Соли висмута получение. Элемент, известный с древности. Особенности обработки и использования

Висмут (лат. Bismuthum), Bi, химический элемент V группы периодической системы Менделеева; атомный номер 83, атомная масса 208,980; серебристо-серый металл с розоватым оттенком. Природный Висмут состоит из одного стабильного изотопа 209 Bi.

Висмут был известен в 15-16 веках, но долгое время его считали разновидностью олова, свинца или сурьмы. За самостоятельный металл Висмут был признан в середине 18 века. Французский химик А. Лавуазье включил его в список простых тел. Происхождение названия "Висмут" не установлено.

Содержание Висмута в земной коре 2·10 -5 % по массе. Висмут встречается в природе в виде многочисленных минералов, из которых главнейшие - висмутовый блеск Вi 2 S 3 , висмут самородный Bi, бисмит Bi 2 O 3 и другие. В большем количестве, но в малых концентрациях Висмут встречается как изоморфная примесь в свинцово-цинковых, медных, модибденово-кобальтовых и олово-вольфрамовых рудах. Около 90% мирового потребления покрывается попутной добычей Висмута при переработке полиметаллических руд.

Физические свойства Висмута. Висмут имеет ромбоэдрическую решетку с периодом а=4,7457 Å и углом а = 57°14"13". Плотность 9,80 г/см 3 ; t пл 271,3 °С; t кип 1560 °С. Удельная теплоемкость (20 °С) 123,5 Дж/(кг·К) ; термический коэффициент линейного расширения при комнатной температуре 13,3·10 -6 ; удельная теплопроводность (20 °С) 8,37 вт/(м·К) ; удельное электрическое сопротивление (20° С) 106,8·10 -8 ом·м (106,8·10 -6 ом·см). Висмут - самый диамагнитный металл. Удельная магнитная восприимчивость равна -1,35·10 -6 . Под влиянием магнитного поля электросопротивление Висмута увеличивается в большей степени, чем у других металлов, что используется для измерения индукции сильных магнитных полей. Сечение захвата тепловых нейтронов у Висмута мало (34·10 -31 м 2 или 0,034 барна). При комнатной температуре Висмут хрупок, легко раскалывается по плоскостям спайности, в фарфоровой ступке растирается в порошок. При температуре 120-150°С ковок; горячим прессованием (при 240-250°С) из него можно изготовить проволоку диаметром до 0,1 мм, а также пластинки толщиной 0,2-0,3 мм. Твердость по Бринеллю 93 Мн/м 2 (9,3 кгс/мм 2), по Моосу 2,5. При плавлении Висмут уменьшается в объеме на 3,27%.

Химические свойства Висмута. Висмут в сухом воздухе устойчив, во влажном наблюдается его поверхностное окисление. При нагревании выше 1000° С сгорает голубоватым пламенем с образованием оксида Bi 2 O 3 . В ряду напряжений Висмут стоит между водородом и медью, поэтому в разбавленной серной и соляной кислотах не растворяется; растворение в концентрированных серной и азотной кислотах идет с выделением SO 2 и соответствующих оксидов азота.

Висмут проявляет валентность 2, 3 и 5. Соединения Висмута низших валентностей имеют основной характер, высших - кислотный. Из кислородных соединений Висмута наибольшее значение имеет оксид Bi 2 O 3 , при нагревании меняющий свой желтый цвет на красно-коричневый. Bi 2 O 3 применяют для получения висмутовых солей. В разбавленных растворах висмутовые соли гидролизуются. Хлорид BiCl 3 гидролизуется с выпадением хлороксида BiOCl, нитрат Bi(NO 3) 3 - с выпадением основной соли BiONО 3 ·BiOOH. Способность солей Висмут гидролизоваться используется для его очистки. Соединения 5-валентного Висмута получаются с трудом; они являются сильными окислителями. Соль КВiO 3 (соответствующая ангидриду Bi 2 O 5) образуется в виде буро-красного осадка на платиновом аноде при электролизе кипящего раствора смеси КОН, КСl и взвеси Bi 2 O 3 . Висмут легко соединяется с галогенами и серой. При действии кислот на сплав Висмута с магнием образуется висмутин (висмутистый водород) BiH 3 ; в отличие от арсина AsH 3 , висмутин - соединение неустойчивое и в чистом виде (без избытка водорода) не получено. С некоторыми металлами (свинцом, кадмием, оловом) Висмут образует легкоплавкие эвтектики; с натрием, калием, магнием и кальцием - интерметаллические соединения с температурой плавления, значительно превышающей температуры плавления исходных компонентов. С расплавами алюминия, хрома и железа Висмут не взаимодействует.

