Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Вісмут



План:


Введення

Вісмут - хімічний елемент 15-ї групи (за застарілою класифікації - головної підгрупи п'ятої групи) п'ятого періоду періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва; має атомний номер 83. Позначається символом Bi ( лат. Bismuthum ). Проста речовина представляє із себе при нормальних умовах блискучий сріблястий метал.


1. Походження назви

Імовірно латинське Bismuthum або bisemutum походить від німецького weisse Masse, біла маса.

2. Знаходження в природі

Зміст вісмуту в земній корі 2 10 -5% по масі, в морській воді - 2 10 -5 мг / л [1].

У рудах знаходиться як у формі власних мінералів, так і у вигляді домішки в деяких сульфідах і сульфосолі інших металів. У світовій практиці близько 90% всього видобутого вісмуту витягується попутно при металургійній переробці свинцево-цинкових, мідних, олов'яних руд і концентратів, що містять соті і іноді десяті частки відсотка вісмуту.

Вісмутові руди, що містять 1% і вище вісмуту, зустрічаються рідко. Мінералами вісмуту, що входять до складу таких руд, а також руд інших металів, є вісмут самородний (містить 98,5-99% Bi), вісмутін Bi 2 S 3 (81,30% Bi), тетрадіміт Bi 2 Te 2 S (56,3-59,3% Bi), козаліт Pb 2 Bi 2 S 5 (42% Bi), Бісмі Bi 2 O 3 ( 89,7% Bi), бісмуту Bi 2 CO 3 (OH) 4 (88,5-91,5% Bi), віттіхеніт Cu 3 BiS 3, галеновісмутіт PbBi 2 S 4, айкініт CuPbBiS 3.


2.1. Генетичні групи і промислові типи родовищ

Вісмут в підвищених концентраціях накопичується в родовищах різних генетичних типів: у пегматитах, в контактово-метасоматичні, а також у високо-і середньотемпературних гідротермальних родовищах. Власне Вісмутові родовища мають обмежене поширення і зазвичай цей метал утворює комплексні руди з іншими металами в ряді рудних формацій гідротермальних родовищ [3]. Серед них виділяються наступні:

  1. Вольфрам - мідно -Вісмутові
  2. Родовища пятіелементной формації (Co-Ni-Bi-Ag-U)
  3. Золото -Вісмутові
  4. Миш'як -Вісмутові
  5. Мідно-Вісмутові
  6. Кварц -Вісмутові

2.2. Світовий видобуток і споживання вісмуту

Вісмут - досить рідкісний метал, і його світова видобуток / споживання ледь перевищує 6000 тонн на рік (від 5800 до 6400 тонн на рік).

2.3. Родовища

Відомі родовища вісмуту в Німеччині, Монголії, Болівії, Австралії, Перу та інших країнах [4].

3. Отримання

Синтезований кристал вісмуту. Райдужну забарвлення надає оксидна плівка.

Вісмут отримують сплавом сульфіду з залізом :

Bi 2 S 3 + 3Fe = 2Bi + 3FeS,

або послідовним проведенням процесів:

2Bi 2 S 3 + 2 = 9O 2Bi 2 O 3 + 6SO 2 ↑;

Bi 2 O 3 + 3C = 2Bi + 3CO ↑.


4. Фізичні та хімічні властивості

5. Вартість

Ціни на вісмут на світовому ринку нестійкі, що визначається як коливанням попиту та пропозиції, так і падінням або зростанням виробництва свинцю, яке приводить відповідно до зростання або зниження виробництва вісмуту, що є цінною супутнім матеріалом в свинецсодержащих концентратах. Починаючи з 1970-х років, найнижча ціна вісмуту становила 3,5 дол. / кг і відзначалася в 1980 р., а найвища - 15 дол. / кг - у 1989 р. В кінці 1995 р. ціна на вісмут чистота 99 , 99% становила 8,8 дол / кг [5].


