Висмут
Металл и соединения висмута(III)
Висмут — розовато-серебристый хрупкий металл с температурой плавления 271 °C. При затвердевании он расширяется. Кристаллы висмута, выращенные из расплава, покрываются тонкой оксидной плёнкой, которая переливается всеми цветами радуги. Такие кристаллы часто продают как сувениры.
auto_awesomeПочти стабильный нуклид
Висмут-209 долго считали самым тяжёлым стабильным нуклидом. В 2003 году французские физики обнаружили его α-распад с периодом полураспада \(1{,}9\cdot10^{19}\) лет — в миллиард раз больше возраста Вселенной. Поэтому в химических опытах радиоактивностью висмута можно пренебречь.
По свойствам соединений висмут заметно отличается от более лёгких элементов своей группы. Оксид \(\ce{Bi2O3}\) и гидроксид \(\ce{Bi(OH)3}\) имеют основный характер. В частности, в отличие от соединений мышьяка и сурьмы, \(\ce{Bi(OH)3}\) не растворяется в щелочах.
Соли висмута(III) сильно гидролизуются: при взаимодействии с водой из них образуются основные соли, содержащие группу BiO. Поэтому, чтобы приготовить раствор нитрата висмута(III) и предотвратить выпадение осадка, используют азотную кислоту. Другие характерные реакции висмута(III) приведены ниже.
scienceГидролиз и характерные реакции висмута(III)
- \(\ce{Bi(NO3)3 + H2O <=> BiONO3 v + 2HNO3}\) — при гидролизе выпадает осадок основного нитрата висмутила; раствор соли готовят в азотной кислоте.
- \(\ce{BiCl3 + H2O <=> BiOCl v + 2HCl}\) — при гидролизе выпадает белый осадок хлорида висмутила (урок 69).
- \(\ce{Bi^3+ + 3OH- -> Bi(OH)3 v}\) — при добавлении щёлочи образуется осадок, который не растворяется в её избытке.
- \(\ce{2Bi(OH)3 + 3Na2[Sn(OH)4] -> 2Bi v + 3Na2[Sn(OH)6]}\) — станнит восстанавливает висмут(III) до чёрного металлического висмута; эту реакцию используют для его обнаружения.
- \(\ce{Bi^3+ + 4I- -> [BiI4]-}\) — при добавлении иодид-ионов сначала выпадает чёрный осадок \(\ce{BiI3}\), а затем образуется оранжевый раствор комплекса.
Висмутаты — окислители
Для тяжёлого висмута степень окисления +3 устойчивее степени окисления +5. Это связано с эффектом инертной пары — пониженной склонностью пары внешних s-электронов тяжёлого элемента участвовать в образовании химических связей. Поэтому соединения висмута(V) легко восстанавливаются до соединений висмута(III) и являются сильными окислителями.
Один из таких окислителей — висмутат натрия \(\ce{NaBiO3}\). Его получают окислением висмута(III) хлором в щелочной среде: \(\ce{Bi(OH)3 + Cl2 + 3NaOH -> NaBiO3 + 2NaCl + 3H2O}\).
scienceОкисление ионов марганца висмутатом
В азотной кислоте висмутат окисляет ионы марганца(II) до перманганат-ионов. Поэтому бесцветный или бледно-розовый раствор соли марганца становится малиновым. Эта чувствительная реакция позволяет обнаружить марганец даже в стали. Кроме висмутата, для такого окисления используют \(\ce{PbO2}\) и персульфат в присутствии серебра.
boltЭлектронный баланс реакции с висмутатом
Степень окисления Bi изменяется от \(+5\) до \(+3\): один атом висмута принимает 2 электрона. Степень окисления Mn изменяется от \(+2\) до \(+7\): один атом марганца отдаёт 5 электронов. Наименьшее общее кратное (НОК) чисел 2 и 5 равно 10, поэтому на 5 частиц висмутата приходится 2 иона марганца.
infoПочему не используют соляную кислоту
Реакцию проводят в азотной или серной кислоте. Хлорид-ионы сами восстанавливают висмутат и перманганат, поэтому малиновая окраска может не появиться или быстро исчезнуть.
Висмут в жизни
Висмут относится к наименее токсичным тяжёлым металлам. Это свойство позволяет применять некоторые его соединения в медицине. Другие применения связаны с легкоплавкостью сплавов висмута и свойствами его соединений.
auto_awesomeВисмут в медицине
Препараты висмута применяют для лечения язвы желудка. Коллоидный субцитрат висмута («Де-Нол») образует защитную плёнку и подавляет бактерию хеликобактер. Средство от расстройства желудка, содержащее субсалицилат висмута, иногда окрашивает язык и стул в чёрный цвет. Причина — образование безвредного сульфида висмута \(\ce{Bi2S3}\) при взаимодействии с сероводородом кишечника.
auto_awesomeЛегкоплавкие сплавы
Сплав Вуда содержит висмут, свинец, олово и кадмий и плавится при 70 °C. Этим свойством объясняется старый розыгрыш с ложечкой из сплава Вуда, которая плавится в горячем чае. Легкоплавкие сплавы висмута используют и в спринклерных системах пожаротушения: при пожаре элемент из такого сплава плавится и открывает путь воде.
scienceПрименение висмута в технике
- \(\ce{Bi2Te3}\) — это термоэлектрический материал, который используют в элементах Пельтье (урок 123).
- \(\ce{BiOCl}\) — это перламутровый пигмент, который используют в косметике.
- Висмут используют вместо свинца в экологичных припоях и дроби.
boltДиамагнетизм висмута
Висмут — диамагнетик: он отталкивается от магнита. Среди металлов это свойство у висмута выражено сильнее всего. Кусочек висмута может левитировать в достаточно сильном неоднородном магнитном поле, но поля одного неодимового магнита для этого недостаточно.
push_pinГлавное
Висмут — тяжёлый хрупкий металл с наиболее сильным среди металлов диамагнетизмом; при затвердевании он расширяется. Его единственный природный изотоп \(\ce{^209Bi}\) оказался радиоактивным, но период его полураспада составляет \(2\cdot10^{19}\) лет. Оксид \(\ce{Bi2O3}\) и гидроксид \(\ce{Bi(OH)3}\) имеют основные свойства и не растворяются в щелочах. Соли висмута(III) гидролизуются с образованием основных солей висмутила \(\ce{BiOCl}\) и \(\ce{BiONO3}\). Висмутат натрия \(\ce{NaBiO3}\) — сильный окислитель: он окисляет \(\ce{Mn^2+}\) до \(\ce{MnO4-}\), что используют как качественную реакцию на марганец. Станнит восстанавливает висмут(III) до чёрного металла. Некоторые соединения висмута применяют как малотоксичные лекарственные средства.
Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.