Висмут

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
83 СвинецВисмутПолоний
Sb

Bi

Uup
Водород Гелий Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Аргон Калий Кальций Скандий Титан Ванадий Хром Марганец Железо Кобальт Никель Медь Цинк Галлий Германий Мышьяк Селен Бром Криптон Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебро Кадмий Индий Олово Сурьма Теллур Иод Ксенон Цезий Барий Лантан Церий Празеодим Неодим Прометий Самарий Европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Ртуть Таллий Свинец Висмут Полоний Астат Радон Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран Нептуний Плутоний Америций Кюрий Берклий Калифорний Эйнштейний Фермий Менделевий Нобелий Лоуренсий Резерфордий Дубний Сиборгий Борий Хассий Мейтнерий Дармштадтий Рентгений Коперниций Унунтрий Флеровий Унунпентий Ливерморий Унунсептий УнуноктийПериодическая система элементов
83Bi
Rhombohedral.svg
Electron shell 083 Bismuth.svg
Внешний вид простого вещества
Слиток металлического висмута
Блестящий серебристый с розоватым оттенком металл
Свойства атома
Название, символ, номер

Ви́смут (устар. Би́смут) / Bismuthum (Bi), 83

Атомная масса
(молярная масса)

208,98040(1)[1] а. е. м. (г/моль)

Электронная конфигурация

[Xe] 4f14 5d10 6s2 6p3

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

1564 K

Уд. теплота плавления

11,30 кДж/моль

Уд. теплота испарения

172,0 кДж/моль

Молярная теплоёмкость

26,0[2] Дж/(K·моль)

Молярный объём

21,3 см³/моль

Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки

ромбоэдрическая[3]

Параметры решётки

a=4,746; α=57,23 Å

Отношение c/a

-

Температура Дебая

120,00 K

Прочие характеристики
Теплопроводность

(300 K) 7,9 Вт/(м·К)

83
Висмут
Bi
208,980
4f145d106s26p3

Ви́смут — химический элемент 15-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы пятой группы) шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева; имеет атомный номер 83. Обозначается символом Bi (лат. Bismuthum). Простое вещество представляет собой при нормальных условиях блестящий серебристый с розоватым оттенком металл.

История и происхождение названия[править | править вики-текст]

Предположительно латинское Bismuthum или bisemutum происходит от немецкого weisse Masse, «белая масса»[4].

В Средневековье висмут часто использовался алхимиками во время опытов. Добывающие руду шахтёры называли его tectum argenti, что означает «производство серебра», при этом они считали, что висмут был наполовину серебром.

Висмут использовали не только в Европе. Инки применяли висмут в процессе изготовления холодного оружия, из-за него мечи отличались особой красотой, а их блеск был вызван радужным окислением, которое являлось следствием образования на поверхности металла тонкой плёнки оксида висмута.

Однако висмут не был отнесен к самостоятельному элементу и полагали, что он является разновидностью свинца, сурьмы или олова. Впервые о висмуте упоминается в 1546 году в трудах немецкого минералога и металлурга Георгиуса Агриколы. В 1739 г. немецким химиком Поттом И. Г. было установлено, что висмут является всё-таки отдельным химическим элементом. Через 80 лет шведский химик Берцелиус впервые ввел символ элемента Bi в химическую номенклатуру[5].

Нахождение в природе[править | править вики-текст]

Содержание висмута в земной коре 2·10−5 % по массе, в морской воде — 2·10−5 мг/л[2].

В рудах находится как в форме собственных минералов, так и в виде примеси в некоторых сульфидах и сульфосолях других металлов. В мировой практике около 90 % всего добываемого висмута извлекается попутно при металлургической переработке свинцово-цинковых, медных, оловянных руд и концентратов, содержащих сотые и иногда десятые доли процента висмута.

Висмутовые руды, содержащие 1 % и выше висмута, встречаются редко. Минералами висмута, входящими в состав таких руд, а также руд других металлов, являются висмут самородный (содержит 98,5—99 % Bi), висмутин Bi2S3 (81,30 % Bi), тетрадимит Bi2Te2S (56,3—59,3 % Bi), козалит Pb2Bi2S5 (42 % Bi), бисмит Bi2O3 (89,7 % Bi), бисмутит Bi2CO3(OH)4 (88,5—91,5 % Bi), виттихенит Cu3BiS3, галеновисмутит PbBi2S4, айкинит CuPbBiS3.

