Главная » Статьи » ПСЭ » Висмут

Статьи

Висмут

Висмут
Атомный номер83Слиток металлического висмута
Внешний вид простого веществатвёрдый хрупкий металл
стального цвета с
розоватым отливом
Свойства атома
Атомная масса
(молярная масса)
208,98037 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома170 пм
Энергия ионизации
(первый электрон)
702,9 (7,29) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация[Xe] 4f14 5d10 6s2 6p3
Химические свойства
Ковалентный радиус146 пм
Радиус иона(+5e) 74 (+3e) 96 пм
Электроотрицательность
(по Полингу)
2,02
Электродный потенциалBi←Bi3+ 0,23 В
Степени окисления5, 3
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность9,747 г/см³
Молярная теплоёмкость26,0[1] Дж/(K·моль)
Теплопроводность7,9 Вт/(м·K)
Температура плавления544,5 K
Теплота плавления11,00 кДж/моль
Температура кипения1883 K
Теплота испарения172,0 кДж/моль
Молярный объём21,3 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решёткиромбоэдрическая
Параметры решётки4,750 Å
Отношение c/an/a
Температура Дебая120,00 K
Bi83
208,98038
[Xe]4f145d106s26p3
Висмут

Происхождение названия

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

Нахождение в природе

Содержание висмута в земной коре 2×10-5 % по массе, в морской воде — 2×10-5 мг/л.

В рудах находится как в форме собственных минералов, так и в виде примеси в некоторых сульфидах и сульфосолях других металлов. В мировой практике около 90% всего добываемого висмута извлекается попутно при металлургической переработке свинцово-цинковых, медных, оловянных руд и концентратов, содержащих сотые и иногда десятые доли процента висмута.

Висмутовые руды, содержащие 1% и выше висмута, встречаются редко. Минералами висмута, входящими в состав таких руд, являются висмут самородный (содержит 98,5—99% Bi), висмутин — Bi2S3 (81,30% Bi), тетрадимит — Bi2Te2S (56,3—59,3% Bi), козалит — Pb2Bi2S5 (42% Bi), бисмит — Bi2O3 (89,7% Bi), бисмутит — Bi2CO3(OH)4 (88,5—91,5% Bi).

Получение

Синтезированный кристалл висмута. Радужную окраску придает тонкий слой окисла.

Висмут получают сплавлением сульфида с железом:

Bi2S3 + 3Fe = 2Bi + 3FeS,

или последовательным проведением процессов:

2Bi2S3 + 9O2 = 2Bi2O3 + 6SO2↑;

Bi2O3 + 3C = 2Bi + 3CO↑.

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.

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 её 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 иодид висмута. Германат висмута (Bi4Ge3O12, краткое обозначение BGO) — сцинтилляционный материал, применяется в ядерной физике, физике высоких энергий, компьютерной томографии, геологии.

Легкоплавкие сплавы

Синтетический кристалл висмута

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, ванадий, медь, никель, молибден и др. являются высокотемпературными сверхпроводниками. В последние годы при изучении этих сверхпроводников выявлены фазы, имеющие пики перехода в сверхпроводящее состояние при 155 К, и 175 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, её 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 ещё 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.

Периодическая система химических элементов Менделеева:

Периодическая система элементов

IA

IIA

IIIB

IVB

VB

VIB

VIIB

----

VIIIB

----

IB

IIB

IIIA

IVA

VA

VIA

VIIA

VIIIA

Период                  
11

H
Водород

                2

He
Гелий

23

Li
Литий

4

Be
Бериллий

          5

B
Бор

6

C
Углерод

7

N
Азот

8

O
Кислород

9

F
Фтор

10

Ne
Неон

311

Na
Натрий

12

Mg
Магний

          13

Al
Алюминий

14

Si
Кремний

15

P
Фосфор

16

S
Сера

17

Cl
Хлор

18

Ar
Аргон

419

K
Калий

20

Ca
Кальций

21

Sc
Скандий

22

Ti
Титан

23

V
Ванадий

24

Cr
Хром

25

Mn
Марганец

26

Fe
Железо

27

Co
Кобальт

28

Ni
Никель

29

Cu
Медь

30

Zn
Цинк

31

Ga
Галлий

32

Ge
Германий

33

As
Мышьяк

34

Se
Селен

35

Br
Бром

36

Kr
Криптон

537

Rb
Рубидий

38

Sr
Стронций

39

Y
Иттрий

40

Zr
Цирконий

41

Nb
Ниобий

42

Mo
Молибден

(43)

