Висмут металл или нет

Обновлено: 25.04.2024

Bi, химический элемент V группы периодической системы Менделеева; атомный номер 83, атомная масса 208,980; серебристо-серый металл с розоватым оттенком. Природный В. состоит из одного стабильного изотопа 209 Bi.

В. был известен в 15—16 вв., но долгое время его считали разновидностью олова, свинца или сурьмы. За самостоятельный металл В. был признан в середине 18 в. Французский химик А. Лавуазье включил его в список простых тел. Происхождение названия «В.» не установлено.

Содержание В. в земной коре 2·10 -5 % по массе. В. встречается в природе в виде многочисленных минералов, из которых главнейшие — висмутовый блеск Вi₂S₃, Висмут самородный Bi, бисмит Bi₂O₃ и др. (см. Висмутовые руды). В большем количестве, но в малых концентрациях В. встречается как изоморфная примесь в свинцово-цинковых, медных, молибденово-кобальтовых и олово-вольфрамовых рудах. Около 90% мирового потребления покрывается попутной добычей В. при переработке полиметаллических руд.

Физические и химические свойства. В. имеет ромбоэдрическую решётку с периодом a = 4,7457 А° и углом α=57°14'13 ". Плотность 9,80 г/см 3 ; t_пл 271,3°С; t_kип 1560 °С. Удельная теплоёмкость (20 °С) 123,5 дж/кг·К (0,0294 кал/г·С); термический коэффициент линейного расширения при комнатной температуре 13,3·10 -6 ; удельная теплопроводность (20°С) 8,37 вт/(м·К) [0,020 кал/(см·сек·°С)]; удельное электрическое сопротивление (20° С) 106,8·10 -8 ом·м (106,8·10 -6 ом·см). В. — самый диамагнитный металл. Удельная магнитная восприимчивость равна —1,35·10 -6 . Под влиянием магнитного поля электросопротивление В. увеличивается в большей степени, чем у других металлов, что используется для измерения индукции сильных магнитных полей (см. Висмутовая спираль). Сечение захвата тепловых нейтронов у В. мало (34·10 -31 м 2 или 0,034 барна). При комнатной температуре В. хрупок, легко раскалывается по плоскостям спайности, в фарфоровой ступке растирается в порошок. При температуре 120—150°С ковок; горячим прессованием (при 240—250° С) из него можно изготовить проволоку диаметром до 0,1 мм, а также пластинки толщиной 0,2—0,3 мм. Твёрдость по Бринеллю 93 Мн/м 2 (9,3 кгс/мм 2 ), по Моосу 2,5. При плавлении В. уменьшается в объёме на 3,27%.

В. в сухом воздухе устойчив, во влажном наблюдается его поверхностное окисление. При нагревании выше 1000°С сгорает голубоватым пламенем с образованием окиси Bi₂O₃. В ряду напряжений В. стоит между водородом и медью, поэтому в разбавленной серной и соляной кислотах не растворяется; растворение в концентрированных серной и азотной кислотах идёт с выделением SO₂ и соответствующих окислов азота.

В. проявляет валентность 2, 3 и 5. Соединения В. низших валентностей имеют основной характер, высших — кислотный. Из кислородных соединений В. наибольшее значение имеет трёхокись Вi₂O₃, при нагревании меняющая свой жёлтый цвет на красно-коричневый. Вi₂O₃ применяют для получения висмутовых солей. В разбавленных растворах висмутовые соли гидролизуются. Хлорид BiCl₃ гидролизуется с выпадением хлорокиси BiOCl, нитрат Bi (NO₃)₃ — с выпадением основной соли BiONO₃·BiOOH. Способность солей В. гидролизоваться используется для его очистки. Соединения 5-валентного В. получаются с трудом; они являются сильными окислителями. Соль КВiО₃ (соответствующая ангидриду Bi₂O₅) образуется в виде буро-красного осадка на платиновом аноде при электролизе кипящего раствора смеси KOH, KCl и взвеси Вi₂O₃. В. легко соединяется с галогенами и серой. При действии кислот на сплав В. с магнием образуется висмутин (висмутистый водород) ВiH₃; в отличие от арсина AsH₃, висмутин — соединение неустойчивое и в чистом виде (без избытка водорода) не получено. С некоторыми металлами (свинцом, кадмием, оловом) В. образует легкоплавкие эвтектики; с натрием, калием, магнием и кальцием — интерметаллические соединения c температурой плавления, значительно превышающей температуры плавления исходных компонентов. С расплавами алюминия, хрома и железа В. не взаимодействует.

