| Висмут(Bi) | |
|---|---|
| Атомный номер | 83 Слиток металлического висмута. |
| Внешний вид | Твёрдый хрупкий металл стального цвета с розоватым отливом |
| Свойства атома | |
| Атомная масса (молярная масса) |
208.98037 а. е. м. (г/моль) |
| Радиус атома | 170 пм |
| Энергия ионизации (первый электрон) |
702.9(7.29) кДж/моль (эВ) |
| Электронная конфигурация | [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p3 |
| Химические свойства | |
| Ковалентный радиус | 146 пм |
| Радиус иона | (+5e) 74 (+3e) 96 пм |
| Электроотрицательность (по Полингу) |
2.02 |
| Электродный потенциал | Bi←Bi3+ 0.23В |
| Степени окисления | 5, 3 |
| Термодинамические свойства | |
| Плотность | 9.747 г/см³ |
| Удельная теплоёмкость | 0.124 Дж/(K·моль) |
| Теплопроводность | 7.9 Вт/(м·K) |
| Температура плавления | 544.5 K |
| Теплота плавления | 11.00 кДж/моль |
| Температура кипения | 1883 K |
| Теплота испарения | 172.0 кДж/моль |
| Молярный объём | 21.3 см³/моль |
| Кристаллическая решётка | |
| Структура решётки | ромбоэдрическая |
| Период решётки | 4.750 Å |
| Отношение c/a | n/a |
| Температура Дебая | 120.00 K |
История открытия[]
Висмут известен с 15 века, но его долго принимали за разновидность олова, свинца или сурьмы. В 1529 немецкий ученый в области горного дела и металлургии Г. Агрикола дал первые сведения о металлическом висмуте, его добыче и переработке. Химическую индивидуальность висмута первым установил в 1739 И. Потт.
Происхождение названия[]
Предположительно латинское Bismuthum или bisemutum происходит от немецкого weisse Masse, белая масса.
Нахождение в природе[]
Содержание висмута в земной коре очень мало и составляет всего 9·10-7% (71-е место среди всех элементов). В природе иногда встречается в свободном виде. Висмут — редкий рассеянный элемент, его собственные минералы очень редки. Важнейшие из них: висмутин, или висмутовый блеск, Bi2S3 (81,3 % Bi), козалит Pb2Bi2S5 (42 % Bi), бисмит Bi2O3(89,7 % Bi) и некоторые другие. В
Получение[]
Висмут получают сплавлением сульфида с железом:
Bi2S3 + 3Fe = 2Bi + 3FeS,
или последовательным проведением процессов:
Bi2S3 + 5O2 = Bi2O4 + 3SO2↑;
Bi2O4 + 4C = 2Bi + 4CO↑.
Синтезированный кристалл висмута. Радужную окраску придает тонкий слой окисла.
Физические и химические свойства[]
При обычном давлении существует только одна ромбоэдрическая модификация висмута (параметры решетки с периодом а = 0,4746 нм и углом = 57,23°). При плавлении висмут уменьшается в объёме (как лёд), то есть твёрдый висмут легче жидкого. При высоких давлениях существуют другие модификации металлического висмута. Висмут хрупок, легко растирается в порошок. Висмут — самый сильный диамагнетик среди металлов.
В сухом воздухе висмут не окисляется, во влажной атмосфере постепенно покрывается пленкой оксидов. При нагревании выше 1000 °C сгорает с образованием основного оксида Bi2O3.
При окислении хлором суспензии Bi2O3 в среде водного раствора КОН при температуре около 100 °C образуется Bi2O5. Кроме того, известны оксиды висмута составов Bi2O, Bi6O7 и Bi8O11.
При сплавлении висмута и серы образуется сульфид состава Bi2S3, обладающий полупроводниковыми и термоэлектрическими свойствами. При сплавлении висмута с селеном или теллуром образуются, соответственно, селенид или теллурид висмута.
Известны галогениды висмута состава BiX3, пентафторид BiF5, а также оксигалогениды составов BiOX (X = Cl, Br, I).
При действии кислот на сплав висмута с магнием образуется висмутин BiH3 — очень неустойчивый ядовитый газ.
При взаимодействии висмута с металлами образуются висмутиды, например, висмутид натрия Na3Bi, висмутид магния Mg3Bi и др.
При понижении рН растворов солей висмута (III) в осадок выпадают различные гидроксосоли, например, Bi(OH)2NO3. Ранее считалось, что они содержат ион BiO+ (висмутил-ион), однако установлено, что такие гидроксосоли содержат октаэдрические катионы [Bi6(OH)12]6+, [Bi6O4(OH)4]6+ и [Bi6(OH)12]6+. Растворимые соли висмута ядовиты.
