Висмут

Природный висмут состоит из одного нуклида²⁰⁹Bi. Конфигурация внешнего электронного слоя 6s²p³. 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 Bi³⁺ — 0, 110-0, 131 нм, Bi⁵⁺ — 0, 090 нм, Bi^3- — 0, 213 нм. Энергии последовательной ионизации атома висмута 7, 289; 16, 74; 25, 57; 45, 3; 56 эВ; сродство к электрону 0, 7 эВ. По шкале Полинга электроотрицательность висмута 1, 9. Природный изотоп ²⁰⁹Bi слабо радиоактивен.

Висмут известен с 15 века, но его долго принимали за разновидность олова, свинца или сурьмы. В 1529 году немецкий ученый Г. Агрикола дал первые сведения о металлическом висмуте, его добыче и переработке. Химическую индивидуальность висмута первым установил в 1739 году И. Потт. 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, или висмутовый блеск, Bi₂S₃ (81, 3% Bi), козалит Pb₂Bi₂S₅ (42% Bi), бисмит Bi₂O₃ (89, 7% Bi) и некоторые другие. Висмут — редкий рассеянный элемент, его собственные минералы очень редки.

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/дм³. 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 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 Bi₂O₃. При окислении хлором суспензии Bi₂O₃ в среде водного раствора КОН при температуре около 100 °C образуется Bi₂O₅. Кроме того, известны оксиды висмута составов Bi₂O, Bi₆O₇ и Bi₈O₁₁. При сплавлении висмута и серы образуется сульфид состава Bi₂S₃, обладающий полупроводниковыми и термоэлектрическими свойствами. При сплавлении висмута с селеном или теллуром образуются, соответственно, селенид или теллурид висмута.

Известны галогениды висмута состава BiX₃, пентафторид BiF₅, а также оксигалогениды составов BiOX (X = Cl, Br, I). При действии кислот на сплав висмута с магнием образуется висмутин BiH₃. При взаимодействии висмута с металлами образуются висмутиды, например, висмутид натрия Na₃Bi, висмутид магния Mg₃Bi. При понижении рН растворов солей висмута (III) (нитрата, перхлората и др.) в осадок выпадают различные гидроксосоли, например, Bi(OH)₂NO₃. Ранее считалось, что они содержат ион BiO⁺– (висмутил-ион), однако установлено, что такие гидроксосоли содержат октаэдрические катионы [Bi₆(OH)₁₂]⁶⁺, [Bi₆O₄(OH)₄]⁶⁺ и [Bi₆(OH)₁₂]⁶⁺. Растворимые соли висмута ядовиты.

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, разработавший технологию его выплавки.

Основное применение висмута — его использование в качестве компонента легкоплавких сплавов. Висмут входит, например, в известный Сплав Вуда, 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 Bi₂O₃, применяют в стекловарении и керамике, в фармацевтической промышленности, в качестве катализаторов.

Авторы: С.С. Бердоносов, П.С. Бердоносов