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金屬冶煉
鉍
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鉍的特性
鉛-鉍-釙
銻
鉍
Uup
元素周期表
總體特性
名稱、符號、序號
鉍、Bi、83
系列
弱金屬
族、周期、元素分區
15族(VA)、6、p
密度、硬度
9780kg/m3、2.25
顏色和外表
紅白色光澤
地殼含量
2×10-5 %
原子屬性
原子量
208.98040(1)原子量單位
原子半徑(計算值)
160(143)pm
共價半徑
146pm
范德華半徑
無數據
價電子排布
[氙]4f145d106s26p3
電子在每能級的排布
2,8,18,32,18,5
氧化價(氧化物)
3,5(弱酸性)
晶體結構
菱形晶格
物理屬性
物質狀態
固態(反磁性)
熔點
544.4K(271°C)
沸點
1837K(1564°C)
摩爾體積
21.31×10-6m3/mol
汽化熱
104.8kJ/mol
熔化熱
11.3kJ/mol
蒸氣壓
0.000627帕(544K)
聲速
1790m/s(293.15K)
其他性質
電負性
2.02(鮑林標度)
比熱
122J/(kg·K)
電導率
0.867×106/(米歐姆)
熱導率
7.87W/(m·K)
第一電離能
703kJ/mol
第二電離能
1610kJ/mol
第三電離能
2466kJ/mol
第四電離能
4370kJ/mol
第五電離能
5400kJ/mol
第六電離能
8250kJ/mol
最穩定的同位素
同位素
丰度
半衰期
衰變模式
衰變能量
MeV
衰變產物
207Bi
人造
31.55年
電子捕獲
2.399
207Pb
208Bi
人造
3,368,000年
電子捕獲
2.880
208Pb
209Bi
100%
(1.9±0.2)×1019年
α衰變
無數據
205Tl
在沒有特別註明的情況下使用的是
國際標準基準單位單位和標準氣溫和氣壓
鉍(Bismuth)是一種化學元素,它的化學符號是Bi,它的原子序數是83,是紅白色的金屬。
鉍的化學性質與砷及銻類似。
鉍是最反磁性(又稱抗磁性)的金屬,亦是除汞以外有最低熱導率的金屬。
可用於製備易熔合金及與錫融合防止錫疫。
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。
以前鉍被認為是最重的穩定元素,然而在2003年,發現了鉍微弱的放射性,可經α衰變變為鉈-205。
[1]其半衰期為1.9*1019年左右,達到宇宙年齡的10億倍。
所以,鉛被認為是質量最大的穩定元素。
與其他重金屬不同的是,鉍的毒性與鉛或銻相比,是相對的少。
鉍不容易被身體吸收,不致癌,也不損害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。
例如用於無鉛子彈,無鉛銲錫,甚至藥物和化妝品上。
目錄
1金屬冶煉
2化學性質
3參考資料
4參考來源
金屬冶煉
化學元素鉍的合成晶體,表面是非常薄並閃光的氧化層。
工業上將冶煉鉍主要是通過氧化鉍的氧化還原反應,冶煉爐中的反應方程式主要為:
Bi2O3+3C→2Bi+3CO↑
Bi2O3+3CO→2Bi+3CO2
其中,產生的一氧化碳還可能把雜質金屬的氧化物還原:
PbO+CO→Pb+CO2
這些雜質溶於金屬鉍中組成還原熔煉產物粗鉍。
如果鉍礦中還含有銅,則通常加入黃鐵礦來回收銅:
2Cu+FeS2→Cu2S+FeS
硫化鉍礦可以加入鐵屑來冶煉鉍,主要的反應方程式是:
Bi2S3+3Fe→2Bi+3FeS
同樣,有部分雜質熔入金屬鉍得到粗鉍。
氧化鉍和硫化鉍的混合礦則可以通過混合熔煉法來冶煉金屬鉍,冶煉過程是根據氧化鉍和硫化鉍彼此之間的氧化還原反應:
Bi2S3+2Bi2O3→6Bi+3SO2↑。
濕法冶煉鉍常用氯化鐵-鹽酸法和鐵粉置換法。
氯化鐵-鹽酸法是將硫化鉍礦溶解在三氯化鐵和鹽酸(HCl)的混合溶液中:
Bi2S3+6FeCl3→2BiCl3+6FeCl2+3S
其中,FeCl3還能溶解鉍礦中的天然鉍:
3FeCl3+Bi→BiCl3+3FeCl2
礦中如果有氧化鉍則直接被鹽酸溶解:
Bi2O3+6HCl→2BiCl3+3H2O。
鹽酸的另外一個作用是防止生成的BiCl3水解成不溶性的BiOCl沉澱。
鐵粉置換法則是把生成的氯化鉍中的鉍置換出來:
3Fe+2BiCl3→2Bi+3FeCl2。
這時沉澱出來的鉍為海綿狀的。
海綿鉍如果直接在空氣中加熱會導致氧化,因此工業上熔融鉍是在熔融的氫氧化鈉中進行的,這樣既可以防止鉍的氧化,又可以讓生成的液態鉍下沉易於聚集,鉍中的氧化物及雜質能被氫氧化鈉溶解。
[2]
化學性質
鉍
鉍的化學性質和砷、銻相似,常溫下不與水及氧作用,因此,鉍在空氣中穩定。
在加熱至熔點時,鉍表面逐漸生成灰黑色的氧化物。
金屬鉍可以在一定條件下和鹵素直接反應生成三鹵化鉍。
高溫下,金屬鉍能和很多非金屬及金屬生成三價鉍的化合物,鉍的還原電勢為正值,即在電動序中位於氫後,所以鉍不和非氧化性酸反應。
鉍能溶於熱的濃硫酸中,也能順利地和硝酸反應。
與砷、銻不同,鉍有生成含氧酸鹽的明顯趨勢,如硫酸鉍、硝酸鉍、砷酸鉍等。
鉍不和鹼反應。
需要指出的是,鉍與氧化劑作用時通常只生成3價鉍而不是5價鉍。
+5氧化態的鉍遠不如砷(V)以及銻(V)穩定。
這不僅僅是因為鉍的第IV電離能及第V電離能之和(9.776mJ·mol-1),而且還因為6s2的一個電子激發到6d空軌道需要很大的能量,所以由低氧化態的鉍生成Bi(V)的化合物是很艱難的。
[3]
此外,鉍還能形成原子簇化合物。
參考資料
氮族元素
鉍酸鈉
參考來源
維基百科-鉍
引用錯誤:標簽存在,但沒有找到
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