Кристалічні грати вісмуту. Легенди про вісмут

Елемент називали його найлегшим, найбіднішим і найдешевшим різновидом. Поняття можна знайти у словнику алхімії Руланду, випущеному 1612-го року. Хімічна індивідуальність вісмуту виявлена ​​хіміком на прізвище Потт.

Позначення для елемента придумав швейцарець Єнс Берцеліус. Щодо походження імені металу, його дали німецькі гірники. Вони називали руди з вісмутом wis mat, тобто "білою масою". Елемент, справді, білястий. Однак це не відмінна властивість. Унікальним металом роблять інші параметри. Про них і поговоримо.

Хімічні та фізичні властивості вісмуту

Вісмут – металякий можна порівняти з водою. У рідкому стані вона щільніша, ніж у твердому. Це вирізняє і вісмут. Розплавляючись, він, як і лід, зменшується обсягом. Виходить, твердий метал легший за текучий. За рахунок ущільнення при плавленні вісмут незвичайно реагує на тиск.

Температура переходу з твердої речовини в рідину падає за її підвищення. Поточну масу можна отримати вже за 270 градусів Цельсія. При 1000 градусах вісмут згорає. Якщо ж впливати тиском інші метали, температура їх плавлення лише виросте.

Вісмут – основнийнайбільш потужний в природі діамагнетик. Це означає, що метал відштовхується від обох полісів магніту. Якщо помістити злиток між плюсом і мінусом, він стане центром. Явище названо діамагнітною левітацією. Сила дії вісмуту настільки сильна, що здатна від'єднати магніт від опори.

Якщо порівнювати елемент із сурмою, різняться металеві властивості. У вісмуту вони переважають. У сурми більше неметалевих властивостей, наприклад, немає вираженого . 83-й елемент таблиці Менделєєва виблискує, «народжуючи» рожеві сполохи.

Відрізняє вісмут та пластичність. Метал м'який, при цьому крихкий. Окислення елемента неоднозначне. У сухому повітрі речовину можна сприйняти як благородну, — патина не утворюється. У вологій атмосфері формується оксид вісмуту. Поверхня металу покривається плівкою, каламутніє.

Створюючи для металу вісмут інструкцію із застосування, Хіміки вказують, що він не вступає в реакції з лугами. Інертний елемент і до розведених кислот. Але, якщо використовувати концентрати, випадають вісмути. З металами реакція активна, утворюються вісмутиди. Це група мінералів, серед яких майдоніт, фрудит та майченеріт.

Застосування вісмуту

Вісмут застосуваннязнайшов у металургії. Елемент необхідний створення легкоплавких сплавів. Метал доданий, наприклад, до Вуди. Він застосовується у протипожежних системах. Показник плавлення нижче за температуру кипіння води.

Вісмут купитипрагнуть і підприємства, які виробляють литі вироби складних форм. Вони важливо дотриматися точність параметрів. Знаходиться властивість вісмутузбільшуватися обсягом, при затвердінні. Добавка металу допомагає сплавам впритул приєднатися до форм, повторити їх контур на 100%.

Поєднуючись з марганцем, вісмут набуває феромагнітних властивостей. Будучи поміщеним у магнітне поле, сплави й самі стають магнітами. На їх виробництво і пускають з'єднання на основі вісмуту та . Оксиди 83-го елемента використовують у виробництві кераміки, оптичних приладів. Тут вісмут грає роль каталізатора.

Препарати вісмутує на аптечних полицях. У фармацевтиці знадобиться трибромфенолят металу, а також ксероформ. Ці сполуки активно борються із бактеріями. Тому порошки з вісмутом використовують при загоєнні ран, знезараженні опіків і фістул. Метал доданий, наприклад, до мазь Вишневського. Нітрат вісмутувідомий медикам, як в'яжучий засіб та помірний проносний. З'єднання називають вікаїром.

Вісмут трикалію- Основа противиразкових ліків. Вони випускаються у формі таблеток із тонкою оболонкою. Деякі з них прописують і за гастритів. Так, вісмуту дицитрат трикаліюмістять препарати Де-Нол, Трімо, Вентрісол та Пілоцид.

З'єднання 83-го елемента додають, так само, ліки від сифілісу. Його збудник – спірохети. Ці бактерії гинуть у присутності вісмуту, що зв'язує сульфідні групи мікроорганізмів.

Своє місце вісмут посів і у косметології. Оксохлорид речовини – блискітки у багатьох декоративних засобах. Пудра, тіні, рум'яна з ефектом сяйва часто містять 83-й метал. Косметологи звернули на нього увагу ще за часів Відродження.

Тоді була мода на білу шкіру - ознака аристократії. Азотнокислий вісмут допомагав представникам вищого стану «не впасти обличчям у бруд».

Сіль називали іспанськими білилами і використовували як пудру. Азотнокислий вісмут- Сіль. Солі металу потрібні шляховикам. Чи бачили на трасах знаки, малюнки на яких починають світитися, якщо на них спрямовані фари? Секрет кольорових спалахів – солі вісмуту.

Видобуток вісмуту

Рідкісний метал. Це про вісмути. Інструкціяпо його видобутку стосується, як правило, руд свинцю, , і . Вони 83-го металу близько 0,006%. Їх витягують попутно шляхом вилуговування руди. Для цього використовують соляну кислоту з наступною екстракцією.

При виробництві сплавів міді та свинцю вісмут отримуютьшляхом рафінування. Метал частково перетворюється на пил, пари. Їх збирають та відправляють на подальшу переробку, точніше, відновлення. Його домагаються електролітичним шляхом або працюючи зі зливками свинцю.

У природі є руди вісмуту. Зміст цінного елемента у яких – 1%. Але такі породи зустрічаються рідко і в невеликих обсягах. Загальний запас металу оцінюється в 320 тисяч тонн на весь світ. 240 із них перебувають у надрах Китаю. Тому Піднебесна – лідер виробництва вісмуту. У рік КНР постачає ринку 6 000 тонн. 1000 тон додає Мексика. По 100-150 тонн виробляють у Казахстані та Канаді.

По 10 000 тонн вісмуту виявлено у Болівії та Перу. Але ці країни майже не розробляють запаси. До речі, 83-й елемент, як і інші метали, зустрічається у самородній формі. Зливки зустрічаються у зв'язці з , турмалінами та берилом. Зміст вісмутуу самородках – близько 99%. Проте, такі камені зустрічаються набагато рідше руд рідкісного металу.

Ціна вісмуту

на вісмут цінарідко опускається нижче 2000 рублів за кілограм. Така вартість зазначається у закупівлях із мінімальним обсягом. Тобто заощадити можна лише при замовленні від 5-ти, 10-ти, 16-ти кілограмів. Якщо ж брати лише 1000 грамів, заплатити доведеться не менше 3100 рублів. Стандартна ціна - від 4 000-ох до 6 000 рублів.

Запити продавців залежить від чистоти металу. Його вміст у зливках може бути, наприклад, 99%, а може і 99, 99%. Враховується і ім'я виробника, торговця та країна, звідки доставлений товар. Для росіян найбільш вигідні постачання з Китаю. Якщо говорити про підприємства всередині країни, то вісмут реалізує, наприклад, «Електровік-Сталь».

Менеджери заводу встановлюють ціну, спираючись на індекси Лондонської біржі кольорових металів. Як правило, вартість кілограма вісмутуваріюється в межах 3000 - 4000 рублів. Обсяги виробництва підприємства дозволяють торгувати центнерами, що значно скорочує витрати на великі закупівлі.

Вісмут (латинське Bismuthum, позначається Bi) - елемент з атомним номером 83 та атомною вагою 208,9804. Є елементом головної підгрупи п'ятої групи, шостого періоду періодичної системи хімічних елементів Дмитра Івановича Менделєєва. У вільному не окисленому стані вісмут є сріблясто-сірим металом з рожевим відтінком і вираженим металевим блиском. Цей метал одночасно досить м'який і в той же час крихкий, досить важкий (щільність 9,8 г/см3) та легкоплавок. Не маючи ковкість і тягучість, вісмут легко подрібнюється в порошок.

Природний вісмут має лише один ізотоп - 209Bi. Довгий час він вважався найважчим із існуючих у природі стабільних ізотопів, однак у 2003 році в ході експериментів вчені довели, що 209Bi α-радіоактивний з періодом напіврозпаду 1,9±0,2∙1019 років (що, втім, приблизно у півмільярда разів більше віку нашої планети). Виходить, що всі відомі ізотопи вісмуту радіоактивні. Крім 209Bi відомі ще три десятки ізотопів (на даний момент 34), більшість з яких має ізомерні стани. Довгоживучими вважаються 207Bi (період напіврозпаду 31,55 року), 208Bi (0,368∙106 років), 210mBi (3,04∙106 років) - один із ізомерних станів. Всі інші радіоактивні та короткоживучі: періоди їхнього напіврозпаду не перевищують кількох діб. Ізотопи вісмуту з масовими числами від 184 до 208 і від 215 до 218 отримані штучним шляхом (найважчий з ізотопів вісмуту - 215Bi, а не 209Bi, як передбачали раніше), інші - 210Bi, 211Bi, 211Bi, 211Bi, 211Bi, 211Bi природі , входячи в ланцюжки радіоактивного розпаду ядер урану-238, урану-235 та торію-232.

