Висмут элемент. Свойства висмута

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

Среди элементов периодической системы висмут – последний практически не радиоактивный элемент. И он же открывает шеренгу тяжелых элементов – естественных альфа-излучателей. Действительно, тот висмут, который мы знаем по химическим соединениям, минералам и сплавам, принято (и не без оснований) считать стабильным, а между тем, тонкими экспериментами установлено, что стабильность висмута – кажущаяся. В действительности же ядра его атомов иногда «гибнут», правда, очень нечасто: период полураспада основного природного изотопа висмута 209 Bi – более 2·10 18 лет. Это примерно в полмиллиарда раз больше возраста нашей планеты...

Кроме висмута-209, известны еще 19 изотопов элемента №83. Все они радиоактивны и короткоживущи: периоды полураспада не превышают нескольких суток.

Тринадцать изотопов висмута с массовыми числами от 197 до 208 и самый тяжелый 215 Bi получены искусственным путем, остальные – 210 Bi, 211 Bi, 212 Bi, 213 Bi и 214 Bi – образуются в природе в результате радиоактивного распада ядер урана, тория, актиния и нептуния.

Таким образом, несмотря на то что на практике мы встречаем лишь практически стабильный висмут-209, не следует забывать о важной роли элемента №83 во всех областях знания, так или иначе связанных с радиоактивностью. Не будем, однако, впадать в другую крайность. Практическую важность приобрел прежде всего стабильный (или правильнее – псевдостабильный) висмут. Поэтому именно ему быть главным «героем» дальнейшего повествования.

Почему «висмут»

Очень долго висмут не давался в руки. Впрочем, в руках-то его, несомненно, держали еще в древности, и неоднократно. Только тогда не понимали, что красивые белые самородки с чуть красноватым оттенком – это по сути дела элементарный висмут.

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.

Происхождение названия этого элемента трактуют по-разному. Одни исследователи склонны считать его производным от древнегерманского слова «Wismuth» (белый металл), другие – от немецких слов «Wiese» (луг) и «muten» (разрабатывать рудник), поскольку в Саксонии, висмут издревле добывали на лугах округа Шнееберг.

Есть еще одна версия, согласно которой название элемента произошло от арабского «би исмид», что означает «обладатель свойств сурьмы». Висмут действительно на нее очень похож.

Какая из этих точек зрения наиболее близка к истине, сказать трудно... Нынешний символ элемента №83, Bi, впервые введен в химическую номенклатуру в 1819 г. шведским химиком Берцелиусом.

Висмут – среди металлов

В отличие от сурьмы, в висмуте металлические свойства явно преобладают над неметаллическими. Висмут одновременно хрупок и довольно мягок, тяжел (плотность 9,8 г/см 3), легкоплавок (температура плавления 271°C). Ему свойствен сильный металлический блеск и белый розоватого оттенка цвет. Среди прочих металлов висмут выделяют малая теплопроводность (хуже него тепло проводит только ртуть) и, если можно так выразиться, предельная диамагнитность. Если между полюсами обычного магнита поместить стержень из висмута, то он, отталкиваясь от обоих полюсов, расположится как раз посередине. Для кристаллов висмута характерно сложное двойниковое строение, которое можно увидеть только под микроскопом.

У висмута есть еще одно редкое свойство: затвердевая, он значительно расширяется в объеме (на 3,32% при 271°C). Этим свойством пользуются, когда нужно получить очень точные и сложные по форме литые изделия.

Предполагают, что способность уплотняться при плавлении объясняется изменением типа связи между атомами. Для твердого висмута характерны связи ковалентно-металлические, при плавлении же ковалентные связи разрушаются, и атомы остаются связанными лишь металлическими связями. Гетерогенный (разнородный) характер связей в твердом висмуте препятствует плотнейшей упаковке атомов в кристаллической решетке.

Одна необычность влечет за собой другую. Давление влияет на висмут иначе, чем на «нормальные» металлы. С ростом давления температура плавления висмута понижается, а у большинства металлов растет. Это необычное свойство считают следствием способности висмута расширяться при твердении и уплотняться при расплавлении. И это не удивительно: для всех физических тел характерна определенная корреляция изменений, происходящих под действием температуры и давления.

Висмут – химическая индивидуальность

Основные химические свойства любого элемента определяются, как известно, его положением в периодической системе и, следовательно, строением его электронных оболочек, особенно внешней. Среди элементов V группы, точнее ее главной подгруппы (N, P, As, Sb, Bi), висмут – самый тяжелый и «самый металлический». Как и положено элементу V группы, он проявляет валентности 3+ и 5+ (а также 3–, 1+, 2+, 4+), но, поскольку висмут ближе к «полюсу металлических свойств», нежели любой из его аналогов, три электрона отрываются от его атома намного чаще и легче, чем пять. Практически важны лишь соединения трехвалентного висмута (3+), трехвалентны и все природные соединения этого элемента.

Внутреннее строение атома Bi роднит его не только с мышьяком и сурьмой, что естественно, но и со многими другими металлами. В атоме висмута есть предпоследний 18-электронный слой (слой типа «купро»), который характерен для свинца, а также меди и ее аналогов (Au, Ag). Интересно, что с этими же элементами висмут нередко бывает связан в рудных месторождениях.

Ионный радиус трехвалентного висмута (1,20 Å) мало отличается от ионных радиусов серебра (1,13 Å) и золота (1,37 Å).

В бескислородных кислотах висмут нерастворим, хорошо растворяют его лишь азотная и концентрированная серная кислоты. Атом висмута обладает довольно большим сродством к электрону (окислительно-восстановительный потенциал системы Bi 3+ /Bi равен всего +0,226 В), поэтому ион Bi 3+ сравнительно легко восстанавливается до нейтрального атома. Вот почему в природе висмут нередко можно встретить в самородном состоянии, иногда даже в концентрации, представляющей практический интерес.

При обычной температуре на воздухе висмут устойчив и лишь слегка покрывается характерной красноватой побежалостью, но при температуре красного каления он легко сгорает, превращаясь в Bi 2 O 3 . Это соединение, нерастворимое в воде, легко растворяется в кислотах, но очень трудно – в щелочах, даже концентрированных.

В природе Bi 2 O 3 можно наблюдать в виде землистых скоплений желтого и бурого цвета. Это минерал бисмит. Вместе с другим природным соединением – карбонатом висмута, получившим название бисмутита, он считается главным кислородсодержащим минералом висмута.

Но для геохимиков особенно важны соединения висмута с серой, селеном и теллуром. Среди минералов висмута (а их насчитывается больше 70) больше всего сульфидов и теллуридов. Такие минералы имеют большое практическое значение. В последние годы все более уверенно начинают говорить о сульфидах висмута как о типично комплексных соединениях, а иногда и как о неорганических полимерах. В самом деле, один из самых распространенных минералов элемента №83, бисмутинит, Bi 2 S 3 , легко представить как сочетание ионов + и – . В природных условиях бисмутинит встречается в виде хорошо ограненных серебристых кристаллов.

Висмут – редкий элемент

Это утверждение может показаться странным, особенно после упоминания о 70 минералах элемента №83. Тем не менее содержание висмута в земной коре составляет лишь 2·10 –5 %; это значит, что на тонну вещества земной коры приходится лишь 0,2 г висмута. Его меньше, чем драгоценного серебра, меньше, чем многих элементов, прочно и давно зачисленных в разряд редких и рассеянных, – таллия, индия, кадмия.

Обратите внимание на двойственность поведения висмута в природе. С одной стороны, он может концентрироваться в минералах, а с другой – рассеиваться в рудах (особенно сульфидных) так, что содержание его в них можно определить лишь одним словом – «следы». Ярко выраженная способность висмута к образованию собственных минералов не позволяет отнести его к рассеянным элементам в общепринятом значении этого слова. В «чужие» кристаллические решетки он, как правило, не входит. Исключение – свинцовый минерал галенит PbS, в решетке которого при определенных условиях висмут может удерживаться без образования собственных минералов.

Тем не менее, скопления богатых висмутовых руд встречаются очень редко. Они крайне ограниченны в пространстве и отличаются неравномерностью распределения, что, конечно, доставляет огорчения геологам и горнякам, занимающимся разведкой и эксплуатацией висмутовых месторождений.

Минералы висмута как бы прячутся в рудах других элементов: вольфрама, олова, меди, никеля, молибдена, урана, кобальта, мышьяка, золота и других элементов – разных и непохожих.

