Museu de Topografia Prof. Laureano Ibrahim Chaffe Departamento de Geodésia – IG/UFRGS Origem e uso do CHUMBO (elemento químico) Texto original: Wikipedia, a enciclopédia livre/Setembro/2011 Ampliação e ilustrações: Iran Carlos Stalliviere Corrêa IG/UFRGS O chumbo (do latim plumbum) é um elemento químico de símbolo Pb, número atômico 82 (82 prótons e 82 elétrons), com massa atômica igual a 207,2 u, pertencente ao grupo 14 ou IVA da classificação periódica dos elementos químicos. À temperatura ambiente, o chumbo se encontra estado sólido. Galena (PbS) Cerussita (PbCO3) O chumbo é um metal tóxico, pesado, macio, maleável e mau condutor de eletricidade. Apresenta coloração branco-azulada quando recentemente cortado, porém adquire coloração acinzentada quando exposto ao ar. É usado na construção civil, baterias de ácido, em munição, proteção contra raios-X e forma parte de ligas metálicas para a produção de soldas, fusíveis, revestimentos de cabos elétricos, materiais antifricção, metais de tipografia, etc. O chumbo tem o número atômico mais elevado entre todos os elementos estáveis. É um metal conhecido e usado desde a antiguidade. Suspeitase que este metal já fosse trabalhado há 7000 anos. Chumbo na Tabela Periódica Características principais O chumbo é um metal pesado (densidade relativa de 11,4 a 16 °C), de coloração branca-azulada, tornando-se acinzentado quando exposto ao ar. Muito macio, altamente maleável, baixa condutividade elétrica e altamente resistente à corrosão. O chumbo se funde com facilidade (327,4 °C), com temperatura de vaporização a 1725 °C. Os estados de oxidação que pode apresentar são 2 e 4. É relativamente resistente ao ataque dos ácidos sulfúrico e clorídrico, porém se dissolve lentamente em ácido nítrico. O chumbo é um anfótero, já que forma sais de chumbo dos ácidos, assim como sais metálicos do ácido plúmbico. O chumbo forma muitos sais, óxidos e compostos organoplúmbicos. Aplicações O mais amplo uso do chumbo é na fabricação de acumuladores. Outras aplicações importantes são na fabricação de forros para cabos, elemento de construção civil, pigmentos, soldas suaves e munições. A fabricação de chumbo tetra etílico (TEL) vem caindo muito em função de regulamentações ambientais cada vez mais restritivas no mundo no que se diz respeito à sua principal aplicação que é como aditivo na gasolina. No caso do Brasil desde 1978 este aditivo deixou de ser usado como antidetonante. Acumuladores de Chumbo – Bateria Têm-se desenvolvido compostos organoplúmbicos para aplicações como catalisadores na fabricação de espumas de poliuretano, como tóxico para as pinturas navais com a finalidade de inibir a incrustação nos cascos, agentes biocidas contra as bactérias granpositivas, proteção da madeira contra o ataque das brocas e fungos marinhos, preservadores para o algodão contra a decomposição e do mofo, agentes molusquicidas, agentes antihelmínticos, agentes redutores do desgaste nos lubrificantes e inibidores da corrosão do aço. Espuma de poliuretano Graças a sua excelente resistência a corrosão, o chumbo encontra muitas aplicações na indústria de construção e, principalmente, na indústria química. É resistente ao ataque de muitos ácidos, porque forma seu próprio revestimento protetor de óxido. Como consequência desta característica, o chumbo é muito utilizado na fabricação e manejo do ácido sulfúrico. Durante muito tempo se tem empregado o chumbo como manta protetora para os aparelhos de raio-X. Em virtude das aplicações cada vez mais intensas da energia atômica, torna-se cada vez mais importante as aplicações do chumbo como blindagem contra a radiação. Mantas de prteção para Raio-X Sua utilização como forro para cabos de telefone e de televisão segue sendo uma forma de emprego adequada para o chumbo. A ductilidade única do chumbo o torna particularmente apropriado para esta aplicação, porque pode ser estirado para formar um revestimento contínuo em torno dos condutores internos. Fio revestido com plasti-chumbo O uso de chumbo em