Мифы о висмуте

Сложно устоять перед его радужным узором, похожим на процессоры Intel под микроскопом. Представлю вашему вниманию ВИСМУТ - минерал из класса самородных элементов.

Несколько интересных фактов:

1. Висмут является природным химическим элементом (Bi) и не считается камнем в традиционном смысле этого слова. Это хрупкий металл.

2. Это один из наименее токсичных тяжелых металлов. В отличие от многих других (таких как свинец или ртуть), висмут относительно нетоксичен для человека и обладает низким потенциалом накопления в организме.

3. Висмут - это естественный диамагнитный элемент (он может отталкивать как северный, так и южный полюса магнита). Это свойство позволяет висмуту подниматься в воздух или перемещаться с помощью магнитных полей.

4. Висмут имеет низкую температуру плавления - приблизительно 271,4 градуса по Цельсию (520,5 градуса по Фаренгейту). Это делает его одним из металлов с самой низкой температурой плавления. Висмут легко расплавить на обычной плите.

5. Висмут имеет отчетливую радужную окраску на своей поверхности. Такая окраска является результатом тонкого оксидного слоя, который образуется при взаимодействии висмута с воздухом. Цвета могут варьироваться от желтого до синего и фиолетового и могут создавать красивый эффект радуги.

6. Висмут веками использовался в традиционной медицине. Было задокументировано, что он входит в состав различных средств от проблем с пищеварением и кожных заболеваний. В современной медицине субсалицилат висмута используется в антацидных и противодиарейных препаратах.

7. Благодаря своим радужным и перламутровым свойствам оксихлорид висмута иногда используется в косметике для создания теней для век, лаков для ногтей и губных помад. Он придает им мерцание.

8. В природе висмут образуется в результате процесса, называемого первичным обогащением, который происходит в гидротермальных жилах. Гидротермальные флюиды, богатые висмутом, наряду с другими минералами, текут через трещины в земной коре. Когда эти жидкости охлаждаются и взаимодействуют с окружающими породами, минералы висмута выпадают в осадок и образуют богатые висмутом жилы.

В дополнение к первичному обогащению висмут также может быть получен в качестве продукта вторичного обогащения. Это происходит, когда висмут высвобождается из своих первичных минералов в результате выветривания и эрозии. Выделившийся висмут затем может перемещаться с водой и откладываться в новых местах, образуя вторичные залежи, богатые висмутом.

9. Искусственное выращивание кристаллов висмута - увлекательный процесс, который включает в себя плавление и охлаждение металла в контролируемых условиях. Этот метод называется "вытягиванием кристаллов". В процессе висмут высокой чистоты расплавляется в тигле (цилиндре или усечённом конусе), а затем медленно охлаждается. Параллельно затравочный кристалл погружается в расплавленный металл.

Когда расплавленный висмут остывает, он начинает затвердевать вокруг затравочного кристалла, образуя более крупный кристалл с уникальной геометрической структурой. Скорость охлаждения и контроль температуры в процессе выращивания кристаллов имеют решающее значение для достижения желаемых форм и размеров кристаллов. Тщательно манипулируя этими факторами, ученые и энтузиасты могут выращивать кристаллы висмута со сложными узорами и яркими цветами.

10. Важно отметить, что искусственно выращенные кристаллы висмута, хотя и выглядят потрясающе, могут не иметь того же геологического происхождения или природных примесей, что и встречающиеся в природе минералы висмута.

МИФЫ

1. "Германский висмут лучше Китайского!"

Хотя висмут встречается повсеместно, его концентрация в полиметаллических рудах разнится. Лишь в небольшом количестве месторождений его добыча экономически целесообразна. Основные страны-экспортёры висмута: Китай (37%), Мексика (23%), Перу (21%), Япония (8%), Канада (4%), Россия (1%).

Вся Европа добывает не более 2-3% этого редкоземельного металла (до 100 тонн/год), причем основная часть (95%) приходится на Болгарию и Румынию. В Германии не добывают висмут.

2. "Германский висмут более красивый!"

Кристаллы висмута получают в лабораториях по всему миру из китайского сырья (оно дешевле). Некоторые энтузиасты развлекаются выращиванием кристаллов дома. В youtube полно роликов, посмотрите.

Нет в выращивании кристаллов висмута лютых сложностей, не требуется дорогое оборудование, степень магистра по химии, хитровымученная отливка или микроскоп размером с комнату. Процесс получения кристаллов висмута предельно прост.

