Chimie

Arsenic, antimoine, bismuth

Arsenic, antimoine, bismuth


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Utilisation

Sous forme élémentaire, l'arsenic, l'antimoine et le bismuth sont principalement utilisés comme composants d'alliage.

L'arsenic et l'antimoine, souvent alliés ensemble, sont capables de durcir significativement les métaux mous comme le plomb ou l'étain (plomb dur, métal à lettres, métaux porteurs, plaques pour accumulateurs au plomb, métal Britannia, coup de fusil).

Le bismuth métallique forme des alliages fondant facilement, par ex. utilisé pour les fusibles électriques. Cette Boismétal (50% Bi, 25 % Pb, 12,5 %Sn, 12,5 % CD) fond déjà à 70 °C.

L'arsenic et l'antimoine sont très purs dans la technologie des semi-conducteurs dans la production d'A.IIIB.V- les semi-conducteurs, tels que l'arséniure de gallium, GéorgieComme, Arséniure d'indium, DansComme, antimoniure de gallium, GéorgieSb, antimoniure d'indium, DansSb, ou lors du dopage du silicium.


Azote

azote constitue la plus grande partie de notre atmosphère. les air se compose de 78% de ce gaz. Il est chimiquement très inerte et est donc souvent utilisé comme gaz protecteur pour éviter les réactions indésirables, par exemple avec l'oxygène. L'azote liquide est utilisé comme liquide de refroidissement. De plus, l'azote atmosphérique est indispensable à la production d'engrais et à la production d'ammoniac. (Synthèse d'ammoniac) utilisant le procédé Haber-Bosch.


Sommaire

Près de 200 kg de fonte grise, auxquels des quantités d'antimoine, d'arsenic, de bismuth et de plomb ont été ajoutées, ont été préparés sous forme de quatre-vingts barres. A partir de ces barres, un certain nombre de disques (32 mm de diamètre, 10 mm d'épaisseur) ont été découpés. Les tests d'homogénéité à l'intérieur des disques et entre les disques découpés dans les mêmes barres et dans des barres différentes ont montré que l'inhomogénéité est inférieure à 1,0 et 1,5 % pour l'antimoine et le plomb, respectivement. Au moyen de la spectrométrie d'absorption atomique électrothermique, de l'analyse par activation neutronique instrumentale ou de l'analyse par activation radiochimique des protons, les intervalles de confiance à 95 % suivants ont été certifiés : 263,5 ± 4,4 ppm pour l'antimoine, 347,1 ± 5,8 ppm pour l'arsenic, 33,6 ± 0,8 ppm pour le bismuth et 296 ± 16 ppm pour le plomb. Le matériel de référence est disponible pour les utilisateurs potentiels.


Extraction et présentation

Pour l'extraction du bismuth on peut partir de minerais oxydés, qui sont réduits en élément avec le charbon :

Les minerais de bismuth sulfurés peuvent être soit réduits avec du fer en utilisant la méthode de précipitation :

Soit les minerais sulfurés sont d'abord transformés en oxydes puis réduits au charbon (procédé de torréfaction de réduction) :

Le bismuth brut est ensuite nettoyé des autres métaux par fusion oxydante.


Chimie de l'antimoine

En tant qu'élément principal du groupe 5 (ou 15), l'antimoine a des électrons de valence 5. En fait, l'état d'oxydation +5 est également le plus stable, suivi de Sb (III). De plus, les composés d'antimoine avec le nombre d'oxydation -3 (antimoniure de potassium, K3Sb), -2, -1, +1, +2 et +4 sont connus.

Données chimiques

Potentiels standards

Potentiel normal de l'antimoine :

E 0 (V)NbœufNom Ox.Bœuf.e - & hArrRouge.Nom Rouge.Nbœuf
0,2+ IIICation d'antimoineSbO + + 2 H + + 3 e - & hArrSb(s) + H 2 Oantimoine0


Groupe azote

Le groupe azote comprend les éléments azote, phosphore, arsenic, antimoine, bismuth et le moscovium radioactif produit artificiellement. Alors que l'azote est une substance gazeuse, le phosphore est déjà présent dans plusieurs modifications solides. L'arsenic est un semi-métal, tandis que l'antimoine et le bismuth sont métalliques.

publié en juin 2019 avec des articles sur 43 éléments (7 Mo, 160 pages)