Генетические группы и промышленные типы месторождений[править | править вики-текст]

Висмут в повышенных концентрациях накапливается в месторождениях различных генетических типов: в пегматитах, в контактово-метасоматических, а также в высоко- и среднетемпературных гидротермальных месторождениях. Собственно висмутовые месторождения имеют ограниченное распространение и обычно этот металл образует комплексные руды с другими металлами в ряде рудных формаций гидротермальных месторождений[6]. Среди них выделяются следующие:

  1. Вольфрам-медно-висмутовые
  2. Месторождения пятиэлементной формации (Co-Ni-Bi-Ag-U)
  3. Золото-висмутовые
  4. Мышьяк-висмутовые
  5. Медно-висмутовые
  6. Кварц-висмутовые

Мировая добыча и потребление висмута[править | править вики-текст]

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

Месторождения[править | править вики-текст]

Известны месторождения висмута в Германии, Монголии, Боливии, Австралии, Перу, России, а также в других странах[7].

Получение[править | править вики-текст]

Синтезированный кристалл висмута. Радужную окраску придаёт оксидная плёнка.

Получение висмута основано на переработке полиметаллических медных и свинцовых концентратов и висмутовых руд методами пирометаллургии и гидрометаллургии. Для получения висмута из сульфидных соединений висмута, получаемых при попутной переработке медных концентратов, используют осадительную плавку с железным скрапом и флюсом.

Процесс идет по реакции:

Bi2S3 + 3Fe = 2Bi + 3FeS

В случае использования окисленных руд, висмут восстанавливают углеродом под слоем легкоплавкого флюса при температурах 900—1000 °C:

Bi2O3 + 3C = 2Bi + 3CO↑

Сульфидные руды могут быть переведены в оксидные по реакции:

2Bi2S3 + 9O2 = 2Bi2O3 + 6SO2

В замен углероду может быть использован сульфит натрия, который восстанавливает оксид висмута при температуре 800 °C по реакции:

Bi2O3 + 4Na2SO3 = 2Bi + 4Na2O + SO2 + 3SO3

Сульфид висмута может быть восстановлен до висмута с помощью соды при температуре около 950 °C или с помощью гидроксида натрия при температуре 500—600 °C. Реакции этих процессов имеют следующий вид:

4Bi2S3 + 12Na2CO3 = 8Bi + 9Na2S + 3Na2SO4 + 12CO2
4Bi2S3 + 24NaOH = 8Bi + 9Na2S + 3Na2SO4 + 12H2O

Получение висмута из чернового свинца, который образуется при переработке свинцовых концентратов, состоит в выделении висмута с помощью магния или кальция. При этом висмут скапливается в верхних слоях в виде соединения CaMg2Bi2. Дальнейшая очистка от Ca и Mg происходит при переплаве под слоем щелочи с добавкой окислителя (NaNO3). Полученный продукт подвергают электролизу с получением шлама, который переплавляют в черновой висмут[2].

Гидрометаллургический способ получения висмута характеризуется более высокими экономическими показателями и чистотой полученного продукта при переработке бедных полиметаллических концентратов. В основе способа лежит процесс растворения висмутосодержащих руд, полупродуктов, сплавов азотной и соляной кислотами и последующего выщелачивания образовавшихся растворов. Выщелачивание проводят с помощью серной кислоты или электрохимическим выщелачиванием растворами хлорида натрия. Дальнейшее извлечение и очистка висмута проводится методами экстракции[8].

Получение висмута высокой чистоты основано на методах гидрометаллургического рафинирования, зонной плавки и двухстадийной перегонки.

