Bizmut(III) oksit - Bismuth(III) oxide

Bizmut(III) oksit
bizmut trioksit
AlfaBi2O3yapı.jpg
İsimler
IUPAC adları
Bizmut trioksit
Bizmut(III) oksit
Bizmit (mineral)
Diğer isimler
Bizmut oksit, bizmut seskioksit
tanımlayıcılar
3B model ( JSmol )
Kimyasal Örümcek
ECHA Bilgi Kartı 100.013.759 Bunu Vikiveri'de düzenleyin
AT Numarası
ÜNİİ
  • InChI=1S/2Bi.3O KontrolY
    Anahtar: WMWLMWRWZQELOS-UHFFFAOYSA-N KontrolY
  • InChI=1/2Bi.3O/rBi2O3/c3-1-5-2-4
    Anahtar: WMWLMWRWZQELOS-JOBWJGIYAA
  • O=[Bi]O[Bi]=O
Özellikler
Bi 2 O 3
Molar kütle 465.96 g/mol
Dış görünüş sarı kristaller veya toz
Koku kokusuz
Yoğunluk 8.90 g / cc 3. Katı
Erime noktası 817 °C (1.503 °F; 1.090 K)
Kaynama noktası 1.890 °C (3.430 °F; 2.160 K)
çözünmez
çözünürlük asitlerde çözünür
-83.0·10 −6 cm 3 /mol
Yapı
monoklinik , mP20 ,
Uzay grubu P2 1 /c (No 14)
sözde oktahedral
Tehlikeler
Güvenlik Bilgi Formu Bakınız: veri sayfası
MallBaker MSDS
GHS piktogramları GHS07: Zararlı
GHS Sinyal kelimesi Uyarı
H315 , H319 , H335 , H413
P261 , P264 , P271 , P273 , P280 , P302+352 , P304+340 , P305+351+338 , P312 , P321 , P332+313 , P337+313 , P362 , P403+233 , P405 , P501
NFPA 704 (ateş elması)
1
0
0
Alevlenme noktası Yanıcı değil
Bağıntılı bileşikler
Diğer anyonlar
Bizmut trisülfid
Bizmut selenid
Bizmut tellürid
Diğer katyonlar
Dinitrojen trioksit
Fosfor trioksit
Arsenik trioksit
Antimon trioksit
Ek veri sayfası
Kırılma indisi ( n ),
Dielektrik sabiti (ε r ), vb.
termodinamik
veriler
 Faz davranışı
katı-sıvı-gaz
UV , IR , NMR , MS
Aksi belirtilmedikçe, veriler standart durumdaki malzemeler için verilmiştir (25 °C [77 °F], 100 kPa'da).
KontrolY doğrulamak  ( nedir   ?) KontrolY☒n
Bilgi kutusu referansları

Bizmut(III) oksit belki de bizmutun endüstriyel açıdan en önemli bileşiğidir . Aynı zamanda bizmut kimyası için ortak bir başlangıç ​​noktasıdır. Doğal olarak bizmit (monoklinik) ve sfaerobismoit (tetragonal, çok daha nadir) olarak bulunur, ancak genellikle bakır ve kurşun cevherlerinin eritilmesinin bir yan ürünü olarak elde edilir . Dibizmut trioksit, kırmızı kurşunun yerine havai fişeklerde " Ejderhanın yumurtaları " etkisini üretmek için yaygın olarak kullanılır .

Yapı

Bi tarafından kabul edilen yapı 2 O 3 olanlardan büyük ölçüde farklı arsenik (III) oksit gibi, 2 O 3 ve antimon (III) oksit , Sb 2 O 3 .

Sıcaklığın bir fonksiyonu olarak Bi 2 O 3'ün dört polimorfunun varlık alanları . (a) α-fazı, erime noktası olan 824 °C'ye ulaşılana kadar yapı olarak kalan 727 °C'nin üzerinde ısıtıldığında δ-fazına dönüşür. Soğutulduğunda, δ-fazı, (b)'de gösterilen 650 °C'de β-fazına veya (c'de gösterilen) 639 °C'de γ-fazına dönüşür. β-fazı, 303 °C'de α-fazına dönüşür. y-fazı, soğutma hızı çok yavaş olduğunda oda sıcaklığında kalabilir, aksi takdirde 500 °C'de α-fazına dönüşür.

Bizmut oksit, Bi 2 O 3'ün beş kristalografik polimorfu vardır . Oda sıcaklığı faz, α-Bi 2 O 3 , bir yer alır monoklinik kristal yapısı. Üç yüksek sıcaklık fazı vardır, bir tetragonal β-fazı, bir vücut merkezli kübik γ-fazı, bir kübik δ-Bi 2 O 3 fazı ve bir ε- fazı. Oda sıcaklığındaki α fazı, aralarında bizmut atomu katmanları bulunan oksijen atomu katmanlarından oluşan karmaşık bir yapıya sahiptir. Bizmut atomları, sırasıyla bozuk 6 ve 5 koordinatı olarak tanımlanabilecek iki farklı ortamda bulunmaktadır.