Мировая добыча и потребление висмута[]
Висмут в достаточной степени редкий металл, и его мировая добыча/потребление едва превышает 6000 тонн в год(от 5800 до 6400 тонн в год).
Цены[]
Цены на висмут в слитках чистотой 99 % в 2006 году составили в среднем 15 долл/кг.
Применение[]
Металлургия[]
Висмут имеет большое значение для производства так называемых «автоматных сталей», особенно нержавеющих и очень облегчает их обработку резанием на станках-автоматах (токарных, фрезерных и др.) при концентрации висмута всего 0,003 %, в то же время не увеличивая склонность к коррозии. Висмут используют в сплавах на основе алюминия (примерно 0,01 %), эта добавка улучшает пластические свойства металла, резко упрощает его обработку.
Катализаторы[]
В производстве полимеров трёхокись висмута служит катализатором, и ее применяют, в частности, при получении акриловых полимеров. При крекинге нефти некоторое применение находит оксохлорид висмута.
Термоэлектрические материалы[]
Монокристалл теллурида висмута
Одним из важнейших направлений применения висмута является производство полупроводниковых материалов и в частности теллуридов (термо-э.д.с. теллурида висмута 280 мкВ/К) и селенидов висмута. Получен высокоэффективный материал на основе висмут-цезий-теллур для производства полупроводниковых холодильников суперпроцессоров.
Детекторы ядерных излучений[]
Некоторое значение для производства детекторов ядерного излучения имеет монокристаллический йодид висмута. Германат висмута — сцинтилляционный материал, и применяется в ядерной физике, физике высоких энергий, компьютерной томографии, геологии.
Легкоплавкие сплавы[]
Сплавы висмута с кадмием, оловом, свинцом, индием, таллием, ртутью, цинком и галлием, обладают очень низкой температурой плавления и применяются в качестве теплоносителей и припоев, а так же в медицине в качестве фиксирующих составов для сломанных конечностей. Некоторые легкоплавкие сплавы применяются в качестве элементов противопожарной сигнализации, в качестве специальных смазок работающих в вакууме и тяжелых условиях, в качестве клапанов (при расплавлении открывающих просвет для протекания жидкостей и газов (например ракетных топлив), в качестве предохранителей в мощных электрических цепях, в качестве уплотнительных прокладок в сверхвысоковакуумных системах, как термометрические материалы, как материалы для изготовления выплавляемых моделей в литье и т. д.
Измерение магнитных полей[]
Металлический висмут особой чистоты служит материалом для производства обмотки для измерения сверхсильных магнитных полей, ввиду того что при увеличении магнитного поля электросопротивление висмута резко возрастает, и в то же время достаточно равномерно чтобы по изменению сопротивления обмотки изготовленной из него судить о напряженности внешнего магнитного поля.
Производство полония-210[]
Некоторое значение висмут имеет в ядерной технологии при получении полония — важного элемента радиоизотопной промышленности.
Химические источники тока[]
Издавна оксид висмута в смеси с графитом используется в качестве положительного электрода в висмутисто-магниевых элементах (ЭДС 1,97—2,1 Вольт, 120 Вт/час/кг, 250—290 Вт/час/дм3). Так же в качестве положительного электрода в литиевых элементах находит применение висмутат свинца. Висмут в сплаве с индием находит применение в чрезвычайно стабильных и надежных ртутно-висмуто-индиевых элементах. Такие элементы прекрасно работают в космосе и в тех условиях, где важна стабильность напряжения, высокая удельная энергия, а снижение частоты отказов играет первостепенную роль (например военные применения). Трехфтористый висмут применяется для производства чрезвычайно энергоемких (3000 Вт/час/дм3, практически достигнутое — 1500—2300 Вт/час/дм3) лантан-фторидных аккумуляторов.
Ядерная энергетика и обработка прочных металлов и сплавов[]
Малое сечение захвата висмутом тепловых нейтронов и значительная способность к растворению урана в купе с значительной температурой кипения и невысокой агрессивностью к конструкционным материалам позволяет использовать висмут в гомогенных атомных реакторах, и кроме того в сплавах висмута (например сплав Вуда, сплав Розе и др.) производят токарную, фрезерную обработку и сверление урана, вольфрама и его сплавов, и других материалов невероятно трудно поддающихся обработке резанием.
Электроядерный реактор. Исследования и разработка[]
Висмут в ближайшем будущем найдет так же применение в качестве ядерного топлива в виде эвтектического сплава со свинцом. Повышенный интерес к висмуту в ядерной технологии связан как с расширением потенциальных ресурсов энергии для человечества, так и с повышенной безопасностью электроядерных установок (ЭЯУ) в связи с тем что их работа происходит в глубокоподкритическом режиме.