Получение Висмута. Основное количество Висмута добывается попутно при огневом рафинировании чернового свинца (веркблея). Пирометаллургический способ основан на способности Висмута образовывать тугоплавкие интерметаллические соединения с К, Na, Mg и Са. В расплавленный свинец добавляют указанные металлы и образовавшиеся твердые соединения их с Висмутом (дроссы) отделяют от расплава. Значительное количество Висмута извлекают из шламов электролитического рафинирования свинца в кремнефтористоводородном растворе, а также из пылей и шламов медного производства. Содержащие Висмут дроссы и шламы сплавляют под щелочными шлаками. Полученный черновой металл содержит примеси As, Sb, Cu, Pb, Zn, Se, Те, Ag и некоторых других элементов. Выплавка Висмута из собственных руд производится в небольшом масштабе. Сульфидные руды перерабатывают осадительной плавкой с железным скрапом. Из окисленных руд Висмут восстанавливают углем под слоем легкоплавкого флюса.

Для грубой очистки чернового Висмут применяются в зависимости от состава примесей различные методы: зейгерование, окислительное рафинирование под щелочными флюсами, сплавление с серой и другими. Наиболее трудноотделяемая примесь свинца удаляется (до 0,01%) продуванием через расплавленный металл хлора. Товарный Висмут содержит 99,9-99,98% основного металла. Висмут высокой чистоты получают зонной перекристаллизацией в кварцевых лодочках в атмосфере инертного газа.

Применение Висмута. Значительное количество Висмута идет для приготовления легкоплавких сплавов, содержащих свинец, олово, кадмий, которые применяют в зубоврачебном протезировании, для изготовления клише с деревянных матриц, в качестве выплавляемых пробок в автоматических противопожарных устройствах, при напайке колпаков на бронебойные снаряды и т. д. Расплавленный Висмут может служить теплоносителем в ядерных реакторах.

Быстро увеличивается потребление Висмута в соединениях с Те для термоэлектрогенераторов. Эти соединения из-за благоприятного сочетания величин теплопроводности, электропроводности и термоэлектродвижущей силы позволяют преобразовывать тепловую энергию в электрическую с большим кпд (~7%). Добавка Висмута к нержавеющим сталям улучшает их обрабатываемость резанием.

Соединения Висмут применяются в стекловарении (увеличивают коэффициент преломления) и керамике (дают легкоплавкие эмали). Растворимые соли Висмута ядовиты, по характеру воздействия аналогичны ртути.

Висмут — простое вещество представляющее собой при нормальных условиях блестящий серебристый с розоватым оттенком металл. В Средневековье его часто использовали алхимики для своих опытов. Сейчас же он входит входит в состав популярного препарата против расстройств пищеварения. Сегодня я расскажу вам про этот удивительный кристалл и про то, как он получаются.

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.

Содержание висмута в земной коре 2*10-5% по массе, в морской воде - 2*10-5 мг/л. Висмутовые руды, содержащие 1% и выше висмута, встречаются редко, обычно его источником служат свинцовые, оловянные и другие руды, где он содержится как примесь. Минералами висмута, входящими в состав таких руд, являются висмут самородный (содержит 98,5-99% Bi), висмутин - Bi2S3, бисмит - Bi2O3 и другие.

Около 90% всего добываемого висмута извлекается попутно при металлургической переработке свинцово-цинковых, медных, оловянных руд и концентратов. Висмут получают сплавлением сульфида с железом: Bi2S3 + 3Fe = 2Bi + 3FeS,

или последовательным проведением процессов:

2Bi2S3 + 9O2 = 2Bi2O3 + 6SO2; Bi2O3 + 3C = 2Bi + 3CO.

