Висмут

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Висмут(Bi)
Атомный номер	83 Слиток металлического висмута.
Внешний вид	Твёрдый хрупкий металл стального цвета с розоватым отливом
Свойства атома
Атомная масса (молярная масса)	208.98037 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома	170 пм
Энергия ионизации (первый электрон)	702.9(7.29) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация	[Xe] 4f14 5d10 6s2 6p3
Химические свойства
Ковалентный радиус	146 пм
Радиус иона	(+5e) 74 (+3e) 96 пм
Электроотрицательность (по Полингу)	2.02
Электродный потенциал	Bi←Bi3+ 0.23В
Степени окисления	5, 3
Термодинамические свойства
Плотность	9.747 г/см³
Удельная теплоёмкость	0.124 Дж/(K·моль)
Теплопроводность	7.9 Вт/(м·K)
Температура плавления	544.5 K
Теплота плавления	11.00 кДж/моль
Температура кипения	1883 K
Теплота испарения	172.0 кДж/моль
Молярный объём	21.3 см³/моль
Кристаллическая решётка
Структура решётки	ромбоэдрическая
Период решётки	4.750 Å
Отношение c/a	n/a
Температура Дебая	120.00 K

[править] История

[править] Происхождение названия

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

[править] Получение

Висмут получают сплавлением сульфида с железом: Bi₂S₃ + 3Fe = 2Bi + 3FeS или последовательным проведением процессов: Bi₂S₃ + 5O₂ = Bi₂O₄ + 3SO₂; Bi₂O₄ + 4C = 2Bi + 4CO

Синтезированный кристалл висмута. Радужную окраску придает тонкий слой окисла.

[править] Мировая добыча и потребление висмута

Висмут в достаточной степени редкий металл, и его мировая добыча/потребление едва превышает 6000 тонн в год(от 5800 до 6400 тонн в год).

[править] Цены

Цены на висмут в слитках чистотой 99% в 2006 году составили в среднем 15 долл/кг.

[править] Применение

[править] Металлургия

Висмут имеет большое значение для производства так называемых «автоматных сталей», особенно нержавеющих и очень облегчает их обработку резанием на станках-автоматах (токарных, фрезерных и др.) при концентрации висмута всего 0,003%, в то же время не увеличивая склонность к коррозии. Висмут используют в сплавах на основе алюминия (примерно 0,01%), эта добавка улучшает пластические свойства металла, резко упрощает его обработку.

[править] Катализаторы

В производстве полимеров трёхокись висмута служит катализатором, и ее применяют, в частности, при получении акриловых полимеров. При крекинге нефти некоторое применение находит оксохлорид висмута.

[править] Термоэлектрические материалы

Монокристалл теллурида висмута

Одним из важнейших направлений применения висмута является производство полупроводниковых материалов и в частности теллуридов (термо-э.д.с. теллурида висмута 280 мкВ/К) и селенидов висмута. Получен высокоэффективный материал на основе висмут-цезий-теллур для производства полупроводниковых холодильников суперпроцессоров.

[править] Детекторы ядерных излучений

Некоторое значение для производства детекторов ядерного излучения имеет монокристаллический йодид висмута. Германат висмута - сцинтилляционный материал, и применяется в ядерной физике, физике высоких энергий,компьютерной томографии, геологии.

[править] Легкоплавкие сплавы

Сплавы висмута с кадмием, оловом, свинцом, индием, таллием, ртутью, цинком и галлием, обладают очень низкой температурой плавления и применяются в качестве теплоносителей и припоев, а так же в медицине в качестве фиксирующих составов для сломанных конечностей. Некоторые легкоплавкие сплавы применяются в качестве элементов противопожарной сигнализации, в качестве специальных смазок работающих в вакууме и тяжелых условиях, в качестве клапанов (при расплавлении открывающих просвет для протекания жидкостей и газов (например ракетных топлив), в качестве предохранителей в мощных электрических цепях, в качестве уплотнительных прокладок в сверхвысоковакуумных системах, как термометрические материалы, как материалы для изготовления выплавляемых моделей в литье и т. д.

[править] Измерение магнитных полей

Металлический висмут особой чистоты служит материалом для производства обмотки для измерения сверхсильных магнитных полей, ввиду того что при увеличении магнитного поля электросопротивление висмута резко возрастает, и в то же время достаточно равномерно чтобы по изменению сопротивления обмотки изготовленной из него судить о напряженности внешнего магнитного поля.

[править] Производство полония-210

Некоторое значение висмут имеет в ядерной технологии при получении полония — важного элемента радиоизотопной промышленности.

[править] Химические источники тока

Издавна оксид висмута в смеси с графитом используется в качестве положительного электрода в висмутисто-магниевых элементах (ЭДС 1,97—2,1 Вольт, 120 Вт/час/кг, 250—290 Вт/час/дм³). Так же в качестве положительного электрода в литиевых элементах находит применение висмутат свинца. Висмут в сплаве с индием находит применение в чрезвычайно стабильных и надежных ртутно-висмуто-индиевых элементах. Такие элементы прекрасно работают в космосе и в тех условиях, где важна стабильность напряжения, высокая удельная энергия, а снижение частоты отказов играет первостепенную роль (например военные применения). Трехфтористый висмут применяется для производства чрезвычайно энергоемких (3000 Вт/час/дм³, практически достигнутое — 1500—2300 Вт/час/дм³) лантан-фторидных аккумуляторов.