6. Застосування

6.1. Металургія

Вісмут має велике значення для виробництва так званих "автоматних сталей", особливо нержавіючих, і дуже полегшує їх обробку різанням на верстатах-автоматах (токарних, фрезерних та ін) при концентрації вісмуту всього 0,003%, в той же час не збільшуючи схильність до корозії. Вісмут використовують в сплавах на основі алюмінію (приблизно 0,01%), ця добавка покращує пластичні властивості металу, різко спрощує його обробку.

6.2. Каталізатори

У виробництві полімерів триокис вісмуту служить каталізатором, і її застосовують, зокрема, при отриманні акрилових полімерів. При крекінгу нафти деякий застосування знаходить оксохлорід вісмуту.

6.3. Термоелектричні матеріали

Монокристал телуриду вісмуту

Вісмут застосовується в напівпровідникових матеріалах, використовуваних, зокрема, в термоелектричних приладах. До таких матеріалів відносяться теллурид (термо-е.д.с. телуриду вісмуту 280 мкВ / К) і селенід вісмуту. Отримано високоефективний матеріал на основі вісмут- цезій - телур для виробництва напівпровідникових холодильників суперпроцессоров.


6.4. Детектори ядерних випромінювань

Деяке значення для виробництва детекторів ядерного випромінювання має монокристалічний йодид вісмуту. Германата вісмуту (Bi 4 Ge 3 O 12, коротке позначення BGO) - поширений сцинтиляційний матеріал, застосовується в ядерній фізиці, фізиці високих енергій, комп'ютерної томографії, геології.

6.5. Легкоплавкі сплави

Синтетичний кристал вісмуту

Сплави вісмуту з іншими легкоплавкими речовинами ( кадмієм, оловом, свинцем, індієм, талієм, ртуттю, цинком і галієм) мають дуже низьку температуру плавлення (деякі - нижче температури кипіння води, а найбільш легкоплавкий склад з вісмутом має температуру плавлення близько +41 C [6]). Найбільш відомі сплав Вуда і менш токсичний сплав Розе. Застосування таких легкоплавких сплавів включають в себе:

  • теплоносії;
  • припої;
  • елементи протипожежної сигналізації;
  • спеціальні змащення, що працюють у вакуумі і важких умовах;
  • клапани, при розплавлюванні відкривають просвіт для протікання рідин і газів, наприклад ракетних палив;
  • запобіжники в потужних електричних колах;
  • ущільнювальні прокладки в сверхвисоковакуумних системах;
  • фіксують склади для зламаних кінцівок в медицині;
  • термометричні матеріали в рідинних термометрах;
  • матеріали для виготовлення виплавлюваних моделей в лиття і т. д.

6.6. Вимірювання магнітних полів

Металевий вісмут особливої ​​чистоти служить матеріалом для виробництва обмотки для вимірювання надсильних магнітних полів, з огляду на те, що при збільшенні магнітного поля електроопір вісмуту різко зростає, і в той же час досить рівномірно для того, щоб по зміні опору обмотки, виготовленої з неї, судити про напруженість зовнішнього магнітного поля.

6.7. Виробництво полонію-210

Деяке значення вісмут має в ядерній технології при отриманні полонію - важливого елемента радіоізотопної промисловості.

6.8. Хімічні джерела струму

Оксид вісмуту в суміші з графітом використовується в якості позитивного електрода в вісмутісто-магнієвих елементах ( ЕРС 1,97-2,1 В, 120 Вт год / кг, 250-290 Вт год / дм ).

Також в якості позитивного електрода в літієвих елементах знаходить застосування вісмутат свинцю.

Вісмут в сплаві з індієм застосовується в надзвичайно стабільних і надійних ртутно-вісмут-індіевих елементах. Такі елементи прекрасно працюють в космосі і в тих умовах, де важлива стабільність напруги, висока питома енергія, а зниження частоти відмов грає першорядну роль (наприклад, військові застосування).