Физические свойства[править | править вики-текст]

Висмут — металл серебристо-белого цвета с розоватым оттенком. Известно большое количество аллотропных модификаций висмута, которые имеют место при высоком давлении. Существует восемь кристаллографических модификаций висмута. При давлении 2,57 ГПа и температуре 25 °C кристаллическая решётка висмута претерпевает полиморфное превращение из ромбоэдрической в моноклинную с параметрами решётки a = 0,6674 нм, b = 0,6117 нм, c = 0,3304 нм, β = 110,33°, пространственная группа C2m. При давлениях 2,72 ГПа, 4,31 ГПа и около 5 ГПа также происходят полиморфные превращения кристаллической решётки висмута. При давлении 7,74 ГПа висмут имеет кубическую решётку, пространственная группа Im3m с параметром решётки a = 0,3800 нм. В интервале давлений 2,3-5,2 ГПа и температур 500—580 °C висмут имеет тетрагональную решетку с параметрами a = 0,657 нм, c = 0,568 нм. При давлении 30 ГПа также обнаружено полиморфное превращение[2].

Переход висмута из твёрдого в жидкое состояние сопровождается увеличением плотности с 9,8 г/см3 до 10,07 г/см3, которая постепенно уменьшается с повышением температуры и при 900 °C составляет 9,2 г/см3. Обратный переход висмута из жидкого в твёрдое состояние сопровождается увеличением объёма на 3,3 %. Повышение плотности при плавлении наблюдается лишь у немногих веществ; другим хорошо известным примером вещества с таким свойством является вода.

Удельное электрическое сопротивление висмута равно 1,2 мкОм·м при 17,5 °C и повышается с ростом температуры. Интересной особенностью является то, что удельное сопротивление при плавлении уменьшается: у твёрдого висмута (при 269 °C) оно составляет 2,67 мкОм·м, а в жидком состоянии (при 272 °C) лишь 1,27 мкОм·м.

Температурный коэффициент линейного расширения равен 13,4·10−6 К−1 при 293 К (20 °C).

По сравнению с другими металлами висмут, как и ртуть, обладает низкой теплопроводностью, равной 7,87 Вт/(м·К) при 300 К.

Висмут является диамагнетиком с магнитной восприимчивостью −1,34·10−9 при 293 K, что делает его самым диамагнитным металлом. Образец висмута, подвешенный на нитке, достаточно заметно отклоняется в сторону от поднесенного сильного магнита.

Переходит в сверхпроводящее состояние при температуре 7 К.

При комнатной температуре висмут хрупкий металл и в изломе имеет грубозернистое строение, но при температуре 150—250 °C проявляет пластические свойства. Монокристаллы висмута пластичны и при комнатной температуре, и при медленном приложении усилия легко изгибаются. При этом можно ощутить «ступенчатость» процесса и даже услышать легкий хруст — это связано с двойникованием, за счёт которого упругое напряжение скачком снимается.

Модуль упругости: 32-34 ГПа.

Модуль сдвига: 12,4 ГПа[5].

Химические свойства[править | править вики-текст]

В соединениях висмут проявляет степени окисления −3, +1, +2, +3, +4, +5. При комнатной температуре в среде сухого воздуха не окисляется, но в среде влажного воздуха покрывается тонкой плёнкой оксида. Нагрев до температуры плавления приводит к окислению висмута, которое заметно интенсифицируется при 500 °C. При достижении температуры выше 1000 °C сгорает с образованием оксида Bi2O3[5]

\mathsf{4Bi + 3O_2 \ \xrightarrow\ 2Bi_2O_3 }

Взаимодействие озона с висмутом приводит к образованию оксида Bi2O5.

Незначительно растворяет фосфор. Водород в твердом и жидком висмуте практически не растворяется, что свидетельствует о малой активности водорода по отношению к висмуту. Известны гидриды Bi2H2 и BiH3, которые при нагреве являются неустойчивыми и ядовитыми газами. Висмут не взаимодействует с углеродом, азотом и кремнием[9].

Взаимодействие висмута с серой или с сернистым газом сопровождается образованием сульфидов BiS, Bi2S3.

\mathsf{Bi + S \ \xrightarrow{510^oC}\ BiS }
\mathsf{2Bi + 3S \ \xrightarrow{300-400^oC}\ Bi_2S_3 }

Висмут проявляет стойкость по отношению к концентрированной соляной и разбавленной серной кислотам, но растворяется азотной кислотой и царской водкой.

