De bismuto (III), óxido de - Bismuth(III) oxide


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Bismuto óxido (III)
Bismuth trióxido
AlfaBi2O3structure.jpg
nomes
nomes IUPAC
Bismuto trióxido de
bismuto (III), óxido de
Bismite (mineral)
Outros nomes
Bismite, bismuto sesquióxido
identificadores
Modelo 3D ( JSmol )
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.013.759
Número da CE 215-134-7
UNII
propriedades
Bi 2 O 3
Massa molar 465,96 g / mol
Aparência cristais amarelos ou pó
Odor inodoro
Densidade 8,90 g / cm 3 , sólido
Ponto de fusão 817 ° C (1503 ° F; 1090 K)
Ponto de ebulição 1890 ° C (3430 ° F; 2160 K)
insolúvel
Solubilidade solúvel em ácidos
-83,0 · 10 -6 cm 3 / mol
Estrutura
monoclínico , MP20 ,
grupo espacial P2 1 / c (n 14)
pseudo-octaédrico
Riscos
Ficha de segurança Ver: página de dados
MallBaker MSDS
pictogramas GHS O pictograma exclamação-marca no sistema harmonizado de Classificação e Rotulagem de Produtos Químicos (GHS)
palavra sinal de GHS Aviso
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
Flammability code 0: Will not burn. E.g., water Health code 1: Exposure would cause irritation but only minor residual injury. E.g., turpentine Reactivity code 0: Normally stable, even under fire exposure conditions, and is not reactive with water. E.g., liquid nitrogen Special hazards (white): no codeNFPA 704 diamante de quatro cores
0
1
0
Ponto de inflamação Não inflamável
Os compostos relacionados
outros ânions
Bismuth trisulfide
outros cátions
Trióxido de arsênico
trióxido de antimônio
página de dados suplementares
Índice de refracção ( n ),
constante dielétricar ), etc.
termodinâmicos
dados
Comportamento de fase
de líquido-gás sólido
UV , IV , RMN , MS
Excepto quando indicado de outra maneira, os dados são dados para materiais no seu estado normal (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
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referências de Infobox

Óxido de bismuto (III) é, talvez, o composto mais importante industrialmente de bismuto . É também um ponto de partida comum para a química de bismuto. É encontrada naturalmente como o mineral bismite (monoclínica) e sphaerobismoite (tetragonal, muito mais raro), mas geralmente é obtido como um subproduto da fundição de cobre e chumbo minérios. Bismuth trióxido é comumente usado para produzir a " ovos de dragão efeito" em fogos de artifício , como um substituto de chumbo vermelho .

Estrutura

As estruturas adoptadas por Bi 2 O 3 diferem substancialmente das de óxido de arsénio (III) , As 2 O 3 , e (III), óxido de antimónio , Sb 2 O 3 .

Domínios existência de quatro polimorfos de Bi 2 O 3 como uma função de temperatura. (a) A fase α transforma-se a fase δ quando aquecidos acima de 727 ° C, o que continua a ser a estrutura até ao ponto de fusão, 824 ° C, é alcançado. Quando arrefecida, a fase δ transforma em ambos o β de fase a 650 ° C, mostrado em (b), ou o de fase γ a 639 ° C, mostrado em (c). A fase β transforma ao α de fase a 303 ° C. A fase γ pode persistir até à temperatura ambiente, quando a velocidade de arrefecimento é muito lento, caso contrário, se transforma para a fase α a 500 ° C.

Óxido de bismuto, Bi 2 O 3 tem cinco cristalográficas polimorfos . A fase temperatura ambiente, α-Bi 2 O 3 tem um monoclínica estrutura cristalina. Existem três fases de alta temperatura, um tetragonal β-fase, uma cúbica de corpo centrado em fase γ, um cúbico δ-Bi 2 O 3 de fase e uma fase ε-. A temperatura ambiente α de fase tem uma estrutura complexa, com camadas de átomos de oxigénio, com camadas de átomos de bismuto entre eles. Os átomos de bismuto são em dois ambientes diferentes, que podem ser descritos como distorcida 6 e 5 respectivamente de coordenadas.

β-Bi 2 O 3 tem uma estrutura relacionada com fluorite .

γ-Bi 2 O 3 tem uma estrutura relacionada com a da Bi 12 SiO 20 (um sillenite ), em que uma fracção dos átomos de bi ocupar a posição ocupada por Si IV , e pode ser escrita como Bi 12 Bi 0,8 S 19,2 .

δ- Bi 2 O 3 tem um defeito fluorite estrutura do tipo de cristal em que dois dos oito locais de oxigénio na célula unitária são vago. ε- Bi 2 O 3 tem uma estrutura relacionada com as fases a- e p-, mas como a estrutura é totalmente ordenado que é um isolante iónico. Ele pode ser preparado por meio hidrotermais e transforma-se a fase α- a 400 ° C.