В отличие от сурьмы, в висмуте металлические свойства явно преобладают над неметаллическими. Ему свойствен сильный металлический блеск и белый розоватого оттенка цвет. Висмут одновременно хрупок и довольно мягок, тяжел (плотность 9,8 г/см3), легкоплавок (температура плавления 271°C). При плавлении висмут уменьшается в объеме (как лед), т.е. твердый висмут легче жидкого. Среди прочих металлов висмут выделяют малая теплопроводность (хуже него тепло проводит только ртуть) и самые сильные диамагнетические свойства.

Природный висмут состоит из одного стабильного изотопа 209Bi.

В сухом воздухе висмут не окисляется, во влажной атмосфере постепенно покрывается пленкой оксидов. При нагревании выше 1000°С сгорает с образованием основного оксида Bi2O3. При сплавлении висмута с серой образуется Bi2S3.

Взаимодействует с галогенами (наиболее изучены тригалогениды): 2Bi + 3Hal2 = 2BiHal3

Не реагирует с Н2, С, N2, Si..

При взаимодействии висмута с металлами образуются висмутиды, например, висмутид натрия Na3Bi, висмутид магния Mg3Bi и др. При действии кислот на такие сплавы висмута образуется висмутин BiH3.

Со щелочами и разбавленными кислотами висмут не реагирует, с концентрированными образует соли:

Bi + HNO3(конц.) => Bi(NO3)3 + …

Основное применение висмута - его использование в качестве компонента легкоплавких сплавов. Висмут входит, например, в известный сплав Вуда, температура плавления которого ниже температуры кипения воды, во многие другие сплавы, используемые, например, при изготовлении легкоплавких предохранителей. Сплавы висмута и марганца (Mn) характеризуются ферромагнитными свойствами и поэтому идут на изготовление мощных постоянных магнитов.

Небольшие добавки висмута (0,003%-0,01%), в стали и в сплавы на основе алюминия улучшает пластические свойства металла, резко упрощает его обработку.

Некоторое значение висмут имеет в ядерной технологии при получении полония - важного элемента радиоизотопной промышленности. Соединения висмута, особенно Bi2O3, применяют в стекловарении и керамике, в фармацевтической промышленности, в качестве катализаторов и др.

Висмут относится к токсичным ультрамикроэлементам.

О физиологической роли висмута известно немного. Возможно он индуцирует синтез низкомолекулярных белков, принимает участие в процессах оссификации, образует внутриклеточные включения в эпителии почечных канальцев. Возможно, этот элемент обладает генотоксичными и мутагенными свойствами.

Не смотря на то, что висмут относится к категории тяжелых металлов, он является умеренно токсичным элементом. Растворимые соли висмута ядовиты и по характеру своего воздействия (хоть и в меньшей степени) аналогичны солям ртути.

Соли висмута используют с 1700-ых гг. для лечения таких болезней, как диарея, а также для облегчения симптомов холеры.

Во время разлива нефти в Мексиканском заливе, морских птиц заставляли глотать это вещество, чтобы вывести нефть, которая попала в их организм.

Хотя это вещество было известно с древних времен, слово «висмут» появилось впервые в конце XVII века. Алхимики применяли его в своих опытах в средние века. Шахтеры, добывавшие руду, называли его tectum argenti. Это переводится, как «производство серебра». Шахтеры полагали, что висмут был наполовину серебром.

И красота его кристаллов, несомненно, указывает на то, почему они так считали.

Название висмута считается латинизированной версией старогерманского слова «виссмут», и лишь в 1546 году немецкий ученый Георгий Агрикола (отец минералогии) заявил, что висмут – это отдельный металл.

Висмут применялся не только в Европе: хотя его андское название было утеряно, инки использовали висмут для изготовления холодного оружия. Из-за этого мечи инков были очень красивыми, и их сияние было результатом радужного окисления – химической реакции с кислородом. Разница в цветах – это результат разной толщины слоя окиси поверх кристалла. Когда на кристаллы висмута попадает прямой свет, эти колебания в толщине приводят к разным длинам волн для прерывания отражения. Поэтому мы и получаем красивый эффект радуги.

В периодической таблице висмут имеет несколько соседей (его номер – 81), и если принять их вовнутрь, можно причинить серьезный урон здоровью. В этот список входят свинец, сурьма и полоний. И хотя висмут имеет высокую атомную массу, он всегда считался стабильным (долгие годы он даже считался самым стабильным элементом в плане массы).

Тем не менее, недавно обнаружилось, что этот элемент слегка радиоактивный. Но не волнуйтесь, висмут не может убить. На самом деле сплавы висмута уже давно заменяют свинец (в таких предметах, как вентили для питьевых водопроводных систем).

В слитке чернового свинца содержится до 10% висмута, и для его добычи нужно пройти несколько стадий. Однако после двух главных процессов, в этой смеси остается еще много других металлов.

Чтобы получить чистый висмут, нужно расплавить переработанную смесь, а затем добавить хлор-газ. Остальные металлы добывают в их хлоридной форме, после чего остается чистый висмут. Висмут имеет некоторые удивительные характеристики. Как вы знаете, вода – одно из немногих веществ, которое является более плотным в жидкой форме, чем в твердой. В этом висмут похож на воду – в твердой форме он увеличивается на 3%.

Он также более диамагнитный, чем любой другой металл на планете. Диамагнетизм присутствует во всех материалах – это свойство, создающее магнитное поле. С другой стороны, висмут имеет самый низкий показатель теплопроводности, чем у любого другого металла. Считается, что висмут обладает низким воздействием на окружающую среду. Это потому, что его составляющие не очень растворимы, поэтому в воде он не может навредить людям. Однако в плане влияния висмута на окружающую среду были проведены лишь ограниченные исследования.

Вообще, висмут — это легкоплавкий металл, который расширяется при затвердевании, поэтому слитки не имеют усадочной раковины, а наоборот, имеют выпуклую поверхность. Применяется висмут, в основном, для изготовления легкоплавких сплавов и припоев.

Чистый, неокисленный висмут имеет серебристо-белый цвет с небольшим красноватым оттенком. Радужная окраска этого кристалла обусловлена наличием тонкой оксидной пленки на его поверности. При желании, окраску легко удалить. Достаточно просто промыть кристалл разбавленной соляной кислотой, и его поверхность станет серебристой.

Если расплавленный металл залить в форму и дать ему затвердеть, то получится слиток. Но кристаллы висмута получаются немного по-другому.

Получить такие фантастические кристаллы висмута (только висмута! с другим металлом такое не получится!) можно так. Нужен очень чистый висмут. Чем он чище, тем красивее получатся кристаллы. Расплавленный на горелке металл выливается в подогретую ёмкость. Через некоторое время, когда он примерно на треть затвердеет, жидкий металл сливают, а на дне остаются такие кристаллы. Такую красивую окраску кристаллы висмута приобретают в результате окисления поверхностного слоя металла, причем чем выше чистота исходного металла, тем более красиво окрашивается кристалл.

Из этой статьи вы узнаете о том, где применяется этот металл и какие интересные особенности ему присущи. В частности, является ли он радиоактивным, как его применяли орнитологи и какие болезни лечат с помощью висмутосодержащих препаратов.

До недавнего времени единственный природный изотоп висмута считался стабильным, но в 2003-м году была доказана его радиоактивность. Правда, период его полураспада в несколько десятков раз больше, чем возраст нашей Вселенной. Так что в плане радиоактивности природный висмут для человека совершенно безопасен.

Из-за нерастворимости соединений висмут считается экологически безопасным веществом. Более того, во время аварии нефтедобывающей платформы в Мексиканском заливе орнитологи кормили морских птиц препаратами висмута для вывода нефти, попавшей в их организм.