β-Bi 2 O 3 florit ile ilgili bir yapıya sahiptir .

γ-Bi 2 O 3 , Bi 12 SiO 20 ( sillenite ) ile ilgili bir yapıya sahiptir , burada Bi atomlarının bir kısmı Si IV tarafından işgal edilen konumu işgal eder ve Bi 12 Bi 0.8 O 19.2 olarak yazılabilir .

δ- Bi 2 O 3 , birim hücredeki sekiz oksijen bölgesinden ikisinin boş olduğu, kusurlu bir florit tipi kristal yapıya sahiptir. ε- Bi 2 O 3 , α- ve β- fazları ile ilgili bir yapıya sahiptir ancak yapı tam olarak sıralandığından iyonik bir yalıtkandır. Hidrotermal yollarla hazırlanabilir ve 400 °C'de α- fazına dönüşür.

Monoklinik için α faz dönüşümleri kübik δ-Bi 2 O 3'e erime noktasına kadar yapı kalır 729 ° C, 824 ° C'nin üstünde ısıtılır ulaşılır. Bi 2 O 3'ün δ-fazından soğutma üzerindeki davranışı, iki ara yarı kararlı fazın olası oluşumu ile daha karmaşıktır ; dörtgen β-faz ya da hacim merkezli kübik γ-faz. γ-fazı, oda sıcaklığında çok yavaş soğutma hızlarıyla var olabilir, ancak β-fazının soğutulması sırasında daima α- Bi 2 O 3 oluşur. Isı ile oluşturulduğunda , sıcaklık 727 °C'nin altına düştüğünde α- Bi 2 O 3'e geri dönse de, δ-Bi 2 O 3 doğrudan elektrodepozisyon yoluyla oluşturulabilir ve oda sıcaklığında, bir elektrolit içinde nispeten kararlı kalabilir. pH değeri 14'e yakın olacak şekilde sodyum veya potasyum hidroksit açısından da zengin olan bizmut bileşikleri.

İletkenlik

α-fazı, oksijen kısmi durumuna bağlı olarak 550 °C ile 650 °C arasında n-tipi iletkenliğe (yük elektronlar tarafından taşınır) dönüşen p-tipi elektronik iletkenlik (yük pozitif delikler tarafından taşınır) sergiler. baskı yapmak. β, γ ve δ-fazlarındaki iletkenlik ağırlıklı olarak iyoniktir ve oksit iyonları ana yük taşıyıcıdır. Bunlardan δ- Bi 2 O 3 , bildirilen en yüksek iletkenliğe sahiptir. 750 ° C Bi δ- iletkenliği az 2 O 3 , tipik olarak 1 Scm yaklaşık -1 , ara fazlar daha büyüklüğe üç emir ve daha fazla dört siparişler hakkında monoklinik faz. δ- Bi 2 O 3 , birim hücredeki sekiz oksijen bölgesinden ikisinin boş olduğu kusurlu bir florit tipi kristal yapıya sahiptir. Bu içsel boşluklar , Bi 3+' nın 6 s 2 yalnız çift elektronlu katyon alt kafesinin yüksek polarize edilebilirliğinden dolayı oldukça hareketlidir . Bi-O bağları kovalent bağ karakterine sahiptir ve bu nedenle saf iyonik bağlardan daha zayıftır, bu nedenle oksijen iyonları boşluklara daha serbestçe atlayabilir .

Düzenlenmesi oksijen δ-Bi birim hücre içinde atomuna 2 O 3 , geçmişte çok tartışma konusu olmuştur. Üç farklı model önerilmiştir. Sillén (1937), söndürülmüş numuneler üzerinde toz X-ışını kırınımını kullandı ve Bi 2 O 3'ün yapısının <111> boyunca, yani küp gövdesi diyagonali boyunca sıralanan oksijen boşluklarıyla basit bir kübik faz olduğunu bildirdi . Gattow ve Schroder (1962), birim hücredeki her oksijen bölgesini (8c bölgesi) %75 doluluk olarak tanımlamayı tercih ederek bu modeli reddetmiştir. Başka bir deyişle, altı oksijen atomu, birim hücredeki sekiz olası oksijen bölgesi üzerinde rastgele dağıtılır. Şu anda, çoğu uzman, yüksek iletkenliği daha iyi bir şekilde tamamen düzensiz bir oksijen alt kafesi açıkladığı için ikinci tanımı tercih ediyor gibi görünmektedir.

Willis (1965) , florit (CaF 2 ) sistemini incelemek için nötron kırınımını kullandı . İdeal florit kristal yapısı ile tanımlanamayacağını, bunun yerine flor atomlarının normal 8c konumlarından ara yer konumlarının merkezlerine doğru yer değiştirdiğini belirledi. Shuk et al. (1996) ve Sammes ve diğerleri. (1999), δ-Bi 2 O 3'teki yüksek derecede düzensizlik nedeniyle , Willis modelinin yapısını tanımlamak için de kullanılabileceğini öne sürmektedir .

