Соединения висмута
Висмут образует преимущественно трехвалентные и несколько пятивалентных соединений. Многие его химические свойства аналогичны свойствам мышьяка и сурьмы , хотя они гораздо менее токсичны. [ 1 ]
Оксиды и сульфиды
[ редактировать ]При повышенных температурах испаренный металлический висмут и кислород соединяются в желтый триоксид Bi .
22О
3 . [ 2 ] [ 3 ] При температуре выше 710 °C этот (расплавленный) оксид разъедает все известные оксиды и даже платину. [ 4 ] В основных условиях образует два ряда оксианионов : линейный, цепочечный полимерный BiO. −
2 ; и кубический BiO 3−
3 . В Ли
3 БиО
3 , анион образует октамер Bi
8 О 24−
24 ; и На
3 БиО
3 , тетрамер. [ 5 ]
Темно-красный оксид висмута (V), Bi
22О
5 , нестабилен, высвобождая O
2 газ при нагреве. [ 6 ] Соединение NaBiO 3 является сильным окислителем. [ 7 ]
Сульфид висмута, Bi
2 С
3 , встречается в природе в висмутовых рудах, [ 8 ] но может быть синтезирован из расплавленного висмута и серы. [ 9 ]
Галогениды
[ редактировать ]В степени окисления +3 висмут образует соли со всеми галогенами : BiF .
3 , БиСl
3 , БиБр
3 и БI
3 . Все гидролизуются в воде, кроме BiF.
3 . [ 5 ] Хлорид висмута(III) реагирует с хлористым водородом в эфирном растворе с образованием кислоты HBiCl.
4 . [ 10 ]
Степень окисления +5 встречается реже. Одним из таких соединений является мощный окислитель и фторатор BiF.
5 . Это также сильный акцептор фторида, образующий XeF. +
3- катион из тетрафторида ксенона : [ 10 ]
- Биф
5 + ХеФ
4 → ХеФ +
3 биф −
6
Галогениды висмута в низкой степени окисления имеют необычную кластерную структуру. То, что первоначально считалось хлоридом висмута (I), BiCl, на самом деле представляет собой решетку Bi. 5+
9 катионов и BiCl 2−
5 и Би
2 кл. 2−
8 анионов. [ 5 ] [ 11 ] Би 5+
Катион 9 имеет искаженную трехглавую тригонально-призматическую молекулярную геометрию и также встречается в Bi.
10 Хф
3 кл
18 , который получают восстановлением смеси хлоридов гафния(IV) и хлоридов висмута элементарным висмутом, имеющим структуру [Bi +
] [С 5+
9 ] [HfCl 2−
6 ]
3 . [ 5 ] : 50 другие многоатомные катионы висмута , такие как Bi Известны также 2+
8 , найден в Би
8 (AlCl
4 )
2 . [ 11 ]
Существует настоящий монойодид BiI, который содержит цепочки Bi.
4 я
4 единицы. BiI при нагревании разлагается на трииодид BiI .
3 и элементарный висмут. [ 5 ]
Висмут образует как минимум два «монобромида»: один изоструктурен BiCl. [ нужна ссылка ] и один изоструктурен Bi
4 я
4 . [ 5 ]
Водные соединения и катион висмутила
[ редактировать ]В водном растворе Bi 3+
ион сольватируется с образованием акваиона Bi(H
2О ) 3+
8 в сильнокислых условиях. [ 12 ] При pH > 0 существуют полиядерные частицы, наиболее важным из которых считается октаэдрический комплекс [ Bi
6 Ох
4 (ОН)
4 ] 6+
. [ 13 ]
Оксихлорид висмута (BiOCl) и оксинитрат висмута (BiONO 3 ) стехиометрически представляют собой простые анионные соли катиона висмутила(III) (BiO + ), что обычно встречается в водных соединениях висмута. Однако в случае BiOCl кристалл соли образует чередующиеся пластины из атомов Bi, O и Cl. Каждый кислород координируется с четырьмя атомами висмута в соседней плоскости. [ 14 ]
Висмутин и висмутиды
[ редактировать ]В отличие от более легких пниктогенов азота, фосфора и мышьяка, но подобно сурьме , висмут не образует стабильного гидрида . Гидрид висмута, висмутин ( BiH
3 ), представляет собой эндотермическое соединение, самопроизвольно разлагающееся при комнатной температуре. Он стабилен только при температуре ниже −60 ° C. [ 5 ] Висмутиды – это интерметаллические соединения висмута с другими металлами. [ 15 ]
В 2014 году исследователи обнаружили, что висмутид натрия допускает объемные трехмерные фермионы Дирака . Топологический полуметалл Дирака представляет собой трехмерный аналог графена с аналогичной подвижностью и скоростью электронов . В то время как висмутид натрия ( Na
3 Bi ) слишком нестабилен, чтобы его можно было использовать в устройствах без упаковки, он может обеспечить явные преимущества в эффективности и производстве по сравнению с плоским графеном в полупроводниковых приложениях и спинтронике . [ 16 ] [ 17 ]
Приложения
[ редактировать ]Окраска
[ редактировать ]
- Субнитрат висмута — переливающийся компонент глазурей и красочных пигментов.
