Բիսմութ: քիմիական միացություն

Բիսմութը հայտնի էր դեռևս 15-16-րդ դարերում, սակայն դիտվում էր իբրև կապարի, անագի, ծարիրի տարատեսակը։ Միայն 18-րդ դարի կեսերին ճանաչվեց իբրև ինքնուրույն մետաղ։

Առաջին հիշատակումը բիսմութի մասին եղել է 1546 թվականին, գերմանացի հանքաբան և մետալուրգ Գեորգիուսա Ագրիկոլի աշխատանքներում։

1739 թվականին գերմանացի քիմիկոս Ի. Գ. Պոտտոմը հայտնաբերել է, որ բիսմութը այնուամենայնիվ հանդիսանում է առանձին քիմիական տարր։ 80 տարի անց շվեդ քիմիկոս Բերցելյուսը առաջինը քիմիական նոմենկլատուրայում տվեց տարրի բանաձևը՝ Bi:

Ենթադրվում է, որ տարրի անվանումը՝ լատին․՝ Bismuthum կամ bisemutum, ծագել է գերմ.՝ weisse Masse - «սպիտակ զանգված բառերից»։

Բիսմութը կազմում է երկրակեղևի զանգվածի 2•10⁻⁵ %։ Բնության մեջ հանդիպում է ինչպես ագատ վիճակում (բնածին բիսմութ), այնպես էլ միացությունների ձևով՝ առաջացնելով միներալներ, որոնցից կարևորներն են՝

• բիսմութիտը՝ ${\displaystyle Bi_{2}CO_{3}(OH)_{4}}$ ,
• բիսմութինը՝ ${\displaystyle Bi_{2}S_{3}}$ ,
• բիսմիթը՝ ${\displaystyle Bi_{2}O_{3}}$ ,
• տետրադիմիտը՝ ${\displaystyle Bi_{2}Te_{2}S}$ ։

Հանքավայրերը պարունակում են մինչև 1% բիսմութ։

Գենետիկական խմբեր և հանքավայրեր արտյունաբերական տիպեր

 

Բիսմութը բարձր կոնցենտրացիաներով հիմնականում կուտակվում է տարբեր գենետիկական տիպի հանքավայրերում. պեգմատիտներում, բարձր և միջին ջերմաստիճան ունեցող հիդրոթերմիկ հանքավայրերում։

Ըստ էության բիսմութային հանքավայրերը ունեն սահմանափակ տարածում և որպես կանոն այս տարրը այլ մետաղների հետ ձևովորում է կոմպլեքս հանքաքարեր։ Դրանց են՝

1. Վոլֆրամ-պղինձ-բիսմութային
2. Հնգատարր ֆորմացիոն հանքավայրեր (Co-Ni-Bi-Ag-U)
3. Ոսկի-բիսմութայիններ
4. Արսեն-բիսմութայիններ
5. Պղինձ-բիսմութայիններ
6. Քվարց-բիսմութայիններ

Համաշխարհային պաշարներ և սպառում

Բիսմութը բավականին հազվագյուտ մետաղ է, և նրա համաշխարհային պաշարները, սպառումը տարեկան հազիվ գերազանցում է 6000 տոննա (տարեկան 5800 մինչև 6400 տոննա)։

Հանքավայրեր

Բիսմութի հանքավայրերը գտնվում են՝ Գերմանիայում, Բոլիվիայում, Մոնղոլիայում, Ավստրալիայում, Պերուում, Ռուսաստանում, ինչպես նաև այլ երկրներում։

 

Բիսմութը մեծ մասամբ ստանում են սև կապարի ռաֆինացման ժամանակ, նաև՝ պղնձի արտադրության փոշիներից և խարամներից։ Ապրանքային բիսմութում նրա պարունակությունը 99,9-99,98 % է։ Հետագա մաքրման համար ենթարկում են զոնային հալման։

Բիսմութը ստանում են օքսիդային հանքաքարերից, ածխով վերկանգնելիս, 900-1000 °C ջերմաստիճանում.

${\displaystyle {\rm {2\,Bi_{2}O_{3}+3\,C\rightarrow 3\,CO_{2}+4\,Bi}}}$ 

Բիսմութը գորշ-արծաթափայլ, վարդագույն երանգով մետաղ է, խտությունը՝ 9800 կգ/մ³, հալման ջերմաստիճանը՝ 271,3 °C, եռմանը՝ 1560 °C։ Ջերմության վատ հաղորդիչ է։ Սենյակային ջերմաստիճանում փխրուն է, 120-150 °C-ում՝ կռելի, 240-250 °C-ում մամլվում է՝ առաջացնելով մինչև 0,1 մմ տրամագծով լարեր և 0,2-0,3 մմ հաստությամբ թիթեղներ։ Բյուրեղացանցի կառուցվածքը՝ ռոմբադրային, տվյալները՝ a = 0,6674 нм, b = 0,6117 нм, c = 0,3304 нм, β = 110,33°:

Ջերմային ընդլայնման ջերմաստիճանային գործակիցը հավասար է 13,4·10⁻⁶ К⁻¹, 293 К (20 °C)։

Բիսմութի էլեկտրահաղորդականությունը մագնիսական դաշտում ավելի շատ է փոքրանում, քան այլ մետաղներինը (այդ հատկությունն օգտագործվում է մագնիսական դաշտի ինդուկցիան չափելու համար)։ Հալելիս ծավալը փոքրանում է 3,27 %-ով։

Առաձգականության մոդուլը՝ 32-34 ԳՊա։

Տեղաշարժման մոդուլը՝ 12,4 ԳՊա։

 

Քիմիապես միջին ակտիվության տարր է, միացություններում արժեքականությունը 2, 3 և 5 է։ Ցածրարժեք բիսմութը ունի մետաղական, բարձրարժեքը՝ ոչ մետաղական բնույթ։ Լարվածության շարքում գտնվում է ջրածնի ու պղնձի միջև և նոսր ծծմբական թթվի ու աղաթթվի հետ չի փոխազդում։

Խիտ ծծմբական և ազոտական թթուների հետ փոխազդելիս առաջացնում է աղեր՝ անջատելով համապատասխանաբար SՕ₂ և ազոտի օքսիդներ։

${\displaystyle {\mathsf {2Bi+6H_{2}SO_{4}\ {\xrightarrow {}}\ Bi_{2}(SO_{4})_{3}+3SO_{2}\uparrow +6H_{2}O}}}$ 

Լուծվում է ազոտական թթվում և արքայաջրում.

${\displaystyle {\mathsf {Bi+4HNO_{3}\ {\xrightarrow {}}\ Bi(NO_{3})_{3}+NO\uparrow +2H_{2}O}}}$ 

${\displaystyle {\mathsf {Bi+3HCl+HNO_{3}\ {\xrightarrow {}}\ BiCl_{3}+NO\uparrow +2H_{2}O}}}$ 

Բիսմութը չոր օդում կայուն է, խոնավ օդում ծածկվում է օքսիդի բարակ շերտով, 1000 °C-ից բարձր տաքացնելիս այրվում երկնագույն բոցով՝ առաջացնելով բիսմութի օքսիդ՝ В₂О₃։

${\displaystyle {\mathsf {4Bi+3O_{2}\ {\xrightarrow {\ }}2Bi_{2}O_{3}}}}$ 

Այն ծանր, դեղին փոշի է, խտությունը 8900 կգ/մ³, տաքացնելիս դառնում է կարմրա-շագանակագույն (սառեցնելիս գույնը վերականգնվում է)։ Ջրում չի լուծվում, լուծվում է թթուներում։ Կիրառվում է բիսմութի աղեր ստանալու համար։ Այդ աղերի լուծույթների և ալկալիների փոխազդման պատճառով նստում է Bi(OH)₃։ Այն անկայուն է, տաքացնելիս (մինչև 100 °C) փոխարկվում է բիսմութիլ- հիդրօբսիդի՝ ВiO(ОН)։

Եռարժեք բիսմութի աղերը (BiCl₃, Bi(NO₃)₃ և այլն) լուծույթներում հիդրոլիզվում են ու նստում համապատասխանաբար BiOCl-ը և BiONO₃—ВiO(ОН)-ը։

${\displaystyle {\mathsf {Bi+3N_{2}O_{4}\ {\xrightarrow {70-110^{o}C}}\ Bi(NO_{3})_{3}+3NO\uparrow }}}$ 

Բիսմութի հնգարժեք միացությունները դժվարությամբ են ստացվում և ուժեղ օքսիդիչներ են։ Bi₂O₃-ը շագանակագույն փոշի է, խտությունը՝ 5100 կգ/մ³, ալկալիների հետ առաջացնում է բիսմութատներ, որոնք ուժեղ օքսիդիչներ են և կիրառվում են վերլուծական քիմիայում։

Համապատասխան բիսմութական թթուն՝ НВiO₃, մաքուր վիճակում չի ստացվել։ Bi₂O₅ աղաթթվից դուրս է մղում քլոր։

 

Բիսմութը հեշտությամբ միանում է հալոգեններին (BiF₃, BiCl₃ և այլն)։

${\displaystyle {\mathsf {2Bi+5F_{2}\ {\xrightarrow {600-700^{o}C}}\ 2BiF_{5}}}}$ 

${\displaystyle {\mathsf {2Bi+3Cl_{2}\ {\xrightarrow {200^{o}C}}\ 2BiCl_{3}}}}$ 

Տաքացնելիս բիսմութը միանում է ծծմբին, սելենին, տելուրին, սիլիցիումին։

${\displaystyle {\mathsf {Bi+S\ {\xrightarrow {510^{o}C}}\ BiS}}}$ 

${\displaystyle {\mathsf {2Bi+3S\ {\xrightarrow {300-400^{o}C}}\ Bi_{2}S_{3}}}}$ 

Բիսմութը ակտիվ մետաղների հետ առաջացնում է ներմետաղական միացություններ։

Բիսմութիդների (Na₃Bi, Mg₃Bi₂ և այլն) վրա թթու ազդելիս ստացվում է բիսմութին՝ BiH₃, որը թունավոր, անկայուն գազ է, ստացվում է ջրածնի հետ խառնված։

Կապարի, անագի, կադմիումի և այլ մետաղների հետ բիսմութը առաջացնում է դյուրահալ էվտեկտիկ խառնուրդներ։ Քրոմի, ալյումինի, երկաթի հետ չի փոխազդում։

Բնական բիսմութը բաղկացած է մեկ կայուն իզոտոպից՝ ²⁰⁹Bi։ Հայտնի են 190-215 զանգվածի թվերով ավելի քան 20 արհեստական իզոտոպներ, որոնցից չորսը մտնում են բնական ռադիոակտիվ ընտանիքների մեջ։

Բիսմութի գները համաշխարհային շուկայում կայուն չեն, որը սահմանվում է որպես տատանումների առաջարկ և պահանջարկ։ 1970-ական թվականներից սկսած բիսմութի ամենացածր գինը կազմել է 3,5 դոլլար/կգ, որը նշվել է նաև 1980 թվականին, իսկ 1989 թվականին ունեցել է ամենաբարձր գինը՝ 15 դոլլար/կգ։ 1995 թվականի վերջին մաքուր՝ 99,99 %, բիսմութի գինը կազմել է 8,8 դոլլար/կգ։

Հունվար-սեպտեմբեր ամիսների ԱՄՆ-ում մեկ կիլոգրամ ապրանքի պահեստային գները աճել է հասնելով 8,8 ԱՄՆ դոլլարի (1 կգ՝ 19,80 մինչև 28,60 դոլլար)։

2011 թվականի հունվար-սեպտեմբեր ամիսների Ռոտերդամում բիսմութի ձուլակտորի պահեստային գները աճել են հասնելով 4,2 դոլլարի (1 կգ՝ 22,20 մինչև 26,40 դոլլար)։

Բիսմութը օգտագործվում է դյուրահալ համաձուլվածքներ, կլիշեներ պատրաստելու համար, ավտոմատ հակահրդեհային սարքերում, ցածր ջերմաստիճանային զոդումների համար։ Նրա հիմնական սպառողը դեղագործական արդյունաբերությունն է։

Միացություններն օգտագործում են վարակազերծման, վերքի չորացման, այրվածքների, դերմատիտների, սիֆիլիսի բուժման համար (քսերոֆորմ, դերմատոլ, բիսմովերոլ, բիոքինոլ և այլն)։

Բիսմութի առաջացած հալկոգենիդներից կիրառական նշանակություն ունեն թելուրիդները։ Նրանցից պատրաստում են մեծ օգտակար գործողության գործակից (մոտ 7 %) ունեցող ջերմաէլեկտրական գեներատորներ։

Բիսմութի բրոմօքսիդը՝ BiOBr, և յոդօքսիդը՝ ВiJ, օգտագործվում են բժշկության մեջ։ Բիսմութատներ, որպես ուժեղ օքսիդիչներ կիրառվում են վերլուծական քիմիայում։ Բիսմութի նիտրատը օգտագործվում է բժշկության մեջ և ճենապակու նկարազարդման համար։

• Պարբերական աղյուսակ

• Greenwood, N. N.; Earnshaw, A. (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN 0-7506-3365-4.
• Krüger, Joachim; Winkler, Peter; Lüderitz, Eberhard; Lück, Manfred; Wolf, Hans Uwe (2003). «Bismuth, Bismuth Alloys, and Bismuth Compounds». Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH, Weinheim. էջեր 171–189. doi:10.1002/14356007.a04_171.
• Suzuki, Hitomi (2001). Organobismuth Chemistry. Elsevier. էջեր 1–20. ISBN 978-0-444-20528-5.
• Wiberg, Egon; Holleman, A. F.; Wiberg, Nils (2001). Inorganic chemistry. Academic Press. ISBN 0-12-352651-5.

• Բիսմութը Кристаллов. NET կայքում (ռուս.)
• Բիսմութը Webelements կայքում
• Բիսմութը քիմիական տարրերի հայտնի գրադարանում

Այս հոդվածի կամ նրա բաժնի որոշակի հատվածի սկզբնական կամ ներկայիս տարբերակը վերցված է Քրիեյթիվ Քոմմոնս Նշում–Համանման տարածում 3.0 (Creative Commons BY-SA 3.0) ազատ թույլատրագրով թողարկված Հայկական սովետական հանրագիտարանից  (հ․ 2, էջ 444)։