Висмут — химический элемент¶

Висмут — химический элемент 15-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы пятой группы) шестого периода периодической системы, атомный номер 83, атомная масса 208,9804. Обозначается символом Bi (лат. Bismuthum). Относится к тяжёлым металлам, в чистом виде представляет собой серебристо-белое вещество с лёгким розоватым оттенком и характерным радужным блеском на поверхности кристаллов. Висмут — один из немногих металлов, образующих при застывании расплава эффектные ступенчатые кристаллы с радужной побежалостью.

¶История и происхождение

Висмут известен человечеству с глубокой древности, однако долгое время его не отличали от свинца и олова. Название, вероятно, происходит от немецкого слова «Wismut» или от старонемецкого «wismuth» («белая масса»). Как самостоятельный металл висмут был описан в XV–XVI веках; заметный вклад в его изучение внёс немецкий учёный Георг Агрикола, который в 1529 году указал на отличие висмута от свинца. Долгое время элемент считался разновидностью свинца или олова, и лишь в XVIII веке французский химик Клод Франсуа Жоффруа в 1753 году доказал, что висмут — самостоятельный химический элемент.

¶Физические и химические свойства

Висмут — хрупкий металл, плохо проводящий тепло и электричество. Он обладает самой низкой теплопроводностью среди всех металлов (за исключением ртути). Температура плавления — около 271,4 °C, температура кипения — около 1564 °C. Плотность — примерно 9,8 г/см³. Характерная особенность: висмут — диамагнетик, то есть выталкивается из магнитного поля; это свойство выражено у него сильнее, чем у большинства металлов.

При застывании расплавленный висмут расширяется — редкое для металлов свойство, роднящее его с водой и галлием. Именно поэтому его используют в сплавах для точного литья. На воздухе висмут покрывается тонкой плёнкой оксида с радужными переливами.

В химическом отношении висмут — малоактивный металл, по свойствам близкий к мышьяку и сурьме. В соединениях проявляет степени окисления +3 и +5, причём наиболее устойчива +3. С кислотами реагирует слабо; растворяется в азотной и концентрированной серной кислотах. Образует оксиды, сульфиды, галогениды.

¶Распространение в природе

Висмут — редкий элемент: его содержание в земной коре оценивается примерно в 2·10⁻⁵ % (по массе). В природе встречается как в самородном виде, так и в составе минералов. Основные минералы — висмутин (сульфид висмута Bi₂S₃), бисмит (оксид), а также висмутовые сульфосоли. Часто висмут сопутствует свинцовым, медным, оловянным и вольфрамовым рудам. Крупные месторождения расположены в Перу, Боливии, Китае, Мексике, Канаде, Австралии и ряде других стран.

¶Получение

Основной способ получения висмута — извлечение из полиметаллических руд, где он присутствует как попутный компонент. Металл извлекают пирометаллургическими и гидрометаллургическими методами, затем очищают. Особо чистый висмут получают зонной плавкой и другими методами рафинирования. Мировое производство висмута составляет порядка 15–20 тысяч тонн в год, значительная часть приходится на Китай.

¶Применение

Висмут применяется в различных отраслях:

• Металлургия. Входит в состав легкоплавких сплавов (например, сплав Вуда, сплав Розе), используемых в предохранителях, пожарных извещателях, для пайки.
• Медицина. Соединения висмута (субсалицилат, субцитрат) применяются в гастроэнтерологии для лечения язвенной болезни и расстройств желудка; обладают антибактериальным действием в отношении Helicobacter pylori.
• Косметика. Оксид-хлорид висмута и нитрат висмута входят в состав декоративной косметики, придавая перламутровый блеск.
• Ядерная энергетика. Висмут используется как теплоноситель и как компонент для получения полония-210; применяется в реакторах на быстрых нейтронах.
• Электроника и химия. Висмут служит катализатором, применяется в производстве сверхпроводников, термоэлектрических материалов, а также в качестве безвредной замены свинца в некоторых сплавах и пигментах.

¶Биологическая роль и безопасность

Висмут не относится к жизненно необходимым элементам, но его соединения малотоксичны по сравнению с солями свинца и ртути. В организме человека он не накапливается в значительных количествах. При длительном приёме препаратов висмута возможно потемнение языка и обратимое поражение почек. В целом висмут считается одним из наименее опасных тяжёлых металлов, что способствует его использованию как экологичной альтернативы свинцу.

¶Интересные факты

• Висмут — самый тяжёлый из практически стабильных элементов: его изотоп ²⁰⁹Bi формально радиоактивен, но период полураспада превышает возраст Вселенной (около 2·10¹⁹ лет), поэтому его условно считают стабильным.
• Искусственные кристаллы висмута, выращенные в лабораторных условиях, отличаются ярко выраженной радужной окраской и используются как декоративный материал.
• Висмут входит в состав знаменитого «философского камня» алхимиков — некоторые алхимики считали его особым металлом, связанным с трансмутацией.