Бизмут

Бизмут — хемиски елемент кој има атомски број 83 и го носи симболот Bi. Бизмутот е тривалентен, сиромашен метал, личи на арсенот и антимонот. Елементарниот бизмут во природата може да се најде сам, некомбиниран со друг метал, иако неговиот сулфид и оксид се важни трговски руди. Самиот елемент е со 86% густина како оловото, и е кршлив, со сребренесто бела боја и често розова нијанса која се должи на површинскиот оксид. Металот бизмут е познат од стари времињња, иако во 18 век често бил смешуван со оловото и калајот, бидејќи секој од нив има некои својства на метал. Името најверојатно е од Германски збор кој има значење „бела маса“. Бизмутот е најдијагмагнетичен природен метал и само живата има понизок коефициент на топлинска спроводливот. Според класификациите бизмутот се смета како најцврстиот стабилен елемент кој се наоѓа во природата. Скоро беше утвредн како многу слабо радиоактивен елемент: неговиот изотоп е бизмут-209 , се распаѓа преку алфа распаѓање во талиум-205 со пола-живот или билион пати повеќе од проценетиот век на универзумот. Соединенијата на бизмутот се користат во козметиката, медицината и во медицинските процедури. Бизмутот има невообичаена токсичност за цврст метал. Како што токсичноста на оловото во последно време стана поочигледна легурата која се користи за бизмут металот, како замена за оловото, стана растечки дел на трговската важност на бизмутот. Физички одлики Бизмутот е кршлив метал со бела, сребрено-розова боја, кој често се јавува во својата родна форма со ирисцендентен оксидна дупка покажувајќи многу бои од жолта до сина. Спиралната скала сместена во структурата на кристалот на бизмутот е резултат на повисока стапка на раст околу надворешните рабови отколку на внатрешнте рабови. Варијациите во дебелината на слојот на оксидот кој се формира на површината на кристалот предизвикува различни бранувања на светлина која се меша со рефлексија, така што формира виножито на бои. Кога се гори со кислород, бизмутот гори со син пламен и неговиот оксид формира син чад. Неговата токсичност е пониска за разлика од неговите соседи во периодичниот систем како што се оловото, калајот, телурот, антимонот и полониумот.

Бизмут  (₈₃Bi)

Општи својства
Име и симбол	бизмут (Bi)
Изглед	сјајно сребрест
Бизмутот во периодниот систем
Sb ↑ Bi ↓ Mc олово ← бизмут → полониум
Атомски број	83
Стандардна атомска тежина (±) (Ar)	208,98040(1)
Категорија	слаб метал
Група и блок	група 15 (азотна), p-блок
Периода	VI периода
Електронска конфигурација	[Xe] 4f14 5d10 6s2 6p3
по обвивка	2, 8, 18, 32, 18, 5
Физички својства
Фаза	цврста
Точка на топење	544,7 K ​(271,5 °C)
Точка на вриење	1837 K ​(1564 °C)
Густина близу с.т.	9,78 г/см3
кога е течен, при т.т.	10,05 г/см3
Топлина на топење	11,30 kJ/mol
Топлина на испарување	179 kJ/mol
Моларен топлински капацитет	25,52 J/(mol·K)
парен притисок P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k при T (K) 941 1041 1165 1325 1538 1835
Атомски својства
Оксидациони степени	5, 4, 3, 2, 1 ​(благо кисел оксид)
Електронегативност	Полингова скала: 2,02
Енергии на јонизација	I: 703 kJ/mol II: 1610 kJ/mol II: 2466 kJ/mol (повеќе)
Атомски полупречник	емпириски: 156 пм
Ковалентен полупречник	148±4 пм
Ван дер Валсов полупречник	207 пм
Спектрални линии на бизмут
Разни податоци
Кристална структура	​ромбоедрална
Брзина на звукот тенка прачка	1790 м/с (при 20 °C)
Топлинско ширење	13.4 µм/(m·K) (при 25 °C)
Топлинска спроводливост	7,97 W/(m·K)
Електрична отпорност	1,29 µΩ·m (при 20 °C)
Магнетно подредување	дијамагнетно
Модул на растегливост	32 GPa
Модул на смолкнување	12 GPa
Модул на збивливост	31 GPa
Поасонов сооднос	0,33
Мосова тврдост	2,25
Бринелова тврдост	70–95 MPa
CAS-број	7440-69-9
Историја
Откриен	Клод Франсоа Жофроа (1753)
Најстабилни изотопи
изо ПЗ полураспад РР РЕ (MeV) РП 207Bi син 31,55 г β+ 2,399 207Pb 208Bi син 3,68×105 г β+ 2,880 208Pb 209Bi 100 % 1,9×1019 г α 3,137 205Tl 210Bi траги 5,012 д β− 1,426 210Po α 5,982 206Tl 210mBi син 3,04×106 г IT 0,271 210Bi α 6,253 206Tl

