Vismut on keemiline element jarjekorranumbriga 83 ^[1] . Ta kuulub keemiliste elementide perioodilisustabelis 15. ruhma (perioodilisuse susteemi vananenud luhivormi jargi kuulub ta V ruhma peamise alaruhma ehk VA ruhma) ja on tabeli kuuendas perioodis. Selle elemendi aatommass on 208,98040(1) u. Seda tahistatakse sumboliga Bi (ladina keeles Bismuthum). See kuulub uleminekujargsete metallide hulka. Vismut on tavalistes tingimustes roosaka varjundiga hobedane laikiv metall. Atmosfaarirohul esineb ta romboeedrilise kristallilise modifikatsioonina ^[2] .

Looduslikku vismutit, mida esindab uks isotoop ${\displaystyle {\ce {^{209}Bi}}}$, peeti pikka aega stabiilseks (mitte-radioaktiivseks) elemendiks, kuid 2003. aastal avastati eksperimentaalselt selle aarmiselt aeglane alfahajaotus . Kuni selle ajani peeti vismut-209 koige raskemaks olemasolevatest stabiilsetest isotoopidest. Vismuti ( ${\displaystyle {\ce {^{209}Bi}}}$) poolvaartusaeg on (1,9 ± 0,2)?1019 aastat, mis on uheksa suurusjarku suurem kui Universumi vanus.

Omadustelt on vismut metall . Tema tihedus normaaltingimustel on 9,78 g/cm ³ ja sulamistemperatuur on 271 Celsiuse kraadi. See on vaga halva soojusjuhtivusega .

Vismuti kristallid on iseloomuliku nurgelise struktuuriga.

Metalli pinnakihile tekib hapnikuga reageerides vismutoksiidi (Bi ₂ O ₃ ) kiht, mis naib valguse interferentsi tottu varviline ( struktuurne varvus ).

Alates pliist ja vismutist on jargnevate keemiliste elementide aatomid radioaktiivsed , sest aatomituumade raadius osutub suuremaks kui tugeva vastastikmoju hasti tootav mojuraadius. Nii muutub igas jargnevas elemendis uha valdavamaks elektromagnetiline vastastikmoju , mis tuuma prootoneid laiali puuab lukata, pohjustades raskemate tuumade suureneva radioaktiivsusega tuumade ebastabiilsuse ja vaheneva poolestusaja . Kui liikuda perioodilisussusteemis rauast ja niklist edasi raskemate tuumade poole, siis muutub iga jargmise aatomituuma seoseenergia ulaltoodud pohjustel aina norgemaks.

• 
  Oksiidikihiga kaetud vismuti kristall
• 
  Puhas vismut

Nime ajalugu [ muuda | muuda lahteteksti ]

Arvatavasti parineb ladinakeelne Bismuthum voi bisemutum saksa keelest weisse Masse, "valge mass" ^[3] .

Keskajal kasutasid alkeemikud eksperimentide kaigus sageli vismutit. Kaevurid nimetasid seda tectum argenti, mis tahendab "hobedakatus", kusjuures nad uskusid, et vismut on pooleldi hobe.

Siiski ei liigitatud vismutit omaette elemendiks, vaid arvati, et see on plii, antimoni voi tina varieerumine. Vismutit mainiti esmakordselt 1546. aastal saksa mineraloogi ja metallurgi Georgius Agricola kirjutistes. Saksa keemik I. G. Pott tegi 1739. aastal kindlaks, et vismut on endiselt eraldi keemiline element. Kaheksakummend aastat hiljem vottis rootsi keemik Berzelius esmakordselt kasutusele elemendi Bi sumboli keemilises nomenklatuuris ^[4] .

Looduses [ muuda | muuda lahteteksti ]

Vismuti sisaldus maakoores ? 2?10 ^?5  % massiprotsenti, merevees ? 2?10 ^?5 mg/l ^[2] .

Seda leidub maakides nii oma mineraalide kujul kui ka lisandina mones teiste metallide sulfiidis ja sulfosoolides. Maailmas kaevandatakse umbes 90% kogu kaevandatud vismutist plii -, tsink -, vase - ja tinamaakide ning vismutisisaldusega kontsentraatide metallurgilise tootlemise korvalsaadusena, mis sisaldab sajaprotsenti ja monikord kumnendikprotsenti vismutit.

Vismutimaagid, mille vismutisisaldus on 1 % ja rohkem, on haruldased. Selliste maakide, aga ka teiste metallide maakide hulka kuuluvad vismutimineraalid: vismutiin Bi ₂ S ₃ (81,30 % Bi), tetradimiit Bi ₂ Te ₂ S (56,3-59,3 % Bi), kosaliit Pb ₂ Bi ₂ S ₅ (42 % Bi), vismiit Bi ₂ O ₃ (89,7 % Bi), vismutiit Bi ₂ CO ₃ (OH) ₄ (88,5-91,5 % Bi), vitticheniit Cu ₃ BiS ₃ , galenobismutiit PbBi ₂ S ₄ , aikiniit CuPbBiS ₃ .

Geneetilised ruhmad ja toostuslikud ladestustuubid

Vismut koguneb suurenenud kontsentratsioonis erinevate geneetiliste tuupide ladestikes: pegmatiitides , kontaktmetasomaatilistes, samuti korge ja keskmise temperatuuriga hudrotermilistes ladestikes. Tegelikult on vismutimaardlad piiratud levikuga ja tavaliselt moodustab see metall mitmete hudrotermaalsete maardlate mitmetallidega kompleksseid maakide moodustisi ^[5] . Nende hulgas on silmapaistvad jargmised:

• Volfram-vask-vismuti lademed
• Viie elemendi moodustumise (Co-Ni-Bi-Ag-U) lademed
• Kuld -vismut
• Arseeni - vismut
• Vask -vismut
• Kvarts -vismut

Vismuti tootmine ja tarbimine maailmas [ muuda | muuda lahteteksti ]

Vismut on usna haruldane metall ja selle ulemaailmne tootmine/tarbimine uletab vaevalt 6000 tonni aastas (5800-6400 tonni aastas).

Lademed [ muuda | muuda lahteteksti ]

Vismuti leiukohti on teadaolevalt Saksamaal , Mongoolias , Boliivias , Austraalias ( Tasmaania saarel), Peruus , Venemaal ja ka teistes riikides.

Saamine [ muuda | muuda lahteteksti ]

Vismuti tootmine pohineb polumetalliliste vase- ja pliikontsentraatide ning vismutimaakide tootlemisel purometallurgia ja hudrometallurgia meetoditega. Vismuti saamiseks vismutisulfiidi uhenditest, mis saadakse vaskkontsentraatide tootlemisel korvalsaadusena, kasutatakse sadestussulatust koos rauajaatmete ja sulatusvahenditega.

Protsess kulgeb reaktsiooni teel:

${\displaystyle {\ce {Bi2S3 + 3Fe -> 2Bi + 3FeS}}}$

Kui kasutatakse oksudeeritud maake, redutseeritakse vismut koos susinikuga sulavhobedakihi all temperatuuril 900-1000 °C:

${\displaystyle {\ce {Bi2O3 + 3C -> 2 Bi + 3CO}}}$

Sulfiidmaake saab reaktsiooni teel muuta oksiidmaakideks:

${\displaystyle {\ce {2 Bi2S3 + 9O2 -> 2 Bi2O3 + 6 SO2}}}$

Vismut(III)oksiidi redutseerimiseks 800 °C temperatuuril voib soe asemel kasutada naatriumsulfitit:

${\displaystyle {\ce {Bi2S3 + 2Na2SO3 -> 2 Bi + 3 Na2SO4}}}$

Vismutisulfiidi saab vismutiks redutseerida soogisoodaga temperatuuril umbes 950 °C voi naatriumhudroksiidiga temperatuuril 500-600 °C. Nende protsesside reaktsioonid on jargmised:

${\displaystyle {\ce {4Bi2S3 + 12 Na2CO3 -> 8 Bi + 9 Na2S + 3 Na2SO4 + 12 CO2}}}$

${\displaystyle {\ce {4Bi2S3 + 24 NaOH -> 8 Bi + 9 Na2S + 3 Na2SO4 + 12 H2O}}}$

Vismuti saamine pliikontsentraatide tootlemisel tekkinud pliist seisneb vismuti eraldamises magneesiumi voi kaltsiumi abil. Selle protsessi kaigus koguneb vismut ulemistesse kihtidesse uhendina CaMg ₂ Bi ₂ . Edasine puhastamine Ca ja Mg-ga toimub umber sulatamise teel leeliskihi all, millele lisatakse oksudeerivat ainet (NaNO3). Saadud toode labib elektroluusi, et saada muda, mis sulatatakse vismutiks ^[2] .

Vismuti tootmise hudrometallurgiline meetod on iseloomulik suurema majandusliku tulemuslikkuse ja saadud toote puhtuse poolest, kui toodeldakse halbu polumetallilisi kontsentraate. Meetod pohineb vismutit sisaldavate maakide, vaheproduktide ja sulamite lahustamisel lammastik- ja soolhappega ning sellele jargneval saadud lahuste leostumisel. Leostumine toimub vaavelhappega voi elektrokeemilise leostumisega naatriumkloriidi lahustega. Vismuti edasine ekstraheerimine ja puhastamine toimub ekstraheerimismeetoditega ^[6] .

Korge puhtusastmega vismuti tootmine pohineb hudrometallurgilisel rafineerimisel, tsoonisulatamisel ja kaheastmelisel destillatsioonil.

Keemilised omadused [ muuda | muuda lahteteksti ]

Vismuti uhendites on oksudatsiooniastmed -3, +1, +2, +3, +4, +5. Toatemperatuuril ja kuivas ohus ta ei oksudeeru, kuid niiskes ohus katab teda ohuke oksiidikile. Kuumutamine sulamistemperatuurini pohjustab vismuti oksudeerumist, mis 500 °C juures intensiivistub margatavalt. Temperatuuril ule 1000 °C poleb see, moodustades Bi ₂ O ₃ oksiidi:

${\displaystyle {\ce {4Bi + 3O2 -> 2Bi2O3}}}$

Osooni ja vismuti koostoimel tekib Bi ₂ O ₅ oksiid.

Lahustab vahesel maaral fosforit. Vesinik on tahkes ja vedelas vismutis praktiliselt lahustumatu, mis naitab vesiniku madalat aktiivsust vismuti suhtes. Hudriidid Bi ₂ H ₂ ja BiH ₃ on teada - toatemperatuuril ebastabiilsed, murgised gaasid. Vismut ei suhtle susiniku, lammastiku ja raniga ^[7] .

Vismuti ja vaavli voi vaavelgaasi koostoimel tekivad sulfiidid BiS, Bi ₂ S ₃ .

Vismut on vastupidav kontsentreeritud soolhappele ja lahjendatud vaavelhappele , kuid lahustub lammastik - ja vesinikkloriidhappes , samuti kuningvees .

${\displaystyle {\ce {Bi + 4 HNO3 -> Bi(NO3)3 + NO ^ + 2H2O}}}$

${\displaystyle {\ce {Bi + 3HCl + HNO3 -> BiCl3 + NO ^ + 2H2O}}}$

Vismut reageerib dilammastik tetraoksiidiga, moodustades vismutnitraati (70-110°C):

${\displaystyle {\ce {Bi + 3N2O4 -> Bi(NO3)3 + 3NO ^}}}$

Reageerib kontsentreeritud vaavelhappega , moodustades vismutisulfaati:

${\displaystyle {\ce {2Bi + 6H2SO4 -> Bi2(SO4)3 + 3SO2 ^ + 6H2O}}}$

Vismuti koostoimel fluori (600-700°C), kloori (200°C), broomi ja joodiga tekivad mitmesugused halogeniidid :

${\displaystyle {\ce {2Bi + 5F2 -> 2BiF5}}}$

${\displaystyle {\ce {2Bi + 3Cl2 -> 2BiCl3}}}$

Metallidega on ta voimeline moodustama intermetalliide - vismutiide ^[2] .

