висмут

Висмут — удивительный металл, известный своими уникальными свойствами и поразительной внешней привлекательностью. Среди различных форм синтетические кристаллы висмута выделяются своим ярким радужным цветом. Эти красочные кристаллы создаются путем охлаждения расплавленного висмута в контролируемой среде, что позволяет ему образовывать сложные ступенчатые структуры.

Поразительная переливчатость синтетических кристаллов висмута обусловлена ​​тонким слоем оксида, образующимся на их поверхности. Этот слой создает эффекты интерференции света, создавая спектр цветов от розового и синего до зеленого и золото. Процесс изготовления этих кристаллов включает в себя тщательное управление скоростью охлаждения и чистотой висмута для достижения желаемого эстетического эффекта.

Синтетические кристаллы висмута популярны в декоративных изделиях и образовательных демонстрациях. Их ослепительный внешний вид и сложные кристаллические образования делают их фаворитами среди коллекционеров и энтузиастов, демонстрируя красоту, которой можно достичь с помощью этого универсального металла.

Висмут — тяжелый хрупкий металл с атомным номером 83 и символом Bi. Он известен своим характерным переливающимся внешним видом при окислении, проявляющим оттенки розового, синего и зеленого. Металл имеет относительно низкую температуру плавления — около 271.4°C (520.5°F) и часто встречается в природе в виде соединения, а не в чистом виде. Висмут — плохой проводник электричества, но превосходный проводник тепла. Он химически стабилен на воздухе и в воде, хотя может медленно окисляться. Его наиболее примечательным физическим свойством является его плотность, которая высока по сравнению с другими металлами, что способствует его весу. Висмут также характеризуется своей низкой токсичностью по сравнению с другими тяжелыми металлами, что делает его более безопасной альтернативой в различных применениях.

Историческое использование и открытия

Висмут известен с древности, его раннее применение восходит к древним цивилизациям. Металл использовался в сплавах и в качестве компонента некоторых традиционных лекарств. Однако его открытие как отдельного элемента приписывается немецкому химику Клоду Франсуа Жоффруа, который в начале 18 века признал его отдельным объектом от вести, с которым его раньше путали. Работа Жоффруа заложила основу для понимания уникальных свойств и применения висмута. В XIX веке, с развитием современной химии, применение висмута расширилось, в том числе в косметике, фармацевтике и производстве легкоплавких сплавов. Его характерный цвет и низкая токсичность еще больше утвердили его место в различных промышленных и научных целях, подчеркивая его важность как в историческом, так и в современном контексте.

ФИО: От немецкого weisse masse, позже wismuth, белая масса.

Минеральная группа: мышьяк группа.

Сотовые данные: Пространство Группа: R3m. а = 4.546 с = 11.860 Z = 6

Объединение: Халькопирит, арсенопирит, пирротин, пирит, кобальтит, никелин, брейтауптит, скуттерудит, сафлорит, висмутин, Серебряныйкубанит, молибденит, сфалерит, галенит, шеелит, вольфрамит, кальцит, барит, кварц.

Свойства висмута

Физические свойства

Висмут — тяжелый, хрупкий металл серебристо-белого цвета, который при окислении может приобретать переливающийся блеск. Он имеет относительно высокую плотность около 9.78 г/см³, что является одной из его примечательных физических характеристик. Металл отличается низкой тепло- и электропроводностью по сравнению с другими металлами. Висмут имеет относительно низкую температуру плавления — примерно 271.4°C (520.5°F), что значительно ниже, чем у многих других металлов. Это свойство делает его полезным в тех случаях, когда требуются легкоплавкие сплавы. Кроме того, висмут обладает уникальным свойством своей кристаллической структуры: при затвердевании он расширяется, а не сжимается, что необычно для большинства металлов.

химические свойства

Химически висмут относительно стабилен по сравнению с другими тяжелыми металлами. Он плохо реагирует с воздухом при комнатной температуре, но при воздействии кислорода может образовывать слой оксида висмута (Bi₂O₃). Висмут также устойчив к коррозии в воде и большинстве кислот, хотя он реагирует с сильными кислотами, такими как соляная кислота, с образованием хлорида висмута (BiCl₃). В щелочных растворах висмут может растворяться с образованием висмутатов, таких как висмутат натрия (NaBiO₃). Металл с трудом образует комплексные соединения по сравнению с другими элементами, но его соединения часто используются в различных целях из-за их низкой токсичности. Соединения висмута, такие как субсалицилат висмута, обычно используются в фармацевтических препаратах, включая лекарства от проблем с пищеварением.

Оптические свойства

Висмут демонстрирует несколько интересных оптические свойства, хотя обычно он не считается основным игроком в оптических приложениях по сравнению с другими материалами, такими как кремний или различные соединения, используемые в оптике. Тем не менее, вот некоторые оптические свойства висмута:

1. Преломление: Висмут имеет показатель преломления примерно 1.9 для видимого света. Это означает, что свет, проходящий через висмут или взаимодействующий с ним, будет преломляться или изгибаться при входе в материал или выходе из него.
2. отражение: Как и большинство металлов, висмут обладает отражательной способностью. Однако он не так отражает свет, как некоторые другие металлы, например Серебряный or алюминий. Отражательная способность висмута может варьироваться в зависимости от таких факторов, как качество поверхности и чистота.
3. расцветка: Висмут известен своим переливающимся оксидным слоем, который образуется на его поверхности под воздействием воздуха. Этот оксидный слой может давать различные цвета, включая пурпурный, синий, зеленый и желтый. Это свойство делает кристаллы висмута популярными для декоративных и художественных целей.
4. Прозрачность: Висмут обычно считается непрозрачным для видимого света, а это означает, что свет не может пройти через него. Однако в тонких пленках или некоторых кристаллических структурах висмут может проявлять некоторую степень прозрачности, особенно в инфракрасной части спектра.
5. Фотолюминесценция: При определенных условиях соединения висмута могут проявлять фотолюминесценцию, излучая свет при возбуждении фотонами. Это свойство используется в некоторых приложениях, таких как люминесцентные материалы для дисплеев и датчиков.
6. Оптическое двойное лучепреломление: Некоторые висмутсодержащие соединения, особенно некоторые кристаллы, обладают оптическим двойным лучепреломлением. Это означает, что они имеют разные показатели преломления для света, поляризованного в разных направлениях, что приводит к двойному лучепреломлению.

Хотя оптические свойства висмута не так широко изучены и не используются, как свойства некоторых других материалов, они все же способствуют его уникальным характеристикам и делают его пригодным для конкретных применений, особенно в декоративных изделиях, искусстве и некоторых научных исследованиях.

Идентификация и классификация

Как идентифицировать висмут в полевых условиях

Идентификация висмута в полевых условиях может оказаться сложной задачей из-за его редкости и схожего внешнего вида. полезные ископаемые к другим металлам. Однако несколько методов и характеристик могут помочь в его идентификации:

1. Физические характеристики: Металлический висмут имеет отчетливый внешний вид, часто демонстрируя переливающийся, похожий на радугу блеск из-за образования оксидного слоя. Он хрупкий и имеет серебристо-белый цвет. Висмутовые руды можно узнать по их характерному цвету и наличию таких минералов, как висмутин или бисмит.
2. Плотность испытаний: Висмут — тяжелый металл с плотностью около 9.78 г/см³. Выполняя тест на плотность (например, измеряя вес образца и его объем), вы можете определить, имеет ли образец плотность, соответствующую висмуту.
3. Химические тесты: В полевых условиях простые химические тесты могут помочь идентифицировать висмут. Например, висмут можно протестировать с использованием разбавленных кислот, чтобы увидеть, реагирует ли он с образованием солей висмута. Соединения висмута в определенных реакциях часто образуют белый или желтый осадок.
4. Магнитный тест: Висмут диамагнитен, то есть отталкивается магнитными полями. Хотя это свойство является тонким и может потребовать наличия сильного магнита, его можно использовать для того, чтобы отличить висмут от ферромагнитных материалов.
5. Рентгенофлуоресцентный (XRF): Портативные РФА-анализаторы могут обеспечить быстрый и точный способ идентификации висмута в полевых условиях. Эти устройства измеряют флуоресцентное рентгеновское излучение, испускаемое образцом при воздействии первичного источника рентгеновского излучения, что позволяет точно идентифицировать элементы.

Классификация и типы минералов висмута

Минералы висмута классифицируются на основе их химического состава и кристаллической структуры. К первичным минералам висмута относятся:

1. Висмутинит (Bi₂S₃): Это одна из важнейших висмутовых руд. Он выглядит как металлические кристаллы от серовато-черного цвета и часто встречается в гидротермальных жилах. Висмутинит имеет высокую плотность и свинцово-серый цвет.
2. Бисмит (Bi₂O₃): Бисмит — оксидный минерал, образующийся в результате окисления висмутсодержащих руд. Обычно он желтоватого или коричневатого цвета и имеет относительно высокую плотность.
3. висмут Медь (Cu₁₋ₓBiₓ): Этот минерал представляет собой твердый раствор меди и висмута. Его можно найти в меди. депозиты и часто ассоциируется с другими минералами меди и висмута.
4. Висмутин-бисмитовая серия: эта серия включает минералы, которые варьируются от висмутина (Bi₂S₃) до бисмита (Bi₂O₃), демонстрируя промежуточные свойства.
5. Тетрадимит (Bi₂Te₃): Хотя тетрадимит в основном представляет собой теллурид, он содержит висмут и используется в термоэлектрических приложениях. Он имеет металлический блеск и выглядит как серебристо-серые кристаллы.

