Висмус: свойства, происхождение и применение¶

Висмус — химический элемент с атомным номером 83 в периодической системе Д. И. Менделеева, обозначаемый символом Bi. Относится к группе пниктогенов (15-я группа, подгруппа азота), расположен в шестом периоде. Простое вещество висмус — тяжёлый хрупкий металл серебристо-белого цвета с лёгким розоватым оттенком и характерным радужным оксидным налётом на поверхности. Это один из немногих металлов, встречающихся в природе преимущественно в самородном виде, наряду с золотом, серебром и платиной.

¶Общая характеристика

Атомная масса висмуса составляет 208,980 а. е. м. Температура плавления — 271,4 °C, температура кипения — 1564 °C. Плотность — около 9,8 г/см³. Висмус — диамагнетик, то есть выталкивается из магнитного поля; это свойство выражено у него сильнее, чем у большинства металлов. Металл обладает низкой теплопроводностью и электропроводностью по сравнению с типичными металлами.

Висмус — самый тяжёлый из элементов, чьи стабильные изотопы считаются практически нерадиоактивными. Долгое время его относили к стабильным элементам, однако современные измерения показали, что изотоп висмут-209 чрезвычайно слабо радиоактивен: его период полураспада превышает 10¹⁸ лет, что на много порядков больше возраста Вселенной.

¶История

Висмут известен человечеству с древности, хотя долгое время его не отличали от свинца и олова. Название, вероятно, происходит от немецкого слова Wismut или от старонемецкого weisse Masse — «белая масса». В средние века висмут использовали в составе сплавов для печати и в медицине.

Как самостоятельный химический элемент висмус был идентифицирован в XVIII веке. Французский химик Клод Франсуа Жоффруа в 1753 году доказал, что висмут — отдельный металл, а не разновидность свинца. Позднее, в XIX–XX веках, были изучены его соединения и разработаны промышленные методы получения.

¶Нахождение в природе

В земной коре висмут содержится в очень малых количествах — около 2·10⁻⁵ % по массе, что сопоставимо с распространённостью серебра. Основные минералы — висмутин (сульфид Bi₂S₃), бисмит (оксид Bi₂O₃) и самородный висмус. Часто висмут встречается как примесь в свинцовых, медных, оловянных и молибденовых рудах.

Крупные месторождения находятся в Китае, Мексике, Перу, Боливии, Японии и Канаде. Значительная часть мирового производства висмута получается попутно при переработке свинцовых и медных концентратов.

¶Физические и химические свойства

Висмус — хрупкий металл, легко измельчается в порошок. При застывании расплава образует характерные ступенчатые кристаллы с радужной плёнкой оксидов, что делает его популярным у коллекционеров и в декоративных изделиях.

Химически висмус довольно инертен при обычных условиях, но при нагревании реагирует с кислородом, серой, галогенами. В ряду напряжений он стоит после водорода, поэтому не вытесняет его из кислот. Растворяется в азотной и горячей серной кислоте. Степени окисления: +3 (наиболее устойчивая), +5 (реже), а также +1 и −3 в некоторых соединениях.

Соединения висмута, как правило, малорастворимы в воде. Оксид Bi₂O₃ — жёлтое кристаллическое вещество, применяемое в стекловарении и керамике.

¶Применение

Висмус и его соединения находят применение в разных отраслях:

• Металлургия. Висмут добавляют в сплавы для улучшения обрабатываемости. Он входит в состав легкоплавких сплавов (например, сплав Вуда), используемых в предохранителях, пожарных извещателях и при пайке.
• Медицина. Субсалицилат и субцитрат висмута применяются при заболеваниях желудка, в частности для лечения язвы и инфекции Helicobacter pylori. Также соединения висмута используются как антисептики и вяжущие средства.
• Косметика. Оксид висмута и оксихлорид придают перламутровый блеск декоративной косметике, лакам и краскам.
• Электроника и ядерная техника. Висмут применяется в качестве теплоносителя в некоторых ядерных реакторах и как материал для защиты от гамма-излучения.
• Пигменты и стёкла. Соединения висмута используются для получения жёлтых пигментов и специальных стёкол с высоким показателем преломления.

¶Биологическая роль и токсичность

Биологическая роль висмута в организме человека не установлена; он не относится к жизненно необходимым элементам. В малых количествах соединения висмута малотоксичны, однако длительное воздействие больших доз может вызывать поражение почек и нервной системы. При приёме препаратов висмута иногда наблюдается потемнение языка и кала — это безвредный эффект, связанный с образованием сульфида висмута.

¶Мировое производство

Основным производителем висмута является Китай, на который приходится значительная доля мирового выпуска. Другие крупные производители — Мексика, Перу, Япония и Казахстан. Объём мирового производства оценивается в несколько тысяч тонн в год. Цены на висмут подвержены колебаниям, связанным с попутным характером его добычи и спросом со стороны металлургии и фармацевтики.

¶Интересные факты

• Самородный висмус образует одни из самых эффектных кристаллов в минералогии — ступенчатые «лестницы» с тонкими интерференционными цветами.
• Висмут — основной компонент «вечного» легкоплавкого сплава, плавящегося в кипятке.
• Изотоп висмут-209 формально считается самым тяжёлым практически стабильным изотопом среди всех элементов.
• Висмут используется в качестве безопасной замены свинца в некоторых областях, поскольку менее токсичен.