Katı oksit yakıt hücrelerinde (SOFC'ler) kullanım

Temelde iyonik bir iletken olduğu için ilgi δ- Bi 2 O 3 üzerinde yoğunlaşmıştır . Katı elektrolitler için olası uygulamalar düşünüldüğünde , elektriksel özelliklere ek olarak, termal genleşme özellikleri de çok önemlidir. Yüksek termal genleşme katsayıları, bir elektrolitin performansını sınırlayacak, ısıtma ve soğutma altında büyük boyutsal değişimleri temsil eder. Yüksek sıcaklıktaki δ- Bi 2 O 3'ten ara β- Bi 2 O 3'e geçişe, büyük bir hacim değişikliği ve sonuç olarak malzemenin mekanik özelliklerinde bir bozulma eşlik eder. Bu, δ-fazının (727-824 °C) çok dar stabilite aralığı ile birleştiğinde, oda sıcaklığında stabilizasyonu üzerine çalışmalara yol açmıştır.

Bi 2 O 3 , diğer birçok metal oksit ile kolayca katı çözeltiler oluşturur. Bu katkılı sistemler, katkı maddesinin tipine, katkı konsantrasyonuna ve numunenin termal geçmişine bağlı olarak karmaşık bir dizi yapı ve özellik sergiler. En yaygın olarak çalışılan sistemler, yttria , Y 2 O 3 dahil olmak üzere nadir toprak metal oksitleri Ln 2 O 3 içeren sistemlerdir . Nadir toprak metal katyonları genellikle çok kararlıdır, birbirine benzer kimyasal özelliklere sahiptir ve boyut olarak Bi 3+ ile benzerdir, yarıçapı 1,03 Å'dir, bu da onları mükemmel katkı maddeleri yapar. Ayrıca, iyonik yarıçapları La 3 + (1.032 Å)'den Nd 3+ , (0.983 Å), Gd 3+ , (0.938 Å), Dy 3+ , (0.912 Å) ve Er 3+ , ( 0.89 Â), ila Lu 3+ , (0.861 Â) (' lantanid büzülmesi ' olarak bilinir ), bu da onları Bi 2 O 3 fazlarının stabilitesi üzerindeki katkı boyutunun etkisini incelemek için faydalı kılar .

Bi 2 O 3 , ara sıcaklık SOFC için Sc 2 O 3 katkılı zirkonya sisteminde sinterleme katkı maddesi olarak da kullanılmıştır .

Hazırlık

Trioksit, bizmut hidroksitin ateşlenmesiyle hazırlanabilir . Bizmut trioksit, bizmut subkarbonatın yaklaşık 400 0 C'de ısıtılmasıyla da elde edilebilir .

Reaksiyonlar

Atmosferik Karbon dioksit ya da CO 2 su içinde çözülür kolayca Bi ile reaksiyona girerek 2 O 3 oluşturmak için bizmut subkarbonat . Bizmut oksit CO ile yüksek reaktivite açıklayan bir bazik oksit, kabul edilir 2 . Si (IV) gibi asidik katyonları, bizmut oksit yapısı içinde yerleştirilir, ancak, CO ile reaksiyon, 2 gerçekleşmez.

Bizmut(III) oksit, sırasıyla sodyum veya potasyum bizmutat oluşturmak için konsantre sulu sodyum hidroksit ve brom veya sulu potasyum hidroksit ve brom karışımı ile reaksiyona girer,

Tıbbi cihaz kullanımı

Bizmut oksit bazen diş malzemelerinde onları çevreleyen diş yapısından daha X ışınlarına karşı daha opak hale getirmek için kullanılır. Özellikle, bizmut (III) oksit, hidrolik silikat çimentolarında (HSC), orijinal olarak " MTA "da (kimyasal olarak anlamsız " mineral trioksit agrega " anlamına gelen bir ticari isim ) kütlece %10 ila %20 arasında kullanılmıştır. esas olarak di- ve tri-kalsiyum silikat tozlarının karışımı. Bu tür HSC, apikoektomi, apeksifikasyon , pulpa kaplama , pulpotomi, pulpa rejenerasyonu, iatrojenik perforasyonların dahili onarımı, rezorpsiyon perforasyonlarının onarımı, kök kanal sızdırmazlığı ve obturasyon gibi diş tedavileri için kullanılır . MTA, suyla karıştırıldığında sert bir dolgu malzemesi haline gelir. Bazı reçine bazlı malzemeler ayrıca bizmut oksitli bir HSC içerir. Yüksek pH'da inert olmadığı, özellikle HSC'nin ayarını yavaşlattığı, ancak zamanla ışığa maruz kalması veya kullanılmış olabilecek diğer malzemelerle reaksiyona girerek renk kaybedebileceği iddia edildiğinden, bizmut oksitle ilgili problemlerin ortaya çıktığı iddia edilmiştir. Sodyum hipoklorit gibi diş tedavisinde.

Referanslar

daha fazla okuma