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.

Висмут-металл

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).

Висмут

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.

Висмут кристалл

Металл в природе

Элемент относится к редкоземельным металлам.

Тонна земной коры содержит 2 г висмута.

В природе самородки большая редкость, чаще представлены другие виды:

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
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

Гидрометаллургический способ:

  • 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.

Висмут-(Bi)

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
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.

Симптомы передозировки:

  • 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.

Цены

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

Рейтинг автора
Автор статьи
Петрова Вероника Александровна
Мне 36 и я специалист в области минералогии. Сейчас я в декрете и всё свободное время посвящаю самоцветам. В этом блоге я делюсь информацией про камни и их свойства — присоединяйтесь, задавайте вопросы и пишите комментарии!
Написано статей
430
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (1 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...

Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: