Висмут

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↑.

Bismuth crystal macro — 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[]

Файл:DSC00199.JPG

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[]

**Периодическая система элементов**
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.

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

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

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