Висмут
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 В. состоит из одного стабильного изотопа 209Bi.
В. был известен в 15-16 вв., но долгое время его считали разновидностью олова, свинца или сурьмы. За самостоятельный металл В. был признан в середине 18 в. Французский химик А. Лавуазье включил его в список простых тел. Происхождение названия "В." не установлено.
Содержание В. в земной коре 2Ї10-5% по массе. В. встречается в природе в виде многочисленных минералов, из которых главнейшие - висмутовый блеск Вi2S3, висмут самородный Bi, бисмит Bi2O3 и др. (см. Висмутовые руды). В большем количестве, но в малых концентрациях В. встречается как изоморфная примесь в свинцово-цинковых, медных, молибденово-кобальтовых и олово-вольфрамовых рудах. Около 90% мирового потребления покрывается попутной добычей В. при переработке полиметаллических руд.
Физические и химические свойства. В. имеет ромбоэдрическую решётку с периодом a = 4,7457 А? и углом α=57?14'13''. Плотность 9,80 г/см3; tпл 271,3?С; tkип 1560 ?С. Удельная теплоёмкость (20 ?С) 123,5 дж/кгЇК (0,0294 кал/гЇС); термический коэффициент линейного расширения при комнатной температуре 13,3Ї10-6; удельная теплопроводность (20?С) 8,37 вт/(мЇК) [0,020 кал/(смЇсекЇ?С)]; удельное электрическое сопротивление (20? С) 106,8Ї10-8 омЇм (106,8Ї10-6 омЇсм). В. - самый диамагнитный металл. Удельная магнитная восприимчивость равна -1,35Ї10-6. Под влиянием магнитного поля электросопротивление В. увеличивается в большей степени, чем у других металлов, что используется для измерения индукции сильных магнитных полей (см. Висмутовая спираль). Сечение захвата тепловых нейтронов у В. мало (34Ї10-31 м2 или 0,034 барна). При комнатной температуре В. 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. Твёрдость по Бринеллю 93 Мн/м2 (9,3 кгс/мм2), по Моосу 2,5. При плавлении В. уменьшается в объёме на 3,27%.
В. в сухом воздухе устойчив, во влажном наблюдается его поверхностное окисление. При нагревании выше 1000?С сгорает голубоватым пламенем с образованием окиси Bi2O3. В ряду напряжений В. стоит между водородом и медью, поэтому в разбавленной серной и соляной кислотах не растворяется; растворение в концентрированных серной и азотной кислотах идёт с выделением SO2 и соответствующих окислов азота.
В. проявляет валентность 2, 3 и 5. Соединения В. низших валентностей имеют основной характер, высших - кислотный. Из кислородных соединений В. наибольшее значение имеет трёхокись Вi2O3, при нагревании меняющая свой жёлтый цвет на красно-коричневый. Вi2O3 применяют для получения висмутовых солей. В разбавленных растворах висмутовые соли гидролизуются. Хлорид BiCl3 гидролизуется с выпадением хлорокиси BiOCl, нитрат Bi (NO3)3 - с выпадением основной соли BiONO3ЇBiOOH. Способность солей В. гидролизоваться используется для его очистки. Соединения 5-валентного В. получаются с трудом; они являются сильными окислителями. Соль КВiО3 (соответствующая ангидриду Bi2O5) образуется в виде буро-красного осадка на платиновом аноде при электролизе кипящего раствора смеси KOH, KCl и взвеси Вi2O3. В. легко соединяется с галогенами и серой. При действии кислот на сплав В. с магнием образуется висмутин (висмутистый водород) ВiH3; в отличие от арсина AsH3, висмутин - соединение неустойчивое и в чистом виде (без избытка водорода) не получено. С некоторыми металлами (свинцом, кадмием, оловом) В. образует легкоплавкие эвтектики; с натрием, калием, магнием и кальцием - интерметаллические соединения c температурой плавления, значительно превышающей температуры плавления исходных компонентов. С расплавами алюминия, хрома и железа В. не взаимодействует.
Получение и применение. Основное количество В. добывается попутно при огневом рафинировании чернового свинца (веркблея). Пирометаллургический способ основан на способности В. образовывать тугоплавкие интерметаллические соединения с К, Na, Mg и Ca. В расплавленный свинец добавляют указанные металлы и образовавшиеся твёрдые соединения их с В. (дроссы) отделяют от расплава. Значительное количество В. извлекают из шламов электролитического рафинирования свинца в кремнефтористоводородном растворе, а также из пылей и шламов медного производства. Содержащие В. дроссы и шламы сплавляют под щелочными шлаками. Полученный черновой металл содержит примеси As, Sb, Cu, Pb, Zn, Se, Te, Ag и некоторых других элементов. Выплавка В. из собственных руд производится в небольшом масштабе. Сульфидные руды перерабатывают осадительной плавкой с железным скрапом. Из окисленных руд В. восстанавливают углём под слоем легкоплавкого флюса.
Для грубой очистки чернового В. применяются в зависимости от состава примесей различные методы: зейгерование, окислительное рафинирование под щелочными флюсами, сплавление с серой и др. Наиболее трудно отделяемая примесь свинца удаляется (до 0,01%) продуванием через расплавленный металл хлора. Товарный В. содержит 99,9-99,98% основного металла. В. высокой чистоты получают зонной перекристаллизацией в кварцевых лодочках в атмосфере инертного газа. Значительное количество В. идёт для приготовления легкоплавких сплавов, содержащих свинец, олово, кадмий (см., например, Вуда сплав), 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 В. может служить теплоносителем в ядерных реакторах.
Быстро увеличивается потребление В. в соединениях с Te 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 В. к нержавеющим сталям улучшает их обрабатываемость резанием.
Соединения В. применяются в стекловарении (увеличивают коэффициент преломления) и керамике (дают легкоплавкие эмали). Растворимые соли В. ядовиты, по характеру воздействия аналогичны ртути.
Наибольшее количество В. потребляется фармацевтической промышленностью. В. и его препараты применяют в медицинской практике как обеззараживающие и подсушивающие средства. Нитрат В. основной применяют внутрь при воспалительных заболеваниях кишечника (колиты, энтериты), язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки; выпускается в порошках и таблетках; входит в состав таблеток викалин и викаир. Наружно применяют препараты В. в виде присыпок и мазей (ксероформ, дерматол) для лечения ожогов, дерматитов и поверхностных пиодермий. Для внутримышечных инъекций употребляют взвеси некоторых соединений В. в растительном масле (бисмоверол, бийохинол) при лечении сифилиса.
Лит.: Томсон Дж. Г., Висмут, пер. [с англ.], Л., 1932; Сажин Н. П., Дулькина Р. А., Получение металлического висмута высокой частоты, М., 1955; [Каганович С. Я., Иванов Г. П.], Производство и применение висмута в капиталистических странах, М., 1963; Глазков Е. Н., Висмут, Таш., 1969.
? Л. Я. Кроль.