Висмут

Висмут(Bi)
Атомный номер 83
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

Содержание

История

Происхождение названия

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

Получение

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

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).

Цены

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

Применение

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, упрощает его обработку.

Катализаторы

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

Термоэлектрические материалы

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.

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.

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.

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.

Производство полония-210

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

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.

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.

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.

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).

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.

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.

Производство тетрафторгидразина

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

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.

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".

Пигменты

Ванадат висмута применяется в качестве пигмента.

Косметика

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

Биологическая роль

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.

Ссылки


Периодическая система элементов
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Uub Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
 
Начальная страница  » 
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Э Ю Я
A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Home