Вісмут був відомий з давніх-давен (перші згадки про нього в хімічній літературі відносяться до XV століття), тільки ось довгий час його вважали різновидом олова, свинцю або сурми. Уявлення про вісмут як про самостійний хімічний елемент склалося лише у XVIII столітті, після того, як у 1739 році німецьким хіміком І. Поттом було встановлено його хімічну індивідуальність. Що стосується назви вісімдесят третього елемента, то щодо цього існує безліч версій, найбільш поширеною з яких є така: слово bismuthum або bisemutum нібито походить від німецького словосполучення weisse Masse, що в перекладі означає «біла маса». Власне, як «вісмут» елемент запроваджено в хімічну номенклатуру 1819 року шведським хіміком Й. Берцеліусом.

Здебільшого металевий вісмут витрачається виробництво легкоплавких сплавів, містять, крім того, свинець, олово, кадмій (сплав Вуда, наприклад). Подібні сплави застосовують для виготовлення кліше з дерев'яних матриць, в зуболікарському протезуванні, автоматичних системах пожежогасіння, дія яких заснована на розплавленні пробок з таких сплавів. Сплави, що містять вісмут використовуються як припої. Чистий металевий вісмут використовують головним чином енергетичних ядерних реакторах в якості теплоносія. Широке застосування в різних областях знайшли сполуки вісмуту - у скловаренні та кераміці (особливо Bi2O3), у фармацевтичній промисловості (все той самий трикіс вісмуту використовується для виготовлення багатьох ліків від шлунково-кишкових захворювань, а також антисептичних та загоюючих засобів), у хімічній промисловості ( як каталізаторів). Оксид вісмуту в суміші з графітом використовується як позитивний електрод у вісмуто-магнієвих елементах (хімічне джерело струму). Також як позитивний електрод в літієвих елементах знаходить застосування вісмутат свинцю. У текстильній промисловості ванадат вісмуту застосовується як пігмент, який надає тканинам яскраво-жовтий колір.

Вісмут відноситься до токсичних ультрамікроелементів. Про фізіологічну роль вісмуту відомо небагато. Вісмут індукує синтез низькомолекулярних білків, бере участь у процесах осифікації, утворює внутрішньоклітинні включення в епітелії ниркових канальців. Можливо, цей елемент має генотоксичні та мутагенні властивості. Інтоксикація зазвичай спостерігається лише за тривалого впливу організм солей вісмуту у великих дозах. Тим не менш, трапляються випадки ятрогенних, професійних та побутових отруєнь.

Біологічні властивості

Біологічна роль вісмуту вивчена слабо, вчені припускають, що цей елемент індукує синтез низькомолекулярних білків, бере участь у процесах осифікації, утворює внутрішньоклітинні включення до епітелії ниркових канальців. Сучасний рівень знань не дозволяє виразно говорити про будь-яку фізіологічну роль вісмуту в організмі людини. Існують лише припущення, до яких відноситься і те, що вісмут, можливо, має генотоксичні та мутагенні властивості.

Надходження вісімдесят третього елемента в організм із водою чи їжею незначно. Справа в тому, що всмоктування вісмуту, що надійшов до шлунково-кишкового тракту, вкрай мало і становить близько 5%. Набагато вірогіднішим є надходження вісмуту в організм з лікарськими препаратами при їх прийомі всередину або через шкіру (при зовнішньому застосуванні). Сумарно в організм людини з їжею, а також з повітрям та водою надходить вісмуту в кількості 5-20 мкг/добу. Після всмоктування вісмут виявляється у крові як сполук з білками, і навіть проникає в еритроцити. Між органами та тканинами вісмут розподіляється відносно рівномірно. Деяке накопичення вісмуту може спостерігатися у печінці, нирках (до 1 мкг/г), селезінці та кістках. Виявляється вісмут і головному мозку.

Токсична та летальна дози вісімдесят третього елемента для людини не визначені. Небезпечним вважається хронічне надходження вісмуту в кількостях 1-1,5 г на день. Цей метал відноситься до категорії важких, він є помірно токсичним елементом. Ряд джерел навіть називає вісмут «найнешкідливішим» з усіх важких металів. Будучи дуже близьким за своїми властивостями до свинцю, вісмут набагато менш отруйний. У зв'язку з цим екологи борються за поступову заміну свинцю в промислових та виробничих процесах на вісмут. До речі, широкому застосуванню вісмуту в металургії та електроніці сприяла саме та обставина, що вісмут – найменш токсичний із усіх важких металів. Професійні отруєння чи шкірні захворювання під час роботи з вісмутом майже відзначаються, канцерогенність цього металу також встановлено. Зазвичай навіть величезні дози вісмуту, прийняті перорально не викликають отруєння, що пояснюється складністю всмоктування сполук вісмуту. Однак іноді, з точно не встановлених причин, спостерігається отруєння і прийому препаратів вісмуту перорально. Вчені припускають, що пов'язано це з надлишком молочної кислоти, яка переводить вісмут в розчинне з'єднання і сприяє його всмоктування. У білих щурів при введенні в шлунок Bi2(SO4)3 або KBiO3 (по 0,025-0,05 мг/кг протягом 6 місяців) спостерігалося порушення умовнорефлекторної діяльності, а при 5 мг/кг - зниження вмісту вільних SH-груп у сироватці крові , печінки, головному мозку, зниження активності сукцинатдегідрогенази печінки, холінестерази, лужної фосфатази та аланінамінотрансферази крові Отруйність вісмуту при введенні в кров висока – близько 1 мг на кг живої ваги – і коливається в залежності від швидкості введення та від виду піддослідної тварини. Введення сполук вісімдесят третього елемента під шкіру викликає також отруєння, але повільніше, і дози для токсичного ефекту набагато вищі, особливо при застосуванні нерозчинних сполук, що лише поступово розсмоктуються. Отруєння вісмутом може бути гострим та хронічним. Перше спостерігається як при застосуванні вісмуту на великі свіжі ранові поверхні, а також, при введенні в кров розчинних сполук вісмуту, що не беруть в облогу білка і тому не викликають емболії.

За транспортування вісмуту до різних органів у організмі відповідальні лейкоцити. Захоплений лейкоцитами і рознесений струмом крові та лімфи по всьому організму вісмут накопичується в селезінці, центральній нервовій системі та органах виділення, які є нирки, печінка, кишечник, слинні залози. Сліди цього елемента були виявлені в поті, сльозах та грудному молоці. Вісмут, що пройшов через шлунково-кишковий тракт, виділяється у вигляді сульфіду вісмуту, забарвлюючи кал у темний колір. Резорбований вісмут виділяється із сечею.

Встановлено, що при отруєнні солями вісмуту уражаються нирки, центральна нервова система, печінка, шкіра та слизові оболонки. У людини після прийому токсичної дози симптоми отруєння з'являються через кілька днів: спочатку виявляється пігментація в роті, причому на яснах з'являється чорна облямівка, що викликається відкладенням сірчистого вісмуту. Потім розвивається стоматит, іноді виразковий, який може поширитися на горло і стравохід. Як наслідок з'являється нудота, блювання, гастралгія, метеоризм, пронос, альбумінурія. Далі настає занепад харчування, схуднення та кахексія. Тривалий прийом препаратів вісмуту у великих дозах може спричинити симптоми вісмутової енцефалопатії (особливо у хворих з порушенням функції нирок). На ранніх стадіях отруєння вживають заходів для припинення надходження солей вісмуту. Для видалення неабсорбованої частини вісмуту промивають шлунок і призначають проносні засоби, проводять терапію, що хелатирує. При ураженнях нирок показано проведення гемодіалізу.

Однак набагато більше позитивних відгуків викликають з'єднання вісмуту, які застосовуються в медицині. Вісмут утворює сполуки з білками, і його препарати мають як в'яжучі, так і антисептичні властивості, на чому засноване зовнішнє застосування препаратів вісмуту при лікуванні опіків та травм. Подібна ж дія (слабко в'яжуча, що обмежує секрецію та антисептичну) вісмут виробляє на слизову оболонку травних шляхів. Так при вступі в шлунок вісмут спочатку накопичується в нижчих відділах цього органу, а потім розподіляється по всій його слизовій оболонці, утворюючи як би захисний покрив, що має особливе значення у разі порушення цілості слизової (виразки, ерозії). Препарати вісмуту мають антибактеріальну дію (пригнічують зростання Helicobacter pylori). З'єднання вісмуту використовуються при запальних захворюваннях шлунка та кишечника, виразці шлунка та дванадцятипалої кишки, діареї різного генезу і т.д.

