Как добывают висмут. Висмут - металл венеры

самородный висмут

Висмут (Bi) — не только изоморфная примесь в различных самородных металлах и минералах, но и самостоятельный минерал. Этот химический элемент получил свое название в 16 веке.

Элементарный висмут, образованный в природных процессах, называют самородным .

На чистом срезе этот самородный металл имеет серую, светло-серую, слегка розоватую или красноватую окраску. Рудокопы Средневековья принимали висмут за разновидности других металлов — свинца, олова, сурьмы и серебра. Считалось, что самородный висмут почти на 50% состоит из серебра. В действительности этот минерал содержит серебро в гораздо меньшем количестве.

Самородный висмут при воздействии воды покрывается красивой радужной пленкой побежалости — это из-за соединения с кислородом образуется оксид висмута .

Эта пленка окислов наблюдается как на природных, так и на искусственно выращенных кристаллах. Искусственно выращенные кристаллы висмута имеют строгие геометрические формы и просто нереально, фантастически красивы. Их строение напоминает технические детали и схемы современной компьютерной техники, с трудом верится, что эти формы образовались из-за внутреннего строения атомов висмута.

Нереальная геометрия искусственно выращенных кристаллов висмута

Самородный висмут содержит до 99 процентов этого химического элемента. Существует также несколько минералов, содержащих его в химической формуле. Это в основном сульфиды, составляющие полиметаллические руды .

Самородный висмут имеет тригональную сингонию . Кристаллы обычно очень мелкие, они слагают массивные, скрытокристаллические агрегаты. Четко ограненные кристаллы встречаются не так часто и представлены кубическими формами, дендритовидными формами, своеобразными решетками и сетками.

искусственно выращенный висмут из Германии

Кристаллы и агрегаты самородного висмута имеют ярко выраженный металлический блеск и черную пылевидную черту. Твердость этого минерала невелика и составляет 2 единицы по десятибальной шкале Мооса. Поэтому самородный висмут даже можно разрезать стальным ножом, твердость которого равна 6 — 6.5. К тому же этот минерал очень пластичный, ковкий и тягучий.

Как и все самородные металлы, висмут тяжел. Его плотность составляет 9.7 — 9.8 грамм на кубический сантиметр.

В самородном висмуте есть примеси других элементов, это, прежде всего, железо, сера, сурьма. В небольших количествах присутствуют теллур и астат.

Месторождения полиметаллических руд, в которых добывается самородный висмут, встречаются на всех континентах мира. В настоящее время наиболее крупные месторождения, в которых ведется этого минерала, находятся в Германии (Рудные горы), а также в Австралии и Боливии.

В косметологии используют оксид и хлорид висмута. Именно они обеспечивают текучесть и блеск лакам и помадам.

Если химическим путем получить соединение висмута и ванадия, то получится ярко-желтый, красящий пигмент. Эта краска абсолютно безвредна для человека.

В магазинах охоты и рыбалки сейчас можно встретить грузила не только из свинца, но и из висмута. По виду они отличаются, свинец имеет синеватый отттенок.

В медицине трехокись висмута используется как антисептик и заживляющий препарат. Это соединение также входит в состав лекарств для лечения воспалительных заболеваний желудка и кишечника. Некоторые соединения висмута применяются для лечения язвы желудка. Недавно появились новые противоопухолевые лекарства, в состав которых входит этот химический элемент.

И, конечно, образцы самородного и искусственно выращенного висмута украсят любую коллекцию минералов.

Искусственно выращенные кристаллы висмута

Из этой статьи вы узнаете о том, где применяется этот металл и какие интересные особенности ему присущи. В частности, является ли он радиоактивным, как его применяли орнитологи и какие болезни лечат с помощью висмутосодержащих препаратов.

До недавнего времени единственный природный изотоп висмута считался стабильным, но в 2003-м году была доказана его радиоактивность. Правда, период его полураспада в несколько десятков раз больше, чем возраст нашей Вселенной. Так что в плане радиоактивности природный висмут для человека совершенно безопасен.