Получение и применение. Основное количество В. добывается попутно при огневом рафинировании чернового свинца (См. Свинец) (веркблея). Пирометаллургический способ основан на способности В. образовывать тугоплавкие интерметаллические соединения с К, Na, Mg и Ca. В расплавленный свинец добавляют указанные металлы и образовавшиеся твёрдые соединения их с В. (дроссы) отделяют от расплава. Значительное количество В. извлекают из шламов электролитического рафинирования свинца в кремнефтористоводородном растворе, а также из пылей и шламов медного производства. Содержащие В. дроссы и шламы сплавляют под щелочными шлаками. Полученный черновой металл содержит примеси As, Sb, Cu, Pb, Zn, Se, Te, Ag и некоторых других элементов. Выплавка В. из собственных руд производится в небольшом масштабе. Сульфидные руды перерабатывают осадительной плавкой с железным скрапом. Из окисленных руд В. восстанавливают углём под слоем легкоплавкого флюса.

Для грубой очистки чернового В. применяются в зависимости от состава примесей различные методы: зейгерование, окислительное рафинирование под щелочными флюсами, сплавление с серой и др. Наиболее трудно отделяемая примесь свинца удаляется (до 0,01%) продуванием через расплавленный металл хлора. Товарный В. содержит 99,9—99,98% основного металла. В. высокой чистоты получают зонной перекристаллизацией в кварцевых лодочках в атмосфере инертного газа. Значительное количество В. идёт для приготовления легкоплавких сплавов (См. Легкоплавкие сплавы), содержащих свинец, олово, кадмий (см., например, Вуда сплав), которые применяют в зубоврачебном протезировании, для изготовления клише с деревянных матриц, в качестве выплавляемых пробок в автоматических противопожарных устройствах, при напайке колпаков на бронебойные снаряды и т.д. Расплавленный В. может служить теплоносителем в ядерных реакторах.

Быстро увеличивается потребление В. в соединениях с Te для термоэлектрогенераторов. Эти соединения из-за благоприятного сочетания величин теплопроводности, электропроводности и термоэлектродвижущей силы позволяют преобразовывать тепловую энергию в электрическую с большим кпд (Висмут7%). Добавка В. к нержавеющим сталям улучшает их обрабатываемость резанием.

Соединения В. применяются в стекловарении (увеличивают коэффициент преломления) и керамике (дают легкоплавкие эмали). Растворимые соли В. ядовиты, по характеру воздействия аналогичны ртути.

Наибольшее количество В. потребляется фармацевтической промышленностью. В. и его препараты применяют в медицинской практике как обеззараживающие и подсушивающие средства. Нитрат В. основной применяют внутрь при воспалительных заболеваниях кишечника (колиты, энтериты), язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки; выпускается в порошках и таблетках; входит в состав таблеток викалин и викаир. Наружно применяют препараты В. в виде присыпок и мазей (ксероформ, дерматол) для лечения ожогов, дерматитов и поверхностных пиодермий. Для внутримышечных инъекций употребляют взвеси некоторых соединений В. в растительном масле (бисмоверол, бийохинол) при лечении сифилиса.

Лит.: Томсон Дж. Г., Висмут, пер. [с англ.], Л., 1932; Сажин Н. П., Дулькина Р. А., Получение металлического висмута высокой частоты, М., 1955; [Каганович С. Я., Иванов Г. П.], Производство и применение висмута в капиталистических странах, М., 1963; Глазков Е. Н., Висмут, Таш., 1969.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .

Висмут – самый красивый из металлов

Этот металл не перепутаешь с другими: его поверхность подобна радужной оболочке, а кристаллы выглядят футуристически. Без висмута не обходятся промышленность, наука, медицина.

Что представляет собой

Висмут – элемент таблицы Менделеева №83. Международное обозначение – Bi (Bismuthum).

Его серебристый цвет дополняется розоватым оттенком, во влажном микроклимате на поверхности появляется оксидная пленка, создающая радужные переливы. По этим признакам висмут легко отличить от других металлов.

Он радиоактивен, но минимально. Данная характеристика не считается недостатком.

Как был открыт

История металла начинается со Средневековья:

Его упоминают лекари и алхимики Парацельс, Василий Валентин, Григорий Агрикола.
Использует при отливке шрифтов для печати первых европейских книг Иоганн Гутенберг.

Как металл висмут знали и раньше, но принимали за олово, свинец или сурьму. Недаром название связывают с арабским «подобный сурьме» и немецким «белая масса» (так его окрестили местные рудокопы).

Лишь к XVIII веку химики классифицировали висмут как самостоятельный элемент.

В России история открытия связана с именем Михаила Ломоносова. Ученый сделал первые описания металла.

Физико-химические характеристики

Для химика висмут – это простое вещество. В микроклимате с нормальными показателями химически инертен. Взаимодействие начинается при +990°С.

Металл легкоплавкий, при +150°С обретает пластичность. Однако хрупок, лишен тягучести, ковкости, легко измельчается до порошка.

Свойства атома
Название, символ, номер	Ви́смут (устар. Би́смут) / Bismuthum (Bi), 83
Атомная масса (молярная масса)	208,98040(1) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Xe] 4f14 5d10 6s2 6p3
Электроны по оболочкам	2, 8, 18, 32, 18, 5
Радиус атома	170 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус	146 пм
Радиус иона	(+5e) 74 (+3e) 96 пм
Электроотрицательность	2,02 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	Bi←Bi3+ 0,23 В
Степени окисления	5, 3
Энергия ионизации (первый электрон)	702,9 (7,29) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	9,79 г/см³
Температура плавления	271,44 °C, 544,5 K
Температура кипения	1837 K
Уд. теплота плавления	11,30 кДж/моль
Уд. теплота испарения	172,0 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	26,0 Дж/(K·моль)
Молярный объём	21,3 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	ромбоэдрическая
Параметры решётки	α=57,23°, a=4,746 Å
Отношение c/a	–
Температура Дебая	120,00 K
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) 7,9 Вт/(м·К)
Номер CAS	7440-69-9

Ряд характеристик металла отличает его от других:

На холоде, подобно воде, увеличивается в объеме.
Имеет малую теплопроводность.
Самый сильный диамагнетик среди металлов.

Не взаимодействует с кремнием, азотом, углеродом, разбавленной серной, концентрированной соляной кислотами, щелочами.

Металл в природе

Элемент относится к редкоземельным металлам.

Тонна земной коры содержит 2 г висмута.

В природе самородки большая редкость, чаще представлены другие виды:

Как примесь в рудах – свинцовых, вольфрамовых, медных, цинковых, оловянных.
Как компонент минералов – висмутина, козалита, бисмутина, бисмита, других.

В центре внимания оказался изотоп металла. До начала XXI века он считался стабильным, но позже обнаружилось, что висмут радиоактивен. Это не опасно.

Период полураспада висмута на порядки превышает возраст Вселенной (14,5 млрд. лет).

Места добычи

Месторождения чистого висмута единичны. 90% металла добывают при переработке руд других металлов. Это концентрат с десятыми, чаще сотыми долями процента висмута. Его извлекают из пегматитов и залежей гидротермального происхождения. Их запасы оцениваются миллионами тонн.

