Химические и физические свойства
Висмут – металл, который можно сравнить с водой. В жидком состоянии она плотнее, чем в твердом. Это отличает и висмут. Расплавляясь, он, как и лед, уменьшается в объеме. Получается, твердый металл легче текучего. За счет уплотнения при плавлении, висмут необычно реагирует на давление.
Температура перехода из твердого вещества в жидкость падает при его повышение. Текучую массу можно получить уже при 270-ти градусах Цельсия. При 1000 градусах висмут сгорает. Если же воздействовать давлением на другие металлы, температура их плавления лишь вырастит.
Висмут – основной, наиболее мощный в природе диамагнетик. Это значит, что металл отталкивается от обоих полисов магнита. Если поместить слиток между плюсом и минусом, он встанет по центру. Явление названо диамагнитной левитацией. Сила воздействия висмута столь сильна, что способна отсоединить магнит от опоры.
Если сравнивать элемент с сурьмой, разнятся металлические свойства. У висмута они преобладают. У сурьмы больше неметаллических параметров, к примеру, нет выраженного блеска. 83-ий же элемент таблицы Менделеева сверкает, «рождая» розоватые всполохи.
Отличает висмут и пластичность. Металл мягок но, при этом, хрупок. Окисление элемента неоднозначно. В сухом воздухе вещество можно принять за благородное, — патина не образуется. Во влажной же атмосфере формируется оксид висмута. Поверхность металла покрывается пленкой, мутнеет.
Создавая для металла висмут инструкцию по применению, химики указывают, что он не вступает в реакции со щелочами. Инертен элемент и к разбавленным кислотам. Но, если использовать концентраты, выпадают соли висмута. С металлами реакция активна, образуются висмутиды. Это группа минералов, в числе которых майдонит, фрудит и майченерит.
Ответы на вопросы пользователей
Ответим на несколько основных вопросов пользователей, касательно металла.
Висмут легкий или тяжелый металл
Металлы с атомной массой свыше 50 образуют группу тяжелых металлов. В эту компанию попадает Bismuth.
Висмут вреден или нет
Одно из уникальных свойств висмута – будучи тяжелым металлом, он, благодаря слабой растворимости в воде, не оказывает негативного воздействия на живые организмы, в отличие от своих «коллег». Висмут не является токсичным, не накапливается в организме, если поступает в допустимых количествах (до 20 мкг).
Ядовитые свойства проявляются лишь у легко растворимых в воде солей висмута – по своему действию они аналогичны солям ртути. При взаимодействии с некоторыми аптечными препаратами также могут образовываться ядовитые вещества. Длительный прием висмутсодержащих лекарств противопоказан при больных почках.
Отравление висмутом наблюдается редко. Его симптомы:
- расстройства ЖКТ;
- воспаление слизистой рта;
- дерматиты;
- нарушение сердечной деятельности;
- потеря аппетита и сна.
Симптоматика неприятная, но избежать побочных эффектов можно, если принимать лекарства под наблюдением врача.
Применение висмута
Висмут применение нашел в металлургии. Элемент необходим для создания легкоплавких сплавов. Металл добавлен, к примеру, в Вуду. Он применяется в противопожарных системах. Показатель плавления сплава ниже температуры кипения воды.
Купить металл стремятся и предприятия, производящие литые изделия сложных форм. В них важно соблюсти точность параметров. Пригождается свойство висмута увеличиваться в объеме, при затвердении. Добавка металла помогает сплавам вплотную примкнуть к формам, повторить их контур на 100%.
Соединяясь с марганцем, висмут приобретает ферромагнитные свойства. Будучи помещенным в магнитное поле, сплавы и сами становятся магнитами. На их производство и пускают соединения на основе висмута и марганца. Оксиды 83-го элемента используют в производстве керамики, стекла, оптически приборов. Здесь висмут играет роль катализатора.
