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鉍的特性
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Uup
鉍在元素周期表中的位置
總體特性
名稱符號序號 鉍、Bi、83
系列 弱金屬
周期元素分區 15族(VA)6p
密度硬度 9780 kg/m3、2.25
顏色和外表 紅白色光澤
Bi,83.jpg
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 []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 (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
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 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

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

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


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