იერსახე

მეტალური ბისმუთი

ძირითადი თვისებები

იერსახე: მბზინავი ვერცხლისფერი
Ar (სტანდარ).: 208.98040(1)
Ar (დაყვანლი): 208.98

ელემენტთა პერიოდულობის ცხრილი

ატომური ნომერი: 83
ჯგუფი: 15
პერიოდი: 6
ბლოკი: p
ელექტრონული კონფიგურაცია: [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p3
ელექტრონები ორბიტალებზე: 2, 8, 18, 32, 18, 5

ფიზიკური თვისებები

აგრეგატ. ფაზა (ნპ) მყარი
ლღობის ტემპ.,°C 271.5
დუღილის ტემპ.°C 1564
სიმკვრივე, გ/სმ3 9.78
კრიტიკული წერტილი:
წვის სითბო: 11.30
აორთლების სითბო: 179
მოლური სითბოთევადობა: 25.52 

ატომის თვისებები

ჟანგვითი რიცხვები: −3, −2, −1, +1, +2, +3, +4, +5  
ელექტოუარყოფითობა: 2.02 
იონიზაცია: I: 703 kJ/mol
II: 1610 kJ/mol
III: 2466 kJ/mol 
ატომური რადიუსი: 156 
კოვალენტური რადიუსი: 148±4  

სხვა თვისებები

კრისტალური სტრუქტურა: რომბული 
თერმული გაფართოვება: 13.4 
თერმული გამტარებლობა: 7.97 
ელექტრული წინაღობა: 1.29  
მაგნიტურობა: დიამაგნიტური 
იუნგის მოდული: 32 
ბალკის მოდული: 31  

ისტორია

დასახელება:  
აღმოჩენა: არაბი ალქიმიკოსები 1000 წ ქ.შ-მდე 
პირველი სინთეზი:  

ბისმუტი

 

ბისმუთი - (ლათ. Bismuthum) აღინიშნება სიმბოლოთი Bi. მისი ატომური ნომრია 83 და მოთავსებულია ელემენტთა პერიოდულობის ცხრილის მეექვსე პერიოდი მე-15 ჯგუფში. ბისმუთი წარმოადგენს მოვერცხლისფრო-წითელი შეფერილობის მძიმე ლითონს. მას ფართო   გამოყენება აქვს ტექნიკაში.

 

ბისმუთის ოქსიდი ცისარტყელისებური ოქსიდური ზედაპირით

 

ბისმუთის კრისტალი

ისტორია

მისი დასახელება სავარაუდოდ მომდინარეობს ლათინურიდან: „ბისემუტუმ“ Bismuthum ან bisemutum გერმანულიდან - „ვისმუთიდან“ weisse Masse, რაც „თეთრ მასას“ ნიშნავს და ბისმუთის ფერზე მიუთითებს.

ბისმუთი ცნობილია მე-15 საუკუნიდან, თუმცა მას ხანგრძლივი დროის განმავლობაში განიხილავდნენ როგორს კალას, ტყვიის ან სტიბიუმის ნაირსახეობას. 1529 წელს გერმანელმა მეცნიერმა სამთო საქმიანობასა და მეტალურგიაში გ. აგრიკოლამ გამოაქვეყნა პირველი შრომა მეტალურ ბისმუთზე, მის მოპოვებსასა და გადამუშავებაზე. ბისმუთის ქიმიური ინდივიდუალურობა კი პირველად ი. პოტმა დაადგინა  1739 წელს.

 

  

 

 იზოტოპები

ბუნებრივი ბისმუთი შედგება მხოლოდ ერთი იზოტოპისაგან 209Bi, რომელიც ითვლებოდა ყველაზე მძიმე, ბუნებაში არსებული სტაბილური იზოტოპებიდან. თუმცა 2003 წელს ექსპერიმენტულად დადასტურებულ იქნა, რომ ის წარმოადგენს ალფა-რადიოაქტიურ იზოტოპს ნახევარდაშლის პერიოდით 1.9 ± 0.2×1019 წელი.

გარდა 209Bi იზოტოპისა, ცნობილია კიდევ 19 იზოტოპი. ყველა მათგანი რადიოაქტიურია და ხანმოკლე სიცოცხლისუნარიანი, რომელთა ნახევარდაშლის პერიოდი არ აღემატება რამდენიმე დღეს.

 

 

გავრცელება

ბისმუთის შემცველობა დედამიწის ქერქში 2×10−5 % მასით, ზღვის წყალში კი - 2×10-5 მგ/ლ.

საბადოებში გავრცელებულია დამოუკიდებელი მინერალების სახით. ასევე გვხვდება სულფიდური მინარევების სახით. მსოფლიო პრაქტიკის მიხედვით მოპოვებული ბისმუთის 90%-ს  იღებენ ტყვია-თუთიის, სპილენძის, კალას საბადოების და კონცენტრატების მეტალურგიული გადამუშავების დროს, რომლებიც შეიცავენ ბისმუთის ასობით და ზოგჯერ ათობით პროცენტულ წილს.

თვითნაბადი ბისმუთის ნედლეულში მისი შემცველობა 98.5 – 99% შორის ვარირებს. თუმცა საბადოები, რომლებიც შეიცავენ 1% და უფრო მეტ ბისმუთს გვხვდება იშვიათად. ბისმუთის შემცველი მინერალებია: ბისმუთინი - Bi2S3 (81.30 % Bi), ტეტრადიმიტი - Bi2Te2S (56.3 - 59.3 % Bi), კოზალიტი - Pb2Bi2S5 (42 % Bi), ბისმუთიტი - Bi2CO3(OH)4 (88.5 - 91.5 % Bi), ბისმიტი - Bi2O3 (89.7 % Bi), ვიტიხენიტი Cu3BiS3, გალენობისმუთიტი PbBi2S4, აიკინიტი CuPbBiS3.

ბისმუთის საბადოები აღმოჩენილია გერმანიაში, მონღოლეთში, ბოლივიაში, ავსტრალიაში, პერუში და სხვა ქვეყნებში.

 

ფიზიკური თვისებები

ჩვეულებრივი წნევის პირობებში არსებობს ბისმუთის მხოლოდ ერთი რომბოედრული მოდიფიკაცია (მესრის პარამეტრები პერიოდით а = 0.4746ნმ, კუთხე 57.23° ). დნობის დროს ბისმუთი მოცულობაში მცირდება (როგორც ყინული), ანუ მყარი ბისმუთი მსუბუქია თხევადზე. მაღალი წნევის პირობებში არსებობს  მეტალური ბისმუთის სხვა მოდიფიკაციებიც. ბისმუთი მყიფეა, ადვილად იფქვება ფხვნილის სახით. ბისმუთი ყველაზე ძლიერი დიამაგნიტური მეტალია.

 

ქიმიური თვისებები

მშრალ ჰაერში ბისმუთი არ იჟანგება, ხოლო ტენიან ატმოსფეროში თანდათანობით იფარება ოქსიდური ფენით. 1000 °C-ზე ზევით გაცხელებისას იწვის და წარმოქმნის ძირითად ოქსიდს, ბისმუთის ტრიოქსიდს - Bi2O3.

Bi2O3-ის სუსპენზიის ქლორით დაჟანგვისას КОН-ის წყალხსნარის არეში 100 °C -ის პირობებში წარმოიქმნება Bi2O5. გარდა ამისა, ცნობილია შემდეგი შემადგენლობის ბისმუთის ოქსიდები Bi2O, Bi6O7 და Bi8O11.

ბისმუთისა და გოგირდის შელღობისას წარმოიქმნება სულფიდი შემადგენლობით Bi2S3, რომლისთვისაც დამახასიათებელია ნახევარგამტარული და თერმოელექტრული თვისებები.

ბისმუთის შელღობისას სელენთან ან ტელურთან წარმოიქმნება შესაბამისად ბისმუთის სელენიდი ან ტელურიდი.

ცნობილია ბისმუთის ჰალოგენიდები შემადგენლობით BiX3, პენტაფთორიდი BiF5, ასევე ოქსიჰალოგენიდები შემადგენლობით BiOX (X = Cl, Br, I).

ბისმუთის მაგნიუმთან შენადნობზე მჟავების მოქმედებით წარმოიქმნება ბისმუთინი BiH3 - ძალიან უმდგრადი ტოქსიკური გაზი.

ბისმუთის მეტალებთან ურთიერთქმედებისას წარმოიქმნება ბისმუთიდი, მაგალითად, ნატრიუმის ბისმუთიდი Na3Bi, მაგნიუმის ბისმუთიდი Mg3Bi და ა.შ.