\mathsf{Bi + 4HNO_3 \ \xrightarrow{}\ Bi(NO_3)_3 + NO\uparrow + 2H_2O }
\mathsf{Bi + 3HCl + HNO_3 \ \xrightarrow{}\ BiCl_3 + NO\uparrow + 2H_2O }

Висмут реагирует с тетраоксидом диазота с образованием нитрата висмута:

\mathsf{Bi + 3N_2O_4 \ \xrightarrow{70-110^oC}\ Bi(NO_3)_3 + 3NO\uparrow }

При нагревании с разбавленной серной кислотой растворяется с образованием BiH(SO4)2, тогда как с концентрированной серной кислотой растворяется с образованием сульфата висмута[источник не указан 318 дней]:

\mathsf{2Bi + 6H_2SO_4 \ \xrightarrow{}\ Bi_2(SO_4)_3 + 3SO_2\uparrow + 6H_2O }

Взаимодействие висмута с фтором, хлором, бромом и йодом сопровождается образованием различных галогенидов:

\mathsf{2Bi + 5F_2 \ \xrightarrow{600-700^oC}\ 2BiF_5 }
\mathsf{2Bi + 3Cl_2 \ \xrightarrow{200^oC}\ 2BiCl_3}

С металлами способен образовывать интерметаллиды — висмутиды[2][10].

Стоимость[править | править вики-текст]

Цены на висмут на мировом рынке неустойчивы, что определяется как колебанием спроса и предложения, так и падением или ростом производства свинца, которое приводит соответственно к росту или снижению производства висмута, являющегося ценным сопутствующим материалом в свинецсодержащих концентратах. Начиная с 1970-х годов, самая низкая цена висмута составляла 3,5 долл./кг и отмечалась в 1980 г., а самая высокая — 15 долл./кг — в 1989 г. В конце 1995 г. цена на висмут чистотой 99,99 % составляла 8,8 долл./кг[11].

Цены за килограмм продукта со склада в США за период с января по сентябрь поднялись на 8,8 доллара США (с 19,80 до 28,60 долларов за килограмм (франко-борт)).

Цены на слитки висмута со склада в Роттердаме с января по сентябрь 2011 года возросла на 4,2 доллара (с 22,20 до 26,40 долларов за килограмм (СИФ)).

Применение[править | править вики-текст]

Металлургия[править | править вики-текст]

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.

Катализаторы[править | править вики-текст]

В производстве полимеров трёхокись висмута служит катализатором, и её применяют, в частности, при получении акриловых полимеров. При крекинге нефти некоторое применение находит оксид-хлорид висмута.

Термоэлектрические материалы[править | править вики-текст]

Монокристалл теллурида висмута

Висмут применяется в полупроводниковых материалах, используемых, в частности, в термоэлектрических приборах. К таким материалам относятся теллурид (термо-э.д.с. теллурида висмута 280 мкВ/К) и селенид висмута. Получен высокоэффективный материал на основе висмут-цезий-теллур для производства полупроводниковых холодильников суперпроцессоров.

Детекторы ядерных излучений[править | править вики-текст]

Некоторое значение для производства детекторов ядерного излучения имеет монокристаллический иодид висмута. Германат висмута (Bi4Ge3O12, краткое обозначение BGO) — распространённый сцинтилляционный материал, применяется в ядерной физике, физике высоких энергий, компьютерной томографии, геологии. Этот материал выгодно отличается от распространенных сцинтилляторов тем, что он радиационно стоек, имеет отличную временную стабильность и абсолютно негигроскопичен. Перспективным сцинтиллятором, обладающим высоким временным разрешением, является также галлат висмута Bi2Ga4O9. Его использование пока ограничено из-за сложности выращивания крупных монокристаллов.

Легкоплавкие сплавы[править | править вики-текст]

Синтетический кристалл висмута и слиток объёмом 1 см3.

