Висмут в магнитном поле
Согласно ранее проведенным нами исследованиям, магнитоэлектролиз интенсифицирует процессы электроосаждения металлов и улучшает качество получаемых покрытий. В данной работе изучали влияние постоянного магнитного поля (МП) на электроосаждение, структуру и некоторые свойства висмутовых покрытий.
Таблица 1. Характеристики процесса электроосаждения висмута и его покрытий в зависимости от режима электролиза (t = 20 °С, i = 2,5 А/дм 2 )
Параметр кристаллической решетки, нм
Коррозионная стойкость, мг/(м 2 ·час)
Внутренние напряжения, МПа
В результате магнитоэлектролиза увеличивается параметр ромбоэдрической решетки висмута, измельчается зерно, рассеивается текстура, сглаживается поверхностный рельеф покрытий, снижается уровень внутренних напряжений сжатия, возрастает твердость и коррозионная стойкость покрытий.
Полученные данные, вероятно, можно объяснить следующим образом: при магнитоэлектролизе повышается химическая активность растворенного в электролите кислорода. Электрокристаллизация висмута в этих условиях сопровождается измельчением и интенсивным окислением структурных элементов (зерен и субзерен), включением в осадки большего количества кислорода (по данным растровой микроскопии с микрозондом). Подобные изменения в структуре покрытий способствуют повышению их твердости и коррозионной стойкости.
Кристаллы висмута
До XVIII века этот элемент часто ошибочно принимали за олово или свинец. Его в два раза больше, чем золота, и он входит в состав популярного препарата против расстройств пищеварения Пепто-Бисмол.
Давайте я вам расскажу подробнее про висмут и про то, как получаются такие кристаллы …
Висмут был известен человечеству с давних времен, впервые упомянут в письменных источниках в 1450 году как Wismutton или Bisemutum. Долгое время этот металл считался разновидностью сурьмы, свинца или олова. Первые сведения о металлическом висмуте, его добыче и переработке встречаются в трудах крупнейшего металлурга и минералога средневековья Георгия Агриколы, датированных 1529 г. Представление же о висмуте как о самостоятельном химическом элементе сложилось только в XVIII в. Символ Bi впервые ввел в химическую номенклатуру выдающийся шведский химик Йенс Якоб Берцелиус.
Около 90% всего добываемого висмута извлекается попутно при металлургической переработке свинцово-цинковых, медных, оловянных руд и концентратов. Висмут получают сплавлением сульфида с железом: Bi2S3 + 3Fe = 2Bi + 3FeS,
или последовательным проведением процессов:
В отличие от сурьмы, в висмуте металлические свойства явно преобладают над неметаллическими. Ему свойствен сильный металлический блеск и белый розоватого оттенка цвет. Висмут одновременно хрупок и довольно мягок, тяжел (плотность 9,8 г/см3), легкоплавок (температура плавления 271°C). При плавлении висмут уменьшается в объеме (как лед), т.е. твердый висмут легче жидкого. Среди прочих металлов висмут выделяют малая теплопроводность (хуже него тепло проводит только ртуть) и самые сильные диамагнетические свойства.
Природный висмут состоит из одного стабильного изотопа 209 Bi.
В сухом воздухе висмут не окисляется, во влажной атмосфере постепенно покрывается пленкой оксидов. При нагревании выше 1000°С сгорает с образованием основного оксида Bi2O3. При сплавлении висмута с серой образуется Bi2S3.
Взаимодействует с галогенами (наиболее изучены тригалогениды): 2Bi + 3Hal2 = 2BiHal3
При взаимодействии висмута с металлами образуются висмутиды, например, висмутид натрия Na3Bi, висмутид магния Mg3Bi и др. При действии кислот на такие сплавы висмута образуется висмутин BiH3.
Со щелочами и разбавленными кислотами висмут не реагирует, с концентрированными образует соли:
Основное применение висмута — его использование в качестве компонента легкоплавких сплавов. Висмут входит, например, в известный сплав Вуда, температура плавления которого ниже температуры кипения воды, во многие другие сплавы, используемые, например, при изготовлении легкоплавких предохранителей. Сплавы висмута и марганца (Mn) характеризуются ферромагнитными свойствами и поэтому идут на изготовление мощных постоянных магнитов.
