Vismutti

Vismutti on kemiallinen alkuaine , jonka atominumero on 83 [3] . Kuuluu kemiallisten alkuaineiden jaksollisen taulukon 15. ryhmään (jaksollisen järjestelmän vanhentuneen lyhyen muodon mukaan se kuuluu V-ryhmän pääalaryhmään tai VA-ryhmään), on taulukon kuudennessa jaksossa. . Alkuaineen atomimassa on 208.98040(1) a. e. m. [1] Merkitään symbolilla Bi ( latinasta Bismuthum ). Yksinkertainen aine vismutti on normaaleissa olosuhteissa kiiltävää hopeanhohtoista metallia , jossa on vaaleanpunainen sävy . Ilmakehän paineessa se esiintyy romboedrisenä kiteisenä muunnelmana [2] .

Luonnollista vismuttia, jota edustaa yksi isotooppi 209 Bi, on pitkään pidetty vakaana (ei radioaktiivisena) alkuaineena, mutta vuonna 2003 sen erittäin hidas alfahajoaminen löydettiin kokeellisesti . Tähän asti vismutti-209:ää pidettiin raskaimpana tällä hetkellä olemassa olevista stabiileista isotoopeista. Vismutin ( 209 Bi) puoliintumisaika on (1,9 ± 0,2)⋅10 19 vuotta , mikä on yhdeksän suuruusluokkaa suurempi kuin maailmankaikkeuden ikä .

Nimen historia ja alkuperä

Oletettavasti latinalainen Bismuthum tai bisemutum tulee saksalaisesta sanasta weisse Masse , "valkoinen massa" [4] .

Keskiajalla alkemistit käyttivät vismuttia usein kokeiden aikana. Malmia louhivat kaivostyöläiset kutsuivat sitä tectum argentiksi, joka tarkoittaa "hopeakattoa", kun taas he uskoivat, että vismutti oli puoliksi hopeaa.

Vismuttia ei käytetty vain Euroopassa. Inkat käyttivät vismuttia teräaseiden valmistuksessa, koska se on miekka erottuivat niiden erityisestä kauneudesta, ja niiden loisto johtui irisoivasta hapettumisesta, joka johtui ohuen vismuttioksidikalvon muodostumisesta metallin pinnalle .

Vismuttia ei kuitenkaan määritetty itsenäiseksi alkuaineeksi, ja sen uskottiin olevan erilaisia lyijyä , antimonia tai tinaa . Vismutti mainittiin ensimmäisen kerran vuonna 1546 saksalaisen mineralogin ja metallurgin Georgius Agricolan kirjoituksissa . Vuonna 1739 saksalainen kemisti I. G. Pott havaitsi, että vismutti on edelleen erillinen kemiallinen alkuaine. 80 vuoden kuluttua ruotsalainen kemisti Berzelius otti ensimmäisen kerran alkuaineen Bi symbolin kemialliseen nimikkeistöön [5] .

Luonnossa oleminen

Vismuttipitoisuus maankuoressa on 2⋅10 -5 massaprosenttia, merivedessä - 2⋅10 -5 mg/l [2] .

Sitä esiintyy malmeissa sekä omien mineraalien muodossa että joidenkin muiden metallien sulfidien ja sulfosuolojen seoksena. Maailmankäytännössä noin 90 % kaikesta louhitusta vismutista uutetaan matkan varrella metallurgisen käsittelyn aikana lyijy-sinkki-, kupari-, tinamalmeja ja rikasteita, jotka sisältävät sadasosia ja joskus kymmenesosia vismuttia.

Vismuttimalmit, jotka sisältävät 1 % tai enemmän vismuttia, ovat harvinaisia. Tällaisiin malmeihin kuuluvat vismuttimineraalit, kuten myös muiden metallien malmit, ovat natiivi vismutti (sisältää 98,5–99 % Bi), vismutti Bi 2 S 3 (81,30 % Bi), tetradymiitti Bi 2 Te 2 S (56 3– ) 59,3 % Bi), kosaliitti Pb 2 Bi 2 S 5 (42 % Bi), vismutti Bi 2 O 3 (89,7 % Bi), vismutiitti Bi 2 CO 3 (OH) 4 (88,5–91,5 % Bi), wittikheniitti Cu 3 BiS 3 , galenobismutiitti PbBi2S4 , aikiniitti CuPbBiS3 . _ _ _ _

Geneettiset ryhmät ja teolliset esiintymät

Vismutti kerääntyy korkeina pitoisuuksina erilaisten geneettisten tyyppien kerrostumiin: pegmatiitteihin , kosketusmetasomaattisiin sekä korkean ja keskilämpötilan hydrotermisiin kerrostumiin. Varsinaisilla vismuttiesiintymillä on rajoitettu levinneisyys, ja tavallisesti tämä metalli muodostaa monimutkaisia malmeja muiden metallien kanssa useissa hydrotermisissä malmimuodostelmissa [6] . Niiden joukossa ovat seuraavat:

Volframi - kupari - vismutti
Viiden alkuaineen muodostumat (Co-Ni-Bi-Ag-U)
Kulta -vismutti
Arseeni -vismutti
Kupari-vismutti
Kvartsi -vismutti

Vismutin maailmantuotanto ja kulutus

Vismutti on melko harvinainen metalli , ja sen maailmanlaajuinen tuotanto/kulutus ylittää tuskin 6 000 tonnia vuodessa (5 800 - 6 400 tonnia vuodessa).