Vismut on voimeline moodustama ka vismutorgaanilisi uhendeid, naiteks trimetuulvismut Bi(CH ₃ ) ₃ ja trifenuulvismut Bi(C ₆ H ₅ ) ₃ .

Maksumus [ muuda | muuda lahteteksti ]

Soltuvalt metalli puhtusastmest jaguneb vismut mitmeks kvaliteediklassiks. Puhtusastme suurenemise jarjekorras on klassid Vi2, Vi1, Vi00, lisandite sisaldus nendes klassides ei uleta vastavalt 3 %, 2 % ja 0,02 %. Toodetakse ka eriti puhtaid vismuti kvaliteediklasse Vi000, Vi0000. Metalse vismuti hind soltub oluliselt selle puhtusest. Kaalutud keskmine hind maailmaturul oli 2016. aasta lopus umbes 10 $/kg ^[8] . Korge puhtusastme ostjad on teaduskeskused, eelkoige kasutatakse vismutit teiste elementide sunteesiks ^[9] .

Rakendus [ muuda | muuda lahteteksti ]

Metallurgia [ muuda | muuda lahteteksti ]

Vismut on vaga oluline nn automaatteraste, eriti roostevabade teraste tootmisel ja muudab nende mehaanilise tootlemise automaatidel (treipingid, freespingid jm) vaga lihtsaks, kui vismuti kontsentratsioon on vaid 0,003 %, samas ei suurenda see korrosioonikalduvust . Vismutit kasutatakse alumiiniumipohistes sulamites (ligikaudu 0,01 %), see lisand parandab metalli plastilisi omadusi, lihtsustab oluliselt selle tootlemist.

Katalusaatorid [ muuda | muuda lahteteksti ]

Polumeeride tootmisel on vismutitrioksiid katalusaatoriks ja seda kasutatakse eelkoige akruulpolumeeride tootmisel. Vismutoksiid-kloriidi kasutatakse monevorra nafta krakkimisel . Vismuti ja pallaadiumi bimetallilised nanoosakesed koos tsirkooniumi polumeerkompleksiga on osa piimhappe tootmise katalusaatorist glutseroolist .

Termoelektrilised materjalid [ muuda | muuda lahteteksti ]

Vismutit kasutatakse pooljuhtmaterjalides, mida kasutatakse eelkoige termoelektrilistes seadmetes. Selliste materjalide hulka kuuluvad vismut-telluriid ja vismutseleniid. Saadud on korge joudlusega vismut-tseesium-telluuril pohinev materjal superprotsessorite pooljuhtkulmikute tootmiseks.

Tuumakiirguse detektorid [ muuda | muuda lahteteksti ]

Monokristalliline vismutijodiid on teataval maaral oluline tuumakiirguse detektorite tootmisel. Vismutgermaat (Bi ₄ Ge ₃ O ₁₂ , luhend BGO) on levinud stsintillatsioonimaterjal , mida kasutatakse tuumafuusikas , korge energia fuusikas , arvutitomograafias ja geoloogias . See materjal erineb tavalistest stsintillaatoritest soodsalt selle poolest, et see on kiirguskindel, suureparase ajalise stabiilsusega ja absoluutselt mittehugroskoopiline . Vismutgallaat Bi ₂ Ga ₄ O ₉ on samuti paljutootav korge ajalise eraldusvoimega stsintillaator. Selle kasutamine on siiski piiratud, kuna suurte uksikkristallide kasvatamine on keeruline.

