Czym jest bizmut, jego właściwości, związki, przygotowanie i zastosowanie

Czym jest bizmut? Niezwykły metal o niezwykłym kształcie i wyglądzie, z którego korzystali alchemicy w wielu eksperymentach w średniowieczu. Nazywało się tectum argenti, co tłumaczy się jako "produkcja srebra", ponieważ ludzie naprawdę wierzyli, że ten metal jest w połowie zbudowany z niego. Używano go w wielu sferach, a nawet dodawano do stopów, z których wytwarzano broń zimną - więc miecze nabrały szczególnego blasku i piękna. Co to za element i jakie ma cechy?

Będąc w naturze

Mówiąc o tym, czym jest bizmut, należy zauważyć, że w skorupie ziemskiej pierwiastek ten zawarty jest w ilości 2 x 10-5% wagowych, a w wodzie morskiej 2 x 10-5 mg / l.

Jest także w rudach. W tych minerałach znajduje się bizmut, zarówno w postaci własnych minerałów, jak i zanieczyszczeń w siarczanowych solach i siarczkach innych metali.

Około 90% bizmutu wydobywa się poprzez ekstrakcję z przetwarzanych rud miedzi, cyny i ołowiu-cynku, a także z koncentratów. Zawierają setne, a czasami nawet dziesiąte procenta tej substancji.

Rudy bizmutu mają niezwykle rzadki charakter. Mają wysokie stężenie substancji - od 1% i więcej. Skład takich rud obejmuje rodzimy bizmut (powstały w żyłach hydrotermalnych), bizmutynę (prosty siarczek), tetradimit, kosalit, bizmit, bizmut, vittihenit, aikinit i galenovismut.

Depozyty

Bizmut to metal, który gromadzi się w wysokich stężeniach, z reguły w skałach (pegmatytach), w średnio- i wysokotemperaturowych układach hydrotermalnych i kontaktowo-metasomatycznych.

Jak wspomniano powyżej, zwykle tworzy kompleksowe rudy z innymi pierwiastkami. Różnią się także głównie rodzajem mineralizacji. Na przykład w prowincji boliwijskiej często występują osady siarczkowo-kasyhelitowe, z których ten metal jest ekstrahowany. W Transbaikalia - kwarc-wolframit.

Złoża hydrotermalne są szczególnie rozpowszechnione w Rosji i za granicą. W Azji Środkowej i we Włoszech - miedź-bizmut. W Niemczech, Stanach Zjednoczonych i Kanadzie - pięć elementów. W takich osadach rodzimy bizmut jest związany z arsenidami srebra, kobaltu i niklu, a także uranu.

Ale największy depozyt tego metalu znajduje się w Peru, w mieście Cerro de Pasco. Bizmut wydobywa się tam w dużych ilościach, ekstrahując go podczas przetwarzania koncentratów ołowiowych.

Proces zdobywania

Kontynuując temat tego, czym jest bizmut, warto powiedzieć, jak dokładnie jest on wydobywany.

Produkcja tego metalu opiera się na przetwarzaniu rudy, a także koncentratów ołowiu i miedzi za pomocą metod stosowanych w dziedzinie pyro / hydrometalurgii.

Jest inny sposób, ale jest stosowany tylko w przypadku uzyskiwania bizmutu ze związków siarczkowych. Proces obejmuje przetwarzanie koncentratów miedzi, któremu towarzyszy topienie opadu złomem żelaza i topnikiem.

Z reguły występuje proces otrzymywania bizmutu według wzoru: Bi2S3 + 3Fe à 2Bi + 3FeS.

W przypadku użycia utlenionych rud metal jest redukowany węglem pod warstwą topnika. Dzieje się to w zakresie temperatur od 900 do 1000 ° C. Węgiel, nawiasem mówiąc, może być zastąpiony przez siarczyn sodu. Za pomocą tego krystalicznego hydratu można przywrócić tlenek bizmutu w niższej temperaturze (800 ° C).

Aby otrzymać siarczek tego metalu stosuje się sodę lub wodorotlenek sodu. W takich przypadkach temperatura jest ustawiona odpowiednio na 950 i 500-600 stopni.

Specyfika procesu

Osobno należy powiedzieć o ekstrakcji bizmutu z surowego ołowiu. Proces ten jest specyficzny, ponieważ obejmuje uwalnianie metalu za pomocą wapnia lub magnezu. Bizmut w tym samym czasie, o wyglądzie związku CaMg ₂ Bi ₂ , gromadzi się w górnych warstwach.

W jaki sposób metal jest dalej oczyszczany z magnezu lub wapnia? Przez stopienie go pod warstwą alkaliczną z dodatkiem utleniacza NaNO3. Następnie powstałą substancję poddaje się elektrolizie w celu wytworzenia osadu (substancji odpadowych). Ten produkt jest przetopiony w szorstki bizmut.