Talletukset

Vismuttiesiintymiä tunnetaan Saksassa , Mongoliassa , Boliviassa , Australiassa ( Tasmanian saarella ), Perussa , Venäjällä ja myös muissa maissa [7] .

Haetaan

Vismutin tuotanto perustuu polymetallisten kupari- ja lyijyrikasteiden ja vismuttimalmien käsittelyyn pyrometallurgialla ja hydrometallurgialla . Vismutin saamiseksi vismuttisulfidiyhdisteistä, jotka on saatu prosessoimalla kuparirikasteita, käytetään saostussulatusta rautaromun ja sulatteen kanssa.

Prosessi etenee reaktion mukaan:

{\mathsf {Bi_{2}S_{3}+3Fe\rightarrow 2Bi+3FeS))

Käytettäessä hapetettuja malmeja vismutti pelkistetään hiilellä sulavan virtausaineen kerroksen alla lämpötilassa 900–1000 °C:

{\mathsf {Bi_{2}O_{3}+3C\rightarrow 2Bi+3CO))

Sulfidimalmit voidaan muuttaa oksidimalmeiksi reaktiolla:

{\mathsf {2Bi_{2}S_{3}+9O_{2}\rightarrow 2Bi_{2}O_{3}+6SO_{2))}

Hiilen sijasta voidaan käyttää natriumsulfiittia , joka pelkistää vismuttioksidin 800 °C:n lämpötilassa reaktion mukaan:

{\mathsf {Bi_{2}O_{3}+3Na_{2}SO_{3}\rightarrow 2Bi+3Na_{2}SO_{4))}

Vismuttisulfidi voidaan pelkistää vismutiksi soodalla noin 950°C:ssa tai natriumhydroksidilla 500-600°C:ssa. Näiden prosessien reaktioilla on seuraava muoto:

{\mathsf {4Bi_{2}S_{3}+12Na_{2}CO_{3}\rightarrow 8Bi+9Na_{2}S+3Na_{2}SO_{4}+12CO_{2))}

{\mathsf {4Bi_{2}S_{3}+24NaOH\rightarrow 8Bi+9Na_{2}S+3Na_{2}SO_{4}+12H_{2}O))

Vismutin saaminen raakalyijystä, joka muodostuu lyijyrikasteiden käsittelyn aikana, koostuu vismutin erottamisesta magnesiumin tai kalsiumin avulla. Tässä tapauksessa vismutti kerääntyy ylempiin kerroksiin CaMg2Bi2 - yhdisteen muodossa . Lisäpuhdistus Ca:sta ja Mg:stä tapahtuu uudelleensulatuksen aikana alkalikerroksen alla lisäämällä hapettavaa ainetta ( NaNO 3 ). Tuloksena oleva tuote elektrolyysi suoritetaan lietteen saamiseksi, joka sulatetaan raakavismutiksi [2] .

Vismutin valmistuksen hydrometallurgiselle menetelmälle on tunnusomaista korkeammat taloudelliset indikaattorit ja huonojen polymetallirikasteiden käsittelyssä saadun tuotteen puhtaus. Menetelmä perustuu vismuttipitoisten malmien, välituotteiden, metalliseosten liuottamiseen typpi- ja kloorivetyhapolla ja syntyneiden liuosten liuottamiseen. Liuotus suoritetaan rikkihapolla tai sähkökemiallisella liuotuksella natriumkloridiliuoksilla. Vismutin lisäuutto ja puhdistus suoritetaan uuttomenetelmillä [8] .

Erittäin puhtaan vismutin saaminen perustuu hydrometallurgiseen jalostukseen, vyöhykesulatukseen ja kaksivaiheiseen tislaukseen.

Fysikaaliset ominaisuudet

Vismutti on hopeanvalkoinen metalli, jossa on vaaleanpunainen sävy. Vismutista tunnetaan kahdeksan kristallografista modifikaatiota, joista seitsemän saatiin korkeassa paineessa. Normaaleissa olosuhteissa vismutti I on stabiili - trigonaalijärjestelmän kiteitä, avaruusryhmä R3 m , soluparametrit a = 0,4746 nm , α = 57,23 ° , Z = 2 . Paineessa 2,57 GPa ja lämpötilassa +25 °C vismuttikidehilassa tapahtuu polymorfinen muutos romboedrisestä monokliiniseksi hilaparametreilla a = 0,6674 nm , b = 0,6117 nm , c = 0,331,10 , β = 0,331,10 ° , avaruusryhmä C 2 m , Z = 4 (muunnos vismutti II). Paineilla 2,72 GPa , 4,31 GPa ja noin 5 GPa tapahtuu myös vismuttikidehilan polymorfisia muutoksia. Paineessa 7,74 GPa vismutilla on kuutiohila, avaruusryhmä Im 3 m , jonka hilaparametri a = 0,3800 nm , Z = 2 (muunnos vismutti VI). Painealueella 2,3–5,2 GPa ja lämpötiloissa 500–580 °C vismutilla on tetragonaalinen hila parametrien a = 0,657 nm , c = 0,568 nm , Z = 8 (muunnos vismutti VII). 30 GPa : n paineessa havaittiin myös polymorfinen muutos [2] .

Vismutin siirtymiseen kiinteästä tilasta nestemäiseen tilaan liittyy tiheyden kasvu 9,8 g/cm3 : sta 10,07 g/cm3 : een , joka pienenee vähitellen lämpötilan noustessa ja 900 °C:ssa on 9,2 g/ cm3 . Vismutin käänteiseen siirtymiseen nesteestä kiinteään tilaan liittyy tilavuuden kasvu 3,3 %. Tiheyden kasvua sulamisen aikana havaitaan vain muutamissa aineissa; toinen hyvin tunnettu esimerkki aineesta, jolla on tämä ominaisuus, on vesi.