Небольшие добавки висмута (0,003%-0,01%), в стали и в сплавы на основе алюминия улучшает пластические свойства металла, резко упрощает его обработку.
Некоторое значение висмут имеет в ядерной технологии при получении полония — важного элемента радиоизотопной промышленности. Соединения висмута, особенно Bi2O3, применяют в стекловарении и керамике, в фармацевтической промышленности, в качестве катализаторов и др.
Висмут относится к токсичным ультрамикроэлементам.
О физиологической роли висмута известно немного. Возможно он индуцирует синтез низкомолекулярных белков, принимает участие в процессах оссификации, образует внутриклеточные включения в эпителии почечных канальцев. Возможно, этот элемент обладает генотоксичными и мутагенными свойствами.
Не смотря на то, что висмут относится к категории тяжелых металлов, он является умеренно токсичным элементом. Растворимые соли висмута ядовиты и по характеру своего воздействия (хоть и в меньшей степени) аналогичны солям ртути.
Соли висмута используют с 1700-ых гг. для лечения таких болезней, как диарея, а также для облегчения симптомов холеры.
Во время разлива нефти в Мексиканском заливе, морских птиц заставляли глотать это вещество, чтобы вывести нефть, которая попала в их организм.
Хотя это вещество было известно с древних времен, слово «висмут» появилось впервые в конце XVII века. Алхимики применяли его в своих опытах в средние века. Шахтеры, добывавшие руду, называли его tectum argenti. Это переводится, как «производство серебра». Шахтеры полагали, что висмут был наполовину серебром.
И красота его кристаллов, несомненно, указывает на то, почему они так считали.
Название висмута считается латинизированной версией старогерманского слова «виссмут», и лишь в 1546 году немецкий ученый Георгий Агрикола (отец минералогии) заявил, что висмут – это отдельный металл.
В периодической таблице висмут имеет несколько соседей (его номер – 81), и если принять их вовнутрь, можно причинить серьезный урон здоровью. В этот список входят свинец, сурьма и полоний. И хотя висмут имеет высокую атомную массу, он всегда считался стабильным (долгие годы он даже считался самым стабильным элементом в плане массы).
В слитке чернового свинца содержится до 10% висмута, и для его добычи нужно пройти несколько стадий. Однако после двух главных процессов, в этой смеси остается еще много других металлов.
Чтобы получить чистый висмут, нужно расплавить переработанную смесь, а затем добавить хлор-газ. Остальные металлы добывают в их хлоридной форме, после чего остается чистый висмут. Висмут имеет некоторые удивительные характеристики. Как вы знаете, вода – одно из немногих веществ, которое является более плотным в жидкой форме, чем в твердой. В этом висмут похож на воду – в твердой форме он увеличивается на 3%.
Он также более диамагнитный, чем любой другой металл на планете. Диамагнетизм присутствует во всех материалах – это свойство, создающее магнитное поле. С другой стороны, висмут имеет самый низкий показатель теплопроводности, чем у любого другого металла. Считается, что висмут обладает низким воздействием на окружающую среду. Это потому, что его составляющие не очень растворимы, поэтому в воде он не может навредить людям. Однако в плане влияния висмута на окружающую среду были проведены лишь ограниченные исследования.
Вообще, висмут — это легкоплавкий металл, который расширяется при затвердевании, поэтому слитки не имеют усадочной раковины, а наоборот, имеют выпуклую поверхность. Применяется висмут, в основном, для изготовления легкоплавких сплавов и припоев.
Чистый, неокисленный висмут имеет серебристо-белый цвет с небольшим красноватым оттенком. Радужная окраска этого кристалла обусловлена наличием тонкой оксидной пленки на его поверности. При желании, окраску легко удалить. Достаточно просто промыть кристалл разбавленной соляной кислотой, и его поверхность станет серебристой.
Если расплавленный металл залить в форму и дать ему затвердеть, то получится слиток. Но кристаллы висмута получаются немного по-другому.
Получить такие фантастические кристаллы висмута (только висмута! с другим металлом такое не получится!) можно так. Нужен очень чистый висмут. Чем он чище, тем красивее получатся кристаллы. Расплавленный на горелке металл выливается в подогретую ёмкость. Через некоторое время, когда он примерно на треть затвердеет, жидкий металл сливают, а на дне остаются такие кристаллы. Такую красивую окраску кристаллы висмута приобретают в результате окисления поверхностного слоя металла, причем чем выше чистота исходного металла, тем более красиво окрашивается кристалл.
Монокристаллический висмут оказался сверхпроводником
Природный кристалл висмута с радужной оксидной пленкой на поверхности и кубический образец искусственно полученного кристалла висмута высокой чистоты.
Индийские физики открыли, что такой материал как монокристалл висмута становится сверхпроводником при сверхнизких температурах 0,53 милликельвин и при нормальном давлении. В других формах висмута — в тонких пленках, наночастицах или наностержнях, в аморфной форме и под давлением — сверхпроводимость уже была обнаружена. Проявление же эффекта в объемном материале считалось маловероятным из-за очень низких значений плотности носителей заряда. Таким образом, данное открытие поставило точку в более чем пятидесятилетнем научном споре о том, является ли объемный висмут сверхпроводником или нет. Работа опубликована в журнале Science.
Сверхпроводимость — это явление падения сопротивления материала до величин, неотличимых от абсолютного нуля, при температуре ниже некоторой критической. Уже сейчас эти материалы активно применяются в различных областях: от медицины до физики высоких энергий. С ними также связаны и надежды на будущие прорывные технологии, такие как передача электричества без потерь энергии на нагрев проводов, создание поездов на магнитной подушке (маглевов), левитирующих ховербордов и др.
Сверхпроводимость, как оказалось, проявляется у огромного количества соединений — в простых элементах, металлооксидах, органических проводниках, фуллеридах металлов, в дибориде магния, железосодержащих арсенидах и халькогенидах, даже в гидросульфидах под давлением. Но до сих пор, через более чем 100 лет с момента открытия этого явления, у сверхпроводимости остается одна «проблема» — критическая температура, которая определяет, насколько сильно нужно охлаждать материал, чтобы в нем проявилось это свойство. Она остается слишком низкой для возможности их повсеместного применения — материалы приходится охлаждать жидким азотом или даже дорогостоящим жидким гелием.
Однако физики, которые занимаются исследованием новых сверхпроводников, обычно не ставят целью повысить их критическую температуру. Ученые считают, что само по себе открытие новых сверхпроводников и изучение механизмов возникновения этого явления со временем поможет либо найти способ сконструировать, например, комнатно-температурный сверхпроводник, либо доказать, что это сделать невозможно.
Левитация магнита над сверхпроводником благодаря эффекту Мейснера. Высокотемпературный сверхпроводник помещен в емкость с жидким азот, который кипит при температуре 77,4 кельвина (−195,75 °C).
Зависимость сопротивления от температуры для ртути, показывающая падения сопротивления до нуля при 4,2 кельвин (около минус 269 по Цельсию). Получена в 1911 году Нобелевским лауреатом Хейке Камерлинг-Оннесом.
Зависимость магнитной восприимчивости от температуры для сверхпроводника первого рода SnAs. Падение магнитной восприимчивости вблизи критической температуры является отражением эффекта Мейснера.
