dunia memiliki sumber timbal dengan total melebihi 2 miliar ton. Sumber timbal yang besar terdapat di Amerika Serikat, Australia, Irlandia, Meksiko, Peru, Portugal, Rusia, dan Tiongkok. Jika hanya menghitung sumber yang layak diekstraksi secara ekonomi, cadangan timbal dunia mencapai 88 juta ton pada tahun 2016. Dari total ini, jumlah terbesar adalah 35 juta yang berada di Australia, 17 juta di Tiongkok, dan 6,4 juta di Rusia.^[94]

Pada umumnya konsentrasi latar timbal di atmosfer berada di bawah 0,1 μg/m³, <100 mg/kg di tanah, dan <5 μg/L di air laut maupun tawar.^[96]

Manik-manik dari logam timbal yang diperkirakan berasal dari 7000–6500 SM telah ditemukan di Asia Kecil (sekarang daerah Turki); bisa jadi ini adalah kali pertama manusia mengekstraksi logam dari bijihnya melalui teknik peleburan.^[98] Pada masa itu, timbal agaknya memiliki sedikit kegunaan karena bersifat lunak dan tampak buram.^[98] Penyebab meningkatnya produksi timbal adalah karena bijih timbal yang disebut galena juga merupakan sumber perak.^[99] Bangsa Mesir Kuno adalah bangsa pertama yang menggunakan mineral timbal sebagai kosmetika, dan praktik inipun menyebar ke Yunani Kuno dan daerah-daerah lain.^[100] Bangsa Mesir Kuno bisa jadi juga menggunakan timbal untuk pemberat jaring penangkap ikan, kaca, email porselen, dan sebagai hiasan.^[99] Berbagai kebudayaan di daerah Bulan Sabit Subur menggunakan timbal untuk alat tulis, sebagai mata uang, dan sebagai bahan bangunan.^[99] Di Tiongkok Kuno, timbal digunakan psikostimulan di kalangan istana,^[99] sebagai mata uang^[101] dan sebagai alat kontrasepsi.^[102] Peradaban Lembah Indus dan Mesoamerika menggunakannya untuk membuat berbagai jimat;^[99] bangsa-bangsa Afrika daerah selatan dan timur menggunakannya untuk mengerjakan penarikan kawat.^[103]

Karena perak (yang sering tercampur dalam mineral timbal) banyak digunakan sebagai alat tukar dan perhiasan, sumber-sumber timbal mulai diolah di Asia Kecil sejak 3000 SM, lalu diikuti pengolahan di Kepulauan Aegea dan Lavrio (sekarang di Yunani). Tiga kawasan ini mendominasi pertambangan timbal hingga sekitar 1200 SM.^[105] Selain itu, sejak 2000 SM bangsa Bangsa Fenisia mengolah sumber timbal di Semenanjung Iberia; pada 1600 SM pulau Siprus dan Sardinia pun juga memiliki pertambangan timbal.^[106] Daerah Nusantara telah mengenal pertambangan timbal dan penggunaannya dalam paduan perunggu setidaknya sudah ada sejak zaman kebudayaan bercorak Hindu-Buddha. Sebagian artefak perunggu yang ditemukan dari zaman ini di Sumatra dan Jawa mengandung kadar timbal yang berkisar antara 1,22% sampai 17,43%.^[107] Daerah pertambangan yang menggunakan teknik peleburan ditemukan di berbagai tempat di Sumatra, termasuk Muara Sipongi, Sumatera Utara.^[108]

Republik Romawi menjadi produser terbesar timbal pada zaman klasik akibat perluasan wilayahnya di Eropa dan Laut Mediterania serta pengembangan pertambangan yang mereka lakukan. Puncak produksi timbal Romawi pada masa ini diperkirakan mencapai 80.000 ton. Seperti sebelumnya, sebagian besar timbal diperoleh sebagai hasil sampingan pertambangan perak.^[97][109] Pertambangan timbal dibuka di Eropa Tengah, Britania, Semenanjung Balkan, Yunani, Asia Kecil, dan Semenanjung Iberia. Semenanjung Iberia (atau Hispania) menghasilkan 40% timbal dunia.^[97]

Papan timbal banyak digunakan sebagai bahan menulis surat.^[110] Di Provinsi Yudea, timbal digunakan sebagai peti mati yang dicetak dengan motif-motif sesuai kepercayaan penghuninya.^[111] Timbal digunakan untuk bahan pipa air di Kekaisaran Romawi.^[112] Karena mudah diolah dan tahan korosi,^[112] timbal pun banyak digunakan sebagai bahan obat-obatan, atap, mata uang, maupun persenjataan.^{[113][114][115]} Penulis seperti Marcus Porcius Cato, Columella, dan Plinius yang Tua menyarankan penggunaan wadah berbahan atau berlapis timbal untuk membuat defrutum, pemanis dan pengawet yang digunakan untuk minuman anggur dan makanan. Saat ini diketahui bahwa wadah timbal memberikan rasa manis karena dapat bereaksi membentuk timbal(II) asetat ("gula timbal"), sedangkan wadah tembaga atau perunggu dapat menberikan rasa pahit akibat terbentuknya tembaga(II) asetat ("verdigris").^[116]

Penulis Romawi Vitruvius menulis bahwa timbal berbahaya untuk kesehatan,^[117] dan beberapa penulis modern berpendapat bahwa keracunan timbal adalah salah satu penyebab melemahnya bangsa Romawi.^{[118][119][f]} Namun, peneliti lain mengkritik pendapat tersebut, salah satunya dengan menunjukkan bahwa tidak semua gejala sakit perut diakibatkan keracunan timbal.^[121] Menurut penelitian arkeologi, pipa timbal yang digunakan bangsa Romawi meningkatkan kadar timbal dalam air leding, tetapi efeknya kemungkinan besar tidak terlalu berbahaya.^[122][123]