Photo : Michael Ruck, TU Dresde

dernière modification le: 10 mai 2021 16:29 par

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Selon les connaissances actuelles, le bismuth élémentaire a été découvert au 14ème siècle près de Schneeberg dans les monts Métallifères saxons. Vraisemblablement, l'utilisation de l'élément, qui a été fondu à partir du minerai oxydé connu sous le nom d'ocre de bismuth ou de fleur de bismuth, en particulier comme pigment pour les écritures argentées brillantes (scriptura argentea) et les peintures miniatures, a précédé la découverte du bismuth solide dans les mines. Dès le milieu du XVe siècle, le bismuth a pris de l'importance en tant que composant d'alliage dans les caractères d'imprimerie. En ajoutant du bismuth, d'une part, le point de fusion peut être abaissé, et d'autre part, le type de l'imprimante devient plus dur et s'use plus lentement. L'anomalie de densité du bismuth, qui se dilate d'environ 3,3 % lorsqu'il se solidifie, assure également une reproduction très détaillée du moule. Probablement la première mention de l'élément dans une œuvre imprimée peut être trouvée par Ulrich Rülein von Calw, un polymathe qui a travaillé en Saxe et dans son 1505 publié anonymement & quotEin wordingordnetz und nuczuso büchlin comment rechercher et inventer des mines. & quot que & quotwißmad ärcz & quot listes. Dans ses ouvrages & quotBermannus sive de re metallica & quot de 1530 et & quotDe natura fossilium & quot de 1546, Georg Agricola entre dans le latinisé & quotbisemutum & quot et le distingue du plomb, de l étain et d autres minéraux. L'origine du nom n'est pas claire. La dérivation du moyen haut-allemand & quotwîz & quot pour blanc et & quot Masse & quot pour masse, morceaux ou morceaux de minerai est évidente. Vraisemblablement, il a d'abord été utilisé pour décrire l'ocre de bismuth blanc jaunâtre, et plus tard aussi l'élément. Aujourd'hui, le nom de l'élément établi de manière contraignante est le bismuth (symbole anglais de l'élément de bismuth Bi), tandis que le minerai est toujours appelé bismuth dans l'usage allemand.

Avec une fraction massique estimée à environ 2 • 10 -5%, le bismuth est le 65e élément le plus abondant dans la coquille terrestre. Le bismuth solide se produit naturellement, mais il est très rare. Les minerais les plus courants contenant du bismuth sont la bismuthine (bismuth gloss, bi2S.3), Bismite (ocre bismuth, α-Bi2O3) et la bismuthite (Bi2O2CO3). Ils sont principalement extraits en Chine, au Vietnam et au Mexique ; la production minière mondiale en 2015 était d'environ 13 300 tonnes. Les minerais oxydés sont réduits avec du charbon dans le four à sole Les minerais sulfurés sont d'abord grillés ou réduits directement avec des métaux de base. La purification s'effectue par fusion oxydante avec ajout d'alcalis ou par raffinage électrolytique (Figure 1). Des quantités considérables de bismuth élémentaire sont produites comme sous-produit de l'extraction du plomb et du cuivre (environ 10 000 tonnes par an).

Figure 1 : Bismuth élémentaire obtenu à partir de la masse fondue par solidification lente. Les couleurs qui ternissent sont le résultat d'une oxydation superficielle. (Photo : Michael Ruck, TU Dresde)

Le bismuth naturel n'est constitué que de l'isotope 209 Bi. Le fait qu'il s'agisse d'un émetteur alpha avec une demi-vie d'environ 1,9 • 10 19 ans n'a pas de sens pour une utilisation pratique. Le bismuth pur est un semi-métal argenté brillant qui a le diamagnétisme le plus prononcé, l'effet Hall le plus fort et la conductivité thermique la plus faible de tous les métaux solides. Pour les échantillons de bismuth compacts, il n'y a pas de mentions de danger (phrases H et P), alors que la poudre est considérée comme un solide inflammable. Le bismuth n'a aucune fonction biologique, mais il a des propriétés antiseptiques. Des préparations contenant du bismuth sont utilisées depuis longtemps, notamment : comme onguents contre les brûlures, pour le traitement des inflammations cutanées et des hémorroïdes ainsi que pour le traitement des infections intestinales et des ulcères gastriques.