Сферы применения висмута

Основным потребителем висмута выступает металлургия. Сталь и алюминий , содержащие всего несколько сотых долей процента Bi, гораздо легче обрабатывать на станках. Сплавы висмута с кадмием, свинцом, цинком и другими металлами позволяют получить вещества с температурой плавления ниже 100 °С. Такие сплавы выплавляют для изготовления:

— плавких предохранителей, плавких клапанов;
— бессвинцовых и легкоплавких припоев;
— баббитов для подшипников;
— деталей на замену вредных для окружающей среды свинцовых, например, грузил для удочек, вентилей водопроводных систем, дроби для охотничьих патронов;
— колпаков для бронебойных снарядов;
— смазок и уплотнительных прокладок для работы в вакууме;
— термометрических жидкостей для термометров ;
— теплоносителей для атомных реакторов;
— материала для фиксирования переломов в травматологии, для протезирования в стоматологии;
— материалов для моделирования в литейном производстве.

Особо чистый висмут идет на изготовление приборов для измерения магнитных полей, так как его сопротивление почти линейно изменяется в зависимости от величины магнитного поля.

Нельзя не упомянуть, что из красивых кристаллов чистого висмута делают изысканные ювелирные украшения.

Сплавы висмута с марганцем, хромом, индием или европием используются для производства высококачественных мощных и долговечных постоянных магнитов. Соединения висмута идут на получения магнитоэлектрических, высокотемпературных сегнетоэлектрических, термоэлектрических, сверхпроводящих материалов.
— Оксид Bi с небольшими добавками других металлов применяется для изготовления электрохимических топливных элементов, способных работать при 500-700 °К.
— Соединения с галлием, иодом, германием востребованы как детекторы ионизирующего излучения в приборах для компьютерной томографии, ядерной физики, геологии.
— Сплавы и соединения широко применяются для изготовления энергоемких, стабильных и надежных аккумуляторов. Например, в батареях для космических и военных аппаратов.
— Оксид и нитрат висмута — катализаторы в технологии производства полимеров на основе акрила; висмут в виде стружки — катализатор для изготовления окислителей для ракетного топлива.
— Используется для получения полония-210; в нефтепереработке; для производства пигментов, низкотемпературных эмалей для керамики; лака для ногтей.
— В медицине соединения висмута входят в состав препаратов, применяющихся для лечения ЖКТ, онкологических заболеваний; антисептиков, ранозаживляющих средств; контрастного вещества для рентгеноскопии. Висмутосодержащие препараты — один из немногих средств, эффективных против бактерии, вызывающей язвенную болезнь желудка.

Обратите внимание, что в нашем магазине вы можете по хорошим ценам купить как

Д. И. Менделеева устанавливает законы зависимости химических свойств элементов от их места нахождения. Однако некоторые элементы могут вести себя в физических и химических процессах иначе, чем от них ожидается. Ярким примером является висмут. Рассмотрим подробнее этот металл, сделав упор на вопрос температуры плавления висмута.

Взглянув на периодическую таблицу, можно увидеть, что висмут обозначается символом Bi, имеет 83 номер и атомную массу 208,98 а.е.м. В земной коре он находится в небольших количествах (8,5*10 -7 %) и является таким же редким, как серебро.

Если говорить о химических свойствах элемента, то следует отметить его инертность и трудность участия в реакциях. Последний факт приближает его к группе благородных металлов. Внешне висмут представляет сбой серый кристалл с розоватым оттенком. Наибольшее количество этого элемента встречается в месторождениях на территории Южной Америки и США.

Элемент, известный с древности

Прежде чем рассмотреть вопрос физических свойств висмута и температуры плавления, необходимо отметить, что открытие этого элемента не принадлежит никому. Висмут входит в число 10 металлов, которые известны человеку с древних времен, в частности по некоторым свидетельствам его соединения использовались в Древнем Египте в качестве косметических средств.

Происхождение слова "висмут" точно не известно. Существующие мнения большинства специалистов склоняются к тому, что он происходит от древнегерманских слов Bismuth или Wismut, что означает "белая масса".

Поскольку температуры плавления висмута и свинца очень близки между собой (271,4 °C и 327,5 °C соответственно), а также близки плотности этих металлов (9,78 г/см 3 и 11,32 г/см 3 соответственно), то висмут постоянно путали со свинцом, а также с оловом, плавление которого происходит при температуре 231,9 °C. Только в середине XVIII века европейские ученые-химики продемонстрировали, что висмут является самостоятельным металлом.

