Висмут

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

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

  Содержание висмута в земной коре 2·10-5% по массе. Висмут встречается в природе в виде многочисленных минералов, из которых главнейшие — висмутовый блеск Вi2S3, висмут самородный Bi, бисмит Bi2O3 и др. (см. Висмутовые руды). В большем количестве, но в малых концентрациях висмут встречается как изоморфная примесь в свинцово-цинковых, медных, молибденово-кобальтовых и олово-вольфрамовых рудах. Около 90% мирового потребления покрывается попутной добычей висмута при переработке полиметаллических руд.

  Физические и химические свойства. Висмут имеет ромбоэдрическую решётку с периодом a = 4,7457 А° и углом α=57°14'13''. Плотность 9,80 г/см3; tпл 271,3°С; tkип 1560 °С. Удельная теплоёмкость (20 °С) 123,5 дж/кг·К (0,0294 кал/г·С); термический коэффициент линейного расширения при комнатной температуре 13,3·10-6; удельная теплопроводность (20°С) 8,37 вт/(м·К) [0,020 кал/(см·сек·°С)]; удельное электрическое сопротивление (20° С) 106,8·10-8 ом·м (106,8·10-6 ом·см). Висмут — самый диамагнитный металл. Удельная магнитная восприимчивость равна —1,35·10-6. Под влиянием магнитного поля электросопротивление висмута увеличивается в большей степени, чем у других металлов, что используется для измерения индукции сильных магнитных полей (см. Висмутовая спираль). Сечение захвата тепловых нейтронов у висмута мало (34·10-31 м2 или 0,034 барна). При комнатной температуре висмут хрупок, легко раскалывается по плоскостям спайности, в фарфоровой ступке растирается в порошок. При температуре 120—150°С ковок; горячим прессованием (при 240—250° С) из него можно изготовить проволоку диаметром до 0,1 мм, а также пластинки толщиной 0,2—0,3 мм. Твёрдость по Бринеллю 93 Мн/м2 (9,3 кгс/мм2), по Моосу 2,5. При плавлении висмут уменьшается в объёме на 3,27%.

  Висмут в сухом воздухе устойчив, во влажном наблюдается его поверхностное окисление. При нагревании выше 1000°С сгорает голубоватым пламенем с образованием окиси Bi2O3. В ряду напряжений висмут стоит между водородом и медью, поэтому в разбавленной серной и соляной кислотах не растворяется; растворение в концентрированных серной и азотной кислотах идёт с выделением SO2 и соответствующих окислов азота.

  Висмут проявляет валентность 2, 3 и 5. Соединения висмута низших валентностей имеют основной характер, высших — кислотный. Из кислородных соединений висмута наибольшее значение имеет трёхокись Вi2O3, при нагревании меняющая свой жёлтый цвет на красно-коричневый. Вi2O3 применяют для получения висмутовых солей. В разбавленных растворах висмутовые соли гидролизуются. Хлорид BiCl3 гидролизуется с выпадением хлорокиси BiOCl, нитрат Bi (NO3)3 — с выпадением основной соли BiONO3·BiOOH. Способность солей висмута гидролизоваться используется для его очистки. Соединения 5-валентного висмута получаются с трудом; они являются сильными окислителями. Соль КВiО3 (соответствующая ангидриду Bi2O5) образуется в виде буро-красного осадка на платиновом аноде при электролизе кипящего раствора смеси KOH, KCl и взвеси Вi2O3. Висмут легко соединяется с галогенами и серой. При действии кислот на сплав висмута с магнием образуется висмутин (висмутистый водород) ВiH3; в отличие от арсина AsH3, висмутин — соединение неустойчивое и в чистом виде (без избытка водорода) не получено. С некоторыми металлами (свинцом, кадмием, оловом) висмут образует легкоплавкие эвтектики; с натрием, калием, магнием и кальциеминтерметаллические соединения c температурой плавления, значительно превышающей температуры плавления исходных компонентов. С расплавами алюминия, хрома и железа висмут не взаимодействует.

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

  Для грубой очистки чернового висмута применяются в зависимости от состава примесей различные методы: зейгерование, окислительное рафинирование под щелочными флюсами, сплавление с серой и др. Наиболее трудно отделяемая примесь свинца удаляется (до 0,01%) продуванием через расплавленный металл хлора. Товарный висмут содержит 99,9—99,98% основного металла. Висмут высокой чистоты получают зонной перекристаллизацией в кварцевых лодочках в атмосфере инертного газа. Значительное количество висмута идёт для приготовления легкоплавких сплавов, содержащих свинец, олово, кадмий (см., например, Вуда сплав), которые применяют в зубоврачебном протезировании, для изготовления клише с деревянных матриц, в качестве выплавляемых пробок в автоматических противопожарных устройствах, при напайке колпаков на бронебойные снаряды и т.д. Расплавленный висмут может служить теплоносителем в ядерных реакторах.

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

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

  Наибольшее количество висмута потребляется фармацевтической промышленностью. Висмут и его препараты применяют в медицинской практике как обеззараживающие и подсушивающие средства. Нитрат висмута основной применяют внутрь при воспалительных заболеваниях кишечника (колиты, энтериты), язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки; выпускается в порошках и таблетках; входит в состав таблеток викалин и викаир. Наружно применяют препараты висмута в виде присыпок и мазей (ксероформ, дерматол) для лечения ожогов, дерматитов и поверхностных пиодермий. Для внутримышечных инъекций употребляют взвеси некоторых соединений висмута в растительном масле (бисмоверол, бийохинол) при лечении сифилиса.

 

  Лит.: Томсон Дж. Г., Висмут, пер. [с англ.], Л., 1932; Сажин Н. П., Дулькина Р. А., Получение металлического висмута высокой частоты, М., 1955; [Каганович С. Я., Иванов Г. П.], Производство и применение висмута в капиталистических странах, М., 1963; Глазков Е. Н., Висмут, Таш., 1969.

  Л. Я. Кроль.


ПраймКемикалсГрупп