Penambangan timbal di Eropa barat menurun setelah runtuhnya Kekaisaran Romawi Barat, dan hanya Al-Andalus (Hispania) yang masih memproduksi timbal dengan jumlah besar.^[124][125] Pada saat bersamaan, pertambangan timbal tumbuh dengan cepat di luar Eropa. Produksi terbesar terjadi di Asia Timur (terutama Tiongkok) dan Asia Selatan (terutama India).^[125]

Pertambangan timbal mulai meningkat lagi di Eropa pada abad ke-11 dan ke-12, dan logam tersebut digunakan kembali untuk bahan atap dan pipa.^[126] Sejak abad ke-13, timbal digunakan untuk membuat kaca berwarna.^[126] Menurut ilmu alkimia dalam tradisi dunia Islam dan Eropa pada abad pertengahan, timbal merupakan logam dasar tak murni yang konon dapat diubah menjadi emas melalui proses pemisahan dan pemurnian.^[127]

Pada masa ini, timbal juga digunakan sebagai bahan campuran pada minuman anggur. Paus Aleksander VI melarang penggunaan anggur yang tercampur timbal dalam misa dan ritus-ritus lainnya pada 1498, tetapi praktik ini terus berlangsung, mengakibatkan terjadinya banyak keracunan hingga abad ke-18.^[124][129] Timbal juga merupakan bahan penting untuk mesin cetak yang ditemukan sekitar 1440; pekerja mesin cetak sering terpapar racun karena menghirup debu timbal.^[130] Timbal menjadi bahan utama peluru untuk senjata api pada masa ini. Walaupun lebih mahal dibanding besi, timbal dipilih karena besi membuat laras senapan tidak awet, sedangkan timbal lebih padat dan mudah diproduksi karena titik lelehnya lebih rendah.^[131] Kosmetik berbahan timbal digunakan oleh kalangan bangsawan Eropa Barat sebagai pemutih wajah, dan kelak juga untuk rambut palsu dan celak. Tren ini baru surut pada masa Revolusi Prancis pada akhir abad ke-18.^[132][133]

Tren serupa juga muncul di Jepang abad ke-18, sejak munculnya profesi geisha atau wanita penghibur. Timbal sangat umum dipakai sebagai pemutih wajah.^[134] Wajah putih dianggap melambangkan sifat baik wanita Jepang.^[135] Di Afrika, pertambangan dan pengolahan timbal berlangsung di Palung Benue^[136] dan daerah hilir Cekungan Kongo, serta penggunaan logam ini sebagai mata uang dan alat tukar dengan bangsa Eropa telah terjadi pada abad ke-17, sebelum penjajahan besar-besaran oleh bangsa Eropa.^[137]

Di benua Amerika, kedatangan bangsa Eropa diikuti juga dengan pertambangan timbal. Pertambangan mulai didirikan di Koloni Virginia pada 1621, 14 tahun setelah pendirian koloni tersebut.^[138] Di Australia, pertambangan timbal adalah pertambangan pertama yang didirikan oleh pemukim Eropa, yaitu pada tahun 1841.^[139]

Revolusi Industri terjadi pada paruh kedua abad ke-18, dimulai di Britania Raya dan menyebar ke benua Eropa dan Amerika Serikat. Saat ini produksi timbal meningkat kembali, dan melebihi produksi zaman Romawi untuk pertama kalinya.^[97] Awalnya, Britania Raya adalah penghasil timbal terbesar hingga pertengahan abad ke-19, saat persediaan timbalnya mulai habis dan pertambangan di Jerman, Spanyol, dan Amerika Serikat semakin berkembang.^[140] Pada 1900, Amerika Serikat adalah penghasil timbal terbesar, dan negara non-Eropa lainnya (terutama Kanada, Meksiko, dan Australia) mulai menambang timbal dalam jumlah besar.^[141] Alhasil, produksi timbal di luar Eropa melebihi produksi Eropa.^[141] Timbal paling banyak digunakan untuk membuat pipa dan cat.^[142] Semakin banyak orang (terutama golongan pekerja) terpapar timbal dan kasus-kasus keracunan pun meningkat. Hal ini memicu penelitian mengenai efek timbal bagi tubuh manusia. Penelitian selanjutnya menyimpulkan bahwa asap timbal lebih berbahaya daripada timbal berbentuk padatan. Timbal dikaitkan dengan penyakit pirai—dokter Inggris Alfred Baring Garrod menemukan bahwa sepertiga dari pasien pirainya adalah tukang leding atau tukang cat. Pada abad ke-19, diteliti juga efek menghirup timbal (terutama jika terus menerus) terhadap kelainan-kelainan mental. Pada dekade 1870-an dan 1880-an, Britania Raya mengeluarkan undang-undang untuk mengurangi keracunan timbal di pabrik-pabrik.^[142]

Bukti-bukti bahaya yang ditimbulkan timbal terus ditemukan pada abad ke-19 dan 20. Pengetahuan akan mekanisme unsur ini dalam tubuh manusia semakin jelas, dan ditemukan juga fenomena kebutaan yang diakibatkan oleh timbal. Akibatnya, unsur ini mulai dihindari di Amerika Serikat dan Eropa. Britania Raya mewajibkan inspeksi pabrik pada 1878 dan menunjuk pejabat khusus untuk mengepalai inspeksi pabrik pada 1898; setelah itu, kasus keracunan timbal berkurang 25 kali lipat dalam rentang 1900–1944.^[143] Pada 1930, sebagian besar negara Eropa telah melarang cat timbal (yang populer karena warnanya pekat dan tahan air)^[144] untuk interior bangunan.^[14