Висмут химический состав. Висмут

Висмут

ВИ́СМУТ -а; м. [лат. Bismuthum]

1. Химический элемент (Bi), хрупкий легкоплавкий металл серебристо-серого цвета с розовым отливом (применяется в металлургии, технике и химии).

2. Лекарственный препарат, содержащий соединения этого металла.

◁ Ви́смутовый, -ая, -ое. В-ые руды. В-ая мазь. В-ые белила.

(лат. Bismuthum), химический элемент V группы периодической системы. Серебристо-белый металл, хрупкий, легкоплавкий; плотность 9,80 г/см 3 , t пл 271,4°C. В сухом воздухе устойчив. Минералы - висмутин, бисмит и др.; добывают главным образом попутно со свинцом, медью. Компонент легкоплавких сплавов, присадка к легкообрабатываемым автоматным сталям и другим сплавам, к алюминию; расплавленный висмут - теплоноситель в ядерных реакторах. Соединения висмута - пигменты, флюсы в производстве керамики, стекла, вяжущие и антисептические средства в медицине.

ВИ́СМУТ (лат. Bismuthum), Bi (читается «висмут», до середины 20 века произносили «бисмут»), химический элемент VA группы периодической системы Менделеева, 6-го периода; атомный номер 83, атомная масса 208,9804. Серебристо-серый металл с розоватым оттенком. Введен в химическую номенклатуру в 1819 году шведским химиком Й. Берцелиусом (см. БЕРЦЕЛИУС Йенс Якоб) . Происхождение названия элемента однозначного объяснения не имеет.
Природный висмут состоит из одного нуклида (см. НУКЛИД) 209 Bi. Конфигурация внешнего электронного слоя 6s 2 p 3 . Висмут образует соединения в степенях окисления +3, +5, –3 (валентности III и V) и очень редко +1 и +2. Радиус нейтрального атома висмута 0,182 нм, радиус ионов Bi 3+ - 0,110-0,131 нм, Bi 5+ - 0,090 нм, Bi 3- - 0,213 нм. Энергии последовательной ионизации атома висмута 7,289, 16,74, 25,57, 45,3 и 56,0 эВ, сродство к электрону 0,7 эВ. По шкале Полинга электроотрицательность висмута 1,9.
В периодической системе висмут - последний стабильный (не радиоактивный) элемент. По некоторым данным, 209 Bi слабо радиоактивен, но его период полураспада столь велик (около 10 17 лет), что этот нуклид можно считать стабильным.
История открытия
Висмут известен с 15 века, но его долго принимали за разновидность олова, свинца или сурьмы. В 1529 немецкий ученый в области горного дела и металлургии Г. Агрикола (см. АГРИКОЛА Георг) дал первые сведения о металлическом висмуте, его добыче и переработке. Химическую индивидуальность висмута первым установил в 1739 И. Потт.
Нахождение в природе
Содержание висмута в земной коре очень мало и составляет всего 9·10 -7 % (71-е место среди всех элементов). В природе иногда встречается в свободном виде. Важнейшие минералы: висмутин (см. ВИСМУТИН) , или висмутовый блеск, Bi 2 S 3 (81,3% Bi), козалит Pb 2 Bi 2 S 5 (42% Bi), бисмит Bi 2 O 3 (89,7% Bi) и некоторые другие. Висмут - редкий рассеянный элемент (см. РАССЕЯННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ) , его собственные минералы очень редки.
Физические и химические свойства
При обычном давлении существует только одна ромбоэдрическая модификация висмута (параметры решетки с периодом а=0,4746 нм и углом =57,23 о). Температура плавления 271,4 °C (висмут - один из самых легкоплавких металлов), температура кипения 1564 °C, плотность 9,80 кг/дм 3 . При плавлении висмут уменьшается в объеме (как лед), т. е. твердый висмут легче жидкого. При высоких давлениях существуют другие модификации металлического висмута. Висмут хрупок, легко растирается в порошок. Висмут - самый сильный диамагнетик (см. ДИАМАГНЕТИК) среди металлов.
В сухом воздухе висмут не окисляется, во влажной атмосфере постепенно покрывается пленкой оксидов. При нагревании выше 1000 °С сгорает с образованием основного оксида Bi 2 O 3 .
При окислении хлором суспензии Bi 2 O 3 в среде водного раствора КОН при температуре около 100 °C образуется Bi 2 O 5 . Кроме того, известны оксиды висмута составов Bi 2 O, Bi 6 O 7 и Bi 8 O 11 .
При сплавлении висмута и серы образуется сульфид состава Bi 2 S 3 , обладающий полупроводниковыми и термоэлектрическими свойствами. При сплавлении висмута с селеном или теллуром образуются, соответственно, селенид или теллурид висмута.
Известны галогениды висмута состава BiX 3 , пентафторид BiF 5 , а также оксигалогениды составов BiOX (X = Cl, Br, I).
При действии кислот на сплав висмута с магнием образуется висмутин BiH 3 .
При взаимодействии висмута с металлами образуются висмутиды, например, висмутид натрия Na 3 Bi, висмутид магния Mg 3 Bi и др.
При понижении рН растворов солей висмута (III) (нитрата, перхлората и др.) в осадок выпадают различные гидроксосоли, например, Bi(OH) 2 NO 3 . Ранее считалось, что они содержат ион BiO + – (висмутил-ион), однако установлено, что такие гидроксосоли содержат октаэдрические катионы 6+ , 6+ и 6+ . Растворимые соли висмута ядовиты.
Получение
Источником висмута служат свинцовые, оловянные и другие руды, где он содержится как примесь. При промышленном получении висмута сначала из свинцовых и медных руд (содержание висмута в которых обычно составляет десятые и даже сотые доли процента) готовят концентрат. Концентраты перерабатывают гидрометаллургическим путем, иногда их подвергают металлотермической обработке (с использованием в качестве восстановителей кальция или магния). На заключительной стадии очистки висмута применяют экстракцию, различные химические и электрохимические методы. В России первые килограммы металлического висмута получил в 1918 К. А. Ненадкевич (см. НЕНАДКЕВИЧ Константин Автономович) , разработавший технологию его выплавки.
Применение
Основное применение висмута - его использование в качестве компонента легкоплавких сплавов. Висмут входит, например, в известный сплав Вуда (см. ВУДА СПЛАВ) , температура плавления которого ниже температуры кипения воды, во многие другие сплавы, используемые, например, при изготовлении легкоплавких предохранителей. Сплавы висмута и марганца характеризуются ферромагнитными свойствами и поэтому идут на изготовление мощных постоянных магнитов. Соединения висмута, особенно Bi 2 O 3 , применяют в стекловарении и керамике, в фармацевтической промышленности, в качестве катализаторов и др.