Любопытные физические свойства

Висмут является нетипичным металлом. Помимо его химической инертности и устойчивости к окислению кислородом, он является диамагнетиком, плохо проводит тепло и электрический ток.

Еще более любопытным является его переход из твердого состояния в жидкое. Как было отмечено, температура плавления висмута ниже таковой для свинца и составляет всего 271,4 °C. Во время же плавления объем металла уменьшается, то есть твердые куски металла не тонут в его расплаве, а плавают на поверхности. В этом свойстве он похож на такие полупроводники, как галлий и кремний, а также на воду.

Не менее удивительным является устойчивость висмута к радиоактивному распаду. Доказано, что любой элемент таблицы Д. И. Менделеева, который стоит правее ниобия (то есть имеет порядковый номер больше, чем 41), потенциально является нестабильным. Висмут располагается под номером 83 и является самым стабильным тяжелым элементом, период его полураспада оценивается в 2*10 19 лет. Благодаря большой плотности и высокой стабильности он мог бы заменить свинцовую защиту в атомной энергетике, однако редкость висмута в природе не позволяет этого сделать.

Использование элемента в человеческой деятельности

Поскольку висмут стабилен, химически инертен и нетоксичен, то он используется для производства некоторых медицинских препаратов и косметики.

Подобие физических свойств элемента характеристикам свинца и олова позволяет его использовать в качестве их заменителя, поскольку последние два металла являются токсичными. Так, Дания, Нидерланды, США и многие другие страны ввели запрет на использование свинца в качестве наполнителя в охотничьей дроби, поскольку птицы, путая его с маленькими камушками, проглатывают свинец и испытывают последующее отравление. Также развиваются технологии производства висмутовых грузил для рыбалки в место свинцовых.

Поскольку температуры плавления олова и висмута близки (разница составляет всего 40 °C), то часто висмутовые сплавы с низкой температурой плавления используют в качестве замены токсичных свинцово-оловянных припоев, особенно при производстве пищевой тары.

Задачка с новой температурной шкалой

В курсе физики можно встретить задачу на определение температуры плавления висмута по шкале Гения. Скажем сразу, что это просто задача, и никакой шкалы Гения не существует. В физике в настоящее время приняты всего три температурные шкалы: Цельсия, Фаренгейта и Кельвина (в

Итак, условия задачи таковы: "Новая шкала температур, которая выражается в градусах Гения (°G), связана с шкалой Цельсия так: 0 °G = 127 °C и 80 °G = 255 °С, нужно определить температуру плавления висмута в градусах новой шкалы".

Сложность задачи заключается в том, что интервал в 1 °G не соответствует интервалу 1 °C. А какому значению он соответствует в Цельсиях? Используя условие задачи, получаем: (255-127)/80 = 1,6 °C. Это означает, что увеличение температуры на 1°G будет эквивалентно ее увеличению на 1,6 °C. Для решения задачи вспомним, что висмут плавится при температуре 271,4 °C, что больше температуры 255 °C на 16,4 °C или на 10,25 °G (16,4/1,6). Поскольку температура 255 °C соответствует 80 °G, получаем, что по шкале Гения висмут будет плавиться при температуре 90,25 °G (80+10,25).

Что такое висмут? Удивительный металл необычной формы и внешности, который еще в Средневековье использовался алхимиками во многих опытах. Его называли tectum argenti, что переводится, как «производство серебра», ведь люди действительно считали, что этот металл наполовину состоит из него. Его применяли во многих сферах и даже добавляли в сплавы, из которых делали холодное оружие - так мечи приобретали особый блеск и красоту. Что же представляет собой этот элемент, и какими особенностями он обладает?

Нахождение в природе

Рассказывая о том, что такое висмут, следует отметить, что в земной коре этот элемент содержится в количестве 2х10−5 % по массе, а в морской воде 2х10−5 мг/л.

Также он находится в рудах. В этих полезных ископаемых висмут содержится, как в форме собственных минералов, так и в виде примесей в сульфатных солях и сульфидах других металлов.

Порядка 90 % висмута добывается посредством извлечения его из проходящих обработку медных, оловянных и свинцово-цинковых руд, а также из концентратов. В них обнаруживаются сотые, а порой и десятые доли процента этого вещества.