Виявляється з'єднання вісмуту мають протиспірохетозну дію і механізм їх дії зводиться до того, що іони вісмуту, проникаючи в спірохети, пов'язують сульфгідрильні групи (SН) їх ферментів. Це призводить до порушення життєдіяльності та загибелі спірохет – збудників сифілісу. Подібні препарати вводяться внутрішньом'язово, тому що при прийомі внутрішньо сполуки, що містять вісмут, практично не всмоктуються з травного тракту. Правда, при такому надходженні вісмуту в організм існує небезпека ураження тих органів, в яких накопичуються іони вісмуту. Крім того, тривале (2 роки) застосування препаратів вісмуту з лікувальною метою може призвести до фарбування шкіри у сірий колір.

Азотнокислий вісмут BiNO3 5H2O зазвичай одержують випарюванням розчину вісмуту в азотній кислоті. У водному розчині ця сіль легко гідролізується і при нагріванні виділяє основний нітрат вісмуту (вісмутил-нітрат) (BiO)NO3. Ця сіль була відома ще в XVI столітті і мала велику популярність у красунь епохи Відродження. Її застосовували як косметичний засіб, який називали іспанськими білилами. Що цікаво вісмутіл-нітрат - цей білий порошок, практично нерозчинний у воді та спирті, легко розчинний у азотній кислоті, призначається всередину при виразковій хворобі шлунка та дванадцятипалої кишки, при запальних захворюваннях кишечника як в'яжучий та антисептичний засіб. Препарат ефективний і при зовнішньому застосуванні (у мазях та присипках) при запальних захворюваннях шкіри та слизових оболонок.

Перша батарея термоелементів, створена приблизно півтора століття тому, була виконана з спаяної тяганини сурми і вісмуту.

Відомо, що вісмут є відносно безпечним для екології. Це дозволяє використовувати дріб з вісмуту замість токсичного свинцю.

У Росії її родовища, що містять вісмут, почали розробляти лише роки першої світової війни, коли різко зросла потреба в лікувальних і антисептичних засобах. До цього препарати вісмуту ввозилися до царської Росії з Німеччини, але з початком військових дій на колишнього торгового «компаньйона» розраховувати, природно, не варто. Управління верховного начальника санітарної та евакуаційної частини звернулося до Академії наук із проханням вказати, чи є у Росії руди вісмуту і чи можна виплавляти їх метал. Вирішенням цього питання зайнявся Володимир Іванович Вернадський, який у роки очолював Комісію з вивчення природних продуктивних сил Росії. Вивчивши зразки Мінералогічного музею академії, вчений дійшов висновку, що пошукові роботи слід вести в Забайкаллі, і незабаром туди вирушив один із його учнів К.А. Ненадкевич – майбутній член-кореспондент АН СРСР. Незабаром Ненадкевич знайшов у Шерловій горі новий мінерал, названий ним базобісмутитом. Мінерал виявився дуже багатим на вісмут і міг бути чудовою сировиною для його виробництва. Під час проведення подальших досліджень вчений виявив ще ряд вісмутових родовищ, а вже 1918 року з руд одного з них – Букукінського – ним було виплавлено перші десятки кілограмів вітчизняного вісмуту.

Вісмут – найсильніший діамагнетик, причому ефект діамагнетизму на ньому можна спостерігати у простих лабораторних умовах (на відміну від інших доступних, але дуже слабких діамагнетиків). Підвішений на тонкій нитці зразок вісмуту помітно відштовхується на око від будь-якого полюса магніту. Маючи досить великі блоки вісмуту та потужний магніт, навіть у домашніх умовах можна побачити, що сили відштовхування достатньо для того, щоб відірвати магніт від опори. Це так звана діамагнітна левітація.

Історія

Історія знайомства людини з вісмутом досить стара, проте сама людина довгий час і не підозрювала, що красиві білі самородки, що виявляються ним, з трохи червонуватим відтінком - це по суті елементарний вісмут. Люди вперто помилялися, вважаючи, що висмут лише різновид сурми, свинцю або олова. Так, в одному з алхімічних словників («Алхімічний словник» Руланда 1612) вісмут описується як «будь-який найлегший, блідий і дешевий свинець». Перші відомості про металевий вісмут, його видобування та переробку зустрічаються в працях найбільшого металурга та мінералогу середньовіччя Георгія Агріколи, датованих серединою XVI століття. У своїй книзі «Про родовища і рудники в старий і новий час» він прирівнює вісмут до одного з основних металів, долучивши його до відомої з давніх-давен «чудовій сімці» - золоту, сріблу, міді, залізу, свинцю, олову та ртуті. Крім Агріколи вісмут згадується у працях багатьох авторів книг XV – XVII століть, зокрема, у Валентина та Парацельса. З тих же праць середньовічних алхіміків ми дізнаємося і про справді величезну кількість імен та назв, даних вісмуту. Ліппман у своїй книзі "Geschichte des Wismuts zwischen 1460 und 1800" (1930) наводить двадцять одну назву металу, що зустрічається в літературі XV - XVII століть! Серед такого різноманіття зустрічаються дуже поетичні та виразні імена - демогоргон, глаура, німфа. Вже відомий нам «Алхімічний словник» Руланда говорить про білий вісмут, як аналог альбедо (albe do - біле), білого марказиту (під яким, однак, розуміли не мінерал FeS2, а деякі металеві руди), свинцевої золи (Plumbum cinereum) та інших . Про походження самого слова «вісмут» ведеться чимало суперечок, існує багато версій. Одні вчені (той самий Ліппман) вважають, що в основі його лежить німецьке коріння «wis» і «mat» (спотворено weisse masse та weisse materia) – білий метал (точніше, біла маса, біла матерія). Інші впевнені, що назва походить від німецьких слів «wiese» (луг) та «muten» (розробляти копальню), оскільки цей метал ще за давніх часів видобували в луках Саксонії, поблизу Мейсена. Треті стверджують, що вісмутовими рудами був багатий округ Візен у Німеччині - йому, мовляв, і завдячує метал назвою. Принаймні, ці групи учених погоджуються у одному - німецькому походження назви вісімдесят третього елемента. Інша справа з четвертою групою істориків, які впевнені в тому, що слово «вісмут» – не що інше, як арабське «бі ісмід», тобто «схожий на сурму». Важко віддати перевагу якійсь із цих версій, тому досі вчені до кінця не визначилися з походженням назви вісімдесят третього елемента. Уявлення про вісмуті як самостійному хімічному елементі склалося лише у XVIII столітті, коли Потт і Бергман встановили його від інших металів і запропонували вважати вісмут простим тілом (1739 рік). Нинішній символ елемента номер вісімдесят три - Bi - вперше введено в хімічну номенклатуру в 1819 видатним шведським хіміком Йєнсом Яковом Берцеліусом.

Відомо, що за старих часів з'єднання вісмуту широко застосовувалися як фарби, грим, косметичні засоби. На Русі, наприклад, дівчата охоче користувалися різними білилами, зокрема й вісмутовими, які іноді називалися також іспанськими. З щоденника одного англійця, котрий відвідав російську державу в середині XVI століття: «жінки так намазують свої обличчя, що майже на відстані пострілу можна бачити наліплені на обличчях фарби; краще їх порівняти з дружинами мірошників, тому що вони виглядають так, ніби біля їхніх осіб вибивали мішки борошна». У російській науковій літературі відомості про вісмут є у Ломоносова у його «Перших підставах металургії». У «Словнику хімічному» Кадета, виданому Севергіним в 1810 році, вісмут і деякі його сполуки описані досить докладно і наведено багато синоніми назви: демогоргон (Demogorgon), глаура (Glaure), німфа (Nimphe), скловате (крихке) олово (Etain de glace), сіре олово (Etain gris). На початку XIX століття вісмут у Росії називали іноді візмутом та бісмутом.

