维基百科,自由的百科全书
(重定向自
跳转至: 导航搜索
铋的特性
- -


Uup
铋在元素周期表中的位置
总体特性
名称符号序号 铋、Bi、83
系列 弱金属
周期元素分区 15族(VA)6p
密度硬度 9780 kg/m3、2.25
颜色和外表 红白色光泽
Bi,83.jpg
地壳含量 2×10-5 %
原子属性
原子量 208.98040(1)原子量单位
原子半径(计算值) 160(143)pm
共价半径 146 pm
范德华半径 无数据
价电子排布 []4f145d106s26p3
电子在每能级的排布 2,8,18,32,18,5
氧化价(氧化物) -3, 3, 5(弱酸性)
晶体结构 菱形晶格
物理属性
物质状态 固态反磁性
熔点 544.4 K(271 °C
沸点 1837 K(1564 °C)
摩尔体积 21.31×10-6m3/mol
汽化热 104.8 kJ/mol
熔化热 11.3 kJ/mol
蒸气压 0.000627 (544K)
声速 1790 m/s(293.15K)
其他性质
电负性 2.02(鲍林标度
比热 122 J/(kg·K)
电导率 0.867×106/(米欧姆)
热导率 7.87 W/(m·K)
第一电离能 703 kJ/mol
第二电离能 1610 kJ/mol
第三电离能 2466 kJ/mol
第四电离能 4370 kJ/mol
第五电离能 5400 kJ/mol
第六电离能 8250 kJ/mol
最稳定的同位素
同位素 丰度 半衰期 衰变模式 衰变能量
MeV
衰变产物
207Bi 人造 31.55年 电子捕获 2.399 207Pb
208Bi 人造 3,368,000年 电子捕获 2.880 208Pb
209Bi 100% (1.9±0.2)×1019 α衰变 无数据 205Tl
在没有特别注明的情况下使用的是
国际标准基准单位单位和标准气温和气压

Bismuth)是一种化学元素,它的化学符号Bi,它的原子序数是83,是红白色的金属

铋的化学性质与类似。铋是最反磁性(又稱抗磁性)的金属,亦是除以外有最低热导率的金属。铋还拥有最高的霍尔系数 ,它具有较高的电阻 。当铋以级薄的层在物体表面沉积是有半导体的性质,尽管铋是一个后过渡金属。可用于制备易熔合金及与融合防止锡疫

鉍是一種脆性金屬,在自然界中,常以單質形式出現。鉍晶體的表面有時會呈現出不同顏色的色調,這是由於鉍晶體在空氣中氧化時形成的氧化層厚度不一,導致不同波長的光受到不同程度的反射,因此呈現出彩虹的顏色。

以前鉍被認爲是最重的穩定元素,然而在2003年時发现,铋唯一的天然同位素铋209可經α衰變變爲-205。[1]半衰期為1.9*1019年左右,達到宇宙年龄的10億倍。所以,被认为是質量最大的穩定元素。

與其他重金屬不同的是,铋的毒性與鉛或銻相比是相對的較低。铋不容易被身體吸收、不致癌、不損害DNA構造、可透過排尿帶出體外。基於這些原因,鉍經常被用於取代鉛的應用上(目前约铋产量的三分之一)。例如用於無鉛子彈,無鉛銲錫、藥物和化妝品上,特别是水杨酸铋,用来治疗腹泻。而铋的化合物的产量约占铋总产量的一半。

金属冶炼[编辑]

化学元素铋的合成晶体,表面是非常薄并闪光的氧化层。

工业上将冶炼铋主要是通过氧化铋氧化还原反应,冶炼炉中的反应方程式主要为:

Bi2O3+3C→2Bi+3CO↑
Bi2O3+3CO→2Bi+3CO2

其中,产生的一氧化碳还可能把杂质金属的氧化物还原:

PbO+CO→Pb+CO2

这些杂质溶于金属铋中组成还原熔炼产物粗铋。如果铋矿中还含有铜,则通常加入黄铁矿来回收铜:

2Cu+FeS2→Cu2S+FeS

硫化铋矿可以加入屑来冶炼铋,主要的反应方程式是:

Bi2S3+3Fe→2Bi+3FeS

同样,有部分杂质熔入金属铋得到粗铋。

氧化铋和硫化铋的混合矿则可以通过混合熔炼法来冶炼金属铋,冶炼过程是根据氧化铋和硫化铋彼此之间的氧化还原反应:

Bi2S3+2Bi2O3→6Bi+3SO2↑。

湿法冶炼铋常用氯化铁-盐酸法和铁粉置换法。氯化铁-盐酸法是将硫化铋矿溶解在三氯化铁和盐酸(HCl)的混合溶液中:

Bi2S3+6FeCl3→2BiCl3+6FeCl2+3S

其中,FeCl3还能溶解铋矿中的天然铋:

3FeCl3+Bi→BiCl3+3FeCl2

矿中如果有氧化铋则直接被盐酸溶解:

Bi2O3+6HCl→2BiCl3+3H2O。

盐酸的另外一个作用是防止生成的BiCl3水解成不溶性的BiOCl沉淀。铁粉置换法则是把生成的氯化铋中的铋置换出来:

3Fe+2BiCl3→2Bi+3FeCl2

这时沉淀出来的铋为海绵状的。海绵铋如果直接在空气中加热会导致氧化,因此工业上熔融铋是在熔融的氢氧化钠中进行的,这样既可以防止铋的氧化,又可以让生成的液态铋下沉易于聚集,铋中的氧化物及杂质能被氢氧化钠溶解。[2]

化学性质[编辑]

铋的化学性质相似,常温下不与作用,因此,铋在空气中稳定。在加热至熔点时,铋表面逐渐生成灰黑色的氧化物。金属铋可以在一定条件下和卤素直接反应生成三卤化铋。高温下,金属铋能和很多非金属及金属生成三价铋的化合物,铋的还原电势为正值,即在电动序中位于后,所以铋不和非氧化性酸反应。铋能溶于热的浓硫酸中,也能顺利地和硝酸反应。与砷、锑不同,铋有生成含氧酸盐的明显趋势,如硫酸铋硝酸铋砷酸铋等。铋不和碱反应。

需要指出的是,铋与氧化剂作用时通常只生成3价铋而不是5价铋。+5氧化态的铋远不如砷(V)以及锑(V)稳定。这不仅仅是因为铋的第IV电离能及第V电离能之和(9.776mJ·mol-1),而且还因为6s2的一个电子激发到6d空轨道需要很大的能量,所以由低氧化态的铋生成Bi(V)的化合物是很艰难的。[3]

此外,铋还能形成原子簇化合物。


铋唯一的天然同位素铋是铋209,在传统上也被视为最重的稳定同位素,但它长期以来一直怀疑是不稳定的。在2003年最终表明,当研究人员在法国的the Institut d'Astrophysique Spatiale in Orsay,测得铋209的半衰期为1.9×1019 年s ,相当于十亿倍于现在宇宙年龄。由于其特别长的半衰期,为所有目前已知的医疗和工业应用,铋可以被视为稳定的非放射性。而对它的放射性是纯粹是学术兴趣,因为铋是少数几个元素,它的放射性首先在理论上被怀疑而不会在实验室中被发现。铋具有最长已知α衰变半衰期,虽然碲-128具有双重β衰变以上的半衰期 2.2×1024 年s .


具有短半衰期的几种同位素也已被发现,可以衰变为锕,镭和钍。铋213还被发现衰变成铀233。


在商业上,放射性同位素铋-213可以通过一个子直线粒子加速器轰击产生镭用制造辐射。在1997年,抗体结合物与铋213,其具有45分钟的半衰期和衰变与α粒子的排放,被用来治疗患者的白血病。这种同位素也已尝试了在癌症治疗中,例如,在靶向α治疗(TAT)程序。

参考资料[编辑]

参考文獻[编辑]

  1. ^ Dumé, Belle. Bismuth breaks half-life record for alpha decay. Physicsweb. 2003-04-23. 
  2. ^ 无机化学丛书.第四卷.P472.铋的生产与应用
  3. ^ 无机化学丛书.第四卷.P484.铋的化学性质