Tc
Технеций

44

Ru
Рутений

45

Rh
Родий

46

Pd
Палладий

47

Ag
Серебро

48

Cd
Кадмий

49

In
Индий

50

Sn
Олово

51

Sb
Сурьма

52

Te
Теллур

53

I
Иод

54

Xe
Ксенон

655

Cs
Цезий

56

Ba
Барий

*72

Hf
Гафний

73

Ta
Тантал

74

W
Вольфрам

75

Re
Рений

76

Os
Осмий

77

Ir
Иридий

78

Pt
Платина

79

Au
Золото

80

Hg
Ртуть

81

Tl
Таллий

82

Pb
Свинец

83

Bi
Висмут

(84)

Po
Полоний

(85)

At
Астат

86

Rn
Радон

787

Fr
Франций

88

Ra
Радий

**(104)

Rf
Резерфордий

(105)

Db
Дубний

(106)

Sg
Сиборгий

(107)

Bh
Борий

(108)

Hs
Хассий

(109)

Mt
Мейтнерий

(110)

Ds
Дармштадтий

(111)

Rg
Рентгений

(112)

Cp
Коперниций

(113)

Uut
Унунтрий

(114)

Uuq
Унунквадий

(115)

Uup
Унунпентий

(116)

Uuh
Унунгексий

(117)

Uus
Унунсептий

(118)

Uuo
Унуноктий

8(119)

Uue
Унуненний

(120)

Ubn
Унбинилий

                
Лантаноиды *57

La
Лантан

58

Ce
Церий

59

Pr
Празеодим

60

Nd
Неодим

(61)

Pm
Прометий

62

Sm
Самарий

63

Eu
Европий

64

Gd
Гадолиний

65

Tb
Тербий

66

Dy
Диспрозий

67

Ho
Гольмй

68

Er
Эрбий

69

Tm
Тулий

70

Yb
Иттербий

71

Lu
Лютеций

 
Актиноиды **89

Ac
Актиний

90

Th
Торий

91

Pa
Протактиний

92

U
Уран

(93)

Np
Нептуний

(94)

Pu
Плутоний

(95)

Am
Америций

(96)

Cm
Кюрий

(97)

Bk
Берклий

(98)

Cf
Калифорний

(99)

Es
Эйнштейний

(100)

Fm
Фермий

(101)

Md
Менделевий

(102)

No
Нобелей

(103)

Lr
Лоуренсий


Химические семейства элементов периодической таблицы
Щелочные металлыЩёлочноземельные металлыЛантаноидыАктиноидыПереходные металлы
Лёгкие металлыПолуметаллыНеметаллыГалогеныИнертные газы
 

+7 (812)

Телефоны отделов продаж:

337-18-93 - отдел моющих средств и хозтоваров-многоканальный.
337-18-94 - отдел ветзоотехники и агрохимии
337-18-95 - отдел лабораторной посуды
337-18-96 - отдел химии и спецодежды
337-18-97 - отдел лабораторного оборудования и приборов

Адреса электронной почты:

him_spb@mail.ru
himsnab.53@list.ru

Адрес:

198095, г. Санкт-Петербург, ул. Швецова, дом 23 (Здание ТЭМП)

© 2009 — «ХИМСНАБ»
Все права защищены

Отказ от ответственности



Создание сайта — «Consepto»
Продвижение сайта — «1 Место»