Висмут — химический элемент 15-й группы¶

Висмут (лат. Bismuthum, обозначение Bi, от нем. Wismut или Wismuth) — химический элемент 15-й группы (по устаревшей классификации — пятой группы главной подгруппы) с атомным номером 83. Относится к постпереходным металлам. В природе встречается преимущественно в виде руд — висмутина (Bi₂S₃) и висмутового блеска (Bi₂O₂S). Висмут — один из немногих металлов, обладающих заметным антимагнитным свойством, а его соединения широко применяются в медицине, атомной энергетике и ювелирном деле.

¶Физические и химические свойства

Висмут — хрупкий металл серебристо-белого цвета с легким красноватым оттенком. Плотность составляет 9,78 г/см³, температура плавления — 271,4 °C, кипения — 1564 °C. Из всех металлов, у которых стабильная кристаллическая форма при комнатной температуре, висмут имеет наибольшую диэлектрическую проницаемость, а также обладает наибольшей магнитной проницаемостью среди простых веществ.

При кристаллизации висмут образует характерные ступенчатые кристаллические структуры — так называемые «висмутовые лестницы», обусловленные окислением поверхности расплава во время затвердевания. Это свойство делает висмут популярным материалом для демонстрационных экспериментов и коллекционных образцов.

Висмут устойчив к воде и сухому воздуху при комнатной температуре. При нагревании на воздухе до 800 °C покрывается плёнкой оксида Bi₂O₃. Растворяется в разбавленных кислотах с выделением водорода, а также в концентрированной серной кислоте. С галогенами образует галогениды BiF₃, BiCl₃, BiBr₃, BiI₃.

Особенностью висмута является аномально низкая температура плавления среди тяжёлых металлов — 271,4 °C, что позволяет использовать его в сплавах с другими низкоплавкими металлами.

¶Находка в таблице Менделеева

Висмут расположен под сурьмой в пятой группе. В современной классификации элементов по Периодическому закону Менделеева висмут относится к 15-й группе (пниктогены). Атомная масса элемента — 208,98040(1). Наиболее стабильный изотоп — ²⁰⁹Bi — считался самым тяжёлым «практически стабильным» нуклидом: его период полураспада настолько велик (более 1,9×10¹⁹ лет), что распад висмута-209 был впервые зарегистрирован экспериментально лишь в 2003 году французскими физиками.

¶История открытия

Висмут известен с древности, однако долгое время не выделялся как самостоятельный элемент. В Средние века висмут применялся для изготовления сплавов и лекарств. В 1753 году французский химик Клод-Франсуа Жеофруа (Claude-François Geoffroy) доказал, что висмут — самостоятельный химический элемент, а не разновидность свинца или сурьмы. До этого висмут часто путали с другими тяжёлыми металлами.

В России висмут добывался в XIX веке на Урале, а в XX веке — в Якутии (Депутатское месторождение) и Забайкалье.

¶Месторождения и добыча

Крупнейшие месторождения висмута связаны с касситеритовыми и вольфрамовыми жилами, а также с медно-порфировыми месторождениями. Значительные запасы сосредоточены в Китае, Австралии, Боливии, Перу, Мексике, а также в России.

В России висмут получают как попутный продукт при переработке оловянных и вольфрамовых руд, а также из шламов медных производств. Основные предприятия, перерабатывающие висмутсодержащее сырьё, расположены в Забайкалье и на Урале.

¶Применение

Основные направления использования висмута:

• Медицина. Соли висмута (субсалицилат висмута, висмута субнитрат) применяются в лечении язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, а также при диарее. Препарат «Де-нол» (субцитрат висмута) широко известен в России.
• Ядерная энергетика. Висмут используется как теплоноситель в жидкометаллических реакторах (например, в быстрых натриевых реакторах) благодаря низкой температуре плавления и хорошей теплопроводности.
• Сплавы. Висмут входит в состав низкоплавких сплавов (сплав Вуда, сплав Дароу), применяемых в пожарных системах, предохранителях и литье.
• Ювелирное дело. Кристаллизованный висмут с радужной окисной плёнкой используется для изготовления сувениров и украшений.
• Косметика и пигменты. Соединения висмута (висмутовый блеск Bi₂O₂S) применяются в косметике и как пигмент.

¶Экология и токсичность

В отличие от многих тяжёлых металлов, соединения висмута относительно малотоксичны. Висмутовая болезнь — состояние, возникающее при длительном приёме препаратов висмута, — обратима и не приводит к тяжёлым последствиям. Тем не менее в промышленности обращение с висмутом требует соблюдения стандартных мер предосторожности.

¶Интересные факты

• Висмут — один из немногих металлов, обладающих заметным диамагнитным свойством.
• Кристаллы висмута, выращенные в домашних условиях, имеют форму «лестниц» и переливаются всеми цветами радуги за счёт интерференции света на оксидной плёнке.
• Висмут — один из самых тяжёлых элементов, которые можно безопасно держать в руках: его соединения малотоксичны.

Источники:

• Периодическая таблица химических элементов Д. И. Менделеева
• «Справочник химика» (под ред. Б. П. Никольского)
• «Краткая химическая энциклопедия»
• Минералогический словарь (Государственный геологический институт)