Препараты висмута есть на аптечных полках. В фармацевтике пригождается трибромфенолят металла, а так же, ксероформ. Эти соединения активно борются с бактериями. Поэтому, порошки с висмутом используют при заживлении ран, обеззараживании ожогов и фистул. Металл добавлен, к примеру, в мазь Вишневского. Нитрат висмута известен медикам, как вяжущее средство и умеренное слабительное. Соединение именуют викаиром.
Висмут трикалия – основа противоязвенных лекарств. Они выпускаются в форме таблеток с тонкой оболочкой. Некоторые из них прописывают и при гастритах. Так, висмута дицитрат трикалия содержат препараты Де-Нол, Тримо, Вентрисол и Пилоцид.
Соединения 83-го элемента добавляют, так же, в лекарства от сифилиса. Его возбудитель – спирохеты. Эти бактерии гибнут в присутствии висмута, связывающего сульфидные группы микроорганизмов.
Свое место висмут занял и в косметологии. Оксохлорид вещества – блестки во многих декоративны средствах. Пудра, тени, румяна с эффектом сияния нередко содержат 83-ий металл. Косметологи обратили на него внимание еще во времена Возрождения.
Тогда была мода на белоснежную кожу – признак аристократии. Азотнокислый висмут помогал представителям высшего сословия «не упасть лицом в грязь».
Соль именовали испанскими белилами и использовали в качестве пудры. Азотнокислый висмут – соль. Соли металла нужны дорожникам. Видели на трассах знаки, рисунки на которых начинают светиться, если на них направлены фары? Секрет цветовых вспышек – соли висмута.
Специфика процесса
Отдельно стоит сказать про извлечение висмута из чернового свинца. Данный процесс специфичен тем, что он подразумевает выделение металла при помощи кальция или магния. Висмут при этом, имея вид соединения CaMg2Bi2, накапливается в верхних слоях.
Как в дальнейшем металл очищается от магния или кальция? Посредством его переплавки под щелочным слоем с добавлением окислителя NaNO3. Затем полученное вещество подвергают электролизу с получением шлама (отходные вещества). Этот продукт и переплавляют в черновой висмут.
Важно оговориться, что гидрометаллургический способ получения данного элемента характеризуют более высокие экономические показатели и соответствующая чистота полученного вещества. Этот метод основан на растворении висмутосодержащих руд, сплавов и полупродуктов. Для этого используется соляная и азотная кислоты.
За растворением следует выщелачивание получившейся жидкости. Для осуществления этого процесса используют серную кислоту или растворы хлорида натрия. Это последний этап, затем висмут извлекают и очищают посредством экстракции.
Кстати, еще есть методы двухстадийной перегонки, зонной плавки и гидрометаллургического рафинирования. Их применяют для получения самого чистого висмута.
Добыча висмута
Редкий металл. Это про висмут. Инструкция по его добычи касается, как правило, руд свинца, олова, меди и вольфрама. В них 83-го металла около 0,006%. Их извлекают попутно путем выщелачивания руды. Для этого используют соляную кислоту с последующей экстракцией.
При производстве сплавов меди и свинца висмут получают путем рафинирования. Металл частично переходит в пыль, пары. Их собирают и отправляют на дальнейшую переработку, точнее, восстановление. Его добиваются электролитическим путем или работая со слитками свинца.
В природе есть и руды висмута. Содержание ценного элемента в них – 1%. Но, такие породы встречаются редко и в небольших объемах. Общий запас металла оценивается в 320 000 тонн на весь мир. 240 из них находятся в недрах Китая. Поэтому, Поднебесная – лидер производства висмута. В год КНР поставляет на рынок 6 000 тонн. 1 000 тон добавляет Мексика. По 100-150 тонн производят в Казахстане и Канаде.
По 10 000 тонн висмута обнаружено в Боливии и Перу. Но, эти страны почти не разрабатывают запасы. Кстати, 83-ий элемент, как и прочие металлы, встречается в самородной форме. Слитки встречаются в связке с топазами, турмалинами и бериллом. Содержание висмута в самородках – около 99%. Но, такие камешки встречаются еще реже руд редкого металла.
