¿Qué es el elemento bismuto? Quién descubrió el Bismuto, cuáles son las propiedades, compuestos y usos del elemento Bismuto.
Bismuto; un elemento metálico, símbolo Bi, es el miembro más pesado de la familia del nitrógeno y se encuentra en la columna VA de la tabla periódica. Las listas de elementos conocidos durante la Edad Media a menudo contenían bismuto. Aunque Georgius Agrícola, el historiador de la minería y la metalurgia, describió el elemento «bismetum» en el siglo XVI, los primeros escritores generalmente parecían confundidos entre antimonio, estaño, plomo y bismuto, y no fue hasta alrededor de 1740 que el bismuto finalmente se identificó como un elemento distinto.
Usos:
Las aleaciones eutécticas de bismuto se utilizan en sistemas de rociadores automáticos debido a sus bajos puntos de fusión. El metal de la madera, por ejemplo, que consta de 50% de bismuto, 25% de plomo, 12,5% de estaño y 12,5% de cadmio, tiene un punto de fusión de solo 126 ° F (70 ° C). Estas aleaciones también se utilizan en soldaduras especiales, como tapones de seguridad en cilindros de gas comprimido, en sistemas de cierre automático, en aparatos de detección de incendios, disparadores de puertas contra incendios y embragues de seguridad con control de temperatura. Debido a que las aleaciones que contienen más del 55% de bismuto se expanden al congelarse, se utilizan en la preparación de piezas fundidas, tipos de metales y matrices de precisión.
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El bismuto también se utiliza como refrigerante de reactivo nuclear debido a su sección transversal de baja absorción de neutrones, su bajo punto de fusión y su alto punto de ebullición.
Los compuestos de bismuto más utilizados son el óxido de bismuto y el nitrato de bismuto básico, BiONO3. El óxido se utiliza en la fabricación de esmaltes para hierro fundido y en la fabricación de productos de vidrio y cerámica. El nitrato básico se utiliza en la pintura de porcelana para disparar sobre decoraciones de oro, para impartir una superficie iridiscente a la cerámica y en cosméticos. El cloruro básico se utiliza en el pulido de perlas sintéticas para darles un acabado iridiscente, en cosmética y como pigmento.
Varias sales de bismuto se utilizan en radiografía médica y en preparaciones farmacéuticas. El subcarbonato, (BiO) 2CO3, se utiliza como sustancia protectora y absorbente en el tratamiento de úlceras gástricas, enteritis y diarrea y para opacar el tubo digestivo para el diagnóstico radiológico. El magma de bismuto, también conocido como leche de bismuto o crema de bismuto, contiene hidróxido de bismuto y subcarbonato de bismuto y se usa de la misma manera que el subcarbonato. El subgalato de bismuto se utiliza como polvo en el tratamiento del eccema. Además, se utilizan varios compuestos de bismuto en el tratamiento de la sífilis.
Propiedades:
El bismuto es un metal gris plateado brillante con un tinte rojizo. Es duro, quebradizo y de cristal grueso, formando cristales romboédricos centrados en las caras. Es el miembro más metálico de la familia que también incluye nitrógeno, fósforo, arsénico y antimonio. Su número atómico es 83 y su peso atómico es 208,98. La configuración de los electrones externos en el estado fundamental del átomo es 5s ^ 2, 5p ^ 6, 5d ^ 10, 6s ^ 2, 6p ^ 3.
El bismuto estable-209 es el único isótopo de bismuto que se produce de forma natural. El más conocido de los isótopos radiactivos del elemento es el bismuto-210, que a veces se denomina radio E. Este isótopo se desintegra por la emisión de partículas beta de 1,17 Mev con una vida media de 5,0 años. El bismuto-210 se usa a menudo como estándar beta en la calibración de equipos de conteo nuclear.
El punto de fusión del bismuto es 519,8 ° F (271 ° C) y el punto de ebullición es 2642 ° F (1450 ° C). El bismuto puede extruirse para formar alambre, pero el alambre es extremadamente frágil. Esta dificultad puede superarse mediante la adición de pequeñas cantidades de otros metales. El bismuto quebradizo no se puede enrollar en láminas o papel de aluminio. La dureza del bismuto es de 7,3 en la escala Brinell.
El coeficiente de expansión lineal del bismuto es 13,45 x 10 ^ -6 por grado C. Hay una expansión del 3,3% en la solidificación del bismuto fundido. La conductividad térmica del sólido es de 0.018 calorías por segundo-cm ^ 2 ° C. Con la excepción del mercurio, el bismuto tiene una conductividad térmica más baja que cualquier otro metal. La resistencia eléctrica del bismuto sólido, que es de 106,5 a 0 ° C, aumenta con la presión y disminuye con la tensión. El bismuto y el antimonio son los únicos metales cuya resistencia es mayor en estado sólido que en estado líquido. El bismuto es el más diamagnético de los elementos metálicos y presenta el mayor efecto Hall (aumento de la resistencia cuando se somete a la influencia de un campo magnético).
Compuestos:
El bismuto es inerte en aire seco a temperatura ambiente, pero al rojo vivo se combinará con el oxígeno para formar un óxido amarillo, Bi4O6. En aire húmedo a baja temperatura, se produce una oxidación lenta del metal, produciendo una fina capa de óxido que protege al metal de una mayor oxidación. Casi todos los compuestos de bismuto contienen el átomo en el estado trivalente, aunque el bismuto se encuentra ocasionalmente en el estado +1 o +5.