Знаходження у природі

Вісмут дуже рідкісний і досить розсіяний елемент. За різними оцінками середній вміст (кларк) даного елемента в земній корі становить від 9 10-7 % до 2 10-5 % за масою, це означає, що на тонну речовини земної кори припадає лише 0,2 г вісмуту. За поширеністю у надрах нашої планети елемент №83 посідає сімдесят перше місце! Його менше, ніж дорогоцінного срібла, менше, ніж багатьох елементів, міцно і давно зарахованих до розряду рідкісних і розсіяних, - талію, індію, кадмію. Тим не менш, при порівняно невеликій поширеності вісмут виявляє яскраво виражену здатність до утворення власних мінералів в ендогенних та гіпергенних процесах (відомо близько ста мінералів вісмуту). Яскраво виражена здатність вісмуту до утворення власних мінералів Демшевського не дозволяє віднести його до розсіяним елементам у загальноприйнятому значенні цього терміну. До «чужих» кристалічних ґрат він, як правило, не входить. Виняток - свинцевий мінерал галеніт PbS, у ґратах якого за певних умов вісмут може утримуватися без утворення власних мінералів. Основними мінералами вісімдесят третього елемента вважаються - вісмут самородний (містить 95,9-99,9% Bi), бісміт Bi2О3 (89,7% Bi), бісмутіт Bi2CO3(OH)4 (76,5-91,4% Bi), вісмутин або вісмутовий блиск Bi2S3 (81,3% Bi), тетрадиміт - Bi2Te2S (59,27% Bi), телуровісмутіт Bi2Te3 (52% Bi), козаліт Pb2Bi2S5 (42% Bi), айкініт CuPbBiS3 (. У ряді родовищ чільне значення у вісмутових рудах набувають відносно рідкісні мінерали: беррііт - (Cu, Ag)3Pb2Bi5S11 (51% Bi), крупкаїт - CuPbBi3S6 (57,4% Bi), павоніт - (Ag, Cu) (Bi, Pb) 3S5 (62,5-66,7% Bi) виттихеніт Cu3BiS3, галеновісмутіт PbBi2S4 та інші. Серед родовищ вісмутових руд розрізняють ендогенні та екзогенні. Головні ендогенні родовища вісмутових руд – постмагматичні, генетично пов'язані з гранітоїдними комплексами. В екзогенних умовах при руйнуванні корінних родовищ виникають невеликі елювіальні, делювіальні, рідше делювіально-алювіальні розсипи. Супутніми компонентами власне вісмутових руд є свинець, мідь, золото, срібло, нікель та інші елементи. Основне промислове значення мають самородний вісмут, вісмутин та сульфосолі вісмуту. Однак родовища власних руд вісмуту рідкісні та відносно невеликі за масштабами. Крім того, складно назвати таке родовище, в якому концентрація вісімдесят третього елемента була б настільки високою, що могло б з вигодою розроблятися тільки заради вісмуту. Як виняток можна назвати промислові скупчення самородного вісмуту в Рудних горах (східна Німеччина), Болівії та Австралії. Ці копальні відносяться як до класичних типів родовищ вісмуту самородного - низькотемпературні гідротермальні родовища так звані п'ятиелементної формації, в яких вісмут самородний асоціюється з арсенідами кобальту і нікелю (Німеччина) - так і до грейзенових родовищ олова і вольфраму (Б).

Крім власне вісмутових руд, виділяють висмутсодержащіе руди - руди кольорових і благородних металів, в яких вісмут є попутним або одним із складових компонентів. Основне значення мають висмутсодержащіе руди (0,001-0,1% Bi) вольфрамових, олов'яних, мідних, золоторудних та свинцево-цинкових родовищ головним чином грейзенової, скарнової, високотемпературної гідротермальної груп. Це грейзено-вольфрамітові родовища в Центральному Казахстані, Забайкаллі та ряді провінцій Китаю; скарново-шеєлітові в Росії (Богутинське родовище, Схід-2) та Південній Кореї (Сандон); мідноскарнові в США (штат Монтана, Юта, Каліфорнія); скарново-поліметалічні в Середній Азії, Примор'ї (Далегорська група поліметалевих родовищ) та Мексиці. Це оловосульфідні родовища Болівії (Тасна, Караколес, Есморака); мідно-золоторудні в Австралії (район Теннант-Крік, Уоррего, Джуно та інші); мідні та свинцеві в Японії (південний схід та північ острова Хонсю); поліметалеві в Перу (Ceppo-де-Паско). І все ж таки не можна стверджувати, що всі ці родовища багаті вісмутом, винятком є ​​лише родовища Болівії.

Застосування

Давно минули ті часи, коли вісмут вважався «будь-яким найлегшим, найблідішим і найдешевшим свинцем», тобто малоцінним металом з обмеженою сферою застосування. У наш час цей елемент необхідний кожній країні з високорозвиненою промисловістю. За останні десятиліття попит та ціна на цей метал різко зросли, що не дивно, адже до таких традиційних споживачів вісмуту як металургія, фармацевтика та хімічна промисловість додалися електроніка та ядерна енергетика.

Основний споживач вісмуту – це металургія – отримання легкоплавких сплавів зі свинцем, оловом, кадмієм; при виготовленні форм для точного лиття, штампів, розмічальних, монтажних та контрольних пристроїв; для поліпшення оброблюваності сплавів алюмінію, чавуну та сталі при виробництві авіа- та автодвигунів. У техніці вісмут давно відомий своїми легкоплавкими металами, ось як металурги позаминулого століття відгукуються про цей метал: «У металах вісмут використовується тільки тому, що він надає їм легкоплавкість. Тому цим металом користуються олов'яники та органщики, коли їм потрібно мати особливо легкоплавкий препарат. Словолітники також додають трохи вісмуту для полегшення розплавлення металу, чим, звичайно, не покращують свого товару, тому що вісмут робить усі сплави ламкими». У наші часи сплави, що містять вісмут не використовуються в друкарській справі, проте існує величезна кількість інших областей, де сплави вісмуту знайшли своє застосування. Так, наприклад, вогненебезпечні об'єкти обладнані автоматичними вогнегасниками з плавкими запобіжниками зі сплаву вісмуту з іншими металами. Сплави більш важкоплавкі, що містять менше вісмуту, використовуються для запобіжних клапанів у парових котлах - за відомої температури пари такий клапан плавиться і випускає пару. Сплав вісмуту зі свинцем (1 частина Bi до 4 частин Pb) вкрай легкоплавкий і має здатність міцно приставати до твердих предметів, навіть до скла, саме тому цей сплав використовується для спайки скла і металу. Сплав вісмуту зі свинцем та ртуттю плавиться вже при терті і тому використовується для виготовлення металевих олівців. Сплави вісмуту і марганцю (Mn) характеризуються феромагнітними властивостями і тому йдуть виготовлення потужних постійних магнітів. Сплав вісмуту з сурмою (88% Bi і 12% Sb), що виявляє в магнітному полі незвичайний ефект магнітоопору, використовується для швидкодіючих підсилювачів і вимикачів. Порція вісмуту (всього 0,01%) до сплавів на основі алюмінію та заліза покращує пластичні властивості матеріалу, спрощує його обробку. Такий же ефект має вісмут і на нержавіючу сталь. Добавка вісмуту до олова виліковує його від «олов'яної чуми» - атоми вісмуту, додані до олова, як цементують його грати, не даючи їй зруйнуватися при перебудові. Багато сплавів вісмуту при низькій температурі набувають властивості надпровідності. Високим попитом користуються з'єднання вісмуту з телуром, які застосовуються в термоелектрогенераторах. Ці з'єднання через вдале поєднання величин теплопровідності, електропровідності та термоелектрорушійної сили дозволяють перетворювати теплову енергію на електричну з великим ККД (~7 %).

Легкоплавкість вісмуту стала однією з причин приходу його в ядерну енергетику, де він «працює» як рідкий теплоносій та охолодний агент. Іноді в гарячій зоні реактора поміщають уран, розчинений в рідкому вісмуті. З усіх металів тільки берилію вісмут поступається здатністю розсіювати теплові нейтрони, майже не поглинаючи їх при цьому. Першим способом вилучення плутонію з опроміненого урану був метод осадження плутонію з фосфатом вісмуту. Зараз цей метод вже не застосовують, проте на його основі були розроблені сучасні методи виділення плутонію осадженням його із кислих розчинів. За допомогою вісмуту отримують ізотоп полоній-210, що є джерелом енергії на космічних кораблях.

Широке застосування знайшли і з'єднання вісімдесят третього елемента. З'єднання вісмуту, особливо його триокис Bi2O3, використовують у виробництві емалей, фарфору і скла - головним чином флюсу, що знижує температуру плавлення суміші неорганічних речовин, з якої утворюються емаль, фарфор чи скло. Вісмутові сполуки вводять до складу скла, якщо потрібно підвищити їхній коефіцієнт заломлення. У виробництві полімерів триокис вісмуту служить каталізатором; її застосовують, зокрема, для одержання акрилових полімерів. Вісмут у вигляді дрібної стружки або порошку застосовується як каталізатор для виробництва тетрафторгідразіну (з трифтористого азоту), що використовується як окислювач ракетного пального. При крекінгу нафти деяке застосування знаходить оксохлорид вісмуту. Трьохфтористий вісмут застосовується для виробництва надзвичайно енергоємних (3000 Вт ч/дм³, практично досягнуте - 1500-2300 Вт ч/дм³) лантан-фторидних акумуляторів. Однак серед сполук вісмуту з галогенами найбільший інтерес становить, мабуть, трихлористий вісмут BiCl3. Це - біла кристалічна речовина, що має незвичайну властивість: на світлі він інтенсивно темніє, але, якщо його помістити після цього в темряву, він знову знебарвлюється. Трихлористий вісмут використовують для отримання водостійких вісмутових смол і олій, що не висихають. Солі вісмуту використовуються при виготовленні фарб для дорожніх знаків, що дають відблиски, коли на них падає промінь автомобільної фари. Відомі з давніх-давен косметичні здібності вісмуту виявляються сьогодні у створенні за допомогою його солей (оксохлорид вісмуту застосовується як блискоутворювач) перламутрової губної помади, лаку для нігтів, тіней. В електроніці на основі вісмуту виготовляють напівпровідники. З'єднання вісмуту з давніх-давен використовуються медициною: багато ліків, присипки і мазі, що застосовуються як антисептичні та загоюючи засоби при лікуванні шкірних та шлунково-кишкових захворювань, опіків, ран, містять у тому чи іншому вигляді вісмут. Недарма фармацевтична промисловість - один із основних споживачів цього металу.