Сплавы висмута с другими легкоплавкими веществами (кадмием, оловом, свинцом, индием, таллием, ртутью, цинком и галлием) обладают очень низкой температурой плавления (некоторые — ниже температуры кипения воды, а наиболее легкоплавкий состав с висмутом имеет температуру плавления около +41 °C[12]). Наиболее известны сплав Вуда и (не содержащий ядовитый кадмий) сплав Розе. Легкоплавкие сплавы используются как:

  • теплоносители;
  • припои;
  • детали устройств противопожарной сигнализации и автоматического пожаротушения;
  • специальные смазки, работающие в вакууме и в условиях высоких температур, когда органические смазки неприменимы;
  • детали клапанов, расплавление которых открывают сечение для протекания жидкостей и газов, например ракетных топлив;
  • предохранители в мощных электрических цепях;
  • уплотнительные прокладки в сверхвысоковакуумных установках;
  • фиксирующие материалы для сломанных костей конечностей в медицине;
  • термометрические жидкости в жидкостных термометрах;
  • материалы для изготовления выплавляемых моделей в литейном деле и т. д.

Измерение магнитных полей[править | править вики-текст]

Из металлического висмута особой чистоты изготавливают обмотки для измерения магнитных полей, так как электросопротивление висмута существенно и практически линейно зависит от магнитного поля, что позволяет измерять напряжённость внешнего магнитного поля, измеряя сопротивление обмотки, изготовленной из него.

Производство полония-210[править | править вики-текст]

Некоторое значение висмут имеет в ядерной технологии при получении полония-210 — важного элемента радиоизотопной промышленности.

Химические источники тока[править | править вики-текст]

Оксид висмута в смеси с графитом используется в качестве положительного электрода в висмутисто-магниевых элементах (ЭДС 1,97—2,1 В с удельной энергоёмкостью 120 Вт·ч/кг, 250—290 Вт·ч/дм³).

Висмутат свинца находит применение в качестве положительного электрода в литиевых элементах.

Висмут в сплаве с индием применяется 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 энергоёмкость, а надёжность играет первостепенную роль (например, военные и аэрокосмические применения).

Трёхфтористый висмут применяется для производства чрезвычайно энергоёмких лантан-фторидных аккумуляторов (теоретически до 3000 Вт·ч/дм³, практически достигнута — 1500—2300 Вт·ч/дм³).

Обработка прочных металлов и сплавов[править | править вики-текст]

Легкоплавкие сплавы висмута (например, сплав Вуда, сплав Розе и др.) используются для крепления заготовок деталей из урана, вольфрама и их сплавов и других материалов, трудно поддающихся обработке резанием, на металлорежущих станках (токарных, фрезерных сверлильных и др.).

Ядерная энергетика[править | править вики-текст]

Эвтектический сплав висмут-свинец используется в ядерных реакторах с жидкометаллическим теплоносителем. В частности, в советском подводном флоте такие реакторы использовались на подлодке К-27 и семи подлодках проекта 705 («Лира»).

Малое сечение захвата висмутом тепловых нейтронов и значительная способность к растворению урана вкупе со значительной температурой кипения и невысокой агрессивностью к конструкционным материалам позволяют использовать висмут в гомогенных атомных реакторах, пока не вышедших из стадии экспериментальных разработок.

Магнитные материалы[править | править вики-текст]

Интерметаллид марганец-висмут сильно ферромагнитен и производится в больших количествах промышленностью для получения пластичных магнитов. Особенностью и преимуществом такого материала является возможность быстрого и дешёвого 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, также известны магнитотвёрдые соединения висмута с индием, хромом и европием, применение которых ограничено специальными областями техники вследствие либо трудностей синтеза (висмут-хром), либо высокой ценой второго компонента (индий, европий).

Топливные элементы[править | править вики-текст]

Оксид висмута (керамические фазы ВИМЕВОКС), легированный оксидами других металлов (ванадий, медь, никель, молибден и др.), обладает очень высокой электропроводимостью при температурах 500—700 К и применяется для производства высокотемпературных топливных элементов.

Высокотемпературная сверхпроводимость[править | править вики-текст]

Керамики, 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 110 К.

Производство тетрафторгидразина[править | править вики-текст]

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

Электроника[править | править вики-текст]

Сплав состава 88 % Bi и 12 % Sb в магнитном поле обнаруживает аномальный эффект магнетосопротивления; из этого сплава изготовляют быстродействующие усилители и выключатели.

Вольфрамат, станнат-ванадат, силикат и ниобат висмута входят в состав высокотемпературных сегнетоэлектрических материалов.