Энциклопедический словарь . 2009 .

Смотреть что такое "висмут" в других словарях:

- (нем.). Металл, отличающийся своей хрупкостью и легкоплавкостью, красновато белого цвета; употребляется для сплавления металлов и приготовления белил, а также в медицине. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н.,… … Словарь иностранных слов русского языка

- (символ Bi), серебристо белый металл, элемент пятой группы периодической таблицы, впервые выделенный как отдельный элемент в 1753 г. Основными рудами для его получения являются бисмит (Вi2О3) и висмутовый блеск (Bi2S3). Висмут плохо проводит… … Научно-технический энциклопедический словарь

- (Bismuthum), Bi, химический элемент V группы периодической системы, атомный номер 83, атомная масса 208,9804; металл, tпл 271,4 шC. Висмут компонент легкоплавких сплавов, припоев, баббитов и др., присадка к алюминию, сталям и другим сплавам. Из… … Современная энциклопедия

Bi (лат. bismuthum * a. bismuth; н. Wismut; ф. bismuth; и. bismuto), хим. элемент V группы периодич. системы Mенделеева, ат. н. 83, ат. м. 208,980. Природный B. состоит из одного стабильного изотопа 209Bi; из радиоактивных… … Геологическая энциклопедия

ВИСМУТ - (правильнее бисмут), Bismu tum, хим. обозначение Bi, ат. в. 209; в период, системе занимает по порядку 83 е место, 9 е в V группе; белый, слегка красноватый металл с выраженным кристадличе Рие. 2. ским строением, хрупкий; на воздухе и в воде не… … Большая медицинская энциклопедия

- (лат. Wismuthum) Bi, химический элемент V группы периодической системы, атомный номер 83, атомная масса 208,9804. Серебристо белый металл, хрупкий, легкоплавкий; плотность 9,80 г/см³, tпл 271,4 .С. В сухом воздухе устойчив. Минералы висмутин … Большой Энциклопедический словарь

ВИСМУТ, висмута, муж. (иностр.). Хрупкий металл белого цвета с красноватым отливом (хим.). || Порошок или жидкость из соединений этого металла, применяемые в медицине как лечебные средства (апт.). Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова

ВИСМУТ, а, муж. Химический элемент хрупкий легкоплавкий серебристо белый металл. | прил. висмутовый, ая, ое. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова

Муж. один из металлов, невстречаемых в чистом виде и в деле, а только в окисях и солях; легкоплавкий, белый, с красноватым отливом. Висмутовый, к нему относящийся, содержащий его. Висмутовые или шпанские белила. Толковый словарь Даля. В.И. Даль.… … Толковый словарь Даля

Металл красновато белого цвета; уд. вес 9,80; темп pa плавления 269°; отличается большой хрупкостью. В соединении с оловом, свинцом и кадмием В. образует сплавы, применяемые в качестве легких припоев и для изготовления легкоплавких… … Технический железнодорожный словарь

Сущ., кол во синонимов: 4 зельбит (1) минерал (5627) полуметалл (4) … Словарь синонимов

ВИСМУТ, Bi (лат. bismuthum * а. bismuth; н. Wismut; ф. bismuth; и. bismuto), — химический элемент V группы периодической системы Менделеева, атомный номер 83, атомная масса 208,980.

Получение и применение висмута

В зависимости от состава примесей в черновом висмуте, извлечённом из концентратов, чистый висмут получают различными методами: окислительное рафинирование под щелочными флюсами, зейгерование, сплавление с серой и др. Товарный висмут содержит почти 100% основного металла. Висмут высокой чистоты получают зонной перекристаллизацией в атмосфере инертного газа.

Висмут применяется в металлургии (получение легкоплавких сплавов со свинцом, оловом, ; при изготовлении форм для точного литья, штампов, разметочных, монтажных и контрольных приспособлений; для улучшения обрабатываемости сплавов , чугуна и стали при производстве авиа- и автодвигателей). Значительное количество висмута потребляется фармацевтической промышленностью (висмут и его препараты — обеззараживающее и подсушивающее средство). В химической промышленности висмут — катализатор при производстве синтетических волокон. Висмут применяется также в атомной энергетике (висмут — жидкий теплоноситель и охлаждающий агент), электронике (полупроводники на основе висмута), стекольной (соединения висмута увеличивают коэффициент преломления) и керамической (легкоплавкие эмали) промышленности.

Происхождение названия

Происхождение названия минерала спорное. Может быть, от арабского «би исмид» - «обладатель свойств сурьмы» (Вернадский).

Английское название минерала Висмут - Bismuth

Химический состав

Обычно в самородном висмуте при­сутствуют лишь следы железа, серы, мышьяка и сурьмы.

Кристаллографическая характеристика

Сингония висмута самородного - Тригональная.

Класс. Дитригонально-скаленоэдрический

Кристаллическая структура

Структура типа мышьяка, расстояния Bi - Bi 3,10 и 3,47 А.

Форма нахождения в природе

Облик кристаллов . Кристаллы минерала висмут очень редки; ромбоэдрические, псевдокубические. Кубические. Дендриты (скелетные кристаллы).

Двойники по (1012), часто полисинтетические; могут возникать при воздействии давления.

Агрегаты. В виде отдельных зерен, иногда в крупных выделениях (листоватых, зернистых), перистых дендритах. В кристаллах крайне редок.
В некоторых месторождениях вес сплошных выделений самородного висмута достигает 22 кг.

Физические свойства

Оптические

• Цвет. Красноватый, серебряно-белый, обычно с пест­рой, зеленой или красной побежалостью. В свежем изломе серебристо-белый с желтоватым оттенком, с течением времени появляется красноватая побежалость.
• Черта светло-серая, серебряно-белая, блестящая.
• Блеск металлический.
• Отлив - побежалость
• Прозрачность. Непрозрачен.

Механические

• Твердость 2-2,5; легко режется.
• Хрупок, но при осторожной обработке молотком иногда расплющивается. На плоскостях (0001) дает фигуры удара с расположением лучей под углом 60°
• Плотность 9,78-9,83.
• Спайность по (0001) совершенная, по (2021) хорошая; отдельность по (1012).
• Излом. зернистый.

Химические свойства

Легко растворяется в HNO 3 после разбавления выпадает белый осадок; в HCl растворяется труднее. Травится HNO 3 (медленно вскипает и буреет), HCl (медленно буреет), FeCl 3 (буреет, иризирует, выявляется структура), HgCl 2 (буреет).

Прочие свойства

Диамагнитен. Плавится при 271,3°. Минерал шершавый на ощупь.

Искусственное получение минерала

Получается путем электролиза из растворов (обычно несовершенные кристаллы) и из расплавов (наилучшие кристаллы).

Диагностические признаки

Сходные минералы. Никелин.

Узнается по слабому желтовато-красноватому оттенку побежалости, сильному металлическому блеску, совершенной спайности, низкой твердости и относительно высокой плотности.
В полированных шлифах в отраженном свете похож на самородное серебро , сурьму, медь , золото , дискразит , альгодонит, мелонит. От указанных минералов отличается меньшей твердостью. Медь, в отличие от самородного висмута, обладает характерным ярким розовым цветом. Решающими признаками, отличающими самородный висмут от серебра, золота и др., являются: принадлежность к 1-й группе по относительному рельефу в шлифе, отчетливая анизотропность, спайность, двойниковое строение, быстрое потемнение на воздухе (отсутствие пестрой побежалости, характерной для серебра).

Сопутствующие минералы. Висмутовый блеск, арсенопирит , вольфрамит , топаз и др.

Происхождение и нахождение

Относительно редкий минерал. Обычно наблюдается в небольших количествах. Отлагается из гидротермальных растворов; встречается в пегматитах, скарновых месторождениях, гидротермальных жилах, иногда в россыпях.

Изменение минерала

Продукты окисления - бисмит и бисмутит, реже - бисмоклит.

Месторождения

В пегматитах очень редко образует крупные скопления, ассоциируется с кварцем , полевыми шпатами , турмалином , бериллом , флюоритом , топазом, мусковитом , лепидолитом и другими минералами пегматитовых жил (Изумрудные копи в Свердловской обл., северная часть Карелии, Шерлова гора и Адун-Чилон в Читинской обл.; Южная Африка; Мадагаскар; Квинсленд в Австралии и др).
Наблюдается в вольфрамовых, молибденовых, олово-мышьяковых и свинцово-цинковых рудах, приуроченных к скарнам (Лянгарское шеелито-молибденовое месторождение в Узбекистане и месторождения Зеравшано-Гиссарской горной области в Таджикистана).
В высокотемпературных оловорудных, вольфрамовых и молибденовых жильных месторождениях самородный висмут наблюдается вместе с касситеритом , вольфрамитом, молибденитом , висмутином , халькопиритом и другими минералами (Акчатау, Кара-Оба и Акмая в Казахстане; Шерлова гора, Белуха, Харанор, Сохондо, Онон в Читинской обл.; вольфрамо-молибденовые месторождения Хингано-Буреинского р-на Амурской обл.; оловорудные месторождения Калбинского хребта в Казахстане; Корнуэлл в Англии; Альтенберг в Германии и др.).
В среднетемпературных месторождениях самородный висмут наблюдается вместе с мышьяково-кобальтовыми и никелевыми, а также с серебряными и урановыми минералами (Яхимов в Чехии; Шнееберг, Аннаберг, Иоганнгеоргенштадт в Германии; Большое Медвежье озеро и Кобальт в Канаде; Акбулак в Казахстане; ряд месторождений в США, Боливии и других странах).
Изредка самородный висмут обнаруживается в зоне окисления сульфидных месторождений, возможно, как новообразование.
В некоторых россыпях встречаются гальки самородного висмута, нередко с корками гипергенных продуктов его изменения (в России - в Западной Сибири, Забайкалье, а также в Боливии, Тасмании и др.). Наиболее крупные самородки (до 22 кг) обнаружены в россыпях Тасмании.

Многочисленные рудные жилы запад­ных Рудных гор: Шнеберг, Аннаберг, Яхимов и др.; в существенных количествах вместе с висмутином встре­чается в Боливии, Австралии и в других местах.

Практическое применение

Промышленные скопления образует очень редко, обычно добывается попутно с другими висмутовыми минералами. Важная руда висмута.

Висмут относится к тяжелым металлам, наряду со свинцом, сурьмой, ртутью. Но в силу особенностей химических свойств не обладает ярко выраженным токсическим действием по сравнению с вышеперечисленными металлами. Соединения висмута использовались уже в средневековой медицине для лечения сифилиса, стоматита и других заболеваний.

В современной медицине существует огромное количество медицинских препаратов на основе соединений висмута. Противоязвенные свойства его соединений используются в терапии гастритов и язвы желудка, диареи. Мази на основе висмутовых соединений применяются для лечения дерматитов, эрозий, язв, воспалительных заболеваний кожи и слизистых оболочек. Широкое применение соединений висмута основано на противоязвенном, противовоспалительном, дезинфицирующем, вяжущем, ранозаживляющем свойстве этого металла.

Однако передозировка висмута опасна для здоровья и жизни человека.

Причины отравления висмутом

Избыточное поступление тяжелого металла встречается при бесконтрольном и длительном применении висмутсодержащих медицинских препаратов. При этом отмечается «висмутовая кайма», представляющая собой воспалительный процесс по краям десны вследствие отложения солей висмута. Цвет слизистой оболочки изменяется, она чернеет. Интенсивное использование соединений висмута в медицинских целях у больных с патологией почек приводит к висмутовой энцефалопатии.

В производстве висмут широко используется в электротехнике, ядерной промышленности, без него не обходится химическая, металлургическая и фармакологическая отрасли. Применяется висмут для производства косметических средств, красок, пигментов. На производстве случаи отравления соединениями металла крайне редки и являются следствием несоблюдения требований безопасности на производстве.

Механизм и симптомы отравления висмутом

При попадании большого количества металла в организм он захватывается лейкоцитами и разносится по всем тканям и органам. Депонируется металл во внутренних органах: печени, почках, селезенке, нервной ткани. Выделение висмута из организма происходит через желудочно-кишечный тракт. При этом испражнения окрашиваются в темный цвет за счет сульфида висмута.

Чаще всего встречается хроническое отравление соединениями висмута, характеризующееся следующими патологическими проявлениями:

• Общие признаки: ухудшение памяти и внимания, потеря аппетита, бессилие, снижение иммунитета.
• Проявления неврологического характера: бессонница, раздражительности, нервозность, изменение чувствительности участков тела, тремор мышц, спазмы, судороги.
• Со стороны сердечно-сосудистой системы: аритмия, изменение артериального давления.
• Изменения в органах пищеварения: тошнота, рвота, стоматит, болевой синдром, понос, токсический гепатит.
• Кожные проявления: дерматит, пигментация слизистой оболочки ротовой полости, образование «висмутовой каймы».
• Со стороны выделительной системы: почечная недостаточность, альбуминурия.

Длительный прием висмутсодержащих препаратов у пациентов с больными почками быстро приводит к висмутовой энцефалопатии. Патология сопровождается головными болями, быстрой утомляемостью, немотивированной агрессией, снижением интеллекта, астенией, развитием психозов. Патология может сопровождаться спутанностью сознания, потерей равновесия, зрительными галлюцинациями.

При остром отравлении препаратами висмута развивается острая почечная недостаточность, неврологические нарушения, олигурия, анурия, острые боли в животе, рвота, диарея.

Диагностика и лечение

Диагностика отравления основана на анамнезе (прием медицинских препаратов висмута, работа на производстве с висмутсодержащими соединениями), рентгенографии кишечника, анализе крови на содержание яда и т.д.

Оказание первой помощи заключается в немедленном прекращении поступления соединений висмута в организм. При остром отравлении промывают желудок. Больному можно дать 2 таблетки активированного угля.

Лечение заключается в проведении хелатирующей терапии. При необходимости проводят промывание желудка, назначают слабительные препараты. При развитии почечной недостаточности проводят гемодиализ.

Специфический антидотов для висмута нет, однако неплохой эффект оказывает димеркаптол и унитиол. Применяют энтеросорбенты. При развитии стоматита назначают 1%-ный раствор ляписа.

Профилактика отравления соединениями висмута сводится в первую очередь к строгой дозировке медицинских препаратов и приему их под контролем лечащего врача. Недопустим бесконтрольный прием висмутсодержащих препаратов. На производстве лучшей профилактикой отравлений тяжелыми металлами является строгое соблюдение требований охраны труда и техники безопасности при работе с ядовитыми веществами.

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.