Таким образом, идентификация висмута в полевых условиях включает сочетание визуального осмотра, физических испытаний и химического анализа. Классификация минералов висмута основана на их составе и кристаллической структуре, ключевые минералы включают висмутин, бисмит и тетрадимит.

Формирование и возникновение

Геологические образования и окружающая среда

Висмут относительно редко встречается в земной коре и обычно встречается в незначительных количествах в определенных геологических образованиях. Встречается преимущественно в гидротермальных жилах. месторождения полезных ископаемых образуется из горячих, богатых минералами жидкостей, циркулирующих в горные породы. Висмут также можно найти в пегматитовых породах, которые образуются в результате кристаллизации магмы на заключительных стадиях вулканической деятельности. Кроме того, он может быть связан со свинцом, медью и банка руды этих месторождений полезных ископаемых. Висмут часто встречается в таких соединениях, как висмутин (Bi₂S₃), который образуется в результате охлаждения расплавленной породы или из богатых минералами растворов в гидротермальных средах.

Общие места, где встречается висмут

Висмут встречается в нескольких местах по всему миру, хотя его не так много, как других металлов. Известные источники включают:

• Китай: Один из крупнейших производителей висмута со значительными месторождениями и добычей полезных ископаемых.
• Боливии: Здесь расположены важные месторождения висмута, часто связанные с добычей олова.
• Канада: известен своими запасами висмута, особенно в провинции Квебек, где его добывают как побочный продукт производства других металлов.
• Мексика: Еще один крупный производитель висмута, обнаруженный в различных месторождениях полезных ископаемых.
• Австралия: Содержит висмут, образующийся при различных горнодобывающих операциях, обычно в качестве побочного продукта при добыче золота и других металлов.

Методы добычи и добычи

Висмут обычно добывается как побочный продукт добычи других металлов, таких как свинец, медь или олово. Процесс экстракции включает в себя несколько этапов:

очистка: Последний этап включает очистку висмута до соответствия промышленным стандартам, гарантируя его пригодность для различных применений, включая электронику, фармацевтику и сплавы.

Горнодобывающая промышленность: Висмут добывается либо непосредственно из висмутсодержащих руд, таких как висмутин, либо в качестве побочного продукта других металлических руд. Руды добываются традиционными методами добычи, включая подземную добычу или добычу открытым способом.

Дробление и измельчение: добытая руда дробится и измельчается для высвобождения минералов висмута из окружающей породы.

Концентрация: Измельченная руда перерабатывается для концентрирования висмутсодержащих минералов. Это часто включает в себя флотацию, при которой добавляются химикаты для отделения минералов висмута от других материалов.

Добыча: Висмут извлекается из концентрированной руды различными методами. Во многих случаях его извлекают из процессов выплавки свинца, меди или олова, где он накапливается в шлаке или в виде остатка. Для отделения висмута из этих смесей можно использовать специальные процессы, такие как экстракция растворителем или осаждение.

рафинирование: Извлеченный висмут подвергается дальнейшей очистке для удаления примесей. Это включает в себя такие процессы, как электролиз или химическое восстановление для получения чистого металлического висмута или соединений висмута.

Кристаллы висмута: Радужный синтетический

Кристаллы висмута известны своим ярким и красочным внешним видом, часто с радужным переливом. Это явление связано с образованием на поверхности кристаллов тонкого оксидного слоя, который за счет интерференции создает спектр цветов.

Формирование и внешний вид

• кристаллизация: Кристаллы висмута образуются, когда расплавленный висмут охлаждается и затвердевает. По мере охлаждения металл образует сложные геометрические кристаллические структуры со ступенчатыми слоями или лестничными образованиями. Эти структуры могут быть довольно сложными и визуально привлекательными.
• Переливчатость: Эффект радуги на кристаллах висмута создается интерференцией световых волн, отражающихся от тонкого оксидного слоя, образующегося на поверхности кристалла. Толщина оксидного слоя варьируется в разных областях кристалла, что приводит к отражению разных цветов.

Синтетическое творение

• Контролируемое охлаждение: Для создания синтетических кристаллов висмута с эффектом радуги необходим точный контроль над процессом охлаждения. Обычно это делается путем плавления висмута и его медленного охлаждения в контролируемой среде. Скорость охлаждения влияет на формирование кристаллических структур и получаемые цвета.
• Чистота и окружающая среда: Чистота висмута и условия его охлаждения (например, температура и присутствие других элементов) могут влиять на внешний вид кристаллов. Чистый висмут и контролируемая среда обычно дают наиболее яркие и яркие цвета.

Приложения и использование

• Декоративные предметы: Радужные кристаллы висмута часто используются в качестве декоративных предметов из-за их уникального и красочного внешнего вида. Они популярны в качестве ювелирных украшений, украшений и предметов коллекционирования.
• Учебные Инструменты: Эти кристаллы также используются в образовательных учреждениях для демонстрации концепций, связанных с кристаллографией, интерференцией света и свойствами металлов.

В итоге

Радужные кристаллы висмута — это синтетические творения, которые демонстрируют ослепительное множество цветов благодаря интерференционным эффектам света, отражающегося от тонкого оксидного слоя. Их эстетическая привлекательность и уникальный процесс формирования делают их популярными для декоративных и образовательных целей.

Использование и применение

Промышленное использование

1. Сплавы: Висмут используется в различных сплавах из-за его низкой температуры плавления и уникальных свойств. Это ключевой компонент легкоплавких сплавов, которые используются там, где требуются материалы, плавящиеся при относительно низких температурах, например, в системах обнаружения пожара и пайке. Висмут также используется в сплавах для изготовления металлических манометров, некоторых типов подшипников, а также в качестве заменителя свинца в некоторых приложениях для снижения токсичности.
2. Фармацевтика: Соединения висмута, особенно субсалицилат висмута (пепто-бисмол), широко используются в медицине. Они эффективны при лечении желудочно-кишечных заболеваний, таких как диарея, расстройство желудка и тошнота. Соединения висмута также обладают антибактериальными свойствами и используются при лечении инфекции Helicobacter pylori, которая связана с язвенной болезнью.
3. Косметика: Оксихлорид висмута используется в косметике, особенно в косметических продуктах, таких как пудры и тональные основы. Он придает перламутровый блеск и способствует гладкости текстуры, повышая эстетические качества косметической продукции.

Технологические приложения

1. Electronics: Висмут используется в электронике благодаря своим уникальным свойствам. Он используется в производстве некоторых типов полупроводников и термоэлектрических материалов, где преимуществом является его способность проводить тепло, но не электричество. Материалы на основе висмута используются в термоэлектрических устройствах, преобразующих разницу температур в электрическую энергию.
2. Ядерные приложения: Висмут находит применение в ядерных технологиях благодаря своей способности поглощать нейтроны. Он используется в ядерных реакторах в качестве компонента регулирующих стержней и в качестве теплоносителя в некоторых конструкциях реакторов. Соединения висмута также используются в производстве ядерного топлива на основе висмута и в материалах радиационной защиты.

Таким образом, разнообразные свойства висмута делают его ценным во многих отраслях промышленности: от медицины и косметики до электроники и ядерных технологий. В его приложениях используются его уникальные характеристики, такие как низкая температура плавления, низкая токсичность и поглощение нейтронов, для удовлетворения конкретных потребностей в различных областях.

Распределение

Распространение висмута в природе относительно широко распространено, но он имеет тенденцию встречаться в относительно низких концентрациях по сравнению с более распространенными элементами. Вот разбивка его распространения:

1. Земная кора: Висмут присутствует в земной коре в средней концентрации около 0.2 частей на миллион (ppm). Это делает его одним из наименее распространенных элементов в земной коре.
2. Минеральные месторождения: Висмут обычно встречается в сочетании с другими металлическими рудами, особенно со свинцовыми, медными, цинки серебро. Он встречается в различных минеральных формах, включая висмутинит (Bi2S3), висмит (Bi2O3) и самородный висмут. Эти минералы часто встречаются в гидротермальных жилах, пегматитах и ​​других геологических образованиях, где рудные месторождения образуются.
3. Глобальное производство: Крупнейшими производителями висмута являются Китай, Перу, Мексика и Канада, хотя меньшие количества производятся и в ряде других стран. Китай, в частности, доминирует в мировом производстве, на его долю приходится значительная часть мировых поставок висмута.
4. Побочный продукт добычи других металлов: Висмут часто получают как побочный продукт переработки свинцовых, медных, оловянных, серебряных и золотых руд. Его извлекают из этих руд посредством различных процессов, таких как плавка, обжиг и электролиз.
5. Промышленное использование и распространение: После извлечения висмут используется в различных отраслях промышленности, таких как металлургия, фармацевтика, косметика, электроника и пиротехника. Его распространение в этих отраслях зависит от таких факторов, как спрос, доступность и экономические соображения.
6. Global Trade: Висмут и его соединения торгуются по всему миру, причем страны импортируют и экспортируют продукты на основе висмута для различных применений. Китай, как крупнейший производитель, также играет значительную роль в мировой торговле висмутом.

В целом, хотя висмут относительно редок по сравнению с некоторыми другими элементами, он по-прежнему широко распространен и играет важную роль в различных промышленных и коммерческих секторах по всему миру.