- Оксихлорид висмута является пигментом и косметическим средством. [ 14 ]
- Ванадат висмута — непрозрачный желтый пигмент, используемый некоторыми художниками, производящими масляные, акриловые и акварельные краски, в первую очередь в качестве замены более токсичных желтых сульфидов кадмия в диапазоне от зеленовато-желтого (лимонного) до оранжево-желтого. Он практически идентичен кадмиевым пигментам по стойкости к ультрафиолетовому излучению, непрозрачности, красящей способности и инертности при смешивании с другими пигментами. Наиболее часто используемый художниками красок сорт — лимонного цвета.
- Ванадат также заменяет старые пигменты хромата цинка, свинца и стронция по той же причине. зеленоватого оттенка Благодаря зеленому пигменту и сульфату бария (для повышения прозрачности) он также может заменить хромат бария . В отличие от хроматов свинца , он не чернеет от сероводорода атмосферы и обладает особенно яркой окраской. Разница особенно заметна с лимоном, который содержит более концентрированную смесь сульфата свинца .
- Краски ванадат также используются в ограниченных количествах из-за их стоимости на транспортных средствах. [ 18 ] [ 19 ]
- Соли висмута(III) ( оксид , субкарбонат или субнитрат) цвет хрустящая микрозвезда ( яйцо дракона ) пиротехника желтый. [ 20 ] [ 21 ] [ самостоятельно опубликованный источник? ]
Электрика и электроника
[ редактировать ]- Оксид висмута, стронция, кальция, меди (BSCCO) представляет собой семейство сверхпроводящих соединений, открытое в 1988 году. Его члены демонстрируют самые высокие температуры сверхпроводящего перехода при стандартном давлении. [ 22 ]
- δ- оксид висмута является твердым электролитом кислорода. Эта форма стабильна только при высокой температуре, но может быть электроосаждена значительно ниже этой температуры в сильнощелочном растворе.
- Теллурид висмута является полупроводником и термоэлектриком . [ 14 ] [ 23 ] Диоды Bi 2 Te 3 используются в мобильных холодильниках, процессорных кулерах, а также в качестве детекторов в инфракрасных спектрофотометрах. [ 14 ]
- Германат висмута является сцинтиллятором в детекторах рентгеновского и гамма-излучения.
Химический катализ
[ редактировать ]- Висмут используется в качестве катализатора при производстве акриловых волокон . [ 24 ]
- Металлический висмут на стеклоуглероде катализирует электрохимическое восстановление CO 2 до CO. [ 25 ]
- Висмут катализирует фторирование арилборонового эфира пинакола через Bi III/V цикл. [ 26 ]
Другой
[ редактировать ]См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Левасон, В.; Рид, Г. (2003). «Координационная химия s, p и f металлов». Комплексная координационная химия II . Амстердам: Эльзевир Пергамон. дои : 10.1016/B0-08-043748-6/02023-5 . ISBN 0-08-043748-6 .
- ^ Виберг , с. 768.
- ^ Гринвуд , с. 553.
- ^ Крюгер , с. 185
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Годфри, С.М.; Маколифф, Калифорния; Маки, AG; Причард, Р.Г. (1998). Николас К. Норман (ред.). Химия мышьяка, сурьмы и висмута . Спрингер. стр. 67–84. ISBN 978-0-7514-0389-3 .
- ^ Скотт, Томас; Иглсон, Мэри (1994). Краткая энциклопедия по химии . Вальтер де Грюйтер. п. 136 . ISBN 978-3-11-011451-5 .
- ^ Гринвуд , с. 578.
- ^ Введение в изучение химии . Забытые книги. п. 363. ИСБН 978-1-4400-5235-4 .
- ^ Гринвуд , стр. 559–561.
- ^ Jump up to: а б Сузуки , с. 8.