[править] Ядерная энергетика и обработка прочных металлов и сплавов

Малое сечение захвата висмутом тепловых нейтронов и значительная способность к растворению урана в купе с значительной температурой кипения и невысокой агрессивностью к конструкционным материалам позволяет использовать висмут в гомогенных атомных реакторах, и кроме того в сплавах висмута (например сплав Вуда, сплав Розе и др.) производят токарную, фрезерную обработку и сверление урана, вольфрама и его сплавов, и других материалов невероятно трудно поддающихся обработке резанием.

[править] Электроядерный реактор. Исследования и разработка

Висмут в ближайшем будущем найдет так же применение в качестве ядерного топлива в виде эвтектического сплава со свинцом. Повышенный интерес к висмуту в ядерной технологии связан как с расширением потенциальных ресурсов энергии для человечества, так и с повышенной безопасностью электроядерных установок (ЭЯУ) в связи с тем что их работа происходит в глубокоподкритическом режиме.

[править] Магнитные материалы

Интерметаллид марганец-висмут сильно ферромагнитен и производится в больших количествах промышленностью для получения пластичных магнитов. Особенностью и преимуществом такого материала является возможность быстрого и дешевого получения постоянных магнитов (к тому же не проводящих ток) любой формы и размеров. Кроме того этот магнитный материал достаточно долговечен и обладает значительной коэрцитивной силой. Кроме соединений висмута с марганцем, так же известны магнитотвердые соединения висмута с индием,хромом и европием, применение которых ограничено специальными областями техники вследствие трудностей синтеза(висмут-хром), либо ввиду высокой цены второго компонента(индий,европий).

[править] Топливные элементы. Суперионные проводники

Керамические фазы ВИМЕВОКС(), включающие в свой состав оксид висмута с оксидами других металлов (ванадий, медь, никель, молибден и др.) обладают очень высокой проводимостью при температурах 500—700К и применяются для производства высокотемпературных топливных элементов.

[править] Высокотемпературная сверхпроводимость

Сверхпроводящие фазы включающие в свой состав оксиды висмута, кальция, стронция, бария, меди, иттрия и др. являются высокотемпературными сверхпроводниками. В последние годы при изучении этих сверхпроводников выявлены фазы, имеющие пики перехода в сверхпроводящее состояние при 155К, 175К, 234К(!), и вызывающие самый пристальный интерес.

[править] Производство тетрафторгидразина

Висмут в виде мелкой стружки или порошка применяется для производства тетрафторгидразина из трехфтористого азота, используемого в качестве мощнейшего окислителя ракетного горючего.

[править] Электроника

Сплав состава 88% Bi и 12% Sb в магнитном поле обнаруживает аномальный эффект магнитосопротивления; из этого сплава изготовляют быстродействующие усилители и выключатели. Вольфрамат, станнат-ванадат, силикат и ниобат висмута входит в состав высокотемпературных сегнетоэлектрических материалов. Феррит висмута применяется в качестве магнитоэлектрического материала.

[править] Медицина

Из соединений висмута в медицинском направлении шире всего используют его трехокись Bi₂O₃. В частности, ее применяют в фармацевтической промышленности для изготовления многих лекарств от желудочно-кишечных заболеваний, а также антисептических и заживляющих средств. Оксохлорид висмута находит применение в медицине в качестве рентгеноконтрастного средства и в качестве наполнителя при изготовлении кровеносных сосудов. Кроме того в медицине находят широкое применение такие соединения висмута как: галлат, тартрат, карбонат, субсалицилат, субцитрат, трибромфенолят висмута. На основе этих соединений разработано множество медицинских препаратов, из которых особенное внимание(производство,применение) привлекают наиболее эффективные противоязвенные лекарства "Де-Нол" и "Десмол".

[править] Пигменты

Ванадат висмута применяется в качестве пигмента.

[править] Косметика

В производстве лака для ногтей, губной помады, теней и др, оксохлорид применяется как блескообразователь.

[править] Биологическая роль

[править] Изотопы

Природный висмут состоит из одного изотопа ²⁰⁹Bi, который считался самым тяжёлым из существующих в природе стабильных изотопов. Однако в 2003 было экспериментально доказано, что он является альфа-радиоактивным с периодом полураспада 1,9±0,2×10¹⁹ лет.

Кроме ²⁰⁹Bi, известны еще 19 изотопов. Все они радиоактивны и короткоживущи: периоды полураспада не превышают нескольких суток.

Тринадцать изотопов висмута с массовыми числами от 197 до 208 и самый тяжелый ²¹⁵Bi получены искусственным путем, остальные — ²¹⁰Bi, ²¹¹Bi, ²¹²Bi, ²¹³Bi и ²¹⁴Bi — образуются в природе в результате радиоактивного распада ядер урана, тория, актиния и нептуния.

[править] Ссылки

• Висмут на Webelements
• Висмут в Популярной библиотеке химических элементов

Это незавершённая статья о химическом элементе. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её.