Виробництво

Нагромадження багатих вісмутових руд зустрічаються вкрай рідко - вміст вісмуту в рудах зазвичай становить десяті або соті частки відсотка. Крім того, вони обмежені у просторі та відрізняються нерівномірністю розподілу. Висмут ніби розсіяний у рудах інших елементів. Тому складно знайти рудне родовище, в якому не було б вісімдесят третього елемента, проте ще складніше виявити таке родовище, в якому концентрація його була б такою високою, що воно могло б з вигодою розроблятися лише заради вісмуту. Звідки ж видобувається такий рідкісний елемент? Відповідь проста - вісмут беруть звідусіль, де його витяг економічно (або технологічно) виправдано. Джерелом елемента № 83 служать свинцеві, олов'яні та інші руди, де він міститься як домішка. При промисловому отриманні вісмуту спочатку зі свинцевих і мідних руд (зміст вісмуту, у яких зазвичай становить десяті, часом навіть соті частки відсотка) готують концентрат. З подібних концентратів отримують близько 90% всього вісмуту, що видобувається.

Основним джерелом вісімдесят третього елемента є свинцеві концентрати, одержувані під час переробки свинцевих, а також свинцево-цинкових та інших поліметалевих руд. Ці концентрати містять кілька сотих відсотка вісмуту, іноді до 0,2%, при їх переробці вісмут майже повністю потрапляє в чорновий свинець (веркблів), з якого видаляється при його вогневому рафінуванні. Зазвичай виділення вісмуту із свинцю проводиться пірометаллургічним способом, який заснований на здатності вісмуту утворювати тугоплавкі інтерметалічні сполуки з калієм, натрієм, магнієм та кальцієм. У розплавлений свинець додають зазначені метали і тверді з'єднання їх з вісмутом (дроси), що утворилися, відокремлюють від розплаву у вигляді CaMg2Bi2. Значну кількість вісмуту вилучають із шламів електролітичного рафінування свинцю в кремнефтористоводневому розчині, а також із пилів та шламів мідного виробництва. Що містять вісмут дроси і шлами для видалення кальцію і магнію переплавляють під шаром лугу з додаванням окислювача (NaNO3). Збагачений сплав зазвичай піддають електролізу у кремнефторидній ванні з отриманням шламів, які далі переплавляють на чорновий вісмут. Іноді відділення свинцю застосовують обробку Сl2. Випробовано також електроліз у легкоплавких сольових розплавах з накопиченням вісмуту в анодному розплаві до отримання чорнового вісмуту. Отриманий чорновий метал містить домішки As, Sb, Cu, Pb, Zn, Se, Ті, Ag та деяких інших елементів.

У мідних концентратах вміст вісмуту зазвичай становить кілька тисячних відсотка, лише зрідка – десяті частки. При їх переробці вісмут концентрується в пилах плавильних печей та конвертерів, звідки його витягують відновлювальною плавкою з содою та вугіллям. Мідно-вісмутові концентрати з порівнянним вмістом цих елементів переробляють гідрометалургійним шляхом. Вилужування проводиться при температурі близько 105 °С соляною кислотою або H2SO4 з додаванням хлоридів металів. Вісмут виділяють із розчинів гідролітичним осадженням (рН ~ 2,5) у вигляді окси- або гідроксихлоридів або відновленням залізом у вигляді металу (цементація). Для відокремлення вісмуту від супутніх металів використовуються методи екстракції та іонного обміну. Осади оксихлориду переплавляють з додаванням соди та вугілля:

4ВiOСl + 2Na2CO3 + 3С → 4Bi + 4NaCl + 5СО2

Виплавка вісмуту із власних руд проводиться у невеликому масштабі. Власне вісмутові концентрати (містять зазвичай не більше 3-5% вісмуту за масою, у поодиноких випадках 30-60%) отримують збагаченням вісмутових руд флотацією та іншими способами. Переробляють концентрати шляхом відновлювальної плавки (після випалу або агломерації) або осаджувальної плавки з додаванням металевого заліза:

Bi2S3 + 3Fe → 2Bi + 3FeS

Відомі содова плавка:

4Bi2S3 + 12Na2CO3 → 8Bi + 9Na2S + 3Na2SO4 + 12CO2,

а також лужна з NaOH. З окислених руд Вісмут відновлюють вугіллям під шаром легкоплавкого флюсу:

Bi2O3 + 3C → 2Bi + 3CO

Залежно від складу домішок у чорновому вісмуті, витягнутому з концентратів, чистий вісмут отримують різними методами: окисне рафінування під лужними флюсами, зейгерування, сплавлення з сіркою та іншими. Рафінування вісмуту полягає в послідовній обробці його розплаву: сірої з додаванням вугілля (для видалення заліза та міді); лугом з додаванням окислювача або продуванням повітрям (для видалення миш'яку, сурми та олова); цинком (для видалення золота та срібла); хлором (для видалення свинцю та цинку). Застосовують також електролітичне рафінування як водних розчинах [ВiСl3, Bi2(SiF6)3], і у сольових розплавах. Для здобуття вісмуту високої чистоти використовують комбінацію різних методів. Крім того, для відокремлення вісмуту від супутніх елементів використовують гідролітичне осадження у вигляді гідроксисолів. Вісмут може бути обложений з розчинів також у вигляді фосфату BiPO4∙H2O, оксикарбонату (ВiO)2СО3∙0,5Н2О, гідроксихромату Bi(OH)CrO4 та інших сполук. Для відділення вісмуту використовують також осадження купфероном, тіоналідом, 8-гідроксихіноліном, екстракцію амінами із солянокислого розчину. Товарний вісмут містить 999-9998% основного металу. Вісмут високої чистоти одержують зонною перекристалізацією в кварцових човниках в атмосфері інертного газу. Джерелом вісмуту може бути і вторинна сировина. Наприклад, у Німеччині значну кількість вісмуту вилучають при переробці піритних недогарків та з металевого брухту.

Загальний видобуток і виробництво вісмуту становив: у 30-х роках XX століття – 600-700 тонн, у 60-х – 2600 тонн, у 70-х – 5380 тонн та в наш час – понад 10 000 тонн. Головними виробниками вісмуту нині є Болівія, Перу, Мексика, Австралія та США. Крім того, сировинними джерелами вісмуту є мідні та свинцево-цинкові руди Японії, мідні, свинцеві та срібно-кобальтові родовища Канади, вольфрамові родовища Росії.

Фізичні властивості

Вісмут - сріблясто-сірий метал з рожевим відтінком, може існувати у кількох кристалічних модифікаціях. При звичайному атмосферному тиску існує тільки одна ромбоедрическая модифікація вісмуту з грубозернистим будовою і просторової групою R3m (параметри решітки з періодом а = 0,4746 нм (4,7364 Е) і α-кутом = 57 ° 14"13""). I при тиску 2,57 ГПа і температурі 25° С переходить у модифікацію II - моноклінну просторової групи C2m з параметрами решітки: а = 0,6674, b = 0,6117; ° При тиску 2,72 гПа відбувається ще один фазовий перехід - III, потім при 4,31 гПа - в IV, близько 5 гПа - в V, при 7,74 гПа - в VI і далі аж до 30 гПа - в IX Крім зміни модифікації тиск впливає на температуру плавлення вісмуту - зі зростанням тиску температура плавлення вісмуту знижується, а у більшості металів зростає. певна кореляція змін, що відбуваються під дією температури та тиску.

Вісмут - останній член головної підгрупи V групи періодичної системи, до якої також належать азот, фосфор, миш'як та сурма. Він характеризується переважанням металевих властивостей над неметалевими та може розглядатися як метал. У вигляді зливка вісмут володіє пластинчастим додаванням, що робить його вкрай ламким, не маючи ковкості і тягучості, він легко розколюється по площинах спайності і вже при кімнатній температурі у фарфоровій ступці розтирається в порошок. Стрижень з металевого вісмуту діаметром 2 мм розривається при навантаженні всього 14 кілограмів. При температурі 120-150 ° С вісмут стає ковким, гарячим пресуванням (при 240-250 ° С) з нього можна виготовити дріт діаметром до 0,1 мм, а також пластинки завтовшки 0,2-0,3 мм. Твердість вісімдесят третього елемента Брінеллю 93 МПа або 9,3 кгс/мм2, Моосом 2,5. Щільність вісмуту I модифікації 9,80 г/см3 - вісмут безумовно важкий метал. Для порівняння щільність нікелю – 8,9 г/см3, заліза – 7,87 г/см3, хрому – 7,19 г/см3. Дещо важче вісмуту молібден (10,2 г/см3) і срібло (10,5 г/см3). Температура плавлення 271,4 ° C (вісмут - один з легкоплавких металів), температура кипіння 1 564 ° C. Що цікаво, щільність рідкого вісмуту вище - 10,27 г/см3 (при температурі 271 ° С) ніж твердого, тобто при плавленні вісмут зменшується в обсязі на 3,27% (як лід). Розплавлений вісмут розриває після застигання скляну трубку, в яку було влито; розширення не починається раніше затвердіння. Вчені припускають, що здатність ущільнюватися під час плавлення пояснюється зміною типу зв'язку між атомами. Для твердого вісмуту характерні ковалентно-металеві зв'язки, при плавленні ж ковалентні зв'язки руйнуються, і атоми залишаються пов'язаними лише металевими зв'язками. Гетерогенний (різнорідний) характер зв'язків у твердому вісмуті перешкоджає щільній упаковці атомів у кристалічній решітці. Серед інших металів вісмут виділяють мала теплопровідність - при 20 ° С дорівнює 8,37 вт / (м К) або 0,020 кал / (см сек ° С) (гірше вісмуту тепло проводить тільки ртуть) і, якщо можна так висловитися, гранична діамагнітність. Якщо між полюсами звичайного магніту помістити стрижень з вісмуту, він, відштовхуючись від обох полюсів, розташується саме посередині. Справа в тому, що для кристалів вісмуту характерна складна двійникова будова, яку можна побачити лише під мікроскопом. Питома магнітна сприйнятливість вісмуту дорівнює -1,35 10-6. Під впливом магнітного поля електроопір вісмуту збільшується більшою мірою, ніж в інших металів, що використовується для вимірювання індукції сильних магнітних полів.

Питома теплоємність вісімдесят третього елемента при 20 °З дорівнює 123,5 Дж/(кг К) чи 0,0294 кал/(г °З); термічний коефіцієнт лінійного розширення за кімнатної температури 13,3 10-6. Питомий електричний опір вісмуту при температурі 20 °С 106,8 10-8 Ом м або 106,8 10-6 Ом див. Температура переходу вісмуту в надпровідний стан ~ 7 К; стандартний електродний потенціал 0,2 Ст.

Хімічні властивості

Відомо, що основні хімічні властивості будь-якого елемента визначаються головним чином його розташуванням у періодичній системі і, отже, будовою електронних оболонок, особливо зовнішньої. Серед елементів своєї групи головної підгрупи (азот, фосфор, миш'як, сурма та вісмут) вісімдесят третій елемент найважчий і у нього найбільше виражені металеві властивості. Як елемент V групи вісмут виявляє валентності +3 і +5 (а також –3, +1, +2, +4), але, оскільки йому ближчі металеві властивості, ніж будь-якому з його аналогів, три електрони відриваються від його атома набагато частіше та легше, ніж п'ять. Крім того, практично важливі лише з'єднання тривалентного вісмуту (3+), тривалентні та всі природні сполуки цього елемента. Вищий ступінь окислення +5 вісмут виявляє лише в лужному середовищі при дії сильних окислювачів. Володіючи атомною вагою дещо більшою, ніж свинець, вісмут займає сусіднє з ним місце і представляє велику схожість за властивостями сполук. Внутрішня будова атома вісмуту ріднить його не тільки з миш'яком і сурмою, що природно, але і з багатьма іншими металами. В атомі вісмуту є передостанній 18-електронний шар (шар типу Cu), який характерний для свинцю, а також міді та її аналогів (Au, Ag).

У сухому повітрі висмут хімічно стійкий, проте у вологій атмосфері спостерігається його поверхневе окиснення з появою плівки бурого кольору. Помітне окиснення починається при температурі близько 500 ° С, а при температурі вище 1 000 ° С висмут горить блакитним полум'ям з утворенням основного оксиду Bi2O3. У природі Bi2O3 можна спостерігати у вигляді землістих скупчень жовтого та бурого кольору – це мінерал бісміт або вісмутова охра. Оксид вісмуту (III) можна отримати при прожарюванні вісмуту на повітрі, а також при розкладанні нітрату вісмуту Bi(NO3)3∙5H2O. Bi2O3 має основний характер і легко розчиняється в кислотах з утворенням солей вісмуту (III), але практично не розчинний у лугах, навіть концентрованих. При окисленні хлором суспензії Bi2O3 серед водного розчину КОН при температурі близько 100° C утворюється кисневе з'єднання вищого типу - вісмутовий ангідрид - Bi2O5 - темний порошок, що розкладається при нагріванні, а також з великою легкістю при дії відновників. Крім того, відомі оксиди вісмуту складів Bi2O, Bi6O7 та Bi8O11. Bi2O5 не розчиняється у воді, але здатний утворити гідрат Bi2O5∙H2O, або BiHO3, так звану вісмутову кислоту, метагідрат. Вісмутова кислота виходить при пропусканні хлору через міцний киплячий розчин їдкого калі, в якому розмішана окис вісмуту у вигляді тонкого порошку. Отримана рідина спочатку забарвлюється, потім осідає червоний порошок - з'єднання вісмутового ангідриду і окису калію. Порошок промивають киплячою водою, потім міцною азотною кислотою, потім слабшою, нарешті, знову водою. Вісмутова кислота BiHO3, висушена при 100 °С, представляє світло-червоний порошок, що втрачає при 130 °С воду і перетворюється на ангідрид, який при цій температурі починає розкладатися з виділенням кисню. Цей гідрат до основ відноситься як слабка кислота, слабкіша, ніж сурмяна. Солі її із лужними металами легко розкладаються водою і тому мало досліджені.

Вісмут не реагує з воднем, вуглецем, азотом, кремнієм. Рідкий вісмут трохи розчиняє фосфор. Відомі галогеніди вісмуту складу BiX3, наприклад, пентафторид BiF3, а також оксигалогеніди складів BiOX (X = Cl, Br, I). При сплавленні вісмуту і сірки утворюється сульфід складу Bi2S3 - кристалічна речовина сірого кольору, як трисірчиста сурма, що володіє, подібно до неї, металевим блиском. Bi2S3 має напівпровідникові та термоелектричні властивості. При сплавленні вісмуту з селеном (Se) або телуром (Te) утворюються відповідно селенід або телурид вісмуту. У ряді напруг вісмут стоїть між воднем і міддю, тому в розведених сірчаної та соляної кислотах він не розчиняється. Розчинення в концентрованих сірчаної та азотної кислотах йде з виділенням SO2 та відповідних оксидів азоту:

Bi + 4HNO3 → Bi(NO3)3 + NO + 2H2O

2Bi + 6H2SO4 → Bi2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O

В результаті взаємодії вісмуту з азотною кислотою розчину викристалізовується нітрат вісмуту Bi(NO3)3∙5H2O. Він розчиняється у невеликій кількості води, підкисленої азотною кислотою. При дії кислот на сплав вісмуту з магнієм (Mg) утворюється вісмутин, або гідрид вісмуту, BiH3 - вельми нестійке з'єднання, що вже розкладається при кімнатній температурі. З більшістю металів при сплавленні вісмут утворює інтерметалічні з'єднання - вісмутиди, наприклад, Na3Bi, Mg3Bi та інші. З розплавами алюмінію, хрому та заліза вісмут не взаємодіє.

Гідроксид вісмуту (III), або гідроокис вісмуту, Bi(OH)3 виходить у вигляді білого осаду при дії лугів на розчинні солі вісмуту:

Bi(NO3)3 + 3NaOH → Bi(OH)3↓ + 3NaNO3

Гідроксид вісмуту - дуже слабка основа. Тому солі вісмуту (III) легко піддаються гідролізу, переходячи в основні солі, що мало розчиняються у воді.

Дія дуже сильних окислювачів на з'єднання вісмуту (III) можна отримати з'єднання вісмуту (V). Найважливіші їх це вісмутати - солі не стабільної вісмутової кислоти, наприклад вісмутат калію KBiO3. Ці сполуки є дуже сильними окислювачами.

Вісмут - проста речовина, що являє собою при нормальних умовах блискучий сріблястий з рожевим відтінком метал. У Середньовіччі його часто використовували алхіміки своїх досвідів. Зараз він входить до складу популярного препарату проти розладів травлення. Сьогодні я розповім вам про цей дивовижний кристал і про те, як він виходить.

Вісмут був відомий людству з давніх-давен, вперше згаданий у письмових джерелах в 1450 році як Wismutton або Bisemutum. Довгий час цей метал вважався різновидом сурми, свинцю чи олова. Перші відомості про металевий вісмут, його видобуток і переробку зустрічаються в працях найбільшого металурга і мінералогу середньовіччя Георгія Агриколи, датованих 1529 р. Уявлення про вісмут як самостійний хімічний елемент склалося лише у XVIII в. Символ Bi вперше ввів у хімічну номенклатуру видатний шведський хімік Єнс Якоб Берцеліус.