O monoclínica α de fase transforma ao cúbico δ-Bi 2 O 3 , quando aquecidos acima de 729 ° C, o que continua a ser a estrutura até ao ponto de fusão, 824 ° C, é alcançado. O comportamento de Bi 2 O 3 no arrefecimento a partir da fase-δ é mais complexa, com a possível formação de dois intermediários metaestáveis fases; o tetragonal β-fase ou a cúbica de corpo centrado em fase γ. A fase γ pode existir à temperatura ambiente com velocidades de arrefecimento muito lentas, mas α- Bi 2 O 3 constitui sempre sobre arrefecimento da fase-β. Mesmo que, quando formado por calor, que reverte para a- Bi 2 O 3 , quando a temperatura desce novamente abaixo de 727 ° C, δ-Bi 2 O 3 pode ser formado directamente por meio de electrodeposição e permanece relativamente estável à temperatura ambiente, num electrólito de compostos de bismuto, que é também rico em sódio ou hidróxido de potássio, de modo a ter um pH próximo de 14.

Condutividade

A condutividade electrónica exposições de fase α do tipo p (a carga é transportada por orifícios positivos) à temperatura ambiente, que transforma a n-tipo de condutividade (carga é transportada por electrões) entre 550 ° C e 650 ° C, dependendo do oxigénio parcial pressão. A condutividade no β, γ e Ô-fases é predominantemente iónica com os iões de óxido de ser o principal transportador de carga. Destes δ- Bi 2 O 3 tem a mais elevada condutividade relatado. A 750 ° C, a condutividade de δ- Bi 2 O 3 é tipicamente de cerca de 1 Scm -1 , cerca de três ordens de magnitude maior do que as fases intermédias e quatro ordens superiores a monoclínica fase. A condutividade no β, γ e Ô-fases é predominantemente iónica com os iões de óxido de ser o principal transportador de carga. δ- Bi 2 O 3 tem uma estrutura tipo fluorite cristal defeituoso em que dois dos oito locais de oxigénio na célula unitária são vago. Estes intrínsecas vagas são altamente móveis, devido à elevada polarizabilidade do catião sub-estrutura com a 6 s 2 par solitário electrões de Bi 3+ . Os títulos do Bi-O ter ligação covalente de caracteres e são, portanto, mais fraca do que os títulos puramente iónicos, de modo que os iões de oxigénio pode saltar para vagas mais livremente.

O arranjo de oxigénio átomos dentro da célula unitária do δ-Bi 2 O 3 tem sido objecto de muita discussão no passado. Três modelos diferentes foram propostos. Sillén (1937) utilizado pó de difracção de raios-X em amostras extintas e relataram a estrutura de Bi 2 O 3 era um simples cúbico fase com oxigénio vagas ordenados ao longo <111>, isto é, ao longo do corpo de cubo diagonal. Gattow e Schroder (1962) rejeitou este modelo, preferindo descrever cada local de oxigénio (local 8c) na célula unitária como tendo 75% de ocupação. Em outras palavras, as seis átomos de oxigénio estão distribuídas aleatoriamente ao longo dos oito locais de oxigénio possíveis na célula unitária. Atualmente, a maioria dos especialistas parecem favorecer a última descrição como um completamente desordenados contas oxigênio sub-treliça para a alta condutividade de uma maneira melhor.

Willis (1965) utilizado de difracção de neutrões para estudar o fluorite (CaF 2 sistema). Ele determinado que não poderia ser descrito pela estrutura de cristal de fluorite ideal, em vez disso, os átomos de flúor foram deslocadas a partir de posições 8c regulares para os centros das posições intersticiais. Shuk et al. (1996) e Sammes et al. (1999) sugerem que, devido ao elevado grau de desordem em δ- Bi 2 O 3 , o modelo de Willis poderia também ser usado para descrever a sua estrutura.

Use in-óxido de células de combustível sólido (SOFC)

Interesse tem-se centrado em δ- Bi 2 O 3 , uma vez que é principalmente um condutor iónico. Em adição às propriedades eléctricas, de expansão térmica propriedades são muito importantes quando se considera aplicações possíveis para electrólitos sólidos. Elevados de expansão térmica coeficientes representam grandes variações dimensionais sob aquecimento e arrefecimento, o que limitaria o desempenho de um electrólito. A transição a partir da alta temperatura δ- Bi 2 O 3 para o intermediário β- Bi 2 O 3 é acompanhada por uma grande variação de volume e, consequentemente, uma deterioração das propriedades mecânicas do material. Isto, combinado com o intervalo de estabilidade muito estreita da δ-fase (727-824 ° C), levou a estudos sobre a sua estabilização até à temperatura ambiente.