- ^ Jump up to: а б Гиллеспи, Р.Дж.; Пассмор, Дж. (1975). Эмелеус, HJ; Sharp AG (ред.). Достижения неорганической химии и радиохимии . Академическая пресса. стр. 77–78 . ISBN 978-0-12-023617-6 .
- ^ Перссон, Ингмар (2010). «Гидратные ионы металлов в водном растворе: насколько регулярна их структура?» . Чистая и прикладная химия . 82 (10): 1901–1917. doi : 10.1351/PAC-CON-09-10-22 .
- ^ Нэслунд, Ян; Перссон, Ингмар; Сандстрем, Магнус (2000). «Сольватация иона висмута (III) водой, диметилсульфоксидом, N,N'-диметилпропиленмочевиной и N,N-диметилтиоформамидом. EXAFS, крупноугловое рентгеновское рассеяние и кристаллографическое структурное исследование». Неорганическая химия . 39 (18): 4012–4021. дои : 10.1021/ic000022m . ПМИД 11198855 .
- ^ Jump up to: а б с д Крюгер , с. 184.
- ^ «висмутид» . Ваш словарь . Проверено 7 апреля 2020 г.
- ^ «Обнаружен 3D-аналог графена [ОБНОВЛЕНИЕ]» . КурцвейлАИ. 20 января 2014 года . Проверено 28 января 2014 г.
- ^ Лю, ЗК; Чжоу, Б.; Чжан, Ю.; Ван, ZJ; Венг, HM; Прабхакаран, Д.; Мо, Словакия; Шен, ZX; Фанг, З.; Дай, X.; Хусейн, З.; Чен, ЮЛ (2014). «Открытие трехмерного топологического полуметалла Дирака Na 3 Bi». Наука . 343 (6173): 864–7. arXiv : 1310.0391 . Бибкод : 2014Sci...343..864L . дои : 10.1126/science.1245085 . ПМИД 24436183 . S2CID 206552029 .
- ^ Такс, Андреас; Бек, Хорст П. (2007). «Фотохромный эффект пигментов ванадата висмута: исследования фотохромного механизма». Красители и пигменты . 72 (2): 163. doi : 10.1016/j.dyepig.2005.08.027 .
- ^ Мюллер, Альбрехт (2003). «Желтые пигменты» . Окраска пластмасс: Основы, красители, препараты . Хансер Верлаг. стр. 91–93. ISBN 978-1-56990-352-0 .
- ^ Крото, Джерри; Диллс, Рассел; Бодро, Марк; Дэвис, Мак (2010). «Коэффициенты выбросов и воздействие наземной пиротехники». Атмосферная среда . 44 (27): 3295. Бибкод : 2010AtmEn..44.3295C . дои : 10.1016/j.atmosenv.2010.05.048 .
- ^ Ледгард, Джаред (2006). Подготовительное пособие по черному пороху и пиротехнике . Лулу. стр. 207, 319, 370, 518, поиск. ISBN 978-1-4116-8574-1 .
- ^ «БСККО» . Национальная лаборатория сильных магнитных полей. Архивировано из оригинала 12 апреля 2013 года . Проверено 18 января 2010 г.
- ^ Тритт, Терри М. (2000). Современные тенденции в исследованиях термоэлектрических материалов . Академическая пресса. п. 12. ISBN 978-0-12-752178-7 .
- ^ Хаммонд, ЧР (2004). Элементы в Справочнике по химии и физике (81-е изд.). Бока-Ратон (Флорида, США): CRC press. п. 4–5 . ISBN 978-0-8493-0485-9 .
- ^ ДиМельо, Джон Л.; Розенталь, Джоэл (2013). «Селективное преобразование CO 2 в CO с высокой эффективностью с использованием электрокатализатора на основе висмута» . Журнал Американского химического общества . 135 (24): 8798–8801. дои : 10.1021/ja4033549 . ПМЦ 3725765 . ПМИД 23735115 .
- ^ Планас, Ориол; Ван, Фэн; Лойч, Маркус; Корнелла, Хосеп (2020). «Фторирование арилбороновых эфиров с помощью окислительно-восстановительного катализа висмута» . Наука . 367 (6475): 313–317. Бибкод : 2020Sci...367..313P . дои : 10.1126/science.aaz2258 . hdl : 21.11116/0000-0005-DB57-3 . ПМИД 31949081 . S2CID 210698047 .
- ^ Мортье, Рой М.; Фокс, Малкольм Ф.; Оршулик, Стефан Т. (2010). Химия и технология смазочных материалов . Спрингер. п. 430. Бибкод : 2010ctl..book.....M . ISBN 978-1-4020-8661-8 .