En tant que membre du groupe 15 (groupe principal V) du tableau périodique, le bismuth est l'un des éléments riches en électrons. Selon la règle de l'octet, la formation de trois liaisons covalentes est en principe attendue. Les orbitales 6p sont utilisées presque exclusivement pour cela, de sorte que les angles de liaison sont généralement proches de 90 °. Étant donné que les orbitales de valence des éléments lourds de la 6e période sont relativement grandes et ont donc une densité électronique relativement faible, les liaisons multicentriques sont des alternatives énergétiquement compétitives aux liaisons classiques à deux centres Dériver l'octaèdre. Ceci est basé sur des liaisons à trois centres (presque) linéaires, presque toujours asymétriques, qui, comme les orbitales p sur l'atome de bismuth central, sont perpendiculaires les unes aux autres. L'importance de la paire d'électrons 6s 2 énergétiquement profonde pour les distorsions habituellement rencontrées dans les environnements de coordination des atomes de bismuth est controversée.

La typologie de reliure décrite peut être vue entre autres. dans les allotropes du bismuth : La modification rhomboédrique standard du bismuth est constituée de couches ondulées, isotypiques à l'antimoine et à l'arsenic gris (Figure 2). Au sein des couches, les atomes de bismuth sont à trois liaisons, trois atomes de la couche voisine qui ne sont que 15 % plus loin complètent l'environnement octaédrique déformé. La localisation étendue des électrons de valence signifie que le bismuth est un mauvais conducteur électrique (semi-métal) dans des conditions normales. En revanche, les structures des nombreuses phases à haute pression du bismuth sont caractérisées par des nombres de coordination élevés, et les liaisons multicentriques associées (pas seulement orthogonales) sont liées pour former des systèmes de liaisons continues. Il en résulte des conducteurs métalliques qui peuvent passer à l'état supraconducteur même à des températures de quelques Kelvin.

Figure 2 : Coupe de la structure cristalline de la modification standard du bismuth. Les distances atomiques entre les couches ne sont que 15 % plus longues que dans les couches (Michael Ruck, TU Dresden).

Dans la plupart de ses composés, le bismuth est à l'état d'oxydation + III. Les quelques sels de bismuth (V) connus se limitent aux oxydes et fluorures. Il existe également une chimie diversifiée du bismuth à l'état d'oxydation faible et positif, les atomes de bismuth étant liés par des liaisons à deux ou plusieurs centres. Cela conduit des molécules (organométalliques) à travers des polycations homoatomiques et des amas hétéroatomiques à des structures partielles de bismuth étendues dans des sous-halogénures ou des phases intermétalliques. En combinaison avec des métaux de faible électronégativité, des polyanions de bismuth et des bismuthides (-III) sont formés.

Jusqu'à présent, le bismuth a été principalement utilisé dans des alliages à bas point de fusion, tels que le métal de Wood (point de fusion 70°C). De tels alliages sont utilisés, entre autres. utilisé comme fusibles, dans les alarmes incendie automatiques et les systèmes de gicleurs, comme bains thermiques, moules de coulée pour polymères et comme composé pour couler des objets qui ne doivent pas être endommagés par des températures élevées. Les composés inorganiques du bismuth sont maintenant de plus en plus utilisés comme substituts des pigments à base de plomb et des matériaux fonctionnels, ce qui entraîne une demande accrue sur le marché mondial. Il existe également un certain nombre d'applications spéciales, notamment Électrodes de bismuth pour la mesure du pH, molybdate de bismuth comme catalyseur dans le procédé Sohio ou tellurure de bismuth dans les convertisseurs d'énergie thermoélectrique. Toute une série d'oxobismutats complexes font partie des supraconducteurs à haute température. Une découverte récente concerne les isolants topologiques, parmi lesquels il existe de nombreux composés semi-conducteurs riches en bismuth. Le fort couplage spin-orbite des électrons de valence des atomes de bismuth est essentiel pour un effet quantique qui peut également être utilisé à température ambiante, ce qui devrait être important pour la spintronique et le développement des ordinateurs quantiques.


Comprendre le tableau périodique

Désigne les éléments du 5e groupe principal (15e groupe) du PSE. Les éléments du groupe azote ont cinq électrons externes sur leur couche électronique la plus externe.

Ils se produisent dans les états d'oxydation -3, +3 et +5, avec +3, avec un nombre de masse croissant, étant l'état d'oxydation prédominant. L'azote et le phosphore sont des non-métaux, l'arsenic et l'antimoine sont des semi-métaux et le reste sont des métaux. A l'exception des métaux, les éléments du groupe azoté apparaissent sous plusieurs modifications.

Dans le PSE, le rayon atomique augmente de haut en bas au sein du cinquième groupe principal, à mesure qu'une couche d'électrons est ajoutée à chacun. Lorsque le nombre de masse augmente, l'énergie d'ionisation diminue jusqu'au bismuth. Les valeurs d'électronégativité diminuent avec l'augmentation du nombre de masse, le phosphore ayant une valeur légèrement inférieure à celle de l'arsenic.

