ВИ́СМУТ

ВИ́СМУТ (лат. Bismuthum), Bi, хи­мич. эле­мент V груп­пы ко­рот­кой фор­мы (15-й груп­пы длин­ной фор­мы) пе­рио­дич. сис­те­мы; ат. н. 83, ат. м. 208,98038. В при­ро­де один ста­биль­ный изо­топ ²⁰⁹Bi и ко­рот­ко­жи­ву­щие ра­дио­ак­тив­ные изо­то­пы с мас­со­вы­ми чис­ла­ми 210–215 (чле­ны при­род­ных ра­дио­ак­тив­ных ря­дов); ис­кус­ст­вен­но по­лу­че­ны ра­дио­ак­тив­ные изо­то­пы с мас­со­вы­ми чис­ла­ми 185–216.

Историческая справка

Впер­вые В. опи­сан в ру­ко­пи­сях ал­хи­ми­ков 15 в., но дол­гое вре­мя счи­тал­ся раз­но­вид­но­стью оло­ва, свин­ца или сурь­мы. В 16–17 вв. ис­поль­зо­вал­ся как ком­по­нент спла­вов, со­ли при­ме­ня­лись в ме­ди­ци­не и для из­го­тов­ле­ния кос­ме­тич. сред­ств. Хи­мич. ин­ди­ви­ду­аль­ность В. ус­та­нов­ле­на в 1739 нем. хи­ми­ком И. Пот­том. Про­ис­хо­ж­де­ние назв. «В.» не ус­та­нов­ле­но.

Распространённость в природе

Со­дер­жа­ние В. в зем­ной ко­ре 1,7·10^–5% по мас­се. Осн. ми­не­ра­лы: вис­мут са­мо­род­ный, вис­му­тин, бис­мит, бис­му­тит, тет­ра­ди­мит, ко­за­лит (см. Вис­му­то­вые ру­ды).

Свойства

Кон­фи­гу­ра­ция внеш­ней элек­трон­ной обо­лоч­ки ато­ма В. 6s²6p³; в со­еди­не­ни­ях про­яв­ля­ет сте­пе­ни окис­ле­ния +3 (наи­бо­лее ти­пич­на), +5, –3, очень ред­ко +1 и +2. Элек­тро­от­ри­ца­тель­ность по По­лин­гу 2,02; атом­ный ра­ди­ус 182 пм, ра­ди­ус ио­на $\ce{Bi^3+}$ 117 пм (ко­ор­ди­на­ци­он­ное чис­ло 6). Энер­гия ио­ни­за­ции при по­сле­до­ват. пе­ре­хо­де от $\ce{Bi0}$ к $\ce{Bi^5+}$: 703, 1610, 2466, 4372, 5400 кДж/моль.

В. – се­реб­ри­сто-се­рый ме­талл с ро­зова­тым от­тен­ком, хруп­кий. Мо­жет су­щест­во­вать в не­сколь­ких кри­стал­лич. мо­ди­фи­ка­ци­ях, из ко­то­рых при ат­мо­сфер­ном дав­ле­нии ус­той­чи­ва ром­бо­эд­ри­че­ская. В. – один из са­мых лег­ко­плав­ких ме­тал­лов, $t$_пл 271,4 °C, $t$_кип 1564 °C; при 293 К плот­ность 9780 кг/м³, удель­ное элек­трич. со­про­тив­ле­ние 130·10^–8  Ом·м, те­п­ло­про­вод­ность 8,41 Вт/(м·К). В. диа­маг­ни­тен, удель­ная маг­нит­ная вос­при­им­чи­вость –1,684·10^–8 м³/кг.

При обыч­ной темп-ре в су­хом воз­ду­хе В. ус­той­чив; вы­ше 600 °C окис­ля­ет­ся до ок­си­да $\ce{Bi_2O_3}$. При на­гре­ва­нии реа­ги­ру­ет с га­ло­ге­на­ми. При сплав­ле­нии с се­рой об­ра­зу­ет суль­фид $\ce{Bi_2S_3}$, с се­ле­ном и тел­лу­ром – со­от­вет­ст­вен­но се­ле­ни­ды и тел­лу­ри­ды. В. не реа­ги­ру­ет с $\ce{H_2,\: C,\: N_2,\: Si}$. Жид­кий В. не­зна­чи­тель­но рас­тво­ря­ет фос­фор. С боль­шин­ст­вом ме­тал­лов при сплав­ле­нии об­ра­зу­ет ин­тер­ме­тал­лич. со­еди­не­ния – вис­му­ти­ды, напр. $\ce{Na_3Bi,\: Mg_3Bi}$. Рас­тво­ря­ет­ся толь­ко в окис­ляю­щих ки­сло­тах, напр. в $\ce{HNO_3}$ с об­ра­зо­ва­ни­ем $\ce{Bi(NO_3)_3}$, в цар­ской вод­ке с об­ра­зо­ва­ни­ем $\ce{BiCl_3}$. С кон­цен­т­ри­ров. $\ce{H_2SO_4}$ при на­гре­ва­нии об­ра­зу­ет гид­ро­суль­фат $\ce{BiH(SO_4)_2}$. Со­еди­не­ния $\ce{Bi(V)}$ – силь­ные окис­ли­те­ли.

Боль­шин­ст­во со­еди­не­ний В. не­ток­сич­ны, по­сколь­ку при по­па­да­нии в пи­ще­ва­рит. тракт под­вер­га­ют­ся гид­ро­ли­зу с об­ра­зо­ва­ни­ем ма­ло­рас­тво­ри­мых про­дук­тов, ко­то­рые не вса­сы­ва­ют­ся че­рез стен­ки же­лу­доч­но-ки­шеч­но­го трак­та. На этом ос­но­ва­но при­ме­не­ние ле­кар­ст­вен­ных пре­па­ра­тов В., напр. ос­нов­но­го нит­ра­та В. – смесь $\ce{BiOOH, Bi(OH)2NO3 \:и \:BiONO3}$. По­сколь­ку В. лег­ко об­ра­зу­ет со­еди­не­ния с ами­на­ми, по­па­да­ние рас­тво­ри­мых со­еди­не­ний В. в ор­га­низм при­во­дит к уг­не­те­нию фер­мен­тов ами­но- и кар­бок­си­пеп­ти­даз.

Получение

Обыч­но В. про­из­во­дят из свин­цо­вых и др. по­ли­ме­тал­лич. руд; со­дер­жа­ние В. в ру­дах со­став­ля­ет де­ся­тые или со­тые до­ли про­цен­та. При пе­ре­ра­бот­ке руд В. по­па­да­ет в свин­цо­вые и мед­ные кон­цен­тра­ты, из ко­то­рых по­лу­ча­ют осн. часть до­бы­вае­мо­го В. При по­лу­че­нии В. как по­боч­но­го про­дук­та пе­ре­ра­бот­ки свин­цо­вых руд в рас­плав свин­ца вво­дят $\ce{Mg}$ и $\ce{Ca}$ (ино­гда $\ce{K}$), при этом В. пе­ре­хо­дит в по­верх­но­ст­ные слои в ви­де вис­му­ти­дов ак­тив­ных ме­тал­лов. Вис­му­ти­ды сплав­ля­ют с $\ce{NaOH}$; об­ра­зую­щий­ся при этом сплав под­вер­га­ют элек­тро­ли­зу во фто­ро­си­ли­кат­ной ван­не с по­лу­че­ни­ем шла­мов, ко­то­рые да­лее пе­ре­плав­ля­ют на чер­но­вой В. Соб­ст­вен­но вис­му­то­вые кон­цен­тра­ты по­лу­ча­ют обо­га­ще­ни­ем вис­му­то­вых руд фло­та­ци­ей и др. спо­со­ба­ми. Пе­ре­ра­ба­ты­ва­ют кон­цен­тра­ты ли­бо пу­тём вос­ста­но­ви­тель­ной плав­ки (со­до­вой или ще­лоч­ной), ли­бо оса­ди­тель­ной плав­кой с до­бав­ле­ни­ем ме­тал­лич. же­ле­за.

Чер­но­вой В. очи­ща­ют хло­ри­ро­ва­ни­ем, ио­ди­ро­ва­ни­ем, зон­ной плав­кой; В. тех­нич. чис­то­ты – рас­тво­ряя ме­талл в азот­ной ки­сло­те и под­вер­гая за­тем по­лу­чив­ший­ся при этом нит­рат В. гид­ро­ли­зу с об­ра­зо­ва­ни­ем $\ce{BiO(NO_3)}$. На ко­неч­ной ста­дии $\ce{Bi(III)}$ вос­ста­нав­ли­ва­ют уг­ле­ро­дом до ме­тал­ла.

Объ­ём ми­ро­во­го про­изводства около 3 тыс. т/год.

Применение

Вслед­ст­вие рас­ши­ре­ния объ­ё­ма при пе­ре­хо­де В. из рас­плав­лен­но­го со­стоя­ния в твёр­дое его спла­вы с др. ме­тал­ла­ми ис­поль­зу­ют при из­го­тов­ле­нии ли­тья слож­но­го про­фи­ля. Лег­ко­плав­кие спла­вы В. (напр., сплав Ву­да с $t$_пл 68 °C, сплав Ро­зе с $t$_пл 94 °C) при­ме­ня­ют при из­го­тов­ле­нии мат­риц и форм для ли­тья пла­ст­масс, лег­ко­плав­ких про­бок, пре­до­хра­ни­те­лей и пр. в про­ти­во­по­жар­ной ап­па­ра­ту­ре. В. – ком­по­нент при­по­ев, баб­би­тов и пр. Ме­тал­лич. В. ис­поль­зу­ет­ся как по­лу­про­вод­ни­ко­вый ма­те­ри­ал для тер­мо­элек­трич. ге­не­ра­то­ров, рас­плав­лен­ный В. – в ка­че­ст­ве те­п­ло­но­си­те­ля в ядер­ных ре­ак­то­рах. Спла­вы В. с мар­ган­цем – для про­из-ва мощ­ных по­сто­ян­ных маг­ни­тов. В. вхо­дит в со­став вы­со­ко­тем­пе­ра­тур­ных сверх­про­вод­ни­ков, например $\ce{Bi_2Sr_2CaCu_2O_{8+δ}}$ и $\ce{Bi_2Sr_2Ca_2Cu_3O_{10+δ}}$. В. и его со­еди­не­ния при­ме­ня­ют в про­из­вод­ст­ве ле­кар­ст­вен­ных и кос­ме­тич. средств.