Про походження слова вісмут існує кілька версій. За однією з них вважають, що в основі його лежить німецьке коріння «wis» і «mat» (спотворено weisse masse і weisse materia) – білий метал (точніше, біла маса, біла матерія). Іншою – слово «вісмут» – не що інше, як арабське «бі ісмід», тобто схожий на сурму.

Вміст вісмуту в земній корі 2*10-5% за масою, у морській воді - 2*10-5 мг/л. Вісмутові руди, що містять 1% і вище вісмуту, зустрічаються рідко, зазвичай його джерелом служать свинцеві, олов'яні та інші руди, де він міститься як домішка. Мінералами вісмуту, що входять до складу таких руд, є самородний вісмут (містить 98,5-99% Bi), вісмутин - Bi2S3, бісміт - Bi2O3 та інші.

Близько 90% всього висмуту, що видобувається, витягується попутно при металургійній переробці свинцево-цинкових, мідних, олов'яних руд і концентратів. Вісмут отримують сплавленням сульфіду із залізом: Bi2S3 + 3Fe = 2Bi + 3FeS,

або послідовним проведенням процесів:

2Bi2S3 + 9O2 = 2Bi2O3 + 6SO2; Bi2O3 + 3C = 2Bi + 3CO.

На відміну від сурми, у вісмуті металеві властивості явно переважають над неметалевими. Йому властивий сильний металевий блиск і білий рожевий колір. Висмут одночасно тендітний і досить м'який, важкий (щільність 9,8 г/см3), легкоплавок (температура плавлення 271°C). При плавленні вісмут зменшується обсягом (як лід), тобто. твердий вісмут легший за рідкий. Серед інших металів вісмут виділяють мала теплопровідність (гірше за нього тепло проводить тільки ртуть) і найсильніші діамагнетичні властивості.

Природний вісмут складається з одного стабільного ізотопу 209Bi.

У сухому повітрі вісмут не окислюється, у вологій атмосфері поступово покривається плівкою оксидів. При нагріванні вище 1000°Згоряє з утворенням основного оксиду Bi2O3. При сплавленні вісмуту із сіркою утворюється Bi2S3.

Взаємодіє з галогенами (найбільш вивчені тригалогеніди): 2Bi + 3Hal2 = 2BiHal3

Не реагує з Н2, С, N2, Si.

При взаємодії вісмуту з металами утворюються вісмутиди, наприклад, вісмутиду натрію Na3Bi, вісмутиду магнію Mg3Bi та ін. При дії кислот на такі сплави вісмуту утворюється вісмутин BiH3.

З лугами та розведеними кислотами вісмут не реагує, з концентрованими утворює солі:

Bi + HNO3(конц.) => Bi(NO3)3 + …

Основне застосування вісмуту - його використання як компонент легкоплавких сплавів. Вісмут входить, наприклад, у відомий сплав Вуда, температура плавлення якого нижче температури кипіння води, багато інших сплавів, використовувані, наприклад, при виготовленні легкоплавких запобіжників. Сплави вісмуту і марганцю (Mn) характеризуються феромагнітними властивостями і тому йдуть виготовлення потужних постійних магнітів.

Невеликі добавки вісмуту (0,003%-0,01%), у сталі та сплави на основі алюмінію покращує пластичні властивості металу, різко спрощує його обробку.

Деяке значення вісмут має в ядерній технології при отриманні полонію - важливого елемента радіоізотопної промисловості. З'єднання вісмуту, особливо Bi2O3, застосовують у скловаренні та кераміці, у фармацевтичній промисловості, як каталізаторів та ін.

Вісмут відноситься до токсичних ультрамікроелементів.

Про фізіологічну роль вісмуту відомо небагато. Можливо, він індукує синтез низькомолекулярних білків, бере участь у процесах осифікації, утворює внутрішньоклітинні включення в епітелії ниркових канальців. Можливо, цей елемент має генотоксичні та мутагенні властивості.

Незважаючи на те, що вісмут відноситься до категорії важких металів, він є помірно токсичним елементом. Розчинні солі вісмуту отруйні і характером свого впливу (хоч і меншою мірою) аналогічні солям ртуті.

Солі вісмуту використовують із 1700-х років. для лікування таких хвороб, як діарея, а також для полегшення симптомів холери.

Під час розливу нафти в Мексиканській затоці морських птахів змушували ковтати цю речовину, щоб вивести нафту, яка потрапила до їхнього організму.

Хоча ця речовина була відома з давніх-давен, слово «вісмут» з'явилося вперше наприкінці XVII століття. Алхіміки застосовували його у своїх дослідах у середні віки. Шахтарі, що добували руду, називали його tectum argenti. Це перекладається як «виробництво срібла». Шахтарі гадали, що вісмут був наполовину сріблом.

І краса його кристалів, безперечно, вказує на те, чому вони так вважали.

Назва вісмуту вважається латинізованою версією старонімецького слова «віссмут», і лише 1546 року німецький вчений Георгій Агрикола (батько мінералогії) заявив, що вісмут – це окремий метал.

Вісмут застосовувався не тільки в Європі: хоча його андська назва була втрачена, інки використовували вісмут для виготовлення холодної зброї. Через це мечі інків були дуже гарними, і їхнє сяйво було результатом райдужного окислення – хімічної реакції з киснем. Різниця у кольорах – це результат різної товщини шару окису поверх кристала. Коли на кристали вісмуту потрапляє пряме світло, ці коливання в товщині призводять до різних довжин хвиль для переривання відбиття. Тому ми й отримуємо гарний ефект веселки.

У періодичній таблиці вісмут має кілька сусідів (його номер – 81), і якщо прийняти їх усередину, можна завдати серйозної шкоди здоров'ю. До цього списку входять свинець, сурма та полоній. І хоча вісмут має високу атомну масу, він завжди вважався стабільним (довгі роки він навіть вважався найстабільнішим елементом у плані маси).

Проте нещодавно виявилося, що цей елемент злегка радіоактивний. Але не хвилюйтеся, вісмут не може вбити. Насправді сплави вісмуту вже давно замінюють свинець (у таких предметах як вентилі для питних водопровідних систем).

У злитку чорнового свинцю міститься до 10% вісмуту, і його видобутку потрібно пройти кілька стадій. Однак після двох головних процесів у цій суміші залишається ще багато інших металів.

Щоб отримати чистий вісмут потрібно розплавити перероблену суміш, а потім додати хлор-газ. Інші метали видобувають у їх хлоридній формі, після чого залишається чистий вісмут. Вісмут має деякі дивовижні характеристики. Як ви знаєте, вода – одна з небагатьох речовин, яка є більш щільною у рідкій формі, ніж у твердій. У цьому вісмут схожий на воду – у жорсткій формі він збільшується на 3%.

Він також є більш діамагнітним, ніж будь-який інший метал на планеті. Діамагнетизм є у всіх матеріалах – це властивість, що створює магнітне поле. З іншого боку, вісмут має найнижчий показник теплопровідності, ніж будь-який інший метал. Вважається, що вісмут має низьку дію на навколишнє середовище. Це тому, що його складові не дуже розчиняються, тому у воді він не може нашкодити людям. Проте щодо впливу вісмуту на довкілля було проведено лише обмежені дослідження.

Взагалі, вісмут - це легкоплавкий метал, який розширюється при твердінні, тому зливки не мають усадкової раковини, а навпаки, мають опуклу поверхню. Застосовується вісмут, переважно, виготовлення легкоплавких сплавів і припоїв.

Чистий, неокислений вісмут має сріблясто-білий колір із невеликим червонуватим відтінком. Райдужна фарбування цього кристала обумовлена ​​наявністю тонкої оксидної плівки на його поверхні. За бажання, фарбування легко видалити. Достатньо просто промити кристал розведеною соляною кислотою, і його поверхня стане сріблястою.

Якщо розплавлений метал залити у форму і дати затвердіти, то вийде злиток. Але кристали вісмуту виходять трохи інакше.

Отримати такі фантастичні кристали вісмуту (тільки вісмуту! З іншим металом таке не вийде!) можна так. Потрібен дуже чистий вісмут. Чим він чистіший, тим красивішим вийдуть кристали. Розплавлений на пальнику метал виливається в підігріту ємність. Через деякий час, коли він приблизно на третину затвердіє, зливають рідкий метал, а на дні залишаються такі кристали. Таке красиве забарвлення кристали вісмуту набувають в результаті окислення поверхневого шару металу, причому чим вище чистота вихідного металу, тим красивіше забарвлюється кристал.