Vismutin sähköinen ominaisvastus on 1,2 μΩ m +17,5 °C:ssa ja kasvaa lämpötilan myötä. Mielenkiintoinen piirre on, että resistiivisyys pienenee sulamisen aikana: kiinteällä vismutilla (269 °C:ssa) se on 2,67 μΩ m ja nestemäisessä tilassa (272 °C:ssa) vain 1,27 μΩ m .

Lineaarisen laajenemisen lämpötilakerroin on 13,4 10 −6 K −1 lämpötilassa 293 K (+20 °C).

Muihin metalleihin verrattuna vismutilla, kuten elohopealla, on alhainen lämmönjohtavuus , joka on 7,87 W / (m K) 300 K :n lämpötilassa .

Vismutti on diamagneetti , jonka magneettinen susceptibiliteetti on −1,34 10 −9 lämpötilassa 293 K , mikä tekee siitä diamagneettisimman metallin. Langaan ripustettu vismuttinäyte poikkeaa selvästi sivulle esiin tuodusta voimakkaasta magneetista. Tätä ilmiötä kutsutaan diamagneettiseksi levitaatioksi [9] .

Kiteinen vismutti ei siirry suprajohtavuustilaan edes jäähdytettynä luokkaa 10 mK :n lämpötilaan . On kuitenkin näyttöä siitä, että suprajohtavuus normaalipaineessa tapahtuu noin 0,5 mK:n lämpötilassa. Tässä tapauksessa kriittinen magneettikenttä on vain 5,2 μT [10] .

Huoneenlämmössä vismutti on hauras metalli ja sillä on karkearakeinen rakenne, mutta 150–250 °C: n lämpötilassa sillä on plastisia ominaisuuksia. Vismuttiyksikiteet ovat myös muovisia huoneenlämmössä, ja hitaalla voimankäytöllä ne taipuvat helposti. Samanaikaisesti voit tuntea prosessin "asteittaisuuden" ja jopa kuulla lievän rysähdyksen - tämä johtuu twinningistä , jonka vuoksi elastinen jännitys poistetaan äkillisesti.

Kimmomoduuli : 32–34 GPa.

Leikkausmoduuli : 12,4 GPa [5] .

Isotoopit

Luonnollinen vismutti koostuu yhdestä isotoopista , 209 Bi:stä, jota pidettiin aiemmin raskaimpana luonnossa esiintyvänä vakaana isotooppina. Kuitenkin vuonna 2003 kolme vuosikymmentä aikaisemmin tehty teoreettinen oletus [12] , että se on alfa-radioaktiivinen , vahvistettiin kokeellisesti [11] . 209 Bi :n mitattu puoliintumisaika on (1,9±0,2)⋅10 19 vuotta, mikä on monta suuruusluokkaa pidempi kuin maailmankaikkeuden ikä . Siten kaikki tunnetut vismutin isotoopit ovat radioaktiivisia. Luonnollinen vismutti, joka koostuu yhdestä 209 Bi- isotoopista , on käytännössä radioaktiivisesti vaaraton ihmisille, koska vuodessa yhdessä grammassa luonnollista vismuttia keskimäärin vain noin 100 ytimet kokevat alfahajoamisen muuttuen stabiiliksi talliumiksi -205.

209 Bi:n lisäksi tunnetaan yli kolme tusinaa (toistaiseksi 34) isotooppia, joista suurimmalla osalla on isomeerinen tila . Niiden joukossa on kolme pitkäikäistä:

207 Bi 31,55 vuotta;
208 Bi 3,68⋅10 5 vuotta;
210 m Bi 3,04⋅10 6 vuotta .

Kaikki loput ovat radioaktiivisia ja lyhytikäisiä: niiden puoliintumisaika ei ylitä useita päiviä.

Vismutti-isotoopit, joiden massaluvut ovat 184 - 208 ja 215 - 218, saatiin keinotekoisesti, loput - 210 Bi, 211 Bi, 212 Bi, 213 Bi ja 214 Bi - muodostuvat luonnossa joutuessaan ytimien radioaktiivisen hajoamisen ketjuihin. uraani - 238 , uraani-235 ja torium-232 .

Kemialliset ominaisuudet

Yhdisteissä vismutilla on hapetusasteet −3, +1, +2, +3, +4, +5. Huoneenlämmössä kuivassa ilmassa se ei hapetu, mutta kosteassa ilmassa se peittyy ohuella oksidikalvolla. Kuumentaminen sulamislämpötilaan johtaa vismutin hapettumiseen, joka voimistuu huomattavasti 500 °C:ssa. Kun lämpötila nousee yli 1000 °C, se palaa ja muodostuu oksideja Bi 2 O 3 [5] :

{\mathsf {4Bi+3O_{2}\ {\xrightarrow \ }2Bi_{2}O_{3))}

Otsonin ja vismutin vuorovaikutus johtaa oksidin Bi 2 O 5 muodostumiseen .

Liuottaa hieman fosforia. Kiinteässä ja nestemäisessä vismutissa oleva vety ei käytännössä liukene, mikä osoittaa vedyn alhaisen aktiivisuuden suhteessa vismuttiin. Tunnetut hydridit Bi 2 H 2 ja BiH 3 - epästabiileja jo huoneenlämmössä, myrkyllisiä kaasuja. Vismutti ei ole vuorovaikutuksessa hiilen, typen ja piin kanssa [13] .

Vismutin vuorovaikutukseen rikin tai rikkidioksidin kanssa liittyy sulfidien BiS , Bi 2 S 3 muodostumista .

{\mathsf {Bi+S\ {\xrightarrow {510^{o}C}}\ BiS}}

{\mathsf {2Bi+3S\ {\xrightarrow {300-400^{o}C}}\ Bi_{2}S_{3}}}

Vismutti kestää väkeviä suolahappoja ja laimeita rikkihappoja, mutta liukenee typpi- ja perkloorihappoihin sekä vesistöihin .

{\mathsf {Bi+4HNO_{3}\ {\xrightarrow {}}\ Bi(NO_{3})_{3}+NO\uparrow +2H_{2}O))

{\mathsf {Bi+3HCl+HNO_{3}\ {\xrightarrow {}}\ BiCl_{3}+NO\uparrow +2H_{2}O))

Vismutti reagoi dityppitetroksidin kanssa muodostaen vismuttinitraattia :

{\mathsf {Bi+3N_{2}O_{4}\ {\xrightarrow {70-110^{o}C}}\ Bi(NO_{3})_{3}+3NO\uparrow }}

Se liukenee väkevän rikkihapon kanssa muodostaen vismuttisulfaattia :

{\mathsf {2Bi+6H_{2}SO_{4}\ {\xrightarrow {}}\ Bi_{2}(SO_{4})_{3}+3SO_{2}\uparrow +6H_{2}O} }

Vismutin vuorovaikutukseen fluorin, kloorin, bromin ja jodin kanssa liittyy eri halogenidien muodostuminen:

{\mathsf {2Bi+5F_{2}\ {\xrightarrow {600-700^{o}C}}\ 2BiF_{5}}}

{\mathsf {2Bi+3Cl_{2}\ {\xrightarrow {200^{o}C}}\ 2BiCl_{3}}}

Metallien kanssa se pystyy muodostamaan intermetallideja - vismutideja [2] [14] .

Vismutti pystyy myös muodostamaan organobismuttiyhdisteitä , kuten trimetyylivismutti Bi(CH 3 ) 3 ja trifenyylivismutti Bi(C 6 H 5 ) 3 .

Hinta

Vismutin hinnat maailmanmarkkinoilla ovat epävakaita, minkä määräävät sekä kysynnän ja tarjonnan vaihtelut että lyijyn tuotannon väheneminen tai lisääntyminen, mikä johtaa vastaavasti arvokkaan vismutin tuotannon lisääntymiseen tai vähenemiseen. mukana oleva materiaali lyijypitoisissa tiivisteissä. 1970-luvulta lähtien vismutin alin hinta oli 3,5 dollaria/kg vuonna 1980 ja korkein 15 dollaria/kg vuonna 1989. Vuoden 1995 lopussa 99,99 %:n hinta oli 8,8 dollaria/kg [15] .

Tuotteen kilohinnat varastosta Yhdysvalloissa tammikuusta syyskuuhun nousivat 8,8 dollaria (19,80 dollarista 28,60 dollariin kilolta (ilmainen aluksella)).

Rotterdamin varastosta peräisin olevien vismuttiharkkojen hinnat nousivat tammikuusta syyskuuhun 2011 4,2 dollaria (22,20 dollarista 26,40 dollariin kilogrammalta (CIF)).

Metallin puhtausasteesta riippuen vismutti jaetaan useisiin laatuihin. Puhtauden lisäämiseksi nämä ovat laatuluokkia Vi2, Vi1, Vi00, GOST 10928-90 normalisoi epäpuhtauksien pitoisuuden näissä luokissa enintään 3%, 2% ja 0,02% [16] . Valmistetaan myös erittäin puhtaita vismuttilaatuja Vi000 [17] , Vi0000 [17] . Metallisen vismutin hinta riippuu merkittävästi sen puhtaudesta. Painotettu keskihinta maailmanmarkkinoilla oli vuoden 2016 lopussa noin 10 dollaria/kg [18] . Erittäin puhdistettujen laatujen ostajat ovat tieteellisiä keskuksia, erityisesti vismuttia käytetään muiden alkuaineiden synteesiin [19] .

Sovellus

Metallurgia

Vismutilla on suuri merkitys niin kutsuttujen " automaattiterästen ", erityisesti ruostumattomien terästen, valmistuksessa, ja se helpottaa suuresti niiden käsittelyä leikkaamalla automaattisilla koneilla (sorvaus, jyrsintä jne.) vismuttipitoisuudella vain 0,003 %. samanaikaisesti lisäämättä korroosiotaipumusta . Vismuttia käytetään alumiinipohjaisissa seoksissa (noin 0,01%), tämä lisäaine parantaa metallin muoviominaisuuksia, yksinkertaistaa huomattavasti sen käsittelyä.

Katalyytit

Polymeerien valmistuksessa vismuttitrioksidi toimii katalyyttinä , ja sitä käytetään erityisesti akryylipolymeerien valmistuksessa. Raakaöljyn krakkauksessa vismuttioksidikloridilla on käyttöä .

Lämpösähköiset materiaalit

Vismuttia käytetään puolijohdemateriaaleissa, joita käytetään erityisesti lämpösähköisissä laitteissa. Näitä materiaaleja ovat mm. telluridi ( vismuttitelluridin lämpö emf 280 µV/K) ja vismuttiselenidi . On saatu erittäin tehokas vismutti - cesium - telliumipohjainen materiaali superprosessorien puolijohdejääkaappien valmistukseen.

Ydinsäteilyn ilmaisimet

Ydinsäteilyilmaisimien valmistuksessa on jonkin verran merkitystä yksikiteisellä vismuttijodidilla . Vismuttigermanaatti (Bi 4 Ge 3 O 12 , lyhyt nimitys BGO) on yleinen tuikemateriaali , jota käytetään ydinfysiikassa , korkean energian fysiikassa , tietokonetomografiassa ja geologiassa . Tämä materiaali on suotuisa verrattuna tavallisiin tuikeisiin, koska se on säteilynkestävä, sillä on erinomainen ajallinen stabiilisuus ja se on täysin hygroskooppinen . Vismuttigallaatti Bi 2 Ga 4 O 9 on myös lupaava tuike, jolla on korkea ajallinen resoluutio . Sen käyttö on edelleen rajallista suurten yksittäiskiteiden kasvattamisen vaikeuden vuoksi .

Alhaisessa lämpötilassa sulavat seokset

Vismuttilejeeringeillä, joissa on muita sulavia aineita ( kadmium , tina , lyijy , indium , tallium , elohopea , sinkki ja gallium ) on erittäin alhainen sulamispiste (jotkut ovat alle veden kiehumispisteen, ja vismuttia sisältävällä sulavaimmalla koostumuksella on sulamispiste noin +41 °C [20] ). Tunnetuimmat ovat Woodin seos ja (myrkyllinen kadmiumiton ) Rosen seos . Alhaisessa lämpötilassa sulavia metalliseoksia käytetään:

lämmönsiirtoaineet;
juotos;
palohälyttimien ja automaattisten sammutuslaitteiden tiedot;
erityiset voiteluaineet, jotka toimivat tyhjiössä ja korkeissa lämpötiloissa, kun orgaanisia voiteluaineita ei voida käyttää;
venttiiliosat, joiden sulaminen avaa poikkileikkauksen nesteiden ja kaasujen, kuten rakettipolttoaineiden , virtaukselle ;
sulakkeet suuritehoisissa sähköpiireissä ;
tiivisteet ultrakorkeassa tyhjiöasennuksissa;
murtuneiden raajojen luiden kiinnitysmateriaalit lääketieteessä;
lämpömittarit nestemäisissä lämpömittareissa ;
materiaalit investointimallien valmistukseen valimossa jne.

Magneettikenttien mittaus

Erittäin puhdasta metallivismuttia käytetään käämien valmistukseen magneettikenttien mittaamiseen , koska vismutin sähkövastus riippuu merkittävästi ja lähes lineaarisesti magneettikentästä, mikä mahdollistaa ulkoisen magneettikentän voimakkuuden mittaamisen käämin resistanssia mittaamalla. siitä tehty.

Polonium-210:n tuotanto

Vismutilla on jonkin verran merkitystä ydinteknologiassa polonium-210 :n tuotannossa , joka on tärkeä elementti radioisotooppiteollisuudessa.

Kemialliset virtalähteet

Grafiitin kanssa sekoitettua vismuttioksidia käytetään positiivisena elektrodina vismutti-magnesiumkennoissa ( EMF 1,97-2,1 V , ominaisenergiankulutus 120 W h / kg, 250-290 W h / dm³).

Lyijyvismutaattia käytetään positiivisena elektrodina litiumkennoissa.

Vismuttia indiumin seoksessa käytetään erittäin stabiileissa ja luotettavissa elohopea-vismutti-indium-kennoissa . Tällaiset elementit toimivat hyvin avaruudessa ja olosuhteissa, joissa jännitteen vakaus, korkea ominaisenergiaintensiteetti on tärkeää ja luotettavuudella on ensiarvoisen tärkeä rooli (esimerkiksi sotilas- ja ilmailusovellukset).

Vismuttitrifluoridia käytetään erittäin energiaintensiivisten lantaanifluoridiakkujen valmistukseen (teoreettisesti jopa 3000 Wh/dm³, käytännössä saavutettu 1500-2300 Wh/dm³).

Kestävien metallien ja metalliseosten käsittely

Matalasulavia vismutiseoksia (esim. puuseos , ruususeos jne .) käytetään uraanista , volframista ja niiden seoksista sekä muista metallileikkauskoneilla leikkaamalla vaikeasti työstettävistä materiaaleista valmistettujen osien työkappaleiden kiinnittämiseen. (sorvit, jyrsintäporaus jne.).

Ydinvoima

Vismutti-lyijy-eutektista metalliseosta käytetään nestemäisellä metallilla jäähdytetyissä ydinreaktoreissa . Erityisesti Neuvostoliiton sukellusvenelaivastossa tällaisia reaktoreita käytettiin K-27- sukellusveneessä ja seitsemässä Project 705 (Lira) -sukellusveneessä .

Vismutin pieni termisen neutronien sieppauspoikkileikkaus ja merkittävä kyky liuottaa uraania yhdistettynä merkittävään kiehumispisteeseen ja alhaiseen aggressiivisuuteen rakennemateriaaleja kohtaan mahdollistavat vismutin käytön homogeenisissa ydinreaktoreissa, jotka eivät ole vielä lähteneet kokeellisesta kehitysvaiheesta. .

Magneettiset materiaalit

Intermetallinen mangaanivismutti on erittäin ferromagneettista, ja teollisuus tuottaa sitä suuria määriä muovimagneettien valmistamiseksi. Tämän materiaalin ominaisuus ja etu on kyky saada nopeasti ja edullisesti kaiken muotoisia ja kokoisia kestomagneetteja (paitsi johtamattomia). Lisäksi tämä magneettinen materiaali on melko kestävää ja sillä on merkittävä pakottava voima . Vismutin ja mangaanin yhdisteiden lisäksi tunnetaan myös magneettisesti kovia vismuttiyhdisteitä indiumin , kromin ja europiumin kanssa, joiden käyttö rajoittuu tekniikan erityisalueille joko synteesivaikeuksien (vismutti - kromi ) tai korkean hinnan vuoksi. toisesta komponentista ( indium , europium ).