Détails Franziska Jassen Publication : 12 septembre 2013 Dernière mise à jour : 10 mars 2018 Création : 12 septembre 2013 Affichages : 7584

Occurrence et extraction

azote se produit de manière élémentaire sous forme de N 2 dans l'air avec une fraction volumique de 78,09 %. Sous forme chimiquement liée, l'azote est contenu dans le nitrate du Chili (nitrate de sodium, NaNO 3). De plus, l'azote lié chimiquement est un composant des acides aminés et des peptides (protéines) qui en découlent.
La production technique d'azote est réalisée comme la production d'oxygène par distillation fractionnée d'air liquide dans le procédé Linde (Fig. 6).
Avec le procédé LINDE, l'air est comprimé à 200 bars et la chaleur qui en résulte est dissipée par refroidissement. L'air est ensuite détendu via un papillon des gaz, ce qui le refroidit grâce au travail effectué (effet JOULE-THOMSON). Le processus est répété jusqu'à ce que l'air se condense.
En laboratoire, l'azote peut être obtenu par décomposition thermique de l'azoture de sodium NaN 3. Cette réaction est également utilisée pour gonfler les airbags - à 25 ° C, un peu moins de 4 litres d'azote sont produits à partir de 10 g d'azoture de sodium ; aux températures élevées qui règnent à la suite de la réaction, le volume de gaz augmente en conséquence.

phosphore est très réactif et n'apparaît donc dans la nature que sous une forme liée. Les minéraux les plus importants sont les phosphates, par ex. B. Apatite (Ca 5 (PO 4) 3 (OH, F, Cl).
Hydroxyapatite , (Ca 5 (PO 4) 3 (OH), forme la substance osseuse chez les vertébrés. Les phosphates sont également d'une grande importance dans l'organisme à d'autres égards. Ils sont présents dans l'ADN et dans le vecteur énergétique ATP (adénosine triphosphate).
Le phosphore élémentaire est produit à partir de phosphate de calcium, qui est réduit avec du coke dans un four à arc électrique à 1400°C. Du sable de quartz est également ajouté comme agent de formation de laitier.

2 Ca 3 (PO 4) 2 + 6 SiO 2 + 10 C → 6 CaSiO 3 + 10 CO + P 4

arsenic Ne se produit que rarement dans la nature sous forme de cobalt élémentaire, mais principalement sous forme d'arséniure. Des exemples de minéraux contenant de l'arsenic sont le gravier d'arsenic (FeAsS) et le cobalt brillant (CoAsS).
L'arsenic est fabriqué en chauffant du gravier d'arsenic en l'absence d'air.

antimoine peut être trouvé dans la nature, souvent à haute teneur en arsenic, sous forme de sulfure ou d'antimonide. Le minéral d'antimoine le plus courant est la brochette grisâtre (Sb 2 S 3).
Deux procédés sont utilisés pour produire de l'antimoine, le sulfure d'antimoine (broche grise) servant de matière première.
Au Méthode de précipitation l'agent réducteur utilisé est le fer, qui est fusionné avec le sulfure d'antimoine :

Sb 2 S 3 + 3 Fe → 2 Sb + 3 FeS

Au Processus de réduction du rôti la brochette grise est d'abord rôtie, d. H. chauffé à l'air. L'oxyde d'antimoine résultant est ensuite réduit avec du charbon de bois.

Torréfaction : Sb 2 S 3 + 5 O 2 → Sb 2 O 4 + 3 SO 2
Réduction : Sb 2 O 4 + 4 C → 2 Sb + 4 CO

Bismuth se produit naturellement lié au soufre ou à l'oxygène. Les minéraux les plus importants sont l'ocre de bismuth (Bi 2 O 3) et le lustre de bismuth (Bi 2 S 3).
Le bismuth élémentaire est obtenu à partir de minerais oxydés par réduction avec du charbon :

Bi 2 O 3 + 3 C → 2 Bi + 3 CO

Si vous souhaitez extraire le bismuth des minerais sulfurés, vous utilisez le procédé de précipitation ou de réduction par grillage, comme c'est le cas pour la production d'antimoine.


Bismuth

Bismuth (aussi : bismuth, bismuth ou bismuth) est un élément chimique radioactif dans le tableau périodique avec le symbole Bi et le numéro atomique 83. Il est principalement utilisé en allemand comme bismuth mais le nom bismuth est également officiel dans ce pays depuis 1979. La radioactivité du bismuth naturel est si faible qu'elle n'a été détectée qu'en 2003.

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