pigmentos tem sido muito importante, porém a sua utilização tem diminuído muito. O pigmento, que contém este elemento, é o branco de chumbo, 2PbCO3 .Pb(OH)2; outros pigmentos importantes são o sulfato básico de chumbo e os cromatos de chumbo. Tinta Banco de Chumbo Sulfato de Chumbo Cromato de Chumbo Utiliza-se uma grande variedade de compostos de chumbo, como os silicatos, os carbonatos e os sais de ácidos orgânicos, como estabilizadores contra o calor e a luz para os plásticos de cloreto de polivinila (PVC). Usam-se silicatos de chumbo para a fabricação de vidros e cerâmicas. O nitreto de chumbo, Pb(N3)2, é um detonador padrão para os explosivos. Os arseniatos de chumbo são empregados em grande quantidades como inseticidas para a proteção dos cultivos. O litargírio (óxido de chumbo) é muito empregado para melhorar as propriedades magnéticas dos imãs de cerâmica de ferrita de bário. O chumbo forma ligas com muitos metais e, em geral, é empregado nesta forma na maior parte de suas aplicações. Todas as ligas metálicas formadas com estanho, cobre, arsênio, antimônio, bismuto, cádmio e sódio apresentam importantes aplicações industriais (soldas, fusíveis, material de tipografia , material de antifricção, revestimentos de cabos elétricos, etc.). Uma mistura de zirgonato de chumbo e de titanato de chumbo, conhecida como PZT, está sendo posta no mercado como um material piezoelétrico. Estrutura do PZT História O chumbo é usado pelos humanos por, pelo menos, 7000 anos, porque era (e continua sendo) muito difundido na natureza e de fácil extração. Também é fácil de ser trabalhado por ser altamente maleável, ductil e de baixo ponto de fusão. O chumbo foi mencionado no "Livro do Exodus". A peça mais antiga de chumbo descoberta pelos arqueólogos data de 3800 a.C. e, está guardada no Museu Britânico. Por volta de 3000 a.C. há evidências que os Chineses já produziam este metal. Há indícios, também, que os fenícios exploravam o chumbo em 2000 a.C. Encanamentos de chumbo com as insígnias de imperadores romanos, de 300 a.C, ainda estão em serviço. Os alquimistas achavam que o chumbo era o mais velho dos metais e associavam este metal ao planeta Saturno. A partir de 700 d.C. os alemães iniciaram a exploração deste metal, juntamente com a da prata, nas minas existentes nas montanhas de Hartz, no vale do vale do Reno e na Boêmia a partir do século XIII. Na Grã-Bretanha, a partir do século XVII, principalmente nas regiões de Derbyshire e Gales as indústrias de fundições deste metal prosperaram. O símbolo “Pb” do chumbo é uma abreviatura do nome latino plumbum. Moeda de chumbo do final do século II e início do século I a.C. Ocorrência e obtenção Minério de chumbo - Galena O chumbo raramente é encontrado no seu estado elementar. O mineral de chumbo mais comum é o sulfeto denominado de galena (com 86,6% deste metal) . Outros minerais de importância comercial são o carbonato (cerusita) e o sulfato (anglesita), que são mais raros. Geralmente é encontrado com minerais de zinco, prata e, em maior abundância, de cobre. Também é encontrado chumbo em vários minerais de urânio e de tório, já que vem diretamente da desintegração radioativa destes radioisótopos. Os minerais comerciais podem conter pouco chumbo (3%), porém o mais comum é em torno de 10%. Os minerais são concentrados até alcançarem um conteúdo de 40% ou mais de chumbo antes de serem fundidos. Cerusita Anglesita Através da ustulação do minério de chumbo, galena, obtémse como produto o óxido de chumbo que, num alto forno, é reduzido com a utilização de coque, fundente e óxido de ferro. O chumbo bruto obtido é separado da escória por flotação. A seguir, é refinado para a retirada das impurezas metálicas, que pode ser por destilação. Desta forma pode-se obter chumbo com uma pureza elevada (99,99%). Os principais depósitos de minérios de chumbo estão localizados nos EUA, Austrália, Canadá, Peru, México, Bolívia, Argentina, África do Sul, Zâmbia, Espanha, Suécia, Alemanha, Itália e Sérvia, sendo os principais