Висмут
ГОСТ 10928-90
Bi
Висмут — Bi (Bismuthum) относится к элементам V группы периодической таблицы Менделеева, он представляет собой металл серебристо-серого цвета с розоватым оттенком.
Висмут — металл серебристо-белого цвета с розоватым оттенком. Известно большое количество аллотропных модификаций висмута, которые имеют место при высоком давлении. Существует восемь кристаллографических модификаций висмута. При давлении 2,57 ГПа и температуре +25 °C кристаллическая решётка висмута претерпевает полиморфное превращение из ромбоэдрической в моноклинную с параметрами решётки a = 0,6674 нм, b = 0,6117 нм, c = 0,3304 нм, β = 110,33°, пространственная группа C2m. При давлениях 2,72 ГПа, 4,31 ГПа и около 5 ГПа также происходят полиморфные превращения кристаллической решётки висмута. При давлении 7,74 ГПа висмут имеет кубическую решётку, пространственная группа Im3m с параметром решётки a = 0,3800 нм. В интервале давлений 2,3—5,2 ГПа и температур 500—580 °C висмут имеет тетрагональную решетку с параметрами a = 0,657 нм, c = 0,568 нм. При давлении 30 ГПа также обнаружено полиморфное превращение.
Переход висмута из твёрдого в жидкое состояние сопровождается увеличением плотности с 9,8 г/см3 до 10,07 г/см3, которая постепенно уменьшается с повышением температуры и при 900 °C составляет 9,2 г/см3. Обратный переход висмута из жидкого в твёрдое состояние сопровождается увеличением объёма на 3,3 %. Повышение плотности при плавлении наблюдается лишь у немногих веществ; другим хорошо известным примером вещества с таким свойством является вода.
Удельное электрическое сопротивление висмута равно 1,2 мкОм·м при +17,5 °C и повышается с ростом температуры. Интересной особенностью является то, что удельное сопротивление при плавлении уменьшается: у твёрдого висмута (при 269 °C) оно составляет 2,67 мкОм·м, а в жидком состоянии (при 272 °C) — лишь 1,27 мкОм·м.
Температурный коэффициент линейного расширения равен 13,4·10−6 К−1 при 293 К (+20 °C).
По сравнению с другими металлами висмут, как и ртуть, обладает низкой теплопроводностью, равной 7,87 Вт/(м·К) при 300 К.
Висмут является диамагнетиком с магнитной восприимчивостью −1,34·10−9 при 293 K, что делает его самым диамагнитным металлом. Образец висмута, подвешенный на нитке, достаточно заметно отклоняется в сторону от поднесённого сильного магнита.
Кристаллический висмут не переходит в состояние сверхпроводимости даже при охлаждении до температуры порядка 10 мК. Однако есть свидетельства, что сверхпроводимость при нормальном давлении наступает при температуре около 0,5 мК. При этом критическое магнитное поле составляет величину всего 5,2 мкТл.
При комнатной температуре висмут хрупкий металл и в изломе имеет грубозернистое строение, но при температуре 150—250 °C проявляет пластические свойства. Монокристаллы висмута пластичны и при комнатной температуре, и при медленном приложении усилия легко изгибаются. При этом можно ощутить «ступенчатость» процесса и даже услышать лёгкий хруст — это связано с двойникованием, за счёт которого упругое напряжение скачком снимается.
Модуль упругости: 32—34 ГПа.
Модуль сдвига: 12,4 ГПа.
Химические свойства
В соединениях висмут проявляет степени окисления −3, +1, +2, +3, +4, +5. При комнатной температуре в среде сухого воздуха не окисляется, но в среде влажного воздуха покрывается тонкой плёнкой оксида. Нагрев до температуры плавления приводит к окислению висмута, которое заметно интенсифицируется при 500 °C. При достижении температуры выше 1000 °C сгорает с образованием оксида Bi2O3
Взаимодействие озона с висмутом приводит к образованию оксида Bi2O5.
Незначительно растворяет фосфор. Водород в твёрдом и жидком висмуте практически не растворяется, что свидетельствует о малой активности водорода по отношению к висмуту. Известны гидриды Bi2H2 и BiH3, которые при нагреве являются неустойчивыми и ядовитыми газами. Висмут не взаимодействует с углеродом, азотом и кремнием.
Взаимодействие висмута с серой или с сернистым газом сопровождается образованием сульфидов BiS, Bi2S3.
Висмут проявляет стойкость по отношению к концентрированной соляной и разбавленной серной кислотам, но растворяется азотной кислотой и царской водкой.
Висмут реагирует с тетраоксидом диазота с образованием нитрата висмута:
С концентрированной серной кислотой растворяется с образованием сульфата висмута:
Взаимодействие висмута с фтором, хлором, бромом и иодом сопровождается образованием различных галогенидов:
С металлами способен образовывать интерметаллиды — висмутиды.
Висмут также способен образовывать висмуторганические соединения, такие, как триметилвисмут Bi(CH3)3 и трифенилвисмут Bi(C6H5)3.
Висмут используется в приготовлении сплавов, отличающихся небольшой температурой плавления. В этих легкоплавких сплавах присутствует свинец и кадмий, а также олово. Назначение: зубоврачебное протезирование в стоматологии, напайка колпаков бронебойных снарядов в военном деле и пр. Висмут, находящийся в расплавленном состоянии может использоваться в качестве теплоносителя ядерных реакторов. Это вещество отлично показывает себя в термоэлектрогенераторах, соединения с Те обеспечивают преобразование тепловой энергии в электрическую. Висмут добавляют в состав нержавеющей стали. И это улучшает ее металлообработку. Соединения висмута используются в производстве стекла и керамики (эмали с малой температурой плавления). В медицине принятие препаратов с наличием висмута снижает токсикозы от химеотерапии, некоторые исследователи считают, что это вещество поможет создать лекарство против СПИДа.