鉍
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總體特性 | |||||||||||||||||||||||||
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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 | 9780 kg/m3、2.25 | ||||||||||||||||||||||||
顏色和外表 | 紅白色光澤 |
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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 | 146 pm | ||||||||||||||||||||||||
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 | 544.4 K(271 °C) | ||||||||||||||||||||||||
沸點 | 1837 K(1564 °C) | ||||||||||||||||||||||||
摩爾體積 | 21.31×10-6m3/mol | ||||||||||||||||||||||||
汽化熱 | 104.8 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
熔化熱 | 11.3 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
蒸氣壓 | 0.000627 帕(544K) | ||||||||||||||||||||||||
聲速 | 1790 m/s(293.15K) | ||||||||||||||||||||||||
其他性質 | |||||||||||||||||||||||||
電負性 | 2.02(鮑林標度) | ||||||||||||||||||||||||
比熱 | 122 J/(kg·K) | ||||||||||||||||||||||||
電導率 | 0.867×106/(米歐姆) | ||||||||||||||||||||||||
熱導率 | 7.87 W/(m·K) | ||||||||||||||||||||||||
第一電離能 | 703 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
第二電離能 | 1610 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
第三電離能 | 2466 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
第四電離能 | 4370 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
第五電離能 | 5400 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
第六電離能 | 8250 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
最穩定的同位素 | |||||||||||||||||||||||||
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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 |
金屬冶煉
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
參考來源
引用錯誤:<ref>
標簽存在,但沒有找到<references/>
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