Властивості вісмуту

ВІСМУТ. (Bismuth), Bi – хім. елемент V групи періодичної системи елементів; ат. н. 83, ат. м. 208,9804. Сріблясто-білий блискучий метал з рожевим відтінком. У з’єднаннях виявляє ступеня окислення -3, +1, +2, +3, +4 і +5. Основна ступінь +3. Природний вісмут складається з ізотопу 209Bi. З радіоактивних ізотопів найважливіший 210Bi. Встановлено понад 20 штучних ізотопів В. з масовими числами від 190 до 215. В. був відомий в 15-16 ст., Але вважався різновидом олова, свинцю або сурми. У 1739 нім. хімік І. Потт встановив, що вісмут являє собою самостійний елемент. Зміст вісмуту в земній корі 2 х 10-5% Л Зустрічається у вигляді численних мінералів. Промислове значення мають: вісмут самородний, вісмутін, Бісміл, Бісмут, тетрадіміт і козаліт. Кристалічна решітка
Вісмут ромбоедрічеекая з періодом а = 4,7457 А і кутом а = 57 ° 14 “13”. Щільність (т-ра 20 ° С) 9,80, рідкого (т-ра 271,3 ° С), 10,07 г / см3; tпл 271,3 ° С; tкип 1560 ° С. Температурний коеф. лінійного розширення 13,3 • 10 град, об’ємне розширення металу при затвердінні -3, 32% (т-ра 271,3 ° С), коеф. теплопровідності 0,020 (т-ра 20 ° С), 0,018 (250 ° С), 0,037 (400 ° С), 0,037 кал / см. сек X X град (т-ра 700 ° С); питома теплоємність 0,0294 (т-ра 20 ° С), 0,034 (в рідкому стані при т-рі 271,3 ° С), 0,0354 (400 ° С), 0,0397 кал / г • град (т- ра 800 ° С); питомий електричний опір 1,068 X 10-4 (т-ра 0-20 ° С), 1,602 X 10-4 (т-ра 100 ° С), 1,289 х 10-4 (т-ра 300 ° С), 1,452 х 10 -4 (т-ра 600 ° С), 1,535 • 10-4 ом • см (т-ра 750 ° С). Т-ра переходу в надпровідний стан ~ 7 К.
Під впливом магнітного поля електроопір вісмуту збільшується більшою мірою, ніж у ін. Металів, що використовується для вимірювання індукції сильних магн. полів. Межа міцності на розтяг 0,5- 2 кгс / мм2, модуль пружності +3200 кгс / мм2, модуль зсуву +1260 кгс / мм2, твердість по Брінеллю 9,3, по Моо-су 2,5. В інтервалі т-р 150-250 ° С порівняно легко піддається пресуванню. Вісмут – діамагнітний метал; магнітна сприйнятливість 1,35 • 10-6. При плавленні В. сприйнятливість зменшується в 12,5 рази. Поперечний перетин захоплення теплових нейтронів у В. невелике – 0,034 барна. При звичайних т розчинах В. стійкий в сухому і вологому повітрі. При нагріванні вище т-ри 1000 ° С згорає блакитним полум’ям з утворенням окису Bi203, доурую застосовують для одержання вісмутових солей. У розведених розчинах солі тривалентного В. легко гідролізуються.
Солі пятивалентного вісмута- сильні окислювачі. Вісмут реагує при нагріванні з парами фосфору, легко з’єднується з галогенами і халькогенами. Зі мн. металами (натрієм, калієм, рубідій, цезієм, магнієм, кальцієм ш ін.) утворює тугоплавкі интерметаллические з’єднання – вис-мутіди. З легкоплавкими важкими металами (свинцем, оловом, кадмієм, індієм, ртуттю) утворює сплави з tпл від 33 до 156 ° С. Розчиняється в азотній к-ті, «царській горілці», гарячої концентрованої сірчаної к-ті, слабо розчинний у соляної к -ті. У розведеної сірчаної і соляної к-тах розчиняється. Розчини лугів без доступу кисню хімічно на вісмут не діють. Вісмутові руди майже завжди містять домішки ін. Мінералів до металургійної обробки заг але піддаються збагаченню мокрим і флотаційним методами, часто застосовують магнітну сепарацію. Залежно від складу руд і концентратів вісмут витягують пиро- або гідрометалургійних способами, а також комплексними методами.
У світовій практиці близько 90% всього видобутого В. отримують з відходів свінцоворафіні-ровочной і мідеплавильних заводів. Отриманий чорновий В. піддають рафінуванню вогневим і мокрим способами, електролізом з розчинів чи з розплавлених солей. В. високої чистоти отримують гідрометалургійним рафінуванням, Кристалофізичні методами, двухстадийной перегонкою, методом дистиляції з попередньої хім. очищенням. В. плавлять без флюсів при т-рі 300-400 ° С. Оскільки при звичайних т розчинах В. крихкий, його виливкам відразу надають потрібну форму. При т-рі 225 ° С В. стає більш пластичним, його можна штампувати, а також протягувати, отримуючи дріт діаметром 0,254 мм. Металевий В. поставляють наступних кваліфікацій: В. особливої ​​чистоти (марок ВіОСЧ 10-3, ВіОСЧ 10-4, ВіОСЧ 11-4), що випускається в злитках масою до 1 кг (поверхню металу повинна бути гладенькою); В. технічної чистоти (марок Bu00, ЗіВів, Bu1, ВІ2), к-рий випускають в злитках масою по 14-16 кг у вигляді усіченої піраміди або в гранулах розміром в поперечнику до 5 мм. В.- найменш токсичний серед важких металів, але при вдиханні великих доз може викликати смертельне отруєння.