Мировой объем добычи висмута – около 6 тыс. тонн ежегодно.

Поставщики сырья на мировой рынок – Россия, ФРГ, Монголия, Перу, другие страны-добытчики.

Технология получения

Подобно другим редким элементам, содержание Bi в породах исчисляется долями процента. Поэтому первый пункт доставки руды – обогатительное предприятие. Здесь используются методы пиро- и гидрометаллургии.

Синтетический кристалл висмута и слиток объёмом 1 см3

Пирометаллургия

Процедура обогащения многоэтапна, определяется происхождением сырья:

Висмут из соединений, выделенных в процессе переработки медных концентратов, осаждают плавкой с ферроскрапом.
Из окисленных руд элемент восстанавливают под «покровом» легкоплавкого флюса. Для процедуры требуется углерод и 990°C.

Самый распространенный исходник получения висмута – черновой свинец. Висмут выделяют, воздействуя магнием либо кальцием. Затем эти элементы удаляют методами флотации, очистки, электролиза. Черновой висмут получают переплавкой массы.

Гидрометаллургия

Висмутосодержащее сырье растворяют кислотами.
Растворы выщелачивают электрохимически либо серной кислотой.
Элемент извлекают и очищают экстракцией.
Металл высокой чистоты получают методом рафинирования, зонной плавки, перегонки.

Способ признан рентабельным: для извлечения продукта пригодны концентраты с минимальным количеством висмута. Качество безупречно.

Где используется металл

Микродозы металла, добавленные в сталь, чугун, алюминий, облегчают механическую обработку. Данное свойство висмута оценила металлургия – главный потребитель металла.

Промышленность

Промышленным комплексом используются все формы вещества.

Металл

Это жидкость в термометрах, материал моделей для форм в литейном производстве.

Сплавы

Сплавы «висмут + металлы (кадмий, свинец, олово)» легкоплавки.

Их применение универсально:

предохранители;
вентили;
клапаны;
припои, смазки;
прокладки-уплотнители для агрегатов, работающих в вакууме;
детали подшипников.

Из них изготавливают колпаки бронебойных снарядов, теплоносители реакторов на АЭС.

Висмут + марганец, хром, индий либо европий ценят производители постоянных магнитов.

Монокристалл теллурида висмута

Соединения

Модификации висмута – основа материалов специального назначения (сверхпроводников, магнито-, термоэлектрических):

Материал электрохимических топливных узлов.
Детекторы ионоизлучения в приборах для нужд геологии, компьютерной томографии, ядерной физики.
Катализаторы в процессе производства акриловых полимеров.

Их используют переработчики нефти.

Оборонный комплекс

Преимущества металла подошли ВПК. Соединения висмута задействованы при производстве аккумуляторов для армии и космических аппаратов.

Не пропадает даже стружка – ее используют как ускоритель процесса изготовления компонентов ракетного топлива.

Медицина

Медициной востребованы соединения элемента как компонент препаратов:

Ими лечат ЖКТ, онкологию, обеззараживают и заживляют раны.
Вводят в контрастное вещество для рентгеноскопии.

Висмутосодержащие препараты убивают бактерию, вызывающую язву желудка.

Травматологами задействован как материал, фиксирующий участки с переломами. Стоматологами используется для протезирования.

Другие сферы

Материал повышенной чистоты предназначен ученым:

Из него сделаны приборы, измеряющие параметры магнитных полей.
Это исходник для синтеза других элементов.

Его добавляют, изготовляя пигменты, эмали для керамики, стекло, лак для ногтей, грузила удочек, дробь патронов для охоты.

Из кристаллов создают ювелирные украшения авангардного стиля.

Можно вырастить кристаллы дома и любоваться их причудливо-хаотичной структурой.

Значение для человека

Микродозы элемента присутствуют в организме (скелет, мягкие ткани, кровь, мозг). Резервы пополняются через пищу.