Крайне редко в природе встречаются висмутовые руды. В них наблюдается высокая концентрация вещества - от 1 % и выше. Состав таких руд включает в себя самородный висмут (образуется в гидротермальных жилах), висмутин (простой сульфид), тетрадимит, козалит, бисмит, бисмутит, виттихенит, айкинит и галеновисмутит.

Месторождения

Висмут - металл, который в высоких концентрациях скапливается, как правило, в горных породах (пегматиты), в средне- и высокотемпературных гидротермальных и в контактово-метасоматических месторождениях.

Как уже говорилось выше, он обычно образует комплексные руды с другими элементами. Они также отличаются, в основном по типу оруденения. В Боливийской провинции, например, распространены сульфидно-касситеритовые месторождения, из которых извлекают этот металл. В Забайкалье - кварц-вольфрамитовые.

В России и за рубежом особенно распространены гидротермальные месторождения. В Средней Азии и Италии - медно-висмутовые. В Германии, США и Канаде - пятиэлементные. В таких месторождениях самородный висмут ассоциируется с арсенидами серебра, кобальта и никеля, а еще с ураном.

Но самое масштабное месторождение данного металла находится в Перу, в городе Серро-де-Паско. Висмут там добывают в больших количествах, извлекая его в процессе переработки свинцовых концентратов.

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: Bi 2 S 3 + 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.

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 CaMg 2 Bi 2 , накапливается в верхних слоях.

Как в дальнейшем металл очищается от магния или кальция? Посредством его переплавки под щелочным слоем с добавлением окислителя NaNO 3 . 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.

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.

Физические свойства

Висмут - химический элемент, являющийся поистине уникальным. Лишь у немногих веществ при их плавлении наблюдается повышение плотности, и он к ним относится. Когда висмут переходит в жидкое состояние из твердого, данный показатель изменяется с 9,8 г/см 3 до 10,07 г/см 3 .

С ростом температуры увеличивается и удельное электрическое сопротивление этого вещества. При обычных условиях (+17.5 °C), данный показатель составляет 1,2 мкОм·м. При плавлении сопротивление уменьшается. При температуре в 269 °C, когда висмут еще находится в твердом состоянии, оно равно 2,67 мкОм·м. А когда она повышается до 272 °C, то показатель сразу падает до 1,27 мкОм·м.

Если сравнивать висмут с другими металлами, то по свойствам к нему ближе всего будет ртуть. У них обоих низкая теплопроводность, составляющая 7,87 Вт/(м·К) при 300 К.

Магнитные свойства

Конечно же, рассказывая про свойства висмута, нельзя не отметить, что это самый диамагнитный металл из всех существующих. Его магнитная восприимчивость равна 1,34·10 −9 при 293 K. И данное качество, при наличии висмута, можно заметить невооруженным взглядом. Если подвесить образец металла на нитку и поднести к нему магнит, то он заметно от него отклонится.

Важнейшие соединения

Их тоже стоит отметить вниманием. Соединений у висмута масса. Но наиболее характерными для него являются те, которые обладают степенью окисления +3 и +5. Вот несколько примеров:

• Оксид висмута (II) BiO. Выглядит как кристаллы серо-черного цвета. Вещество окисляется при температуре в 180 °С, в условиях повышенной влажности. Вступает в реакцию с хлороводородной кислотой, поддается восстановлению монооксидом углерода и водородом.
• Оксид висмута (III) Bi 2 O 3 . Представляет собой кристаллы желтого цвета тетрагональной или моноклинной формы. До 1750 °С находятся в твердом состоянии. Плохо растворяются в гидроксидах, аммиаке, ацетоне и в воде, но хорошо в кислотах. Оксид получают, как правило, посредством нагревания висмута в кислороде.
• Гидроксид висмута (III) Bi(OH) 3 . Выглядит, как аморфный порошок белого цвета. Плохо растворяется в воде и щелочах высокой концентрации, но хорошо в хлориде аммония и глицерине.
• Сульфид висмута (III) Bi 2 S 3 . Кристаллы ромбоэдрической формы серо-черного цвета. Имеют ярко выраженные термоэлектрические свойства. Полностью гидролизуются в воде, но не поддаются растворению в минеральных кислотах, сульфидах и прочих жидкостях. Поддается восстановлению кремнием, углеродом и водородом.
• Оксид висмута (V) Bi 2 O 5 . Порошок темно-коричневого цвета. При нагревании разлагается, в щелочах и кислотах растворяется. Добывается окислением висмута в щелочных растворах высокой концентрации.