Kergsulavad sulamid [ muuda | muuda lahteteksti ]

Vismuti sulamid koos teiste sulavate ainetega (kaadmium, tina, plii, indium, tallium, elavhobe, tsink ja gallium) on vaga madala sulamistemperatuuriga (moned - alla vee keemistemperatuuri ja koige sulavama koostise sulamistemperatuur vismutiga on umbes +41 °C ^[10] ). Koige tuntumad on Woodi sulam ja (mittemurgine kaadmiumivaba) Rose'i sulam . Kergelt sulavaid sulameid kasutatakse kui:

• soojusvahetusvedelikud ;
• joodised ;
• tulekahjusignalisatsiooni ja automaatsete tulekustutusseadmete osad;
• spetsiaalsed maardeained, mis tootavad vaakumis ja korgetel temperatuuridel, kus orgaanilised maardeained ei ole kasutatavad;
• ventiilide osad, mille sulatamisel avaneb ristloige vedelike ja gaaside, nt raketikutuste voolamiseks;
• kaitsmed suure voimsusega vooluahelates;
• tihendid ulikorge vaakumiga rakendustes;
• murtud luude kinnitusmaterjalid meditsiinis;
• termomeetrilised vedelikud ;
• materjalid valukodades kasutatavate mudelite tootmiseks jne.

Magnetvaljade mootmine [ muuda | muuda lahteteksti ]

Magnetvalja mootmiseks kasutatavate mahiste valmistamiseks kasutatakse eripuhtusega metallist vismutit, kuna vismuti elektritakistus soltub oluliselt ja peaaegu lineaarselt magnetvaljast , mis voimaldab moota valise magnetvalja tugevust sellest valmistatud mahise takistuse mootmise teel.

Poloonium-210 tootmine [ muuda | muuda lahteteksti ]

Vismutil on teatav tahtsus tuumatehnoloogias poloonium-210 tootmisel, mis on oluline element radioisotoopide toostuses.

Tugevate metallide ja sulamite mehaaniline tootlemine [ muuda | muuda lahteteksti ]

Kergelt sulavaid vismutisulameid (nt Woodi sulam, Rose'i sulam jt) kasutatakse uraani, volframi ja nende sulamite ning muude metallitootluspinkidel (treipingid, freespuurid jt) raskesti toodeldavate materjalide kinnitamiseks.

Magnetilised materjalid [ muuda | muuda lahteteksti ]

Mangaan-vismut-intermetallid on tugevalt ferromagnetiline ja seda toodetakse toostuses suurtes kogustes plastmagnetite tootmiseks. Selle materjali eripara ja eelis on voimalus valmistada kiiresti ja odavalt mis tahes kujuga ja suurusega pusimagneteid (ka mittejuhtivaid). Lisaks sellele on see magnetiline materjal usna vastupidav ja markimisvaarse koerktiivse jouga. Lisaks vismut-mangaani uhenditele on teada ka vismuti ja indiumi , kroomi ja euroopiumi magnetiliselt kovad uhendid, mille kasutamine piirdub kas sunteesi raskuste (vismut-kroom) voi teise komponendi (indium, europium) korge hinna tottu eriliste tehnoloogiavaldkondadega.

Korgtemperatuuriline ulijuhtivus [ muuda | muuda lahteteksti ]

Keraamika, mis sisaldab vismuti, kaltsiumi, strontsiumi, baariumi, vase, utriumi jt oksiide, on korge temperatuuriga ulijuhid. Viimastel aastatel on nende ulijuhtide uurimisel ilmnenud faasid, millel on tippude uleminek superjuhtivasse olekusse 110 K juures.

Tetrafluorohudrasiini tootmine [ muuda | muuda lahteteksti ]

Vismutit kasutatakse peene laastu voi pulbri kujul katalusaatorina tetrafluorohudrasiini (lammastiktrifluoriidist) tootmiseks, mida kasutatakse raketikutuse oksudeerijana.

Elektroonika [ muuda | muuda lahteteksti ]

88% Bi ja 12% Sb sisaldav sulam naitab magnetvaljas anomaalset magnetotakistuse efekti; seda sulamit kasutatakse kiirete voimendite ja lulitite valmistamiseks.