Он задействован в синтезе белка, процессах на уровне клетки. Как металл относится к «тяжелой» группе, но его соли нерастворимы в воде, поэтому не поглощаются организмом.

Влияние токсичности висмута на человека стремится к нулю.

Предостережение

Вещество экологически безопасно для всего живого.

Однако это радиоактивный металл, поэтому при приеме аптечных препаратов с ним нужна осторожность:

Некоторые пищевые продукты, взаимодействуя с лекарством, провоцируют образование в организме ядовитых соединений.
Длительный цикл приема противопоказан людям с заболеваниями почек.

Расстройство ЖКТ (тошнота, рвота, диарея).
Проблемы с сердцем.
Ухудшение памяти.
Утрата аппетита.
Бессонница.
Воспаление десен.
Дерматит.
Токсический гепатит.

Этого можно избежать, точно следуя инструкции, прилагаемой к препарату.

Несмотря на редкость в природе, цена металла доступна. Она не превышает нескольких десятков долларов за килограмм.

Висмут — красивый и редкий металл с интересными свойствами

Висмут — элемент таблицы Менделеева, простое вещество, металл. Обозначается Bi. Название происходит или от немецкого «белая масса», или от арабского «подобный сурьме». Висмут довольно долго считали одним из видов свинца, сурьмы или олова, и только в XVIII веке химики выяснили, что это самостоятельный элемент. Это настолько интересное и широко применяемое, хоть и редкое вещество, что рассказ мы разбили на две части. В первой пойдет речь о свойствах висмута и его влиянии на организм.

Большую часть висмута добывают как сопутствующий ингредиент при разработке полиметаллических руд. Содержание Bi в породах, как правило, составляет доли процента, поэтому требуется длительный процесс обогащения, выделения, рафинирования. За год во всем мире добывается примерно 6 тыс. тонн металла.

Свойства

Вещество серебристого цвета с розоватым отливом, с сильным металлическим блеском. В нормальных условиях и в сухом воздухе с кислородом не реагирует, на влажном воздухе покрывается оксидной пленкой разной толщины, которая, преломляя свет, создает эффект радужного сияния. Металл хрупкий — его можно истолочь в ступке, мягкий, тяжелый. Плавится при температуре +271 °С. При нагревании до +150 °С становится пластичным. Обладает редким свойством увеличивать объем при остывании (например, как вода и лед). Еще одно необычное для металлов качество — малая теплопроводность. Среди металлов висмут обладает самыми сильными диамагнитными свойствами.

В химических реакциях элемент проявляет валентности -3, и от +1 до +5, чаще всего — +3. При нагреве до +1000 °С горит с образованием оксида. Вступает в реакцию с озоном, серой, сернистым газом, с концентрированной серной кислотой, азотной кислотой, царской водкой, галогенами (фтором, йодом, бромом). С металлами образует висмутиды. Способен образовывать висмуторганические соединения. Не взаимодействует с разбавленной серной кислотой и с концентрированной соляной кислотой, со щелочами, с азотом, углеродом, кремнием. Почти не реагирует с водородом. В некоторой степени растворяет фарфор.

Висмут и человеческий организм

В тканях, костях, крови, в мозге и других органах, в пище содержится определенное, хотя и очень небольшое количество висмута. Роль этого элемента в биологии человека пока не изучена. Предполагается, что он участвует в белковом синтезе, во внутриклеточных процессах.

Висмут относится к тяжелым металлам, но для человека он токсичен незначительно. Дело в том, что большинство солей висмута нерастворимы в воде, поэтому не усваиваются в организме. Растворимые соли висмута очень ядовиты, но, к счастью, их очень мало. При приеме висмутосодержащих медицинских препаратов следует строго следовать инструкции, особенно в той части, с какой пищей их можно сочетать. Например, молочная кислота способна переводить соли висмута в растворимое состояние и вызвать тяжелое отравление.

