Бизмут

Од Википедија — слободната енциклопедија
Прејди на: содржини, барај
Бизмут  (83Bi)
Bismuth crystals and 1cm3 cube.jpg
Општи својства
Име и симбол бизмут (Bi)
Изглед сјајно сребрест
Елементот бизмут во периодниот систем
Водород (диатомски неметал)
Хелиум (благороден гас)
Литиум (алкален метал)
Берилиум (земноалкален метал)
Бор (металоид)
Јаглерод (полиатомски неметал)
Азот (диатомски неметал)
Кислород (диатомски неметал)
Флуор (диатомски неметал)
Неон (благороден гас)
Натриум (алкален метал)
Магнезиум (земноалкален метал)
Алуминиум (слаб метал)
Силициум (металоид)
Фосфор (полиатомски неметал)
Сулфур (полиатомски неметал)
Хлор (диатомски неметал)
Аргон (благороден гас)
Калиум (алкален метал)
Калциум (земноалкален метал)
Скандиум (преоден метал)
Титан (преоден метал)
Ванадиум (преоден метал)
Хром (преоден метал)
Манган (преоден метал)
Железо (преоден метал)
Кобалт (преоден метал)
Никел (преоден метал)
Бакар (преоден метал)
Цинк (преоден метал)
Галиум (слаб метал)
Германиум (металоид)
Арсен (металоид)
Селен (полиатомски неметал)
Бром (диатомски неметал)
Криптон (благороден гас)
Рубидиум (алкален метал)
Стронциум (земноалкален метал)
Итриум (преоден метал)
Циркониум (преоден метал)
Ниобиум (преоден метал)
Молибден (преоден метал)
Технициум (преоден метал)
Рутениум (преоден метал)
Родиум (преоден метал)
Паладиум (преоден метал)
Сребро (преоден метал)
Кадмиум (преоден метал)
Индиум (слаб метал)
Калај (слаб метал)
Антимон (металоид)
Телур (металоид)
Јод (диатомски неметал)
Ксенон (благороден гас)
Цезиум (алкален метал)
Бариум (земноалкален метал)
Лантан (лантаноид)
Цериум (лантаноид)
Празеодиум (лантаноид)
Неодиум (лантаноид)
Прометиум (лантаноид)
Самариум (лантаноид)
Европиум (лантаноид)
Гадолиниум (лантаноид)
Тербиум (лантаноид)
Диспрозиум (лантаноид)
Холмиум (лантаноид)
Ербиум (лантаноид)
Тулиум (лантаноид)
Итербиум (лантаноид)
Лутециум (лантаноид)
Хафниум (преоден метал)
Тантал (преоден метал)
Волфрам (преоден метал)
Рениум (преоден метал)
Осмиум (преоден метал)
Иридиум (преоден метал)
Платина (преоден метал)
Злато (преоден метал)
Жива (преоден метал)
Талиум (слаб метал)
Олово (слаб метал)
Бизмут (слаб метал)
Полониум (слаб метал)
Астат (металоид)
Радон (благороден гас)
Франциум (алкален метал)
Радиум (земноалкален метал)
Актиниум (актиноид)
Ториум (актиноид)
Протактиниум (актиноид)
Ураниум (актиноид)
Нептуниум (актиноид)
Плутониум (актиноид)
Америциум (актиноид)
Кириум (актиноид)
Берклиум (актиноид)
Калифорниум (актиноид)
Ајнштајниум (актиноид)
Фермиум (актиноид)
Менделевиум (актиноид)
Нобелиум (актиноид)
Лоуренциум (актиноид)
Радерфордиум (преоден метал)
Дубниум (преоден метал)
Сиборгиум (преоден метал)
Бориум (преоден метал)
Хасиум (преоден метал)
Мајтнериум (непознати хемиски својства)
Дармштатиум (непознати хемиски својства)
Рентгениум (непознати хемиски својства)
Копернициум (преоден метал)
Унунтриум (непознати хемиски својства)
Флеровиум (слаб метал)
Унунпентиум (непознати хемиски својства)
Ливермориум (непознати хемиски својства)
Унунсептиум (непознати хемиски својства)
Унуноктиум (непознати хемиски својства)
Sb

Bi

Uup
оловобизмутполониум
Атомски број 83
Стандардна атомска тежина (±) (Ar) 208,98040(1)[1]
Категорија   слаб метал
Група и блок група 15 (пниктогени), p-блок
Периода VI периода
Електронска конфигурација [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p3
по обвивка
2, 8, 18, 32, 18, 5
Физички својства
Фаза цврста
Точка на топење 544,7 K ​(271,5 °C)
Точка на вриење 1837 K ​(1564 °C)
Густина близу с.т. 9,78 g/cm3
кога е течен, при т.т. 10,05 g/cm3
Топлина на топење 11,30 kJ/mol
Топлина на испарување 179 kJ/mol
Моларен топлински капацитет 25,52 J/(mol·K)
парен притисок
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
при T (K) 941 1041 1165 1325 1538 1835
Атомски својства
Оксидациони степени 5, 4, 3, 2, 1 ​(благо кисел оксид)
Електронегативност Полингова скала: 2,02
Енергии на јонизација I: 703 kJ/mol
II: 1610 kJ/mol
II: 2466 kJ/mol
(повеќе)
Атомски полупречник емпириски: 156 pm
Ковалентен полупречник 148±4 pm
Ван дер Валсов полупречник 207 pm
Разни податоци
Кристална структура ромбоедрална[2]
Rhombohedral crystal structure for бизмут
Брзина на звукот тенка прачка 1790 m/s (при 20 °C)
Топлинско ширење 13.4 µm/(m·K) (при 25 °C)
Топлинска спроводливост 7,97 W/(m·K)
Електрична отпорност 1,29 µΩ·m (при 20 °C)
Магнетно подредување дијамагнетно
Модул на растегливост 32 GPa
Модул на смолкнување 12 GPa
Модул на збивање 31 GPa
Поасонов сооднос 0,33
Мосова тврдост 2,25
Тврдост по Бринел 70–95 MPa
CAS-број 7440-69-9
Историја
Откриен Клод Франсоа Жофроа (1753)
Најстабилни изотопи
Главна статија: Изотопи на бизмутот
изо ПР полураспад РР ЕР (MeV) РП
207Bi син 31,55 y β+ 2,399 207Pb
208Bi син 3,68×105 y β+ 2,880 208Pb
209Bi 100% 1,9×1019 y α 3,137 205Tl
210Bi траги 5,012 d β 1,426 210Po
α 5,982 206Tl
210mBi син 3,04×106 y IT 0,271 210Bi
α 6,253 206Tl
· наводи

Бизмутхемиски елемент кој има атомски број 83 и го носи симболот Bi. Бизмутот е тривалентен, сиромашен метал, личи на арсенот и антимонот. Елементарниот бизмут во природата може да се најде сам, некомбиниран со друг метал, иако неговиот сулфид и оксид се важни трговски руди. Самиот елемент е со 86% густина како оловото, и е кршлив, со сребренесто бела боја и често розова нијанса која се должи на површинскиот оксид. Металот бизмут е познат од стари времињња, иако во 18тиот век често бил смешуван со оловото и калајот, бидејќи секој од нив има некои својства на метал. Името најверојатно е од Германски збор кој има значење „бела маса“. Бизмутот е најдијагмагнетичен природен метал и само живата има понизок коефициент на топлинска спроводливот. Според класификациите бизмутот се смета како најцврстиот стабилен елемент кој се наоѓа во природата. Скоро беше утвредн како многу слабо радиоактивен елемент: неговиот изотоп е бизмут-209 , се распаѓа преку алфа распаѓање во талиум-205 со пола-живот или билион пати повеќе од проценетиот век на универзумот. Соединенијата на бизмутот се користат во козметиката, медицината и во медицинските процедури. Бизмутот има невообичаена токсичност за цврст метал. Како што токсичноста на оловото во последно време стана поочигледна легурата која се користи за бизмут металот, како замена за оловото, стана растечки дел на трговската важност на бизмутот. Физички карактеристики Бизмутот е кршлив метал со бела, сребрено-розова боја, кој често се јавува во својата родна форма со ирисцендентен оксидна дупка покажувајќи многу бои од жолта до плава. Спиралната скала сместена во структурата на кристалот на бизмутот е резултат на повисока стапка на раст околу надворешните рабови отколку на внатрешнте рабови. Варијациите во дебелината на слојот на оксидот кој се формира на површината на кристалот предизвикува различни бранувања на светлина која се меша со рефлексија, така што формира виножито на бои. Кога се гори со оксиген, бизмутот гори со плав пламен и неговиот оксид формира плав чад. Неговата токсичност е пониска за разлика од неговите соседи во периодичниот систем како што се оловотo, калајот, телурот, антимонот и полониумот.

Иако синтексички најцврстите елементи се теоретски подијамагнетички, ниту еден друг метал не е подијамагнетичен од бизмутот. (Супердијамагнетизам е различен физички феномен). Бизмутот од сите метали го има најнискиот коефициент на топлинска спроводливост (после живата) и највисок коефициент на заситеност. Има висок отпор на струја. Кога се складира во доволно тенки слоеви на супстрат, бизмутот е полупроводник а не сиромашен метал. Елементарниот бизмут е еден од неколкуте супстанции кој во течна состојба е погуст за разлика од својата цврста состојба (водата е најдобар пример). Бизмутот се проширува за 3.32% кога се претвара во цврста состојба; тоа долго беше важна компонента на легурите со нска точка на топење, каде што ја компензираше контракцијата на другите компоненти на легурата. Визуелно невиден во природата, чистиот бизмут може да формира карактеристични разнобојни кристали со форма на инка. Бизмутот е релативно нетоксичен и има ниска точка на топење само на 271 степен целзиусов, па кристалите можат да нараснат користејќи и шпорет од домаќинството, иако резултатните кристали ќе бидат со понизок квалитет за разлика од крсталите нараснати во лабораторија. Хемиски својства Бизмутот е стабилен и на влажен и на сув воздух ан обични температури. Кога е топол тој реагира со вода за да образува бизмут (III) оксид

  2 Bi + 3 H2O → Bi2O3 + 3 H2

Реагира со големи количини на флуор образувајќи бизмут (v) флуорид. 2 Bi + 5 F2 → 2 BiF5 Реагира со мали количини на флуор образувајќи бизмут (III) флуорид. 2 Bi + 3 F2 → 2 BiF3 Исто така реагира со другите халогени образувајќи бизмут (III) халиди. 2 Bi + 3 Cl2 → 2 BiCl3 2 Bi + 3 Br2 → 2 BiBr3 2 Bi + 3 I2 → 2 BiI3 Се раствора во концентриран сулфурен ацид образувајќи бизмут (III) сулфат и сулфур диоксид. 6 H2SO4 + 2 Bi → 6 H2O + Bi2(SO4)3 + 3 SO2 Реагира со азотен ацид образувајќи бизмут (III) нитрат. Bi + 6 HNO3 → 3 H2O + 3 NO2 + Bi(NO3)3 Исто така се раствора во хидрохлорен ацид но само со присуство на кислород.

4 Bi + 3 O2 + 12 HCl → 4 BiCl3 + 6 H2O

Алхемиски симбол употребен од Торберн Бергман, од 1775 година

ИЗОТОПИ[уреди | уреди извор]

Изотопи на бизмутот[уреди | уреди извор]

Едниствениот природен изотоп на бизмутот, бизмут-209, традиционално беше гледан како елемнт со најцврстиот стабилен изотоп, но долго постоеше сомневање дека е нестабилен на теоретска основа. Ова конечно беше демонстрирано во 2003 година кога истражувачите на институтот d’Astrophisique Spatiale во Орсај, Франција, ја мереа алфа емисијата пола-живот на бизмут-209 кој беше 1.9 × 10 на 19та години, преку билион пати подолго од моменталниот пресметан век на универзумот. Благодарејќи на неговиот исклучителен пола-живот, за сите денешни познати медицински и идустриски апликации бизмутот може да биде третиран така ако е стабилен и нерадиоактивен. Радиоактивноста е од академски интерес бидејќи бизмутот е еден од малкуте елементи за чија што радиоактивност постоеше сомневање, и наместо теоретски предвидено, пред да биде пронајден во лабораторијата, Бизмутот има најдолг алфа пола-живот на распаѓање, иако телур-128 има дупли бета пола-живот на распаѓање од преку 2.2х10 на 24та години. Неколку изотопи на бизмутот со карток пола-живот се јавуваат во радиоактивните дезнтегрирани синџири на актиниумот, радиумот и ториумот и и повеќето се експериментално синтетизирани.

НАСТАНУВАЊЕ[уреди | уреди извор]

На Земјата бизмутот е речиси двапати позастапен од златото. Обично не е економично да се вади како примарен производ. Наместо тоа произведуван е како бипроизвод од преработка на други метални руди, посебно калајот, бакарот исто така и среброто (индиректно) или други метали. Најважните руди на бизмутот се бизмутинитот и бизмитот. Во 2005 година Кина беше најдобриот производител на бизмут со најмалку 40% на светско ниво, потоа се Мексико и Перу, изјави Британското Геолошко Истражување. Природниот бизмут е познат од Австралија, Боливија и Кина. Според Геолошкото Истражување на Америка, светското производство на бизмут во 2009 годна беше 7.300 тони, со најголем придонес на кина (4.500 тони), Мексико (1.200 тон) и Перу (960 тони). Светското рафинирано производство на бизмут во 2008 година беше 15.000 тони од кои Кина произведе 78%, Мексико 8% и Белгија 5%. Разликата меѓу светското производство на бизмут од рудници и рафинираното производство се одразува на бизмутот како биопродуктен метал. Бизмутот во сурово оловно злато (кое може да содржи 10% бизмут) минува низ неколку фази на рафинирање, додека да биде одделен со Крол-Бетерон процесот или Бетс процесот. Процесот Крол-Бетерон користи пирометалуршко разделување од стопено олово на калциум-магнезиум-бизмут кое содржи поврзани метали (сребро, злато, цинк, бакар, телур и арсен), кои се оттргнати со некои флукси и третмани за да се добие високо-квалитетен бизмут (околу 99% бизмут). Процесот Бетс зема одредени аноди на оловно злато и ги електролизира во флуоросилицит-хидрофлуоросилицитен ациден електролит за да постигне чиста оловна катода и тенка анода која содржи бизмут. Бизмутот ќе се однесува слично и со уште еден негов главен метал, бакарот. Така светското производство на бизмут од рафинерии е покомплетен и статистички посигурен. Според Застапничките Вести за Бизмутот, цената за бизмут метал од крајот на 2000 година до Септември 2005 година се движеше од $2.60 до $4.15 по килограм, но после овој период цената почна брзо да се зголемува како што се зголемуваа глобалната побарувачка за бизмут и замената на оловто. Нови рудници во Канада и Виетнам можат да ги олеснат недостатоците, но цените најверојатно ќе останат над нивното претходно ниво за понатамошната иднина. Влезната потрошувачка цена за бизмутот е поориентирана кон последниот потрошувач, почна од 39.40 американски долари за килограм во јануари 2008 година и достигна 35.55 долари за килограм во Септември 2008 година.

Рециклирање[уреди | уреди извор]

Како што бизмутот денес е најдостапен како биопроизвод, неговата одржливост е позависна од рециклирањето. Бизмутот е најголем биопроизвод на топењето на оловото, заедно со среброто, цинкот, антимонот и други метали а исто така и на волфарм производството заедно со молибденот и калајот и исто така во производството на бакар. Рециклирањето на бизмутот е тешко во многу од неговите крајни уптреби, најпрво е поради расејувањето. Најверојатно најлесен за рециклирање би бил бизмутот кој содржи растопливи легури во структурата на поголемите предмети, тогаш и во поголемите лемени предмети. Половина од светското користење на лемењето е во електрониката (т.е. во електричните кола). Како што лемените предмети стануваат се помали или содржат малку лем или малку бизмут, закрепнувањето станува по тешко и по неекономично, иако лемот кој содржи повеќе сребро ќе биде повредно за надоместување. Следно во рециклирањето би биле значајните катализатори кои содржат бизмут, на пример бизмут фосфомолибдат и потоа бизмутот користен во галванизирање и како машинско металуршки додаток. Конечно во употребата каде што најмногу е распростанет, во лековите за стомак (бизмут субсалицилат), во боите, бизмут ванадат на сува површина, козметика (бизмут оксихлорид) и бизмут кој се содржи во куршумите. Бизмутот е толку застапен во овие употреби што со сегашната технологија тој е незаменлив. Бизмутот исто така може да биде достапен од поголема ефикасност на користење или замена, најверојатно стимулиран од растечката цена. За леовите за стомак, друга активна состојка може да биде заменета со некои или сите соединенија на бизмутот. Би било потешко да се најде алтернатива за бизмут оксихлоридот во козметиката да даде добар ефект. Сепак постојат многу формули на легури за лемови и секако многу алтернативи. Најважниот факт за бизмутот е неговиот биопроизводен статус, кој може да ја подобри и издржливоста (т.е. ванадиум или манган нодули) или за бизмутот од оловна руда е ограничен. Опсегот кој од ограничувањето на бзмутот може да биде ублажено или не ќе биде тестирано од днната на оловната батерија, откако 90% од светскот пазар на олово е во складирачки батери за бензин или дизел моторни возила. Проценката на животниот циклус на бизмутот ќе се фокусира на лемовите, едни од најглавните употреби на бизмутот и едни со најцелосна информација. Просечната искористена енергија за лемења е околу 200 МЈ по килограм, со високо бизмутен лем (58% бизмут) само 20% од таа вредност и три ниско бизмутни лемови (2% до 5% бизмут) се движат многу близу до просекот. Потенцијалот на глобалното затоплување кој е со просек од 10 до 14 килограми карбон диоксид, со високо бизмутен лем околу две третини од тоа и ниско бизмутните лемови околу просекот. Ацидификатниот просек за лемовите се движи од 0.9 до 1.1 килограм сулфур диоксид, со високо бизмутен лем и еден ниско бизмутен лем само една десетина од просекот и другите ниско бизмутни лемови околу просекот. Постојат многу минимални информации за животниот циклус на другте легури и соединенија на бизмутот.

Хемиски соединенија[уреди | уреди извор]

Бизмутот формира тривалентни и петвалентни соединенија. Тривалентните соединенија се покористени. Многу од неговите хемиски особини се слични со оние на арсенот и антимонот, иако тие се помалку токсични од дериватите на овие полесни елементи. Оксиди и сулфиди На покачени температури, пареата од металот комбинирана со кислород го формира жолтиот триоксид Bi2O3. Во реакција со база, овој оксид формира две серии на оксаниони: BiO-2,кој е полиметричен и формира линеарни синџири, и BiO3−3. Анјонот во Li3BiO3 е всушност кубниот октамеричен анјон, Bi8O24−24, каде што анјонот во Na3BiO3 е тетрамеричен. Темно црвениот бизмут(v) оксид, Bi2O5 е нестабилен, ослободувајќи кислороден гас по загревањето. Бизмут сулфидот во природата се јавува во рудите на бизмутот. Исто така се произведува со комбинирање на стопен бизмут и сулфур.

Бизмутин и бизмутиди[уреди | уреди извор]

За разлика од предходните членови на групата 15 елементи како што се нитрогенот, фосфорот и арсенот и слични на предходната група 15 елемент антимонот, бизмутот не формра стабилен хидрид. Бизмут хидрид, бизмутин (BiH3), е ендотермично соединеније кое што спонтано се разградува на собна температура. Стабилно е само под -60 степени целзиусови. Бизмутидите се интерметални соединенија меѓу бизмутот и други метали.

Халиди[уреди | уреди извор]