Vismut-volframaat, stanaat-vanadaat, silikaat ja niobaat on osa korge temperatuuriga segmentoelektrilistest materjalidest.

Vismutferriit BiFeO ₃ ohukeste kilede kujul on paljulubav magnetoelektriline materjal.

Meditsiin [ muuda | muuda lahteteksti ]

Vismutiuhenditest kasutatakse meditsiinis koige laialdasemalt Bi ₂ O ₃ -trioksiidi. Eelkoige kasutatakse seda farmaatsiatoostuses paljude seedetrakti haiguste ravimite, samuti antiseptiliste ja tervendavate ainete valmistamiseks. Lisaks on seda hiljuti kasutatud mitme vahivastase ravimi valjatootamisel vahi raviks.

Vismutoksiid-kloriidi kasutatakse meditsiinis rontgenkontrastainetena ja taiteainena veresoonte valmistamisel. Lisaks kasutatakse meditsiinis laialdaselt selliseid uhendeid nagu vismutgallaat, tartraat, karbonaat, subsalitsulaat, subtsitraat ja tribromofenolaat. Nende uhendite pohjal on valja tootatud palju meditsiinilisi preparaate (sealhulgas sellised laialdaselt kasutatavad preparaadid nagu Vishnevski salv).

Vismutsitraat (vismut(III)tsitraat, C ₆ H ₅ BiO ₇ ) - kasutatakse salmonella isoleerimiseks kasutatavates keedukeskkondades.

Pigmendid [ muuda | muuda lahteteksti ]

Vismutvanadaati kasutatakse pigmendina (erkkollane varvus).

Kosmeetika [ muuda | muuda lahteteksti ]

Vismutoksiidkloriidi kasutatakse laikivaks aineks kuunelakide, huulepulkade, lauvarvide ja muude toodete valmistamisel.

Jahindus ja kalapuuk [ muuda | muuda lahteteksti ]

Vismut on keskkonnale suhteliselt ohutu. See voimaldab kasutada vismutist laskemoona ja uputuspuuniseid traditsioonilise ja murgise plii asemel.

Bioloogiline roll [ muuda | muuda lahteteksti ]

Vismuti sisaldus inimkehas on:

• lihaskude - 0,32×10 ^?5  %;
• luukude - vahem kui 0,2×10 ^?4  %;
• veri - ~0,016 mg/l;
• paevane toiduga saadav kogus 0,005-0,02 mg.

Keskmise inimese (kehakaal ~70 kg) kehas sisaldus on vaike, kuid tapsed andmed puuduvad. Samuti puuduvad andmed toksiliste ja surmavate dooside kohta. Siiski on teadaolevalt vismuti toksilisus suukaudsel manustamisel vaike. See tundub ootamatu, sest raskmetallid on tavaliselt usna murgised, kuid seda seletatakse lahustuvate vismutuhendite kerge hudroluusiga. Inimkehas esinevate pH -vaartuste vahemikus (valja arvatud voib-olla maos) sadestub vismut peaaegu taielikult lahustumatute aluseliste sooladena. Kui vismutit voetakse koos ainetega, mis suudavad seda lahustamiseks muundada ( glutseriin , piimhape jms), on siiski voimalik raske murgistus. Vismutnitraadi ja teiste vismutisoolade kontsentreeritud lahuste suurte koguste allaneelamisel kujutab endast markimisvaarset ohtu hudroluusi tagajarjel moodustuva vaba happe suur kontsentratsioon.

Hudroluusi kalduvus ja madal toksilisus on tingitud vismuti aluseliste soolade (subtsitraat, aluseline nitraat jt) kasutamisest maohaavandite raviks. Lisaks happe neutraliseerimisele ja mao seinte kaitsmisele kolloidse sademe abil on vismut aktiivne Helicobacter pylori bakteri vastu, mis mangib olulist rolli peptilise haavandite tekkimisel.

Viited: [ muuda | muuda lahteteksti ]

Pildid, videod ja helifailid Commonsis: Vismut

Vikisonastiku artikkel: vismut