Трудно назвать рудное месторождение, в котором не было бы висмута, но еще сложнее назвать такое месторождение, в котором концентрация его была бы столь высокой, что оно могло бы с выгодой разрабатываться только ради висмута. Как же быть? Поступают просто: висмут берут отовсюду, где извлечение его экономически (или технологически) оправдано. Вот перечень сырьевых источников висмута, обеспечивающих около 3 / 4 мирового (без СССР) спроса: медные, свинцовые и серебряные рудники Перу, свинцовые месторождения Мексики, медные и свинцово-цинковые руды Японии, медные, свинцовые и серебряно-кобальтовые месторождения Канады, вольфрамово-оловянные и оловянно-серебряные руды Боливии.

Может быть, все эти источники очень богаты висмутом? Нет, за исключением боливийских, все перечисленные руды висмутом бедны. Основной производитель висмута – свинцовая промышленность – извлекает его из концентратов, в которых не больше сотых, реже десятых процента висмута, а в исходных рудах полиметаллических месторождений от 0,0001 до 0,01% Bi. Та же примерно картина наблюдается и в медной промышленности. Обычно висмут здесь извлекают из анодных шламов, образующихся при электролитическом рафинировании меди. Источником висмута может быть и вторичное сырье. Например, в ФРГ значительное количество висмута извлекают при переработке пиритных огарков и из металлического лома. Сколько же висмута получают ежегодно во всем мире? Известно, что в 1968 г. мировое производство висмута (без СССР) составило 3800 т. Предполагают, что мировая потребность в висмуте в 2000 г. составит 5...6 тыс. т. На что идут эти тысячи тонн, ответит последняя глава нашего рассказа.

Применение висмута

Традиционные потребители висмута – металлургическая, фармацевтическая и химическая промышленность. В последние десятилетия к ним прибавились ядерная техника и электроника.

Чтобы спаять стекло с металлом, используют легкоплавкие сплавы на висмутовой основе. Подобные же сплавы (с кадмием, оловом, свинцом) применяют в автоматических огнетушителях. Как только температура окружающей среды достигает 70°C, плавится пробка из висмутового сплава (49,41% Bi, 27,67% Pb, 12,88% Sn и 10,02% Cd), и огнетушитель срабатывает автоматически.

Легкоплавкость висмута стала одной из причин прихода его в ядерную энергетику. Но были и другие. Только бериллию (из всех металлов) уступает висмут по способности рассеивать тепловые нейтроны, почти не поглощая их при этом. Висмут используют в качестве теплоносителя и охлаждающего агента в ядерных реакторах. Иногда в «горячей зоне» реактора помещают уран, растворенный в жидком висмуте.

Самым первым способом извлечения плутония из облученного урана был метод осаждения плутония с фосфатом висмута. Совместно с фтористым литием LiF эта соль работала в первых промышленных установках по производству плутония. Облученный нейтронами уран растворяли в азотной кислоте, а затем в этот раствор добавляли H 2 SO 4 . С ураном она образовывала нерастворимый комплекс, а четырехвалентный плутоний оставался в растворе. Отсюда его осаждали с BiPO 4 , отделяя тем самым от массы урана. Сейчас этот метод уже не применяют, но о нем стоило упомянуть хотя бы потому, что опыт, полученный благодаря этому методу, помог создать более совершенные и современные способы выделения плутония осаждением его из кислых растворов.

С помощью висмута получают изотоп полоний-210, служащий источником энергии на космических кораблях.

Применение висмута в металлургии тоже довольно широко. Кроме упоминавшихся уже легкоплавких сплавов и припоев, висмут (примерно 0,01%) используют в сплавах на основе алюминия и железа. Эта добавка улучшает пластические свойства металла, упрощает его обработку.

Некоторые висмутовые сплавы обладают уникальными магнитными свойствами. Сильные постоянные магниты делают из сплава, состав которого определяется формулой MnBi. А сплав состава 88% Bi и 12% Sb в магнитном поле обнаруживает аномальный эффект магнитосопротивления; из этого сплава изготовляют быстродействующие усилители и выключатели.

Многие сплавы висмута при низкой температуре приобретают свойство сверхпроводимости.

Широкому применению висмута в металлургии и электронике способствовало и то обстоятельство, что висмут – наименее токсичный из всех тяжелых металлов.

Из соединений висмута шире всего используют его трехокись Bi 2 O 3 . В частности, ее применяют в фармацевтической промышленности для изготовления многих лекарств от желудочно-кишечных заболеваний, а также антисептических и заживляющих средств.

В производстве полимеров трехокись висмута служит катализатором; ее применяют, в частности, при получении акриловых полимеров. Bi 2 O 3 употребляют также в производстве эмалей, фарфора и стекла – главным образом в качестве флюса, понижающего температуру плавления смеси неорганических веществ, из которой образуются эмаль, фарфор или стекло.

Соли висмута находят применение в областях, весьма далеких друг от друга. Это, к примеру, производство перламутровой губной помады и производство красок для дорожных знаков, которые «загораются» в лучах автомобильных фар...

Далеко в прошлое ушло то время, когда висмут считался малоценным металлом с ограниченной сферой применения. Сейчас он нужен всем странам с высокоразвитой промышленностью. Поэтому и спрос на него продолжает расти. Не случайно за последние 40 лет цена висмута на мировом рынке выросла в шесть раз.

Первый висмут в России

«Захваченный трестом, главным образом германским, висмут является сейчас продуктом, для получения которого мы находимся всецело в зависимости от Германии. А между тем мы имеем указания на возможность нахождения его соединений, например, в Забайкалье». Так писал Владимир Иванович Вернадский в 1915 г. в своей «Записке в Комиссию по исследованию естественных производительных сил России». Он был прав и очень дальновиден. Пройдет всего три года, и в 1918 г. другой русский ученый – К.А. Ненадкевич – выплавит первые десятки килограммов отечественного висмута. Выплавит именно из забайкальских руд – из сульфидных концентратов вольфрамового месторождения Букука.

Красавицам эпохи возрождения

Азотнокислый висмут BiNO 3 · 5H 2 O обычно получают выпариванием раствора висмута в азотной кислоте. В водном растворе эта соль легко гидролизуется и при нагревании выделяет основной нитрат висмута (висмутил-нитрат) (BiO)NO 3 . Эта соль была известна еще в XVI в. и пользовалась большой популярностью у красавиц эпохи Возрождения, Ее применяли в качестве косметического средства, которое называли испанскими белилами.

На свету – темнеет, в темноте – светлеет

Среди соединений висмута с галогенами наибольший интерес представляет, пожалуй, треххлористый висмут. Это – белое кристаллическое вещество, которое можно получить разнообразными способами, в частности обработкой металлического висмута царской водкой. BiCl 3 имеет необычное свойство: на свету он интенсивно темнеет, но, если его поместить после этого в темноту, он снова обесцвечивается. В водном растворе BiCl 3 гидролизуется с образованием хлорида висмутила BiOCl. Треххлористый висмут используют для получения водостойких висмутовых смол и невысыхающих масел.

Висмут - это серебристый металл с розоватым оттенком. Название металла происходит от немецкого слова weisse Masse, которое переводится как «белая масса». Висмут входит в группу редких металлов. Его добыча в годовом соотношении составляет всего 6000 тонн. Известные месторождения висмута находятся в Монголии, Германии, России, Перу, Австралии, Боливии. При увеличении плотности висмут переходит из твердого агрегатного состояния в жидкое. Таким же свойством обладает и вода. Висмут обладает низкой теплопроводностью, как и ртуть. При нормальной температуре висмут представляет собой хрупкий металл. На изломе имеет грубозернистое строение. Если температура повышается до 150 о С, то висмут начинает проявлять пластичные свойства. Висмут активно применяют в металлургии для создания нержавеющих автоматных сталей, в медицине, электронике. Висмут используют при изготовлении катализаторов, термоэлектрических материалов.

Легенды о висмуте

В Средние века висмут использовали алхимики во время своих опытов. Инки использовали этот металл при изготовлении холодного оружия. Их мечи отличались изящной красотой. Но ученые полагали, что висмут не является основным металлом. Они считали, что висмут является разновидностью свинца , олова или же сурьмы. Только в 1739 немецкий химик И.Г. Потт установил, что висмут является все-таки отдельным элементов химии - металлом.

Магические свойства висмута

Висмут - это эталон гармонии любви, жизни, мира, созидания и красоты. Этот необыкновенный металл может преобразить окружение до неузнаваемости. Все вредно преобразовывается в полезное под действием висмута. Он способен воплощать в жизнь все добрые, позитивные и хорошие желания. Висмут улучшает психофизическое состояние человека, выводит из депрессивного состояния, приободряет, вселяет надежду. К тому же висмут обладает способностью очищать ауру человека, создавать защитный барьер.