Сначала нужно расплавить висмут в чаше при температуре 271.4 градуса по Цельсию. Затем создать условия позволяющие контролировать охлаждение (снаружи обмотать форму теплоизоляционным материалом). После разместить затравочное тело (часто это винтик или любая другая небольшая опора с более высокой температурой плавления) и позволить медленно (или очень медленно) остыть до образования твердой кристаллической структуры. Висмут можно нарастить и на стенках внутри чаши: неровности, зацепки и шероховатости станут центрами кристаллизации.

Ну и напоследок, нужно слить лишний висмут из чаши, оставив затвердевшие кристаллы внутри. Либо аккуратно достать и отломить выросшее чудо от затравочного тела. Процесс кристаллизации происходит естественным образом, заранее предугадать точную форму нельзя. Что выросло - то выросло. 

Важные моменты:

А. Более медленное охлаждение приводит к образованию крупных толстостенных кристаллов, быстрое - тонкостенных мелких кристаллов.

Б. Отжиг позволяет изменить цвет кристаллов висмута и незначительно повысить их твердость. Этот процесс представляет из себя повторное нагревание (до температуры, которая ниже температуры плавления), выдержку в течение определенного времени при этой температуре и медленное охлаждение до комнатной температуры.

3. "Китайский висмут токсичный!"

Теоретически добавление к висмуту сурьмы (Sb), свинца (Pb), теллура (Te), селена (Se) и кадмия (Cd) может повлиять на свойства и внешний вид кристаллов висмута. Эти легирующие элементы в ничтожно малом (следовом) количестве оказывают заметное влияние на характер роста, внешний вид и характеристики кристаллов висмута. Хотя мне сложно понять в какой лаборатории это будет целесообразно и окупаемо. Висмут дешёвый и хрупкий металл, бОльшая часть его цены - логистика. Любые эффективные доработки требуют оборудования и профессионализма, а это стоит дорого.

Даже если предположить, что кто-то решил поработать себе в убыток, не стоит переживать из-за следовых количеств сурьмы, свинца, теллура, селена и кадмия. В заметных концентрациях мы встречаем их в быту.

- Краска на основе свинца широко использовалась раньше для окрашивания фасадов, окон и дверей. В некоторых старых водопроводных системах встречаются свинцовые трубы или свинцовый припой. Свинцово-кислотные аккумуляторы автомобилей содержат свинец.

- Перезаряжаемые никель-кадмиевые (Ni-Cd) аккумуляторы содержат кадмий. Также кадмий присутствует в некоторых типах дешевых пластмасс.

- Селен является важным микроэлементом, его можно найти в орехах, семечках и морепродуктах. Он также используется в некоторых пищевых добавках и шампунях, при производстве фотоэлектрических элементов для солнечных панелей.

- Соединения сурьмы используются в качестве антипиренов в пластмассах, текстиле и других материалах. Еще сурьма используется в некоторых типах аккумуляторов (свинцово-кислотных батареях).

- Теллур используется при производстве солнечных панелей и в некоторых металлических сплавах.

4. Особенно мне понравился вопрос: "Бро, норм было ради фото подержать в руке радиоактивное вещество?"

Висмут нетоксичен. Стабильный изотоп висмут-209 (Bi-209), который наиболее распространен в природе, не представляет опасности для здоровья. Потому его соединения используются в различных медицинских и косметических целях, а не только для выращивания кристаллов.

Период полураспада радиоактивных изотопов:

Висмут-205 (Bi-205) - 15,31 дня.
Висмут-206 (Bi-206) - 6,24 дня.
Висмут-207 (Bi-207) - 31,55 года.
Висмут-208 (Bi-208) - 26800 лет.

Эти соединения высоко ценятся и используются в научных исследованиях, связанных с ядерными реакциями или процессами распада в контролируемых средах, потому прилично стоят. Любая крупная коммерческая добыча полезных ископаемых внимательно отслеживает не только нормы безопасности, но финансовую сторону вопроса. Невыгодно делать кристаллы висмута дороже, используя дорогое сырьё и примеси, сложные лабораторные условия, труд профессионалов.

И ещё. Давайте, будем объективны. Природная среда содержит радиоактивные элементы, такие как уран, торий, калий-40 и тп. Эти элементы могут присутствовать в различных концентрациях в земной коре, горных породах и почвах, а также в бетоне (внутри которого мы проводим существенную часть времени), щебне, асфальтовом покрытии. Излучение, испускаемое этими источниками находится на низком уровне и считается нормальной частью естественного фонового излучения, которому подвергаются люди.