Магнитные материалы[]
Интерметаллид марганец-висмут сильно ферромагнитен и производится в больших количествах промышленностью для получения пластичных магнитов. Особенностью и преимуществом такого материала является возможность быстрого и дешевого получения постоянных магнитов (к тому же не проводящих ток) любой формы и размеров. Кроме того этот магнитный материал достаточно долговечен и обладает значительной коэрцитивной силой. Кроме соединений висмута с марганцем, так же известны магнитотвердые соединения висмута с индием, хромом и европием, применение которых ограничено специальными областями техники вследствие трудностей синтеза(висмут-хром), либо ввиду высокой цены второго компонента(индий,европий).
Топливные элементы. Суперионные проводники[]
Керамические фазы ВИМЕВОКС(), включающие в свой состав оксид висмута с оксидами других металлов (ванадий, медь, никель, молибден и др.) обладают очень высокой проводимостью при температурах 500—700К и применяются для производства высокотемпературных топливных элементов.
Высокотемпературная сверхпроводимость[]
Сверхпроводящие фазы включающие в свой состав оксиды висмута, кальция, стронция, бария, меди, иттрия и др. являются высокотемпературными сверхпроводниками. В последние годы при изучении этих сверхпроводников выявлены фазы, имеющие пики перехода в сверхпроводящее состояние при 155К, 175К, 234К(!), и вызывающие самый пристальный интерес.
Производство тетрафторгидразина[]
Висмут в виде мелкой стружки или порошка применяется для производства тетрафторгидразина из трехфтористого азота, используемого в качестве мощнейшего окислителя ракетного горючего.
Электроника[]
Сплав состава 88 % Bi и 12 % Sb в магнитном поле обнаруживает аномальный эффект магнитосопротивления; из этого сплава изготовляют быстродействующие усилители и выключатели.
Вольфрамат, станнат-ванадат, силикат и ниобат висмута входит в состав высокотемпературных сегнетоэлектрических материалов. Феррит висмута применяется в качестве магнитоэлектрического материала.
Медицина[]
Из соединений висмута в медицинском направлении шире всего используют его трехокись Bi2O3. В частности, ее применяют в фармацевтической промышленности для изготовления многих лекарств от желудочно-кишечных заболеваний, а также антисептических и заживляющих средств. На ее основе, создан ряд препаратов обладающих высокой противоопухолевой активностью.
Оксохлорид висмута находит применение в медицине в качестве рентгеноконтрастного средства и в качестве наполнителя при изготовлении кровеносных сосудов. Кроме того в медицине находят широкое применение такие соединения висмута как: галлат, тартрат, карбонат, субсалицилат, субцитрат, трибромфенолят висмута. На основе этих соединений разработано множество медицинских препаратов, из которых особенное внимание(производство, применение) привлекают наиболее эффективные противоязвенные лекарства «Де-Нол» и «Десмол».
Пигменты[]
Ванадат висмута применяется в качестве пигмента.
Косметика[]
В производстве лака для ногтей, губной помады, теней и др, оксохлорид применяется как блескообразователь.
Биологическая роль[]
 |
Этот раздел не завершён. Вы поможете проекту, исправив и дополнив его.
|
Изотопы[]
Природный висмут состоит из одного изотопа 209Bi, который считался самым тяжёлым из существующих в природе стабильных изотопов. Однако в 2003 было экспериментально доказано, что он является альфа-радиоактивным с периодом полураспада 1,9±0,2×1019 лет.
Кроме 209Bi, известны еще 19 изотопов. Все они радиоактивны и короткоживущи: периоды полураспада не превышают нескольких суток.
Тринадцать изотопов висмута с массовыми числами от 197 до 208 и самый тяжелый 215Bi получены искусственным путем, остальные — 210Bi, 211Bi, 212Bi, 213Bi и 214Bi — образуются в природе в результате радиоактивного распада ядер урана, тория, актиния и нептуния.
Ссылки[]
| H | He | ||||||||||||||||||||||
| Li | Be | B | C | N | O | F | Ne | ||||||||||||||||
| Na | Mg | Al | Si | P | S | Cl | Ar | ||||||||||||||||
| K | Ca | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | As | Se | Br | Kr | ||||||
| Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | Cd | In | Sn | Sb | Te | I | Xe | ||||||
| Cs | Ba | * | Hf | Ta | W | Re | Os | Ir | Pt | Au | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | At | Rn | ||||||
| Fr | Ra | ** | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Uub | Uut | Uuq | Uup | Uuh | Uus | Uuo | ||||||
| * | La | Ce | Pr | Nd | Pm | Sm | Eu | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu | ||||||||
| ** | Ac | Th | Pa | U | Np | Pu | Am | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Md | No | Lr | ||||||||
|
Это незавершённая статья о химическом элементе. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её. |