Феррит висмута BiFeO3 в виде тонких пленок является перспективным магнитоэлектрическим материалом.

Висмут — один из компонентов бессвинцовых припоев, а также легкоплавких припоев, используемых для монтажа особо чувствительных СВЧ-компонентов.

Медицина[править | править вики-текст]

Из соединений висмута в медицине шире всего используют его трёхокись Bi2O3. В частности, её применяют в фармацевтической промышленности для изготовления многих лекарств от желудочно-кишечных заболеваний, а также антисептических и заживляющих средств. Кроме того, в последнее время на её основе разрабатывается ряд противоопухолевых препаратов для лечения онкологических заболеваний.

Оксид-хлорид 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, как галлат, тартрат, карбонат, субсалицилат, субцитрат и трибромфенолят висмута. На основе этих соединений разработано множество медицинских препаратов (включая такие широко используемые, как мазь Вишневского).

В качестве противоязвенных средств используются: висмута трикалия дицитрат (висмута субцитрат) (код АТХ A02BX05), висмута субнитрат (A02BX12), ранитидина висмута цитрат (A02BA07).

Пигменты[править | править вики-текст]

Ванадат висмута применяется в качестве пигмента (ярко-жёлтый цвет).

Косметика[править | править вики-текст]

Оксид-хлорид висмута применяется как блескообразователь в производстве лака для ногтей, губной помады, теней и др.

Охота и рыбалка[править | править вики-текст]

Висмут является относительно безопасным для окружающей среды. Это позволяет использовать дробь и грузила из висмута взамен традиционного и токсичного свинца[13].

Биологическая роль[править | править вики-текст]

Содержание висмута в человеческом организме составляет:

  • мышечная ткань — 0,32×10−5 %
  • костная ткань — менее 0,2×10−4 %
  • кровь — ~0,016 мг/л
  • ежедневный приём с пищей 0,005-0,02 мг.

Содержание в организме среднего человека (масса тела~70 кг) невелико, но точные данные отсутствуют. Данные о токсической и летальной дозах также отсутствуют[14]. Однако, известно, что висмут при пероральном приеме малотоксичен. Это кажется неожиданным, так как обычно тяжелые металлы весьма ядовиты, но объясняется легкостью гидролиза растворимых соединений висмута. В интервале величин pH, встречающихся в человеческом организме (за исключением, может быть, желудка) висмут практически полностью осаждается в виде нерастворимых основных солей. Тем не менее, при совместном приеме висмута с веществами, способными перевести его в раствор (глицерин, молочная кислота и т. п.) возможно тяжелое отравление. При проглатывании большого количества концентрированных растворов нитрата и других солей висмута значительную опасность представляет значительная концентрация свободной кислоты, образовавшейся вследствие гидролиза. Склонностью к гидролизу и низкой токсичностью обусловлено применение основных солей (субцитрата, основного нитрата и др.) висмута в качестве препаратов для лечения язвы желудка. Помимо нейтрализации кислоты и защиты стенок желудка коллоидным осадком, висмут проявляет активность против helicobacter pylori, которая играет существенную роль в развитии язвенной болезни желудка.

Изотопы[править | править вики-текст]

Природный висмут состоит из одного изотопа 209Bi, который ранее считался самым тяжёлым из существующих в природе стабильных изотопов. Однако в 2003 году было экспериментально подтверждено[15] теоретическое предположение, высказанное тремя десятилетиями ранее[16], что он является альфа-радиоактивным. Измеренный период полураспада 209Bi составляет 1,9±0,2·1019 лет. Таким образом, все известные изотопы висмута радиоактивны. Но поскольку период полураспада 1,9±0,2·1019 лет на много порядков больше, чем даже возраст современной Вселенной, то природный висмут, состоящий из одного изотопа 209Bi, является практически радиоактивно безвредным для человека. За год в одном грамме природного висмута в среднем около 100 ядер висмута-209 испытывают альфа-распад, превращаясь в стабильный таллий-205.