ბისმუთ(III)-ის მარილების ხსნარებში рН-ის შემცირებისას ნალექის სახით გამოიყოფა სხვადასხვა სახის ჰიდროქსომარილები, მაგალითად, Bi(OH)2NO3. ადრე ითვლებოდა, რომ ისინი შეიცავენ იონს BiO+ (ბისმუთილ-იონი), თუმცა დადგენილია, რომ ასეთი ჰიდროქსომარილები შეიცავენ ოქტაედრულ კათიონებს [Bi6(OH)12]6+, [Bi6O4(OH)4]6+ და [Bi6(OH)12]6. ბისმუთის ხსნადი მარილები ტოქსიკურია.

ბისმუთი საკმაოდ იშვიათი მეტალია და მისი მსოფლიო წარმოება/მოხმარება მცირედ  აღემატება წელიწადში 6000 ტონას.

 

მიღება

 ბისმუთს უღებენ  ბისმუთის სულფიდის შედნობით რკინასთან:

Bi2S3 + 3 Fe  → 2 Bi + 3 FeS

ან შემდეგი პროცესების თანმიმდევრული ჩატარებით:

2 Bi2S3 + 9 O2 → 2 Bi2O3 + 6 SO2

Bi2O3  + 3 C → 2 Bi + 3 CO↑

 

გამოყენება

ბისმუთს დიდი მნიშვნელობა აქვს ეგრეთ წოდებული ”ავტომატური ფოლადების”, განსაკუთრებით უჟანგავი ფოლადების წარმოებაში და ძალიან აადვილებს მათ დამუშავებას ავტომატური ჭრის დანადგარებზე (სახარატო სახელოსნო და ა.შ.). ასეთ ფოლადებში ბისმუთის კონცენტრაცია არ აღემატება 0.003%. შენადნობში მისი დამატება არ ზრდის კოროზიისადმი მისწრაფებას. ალუმინის შენადნობებში ბისმუთის დამატება დაახლოებით 0.01 % ოდენობით აუმჯობესებს მეტალის პლასტიკურ თვისებებს და მკვეთრად ამარტივებს მის დამუშავებას.

პოლიმერების წარმოებაში ბისმუთის ტრიოქსიდი ასრულებს კატალიზატორის როლს და მას იყენებენ აკრილური პოლიმერების მისაღებად. ნავთობის კრეკინგის დროს გამოყენებას პოულობს ბისმუთის ოქსიქლორიდი.

ბისმუთის გამოყენების ერთ-ერთი მნიშვნელოვან მიმართულებას წარმოადგენს ნახევარგამტარული მასალების წარმოება. მიღებულია მაღალეფექტური მასალა ბისმუთ-ცეზიუმ-ტელურის საფუძველზე ნახევარგამტარული მაცივრების სუპერპროცესორების საწარმოებლად.

მონოკრისტალური ბისმუთის იოდიდი  გამოიყენება ბირთვული გამოსხივების დეტექტორების საწარმოებლად.

ბისმუთის გერმანატი (Bi4Ge3O12, მოკლე აღნიშვნა BGO) - სცინტილაციური მასალაა, რომელიც გამოიყენება ბირთვულ ფიზიკაში, მაღალი ენერგიის ფიზიკაში, კომპიუტერულ ტომოგრაფიაში, გეოლოგიაში.

ბისმუთის შენადნობებს კადმიუმთან, კალასთან, ტყვიასთან, ინდიუმთან, ტალიუმთან, ვერცხლისწყალთან, თუთიასთან და გალიუმთან ახასიათებთ ძალიან დაბალი ლღობის ტემპერატურა და გამოიყენებიან სითბომატარებლებისა და მისარჩილი საშუალების სახით, ასევე მედიცინაში როგორც მაფიქსირებელი საშუალება  კიდურების მოტეხილობისას.  ზოგიერთი ადვილადდნობადი შენადნობები გამოიყენება ხანძარსაწინააღმდეგო სიგნალიზაციის ელემენტის სახით.

ბისმუთი გამოიყენება სპეციალური საპოხების სახით ვაკუუმსა და მკაცრ პირობებში მომუშავე მექანიზმებისათვის.

მაღალი სისუფთავის მეტალური ბისმუთი გამოიყენება კოჭების საწარმოებელ მასალად უმძლავრესი მაგნიტური ველის გასაზომად, რადგან მაგნიტური ველის ზრდასთან ერთად მკვეთრად იზრდება ბისმუთის ელექტროწინაღობა.