Трехфторістий вісмут застосовується для виробництва надзвичайно енергоємних (3000 Вт год / дм , практично досягнуте - 1500-2300 Вт год / дм ) лантан-фторидних акумуляторів.


6.9. Обробка міцних металів і сплавів

У легкоплавких сплавах вісмуту (наприклад, сплав Вуда, сплав Розе та ін) виробляють токарну, фрезерну обробку та свердління урану, вольфраму і його сплавів і інших матеріалів, які важко піддаються обробці різанням.

6.10. Ядерна енергетика

Евтектичних сплавів вісмут-свинець використовується в ядерних реакторах з жідкометалліческім теплоносієм. Зокрема, в радянському підводному флоті такі реактори використовувалися на підводному човні К-27 і семи підводних човнах проекту 705 ("Ліра").

Малий перетин захоплення вісмутом теплових нейтронів і значна здатність до розчинення урану укупі зі значною температурою кипіння і невисокою агресивністю до конструкційних матеріалів дозволяють використовувати вісмут в гомогенних атомних реакторах, поки не вийшли із стадії експериментальних розробок.


6.11. Магнітні матеріали

Інтерметаліди марганець-вісмут сильно ферромагнітен і виробляється у великих кількостях промисловістю для отримання пластичних магнітів. Особливістю і перевагою такого матеріалу є можливість швидкого і дешевого отримання постійних магнітів (до того ж не проводять струм) будь-якої форми і розмірів. Крім того, цей магнітний матеріал досить довговічний і має значну коерцитивною силою. Крім сполук вісмуту з марганцем, також відомі магнітотверді з'єднання вісмуту з індієм, хромом і Європі, застосування яких обмежено спеціальними областями техніки внаслідок яких труднощів синтезу (вісмут- хром), або високу ціну другого компонента ( індій, європій).


6.12. Паливні елементи

Керамічні фази ВІМЕВОКС, що включають в свій склад оксид вісмуту з оксидами інших металів ( ванадій, мідь, нікель, молібден та ін), мають дуже високу провідність при температурах 500-700 К і застосовуються для виробництва високотемпературних паливних елементів.

6.13. Високотемпературна надпровідність

Кераміки, що включають в свій склад оксиди вісмуту, кальцію, стронцію, барію, міді, ітрію та ін є високотемпературними надпровідниками. В останні роки при вивченні цих надпровідників виявлені фази, що мають піки переходу в надпровідний стан при 110 До.


6.14. Виробництво тетрафторгідразіна

Вісмут у вигляді дрібної стружки або порошку застосовується як каталізатора для виробництва тетрафторгідразінатрехфтористого азоту), що використовується в якості окислювача ракетного пального.

6.15. Електроніка

Сплав складу 88% Bi і 12% Sb в магнітному полі виявляє аномальний ефект магнітоопору; з цього сплаву виготовляють швидкодіючі підсилювачі і вимикачі.

Вольфрамати, станату-ванадат, силікат і ніобат вісмуту входять до складу високотемпературних сегнетоелектричних матеріалів.

Ферит вісмуту застосовується як магнітоелектричного матеріалу.

6.16. Медицина

З сполук вісмуту в медицині найширше використовують його триокис Bi 2 O 3. Зокрема, її застосовують у фармацевтичній промисловості для виготовлення багатьох ліків від шлунково-кишкових захворювань, а також антисептичних і загоюють засобів. Крім того, останнім часом на її основі розробляється ряд протипухлинних препаратів для лікування онкологічних захворювань.

Оксохлорід вісмуту знаходить застосування в медицині як рентгеноконтрастного кошти і в якості наповнювача при виготовленні кровоносних судин. Крім того в медицині знаходять широке застосування такі сполуки, як галлат, тартрат, карбонат, субсаліцілат, субцитрат і трібромфенолят вісмуту. На основі цих сполук розроблено безліч медичних препаратів (включаючи такі широко використовувані, як мазь Вишневського).

