Висмут

Впервые висмут 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 косметических средств. Химическая индивидуальность висмута установлена в 1739 г. немецким химиком И. Г. Поттом. Этимологические исследования указывают в качестве языка происхождения немецкий – weiße Masse (белая масса).

Содержание висмута в земной коре 1,7·10^–5 % по массе. Основные минералы: самородный висмут, висмутин, бисмит, бисмутит, тетрадимит, козалит.

Конфигурация внешней электронной оболочки атома висмута 6s² 6p³ ; 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 Bi³⁺ 117 пм (координационное число 6). Энергия ионизации при последовательном переходе от Bi0 к Bi⁵⁺ : 703, 1610, 2466, 4372, 5400 кДж/моль.

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

При обычной температуре в сухом воздухе висмут устойчив; выше 600 °C окисляется до оксида Bi₂ O₃ . При нагревании реагирует с галогенами. При сплавлении с серой образует сульфид Bi₂ S₃ , с селеном и теллуром – соответственно селениды и теллуриды. Висмут не реагирует с H₂ , C, N₂ , Si. Жидкий висмут незначительно растворяет фосфор. С большинством металлов при сплавлении образует интерметаллические соединения – висмутиды, например Na₃ Bi, Mg₃ Bi. Растворяется только в окисляющих кислотах, например в HNO₃ с образованием Bi(NO₃ )₃ , в царской водке с образованием BiCl₃ . С концентрированной H₂ SO₄ при нагревании образует гидросульфат BiH(SO₄ )₂ . Соединения Bi(V) – сильные окислители.

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

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

Черновой висмут очищают хлорированием, иодированием, зонной плавкой; висмут технической чистоты – растворяя металл в азотной кислоте и подвергая затем получившийся при этом нитрат висмута гидролизу с образованием BiO(NO₃ ). На конечной стадии Bi(III) восстанавливают углеродом до металла.

Вследствие расширения объёма при переходе висмута из расплавленного состояния в твёрдое его сплавы с другими металлами используют при изготовлении литья сложного профиля. Легкоплавкие сплавы висмута (например, 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 прочего в противопожарной аппаратуре. Висмут – компонент припоев, баббитов и пр. Металлический висмут используется как полупроводниковый материал для термоэлектрических генераторов, расплавленный висмут – в качестве теплоносителя в ядерных реакторах. Сплавы висмута с марганцем – для производства мощных постоянных магнитов. Висмут входит в состав высокотемпературных сверхпроводников, например Bi₂ Sr₂ CaCu₂ O_8+δ и Bi₂ Sr₂ Ca₂ Cu₃ O_10+δ . Висмут и его соединения применяют в производстве лекарственных и косметических средств, красителей.