Не рекомендуется длительный прием висмутосодержащих препаратов, особенно людям с заболеваниями почек. Передозировка висмута может вызвать бессонницу, потерю аппетита, воспаление десен, дерматит, ухудшение памяти, тошноту, рвоту, диарею, нарушение сердечной деятельности, токсический гепатит.

В следующей статье мы расскажем, как висмут применяется в медицине и в других сферах деятельности.

Висмут — металл с широким спектром применения

Продолжаем рассказ о висмуте. Из этой статьи вы узнаете о том, где применяется этот металл и какие интересные особенности ему присущи. В частности, является ли он радиоактивным, как его применяли орнитологи и какие болезни лечат с помощью висмутосодержащих препаратов.

Это интересно

До недавнего времени единственный природный изотоп висмута считался стабильным, но в 2003-м году была доказана его радиоактивность. Правда, период его полураспада в несколько десятков раз больше, чем возраст нашей Вселенной. Так что в плане радиоактивности природный висмут для человека совершенно безопасен.

Из-за нерастворимости соединений висмут считается экологически безопасным веществом. Более того, во время аварии нефтедобывающей платформы в Мексиканском заливе орнитологи кормили морских птиц препаратами висмута для вывода нефти, попавшей в их организм.

Сферы применения висмута

Основным потребителем висмута выступает металлургия. Сталь и алюминий, содержащие всего несколько сотых долей процента Bi, гораздо легче обрабатывать на станках. Сплавы висмута с кадмием, свинцом, цинком и другими металлами позволяют получить вещества с температурой плавления ниже 100 °С. Такие сплавы выплавляют для изготовления:

— плавких предохранителей, плавких клапанов;
— бессвинцовых и легкоплавких припоев;
— баббитов для подшипников;
— деталей на замену вредных для окружающей среды свинцовых, например, грузил для удочек, вентилей водопроводных систем, дроби для охотничьих патронов;
— колпаков для бронебойных снарядов;
— смазок и уплотнительных прокладок для работы в вакууме;
— термометрических жидкостей для термометров;
— теплоносителей для атомных реакторов;
— материала для фиксирования переломов в травматологии, для протезирования в стоматологии;
— материалов для моделирования в литейном производстве.

Особо чистый висмут идет на изготовление приборов для измерения магнитных полей, так как его сопротивление почти линейно изменяется в зависимости от величины магнитного поля.

Нельзя не упомянуть, что из красивых кристаллов чистого висмута делают изысканные ювелирные украшения.

Сплавы висмута с марганцем, хромом, индием или европием используются для производства высококачественных мощных и долговечных постоянных магнитов. Соединения висмута идут на получения магнитоэлектрических, высокотемпературных сегнетоэлектрических, термоэлектрических, сверхпроводящих материалов.
— Оксид Bi с небольшими добавками других металлов применяется для изготовления электрохимических топливных элементов, способных работать при 500-700 °К.
— Соединения с галлием, иодом, германием востребованы как детекторы ионизирующего излучения в приборах для компьютерной томографии, ядерной физики, геологии.
— Сплавы и соединения широко применяются для изготовления энергоемких, стабильных и надежных аккумуляторов. Например, в батареях для космических и военных аппаратов.
— Оксид и нитрат висмута — катализаторы в технологии производства полимеров на основе акрила; висмут в виде стружки — катализатор для изготовления окислителей для ракетного топлива.
— Используется для получения полония-210; в нефтепереработке; для производства пигментов, низкотемпературных эмалей для керамики; лака для ногтей.
— В медицине соединения висмута входят в состав препаратов, применяющихся для лечения ЖКТ, онкологических заболеваний; антисептиков, ранозаживляющих средств; контрастного вещества для рентгеноскопии. Висмутосодержащие препараты — один из немногих средств, эффективных против бактерии, вызывающей язвенную болезнь желудка.

Обратите внимание, что в нашем магазине вы можете по хорошим ценам купить как нитрат висмута, так и государственный стандартный образец состава раствора ионов «Висмут (III)».

Читайте также: