Висмут (Bi) – редкоземельный металл, относящийся к V группе периодической системы Менделеева. Долгое время висмут считался разновидностью других элементов – олова, сурьмы и свинца, и лишь в XVIII веке было доказано, что это самостоятельный элемент.
Такое заблуждение было связано с тем, что самородный висмут очень редко встречается в природе. Как правило, он содержится в виде примеси в других рудах – оловянных, медных, свинцовых и т.д.
Современная добыча висмута не превышает 6000 тонн в год, причем значительную часть получают в качестве сопутствующего элемента при добыче полиметаллических руд. Процентное содержание висмута в таких рудах редко достигает даже 1%, поэтому требуется длительный и трудоемкий процесс обогащения руды и последующего выделения этого редкого металла.
В зависимости от типа примесей, содержащихся в концентрате, получение чистого висмута может производиться различными методами: окислительным рафинированием, сплавлением с серой, зейгерованием и т.д.
В готовом виде висмут представляет собой металл серебристого цвета с розоватым отливом. Обладает низкой теплопроводностью, хрупкостью, отрицательной магнитной восприимчивостью, устойчивостью к воздействию соляной и серной кислот. Он широко применяется в различных областях промышленности – от металлургии и атомной энергетики до медицины. Кроме того, висмут легко образует собственные минералы – на сегодняшний день их известно более сотни. Среди таких минералов наиболее востребованы в промышленности сульфсоли висмута и висмутин.
Химические свойства висмута
Висмут обладает выраженными инертными свойствами, благодаря чему он не окисляется на воздухе и не вступает в реакцию с рядом кислот. При сильном нагревании висмут сгорает, образуя оксид, для которого характерны все качества основных оксидов. Оксид висмута, реагируя с кислотами, образует соли.
Висмут не растворяется в соляной и слабой серной кислотах, для его растворения применяется азотная кислота, с которой он образует нитрат висмута. При реагировании с концентрированной серной кислотой висмут образует сульфат висмута – неорганический реактив, широко применяющийся для лабораторного анализа.
Висмут – достаточно хрупкий и при этом мягкий металл. Температура плавления +271°С. Висмут, нагретый до +150°С, изменяет свои качества и из хрупкого становится пластичным. Для него характерно необычное свойство – остывая, висмут увеличивается в объеме (аналогично тому, как вода, замерзая, образует более объемный лед).
Висмут отличается низкой теплопроводностью, что также нехарактерно для металлов в целом. И обладает наиболее выраженными диамагнитными качествами среди всех известных металлов.
С самими металлами этот элемент также способен реагировать, образуя интерметаллиды – висмутиды, часть из которых тоже нашла применение в современной промышленности. Так, например, висмутид платины используется в качестве перспективного катализатора в топливных элементах. Также висмут реагирует с органикой, образуя висмуторганические соединения.
Сферы применения висмута
В настоящее время ключевым потребителем висмута является металлургическая промышленность. Сплавы висмута с различными металлами (свинец, цинк и т.д.) имеют низкую температуру плавления (менее +100°С). Они широко применяются при изготовлении плавких предохранителей, припоев, клапанов и др.
Магнитные свойства висмута делают его оптимальным при изготовлении приборов, измеряющих магнитные поля. Кроме того, этот металл используется при получении магнитоэлектрических материалов. Интерметаллид висмута с марганцем применяется для изготовления пластичных магнитов, позволяя в больших количествах производить недорогие постоянные магниты с диэлектрическими качествами.
Значительную роль играет висмут в производстве нержавеющих сталей, облегчая также их обработку на станках. При добавлении висмута в алюминиевый сплав повышается пластичность последнего.
Фармацевтическая промышленность также является крупным потребителем висмута. В частности, этот металл выступает компонентом многих антисептиков и ранозаживляющих препаратов. Оксохлорид висмута является ренгтеноконтрастным веществом, применяемым при проведении обследований с контрастированием.
Химическая промышленность использует соединения висмута в качестве катализатора. С его помощью получают акриловые полимеры, выполняют крекинг нефти и др.
Сфера применения висмута включает также: изготовление полупроводниковых материалов и детекторов ядерного излучения, производство химических источников тока, изготовление стекла и керамики и многое другое.