Осн. споживачі В.-металургійна, фармацевтична, хімічна і скляна промисловість, ядерна та ракетна техніка, електроніка. Легкоплавкі сплави на основі В. використовують для сигнальних пристроїв (зокрема, в автоматичних вогнегасниках), в різних припоях, при зуболікарському протезуванні та ін. Потужні пост, магніти роблять зі сплаву марганець – вісмут. З сплаву складу 88% Bi і 12% Sb виготовляють швидкодіючі підсилювачі і вимикачі. Добавка В. (~ 6,01%) в сплави на основі алюмінію і заліза покращує пластичність матеріалу і спрощує його обробку. Рідкий В.- теплоносій в ядерних реакторах. В. застосовується як домішка донорного типу для вирощування монокристалів германію. З сполук В. широко використовується трехокись Bi203 – у фармацевтичній проммсти, у виробництві емалей, порцеляни, кришталю, скла.
Усе більше застосування знаходять сполуки В. в напівпровідниковій техніці (AgBiS2), в фотоелементах (BiAgCs). Збільшується споживання В. в з’єднаннях з селеном і телуром для произова охолоджувальних пристроїв, термостатів і термоелектрогенераторов. Ці сполуки через сприятливого поєднання теплопровідності, електропровідності і термоерс дозволяють перетворювати теплову енергію безпосередньо в електричну (ккд прямого перетворення на основі теллурідаВ. Досягає 10-11%).
Характеристика елемента. Іонізаційний потенціал, електронегативність і окислювально-відновний потенціал різко знижуються при переході до вісмуту. Відновлювальна здатність посилюється, проте стійкість вищого ступеня окислення 4-5 невелика, так само як і зв’язок з воднем в змозі -3.
Встановлений лише сам факт існування вісмутін BiH3, але надійні характеристики через його нестійкості, відсутні.
У з’єднаннях вісмуту зустрічаються ступеня окислення, характерні як для головної підгрупи (-3, +3, +5), так і властиві побічним (+1, +2, +4). Найбільш стійка +3, коли на зв’язок в значній мірі ковалентну затрачається з зовнішнього
енергетичного рівня три р-електрона.
Властивості простої речовини і з’єднань. Для вісмуту широко відома його металева модифікація – сріблясто-біла, з рожевим відливом (tпл = 271,3 ° С, tкип = 1560 ° С). При тисках в 1010 Па (105 атм) виявлено п’ять аллотропних модифікацій, але властивості їх не ясні. Вісмут крихкий і легко подрібнюється в порошок, вироби, виготовлені з нього пресуванням, крихкі і легко ламаються. Єдиним оксидом вісмуту, вивченим більш-менш повно, є Bi2O3. Він стійкий, зустрічається в природі і відомий як висмутовая охра. Оксид Bi2O3 проявляє основні властивості, так як легко розчиняється в кислотах:
Bi2O3 + 6HNO3 = 2Bi (NO3) 3 + 3H2O
і незначно – в розчинах міцних лугів. У воді Bi2O3 нерастворим, а гідроксид одержують осадженням лугами з розчинів солей:
Bi (NO3) 3 + 3NaOH = 3NaNO3 + Bi (OH) 3
Нітрат вісмуту, мабуть, єдине грунтовно вивчене його з’єднання. Відомо, що при 30 ° С з безбарвних кристалів солі починає виділятися азотна кислота, а при 75,5 ° С нітрат розділяється на рідину і основну сіль, яку слід рас сматривать як суміш оксидів Bi2O3 · N2O5 · H2O. У результаті гідролізу основна сіль випадає з водного розчину. Склад солі, яка випадає в осад, залежить від умов приготування. Наприклад, солі складу BiO (N03) 2 і Bi2O2 (OH) NO3 можна вважати солями катіона вісмуту ВiO⁺. Основний нітрат вісмуту Bi2O2 (OH) NO3 – відомий в медицині антисептичний препарат, застосовуваний при шлунково-кишкових захворюваннях.
Інші оксиди вісмуту ніколи не були отримані в чистому вигляді. Все ж, аналогічно сурмі, відзначають існування у вісмуту оксидів Bi2O4 і Bi2O5. Коричневий порошок Bi2O4 має +3 +5 у своєму складі Bi і Bi, а темний з червонуватим відтінком Вi2О5 нестійкий і легко відщеплює кисень, переходячи в Bi2O3. Склад відповідних їм солей близький до КВiO2 і КВiO3, але ніколи не збігається з ними в точності, так як це скоріше змішані оксиди, ніж солі.
Для вісмуту в ступені окислення +5 характерні найсильніші окислювальні властивості, більш значні, ніж у перманганату КМп04 (марганцівки). Достатньою мірою вивчені галогеніди вісмуту BiF3 (білі, що розкладаються при нагріванні кристали); BiCl3 (темніє на світлі й знебарвлюється в темряві); BiBr3 (жовті кристали, стійкі до 218 ° С); Bib (чорне кристалічна речовина з ГПЛ = 439 ° С). Є публікації, що повідомляють про існування BiCl, BiBr і Bil вказується, що ці сполуки малостійкі.
Отримання і використання. Вісмут зустрічається в природі у вільному стані і в складі поліметалічних руд. При витяганні накопичується в спільному концентраті зі свинцем і витягується одним із таких способів:
I) електролізом;
2) плавкою або хлоруванням;
3) розчиненням сполук, що містять вісмут в HNO3, і гидролизом. Вісмут використовується як добавка до сплавів, понижающая температуру плавлення, що сприяє поліпшенню антифрикційних властивостей. Деякі сполуки вісмуту використовуються в медицині.

Посилання на основну публікацію