Иако синтексички најцврстите елементи се теоретски подијамагнетички, ниту еден друг метал не е подијамагнетичен од бизмутот. (Супердијамагнетизам е различна физичка појава). Бизмутот од сите метали го има најнискиот коефициент на топлинска спроводливост (после живата) и највисок коефициент на заситеност. Има висок отпор на струја. Кога се складира во доволно тенки слоеви на супстрат, бизмутот е полупроводник а не сиромашен метал. Елементарниот бизмут е еден од неколкуте супстанции кој во течна состојба е погуст за разлика од својата цврста состојба (водата е најдобар пример). Бизмутот се проширува за 3.32% кога се претвора во цврста состојба; тоа долго беше важна компонента на легурите со ниска точка на топење, каде што ја компензираше контракцијата на другите компоненти на легурата. Визуелно невиден во природата, чистиот бизмут може да формира карактеристични разнобојни кристали со форма на инка. Бизмутот е релативно нетоксичен и има ниска точка на топење само на 271 степен целзиусов, па кристалите можат да нараснат користејќи и шпорет од домаќинството, иако резултатните кристали ќе бидат со понизок квалитет за разлика од крсталите нараснати во лабораторија. Хемиски својства Бизмутот е стабилен и на влажен и на сув воздух ан обични температури. Кога е топол тој реагира со вода за да образува бизмут (III) оксид

  2 Bi + 3 H2O → Bi2O3 + 3 H2

Реагира со големи количини на флуор образувајќи бизмут (v) флуорид. 2Bi + 5F₂ → 2BiF₅ Реагира со мали количини на флуор образувајќи бизмут (III) флуорид. 2Bi + 3F₂ → 2BiF₃ Исто така реагира со другите халогени образувајќи бизмут (III) халиди. 2Bi + 3Cl₂ → 2BiCl₂ 2Bi + 3Br₂ → 2BiBr₃ 2Bi + 3I₂ → 2BiI₃ Се раствора во концентрирана сулфурна киселина образувајќи бизмут (III) сулфат и сулфур диоксид. 6H₂SO₄ + 2Bi → 6H₂O + Bi₂(SO₄)₃ + 3SO₂ Реагира со азотна киселина образувајќи бизмут (III) нитрат. Bi + 6HNO₃ → 3H₂O + 3NO₂ + Bi(NO₃)₃ Исто така се раствора во хлороводородна киселина но само со присуство на кислород.

4Bi + 3O₂ + 12HCl → 4BiCl₃ + 6H₂O

Алхемиски симбол употребен од Торберн Бергман, од 1775 година

Изотопи на бизмутот

Едниствениот природен изотоп на бизмутот, бизмут-209, традиционално беше гледан како елемнт со најцврстиот стабилен изотоп, но долго постоеше сомневање дека е нестабилен на теоретска основа. Ова конечно беше демонстрирано во 2003 година кога истражувачите на институтот d’Astrophisique Spatiale во Орсај, Франција, ја мереа алфа емисијата пола-живот на бизмут-209 кој беше 1.9 × 10 на 19-та години, преку билион пати подолго од моменталниот пресметан век на универзумот. Благодарејќи на неговиот исклучителен пола-живот, за сите денешни познати медицински и идустриски апликации бизмутот може да биде третиран така ако е стабилен и нерадиоактивен. Радиоактивноста е од академски интерес бидејќи бизмутот е еден од малкуте елементи за чијашто радиоактивност постоеше сомневање, и наместо теоретски предвидено, пред да биде пронајден во лабораторијата, Бизмутот има најдолг алфа пола-живот на распаѓање, иако телур-128 има дупли бета пола-живот на распаѓање од преку 2.2х10 на 24та години. Неколку изотопи на бизмутот со карток пола-живот се јавуваат во радиоактивните дезнтегрирани синџири на актиниумот, радиумот и ториумот и и повеќето се експериментално синтетизирани.