Висмут помогает во всех трудных делах. Его можно брать на работу, в суд, на серьезные мероприятия. Металл может корректировать мутации, происходящие в ДНК.

В магии висмут занимает почетное место. Его используют в различных магических обрядах. Висмут обновляет человека, способствует изменению его внутреннего настроя, направляет на мирные действия. Если человек сам хочет измениться к лучшему, ему необходимо носить с собой висмут. Через некоторое время человек сам начнет замечать в себе положительные изменения.

Висмут широко используют в медицине. Этот металл добавляют во многие лекарственные препараты: таблетки, мази, присыпки, гели, эмульсии. На основе висмута созданы эффективные противоопухолевые средства.

Препараты на основе висмута обладают вяжущими и антисептическими свойствами. Соли этого металла применяют для купирования воспалительных процессов в пищеварительной системе. Лечит язвы, гастриты, обезболивает. Мази и порошки на основе висмута являются отличными ранозаживляющими и противоожоговыми препаратами.

Висмут дает слабительный эффект. Его назначают для лечения заболеваний кишечника.

Вероятность отравления висмутом невелика, но этот металл относится к категории тяжелых и токсичных металлов. Его соли в большом количестве напоминают ядовитую соль ртути. Она не растворяются в воде, и имеют свойство накапливаться в организме. Именно поэтому препараты на основе висмута назначаются на короткий срок.

Избыток в организме висмута проявляется в виде бессонницы, снижения памяти, аритмии, фарингитах, ларингитах, потемнения зубной эмали. При отравлении металлом назначают промывание желудка и прекращают прием лекарственных препаратов на основе висмута.

Висмут относят к стихии Земля. Поэтому этот металл благоприятно влияет на знаки зодиакального круга стихии Земли, к которым относятся Дева , Козерог и Телец . Остальным знакам зодиака висмут тоже полезен. Этот удивительный благородный металл можно использовать всем представителям знаков зодиакального круга, ведь висмут - это металл всевышнего добра и справедливости. Он не наказывает злых людей, а лишь обновляет их, делает их добрее.

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).

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Висмут - восемьдесят третий элемент Периодической таблицы. Обозначение - Bi от латинского «bismuthum». Расположен в шестом периоде, VA группе. Относится к металлам. Заряд ядра равен 83.

Висмут - мало распространенный в природе элемент: содержание его в земной коре составляет 0,00002% (масс.). В природе он встречается как в свободном состоянии, так и в виде соединений - висмутовой охры Bi 2 O 3 и висмутового блеска Bi 2 S 3 .

В свободном состоянии висмут представляет собой блестящий розовато-белый хрупкий металл плотностью 9,8 г/см 3 (рис. 1).Хрупкий. Температура плавления — 271,4 o С, кипения — 1552 o С.При комнатной температуре на воздухе висмут не подвергается окислению.

Рис. 1. Висмут. Внешний вид.

Атомная и молекулярная масса висмута

Относительной молекулярная масса вещества (M r) - это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (A r) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.

Поскольку в свободном состоянии висмут существует в виде одноатомных молекул Bi, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 208,9804.

Изотопы висмута

Известно, что в природе висмут может находиться в виде единственного стабильного изотопа 209 Bi. Массовое число равно 209, ядро атома содержит восемьдесят три протона и сто двадцать шесть нейтронов.

Существуют искусственные нестабильные изотопы висмута с массовыми числами от 184-х до 218-ти, а также более десяти изомерных состояний ядер.

Ионы висмута

На внешнем энергетическом уровне атома висмута имеется пять электронов, которые являются валентными:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 4f 14 5s 2 5р 6 5d 10 6s 2 6р 3 .

В результате химического взаимодействия висмут отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:

Bi 0 -3e → Bi 3+ ;

Bi 0 -5e → Bi 5+ .

Молекула и атом висмута

В свободном состоянии висмут существует в виде одноатомных молекул Bi. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу висмута:

Сплавы висмута

Висмут образует легкоплавкие сплавы с другими элементами; например, сплав висмута со свинцом, оловом и кадмием плавится при 70 o С. Эти сплавы применяют в частности, в автоматических огнетушителях, действие которых основано на расплавлении пробки, изготовленной из такого сплава. Кроме того, они используются как припои.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2