produtores os Estados Unidos, Austrália, Canadá, Peru e México. Isótopos O chumbo tem 4 isótopos naturais estáveis que, com a respectiva abundância natural, são: Pb-204 (1.4%), Pb-206 (24.1%), Pb-207 (22.1%) e Pb-208 (52.4%). O Pb-206, Pb-207 e o Pb-208 são os produtos finais de uma complexa cadeia de decaimento que se inicia com o U-238, U-235 e Th-232, respectivamente. Cada um deles é documentado em relação ao 204 Pb, o único isótopo natural radioativo, que devido a sua longa meia-vida pode ser considerado estável. Tipos de radiação emitida e tempos de meia-vida de diferentes átomos radioativos. Precauções O chumbo pode ser encontrado na água potável através da corrosão de encanamentos de chumbo. Isto é comum de ocorrer quando a água é ligeiramente ácida. Este é um dos motivos para os sistemas de tratamento de águas públicas ajustarem o pH das águas para uso doméstico. O chumbo não apresenta nenhuma função essencial conhecida no corpo humano. É extremamente danoso quando absorvido pelo organismo através da comida, ar ou água. O chumbo pode causar vários efeitos indesejáveis, tais como: Perturbação da biossíntese da hemoglobina e anemia; Aumento da pressão sanguínea; Danos aos rins; Abortos; Alterações no sistema nervoso; Danos ao cérebro; Diminuição da fertilidade do homem através de danos ao esperma; Diminuição da aprendizagem em crianças; Modificações no comportamento das crianças, como agressão, impulsividade e hipersensibilidade. O chumbo pode atingir o feto através da placenta da mãe, podendo causar sérios danos ao sistema nervoso e ao cérebro da criança . O seu uso durante o Império Romano em encanamentos de água (e seu sal orgânico, acetato de chumbo, conhecido como “açúcar de chumbo”, usado como adoçante em vinhos) é considerado por alguns como causa da demência que afetou muitos dos imperadores romanos. Devido à elevada toxicidade do chumbo e dos seus compostos, ações para prevenir e reparar contaminações ambientais são comuns nos tempos atuais. Materiais e dispositivos que contém chumbo não podem ser descartados ao ambiente. Devem ser reciclados. A reciclagem por sua vez trata-se de um processo com desafios muito grandes a serem enfrentados diante dos resíduos gerados durante o processo de reciclagem. No caso da reciclagem das baterias de automóveis, por exemplo, primeiro os componentes das baterias (plástico e metal) são separados hidraulicamente. Depois, o metal é fundido. Reciclagem de baterias Ao longo desse trabalho, ocorrem emissões de gases e efluentes, ambos contaminados com o chumbo. Muito tem-se desenvolvido para reduzir ao máximo essas contaminações e minimizar o impacto desse processo. Também ocorre a geração de escória ao longo do processo. Estima-se que de cada tonelada de metal reaproveitada são gerados cerca de 150 a 300 kg de resíduo sólido contaminado com chumbo. Uma das opções que se tem pensado como solução para este segundo caso é o uso deste resíduo no lugar da brita após tratamento adicional de imobilização do metal. Toxicologia - Vias de exposição As principais vias de exposição são a oral, inalatória e cutânea. A ingestão é a principal via de exposição para a população em geral, sendo especialmente importante nas crianças. No caso da exposição ocupacional a via de maior importância é a inalação. Contudo, os efeitos tóxicos são os mesmos, qualquer que seja a via de exposição. A via cutânea tem apenas um papel importante na exposição ao chumbo orgânico. Outra via de exposição que pode influenciar os níveis de chumbo na corrente sanguínea é a endógena. Uma vez absorvido, o chumbo pode ser armazenado no tecido mineralizado (ossos e dentes) por longos períodos. Quando há necessidades de cálcio esse chumbo pode ser novamente libertado na corrente sanguínea; isto acontece sobretudo na gravidez, lactação e osteoporose e é especialmente perigoso para o feto em desenvolvimento. Toxicocinética A absorção do chumbo depende do estado físico e químico do metal e é influenciada pela idade, estado fisiológico e nutricional