Bi 2 O 3 formam facilmente soluções sólidas com muitos outros óxidos metálicos. Estes sistemas dopados exibem um complexo conjunto de estruturas e propriedades dependentes do tipo de contaminante, a concentração de contaminante e a história térmica da amostra. Os sistemas mais amplamente estudados são aqueles que envolvem terras raras óxidos metálicos, Ln 2 O 3 , incluindo óxido de ítrio , Y 2 O 3 . Catiões de metal de terras raras são, geralmente, muito estáveis, possuem propriedades químicas semelhantes um ao outro e são semelhantes em tamanho a Bi 3+ , que tem um raio de 1,03 Á, o que os torna excelentes todos os dopantes. Além disso, os seus raios iónicos diminuir bastante uniformemente a partir de La 3 + (1,032 Â), por meio de Nd 3+ , (0,983 Â), Gd 3+ , (0,938 Â), Dy 3+ , (0,912 Â) e Er 3+ , ( 0,89 Á), a Lu 3+ , (0,861 Â) (conhecido como o ' contracção lantanídeo '), tornando-os úteis para estudar o efeito do tamanho de dopante sobre a estabilidade das Bi 2 o 3 fases.

Bi 2 O 3 também tem sido usado como aditivo de sinterização no Sc 2 O 3 - Sistema de zircia dopado para SOFC temperatura intermédia.

Preparação

Trióxido de bismuto está comercialmente feita a partir de subnitrato de bismuto . Este último é produzido por dissolução de bismuto em quente de ácido nítrico . A adição de excesso de hidróxido de sódio seguida de aquecimento contínuo da mistura precipita bismuto (III) óxido como um pó amarelo pesado. Além disso, o trióxido pode ser preparado por ignição de hidróxido de bismuto . Bismuto trióxido pode também ser obtida por aquecimento de subcarbonato de bismuto em cerca de 400 0 C.

reações

A oxidação com persulfato de amónio e dilui-se soda cáustica dá tetróxido de bismuto . O mesmo produto pode ser obtido por utilização de outros agentes oxidantes, tais como ferricianeto de potássio e solução de potassa cáustica concentrada.

Electrólise de bismuto (III) óxido em solução alcalina concentrada quente, dá-se um precipitado vermelho escarlate de óxido de bismuto (V) . De bismuto (III) reage com o óxido de ácidos minerais para dar o correspondente bismuto sais (III).

A reacção com anidrido acético e ácido oleico dá trioleato de bismuto.

(a) Modelo Sillén; vagas encomendados junto <111>, (b) modelo Gattow; vagas completamente desordenados em oxigénio sub-rede, em que cada local de oxigénio que tem 75% de ocupação, (c) Modelo de Willis; átomos de oxigénio deslocados dos locais 8c regulares (por exemplo, o átomo marcado por A (b)) ao longo <111> 32f para sítios. O bi 3+ iões marcado 1-4 em (c) correspondem às marcado 1-4 em (b).

Dióxido de carbono atmosférico ou CO 2 dissolvido em água reage facilmente com Bi 2 O 3 para gerar o subcarbonato de bismuto . Óxido de bismuto é considerado um óxido de base, o que explica a elevada reactividade com CO 2 . No entanto, quando os catiões ácidos, tais como Si (IV) são introduzidos no interior da estrutura do óxido de bismuto, a reacção com CO 2 não ocorrem.

uso de dispositivos médicos

Óxido de bismuto é ocasionalmente utilizado em materiais dentários para torná-los mais opaco aos raios-X do que a estrutura circundante do dente. Em particular, o bismuto óxido (III) tem sido usada em cimentos hidráulicos de silicato (HSC), originalmente em " MTA " (um nome comercial, estando para o quimicamente-sentido " mineral trióxido agregado ") desde 10 até 20% em massa com um mistura de pós de silicato principalmente di- e tri-cálcio. Tal HSC é usado para tratamentos dentais, tais como: Apicectomia, apicificação, capeamento polpa, pulpotomia, regeneração de celulose, reparação interna de perfurações iatrogénicas, reparação de perfurações de reabsorção, a selagem do canal radicular e a obturação. MTA define-se num material de enchimento dura quando misturados com água. Alguns materiais à base de resina também inclui um HSC com óxido de bismuto. Problemas alegadamente surgido com óxido de bismuto, porque é reivindicada não deve ser inerte a pH elevado, especificamente que retarda a configuração do HSC, mas também ao longo do tempo pode perder a cor por exposição à luz ou da reacção com outros materiais que possam ter sido utilizados no tratamento dos dentes, tais como hipoclorito de sódio.

Referências

Outras leituras