Ważne jest, aby zastrzec, że hydrometalurgiczna metoda otrzymywania tego pierwiastka charakteryzuje się wyższymi wskaźnikami ekonomicznymi i odpowiednią czystością otrzymanej substancji. Ta metoda opiera się na rozpuszczaniu rud, stopów i półproduktów zawierających bizmut. W tym celu stosuje się kwas solny i kwas azotowy.

Po rozpuszczeniu następuje ługowanie uzyskanej cieczy. Aby wdrożyć ten proces, użyj kwas siarkowy lub roztwory chlorku sodu. To jest ostatni etap, a następnie bizmut jest usuwany i oczyszczany przez ekstrakcję.

Nawiasem mówiąc, nadal istnieją metody dwustopniowej destylacji, wytopu strefowego i rafinacji hydrometalurgicznej. Służą do uzyskania najczystszego bizmutu.

Metalowe modyfikacje

Czym jest bizmut? Wizualnie jest to srebrzystobiały metal opalizujący w różnych odcieniach. Czysty bizmut jest przeważnie różowy. Metal, w którym dominuje jakikolwiek inny kolor, jest modyfikacją alotropową.

Oni, nawiasem mówiąc, dużo. Modyfikacje wynikają z wysokiego ciśnienia. Jeśli bizmut zostanie poddany temperaturze +25 ° C i ciśnieniu 2,57 GPa, wówczas sieć krystaliczna tej substancji ulegnie transformacji polimorficznej. Jego forma przestanie być romboedryczna i stanie się monokliniczna.

Ponadto zmiany siatki występują przy innych ciśnieniach (5 GPa, 4,31 GPa i 2,72 GPa). A jeśli przyniesiecie go do poziomu GPA 7,74, to otrzymacie w sumie kształt sześcienny. Tetragonalna siatka osiąga ciśnienie 2,3-5,2 GPa.

Właściwości fizyczne

Bizmut to pierwiastek chemiczny, który jest naprawdę wyjątkowy. Tylko kilka substancji, gdy się tam stopią, ma zwiększoną gęstość i odnosi się do nich. Kiedy bizmut wchodzi w stan ciekły ze stanu stałego, wskaźnik ten zmienia się z 9,8 g / cm ³ do 10,07 g / cm ³ .

Wraz ze wzrostem temperatury, specyficzne rezystancja elektryczna ta substancja. W normalnych warunkach (+17.5 ° C) wskaźnik ten wynosi 1,2 μOhm · m. Podczas topienia opór maleje. W temperaturze 269 ° C, gdy bizmut jest nadal w stanie stałym, wynosi on 2,67 μOhm · m. A gdy wzrośnie do 272 ° C, wskaźnik natychmiast spadnie do 1,27 oma-m.

Jeśli porównamy bizmut z innymi metalami, to dzięki swoim właściwościom rtęć będzie mu najbliższa. Obaj mają niskie przewodnictwo cieplne 7,87 W / (m · K) przy 300 K.

Właściwości magnetyczne

Oczywiście mówiąc o właściwościach bizmutu, należy zauważyć, że jest to najbardziej diamagnetyczny metal spośród wszystkich istniejących. Jego podatność magnetyczna wynosi 1,34 · 10 ^-9 w 293 K. I tę jakość, w obecności bizmutu, można zobaczyć gołym okiem. Jeśli powiesz metalową próbkę na sznurku i przyniesiesz do niej magnes, zauważalnie odejdzie od niej.

Najważniejsze związki

Warto również zwrócić uwagę. Związki o masie bizmutu. Ale najbardziej charakterystyczne dla niego są ci, którzy posiadają stan utleniania +3 i +5. Oto kilka przykładów:

• Bizmut tlenkowy (II) BiO. Wygląda jak szaro-czarne kryształy. Substancja jest utleniana w temperaturze 180 ° C, w warunkach wysokiej wilgotności. Reaguje z kwasem chlorowodorowym, może być redukowany tlenkiem węgla i wodorem.
• Bizmut tlenkowy (III) Bi ₂ O ₃ . Jest to żółty kryształ formy tetragonalnej lub jednoskośnej. Temperatura do 1750 ° C jest w stanie stałym. Jest mocno rozpuszczony w wodorotlenkach, amoniaku, acetonie i wodzie, ale dobrze działa w kwasach. Tlenek otrzymuje się z reguły przez ogrzewanie bizmutu w tlenie.
• Wodorotlenek bizmutu (III) Bi (OH) ₃ . Wygląda jak amorficzny biały proszek. Jest mocno rozpuszczony w wodzie i alkaliach o wysokim stężeniu, ale dobrze działa w chlorku amonu i glicerynie.
• Bizmut (III) Siarczek Bi ₂ S ₃ . Romboedryczne kryształy w kolorze szaro-czarnym. Mają wyraźne właściwości termoelektryczne. W pełni zhydrolizowany w wodzie, ale nie może być rozpuszczony w kwasach mineralnych, siarczkach i innych płynach. Możliwość redukcji za pomocą krzemu, węgla i wodoru.
• Bizmut tlenkowy (V) Bi ₂ O ₅ . Proszek ciemnobrązowy. Po podgrzaniu rozkłada się w alkaliach i kwasy się rozpuszczają. Jest ekstrahowany przez utlenianie bizmutu w alkalicznych roztworach o wysokim stężeniu.

