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铋的特性
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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) 3,5(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,它的化学符号是Bi,它的原子序数是83,是红白色的金属。

铋的化学性质与砷及锑类似。铋是最反磁性(又称抗磁性)的金属,亦是除以外有最低热导率的金属。可用于制备易熔合金及与锡融合防止锡疫。

铋是一种脆性金属,在自然界中,常以单质形式出现。铋晶体的表面有时会呈现出不同颜色的色调,这是由于铋晶体在空气中氧化时,形成的氧化层厚度不一,导致不同波长的光受到不同程度的反射,因此呈现出彩虹的颜色。

以前铋被认为是最重的稳定元素,然而在2003年,发现了铋微弱的放射性,可经α衰变变为铊-205。[1]其半衰期为1.9*1019年左右,达到宇宙年龄的10亿倍。所以,铅被认为是质量最大的稳定元素。

与其他重金属不同的是,铋的毒性与铅或锑相比,是相对的少。铋不容易被身体吸收,不致癌,也不损害DNA构造,可透过排尿带出体外。基于这些原因,铋经常被用于取代铅的应用上。例如用于无铅子弹,无铅銲锡,甚至药物和化妆品上。

目录

金属冶炼

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的氧化还原反应,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

硫化铋矿可以加入铁屑来冶炼铋,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

铋的化学性质和砷、锑相似,常温下不与水及氧作用,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,即在电动序中位于氢后,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。

参考资料

参考来源


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