Yue Wang et al./ Chemistry of materials, 2014
Для доказательства сверхпроводимости в каком-либо соединении необходимо показать наличие в нем одновременно двух эффектов, проявляющихся ниже критической температуры: 1) резкое падение сопротивления материала до значений, экспериментально неотличимых от нуля; 2) и эффект Мейснера — выталкивание магнитного поля из объема сверхпроводника, то есть проявление сильного диамагнетизма ниже критической температуры. При этом величина эффекта в сверхпроводниках гораздо выше, чем в обычных диамагнетиках: сверхпроводники могут практически полностью выталкивать магнитное поле из своего объема
Авторы новой работы пока что доказали наличие только одного из двух эффектов для монокристаллов висмута — эффекта Мейснера. Экспериментально его можно наблюдать как скачок на температурной кривой магнитной восприимчивости вещества: ниже критической температуры она становится отрицательной, что соответствует диамагнитным свойствам.
(А) Температурная зависимость магнитной восприимчивости кристалла висмута для различных значений индукции внешнего магнитного поля. «Скачок» на зависимостях говорит о сверхпроводящем переходе. (В) Зависимость критического магнитного поля от температуры. При значениях индукции поля выше обозначенной синим цветом кривой сверхпроводимость в висмуте разрушается.
masterok
masterok Мастерок.жж.рф
Хочу все знать
До XVIII века этот элемент часто ошибочно принимали за олово или свинец. Его в два раза больше, чем золота, и он входит в состав популярного препарата против расстройств пищеварения Пепто-Бисмол.
Давайте я вам расскажу подробнее про висмут и про то, как получаются такие кристаллы …
Фото 2. 
Висмут был известен человечеству с давних времен, впервые упомянут в письменных источниках в 1450 году как Wismutton или Bisemutum. Долгое время этот металл считался разновидностью сурьмы, свинца или олова. Первые сведения о металлическом висмуте, его добыче и переработке встречаются в трудах крупнейшего металлурга и минералога средневековья Георгия Агриколы, датированных 1529 г. Представление же о висмуте как о самостоятельном химическом элементе сложилось только в XVIII в. Символ Bi впервые ввел в химическую номенклатуру выдающийся шведский химик Йенс Якоб Берцелиус.
Фото 3. 
Фото 4. 
В отличие от сурьмы, в висмуте металлические свойства явно преобладают над неметаллическими. Ему свойствен сильный металлический блеск и белый розоватого оттенка цвет. Висмут одновременно хрупок и довольно мягок, тяжел (плотность 9,8 г/см3), легкоплавок (температура плавления 271°C). При плавлении висмут уменьшается в объеме (как лед), т.е. твердый висмут легче жидкого. Среди прочих металлов висмут выделяют малая теплопроводность (хуже него тепло проводит только ртуть) и самые сильные диамагнетические свойства.
Природный висмут состоит из одного стабильного изотопа 209 Bi.
Фото 5. 
В сухом воздухе висмут не окисляется, во влажной атмосфере постепенно покрывается пленкой оксидов. При нагревании выше 1000°С сгорает с образованием основного оксида Bi2O3. При сплавлении висмута с серой образуется Bi2S3.
Взаимодействует с галогенами (наиболее изучены тригалогениды): 2Bi + 3Hal2 = 2BiHal3
При взаимодействии висмута с металлами образуются висмутиды, например, висмутид натрия Na3Bi, висмутид магния Mg3Bi и др. При действии кислот на такие сплавы висмута образуется висмутин BiH3.
Со щелочами и разбавленными кислотами висмут не реагирует, с концентрированными образует соли:
Bi + HNO3(конц.) => Bi(NO3)3 + …
Фото 6. 
Основное применение висмута — его использование в качестве компонента легкоплавких сплавов. Висмут входит, например, в известный сплав Вуда, температура плавления которого ниже температуры кипения воды, во многие другие сплавы, используемые, например, при изготовлении легкоплавких предохранителей. Сплавы висмута и марганца (Mn) характеризуются ферромагнитными свойствами и поэтому идут на изготовление мощных постоянных магнитов.
Небольшие добавки висмута (0,003%-0,01%), в стали и в сплавы на основе алюминия улучшает пластические свойства металла, резко упрощает его обработку.
Некоторое значение висмут имеет в ядерной технологии при получении полония — важного элемента радиоизотопной промышленности. Соединения висмута, особенно Bi2O3, применяют в стекловарении и керамике, в фармацевтической промышленности, в качестве катализаторов и др.