Халидите на бизмутот во состојба на ниска оксидација покажаа дека имаат необична структура. Она што беше обично мислено за бизмут (I) хлорид, произлезе дека е комплексно соединеније кое што содржи Bi5+ 9 катјони и BiCl2 5 и Bi 2Cl2-8 анјони Bi5+ 9 катјони имаат тригонална призмична молекуларна геометрија и исто така е пронајден во Bi10Hf3Cl18, кој е добиен со намалување на смесата хафниум (4) хлорид и бизмут хлорид со елементарен бизмут, имајќи ја структурата [Bi+][Bi5+9][HfCl2-6]3. Друг полиатомични бизмутни катјони се исто така познати, како што се Bi2+8, пронајден во Bi8(AlCl4)2. Бизмутот исто така формира ниско-валентен бромид со истата структура како и BiCl. Постои вистински монојодид, BiI, кој што содржи синџири на Bi4I4. BiI се распаѓа со загревање на тријодидот и елементарниот бизмут. Исто така постои и моно бромид со истата структура. Во оксидационата состојба +3, бизмутот формира трихалиди со сите халогени: BiF3, BiCl3, BiBr3 и BiI3. Сите овие освен BiF3 се хидролизирани со вода за да формираат бизмутил катјон BiO+, заедничака бизмутна оксидација. Бизмут (III) хлорид реагира со халоген хлорид во етер за да го произведе ацидот HBiCl4. Состојбата на оксидација +5 се среќава поретко. Едно такво соединение е BiF5, кое е моќен оксидационен и флуоринантен агент. Исто така е јак прифаќач на флуорид, кој реагира со ксенон тетрафлуорид за да формира XeF+ 3 катјони:

                BiF5 + XeF4=XeF+
                        3BiF-
                 6

Историја[уреди | уреди извор]

Бизмутот (на Латински-bisemutum потекнува од германскиот збор Wismuth, одностно weiße Masse, „бела маса“) предходно беше заменуван (збунуван) со калајот и оловото поради неговите сличности со овие елементи. Бизмутот е познат од стари времинја, па ниедна личност не е поврзана со неговото пронаоѓање. Агрикола во De Natura Fossilium вели дека бизмутот е различен метал во фамилијата метали која ги вклучува калајот и оловото во 1546 година заснован на набљудување на металите и нивните физички карактеристики. Клауд Франсоа Гефроа во 1573 година демонстрираше дека овој метал е различен од оловото и калајот. „Вештачки бизмут“ многу беше користен како замена за вистинскиот бизмут. Беше направен со ковање на калај на мали плочи и цементирајќи ги со смеса од бел тартар, селитра и арсен, заситени во тигел над отворен оган. Бизмутот исто така им беше познат и на инките и користен (заедно со обичниот бакар и калај) во специјална легура за ножеви.

Примена[уреди | уреди извор]

Бизмутот има неколку комерцијални примени, од кои ниедна не е голема. Земајќи ја Америка како пример, 1,090 тони на бизмут биле потрошени во 2008 година од кои 55% беа хемикалии (вклучувајќи лекови, пигменти и козметика), 34% беа металуршки додатоци за леење и галванизирање, 7% беа легури на бизмутот, лемови и муниција, и останатото безе за истражувае и други употреби.

Здравје и козметика[уреди | уреди извор]

Бизмутот е состојка на некои лекови, но употребата му е во опаѓање. Бизмут субсалицилат (активната состојка во Пепто-Бизмол или сега (Каопектат) е користен како лек против дијареа и за лекување на некои други гастро-цревни болести. Нивниот механизам на работа се уште не е документиран. Биброкатол е органско соединеније кое содржи бизмут и се користи за лекување на инфекција на очите. Бизмут субгалат (активната состојка во Девромот) е користен како внатрешен дезедоранс за да лекува непријатни миризи од подуеност (или гасови) и фекалии. Историски, соединенијата на бизмутот биле користени за лекување на сифилис и денес бизмут субсилицилатот и бизмут субциратот се користат за лекување пептички ултуси. Бизмут оксихлоридот некогаш се користи и во козметиката. Бизмут субнитратот и бизмут субкарбонатот се користат во медицината.

Легури[уреди | уреди извор]

Многу легури на бизмутот имаат ниски точки на топење и се пронаоѓаат во специјалните апликации како што се лемовите. Детекторите на пожар и направите за безбедност на супресивниот систем се користени насекаде во светот Bi-In-Cd-In-Sn-Pb и кои имаат точка на топење на 47 степени. Тоа исто така е користено како легурен агент во производство на железа и како термоспоен материјал.

  1. Standard Atomic Weights 2013. Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights
  2. Cucka, P.; Barrett, C. S. (1962). The crystal structure of Bi and of solid solutions of Pb, Sn, Sb and Te in Bi. „Acta Crystallographica“ 15 (9): 865. doi:10.1107/S0365110X62002297.