Як противиразкових засобів використовуються: вісмуту трікалія діцітрат ( вісмуту субцитрат) (код АТХ A02BX05), вісмуту субнітрат ( A02BX12), ранітидину вісмуту цитрат ( A02BA07).


6.17. Пігменти

Ванадат вісмуту застосовується як пігменту (яскраво-жовтий колір).

6.18. Косметика

Оксохлорід вісмуту застосовується як блескообразователь у виробництві лаку для нігтів, губної помади, тіней та ін

6.19. Полювання

Вісмут є відносно безпечним для навколишнього середовища. Це дозволяє використовувати дріб з вісмуту замість традиційного і токсичного свинцю [7].

7. Біологічна роль

Зміст вісмуту в людському організмі становить:

  • м'язова тканина - 0,32 * 10 ^ -5%
  • кісткова тканина - менше 0,2 * 10 ^ -4%
  • кров - ~ 0,016 мг / л
  • щоденний прийом з їжею 0,005-0,02 мг.

Вміст в організмі середньої людини (маса тіла ~ 70 кг) невелика, але точні дані відсутні. Дані про токсичної і летальної дозах також відсутні [8].

8. Ізотопи

Природний вісмут складається з одного ізотопу 209 Bi, який вважався найважчим з існуючих в природі стабільних ізотопів. Однак у 2003 було експериментально доведено, що він є альфа-радіоактивним з періодом напіврозпаду 1,9 0,2 10 19 років. Таким чином, всі відомі ізотопи вісмуту радіоактивні.

Крім 209 Bi, відомі ще більше трьох десятків (поки 34) ізотопів, у більшості з яких є ізомерні стану. Серед них є три довгоживучих:

  • 207 Bi 31,55 року;
  • 208 Bi 0,368 10 6 років;
  • 210m Bi 3,04 10 6 років;

Всі інші радіоактивні і короткоживучі: періоди їхнього напіврозпаду не перевищують декількох діб.

Ізотопи вісмуту з масовими числами від 184 до 208 і від 215 до 218 отримані штучним шляхом, інші - 210 Bi, 211 Bi, 212 Bi, 213 Bi і 214 Bi - утворюються в природі, входячи в ланцюжки радіоактивного розпаду ядер урану-238, урану-235 і торію-232.


9. Цікаві факти

Вісмут в твердому стані має меншу щільність, ніж у рідкому. Цим свойcтвом володіють лише деякі речовини, серед яких вісмут і вода.

Вісмут є найсильнішим діамагнетиків, причому ефект діамагнетизму на ньому можна спостерігати в простих лабораторних умовах, на відміну від інших доступних, але дуже слабких діамагнетиків. Підвішений на тонкій нитці зразок вісмуту помітно на око відштовхується від будь-якого полюса магніту. Маючи досить великі блоки вісмуту і потужний магніт, навіть у домашніх умовах можна побачити, що сили відштовхування достатньо щоб відірвати магніт від опори. Це так звана діамагнітна левітація [9].


Періодична система хімічних елементів Д. І. Менделєєва
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
1 H He
2 Li Be B C N O F Ne
3 Na Mg Al Si P S Cl Ar
4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
Лужні метали Лужноземельні метали Лантаноїди Актиноїди Перехідні метали Інші метали Металоїди Інші неметали Галогени Інертні гази
Електрохімічний ряд активності металів

Eu, Sm, Li, Cs, Rb, K, Ra, Ba, Sr, Ca, Na, Ac, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Gd, Tb, Mg, Y, Dy, Am, Ho, Er, Tm, Lu, Sc, Pu, Th, Np, U, Hf, Be, Al, Ti, Zr, Yb, Mn, V, Nb, Pa, Cr, Zn, Ga, Fe, Cd, In, Tl, Co, Ni, Te, Mo, Sn, Pb, H 2, W, Sb, Bi, Ge, Re, Cu, Tc, Te, Rh, Po, Hg, Ag, Pd, Os, Ir, Pt, Au

Елементи розташовані в порядку зростання стандартного електродного потенціалу.

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru