Висмут и его характеристики

Общая характеристика висмута

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Висмут – восемьдесят третий элемент Периодической таблицы. Обозначение – Bi от латинского «bismuthum». Расположен в шестом периоде, VA группе. Относится к металлам. Заряд ядра равен 83.

Висмут – мало распространенный в природе элемент: содержание его в земной коре составляет 0,00002% (масс.). В природе он встречается как в свободном состоянии, так и в виде соединений – висмутовой охры Bi₂O₃ и висмутового блеска Bi₂S₃.

В свободном состоянии висмут представляет собой блестящий розовато-белый хрупкий металл плотностью 9,8 г/см ³ (рис. 1).Хрупкий. Температура плавления — 271,4^oС, кипения — 1552^oС.При комнатной температуре на воздухе висмут не подвергается окислению.

Висмут. Внешний вид и его характеристики

Рис. 1. Висмут. Внешний вид.

Атомная и молекулярная масса висмута

Относительной молекулярная масса вещества (M_r) – это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (A_r) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.

Поскольку в свободном состоянии висмут существует в виде одноатомных молекул Bi, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 208,9804.

Изотопы висмута

Известно, что в природе висмут может находиться в виде единственного стабильного изотопа ²⁰⁹Bi. Массовое число равно 209, ядро атома содержит восемьдесят три протона и сто двадцать шесть нейтронов.

Существуют искусственные нестабильные изотопы висмута с массовыми числами от 184-х до 218-ти, а также более десяти изомерных состояний ядер.

Ионы висмута

На внешнем энергетическом уровне атома висмута имеется пять электронов, которые являются валентными:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰4f¹⁴5s²5р ⁶5d¹⁰6s²6р ³.

В результате химического взаимодействия висмут отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:

Bi⁰ -3e → Bi³⁺;

Bi⁰ -5e → Bi⁵⁺.

Молекула и атом висмута

В свободном состоянии висмут существует в виде одноатомных молекул Bi. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу висмута:

Энергия ионизации атома, эВ	7,29
Относительная электроотрицательность	2,02
Радиус атома, нм	0,170

Сплавы висмута

Висмут образует легкоплавкие сплавы с другими элементами; например, сплав висмута со свинцом, оловом и кадмием плавится при 70^oС. Эти сплавы применяют в частности, в автоматических огнетушителях, действие которых основано на расплавлении пробки, изготовленной из такого сплава. Кроме того, они используются как припои.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

Осуществите ряд химических превращений:

Bi→Bi₂O₃→BiCl₃→BiCl(OH)₂.

Ответ

Висмут сгорает на воздухе при нагревании до температуры 500 – 1000^oС с образованием оксида висмута (III):

4Bi + 3O₂→ 2Bi₂O₃.

Оксид висмута (III) растворяется в горячей концентрированной соляной кислоте с образованием хлорида висмута (III):

Bi₂O₃ + 6HCl_{(conc., hot)}→ 2BiCl₃ + 3H₂O.

При кипячении хлорида висмута (III) в растворе разбавленной соляной кислоты образуется дигидроксохлорид висмута:

BiCl₃ + H₂O→BiCl(OH)₂¯ + 2HCl.

ПРИМЕР 2

Задание

Рассчитайте массовые доли элементов, входящих в состав оксида висмута (III), если его молекулярная формула имеет вид Се₂O₃.

Решение

Массовая доля элемента в составе какой-либо молекулы определяется по формуле:

ω (Х) = n × Ar (X) / Mr (HX) × 100%.

Найдем молекулярную массу оксида висмута (III):

Mr(Bi₂O₃) = 2×Ar(Bi) + 3×Ar(O) = 2×209 + 3×16 = 418 + 48 = 466 г.

Тогда, массовые доли висмута и кислорода будут равны:

ω (Bi) = 2 × Ar (Bi) / Mr (Bi₂O₃) × 100%;

ω (Bi) = 2 × 209 / 466 × 100% = 89,70%.

ω (O) = 3 × Ar (O) / Mr (Bi₂O₃) × 100%;

ω (O) = 3 × 16 / 466 × 100% = 10,30%.