გარკვეული მნიშვნელობა აქვს ბისმუთს ბირთვულ ტექნოლოგიაში პოლონიუმის მისაღებად - რომელიც წარმოადგენს მნიშვნელოვან ელემენტს რადიოიზოტოპურ წარმოებაში.

ბისმუთის მინერალი

უძველესი დროიდან, ბისმუთის ოქსიდის გრაფიტთან ნარევი გამოიყენება დადებითი ელექტროდის სახით ბისმუთ-მაგნიუმის ელემენტებში. ასევე დადებითი ელექტროდის სახით ლითიუმის ელემენტებში გამოყენებას პოულობს ტყვიის ბისმუთატი. ბისმუთის ინდიუმთან შენალღობი გამოყენებას პოულობს ძალიან სტაბილური და საიმედო ვერცხლისწყალ-ბისმუთ-ინდიუმის ელემენტებში. ასეთი ელემენტები ბრწყინვალედ მუშაობენ კოსმოსში და ისეთ პირობებში, სადაც მნიშვნელოვანია ძაბვის სტაბილურობა, მაღალია კუთრი ენერგია.

ინტერმეტალიდი მანგანუმი-ბისმუთი ძლიერ ფერომაგნიტურია და მრეწველობაში დიდი რაოდენობით იწარმოება  პლასტიკური მაგნიტების მისაღებად. ასეთი მასალის განსაკუთრებულობა და უპირატესობა იმაში მდგომარეობს, რომ იძლევა შესაძლებლობას სწრაფად და იაფად მიიღონ ნებისმიერი ფორმის და ზომის მუდმივი მაგნიტები (ამავე დროს დენს არ ატარებენ).

კერამიკული მასალა, რომელიც თავის შემადგენლობაში მოიცავს ბისმუთის, კალციუმის, სტრონციუმის, ბარიუმის, სპილენძის, იტრიუმის და ა.შ. ოქსიდებს წარმოადგენენ მაღალტემპერატურული ზეგამტარებს.

ბისმუთი თხელი ბურბუშელისა ან ფხვნილის სახით გამოიყენება კატალიზატორის სახით აზოტის ტრიფთორიდიდან  ტეტრაფთორჰიდრაზინის მისაღებად, რომელიც თავის მხრივ გამოიყენება როგორც სარაკეტო საწვავის მძლავრი დამჟანგველი მასალა.

ბისმუთის ვანადატი გამოიყენება პიგმენტის სახით.

ბისმუთი გამოყენებას ჰპოვებს ფრჩხილების ლაქის, ტუჩის საცხის, ჩრდილებისა და სხვა წარმოებაში. მისი ოქსიქლორიდი გამოიყენება, როგორც ბზინვარება წარმომქმნელი დანამატი.

ბისმუთი არის შედარებით უსაფრთხო გარემოსათვის. ეს იძლევა საშუალებას გამოყენებულ იქნას ბისმუთის საფანტი ტრადიციული და ტოქსიკური ტყვიის სანაცვლოდ.

 

ბიოლოგიური როლი

ბისმუთის ნაერთებიდან სამედიცინო მიმართულებით ფართოდ გამოიყენება მისი ტრიოქსიდი Bi2O3. ნაწილობრივ მას ასევე იყენებენ ფარმაცევტულ წარმოებაში მრავალი სხვადასხვა სახის წამლების, კუჭ-ნაწლავის დაავადებიდან დაწყებული, ანტისეპტიკური და სამკურნალო საშუალებების დასამზადებლად. გარდა ამისა, ბოლო დროს მის საფუძველზე შემუშავებულია  ონკოლოგიური დაავადებების სამკურნალო პრეპარატები.

ბისმუთის ოქსიქლორიდმა მედიცინაში გამოყენება ჰპოვა როგორც რენტგენოკონტრასტულმა საშუალებამ. გარდა ამისა მედიცინაში ფართო გამოყენება ჰპოვეს ბისმუთის ისეთმა ნაერთებმა, როგორიცაა: ბისმუთის გალატი, ტარტარატი, კარბონატი, სუბსალიცილატი, სუბციტრატი, ტრიბრომფენოლატი. ამ ნაერთების საფუძველზე შემუშავებულია მრავალი სამედიცინო პრეპარატი.

მასალა მომზადებულია www.wikipedia.com -ის მიხედვით