e fatores genéticos. Nos adultos, 5 a 15% do chumbo ingerido é absorvido no trato gastrointestinal, enquanto nas crianças essa absorção pode ultrapassar os 50%. A absorção de partículas de chumbo após inalação envolve a deposição das partículas no trato respiratório e a sua absorção e libertação para a circulação. A via de absorção tem pouco efeito na distribuição do chumbo. O chumbo absorvido é transportado pelo sangue e distribuído por três compartimentos: Sangue; Tecidos mineralizados (ossos e dentes); Tecidos moles (fígado, rins, pulmões, cérebro, baço, músculos e coração). Mais de 90% do chumbo no sangue encontra-se nos glóbulos vermelhos. O tempo de semi-vida do chumbo no sangue varia entre 28 a 36 dias. Os ossos e dentes dos adultos contêm cerca de 94% da quantidade total de chumbo no organismo; nas crianças, esta quantidade é de aproximadamente 73%. As maiores acumulações de chumbo nos tecidos moles encontram-se no fígado e rins. O tempo de semi-vida do chumbo nos tecidos moles é de 40 dias. O chumbo orgânico pode ser metabolizado a chumbo inorgânico pelo sistema hepático citocromo P450. O chumbo inorgânico não é metabolizado, no entanto pode sofrer conjugação com a glutationa. Aproximadamente 90% do chumbo é eliminado pelas fezes antes de ser absorvido. O chumbo absorvido é excretado pela urina (76%), bile (25-30%), fezes (16%), cabelos, unhas e suor (8%), independentemente da via de exposição. Geralmente a excreção do chumbo é extremamente lenta o que favorece a sua acumulação no organismo. Efeitos tóxicos O chumbo é um dos mais perigosos metais tóxicos pela quantidade e severidade dos seus efeitos. É classicamente uma toxina crônica, sendo observado poucos efeitos após uma exposição aguda a níveis relativamente baixos. Pode ter efeitos no sangue, medula óssea, sistema nervoso central e periférico e rins, resultando em anemia, inapetência (anorexia), encefalopatia, dores de cabeça; dificuldade de concentração e memorização, depressão, tonturas, sonolência, fadiga, irritabilidade, cólicas abdominais e dores musculares, dores nos ossos e articulações, insuficiência renal e hipertensão; é tóxico para a reprodução e desenvolvimento humanos. A exposição das crianças, mesmo a níveis baixos de chumbo, pode ao longo do tempo provocar redução do QI, dificuldades de aprendizagem ou problemas de comportamento. As mulheres grávidas devem ter especial cuidado porque o feto em desenvolvimento é muito sensível aos efeitos da exposição ao chumbo. Chumbo inorgânico ataca com maior violência os ossos, enquanto o chumbo orgânico, por ser mais lipossolúvel que o anterior, causa distúrbios de ordem neurológica. O aumento no chumbo no sangue é progressivo e lento, sendo que não é normal aumentos com mais de 40% de diferença em um período inferior a 30 dias, podendo neste caso caracterizar contaminação por ingestão direta. Na instrução normativa Nº 15, DE 3 DE FEVEREIRO DE 2000 do INSS, é citado que cessada a exposição os níveis de chumbo no sangue tendem a cair e normalizar em no máximo 6 meses. Limites Máximos de Tolerância de chumbo em alimentos In natura (mg/kg) Industrializado (mg/kg) Aves 0,20 1,00 Carnes Pescado 0,50 2,00 1,00 2,00 Ovos 0,10 0,20 Bulbos 0,50 0,50 Raízes e tubérculos 0,50 0,50 Alimento Oleaginosas 0,20 0,20 Chocolate não adoçado - 2,00 Café torrado e moído - 1,00 Alimento infantil - 0,20 O Chumbo na Indústria Analisando especificamente o chumbo, o seu uso industrial é vasto, porém a produção de baterias (acumuladores) representa, provavelmente, o segmento industrial responsável pelo maior consumo desta substância nos países em desenvolvimento. Em razão das suas propriedades tóxicas e das condições de trabalho existentes em diversas indústrias, os trabalhadores deste setor encontram-se frequentemente expostos a elevadas concentrações do chumbo, e consequentemente, sujeitos à intoxicação. Depósito de baterias usadas Numa bateria comum cerca de 65% de seu peso é chumbo, seja em sua forma metálica, ou seja, sob a forma de óxido de