Polttokennot

Vismuttioksidilla (VIMEVOKS-keraamifaasit), seostettuna muiden metallien oksideilla ( vanadiini , kupari , nikkeli , molybdeeni jne.), on erittäin korkea sähkönjohtavuus 500–700 K lämpötiloissa ja sitä käytetään korkeiden lämpötilojen valmistukseen. polttokennot .

Korkean lämpötilan suprajohtavuus

Keramiikka, joka sisältää vismutin, kalsiumin , strontiumin , bariumin , kuparin , yttriumin jne. oksideja, ovat korkean lämpötilan suprajohtimia . Viime vuosina näiden suprajohteiden tutkimukset ovat paljastaneet vaiheita, joissa on suprajohtavaan tilaan siirtymisen huiput 110 K :n lämpötilassa.

Tetrafluorihydratsiinin tuotanto

Pienen lastun tai jauheen muodossa olevaa vismuttia käytetään katalyyttinä tetrafluorihydratsiinin valmistuksessa ( typpitrifluoridista ), jota käytetään rakettipolttoaineen hapettimena.

Elektroniikka

Seoksella, jonka koostumus on 88 % Bi:tä ja 12 % Sb :tä magneettikentässä, on poikkeava magnetoresistenssin vaikutus ; nopeat vahvistimet ja kytkimet on valmistettu tästä seoksesta.

Volframaatti , vanadaattistannaatti , vismuttisilikaatti ja niobaatti ovat korkean lämpötilan ferrosähköisten materiaalien ainesosia .

Ohutkalvojen muodossa oleva vismuttiferriitti BiFeO 3 on lupaava magnetosähköinen materiaali.

Vismutti on yksi lyijyttömien juotteiden komponenteista sekä matalassa lämpötilassa sulavista juotteista, joita käytetään erittäin herkkien mikroaaltokomponenttien kiinnittämiseen.

Lääketiede

Lääketieteessä vismutin yhdisteistä sen trioksidi Bi 2 O 3 on yleisimmin käytetty . Sitä käytetään erityisesti lääketeollisuudessa monien ruoansulatuskanavan sairauksien lääkkeiden valmistukseen [21] sekä antiseptisten ja parantavien aineiden valmistukseen. Lisäksi sen pohjalta on viime aikoina kehitetty useita kasvainlääkkeitä onkologisten sairauksien hoitoon.

Vismuttioksidia käytetään lääketieteessä säteilyä läpäisemättömänä aineena ja täyteaineena verisuonten valmistuksessa. Lisäksi yhdisteitä, kuten vismuttigallaattia , tartraattia , karbonaattia , subsalisylaattia , subsitraattia ja vismuttitribromifenolaattia, käytetään laajalti lääketieteessä . Näiden yhdisteiden perusteella on kehitetty monia lääketieteellisiä valmisteita (mukaan lukien laajalti käytetyt, kuten Vishnevsky-voide ).

Haavan vastaisina lääkkeinä käytetään: vismuttitrikaliumdisitraattia (vismuttisubsitraattia) ( ATX -koodi A02BX05 ), vismuttisubnitraattia (A02BX12), ranitidiinivismuttisitraattia (A02BA07).

Vismuttisitraatti (Vismutti (III) sitraatti, C 6 H 5 BiO 7 ) - käytetään salmonellan eristämiseen tarkoitettujen väliaineiden valmistuksessa.

Pigmentit

Vismuttivanadaattia käytetään pigmenttinä (kirkkaan keltainen väri).

Kosmetiikka

Vismuttioksidikloridia käytetään kirkasteena kynsilakan, huulipunan, luomivärien jne. valmistuksessa.

Metsästys ja kalastus

Vismutti on suhteellisen turvallista ympäristölle. Tämä mahdollistaa vismuttihautojen ja upotusaineiden käytön perinteisen ja myrkyllisen lyijyn sijaan [22] .

Biologinen rooli

Vismuttipitoisuus ihmiskehossa on:

lihaskudos - 0,32 × 10 -5 %
luukudos - alle 0,2 × 10 -4 %
veri - ~0,016 mg/l
päivittäinen saanti ruoan kanssa 0,005-0,02 mg.

Keskivertoihmisen (paino ~ 70 kg) kehon pitoisuus on pieni, mutta tarkkoja tietoja ei ole saatavilla. Myöskään myrkyllisistä ja tappavista annoksista puuttuu tietoja [23] . Vismutilla tiedetään kuitenkin olevan alhainen toksisuus suun kautta otettuna. Tämä vaikuttaa odottamattomalta, koska raskasmetallit ovat yleensä erittäin myrkyllisiä, mutta se selittyy liukoisten vismuttiyhdisteiden hydrolyysin helppoudella. Ihmiskehossa löydetyillä pH -arvoilla (mahdollista mahalaukkua lukuun ottamatta) vismutti saostuu lähes kokonaan liukenemattomien emäksisten suolojen muodossa. Kuitenkin, kun vismuttia otetaan yhdessä aineiden kanssa, jotka pystyvät muuttamaan sen liuokseksi (glyseriini, maitohappo jne.), vakava myrkytys on mahdollista. Suuria määriä väkeviä nitraatti- ja muiden vismuttisuolojen liuoksia nieltäessä merkittävä vaara on hydrolyysin seurauksena muodostuvan vapaan hapon korkea pitoisuus.

Taipumus hydrolyysiin ja alhainen toksisuus johtuu vismutin emäksisten suolojen (subsitraatti, emäksinen nitraatti jne.) käytöstä lääkkeinä mahahaavojen hoitoon . Sen lisäksi, että vismutti neutraloi happoa ja suojaa mahan seinämiä kolloidisella sedimentillä, vismutti on aktiivinen Helicobacter pylori -bakteeria vastaan , jolla on merkittävä rooli mahahaavojen kehittymisessä.

Katso myös

Luettelo maista vismutin tuotannon mukaan

Muistiinpanot

↑ 1 2 Meija J. et al. Alkuaineiden atomipainot 2013 (IUPAC Technical Report ) // Pure and Applied Chemistry . - 2016. - Vol. 88 , no. 3 . - s. 265-291 . - doi : 10.1515/pac-2015-0305 .
↑ 1 2 3 4 5 6 7 Fedorov P. I. Wismuth // Chemical Encyclopedia : in 5 osa / Ch. toim. I. L. Knunyants . - M . : Neuvostoliiton tietosanakirja , 1988. - T. 1: A - Darzana. - S. 379-380. — 623 s. - 100 000 kappaletta. - ISBN 5-85270-008-8 .
↑ Jaksotaulukko IUPAC - verkkosivustolla .
↑ Nicholas C; normaaleja. Arseenin , antimonin ja vismutin kemia . - 1998. - s. 41. - ISBN 978-0-7514-0389-3 .
↑ 1 2 3 Ed. Dritsa M. E. Elementtien ominaisuudet. - Metallurgy, 1985. - S. 292-302. - 672 s..
↑ Wolfson F. I., Druzhinin A. V. Malmiesiintymien päätyypit. - M .: Nedra, 1975. - 392 s.
↑ Venetski Sergei Iosifovich. "Työmatka" avaruuteen (vismutti) // Harvinaisista ja hajallaan olevista: tarinoita metalleista. - M . : Metallurgia, 1980. - 184 s.
↑ Yukhin Yu. M., Mikhailov Yu. I. Vismuttiyhdisteiden ja -materiaalien kemia. - SO RAN, 2001. - S. 19-21. – 360 s.
↑ Kokeilut magneettisesta levitaatiosta Arkistoitu 15. helmikuuta 2012 Wayback Machinessa (fin.)
↑ Om Prakash, Anil Kumar, A. Thamizhavel, S. Ramakrishnan. Todisteita massasuprajohtavuudesta puhtaissa vismuttiyksittäiskiteissä ympäristön paineessa // Tiede . - 2017. - Vol. 355 . — s. 52–55 . - doi : 10.1126/science.aaf8227 .
↑ Pierre de Marcillac, Noël Coron, Gérard Dambier, Jacques Leblanc ja Jean-Pierre Moalic. α-hiukkasten kokeellinen havaitseminen luonnollisen vismutin radioaktiivisesta hajoamisesta (englanniksi) // Nature : Journal. - 2003. - huhtikuu ( nide 422 , nro 6934 ). - s. 876-878 . - doi : 10.1038/luonto01541 . — . — PMID 12712201 .
↑ HG Carvalho, M. Penna. 209 Bi :n alfa-aktiivisuus (määrittämätön) // Lettere al Nuovo Cimento. - 1972. - V. 3 , nro 18 . - S. 720 . - doi : 10.1007/BF02824346 .
↑ Slavinsky M.P. Alkuaineiden fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet. - Valtion tieteellinen ja tekninen rautametallien ja ei-rautametallien metallurgian kirjallisuuden kustantamo, 1952. - S. 426-432. — 764 s.
↑ Lidin R.A. ja muut epäorgaanisten aineiden kemialliset ominaisuudet: Proc. yliopistojen tuki. - 3. painos, Rev. - M . : Kemia, 2000. - 480 s. — ISBN 5-7245-1163-0 .
↑ Denisov V. M., Belousova N. V., Moiseev G. K. et al. Vismuttia sisältävät materiaalit: rakenne ja fysikaalis-kemialliset ominaisuudet / Venäjän tiedeakatemian Ural Branch. - Jekaterinburg, 2000. - 527 s.
↑ GOST 10928
↑ 1 2 GOST 16274.0-77, TU 48-6-114
↑ Vismutti. Hinta maailmanmarkkinoilla. . Haettu 7. huhtikuuta 2017. Arkistoitu alkuperäisestä 8. huhtikuuta 2017. (määrätön)
↑ Transuraanielementit. . Haettu 15. maaliskuuta 2017. Arkistoitu alkuperäisestä 16. maaliskuuta 2017. (määrätön)
↑ IndAlloy 15, joka koostuu seuraavista: Bi (42,9 %), Cd (5,10 %), In (18,3 %), Pb (21,7 %), Hg (4,00 %), Sn (8 ,00 %). Matweb LLC. Materiaalin ominaisuudet .
↑ Motorkina R.K.; Novitskaya N. Ya. (maatila), Shvaykova M. D. (tuomioistuin). Vismutti // Big Medical Encyclopedia : 30 osana / ch. toim. B. V. Petrovski . - 3. painos - M .: Neuvostoliiton tietosanakirja , 1977. - T. 4: Valin - Gambia. - S. 248-249. — 576 s. : sairas.
↑ http://www.nordis.fi/patruunat/vihtavuori-haulikon-patruunat/ Arkistoitu 5. kesäkuuta 2011 Wayback Machinen vismuttipatruunoiden valikoimassa
↑ Emsley J. Elements. - M.: Mir, 1993. - 256 s.

Kirjallisuus

Chirkin VS Materiaalien lämpöfysikaaliset ominaisuudet. - Valtion fysiikan ja matemaattisen kirjallisuuden kustantamo , 1959. - S. 187-192. — 356 s.

Linkit

Sanakirjat ja tietosanakirjat

Bibliografisissa luetteloissa
BNE : XX544135 BNF : 12150872q GND : 4145722-5 J9U : 987007282559205171 LCCN : sh85014436 NDL : 00560691 NKC : ph118931

Vismuttiyhdisteet _

Vismuttiarsenaatti (BiAsO 4 )
Vismuttiasetaatti (Bi(C 2 H 3 OO) 3 )
Vismutti(I)bromidi (BiBr)
Vismutti(II)bromidi (BiBr 2 )
Vismutti(III)bromidi ( BiBr3 )
Natriumvismutaatti (NaBiO 3 )
Dipraseodyymivismutidi (Pr 2 Bi)
Praseodyymivismutidi (PrBi)
Magnesiumvismutidi (Mg 3 Bi 2 )
Natriumvismutidi (NaBi)
Nikkelivismutidi (NiBi)
Palladiumvismutidi (PdBi)
Platinavismutidi (PtBi)
Plutoniumvismutidi (PuBi)
Rodiumvismutidi (RhBi)
Trikaliumvismutidi (K 3 Bi)
Tripalladiumvismutidi (Pd 3 Bi)
Vismutiini (BiH 3 )
Vismutyylidikromaatti ((BiO) 2 Cr 2 O 7 )
Vismuttihydroksidi (Bi(OH) 3 )
Vismutti(III)jodaatti (Bi(IO 3 ) 3 )
Vismutti(II)jodidi (BiI 2 )
Vismutti(III)jodidi (BiI 3 )
Vismutyylikarbonaatti ((BiO) 2 CO 3 )
Vismutimolybdaatti (Bi 2 (MoO 4 ) 3 )
Vismutti metahydroksidi (BiO(OH))
Vismuttinitraatti (Bi(NO 3 ) 3 )
Vismutyylinitraatti (BiONO 3 )
Vismuttioksalaatti (Bi 2 (C 2 O 4 ) 3 )
Vismutti(II)oksidi (BiO)
Vismutti(III)oksidi (Bi 2 O 3 )
Vismutti(IV)oksidi (BiO 2 )
Vismutti(V)oksidi (Bi 2 O 5 )
Vismuttioksidi-bromidi (BiOBr)
Vismuttioksidi-jodidi (BiOI)
Vismuttioksidifluoridi (BiOF)
Vismuttioksidikloridi (BiOCl)
Vismutyyliperkloraatti (BiOClO 4 )
Vismutti(II)selenidi (BiSe)
Vismutti(III)selenidi (Bi 2 Se 3 )
Vismuttisulfaatti (Bi 2 (SO 4 ) 3 )
Vismutti(II)sulfidi (BiS)
Vismutti(III)sulfidi (Bi 2 S 3 )
Vismuttisulfidijodidi (BiSI)
Vismuttisulfidikloridi (BiSCl)
Vismuttitartraatti (Bi 2 (C 4 H 4 O 6 ) 3 )
Vismuttitelliraatti (Bi 2 TeO 6 )
Vismutti(III)telluridi (Bi 2 Te 3 )
Vismuttitetroksidi (Bi 2 O 4 )
Vismuttitioasetaatti (Bi(C 2 H 3 OS) 3 )
Vismuttiosyanaatti (Bi(SCN) 3 )
Trimetyylivismutti (Bi(CH 3 ) 3 )
Trifenyylivismutti (Bi(C 6 H 5 ) 3 )
Trietyylivismutti (Bi(C 2 H 5 ) 3 )
Vismuttitribromifenolaatti (Bi(OC 6 H 3 Br 3 ) 3 )
Vismutti(III)fosfaatti (BiPO 4 )
Vismutti(III)fluoridi (BiF 3 )
Vismutti(V)fluoridi (BiF 5 )
Vismutti(I)kloridi (BiCl)
Vismutti(II)kloridi (BiCl 2 )
Vismutti(III)kloridi (BiCl 3 )
Vismutti(IV)kloridi (BiCl 4 )
Vismuttisitraatti (BiC 6 H 5 O 7 )

D. I. Mendelejevin kemiallisten alkuaineiden jaksollinen järjestelmä

klo

vrt

alkalimetallit	maa-alkalimetallit	Lantanidit	aktinidit	siirtymämetallit
kevyet metallit	Puolimetallit	ei-metallit	Halogeenit	jalokaasut

Metallien sähkökemiallisen toiminnan sarja
Eu , Sm , Li , Cs , Rb , K , Ra , Ba , Sr , Ca , Na , Ac , La , Ce , Pr , Nd , Pm , Gd , Tb , Mg , Y , Dy , Am , Ho , Er , Tm , Lu , Sc , Pu , Th , Np , U , Hf , Be , Al , Ti , Zr , Yb , Mn , V , Nb , Pa , Cr , Zn , Ga , Fe , Cd , In , Tl , Co _ Ni , Te , Mo , Sn , Pb , H2 , W , Sb , Bi , Ge , Re , Cu , Tc , Te , Rh , Po , Hg , Ag , Pd , Os , Ir , Pt , Au _