Azotan bizmutu

Jest to związek nieorganiczny o wzorze Bi (NO ₃ ) ₃ . Jest to mieszanina kwasu azotowego i soli metalu bizmutu. Wyglądają jak bezbarwne kryształy, takie jak sól lub cukier. Można je rozpuścić w wodzie, w wyniku czego azotan bizmutu tworzy krystaliczny hydrat. Ale w zakwaszonych roztworach związek ten jest stabilny.

Co ciekawe, krystaliczny hydrat tej substancji może topić się w temperaturze 75 ° C i we własnej wodzie krystalizacyjnej.

Ma wiele właściwości chemicznych. Podstawowy azotan bizmutu rozpuszczony w wodzie po przegotowaniu jest całkowicie zhydrolizowany. Następuje solvoliza. Substancja wchodzi w interakcję z cieczą i rozkłada się, tworząc nowe związki. To samo stanie się, jeśli krystaliczny hydrat jest przechowywany w powietrzu.

Należy zauważyć, że azotan może reagować z zimnym stężonym kwasem chlorowodorowym, alkaliami, fluorkami i środkami utleniającymi (w rezultacie powstają bizmutany).

Stosowanie azotanu

Użyj go w kilku obszarach. W farmakologii podstawowy azotan bizmutu jest szeroko rozpowszechniony jako skuteczny preparat antyseptyczny. Jest stosowany w chorobach skóry, a także w chorobach przewodu pokarmowego.

Więcej azotanów wprowadza się do kompozycji kremów z piegów, środków wybielających na twarz, jasnych kolorów włosów i rozjaśniaczy.

Oprócz powyższego pigment dodaje się do hiszpańskiej i perłowej bieli.

Gdzie jest metal?

Dzisiaj korzystanie z bizmutu jest bardzo powszechne. Ten element jest używany w różnych dziedzinach.

Bizmut jest ceniony za swoją topliwość. Stosuje się go w produkcji automatycznych gaśnic - wytwarzają dla nich bezpieczniki.

Mimo to, modele do odlewania złożonych części są z niego wykonane, ponieważ bizmut ma ulepszone właściwości odlewania i może wypełnić najmniejsze szczegóły formy. Nalały fragmenty metalograficzne, używane w protezach. Oto kilka sposobów korzystania z niego:

• Bizmut dodaje się do cyny, aby nie rozpadał się na proszek w niskich temperaturach. Atomy tego metalu podobno "cementują" jego sieć.
• Magnesy trwałe wykonane są ze stopu manganu i bizmutu.
• Bizmut dodaje się w ilości 0,01% do innych stopów, co poprawia ich właściwości plastyczne.
• Trójtlenek tego metalu stosuje się do produkcji polimerów jako katalizatora.
• Za pomocą bizmutu-cezu-telluru powstaje wysokiej jakości materiał wykorzystywany do produkcji lodówek półprzewodnikowych.
• Biemutianianian (materiał scyntylacyjny) stosuje się w fizyce jądrowej, geologii i tomografii.
• Aby uzyskać polon-210, konieczne jest również dodanie tej substancji.

Lista może być kontynuowana. Metal jest używany jako substancja chemiczna obecne źródło Materiał do obróbki trwałych stopów, jest stosowany w energetyce jądrowej i do produkcji ogniw paliwowych do produkcji tetrafluorohydrogenów. Kule są wielostronne. To jeszcze raz potwierdza wyjątkowość omawianej substancji.

Sfera medycyny

Już wcześniej wspomniano, że bizmut, a raczej jego azotan, aktywnie dodaje się do niektórych preparatów leczniczych. Ale to nie koniec jego zastosowania w medycynie.

Sole bizmutu - jedna z niewielu substancji aktywnych, które mogą zniszczyć bakterie Helicobacter Pylori, wywołując wrzód trawienny. Został zainstalowany niedawno. Ale już teraz do wielu preparatów dodaje się bizmut. Dokładniej, jego cytrynian bizmutu, będący podnatrem, tri-potasem, dekstranem i ranitydyną.

Udowodniono również, że stosowanie leków zawierających tę substancję zmniejsza toksyczne działanie chemioterapii. Na bazie związków bizmutu (tribromofenolanu, cytrynianu, węglanu, winianu itp.) Opracowano wiele preparatów medycznych.

Przy okazji, tlenochlorek bizmutu aktywnie wykorzystuje się jako czynnik nieprzepuszczający promieniowania i jako wypełniacz do wytwarzania naczyń krwionośnych.