铋
   铋
  铋(Bismuth)是一种化学元素,化学符号是Bi,它的原子序数是83,是一种红白色的金属。  铋的化学性质与类似。铋是最反磁性(又称抗磁性)的金属,亦是除汞以外有最低热导率的金属。可用于制备易熔合金及与融合防止锡疫。  以前铋被认为是最重的稳定元素,但在2003年,发现了铋微弱的放射性,可经α衰变变为铊-205。其半衰期为1.9*1019年左右,达到宇宙寿命的10亿倍。自此以后,是质量最大的稳定元素。  

基本信息

  元素名称:铋  化学符号:Bi  英文名称:Bismuth  原子序数:83  相对原子质量:208.98040  

元素描述

铋锭
     铋锭
  铋,Bi,原子序数83,原子量208.98040,化学符号源于拉丁文,原意是“白色物质”。1450年德国化学家瓦伦丁发现铋。铋在地壳中的含量为十万分之二,在自然界中主要以单质或化合物的形式存在。自然界中只有一种稳定同位素:铋209。  铋为有银白色光泽的金属,质脆易粉碎;熔点271°C,沸点1564°C,密度9.8克/厘米3;导电导热性差;由液态到固态时体积增大。铋在红热时与空气作用;铋可直接与硫、卤素化合;不溶于非氧化性酸,溶于硝酸、热浓硫酸。  铋可制低熔点合金,用于自动关闭器或活字合金中;碳酸氧铋和硝酸氧铋用作药物;氧化铋用于玻璃陶瓷工业中。铋化合物作为漂白剂和珠光剂添加在化妆品中。亚硝酸铋是收敛剂,对皮肤有漂白作用。日本化妆品卫生标准规定最大允许用量为3%,国外资料报导,长期用含铋化合物的药品,对神经系统有副作用。  测定方法有二甲酚橙定性法、乙二胺四乙酸二钠(EDTa-2Na)滴定法、原子吸收分光光度法。  

发现过程

  古希腊和罗马就使用金属铋,用作盒和箱的底座。但直到1556年德意志G.阿格里科拉才在《论金属》一书中提出了是两种独立金属的见解。1737年赫罗特(Hellot)用火法分析钴矿时曾获得一小块样品,但不知何物。 1753年英国C.若弗鲁瓦和T.伯格曼确认铋是一种化学元素,定名为bismuth。1757年法国人日夫鲁瓦(Geoffroy)经分析研究,确定为新元素。  

物理属性

铋粉
     铋粉
  颜色和外表:红白色光泽  物质状态:固态(反磁性)  熔点:544.4 K(271 °C)  沸点:1837 K(1564 °C)  摩尔体积:21.31×10-6m3/mol  汽化热:104.8 kJ/mol  熔化热:11.3 kJ/mol  蒸气压:0.000627 帕(544K)  声速:1790 m/s(293.15K)  原子量:208.98040(1) 原子量单位  原子半径(计算值):160(143)pm  共价半径:146 pm  范德华半径:无数据  价电子排布:[氙]4f145d106s26p3  电子在每能级的排布:2,8,18,32,18,5  氧化价(氧化物):3,5(弱酸性)  晶体结构:菱形晶格  电负性:2.02(鲍林标度)  比热:122 J/(kg·K)  电导率:0.867×106/(米欧姆)  热导率:7.87 W/(m·K)  第一电离能:703 kJ/mol  第二电离能:1610 kJ/mol  第三电离能:2466 kJ/mol  第四电离能:4370 kJ/mol  第五电离能:5400 kJ/mol  第六电离能:8250 kJ/mol  

化学性质

硝酸铋
    硝酸铋
  铋的化学性质和砷、锑相似,常温下不与水及氧作用,因此,铋在空气中稳定。在加热至熔点时,铋表面逐渐生成灰黑色的氧化物。金属铋可以在一定条件下和卤素直接反应生成三卤化铋。高温下,金属铋能和很多非金属及金属生成三价铋的化合物,铋的还原电势为正值,即在电动序中位于氢后,所以铋不和非氧化性酸反应。铋能溶于热的浓硫酸中,也能顺利地和硝酸反应。与砷、锑不同,铋有生成含氧酸盐的明显趋势,如硫酸铋、硝酸铋、砷酸铋等。铋不和碱反应。  需要指出的是,铋与氧化剂作用时通常只生成3价铋而不是5价铋。+5氧化态的铋远不如砷(V)以及锑(V)稳定。这不仅仅是因为铋的第IV电离能及第V电离能之和(9.776mJ·mol-1),而且还因为6s2的一个电子激发到6d空轨道需要很大的能量,所以由低氧化态的铋生成Bi(V)的化合物是很艰难的。 

元素用途

  铋主要用于制造易熔合金,熔点范围是47~262℃,最常用的是铋同等金属组成的合金,用于消防装置、自动喷水器、锅炉的安全塞,一旦发生火灾时,一些水管的活塞会“自动”熔化,喷出水来。 在消防和电气工业上,用作自动灭火系统和电器保险丝、焊锡。铋合金具有凝固时不收缩的特性,用于铸造印刷铅字和高精度铸型。碳酸氧铋和硝酸氧铋用于治疗皮肤损伤和肠胃病。  

元素来源

  铋在地壳中的含量不大,为2×10-5%,自然界中铋以单质和化合物两种状态存在,主要矿物有辉铋矿(Bi2S3)、泡铋矿( Bi2O3)、菱铋矿(nBi2O3·mCO2·H2O)、铜铋矿(3Cu2S·4Bi2S3)、方铅铋矿(2PbS·Bi2S)。铋在自然界中有硫化物的辉铋矿(Bi2S3)和氧化物氧化铋(Bi2O3),或称铋黄土,是由辉铋矿和其他含铋的硫化物氧化后形成的。由于铋的熔点低,因此用炭等可以将它从它的天然矿石中还原出来。所以铋早被古代人们取得,但由于铋性脆而硬,缺乏延展性,因而古代人们得到它后,没有找到它的应用,只是把它留在合金中。  铋是由阿格里科拉首先明确它是一种金属的。铋的拉丁名称bismuthum和元素符号来自德文weisse masse(白色物质),但是金属铋并非银白色,而是粉红色。  

元素制取

  
铋矿石
    铋矿石
  工业上冶炼铋主要是通过氧化铋的氧化还原反应,冶炼炉中的反应方程式主要为Bi2O3+3C→2Bi+3CO↑,Bi2O3+3CO→2Bi+3CO2,其中,产生的一氧化碳还可能把杂质金属的氧化物还原:PbO+CO→Pb+CO2。这些杂质溶于金属铋中组成还原熔炼产物粗铋。如果铋矿中还含有铜,则通常加入黄铁矿来回收:2Cu+FeS2→Cu2S+FeS。  硫化铋矿可以加入铁屑来冶炼铋,主要的反应方程式是:Bi2S3+3Fe→2Bi+3FeS,同样,有部分杂质熔入金属铋得到粗铋。  氧化铋和硫化铋的混合矿则可以通过混合熔炼法来冶炼金属铋,冶炼过程是根据氧化铋和硫化铋彼此之间的氧化还原反应:Bi2S3+2Bi2O3→6Bi+3SO2↑。  湿法冶炼铋常用氯化铁-盐酸法和铁粉置换法。氯化铁-盐酸法是将硫化铋矿溶解在三氯化铁和盐酸的混合溶液中Bi2S3+6FeCl3 →2BiCl3+6FeCl2+3S;其中,FeCl3还能溶解铋矿中的天然铋:3FeCl3+Bi→BiCl3+3FeCl2;矿中如果有氧化铋则直接被盐酸溶解:Bi2O3+6HCl→2BiCl3+3H2O。盐酸的另外一个作用是防止生成的BiCl3水解成不溶性的BiOCl沉淀。粉置换法则是把生成的氯化铋中的铋置换出来:3Fe+2BiCl3→2Bi+3FeCl2。这时沉淀出来的铋为海绵状的。海绵铋如果直接在空气中加热会导致氧化,因此工业上熔融铋是在熔融的氢氧化钠中进行的,这样既可以防止铋的氧化,又可以让生成的液态铋下沉易于聚集,铋中的氧化物及杂质能被氢氧化钠溶解。