Virtual Laboratory Wiki
Advertisement
Ви́смут / Bismuthum (Bi)
Атомный номер 83
Файл:DSC00192.JPG

Слиток металлического висмута.

Внешний вид простого вещества 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+ 0,23 В
Степени окисления 5, 3
Термодинамические свойства простого вещества
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 простого вещества
Структура решётки ромбоэдрическая
Период решётки 4,750 Å
Отношение c/a n/a
Температура Дебая 120,00 K


Bi 83
208,98038
6s26p3
Висмут


Происхождение названия

Предположительно латинское Bismuthum или bisemutum происходит от немецкого weisse Masse, белая масса.

Нахождение в природе

Получение

Висмут получают сплавлением сульфида с железом:

Bi2S3 + 3Fe = 2Bi + 3FeS,

или последовательным проведением процессов:

Bi2S3 + 5O2 = Bi2O4 + 3SO2↑;

Bi2O4 + 4C = 2Bi + 4CO↑.

Файл:Bismuth crystal macro.jpg

Синтезированный кристалл висмута. Радужную окраску придает тонкий слой окисла.

Физические и химические свойства

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 чистотой 99% в 2007 году составили в среднем 30-33 долл/кг. /по материалам infogeo.ru/metalls

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 иодид висмута. Германат висмута (Bi4Ge3O12, краткое обозначение BGO) — сцинтилляционный материал, 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 для того, 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 В, 120 Вт·ч/кг, 250—290 Вт·ч/дм³). Также 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). Трёхфтористый висмут применяется для производства чрезвычайно энергоёмких (3000 Вт·ч/дм³, практически достигнутое — 1500—2300 Вт·ч/дм³) лантан-фторидных аккумуляторов.

Обработка прочных металлов и сплавов

В сплавах висмута (например, сплав Вуда, сплав Розе и др.) производят токарную, фрезерную обработку и сверление урана, вольфрама и его сплавов и других материалов, трудно поддающихся обработке резанием.

Ядерная энергетика

Малое сечение захвата висмутом тепловых нейтронов и значительная способность к растворению урана вкупе со значительной температурой кипения и невысокой агрессивностью к конструкционным материалам позволяют использовать висмут в гомогенных атомных реакторах.


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 дешёвого 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, также известны магнитотвёрдые соединения висмута с индием, хромом и европием, применение которых ограничено специальными областями техники вследствие либо трудностей синтеза (висмут-хром), либо высокой цены второго компонента(индий, европий).

Топливные элементы

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—700 К и применяются для производства высокотемпературных топливных элементов.

Высокотемпературная сверхпроводимость

Керамики, 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 155 К, 175 К, и даже 234 К.

Производство тетрафторгидразина

Висмут в виде мелкой стружки или порошка применяется в качестве катализатора 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 входят 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.

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.

В качестве противоязвенных средств используются: висмута трикалия дицитрат (висмута субцитрат) (код АТХ A02BX05), висмута субнитрат (A02BX12), ранитидина висмута цитрат (A02BA07).

Пигменты

Ванадат висмута применяется в качестве пигмента.

Косметика

В производстве лака для ногтей, губной помады, теней и др, оксохлорид применяется как блескообразователь.

Биологическая роль

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 ещё более трех десятков (пока 34) изотопов и еще больше изомеров. Среди них есть три долгоживущих:

  • 207Bi 31,55 год
  • 208Bi 0,368×106 лет
  • 210mBi 3,04×106 лет

Все остальные радиоактивны и короткоживущи: периоды их полураспада не превышают нескольких суток.

Тринадцать изотопов висмута с массовыми числами от 197 до 208 и самый тяжелый 215Bi получены искусственным путём, остальные — 210Bi, 211Bi, 212Bi, 213Bi и 214Bi — образуются в природе в результате радиоактивного распада ядер урана, тория, актиния и нептуния.

Ссылки




Эта страница использует содержимое раздела Википедии на русском языке. Оригинальная статья находится по адресу: Висмут. Список первоначальных авторов статьи можно посмотреть в истории правок. Эта статья так же, как и статья, размещённая в Википедии, доступна на условиях CC-BY-SA .


Advertisement