Висмут: свойства элементов и применение

Описание

Висмут - хрупкий металл серебристо-белого цвета, но часто с розоватым оттенком. Этот нетоксичный, диамагнитный металл безопасен для окружающей среды и находит применение от фармацевтики до электроники.

Знакомство с элементом

Висмут - интересный элемент, имеющий атомный номер 83. Один из самых тяжелых стабильных элементов, висмут отличается по своим свойствам в нескольких аспектах. Он нетоксичен, в отличие от многих тяжелых металлов, что делает его более привлекательным и очень хорошим вариантом по сравнению с более вредными материалами, такими как свинец. Кристаллическая структура висмута - ромбоэдрическая, что улучшает его внешний вид и делает его блестящим. Благодаря уникальному сочетанию физических и химических свойств висмут со временем нашел применение в промышленности.

Химически висмут похож на сурьму и мышьяк, входящие в его группу, но низкая токсичность и особые кристаллические свойства делают этот металл особенно полезным в приложениях, связанных с безопасностью и устойчивостью.

Описание химических свойств

Висмут обычно находится в состоянии окисления +3 в своих соединениях, но при подходящих условиях может быть получено состояние +5. Обладая высокой плотностью и низкой теплопроводностью, висмут, как ни странно, является очень плохим проводником электричества. Из-за этого его применение ограничено такими областями, как нетоксичные припои или низкоплавкие сплавы. Еще одно преимущество для повседневного использования, от фармацевтики до промышленных процессов, заключается в том, что при нормальных условиях висмут не окисляется, что обеспечивает хорошую стабильность и долгосрочную надежность.

Физические свойства

Висмут обладает рядом физических свойств, которые отличают его от многих других металлов. Его плотность составляет 9,78 г/см³, что делает его тяжелее свинца, однако он хрупкий, а не ковкий, как свинец. Температура плавления висмута относительно низкая - 271,5 °C, в то время как температура кипения значительно выше - около 1564 °C. Кроме того, висмут обладает уникальной кристаллической структурой, которая при охлаждении превращается в яркие и красочные узоры, что способствует его эстетической привлекательности в различных косметических средствах.

Основные физические свойства:

• Атомный номер: 83
• Атомный вес: 208,98 г/моль
• Плотность: 9,78 г/см³
• Температура плавления: 271,5°C
• Температура кипения: 1564°C
• Кристаллическая структура: Ромбоэдрическая

Применение

Универсальность и низкая токсичность висмута делают его пригодным для применения в различных отраслях промышленности - от здравоохранения до электроники. Ниже перечислены основные области, в которых висмут находит свое применение:

1. Применение в медицине:

В фармацевтическом бизнесе висмут наиболее известен благодаря своему применению в качестве средства, улучшающего пищеварение. Лекарство, состоящее из висмута и известное как субсалицилат висмута, используется в таких продуктах, как Pepto-Bismol и Kaopectate. Эти безрецептурные препараты используются для лечения тошноты, изжоги и диареи. Висмут оказывает вяжущее действие на ткани и помогает защитить слизистую оболочку желудка от раздражающих факторов, тем самым эффективно устраняя желудочно-кишечные расстройства. Он также обладает мягкими противомикробными свойствами, которые помогают в лечении инфекций Helicobacter pylori, вызывающих язвы желудка.

2. Замена свинца:

Исторически свинец использовался в различных сферах, но из-за его токсичности промышленность стала искать более безопасные альтернативы. Висмут используется в качестве нетоксичного элемента, альтернативного свинцу, в сплавах, припоях, сантехнике и рыболовных грузилах. В этих областях применения низкая токсичность и относительно схожие со свинцом свойства висмута (например, низкие температуры плавления) делают его идеальной заменой. Это применение особенно важно в электронной промышленности, где бессвинцовые припои становятся нормой из-за проблем с окружающей средой и таких норм, как RoHS.

3. Косметика:

Оксихлорид висмута широко используется в косметической промышленности для приготовления продуктов с перламутровым блеском, таких как помада, тени для век и лак для ногтей, благодаря своей естественной переливчатости, которая придает гладкую, блестящую поверхность. Висмут, обладая низкой токсичностью, является привлекательной альтернативой материалам, которые могут вызывать раздражение. Это очень важно для продуктов, предназначенных для чувствительной кожи.

4. Электроника:

Висмут находит разнообразное применение в электронных устройствах, в основном для получения тонких пленок и проводящих материалов. Теллурид висмута - пример одного из таких соединений, которое находит применение в термоэлектрических устройствах благодаря своей высокой термоэлектрической эффективности. Исследователи все еще изучают потенциал висмута в полупроводниковых технологиях и его способность улучшать электрические свойства при использовании в тонких слоях. Нетоксичность висмута делает его потенциальным кандидатом на использование в более экологичных электронных компонентах, что способствует продвижению экологически чистой электроники.

5. Промышленные применения:

Висмут также находит широкое применение в промышленности, особенно в металлургии и в качестве металлургической добавки. Он используется в различных сплавах для модификации их свойств, например в сплавах с низкой температурой плавления висмута, применяемых в устройствах для обнаружения пожаров. Такие сплавы чрезвычайно полезны в тех областях, где требуется безопасность и низкая токсичность. Кроме того, уникальные физические свойства висмута делают его полезным в производстве высококачественных зеркал и других промышленных деталей.

Методы получения

Висмут обычно получают в качестве побочного продукта при рафинировании других металлов, таких как свинец, медь, олово и вольфрам. Добыча осуществляется гидрометаллургическим методом, при котором висмут отделяется от других металлов путем химической реакции и выпадения осадка. Добытый висмут очищается, чтобы соответствовать высоким стандартам для промышленного и фармацевтического применения. Передовые методы электрорафинирования и осаждения обеспечивают чистоту висмута и его соединений.

Часто задаваемые вопросы

Что уникального в висмуте среди всех тяжелых металлов?

Висмут известен своей низкой токсичностью, поразительной кристаллической структурой и нетоксичностью по сравнению с другими тяжелыми металлами, такими как свинец.

Как обычно добывают висмут из его руд?

Большая часть производимого сегодня висмута поступает в качестве побочного продукта при рафинировании других металлов, особенно свинца, меди и олова, с помощью современных гидрометаллургических и очистительных технологий.

В каких распространенных продуктах используется висмут?

Основные области применения висмута - фармацевтика, косметика, устройства для обнаружения пожаров, низкоплавкие сплавы, а также замена свинца в определенных промышленных областях.

Каковы основные химические свойства висмута?

Висмут имеет стабильные степени окисления, низкую реакционную способность и образует сложные соединения, поэтому он находит множество химических применений.

Почему висмут является экологически безопасной альтернативой в промышленности?

Висмут считается нетоксичным и стабильным, поэтому он является более безопасной альтернативой таким опасным материалам, как свинец. Он снижает риски для окружающей среды и здоровья, связанные со свинцом и другими опасными материалами.