Вісмут- це сріблястий метал із рожевим відтінком. Назва металу походить від німецького слова weisse Masse, яке перекладається як «біла маса». Вісмут входить до групи рідкісних металів. Його видобуток у річному співвідношенні становить лише 6000 тонн. Відомі родовища вісмуту перебувають у Монголії, Німеччині, Росії, Перу, Австралії, Болівії. При збільшенні щільності вісмут переходить з твердого агрегатного стану рідке. Такою самою властивістю володіє і вода. Вісмут має низьку теплопровідність, як і ртуть. При нормальній температурі вісмут є крихким металом. На зламі має грубозернисту будову. Якщо температура підвищується до 150 С, то вісмут починає проявляти пластичні властивості. Вісмут активно застосовують у металургії для створення нержавіючих автоматних сталей, медицини, електроніки. Вісмут використовують під час виготовлення каталізаторів, термоелектричних матеріалів.

Легенди про вісмут

У середні віки вісмут використовували алхіміки під час своїх дослідів. Інки використовували цей метал під час виготовлення холодної зброї. Їхні мечі відрізнялися витонченою красою. Але вчені вважали, що вісмут не є основним металом. Вони вважали, що вісмут є різновидом свинцю, олова або сурми. Тільки 1739 німецький хімік І.Г. Потт встановив, що вісмут є все-таки окремим елементом хімії - металом.

Магічні властивості вісмуту

Вісмут- це стандарт гармонії любові, життя, світу, творення і краси. Цей незвичайний метал може перетворити оточення до невпізнання. Все шкідливо перетворюється на корисне під впливом вісмуту. Він здатний втілювати у життя всі добрі, позитивні та добрі бажання. Вісмут покращує психофізичний стан людини, виводить із депресивного стану, підбадьорює, вселяє надію. До того ж вісмут має здатність очищати ауру людини, створювати захисний бар'єр.

Вісмут допомагає у всіх важких справах. Його можна брати на роботу, до суду, серйозних заходів. Метал може коригувати мутації, які у ДНК.

У магії вісмут посідає почесне місце. Його використовують у різних магічних обрядах. Вісмут оновлює людину, сприяє зміні її внутрішнього настрою, спрямовує на мирні дії. Якщо людина сама хоче змінитись на краще, їй необхідно носити з собою вісмут. Через деякий час людина сама почне помічати у собі позитивні зміни.

Вісмут широко використовують у медицині. Цей метал додають до багатьох лікарських препаратів: таблетки, мазі, присипки, гелі, емульсії. На основі вісмуту створено ефективні протипухлинні засоби.

Препарати на основі вісмуту мають в'язкі та антисептичні властивості. Солі цього металу застосовують для усунення запальних процесів у травній системі. Лікує виразки, гастрити, знеболює. Мазі та порошки на основі вісмуту є відмінними ранозагоювальними та протиопіковими препаратами.

Вісмут дає проносний ефект. Його призначають на лікування захворювань кишечника.

Імовірність отруєння вісмутом невелика, але цей метал відноситься до категорії важких та токсичних металів. Його солі у великій кількості нагадують отруйну сіль ртуті. Вони не розчиняються у воді, і мають властивість накопичуватися в організмі. Саме тому препарати на основі вісмуту призначаються на короткий термін.

Надлишок в організмі вісмуту проявляється у вигляді безсоння, зниження пам'яті, аритмії, фарингітах, ларингітах, потемніння зубної емалі. При отруєнні металом призначають промивання шлунка та припиняють прийом лікарських препаратів на основі вісмуту.

Вісмут відносять до стихії Земля. Тому цей метал сприятливо впливає на знаки зодіакального кола стихії Землі, до яких відносяться Діва, Козеріг та Телець. Решті знаків зодіаку вісмут теж корисний. Цей дивовижний шляхетний метал можна використовувати всім представникам знаків зодіакального кола, адже вісмут – це метал всевишнього добра та справедливості. Він не карає злих людей, а лише оновлює їх, робить їх добрішими.

Д. І. Менделєєва встановлює закони залежності хімічних властивостей елементів від місця знаходження. Однак деякі елементи можуть поводитися у фізичних та хімічних процесах інакше, ніж від них очікується. Яскравим прикладом є вісмут. Розглянемо докладніше цей метал, наголосивши питання температури плавлення вісмуту.

Поглянувши на періодичну таблицю, можна побачити, що вісмут позначається символом Bi, має 83 номер та атомну масу 208,98 а. У земній корі він знаходиться в невеликих кількостях (8,5 * 10 -7%) і є рідкісним, як срібло.

Якщо говорити про хімічні властивості елемента, слід відзначити його інертність і труднощі участі в реакціях. Останній факт наближає його до групи шляхетних металів. Зовні вісмут представляє збій сірий кристал із рожевим відтінком. Найбільша кількість цього елемента зустрічається у родовищах біля Південної Америки та США.

Елемент, відомий з давніх-давен

Перш ніж розглянути питання фізичних властивостей вісмуту та температури плавлення, слід зазначити, що відкриття цього елемента не належить нікому. Вісмут входить до числа 10 металів, які відомі людині з давніх-давен, зокрема за деякими свідченнями його з'єднання використовувалися в Древньому Єгипті як косметичні засоби.

Походження слова "вісмут" точно не відоме. Існуючі думки більшості фахівців схиляються до того, що він походить від давньонімецьких слів Bismuthабо Wismut,що означає "біла маса".

Оскільки температури плавлення вісмуту і свинцю дуже близькі між собою (271,4 °C і 327,5 °C відповідно), а також близькі до щільності цих металів (9,78 г/см 3 і 11,32 г/см 3 відповідно), то вісмут постійно плутали зі свинцем, а також з оловом, плавлення якого відбувається за температури 231,9 °C. Лише у середині XVIII століття європейські вчені-хіміки продемонстрували, що вісмут є самостійним металом.

Цікаві фізичні властивості

Вісмут є нетиповим металом. Крім його хімічної інертності та стійкості до окислення киснем, він є діамагнетиком, погано проводить тепло та електричний струм.

Ще цікавішим є його перехід з твердого стану в рідке. Як було зазначено, температура плавлення вісмуту нижче за таку для свинцю і становить всього 271,4 °C. Під час плавлення обсяг металу зменшується, тобто тверді шматки металу не тонуть у його розплаві, а плавають лежить на поверхні. У цій властивості він схожий на такі напівпровідники, як галій та кремній, а також на воду.

Не менш дивовижною є стійкість вісмуту до радіоактивного розпаду. Доведено, що будь-який елемент таблиці Д. І. Менделєєва, який стоїть правіше за ніобій (тобто має порядковий номер більше, ніж 41), потенційно є нестабільним. Вісмут розташовується під номером 83 і є стабільним важким елементом, період його напіврозпаду оцінюється в 2*10 19 років. Завдяки великій щільності та високій стабільності він міг би замінити свинцевий захист в атомній енергетиці, проте рідкість вісмуту в природі не дозволяє цього зробити.

Використання елемента у людській діяльності

Оскільки вісмут стабільний, хімічно інертний і нетоксичний, він використовується для деяких медичних препаратів і косметики.

Подібність фізичних властивостей елемента характеристикам свинцю та олова дозволяє його використовувати як їхній замінник, оскільки останні два метали є токсичними. Так, Данія, Нідерланди, США та багато інших країн ввели заборону на використання свинцю як наповнювача в мисливському дробі, оскільки птахи, плутаючи його з маленькими камінчиками, проковтують свинець і зазнають подальшого отруєння. Також розвиваються технології виробництва вісмутових грузил для риболовлі на місце свинцевих.

Оскільки температури плавлення олова і вісмуту близькі (різниця становить лише 40 °C), то часто вісмутові сплави з низькою температурою плавлення використовують як заміну токсичних свинцево-олов'яних припоїв, особливо при виробництві харчової тари.

Завдання з новою температурною шкалою

У курсі фізики можна зустріти завдання визначення температури плавлення вісмуту за шкалою Генія. Скажімо відразу, що це завдання, і жодної шкали Генія немає. У фізиці в даний час прийнято лише три температурні шкали: Цельсія, Фаренгейта і Кельвіна (в

Отже, умови завдання такі: "Нова шкала температур, що виражається в градусах Генія (°G), пов'язана зі шкалою Цельсія так: 0 °G = 127 °C та 80 °G = 255 °С, потрібно визначити температуру плавлення вісмуту в градусах нової шкали".

Складність завдання полягає в тому, що інтервал 1 °G не відповідає інтервалу 1 °C. А якому значенню він відповідає у Цельсіях? Використовуючи умову завдання, одержуємо: (255-127)/80 = 1,6 °C. Це означає, що підвищення температури на 1°G буде еквівалентно її збільшенню на 1,6°C. Для вирішення завдання пригадаємо, що вісмут плавиться при температурі 271,4 °C, що більше температури 255 °C на 16,4 °C або на 10,25 °G (16,4/1,6). Оскільки температура 255 °C відповідає 80 °G, отримуємо, що за шкалою Генія вісмут плавитиметься при температурі 90,25 °G (80+10,25).