chumbo. Com o grande incremento da indústria automobilística criou-se a necessidade de muito maior produção de acumuladores. Sabe-se que a vida útil de uma bateria é cerca de 26 meses, sendo portanto comum que um mesmo carro necessite 2 ou mais acumuladores. Em vista disto, é de se esperar ainda multas intoxicações nesta indústria, pois o aumento de produção não é seguido, via de regra, pelas medidas acauteladoras adequadas à manutenção de saúde. Pequenas Empresas O chumbo é um dos componentes na fabricação de tintas imobiliárias, gráficas, artísticas e de uso infantil e escolar, vernizes e materiais similares. Em agosto de 2008, foi aprovado um projeto de lei que proíbe “a fabricação, comercialização e distribuição de produtos com concentração superior a 0,009% de chumbo, em peso, expresso como chumbo metálico, determinado em base seca ou conteúdo total não volátil, de acordo com a lei federal brasileira de número 11.762. Tinta Industrial No Brasil, são milhares de pequenas empresas, fábricas e reformadoras de baterias do sul ao norte do país, utilizando o chumbo como matéria-prima, sem um controle apropriado, além da exposição casual, como por exemplo, a existência de acumuladores espalhados nos quintais das casas sem qualquer medida de proteção, como na figura acima. Este quadro demonstra que em termos de prevenção há muito a ser feito nesta área. FUNILARIA Na área de funilaria, certos modelos necessitam uma correção das eventuais imperfeições de estamparia (prensas). O operário, com auxilio de maçarico, derrete a barra de chumbo e com uma espátula vai preenchendo os defeitos. Nesta fase, o desprendimento dos fumos metálicos do chumbo não é prejudicial. Posteriormente, porém, as irregularidades da superfície corrigida com o chumbo devem ser lixadas. Agora a operação expõe o funcionário à poeira de chumbo, e, se medidas adequadas de proteção não forem tomadas, certamente aparecerão intoxicações. Funilaria É usado na construção civil, na indústria bélica, na produção de soldas, fusíveis, revestimentos de cabos elétricos, entre outros. Também é incorporado ao cristal na fabricação de copos e outros utensílios domésticos, ressaltando seu brilho e durabilidade, embora possa contaminar os alimentos. Em virtude de sua elevada toxicidade e dos seus compostos, regulamentações ambientais cada vez mais restringem a sua aplicação. História da Intoxicação pelo Chumbo Há uma longa história sobre a intoxicação pelo chumbo nos alimentos e bebidas. No Império Romano era comum devido ao fato de serem os canos feitos de chumbo, assim como os vasos onde se guardavam os vinhos e alimentos. O saturnismo é a intoxicação produzida por excesso de chumbo no organismo. O termo "saturnismo" é uma referência ao deus Saturno, idolatrado na Roma antiga. Os romanos acreditavam que o chumbo, "o metal mais antigo", foi um presente que Saturno lhes deu e com ele construíam aquedutos e produziam acetato de chumbo, utilizado pelos aristocratas da época para adocicar o vinho. Acredita-se que essa mistura bombástica e a consequente intoxicação por ela provocada seria a causa da imbecilidade, perversidade e esterilidade reconhecidas de imperadores como Nero, Calígula, Caracala e Domiciano, este último construtor de fontes que jorravam vinho "chumbado" nos jardins de seus palácios. O mundo das artes também inclui vítimas famosas do chumbo, entre eles os pintores Van Gogh e Portinari (fonte: tintas), o vitralista Dirk Vellert (fonte: vidros coloridos) e o compositor Beethoven (fonte provável: tipografia das partituras). A intoxicação ocupacional foi primeiramente pronunciada em 370 d.C. Foi comum entre os trabalhadores do século XIX e início do século XX (como pintores, encanadores e outros). Em 1883 foi feita, na Inglaterra, a primeira legislação com relação à proteção de trabalhadores expostos, devido à morte de diversos empregados de empresas de chumbo em 1882. Atualmente, a intoxicação aguda pelo chumbo em países desenvolvidos tem sido controlada devido à melhoria das condições de trabalho. Entretanto, tem-se questionado os males causados pela exposição a doses baixas de chumbo durante um longo período, especialmente em crianças. Em 1943, um estudo nos EUA, com crianças expostas, levou a resultados comprovadores de alterações neuropsicológicas na exposição crônica a doses leves e após exposição aguda a doses altas. Muitas pesquisas foram feitas nos últimos 30 anos avaliando as concentrações de chumbo no sangue e seus efeitos. Assim, têm-se descoberto distúrbios com concentrações cada vez menores. Atualmente, o público mais afetado está localizado nos países mais pobres, representando minorias populacionais desfavorecidas. Exposição Ambiental ao Chumbo A exposição ambiental ao chumbo aumentou bastante após o processo de industrialização e o aumento da mineração. É uma exposição maior que de outros elementos da natureza. Globalmente, calcula-se que cerca de 300 milhões de toneladas de chumbo já foram expostas no meio ambiente durante os últimos cinco milênios, especialmente nos últimos 500 anos. Após o advento do automobilismo, no início do século XX, aumentou-se bastante a exposição de chumbo devido ao seu uso junto com o petróleo. O consumo de chumbo aumentou significativamente nos países em desenvolvimento entre 1979 e 1990. Atualmente, a contaminação de chumbo nas águas, solo e ar continua significativa. Calcula-se que a concentração de chumbo no sangue era até 500 vezes menor nos seres humanos da era pré-industrial. Exposição ao Chumbo nas Crianças As crianças são um grupo sensível aos efeitos do chumbo devido a vários fatores: - consumo por quilo de peso é maior do que nos adultos; - crianças colocam objetos na boca com frequência, que levam sujeiras do solo; - a absorção de chumbo pelo organismo das crianças é maior do que pelo adulto; - crianças pequenas estão em desenvolvimento rápido e constante, seus sistemas não estão completamente desenvolvidos e assim são mais vulneráveis aos efeitos do chumbo. Como já dito anteriormente, as crianças mais pobres estão bem mais sujeitas à intoxicação, devido ao local de residência ser perto de indústrias ou de vias de alto tráfego e devido à desnutrição como fator agravante. É comprovadamente sabido dos danos que a exposição contínua a baixas doses de chumbo leva a crianças pequenas – diminuição importante do desenvolvimento intelectual – efeitos esses geralmente irreversíveis. Percebe-se que para cada 10 microgramas acima da concentração de 25 microgramas no sangue, há uma diminuição no QI de 1 a 3 pontos. Onde está o Chumbo no Meio Ambiente? Diferente da intoxicação aguda que geralmente tem sua fonte facilmente detectável, a exposição prolongada deve-se a várias fontes – petróleo, processos industriais, tintas, soldas em enlatados, canos de água, ar, poeira, sujeira das ruas e vias, solo, água e alimentos. O chumbo proveniente do petróleo é o maior contribuinte para a exposição corpórea e a maior forma de distribuição do metal no meio ambiente. Daí contamina-se o solo, ar e água. É um grande problema ambiental que somente recentemente tem sido valorizado pelos países em desenvolvimento. Canos de Chumbo em Bath- Londres Vitrais em chumbo Exposição Ocupacional É ainda algo comum, manifestando-se de diversas maneiras. Algumas profissões têm um risco muito maior: montagem de veículos, montagem e recuperação de baterias, soldagem, mineração, manufaturação de plásticos, vidros, cerâmicas e indústrias de tintas, oficinas de artesanato. Há várias situações em que o local de trabalho é a própria casa o que leva a exposição às crianças e vizinhança. Legislações rigorosas têm sido seguidas nos países ricos há algum tempo, o que não ocorre nos países do terceiro mundo, onde várias regiões podem estar sendo expostas devido a fábricas sem uso de proteção ambiental. Cerâmica Inglesa: Engobes baixo esmalte de chumbo, Argila Vermelha, Baixa temperatura, Família Toft, Thomas e Ralph toft, SecXVII. Referências Brasil Medicina. 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