Висмут относится к токсичным ультрамикроэлементам.
О физиологической роли висмута известно немного. Возможно он индуцирует синтез низкомолекулярных белков, принимает участие в процессах оссификации, образует внутриклеточные включения в эпителии почечных канальцев. Возможно, этот элемент обладает генотоксичными и мутагенными свойствами.
Не смотря на то, что висмут относится к категории тяжелых металлов, он является умеренно токсичным элементом. Растворимые соли висмута ядовиты и по характеру своего воздействия (хоть и в меньшей степени) аналогичны солям ртути.
Фото 7. 
Соли висмута используют с 1700-ых гг. для лечения таких болезней, как диарея, а также для облегчения симптомов холеры.
Фото 8. 
Во время разлива нефти в Мексиканском заливе, морских птиц заставляли глотать это вещество, чтобы вывести нефть, которая попала в их организм.
Хотя это вещество было известно с древних времен, слово «висмут» появилось впервые в конце XVII века. Алхимики применяли его в своих опытах в средние века. Шахтеры, добывавшие руду, называли его tectum argenti. Это переводится, как «производство серебра». Шахтеры полагали, что висмут был наполовину серебром.
И красота его кристаллов, несомненно, указывает на то, почему они так считали.
Название висмута считается латинизированной версией старогерманского слова «виссмут», и лишь в 1546 году немецкий ученый Георгий Агрикола (отец минералогии) заявил, что висмут – это отдельный металл.
Фото 9. 
В периодической таблице висмут имеет несколько соседей (его номер – 81), и если принять их вовнутрь, можно причинить серьезный урон здоровью. В этот список входят свинец, сурьма и полоний. И хотя висмут имеет высокую атомную массу, он всегда считался стабильным (долгие годы он даже считался самым стабильным элементом в плане массы).
Фото 10. 
В слитке чернового свинца содержится до 10% висмута, и для его добычи нужно пройти несколько стадий. Однако после двух главных процессов, в этой смеси остается еще много других металлов.
Чтобы получить чистый висмут, нужно расплавить переработанную смесь, а затем добавить хлор-газ. Остальные металлы добывают в их хлоридной форме, после чего остается чистый висмут. Висмут имеет некоторые удивительные характеристики. Как вы знаете, вода – одно из немногих веществ, которое является более плотным в жидкой форме, чем в твердой. В этом висмут похож на воду – в твердой форме он увеличивается на 3%.
Он также более диамагнитный, чем любой другой металл на планете. Диамагнетизм присутствует во всех материалах – это свойство, создающее магнитное поле. С другой стороны, висмут имеет самый низкий показатель теплопроводности, чем у любого другого металла. Считается, что висмут обладает низким воздействием на окружающую среду. Это потому, что его составляющие не очень растворимы, поэтому в воде он не может навредить людям. Однако в плане влияния висмута на окружающую среду были проведены лишь ограниченные исследования.
Фото 11. 
Чистый, неокисленный висмут имеет серебристо-белый цвет с небольшим красноватым оттенком. Радужная окраска этого кристалла обусловлена наличием тонкой оксидной пленки на его поверности. При желании, окраску легко удалить. Достаточно просто промыть кристалл разбавленной соляной кислотой, и его поверхность станет серебристой.
Если расплавленный металл залить в форму и дать ему затвердеть, то получится слиток. Но кристаллы висмута получаются немного по-другому.
Получить такие фантастические кристаллы висмута (только висмута! с другим металлом такое не получится!) можно так. Нужен очень чистый висмут. Чем он чище, тем красивее получатся кристаллы. Расплавленный на горелке металл выливается в подогретую ёмкость. Через некоторое время, когда он примерно на треть затвердеет, жидкий металл сливают, а на дне остаются такие кристаллы. Такую красивую окраску кристаллы висмута приобретают в результате окисления поверхностного слоя металла, причем чем выше чистота исходного металла, тем более красиво окрашивается кристалл.
Фото 12. 