Из-за нерастворимости соединений висмут считается экологически безопасным веществом. Более того, во время аварии нефтедобывающей платформы в Мексиканском заливе орнитологи кормили морских птиц препаратами висмута для вывода нефти, попавшей в их организм.

Сферы применения висмута

Основным потребителем висмута выступает металлургия. Сталь и алюминий , содержащие всего несколько сотых долей процента Bi, гораздо легче обрабатывать на станках. Сплавы висмута с кадмием, свинцом, цинком и другими металлами позволяют получить вещества с температурой плавления ниже 100 °С. Такие сплавы выплавляют для изготовления:

— плавких предохранителей, плавких клапанов;
— бессвинцовых и легкоплавких припоев;
— баббитов для подшипников;
— деталей на замену вредных для окружающей среды свинцовых, например, грузил для удочек, вентилей водопроводных систем, дроби для охотничьих патронов;
— колпаков для бронебойных снарядов;
— смазок и уплотнительных прокладок для работы в вакууме;
— термометрических жидкостей для термометров ;
— теплоносителей для атомных реакторов;
— материала для фиксирования переломов в травматологии, для протезирования в стоматологии;
— материалов для моделирования в литейном производстве.

Особо чистый висмут идет на изготовление приборов для измерения магнитных полей, так как его сопротивление почти линейно изменяется в зависимости от величины магнитного поля.

Нельзя не упомянуть, что из красивых кристаллов чистого висмута делают изысканные ювелирные украшения.

Сплавы висмута с марганцем, хромом, индием или европием используются для производства высококачественных мощных и долговечных постоянных магнитов. Соединения висмута идут на получения магнитоэлектрических, высокотемпературных сегнетоэлектрических, термоэлектрических, сверхпроводящих материалов.
— Оксид Bi с небольшими добавками других металлов применяется для изготовления электрохимических топливных элементов, способных работать при 500-700 °К.
— Соединения с галлием, иодом, германием востребованы как детекторы ионизирующего излучения в приборах для компьютерной томографии, ядерной физики, геологии.
— Сплавы и соединения широко применяются для изготовления энергоемких, стабильных и надежных аккумуляторов. Например, в батареях для космических и военных аппаратов.
— Оксид и нитрат висмута — катализаторы в технологии производства полимеров на основе акрила; висмут в виде стружки — катализатор для изготовления окислителей для ракетного топлива.
— Используется для получения полония-210; в нефтепереработке; для производства пигментов, низкотемпературных эмалей для керамики; лака для ногтей.
— В медицине соединения висмута входят в состав препаратов, применяющихся для лечения ЖКТ, онкологических заболеваний; антисептиков, ранозаживляющих средств; контрастного вещества для рентгеноскопии. Висмутосодержащие препараты — один из немногих средств, эффективных против бактерии, вызывающей язвенную болезнь желудка.

Обратите внимание, что в нашем магазине вы можете по хорошим ценам купить как

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Висмут - восемьдесят третий элемент Периодической таблицы. Обозначение - Bi от латинского «bismuthum». Расположен в шестом периоде, VA группе. Относится к металлам. Заряд ядра равен 83.

Висмут - мало распространенный в природе элемент: содержание его в земной коре составляет 0,00002% (масс.). В природе он встречается как в свободном состоянии, так и в виде соединений - висмутовой охры Bi 2 O 3 и висмутового блеска Bi 2 S 3 .

В свободном состоянии висмут представляет собой блестящий розовато-белый хрупкий металл плотностью 9,8 г/см 3 (рис. 1).Хрупкий. Температура плавления — 271,4 o С, кипения — 1552 o С.При комнатной температуре на воздухе висмут не подвергается окислению.

Рис. 1. Висмут. Внешний вид.

Атомная и молекулярная масса висмута

Относительной молекулярная масса вещества (M r) - это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (A r) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.

Поскольку в свободном состоянии висмут существует в виде одноатомных молекул Bi, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 208,9804.

Изотопы висмута

Известно, что в природе висмут может находиться в виде единственного стабильного изотопа 209 Bi. Массовое число равно 209, ядро атома содержит восемьдесят три протона и сто двадцать шесть нейтронов.

Существуют искусственные нестабильные изотопы висмута с массовыми числами от 184-х до 218-ти, а также более десяти изомерных состояний ядер.

Ионы висмута

На внешнем энергетическом уровне атома висмута имеется пять электронов, которые являются валентными:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 4f 14 5s 2 5р 6 5d 10 6s 2 6р 3 .

В результате химического взаимодействия висмут отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:

Bi 0 -3e → Bi 3+ ;

Bi 0 -5e → Bi 5+ .

Молекула и атом висмута

В свободном состоянии висмут существует в виде одноатомных молекул Bi. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу висмута:

Сплавы висмута

Висмут образует легкоплавкие сплавы с другими элементами; например, сплав висмута со свинцом, оловом и кадмием плавится при 70 o С. Эти сплавы применяют в частности, в автоматических огнетушителях, действие которых основано на расплавлении пробки, изготовленной из такого сплава. Кроме того, они используются как припои.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2

Задание	Рассчитайте массовые доли элементов, входящих в состав оксида висмута (III), если его молекулярная формула имеет вид Се 2 O 3 .
Решение	Массовая доля элемента в составе какой-либо молекулы определяется по формуле: ω (Х) = n × Ar (X) / Mr (HX) × 100%.

Элемент называли его легчайшей, беднейшей и дешевейшей разновидностью. Понятие можно найти в словаре алхимии Руланда, выпущенном в 1612-ом году. Химическая индивидуальность висмута выявлена химиком по фамилии Потт.

Обозначение для элемента придумал швейцарец Йенс Берцелиус. Что касается происхождения имени металла, его дали немецкие горняки. Они называли руды с висмутом wis mat, то есть «белой массой». Элемент, действительно, белесый. Однако, это не отличительное свойство. Уникальным металл делают другие параметры. О них и поговорим.

Химические и физические свойства висмута

Висмут – металл , который можно сравнить с водой. В жидком состоянии она плотнее, чем в твердом. Это отличает и висмут. Расплавляясь, он, как и лед, уменьшается в объеме. Получается, твердый металл легче текучего. За счет уплотнения при плавлении, висмут необычно реагирует на давление.

Температура перехода из твердого вещества в жидкость падает при его повышение. Текучую массу можно получить уже при 270-ти градусах Цельсия. При 1000 градусах висмут сгорает . Если же воздействовать давлением на другие металлы, температура их плавления лишь вырастит.

Висмут – основной , наиболее мощный в природе диамагнетик. Это значит, что металл отталкивается от обоих полисов магнита. Если поместить слиток между плюсом и минусом, он встанет по центру. Явление названо диамагнитной левитацией. Сила воздействия висмута столь сильна, что способна отсоединить магнит от опоры.

Если сравнивать элемент с сурьмой, разнятся металлические свойства. У висмута они преобладают. У сурьмы больше неметаллических параметров, к примеру, нет выраженного . 83-ий же элемент таблицы Менделеева сверкает, «рождая» розоватые всполохи.

Отличает висмут и пластичность. Металл мягок но, при этом, хрупок. Окисление элемента неоднозначно. В сухом воздухе вещество можно принять за благородное, — патина не образуется. Во влажной же атмосфере формируется оксид висмута . Поверхность металла покрывается пленкой, мутнеет.

Создавая для металла висмут инструкцию по применению , химики указывают, что он не вступает в реакции со щелочами. Инертен элемент и к разбавленным кислотам. Но, если использовать концентраты, выпадают висмута. С металлами реакция активна, образуются висмутиды. Это группа минералов, в числе которых майдонит, фрудит и майченерит.

Применение висмута

Висмут применение нашел в металлургии. Элемент необходим для создания легкоплавких сплавов. Металл добавлен, к примеру, в Вуду. Он применяется в противопожарных системах. Показатель плавления ниже температуры кипения воды.

Висмут купить стремятся и предприятия, производящие литые изделия сложных форм. В них важно соблюсти точность параметров. Пригождается свойство висмута увеличиваться в объеме, при затвердении. Добавка металла помогает сплавам вплотную примкнуть к формам, повторить их контур на 100%.

Соединяясь с марганцем, висмут приобретает ферромагнитные свойства. Будучи помещенным в магнитное поле, сплавы и сами становятся магнитами. На их производство и пускают соединения на основе висмута и . Оксиды 83-го элемента используют в производстве керамики, , оптически приборов. Здесь висмут играет роль катализатора.

Препараты висмута есть на аптечных полках. В фармацевтике пригождается трибромфенолят металла, а так же, ксероформ. Эти соединения активно борются с бактериями. Поэтому, порошки с висмутом используют при заживлении ран, обеззараживании ожогов и фистул. Металл добавлен, к примеру, в мазь Вишневского. Нитрат висмута известен медикам, как вяжущее средство и умеренное слабительное. Соединение именуют викаиром.

Висмут трикалия – основа противоязвенных лекарств. Они выпускаются в форме таблеток с тонкой оболочкой. Некоторые из них прописывают и при гастритах. Так, висмута дицитрат трикалия содержат препараты Де-Нол, Тримо, Вентрисол и Пилоцид.

Соединения 83-го элемента добавляют, так же, в лекарства от сифилиса. Его возбудитель – спирохеты. Эти бактерии гибнут в присутствии висмута, связывающего сульфидные группы микроорганизмов.

Свое место висмут занял и в косметологии. Оксохлорид вещества – блестки во многих декоративны средствах. Пудра, тени, румяна с эффектом сияния нередко содержат 83-ий металл. Косметологи обратили на него внимание еще во времена Возрождения.

Тогда была мода на белоснежную кожу – признак аристократии. Азотнокислый висмут помогал представителям высшего сословия «не упасть лицом в грязь».

Соль именовали испанскими белилами и использовали в качестве пудры. Азотнокислый висмут – соль. Соли металла нужны дорожникам. Видели на трассах знаки, рисунки на которых начинают светиться, если на них направлены фары? Секрет цветовых вспышек – соли висмута.

Добыча висмута

Редкий металл. Это про висмут. Инструкция по его добычи касается, как правило, руд свинца, , и . В них 83-го металла около 0,006%. Их извлекают попутно путем выщелачивания руды. Для этого используют соляную кислоту с последующей экстракцией.

При производстве сплавов меди и свинца висмут получают путем рафинирования. Металл частично переходит в пыль, пары. Их собирают и отправляют на дальнейшую переработку, точнее, восстановление. Его добиваются электролитическим путем или работая со слитками свинца.

В природе есть и руды висмута. Содержание ценного элемента в них – 1%. Но, такие породы встречаются редко и в небольших объемах. Общий запас металла оценивается в 320 000 тонн на весь мир. 240 из них находятся в недрах Китая. Поэтому, Поднебесная – лидер производства висмута. В год КНР поставляет на рынок 6 000 тонн. 1 000 тон добавляет Мексика. По 100-150 тонн производят в Казахстане и Канаде.

По 10 000 тонн висмута обнаружено в Боливии и Перу. Но, эти страны почти не разрабатывают запасы. Кстати, 83-ий элемент, как и прочие металлы, встречается в самородной форме. Слитки встречаются в связке с , турмалинами и бериллом. Содержание висмута в самородках – около 99%. Но, такие камешки встречаются еще реже руд редкого металла.

Цена висмута

На висмут цена редко опускается ниже 2 000 рублей за килограмм. Такая стоимость указывается в закупках с минимальным объемам. То есть, сэкономить можно лишь при заказе от 5-ти, 10-ти, 16-ти килограммов. Если же брать только 1 000 граммов, заплатить придется не меньше 3 100 рублей. Стандартная цена – от 4 000-ех до 6 000 рублей.

Запросы продавцов зависят от чистоты металла. Его содержание в слитках может быть, к примеру, 99%, а может и 99, 99%. Учитывается и имя производителя, торговца и страна, откуда доставлен товар. Для россиян наиболее выгодны поставки из Китая. Если говорить о предприятиях внутри страны, то висмут реализует, к примеру, «Электровек-Сталь».

Менеджеры завода устанавливают цену, опираясь на индексы Лондонской биржы цветных металлов. Как правило, стоимость килограмма висмута варьируется в пределах 3 000 – 4 000 рублей. Объемы производства предприятия позволяют торговать центнерами, что значительно сокращает расходы при крупных закупках.

Висмут (лат. Bismuthum), Bi, химический элемент V группы периодической системы Менделеева; атомный номер 83, атомная масса 208,980; серебристо-серый металл с розоватым оттенком. Природный Висмут состоит из одного стабильного изотопа 209 Bi.

Висмут был известен в 15-16 веках, но долгое время его считали разновидностью олова, свинца или сурьмы. За самостоятельный металл Висмут был признан в середине 18 века. Французский химик А. Лавуазье включил его в список простых тел. Происхождение названия "Висмут" не установлено.

Содержание Висмута в земной коре 2·10 -5 % по массе. Висмут встречается в природе в виде многочисленных минералов, из которых главнейшие - висмутовый блеск Вi 2 S 3 , висмут самородный Bi, бисмит Bi 2 O 3 и другие. В большем количестве, но в малых концентрациях Висмут встречается как изоморфная примесь в свинцово-цинковых, медных, модибденово-кобальтовых и олово-вольфрамовых рудах. Около 90% мирового потребления покрывается попутной добычей Висмута при переработке полиметаллических руд.

Физические свойства Висмута. Висмут имеет ромбоэдрическую решетку с периодом а=4,7457 Å и углом а = 57°14"13". Плотность 9,80 г/см 3 ; t пл 271,3 °С; t кип 1560 °С. Удельная теплоемкость (20 °С) 123,5 Дж/(кг·К) ; термический коэффициент линейного расширения при комнатной температуре 13,3·10 -6 ; удельная теплопроводность (20 °С) 8,37 вт/(м·К) ; удельное электрическое сопротивление (20° С) 106,8·10 -8 ом·м (106,8·10 -6 ом·см). Висмут - самый диамагнитный металл. Удельная магнитная восприимчивость равна -1,35·10 -6 . Под влиянием магнитного поля электросопротивление Висмута увеличивается в большей степени, чем у других металлов, что используется для измерения индукции сильных магнитных полей. Сечение захвата тепловых нейтронов у Висмута мало (34·10 -31 м 2 или 0,034 барна). При комнатной температуре Висмут хрупок, легко раскалывается по плоскостям спайности, в фарфоровой ступке растирается в порошок. При температуре 120-150°С ковок; горячим прессованием (при 240-250°С) из него можно изготовить проволоку диаметром до 0,1 мм, а также пластинки толщиной 0,2-0,3 мм. Твердость по Бринеллю 93 Мн/м 2 (9,3 кгс/мм 2), по Моосу 2,5. При плавлении Висмут уменьшается в объеме на 3,27%.

Химические свойства Висмута. Висмут в сухом воздухе устойчив, во влажном наблюдается его поверхностное окисление. При нагревании выше 1000° С сгорает голубоватым пламенем с образованием оксида Bi 2 O 3 . В ряду напряжений Висмут стоит между водородом и медью, поэтому в разбавленной серной и соляной кислотах не растворяется; растворение в концентрированных серной и азотной кислотах идет с выделением SO 2 и соответствующих оксидов азота.

Висмут проявляет валентность 2, 3 и 5. Соединения Висмута низших валентностей имеют основной характер, высших - кислотный. Из кислородных соединений Висмута наибольшее значение имеет оксид Bi 2 O 3 , при нагревании меняющий свой желтый цвет на красно-коричневый. Bi 2 O 3 применяют для получения висмутовых солей. В разбавленных растворах висмутовые соли гидролизуются. Хлорид BiCl 3 гидролизуется с выпадением хлороксида BiOCl, нитрат Bi(NO 3) 3 - с выпадением основной соли BiONО 3 ·BiOOH. Способность солей Висмут гидролизоваться используется для его очистки. Соединения 5-валентного Висмута получаются с трудом; они являются сильными окислителями. Соль КВiO 3 (соответствующая ангидриду Bi 2 O 5) образуется в виде буро-красного осадка на платиновом аноде при электролизе кипящего раствора смеси КОН, КСl и взвеси Bi 2 O 3 . Висмут легко соединяется с галогенами и серой. При действии кислот на сплав Висмута с магнием образуется висмутин (висмутистый водород) BiH 3 ; в отличие от арсина AsH 3 , висмутин - соединение неустойчивое и в чистом виде (без избытка водорода) не получено. С некоторыми металлами (свинцом, кадмием, оловом) Висмут образует легкоплавкие эвтектики; с натрием, калием, магнием и кальцием - интерметаллические соединения с температурой плавления, значительно превышающей температуры плавления исходных компонентов. С расплавами алюминия, хрома и железа Висмут не взаимодействует.

Получение Висмута. Основное количество Висмута добывается попутно при огневом рафинировании чернового свинца (веркблея). Пирометаллургический способ основан на способности Висмута образовывать тугоплавкие интерметаллические соединения с К, Na, Mg и Са. В расплавленный свинец добавляют указанные металлы и образовавшиеся твердые соединения их с Висмутом (дроссы) отделяют от расплава. Значительное количество Висмута извлекают из шламов электролитического рафинирования свинца в кремнефтористоводородном растворе, а также из пылей и шламов медного производства. Содержащие Висмут дроссы и шламы сплавляют под щелочными шлаками. Полученный черновой металл содержит примеси As, Sb, Cu, Pb, Zn, Se, Те, Ag и некоторых других элементов. Выплавка Висмута из собственных руд производится в небольшом масштабе. Сульфидные руды перерабатывают осадительной плавкой с железным скрапом. Из окисленных руд Висмут восстанавливают углем под слоем легкоплавкого флюса.

Для грубой очистки чернового Висмут применяются в зависимости от состава примесей различные методы: зейгерование, окислительное рафинирование под щелочными флюсами, сплавление с серой и другими. Наиболее трудноотделяемая примесь свинца удаляется (до 0,01%) продуванием через расплавленный металл хлора. Товарный Висмут содержит 99,9-99,98% основного металла. Висмут высокой чистоты получают зонной перекристаллизацией в кварцевых лодочках в атмосфере инертного газа.

Применение Висмута. Значительное количество Висмута идет для приготовления легкоплавких сплавов, содержащих свинец, олово, кадмий, которые применяют в зубоврачебном протезировании, для изготовления клише с деревянных матриц, в качестве выплавляемых пробок в автоматических противопожарных устройствах, при напайке колпаков на бронебойные снаряды и т. д. Расплавленный Висмут может служить теплоносителем в ядерных реакторах.

Быстро увеличивается потребление Висмута в соединениях с Те для термоэлектрогенераторов. Эти соединения из-за благоприятного сочетания величин теплопроводности, электропроводности и термоэлектродвижущей силы позволяют преобразовывать тепловую энергию в электрическую с большим кпд (~7%). Добавка Висмута к нержавеющим сталям улучшает их обрабатываемость резанием.

Соединения Висмут применяются в стекловарении (увеличивают коэффициент преломления) и керамике (дают легкоплавкие эмали). Растворимые соли Висмута ядовиты, по характеру воздействия аналогичны ртути.