Процесс получения
В продолжение темы о том, что такое висмут, стоит рассказать, как именно его добывают.
Получение этого металла основано на переработке руды, а также свинцовых и медных концентратов посредством методов, используемых в сферах пиро/гидрометаллургии.
Есть и другой способ, но он используется лишь в случае получения висмута из сульфидных соединений. Процесс подразумевает переработку медных концентратов, сопровождающуюся осадительной плавкой с железным скрапом и флюсом.
Как правило, происходит процесс получения висмута по формуле: Bi2S3 + 3Fe à 2Bi + 3FeS.
В том случае, если используются окисленные руды, то металл восстанавливают углеродом под слоем флюса. Происходит это в температурном режиме от 900 до 1000 °C. Углерод, кстати, может быть заменен сульфитом натрия. С применением данного кристаллогидрата можно восстановить оксид висмута при меньшей температуре (800 °C).
Для получения сульфида данного металла применяют соду или гидроксид натрия. В этих случаях устанавливается температура в 950 и 500-600 градусов соответственно.
Цена висмута
На висмут цена редко опускается ниже 2 000 рублей за килограмм. Такая стоимость указывается в закупках с минимальным объемам. То есть, сэкономить можно лишь при заказе от 5-ти, 10-ти, 16-ти килограммов. Если же брать только 1 000 граммов, заплатить придется не меньше 3 100 рублей. Стандартная цена – от 4 000-ех до 6 000 рублей.
Запросы продавцов зависят от чистоты металла. Его содержание в слитках может быть, к примеру, 99%, а может и 99, 99%. Учитывается и имя производителя, торговца и страна, откуда доставлен товар. Для россиян наиболее выгодны поставки из Китая. Если говорить о предприятиях внутри страны, то висмут реализует, к примеру, «Электровек-Сталь».
Менеджеры завода устанавливают цену, опираясь на индексы Лондонской биржи цветных металлов. Как правило, стоимость килограмма висмута варьируется в пределах 3 000 – 4 000 рублей. Объемы производства предприятия позволяют торговать центнерами, что значительно сокращает расходы при крупных закупках.
Модификации металла
Что такое висмут? Визуально это – серебристо-белый металл, переливающийся различными оттенками. Чистый висмут отливает преимущественно розовым. Металл, в котором доминирует какой-либо другой цвет, является аллотропной модификацией.
Их, кстати, немало. Модификации возникают вследствие воздействия высокого давления. Если подвергнуть висмут температуре в +25 °C и давлению в 2,57 ГПа, то кристаллическая решетка этого вещества претерпит полиморфное превращение. Ее форма перестанет быть ромбоэдрической и станет моноклинной.
Также изменения решетки происходит при других показателях давления (5 ГПа, 4,31 ГПа и 2,72 ГПа). А если довести его до уровня в 7,74 ГПа, то она и вовсе приобретет кубическую форму. Тетрагональной решетка становится при давлении в 2,3—5,2 ГПа.
Важнейшие соединения:
Для висмута наиболее характерны соединения со степенью окисления: +3 и +5. Оксид висмута(II), BiO
: Серовато-черные кристаллы. Получают восстановлением оксида висмута(III) металлическим висмутом или водородом. Окисляется при нагревании до 180°С и во влажном воздухе. Диспропорционирует в реакции с кислотами, напр. 3BiO + 6HCl = 2BiCl3 + Bi +3H2O.
Оксид висмута(III), Bi2O3
: Моноклинные или тетрагональные желтые (коричневые в нагретом состоянии) кристаллы. Устойчив до 1750°С. Диамагнитен. Мало растворим в воде, ацетоне, жидком аммиаке, гидроксидах. Растворяется в кислотах. Получают нагреванием висмута в кислороде, разложением нитрата висмута (III), дегидратацией гидроксида висмута (III).