Нитрат висмута

Это - неорганическое соединение с формулой Bi(NO 3) 3 . Оно представляет собой смесь азотной кислоты и соли металла висмута. Выглядят, как бесцветные кристаллы, похожие на соль или сахар. Их можно растворить в воде, вследствие чего нитрат висмута образует кристаллогидрат. Но в подкисленных растворах данное соединение устойчиво.

Интересно, что кристаллогидрат этого вещества способен плавиться при температуре в 75 °С, причем в собственной же кристаллизационной воде.

У него масса химических свойств. Растворенный в воде основной нитрат висмута при кипячении полностью гидролизуется. Происходит сольволиз. Вещество взаимодействует с жидкостью и разлагается с образованием новых соединений. То же самое произойдет, если кристаллогидрат хранить на воздухе.

Стоит отметить, что нитрат может вступать в реакции с холодной концентрированной соляной кислотой, щелочами, фторидами и окислителями (вследствие этого образуются висмутаты).

Применение нитрата

Используют его в нескольких сферах. В фармакологии основной нитрат висмута широко распространен, как эффективный антисептический препарат. Его используют при кожных заболеваниях, а также при недугах желудочно-кишечного тракта.

Еще нитрат вводят в состав кремов от веснушек, отбеливающих средств для лица, светлые краски для волос и осветлители.

Кроме перечисленного, пигмент добавляют в испанские и жемчужные белила.

Где используют металл?

Применение висмута в наши дни очень распространено. Данный элемент используют в самых разных сферах.

Висмут ценится за свою легкоплавкость. Его используют при производстве автоматических огнетушителей - делают для них предохранители.

Еще из него изготавливают модели для отливки сложных деталей, поскольку висмут имеет повышенные литейные свойства, и может заполнить мельчайшие детали формы. Им заливают металлографические шлифы, используют в протезировании. Вот еще несколько способов его применения:

• Висмут добавляют к олову, чтобы оно не рассыпалось в порошок при низких температурах. Атомы этого металла будто бы «цементируют» его решетку.
• Из марганцево-висмутового сплава изготавливают постоянные магниты.
• Висмут добавляют в количестве 0.01 % к другим сплавам, что улучшает их пластические свойства.
• Трехокись этого металла используется в производстве полимеров как катализатор.
• С применением висмут-цезий-теллура изготавливают качественный материал, используемый в создании полупроводниковых холодильников.
• В ядерной физике, геологии и томографии применяется германат висмута - сцинтилляционный материал.
• Для получения полония-210 также необходимо добавление этого вещества.

Перечень можно продолжить. Металл используют как химический материал для обработки прочных сплавов, применяют его в ядерной энергетике и в изготовлении топливных элементов, в производстве тетрафторгидразина. Сферы многогранны. Это лишний раз подтверждает уникальность обсуждаемого вещества.

Сфера медицины

Выше уже было сказано, что в некоторые лечебные препараты висмут, а точнее, его нитрат, активно добавляется. Но на этом его применение в медицине не заканчивается.

Соли висмута - одно из немногих активных веществ, которое может уничтожить бактерии Helicobacter Pylori, провоцирующие язвенную болезнь. Это было установлено недавно. Но уже сейчас добавляется во многие препараты висмут. А точнее, его субнитрат, трикалия дицитрат и ранитидина висмута цитрат.

Также доказано, что применение медикаментов с содержанием данного вещества снижает токсический эффект от химиотерапии. А на основе висмутовых соединений (трибромфенолят, субцитрат, карбонат, тартрат и т. д.) разработана масса медицинских препаратов.

Кстати, оксохлорид висмута активно применяется как рентгеноконтрастное средство и как наполнитель при изготовлении кровеносных сосудов.