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Se producen reacciones directas entre los halógenos y el bismuto y entre el azufre, el selenio y el telurio y el bismuto. El metal se disuelve en ácido nítrico para dar nitrato de bismuto, Bi (NO3) 3. Se disuelve en ácido sulfúrico concentrado caliente para formar sulfato de bismuto, Bi2 (SO4) 3, y se disuelve lentamente en ácido clorhídrico en presencia de aire para dar cloruro de bismuto, BiCl3. Todos los trihaluros, con la excepción del fluoruro, se hidrolizan rápidamente al entrar en contacto con el agua para formar el oxihaluro. Por ejemplo, el cloruro de bismuto se hidroliza para formar el oxicloruro ligeramente soluble, BiOCl, que también se denomina cloruro, subcloruro o cloruro básico de bismutilo.
Aunque los compuestos de bismuto tripositivo exhiben poco carácter iónico en estado sólido, en disolventes polares como el agua forman iones como el ión bismuto, Bi ^ 3. Cuando este ión se añade a una solución que contiene una base, se forma un precipitado coloidal de hidróxido de bismuto. Si el ión bismuto se trata con sulfuro de hidrógeno, se forma un precipitado negro característico de sulfuro de bismuto, que es soluble solo en ácido concentrado.
Ocurrencia:
Aproximadamente el 0,00002% de las rocas ígneas de la tierra contienen bismuto. El elemento se encuentra en la naturaleza en varios estados. Ocurre como un metal libre; en un óxido, Bi2O3 • H2O, llamado bismita; en un sulfuro, Bi2S3, llamado bismutenita o mirada de bismuto; y en un carbonato, (BiO) 2CO3 • H20, llamado bismutita. Las principales fuentes de bismuto son los depósitos de Estados Unidos, Bolivia, Canadá y España. Las fuentes menores del elemento son algunos minerales de plomo, cobre y estaño, de los cuales el bismuto es un constituyente.
Producción:
Aproximadamente 3 millones de libras (1,4 millones de kilogramos) de bismuto se producen anualmente. Los minerales que contienen el metal libre se calientan para fundir el bismuto, y luego el metal fundido se separa de la porción terrosa (ganga) del mineral. Los minerales de sulfuro se calientan al aire o se tuestan para formar el óxido, que luego se reduce con coque o hierro para producir bismuto.
En los Estados Unidos, la mayor parte del bismuto se prepara como subproducto de las fundiciones y refinerías de plomo y cobre. El bismuto actúa como plomo en las operaciones habituales de fundición. Durante el tostado de minerales de cobre para la eliminación de azufre, la mayor parte del plomo y el bismuto permanecen en la calcina, y solo se encuentran pequeñas cantidades en el polvo y los humos de los humos. Cuando la calcina se funde para formar una mata de cobre, la mayor parte del bismuto y el plomo se concentra en la mata. Durante el tratamiento del convertidor de la mata de cobre para producir cobre blister, el bismuto y el plomo se eliminan con humo. Los filtros eléctricos denominados precipitadores Cottrell recogen el polvo y los humos, que se someten a un tratamiento adicional en las plantas de fundición de plomo. El bismuto se considera una impureza indeseable y perjudicial en el plomo refinado y debe eliminarse antes de que el plomo pueda comercializarse.
Hay cuatro métodos importantes mediante los cuales el bismuto se separa del plomo. Mediante el refinado cuidadoso del bismuto obtenido por cualquiera de estos métodos, se puede producir bismuto comercial con una pureza del 99,999%. En el primer método, el proceso de cristalización, se aprovecha el hecho de que las aleaciones de plomo y bismuto tienen puntos de fusión más bajos que el plomo puro. La mezcla de bismuto y plomo se calienta y luego se deja cristalizar por enfriamiento. A medida que se forman los cristales de plomo, la porción líquida se vuelve cada vez más rica en bismuto y posteriormente se drena de los cristales. En el proceso electrolítico de Betts, el plomo impuro que contiene bismuto se instala como ánodo en una celda electrolítica con un cátodo de plomo puro. Durante la electrólisis, el bismuto se acumula como lodo alrededor del ánodo. El lodo se lava, se seca y se funde para formar metal y escoria. Mientras está en estado fundido, el metal se oxida selectivamente para eliminar cualquier impureza.
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En el proceso Betterton-Kroll, el plomo que contiene bismuto se calienta y el calcio y el magnesio metálicos se mezclan suavemente en el metal fundido. Se forman compuestos de calcio-bismuto y magnesio-bismuto que tienen altos puntos de fusión y baja densidad. Estos compuestos intermetálicos se eliminan fácilmente del baño de plomo y luego el bismuto se libera de los otros metales mediante cloración.
En el proceso Sparry, el cuarto método de separación, el plomo que contiene bismuto se utiliza como ánodo en las celdas de plomo blanco de Sperry. El bismuto cae al fondo de la celda como un lodo o permanece como un lodo en el ánodo. El lodo se lava, se seca y se funde para producir un lingote de bismuto impuro, que luego se envía a la refinería de bismuto.