Гидроксид висмута(III), Bi(OH)3
: Белый аморфный порошок. Проявляет основные свойства. Мало растворим в воде, концентрированных щелочах. Растворяется в глицерине, хлориде аммония и в минеральных кислотах. С кислотами образует соли висмута (III).
Соли висмута(III)
— бесцветные крист. вещества, растворимые соли (нитрат, хлорид) для предотвращения гидролиза растворяют в разбавленных растворах соотв. кислот. При растворении в чистой воде они гидролизуются с образованием осадков основных солей (напр. Bi(OH)2NO3) или оксосолей (солей висмутила, напр. BiOCl).
Иодид висмута(III), BiI3
: темно-коричневые кристаллы, нерастворим в воде, но растворяется в спиртах, в ацетоне. Взаимодействует с растворами йодидов, образуя водорастворимые комплексы: BiI3 + KI = K[BiI4].
Сульфид висмута(III), Bi2S3
: Серовато-черные ромбоэдрические диамагнитные кристаллы. Обладает термоэлектрическими свойствами. Мало растворим в воде, разбавленных минеральных кислотах, в сульфиде аммония, в сульфидах и полисульфидах щелочных металлов. Восстанавливается водородом, углеродом, кремнием. Взаимодействует с водой, при этом полностью гидролизуется.
Оксид висмута(V), Bi2O5
: Темно-коричневый порошок. Мало растворим в воде. Растворяется в кислотах и щелочах. Разлагается при нагревании. Получают окислением висмута (III) в концентрированных щелочных растворах, например при пропускании хлора через суспензию Bi2O3 в растворе КОН. Соединения висмута(V) проявляют сильные окислительные свойства: H3BiO4 + 5НСl = BiCl3 + Cl2 + 4H2O
Висмутаты
— соли висмутовых кислот, например мета- (NaBiO3) или орто- (Na3BiO4) висмутат натрия, желтый порошок, нерастворимый в воде, сильный окислитель: 2Mn(NO3)2 + 5NaBiO3 + 14HNO3 => 2NaMnO4 + 5Bi(NO3)3 + 3NaNO3 + 7H2O
История открытия:
Висмут был известен человечеству с давних времен, впервые упомянут в письменных источниках в 1450 году как Wismutton или Bisemutum. Долгое время этот металл считался разновидностью сурьмы, свинца или олова. Первые сведения о металлическом висмуте, его добыче и переработке встречаются в трудах крупнейшего металлурга и минералога средневековья Георгия Агриколы, датированных 1529 г. Представление же о висмуте как о самостоятельном химическом элементе сложилось только в XVIII в. Символ Bi впервые ввел в химическую номенклатуру выдающийся шведский химик Йенс Якоб Берцелиус.
О происхождении слова «висмут» существует несколько версий. По одной из них считают, что в основе его лежат немецкие корни «wis» и «mat» (искаженно weisse masse и weisse materia) -белый металл (точнее, белая масса, белая материя). По другой — слово «висмут» — не что иное, как арабское «би исмид», то есть похожий на сурьму.
Висмут — 83 элемент таблицы Менделеева
Висмут известен с 15 века, но его долго принимали за разновидность олова, свинца или сурьмы. В 1529 немецкий ученый в области горного дела и металлургии Г. Агрикола дал первые сведения о металлическом висмуте, его добыче и переработке. Химическую индивидуальность висмута первым установил в 1739 И. Потт.
Предположительно латинское Bismuthum или bisemutum происходит от немецкого weisse Masse, белая масса.
Содержание висмута в земной коре очень мало и составляет всего 9·10-7% (71-е место среди всех элементов). В природе иногда встречается в свободном виде. исмут — редкий рассеянный элемент, его собственные минералы очень редки. Важнейшие из них: висмутин, или висмутовый блеск, Bi2S3 (81,3 % Bi), козалит Pb2Bi2S5 (42 % Bi), бисмит Bi2O3(89,7 % Bi) и некоторые другие.