Кроме 209Bi, известны ещё более трёх десятков (пока 34) изотопов, у большинства из которых есть изомерные состояния. Среди них есть три долгоживущих:

  • 207Bi 31,55 года;
  • 208Bi 0,368·106 лет;
  • 210mBi 3,04·106 лет;

Все остальные радиоактивны и короткоживущи: периоды их полураспада не превышают нескольких суток.

Изотопы висмута с массовыми числами от 184 до 208 и от 215 до 218 получены искусственным путём, остальные — 210Bi, 211Bi, 212Bi, 213Bi и 214Bi — образуются в природе, входя в цепочки радиоактивного распада ядер урана-238, урана-235 и тория-232.

Интересные факты[править | править вики-текст]

Висмут в твёрдом состоянии имеет меньшую плотность, чем в жидком. Этим свойством обладают лишь немногие вещества: среди элементарных, помимо висмута, германий и галлий[17] и некоторые соединения, например вода.

Висмут является сильнейшим диамагнетиком, причем эффект диамагнетизма на нём можно наблюдать в простых лабораторных условиях, в отличие от других доступных, но очень слабых диамагнетиков. Подвешенный на тонкой нити образец висмута заметно на глаз отталкивается от любого полюса магнита. Имея достаточно большие блоки висмута и мощный магнит, даже в домашних условиях можно увидеть, что силы отталкивания достаточно чтобы оторвать магнит от опоры. Это явление называется диамагнитной левитацией[18].

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2013. — Т. 85. — № 5. — С. 1047-1078. — DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02
  2. 1 2 3 4 5 Химическая энциклопедия: в 5 т. / Кнунянц И. Л. (гл. ред.). — Москва: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — С. 379-380. — 623 с. — 100 000 экз.
  3. Висмут в Химической энциклопедии
  4. Chemistry of arsenic, antimony, and bismuth. — 1998. — P. 41. — ISBN 978-0-7514-0389-3.
  5. 1 2 3 Под ред. Дрица М. Е. Свойства элементов. — Металлургия, 1985. — С. 292-302. — 672 с.
  6. Вольфсон Ф. И., Дружинин А. В. Главнейшие типы рудных месторождений. — М.: Недра, 1975. — 392 с.
  7. ВИСМУТ
  8. Юхин Ю. М., Михайлов Ю. И. Химия висмутовых соединений и материалов. — СО РАН, 2001. — С. 19-21. — 360 с.
  9. Славинский М. П. Физико-химические свойства элементов. — Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии, 1952. — С. 426-432. — 764 с.
  10. Лидин Р.А. и др. Химические свойства неорганических веществ: Учеб. пособие для вузов. — 3-е изд., испр. — М.: Химия, 2000. — 480 с. — ISBN 5-7245-1163-0.
  11. Денисов В. М., Белоусова Н. В., Моисеев Г. К. и др. Висмутосодержащие материалы: строение и физико-химические свойства/ Уро РАН. — Екатеринбург, 2000. — 527 с.
  12. Сплав IndAlloy 15, состоящий из Bi (42,9 %), Cd (5,10 %), In (18,3 %), Pb (21,7 %), Hg (4,00 %), Sn (8,00 %). Matweb LLC. Matherial Property Data.
  13. http://www.nordis.fi/patruunat/vihtavuori-haulikon-patruunat/ ассортимент патронов с висмутовой дробью
  14. Эмсли Дж. Элементы. — М.: Мир, 1993. — 256 с.
  15. Pierre de Marcillac, Noël Coron, Gérard Dambier, Jacques Leblanc, and Jean-Pierre Moalic (April 2003). «Experimental detection of α-particles from the radioactive decay of natural bismuth». Nature 422 (6934): 876–878. DOI:10.1038/nature01541. PMID 12712201. Bibcode2003Natur.422..876D.
  16. H. G. Carvalho, M. Penna (1972). «Alpha-activity of 209Bi». Lettere al Nuovo Cimento 3 (18): 720. DOI:10.1007/BF02824346.
  17. Чиркин В. С. Теплофизические свойства материалов. — Государственное издательство физико-математической литературы, 1959. — С. 187-192. — 356 с.
  18. Опыты по магнитной левитации (финский язык). Видеозапись «левитации» магнита между двух блоков висмута: [1], [2].

Ссылки[править | править вики-текст]