Главная / Наука / Химический элемент висмут: температура плавления и другие свойства

Химический элемент висмут: температура плавления и другие свойства

Периодическая система Д. И. Менделеева устанавливает законы зависимости химических свойств элементов от их места нахождения. Однако некоторые элементы могут вести себя в физических и химических процессах иначе, чем от них ожидается. Ярким примером является висмут. Рассмотрим подробнее этот металл, сделав упор на вопрос температуры плавления висмута.

Химический элемент висмут

Взглянув на периодическую таблицу, можно увидеть, что висмут обозначается символом Bi, имеет 83 номер и атомную массу 208,98 а.е.м. В земной коре он находится в небольших количествах (8,5*10-7%) и является таким же редким, как серебро.

Если говорить о химических свойствах элемента, то следует отметить его инертность и трудность участия в реакциях. Последний факт приближает его к группе благородных металлов. Внешне висмут представляет сбой серый кристалл с розоватым оттенком. Наибольшее количество этого элемента встречается в месторождениях на территории Южной Америки и США.

Элемент, известный с древности

Прежде чем рассмотреть вопрос физических свойств висмута и температуры плавления, необходимо отметить, что открытие этого элемента не принадлежит никому. Висмут входит в число 10 металлов, которые известны человеку с древних времен, в частности по некоторым свидетельствам его соединения использовались в Древнем Египте в качестве косметических средств.

Происхождение слова «висмут» точно не известно. Существующие мнения большинства специалистов склоняются к тому, что он происходит от древнегерманских слов Bismuth или Wismut, что означает «белая масса».

Поскольку температуры плавления висмута и свинца очень близки между собой (271,4 °C и 327,5 °C соответственно), а также близки плотности этих металлов (9,78 г/см3 и 11,32 г/см3 соответственно), то висмут постоянно путали со свинцом, а также с оловом, плавление которого происходит при температуре 231,9 °C. Только в середине XVIII века европейские ученые-химики продемонстрировали, что висмут является самостоятельным металлом.

Любопытные физические свойства

Висмут является нетипичным металлом. Помимо его химической инертности и устойчивости к окислению кислородом, он является диамагнетиком, плохо проводит тепло и электрический ток.

Еще более любопытным является его переход из твердого состояния в жидкое. Как было отмечено, температура плавления висмута ниже таковой для свинца и составляет всего 271,4 °C. Во время же плавления объем металла уменьшается, то есть твердые куски металла не тонут в его расплаве, а плавают на поверхности. В этом свойстве он похож на такие полупроводники, как галлий и кремний, а также на воду.

Не менее удивительным является устойчивость висмута к радиоактивному распаду. Доказано, что любой элемент таблицы Д. И. Менделеева, который стоит правее ниобия (то есть имеет порядковый номер больше, чем 41), потенциально является нестабильным. Висмут располагается под номером 83 и является самым стабильным тяжелым элементом, период его полураспада оценивается в 2*1019 лет. Благодаря большой плотности и высокой стабильности он мог бы заменить свинцовую защиту в атомной энергетике, однако редкость висмута в природе не позволяет этого сделать.

Использование элемента в человеческой деятельности

Поскольку висмут стабилен, химически инертен и нетоксичен, то он используется для производства некоторых медицинских препаратов и косметики.

Подобие физических свойств элемента характеристикам свинца и олова позволяет его использовать в качестве их заменителя, поскольку последние два металла являются токсичными. Так, Дания, Нидерланды, США и многие другие страны ввели запрет на использование свинца в качестве наполнителя в охотничьей дроби, поскольку птицы, путая его с маленькими камушками, проглатывают свинец и испытывают последующее отравление. Также развиваются технологии производства висмутовых грузил для рыбалки в место свинцовых.

Поскольку температуры плавления олова и висмута близки (разница составляет всего 40 °C), то часто висмутовые сплавы с низкой температурой плавления используют в качестве замены токсичных свинцово-оловянных припоев, особенно при производстве пищевой тары.

Задачка с новой температурной шкалой

В курсе физики можно встретить задачу на определение температуры плавления висмута по шкале Гения. Скажем сразу, что это просто задача, и никакой шкалы Гения не существует. В физике в настоящее время приняты всего три температурные шкалы: Цельсия, Фаренгейта и Кельвина (в системе СИ).

Итак, условия задачи таковы: «Новая шкала температур, которая выражается в градусах Гения (°G), связана с шкалой Цельсия так: 0 °G = 127 °C и 80 °G = 255 °С, нужно определить температуру плавления висмута в градусах новой шкалы».

Сложность задачи заключается в том, что интервал в 1 °G не соответствует интервалу 1 °C. А какому значению он соответствует в Цельсиях? Используя условие задачи, получаем: (255-127)/80 = 1,6 °C. Это означает, что увеличение температуры на 1°G будет эквивалентно ее увеличению на 1,6 °C. Для решения задачи вспомним, что висмут плавится при температуре 271,4 °C, что больше температуры 255 °C на 16,4 °C или на 10,25 °G (16,4/1,6). Поскольку температура 255 °C соответствует 80 °G, получаем, что по шкале Гения висмут будет плавиться при температуре 90,25 °G (80+10,25).

Источник: bisbroker.ru