Образование
Химический элемент висмут: температура плавления и другие свойства
Содержание статьи
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).