НАСТАНУВАЊЕ

На Земјата бизмутот е речиси двапати позастапен од златото. Обично не е економично да се вади како примарен производ. Наместо тоа произведуван е како бипроизвод од преработка на други метални руди, посебно калајот, бакарот исто така и среброто (индиректно) или други метали. Најважните руди на бизмутот се бизмутинитот и бизмитот. Во 2005 година Кина беше најдобриот производител на бизмут со најмалку 40% на светско ниво, потоа се Мексико и Перу, изјави Британското Геолошко Истражување. Природниот бизмут е познат од Австралија, Боливија и Кина. Според Геолошкото Истражување на Америка, светското производство на бизмут во 2009 годна беше 7.300 тони, со најголем придонес на кина (4.500 тони), Мексико (1.200 тон) и Перу (960 тони). Светското рафинирано производство на бизмут во 2008 година беше 15.000 тони од кои Кина произведе 78%, Мексико 8% и Белгија 5%. Разликата меѓу светското производство на бизмут од рудници и рафинираното производство се одразува на бизмутот како биопродуктен метал. Бизмутот во сурово оловно злато (кое може да содржи 10% бизмут) минува низ неколку фази на рафинирање, додека да биде одделен со Крол-Бетерон процесот или Бетс процесот. Процесот Крол-Бетерон користи пирометалуршко разделување од стопено олово на калциум-магнезиум-бизмут кое содржи поврзани метали (сребро, злато, цинк, бакар, телур и арсен), кои се оттргнати со некои флукси и третмани за да се добие висококвалитетен бизмут (околу 99% бизмут). Процесот Бетс зема одредени аноди на оловно злато и ги електролизира во флуоросилицит-хидрофлуоросилицитен киселински електролит за да постигне чиста оловна катода и тенка анода која содржи бизмут. Бизмутот ќе се однесува слично и со уште еден негов главен метал, бакарот. Така светското производство на бизмут од рафинерии е покомплетен и статистички посигурен.

Според Застапничките вести за Бизмутот, цената за бизмут метал од крајот на 2000 година до Септември 2005 година се движеше од $2.60 до $4.15 по килограм, но после овој период цената почна брзо да се зголемува како што се зголемуваа глобалната побарувачка за бизмут и замената на оловто. Нови рудници во Канада и Виетнам можат да ги олеснат недостатоците, но цените најверојатно ќе останат над нивното претходно ниво за понатамошната иднина. Влезната потрошувачка цена за бизмутот е поориентирана кон последниот потрошувач, почна од 39.40 американски долари за килограм во јануари 2008 година и достигна 35.55 долари за килограм во септември 2008 година.

Рециклирање

Како што бизмутот денес е најдостапен како биопроизвод, неговата одржливост е позависна од рециклирањето. Бизмутот е најголем биопроизвод на топењето на оловото, заедно со среброто, цинкот, антимонот и други метали а исто така и на волфарм производството заедно со молибденот и калајот и исто така во производството на бакар. Рециклирањето на бизмутот е тешко во многу од неговите крајни уптреби, најпрво е поради расејувањето. Најверојатно најлесен за рециклирање би бил бизмутот кој содржи растопливи легури во структурата на поголемите предмети, тогаш и во поголемите лемени предмети. Половина од светското користење на лемењето е во електрониката (т.е. во електричните кола). Како што лемените предмети стануваат се помали или содржат малку лем или малку бизмут, закрепнувањето станува потешко и понеекономично, иако лемот кој содржи повеќе сребро ќе биде повредно за надоместување. Следно во рециклирањето би биле значајните катализатори кои содржат бизмут, на пример бизмут фосфомолибдат и потоа бизмутот користен во галванизирање и како машинско металуршки додаток. Конечно во употребата каде што најмногу е распростанет, во лековите за стомак (бизмут субсалицилат), во боите, бизмут ванадат на сува површина, козметика (бизмут оксихлорид) и бизмут кој се содржи во куршумите. Бизмутот е толку застапен во овие употреби што со сегашната технологија тој е незаменлив. Бизмутот исто така може да биде достапен од поголема ефикасност на користење или замена, најверојатно стимулиран од растечката цена. За леовите за стомак, друга активна состојка може да биде заменета со некои или сите соединенија на бизмутот. Би било потешко да се најде алтернатива за бизмут оксихлоридот во козметиката да даде добар ефект. Сепак постојат многу формули на легури за лемови и секако многу алтернативи. Најважниот факт за бизмутот е неговиот биопроизводен статус, кој може да ја подобри и издржливоста (т.е. ванадиум или манган нодули) или за бизмутот од оловна руда е ограничен. Опсегот кој од ограничувањето на бзмутот може да биде ублажено или не ќе биде тестирано од днната на оловната батерија, откако 90% од светскот пазар на олово е во складирачки батери за бензин или дизел моторни возила. Проценката на животниот циклус на бизмутот ќе се фокусира на лемовите, едни од најглавните употреби на бизмутот и едни со најцелосна информација. Просечната искористена енергија за лемења е околу 200 МЈ по килограм, со високо бизмутен лем (58% бизмут) само 20% од таа вредност и три ниско бизмутни лемови (2% до 5% бизмут) се движат многу близу до просекот. Потенцијалот на глобалното затоплување кој е со просек од 10 до 14 килограми јаглерод диоксид, со високо бизмутен лем околу две третини од тоа и ниско бизмутните лемови околу просекот. Ацидификатниот просек за лемовите се движи од 0.9 до 1.1 килограм сулфур диоксид, со високо бизмутен лем и еден ниско бизмутен лем само една десетина од просекот и другите ниско бизмутни лемови околу просекот. Постојат многу минимални информации за животниот циклус на другте легури и соединенија на бизмутот.

Хемиски соединенија

Бизмутот формира тривалентни и петвалентни соединенија. Тривалентните соединенија се покористени. Многу од неговите хемиски особини се слични со оние на арсенот и антимонот, иако тие се помалку токсични од дериватите на овие полесни елементи. Оксиди и сулфиди На покачени температури, пареата од металот комбинирана со кислород го формира жолтиот триоксид Bi₂O₃. Во реакција со база, овој оксид формира две серии на оксаниони: BiO-2,кој е полиметричен и формира линеарни синџири, и BiO3−3. Анјонот во Li₃BiO₃ е всушност кубниот октамеричен анјон, Bi8O24−24, каде што анјонот во Na3BiO3 е тетрамеричен. Темноцрвениот бизмут(v) оксид, Bi₂O₅ е нестабилен, ослободувајќи кислороден гас по загревањето. Бизмут сулфидот во природата се јавува во рудите на бизмутот. Исто така се произведува со комбинирање на стопен бизмут и сулфур.

Бизмутин и бизмутиди

За разлика од претходните членови на групата 15 елементи како што се нитрогенот, фосфорот и арсенот и слични на претходната група 15 елемент антимонот, бизмутот не формра стабилен хидрид. Бизмут хидрид, бизмутин (BiH3), е ендотермично соединеније кое што спонтано се разградува на собна температура. Стабилно е само под -60 степени целзиусови. Бизмутидите се интерметални соединенија меѓу бизмутот и други метали.

Халиди

Халидите на бизмутот во состојба на ниска оксидација покажаа дека имаат необична структура. Она што беше обично мислено за бизмут (I) хлорид, произлезе дека е комплексно соединеније кое што содржи Bi5+ 9 катјони и BiCl2 5 и Bi 2Cl2-8 анјони Bi5+ 9 катјони имаат триаголна призмична молекуларна геометрија и исто така е пронајден во Bi10Hf3Cl18, кој е добиен со намалување на смесата хафниум (4) хлорид и бизмут хлорид со елементарен бизмут, имајќи ја структурата [Bi+][Bi5+9][HfCl2-6]3. Познати се и други повеќеатомски бизмутни катјони, како што е Bi2+8, пронајден во Bi8(AlCl4)2. Бизмутот исто така формира нисковалентен бромид со истата структура како и BiCl. Постои вистински монојодид, BiI, којшто содржи синџири на Bi4I4. BiI се распаѓа со загревање на тријодидот и елементарниот бизмут. Исто така постои и моно бромид со истата структура. Во оксидационата состојба +3, бизмутот формира трихалиди со сите халогени: BiF3, BiCl3, BiBr3 и BiI3. Сите овие освен BiF3 се хидролизирани со вода за да формираат бизмутил катјон BiO+, заедничака бизмутна оксидација. Бизмут (III) хлорид реагира со халоген хлорид во етер за да го произведе ацидот HBiCl4. Состојбата на оксидација +5 се среќава поретко. Едно такво соединение е BiF5, кое е моќен оксидационен и флуорантен агент. Исто така е јак прифаќач на флуорид, кој реагира со ксенон тетрафлуорид за да формира XeF+ 3 катјони:

                BiF5 + XeF4=XeF+
                        3BiF-
                 6

Историја

Бизмутот (на Латински-bisemutum потекнува од германскиот збор Wismuth, одностно weiße Masse, „бела маса“) претходно беше заменуван (збунуван) со калајот и оловото поради неговите сличности со овие елементи. Бизмутот е познат од стари времинја, па ниедна личност не е поврзана со неговото пронаоѓање. Георгиј Агрикола во De Natura Fossilium вели дека бизмутот е различен метал во фамилијата метали која ги вклучува калајот и оловото во 1546 година заснован на набљудување на металите и нивните физички одлики. Клауд Франсоа Гефроа во 1573 година демонстрираше дека овој метал е различен од оловото и калајот. „Вештачки бизмут“ многу беше користен како замена за вистинскиот бизмут. Беше направен со ковање на калај на мали плочи и цементирајќи ги со смеса од бел тартар, селитра и арсен, заситени во тигел над отворен оган. Бизмутот исто така им беше познат и на инките и користен (заедно со обичниот бакар и калај) во специјална легура за ножеви.

Примена

Бизмутот има неколку комерцијални примени, од кои ниедна не е голема. Земајќи ја Америка како пример, 1,090 тони на бизмут биле потрошени во 2008 година од кои 55% беа хемикалии (вклучувајќи лекови, пигменти и козметика), 34% беа металуршки додатоци за леење и галванизирање, 7% беа легури на бизмутот, лемови и муниција, и останатото безе за истражувае и други употреби.

Здравје и козметика

Бизмутот е состојка на некои лекови, но употребата му е во опаѓање. Бизмут субсалицилат (активната состојка во Пепто-Бизмол или сега (Каопектат) е користен како лек против дијареа и за лекување на некои други гастро-цревни болести. Нивниот механизам на работа сè уште не е документиран. Биброкатол е органско соединеније кое содржи бизмут и се користи за лекување на инфекција на очите. Бизмут субгалат (активната состојка во Девромот) е користен како внатрешен дезедоранс за да лекува непријатни миризи од подуеност (или гасови) и фекалии. Историски, соединенијата на бизмутот биле користени за лекување на сифилис и денес бизмут субсилицилатот и бизмут субциратот се користат за лекување пептички ултуси. Бизмут оксихлоридот некогаш се користи и во козметиката. Бизмут субнитратот и бизмут супкарбонатот се користат во медицината.

Легури

Многу легури на бизмутот имаат ниски точки на топење и се пронаоѓаат во специјалните апликации како што се лемовите. Детекторите на пожар и направите за безбедност на супресивниот систем се користени насекаде во светот Bi-In-Cd-In-Sn-Pb и кои имаат точка на топење на 47 степени. Тоа исто така е користено како легурен агент во производство на железа и како термоспоен материјал.