اکسید بیسموت چیست؟ ویژگی و کاربرد اکسید بیسموت

اکسید بیسموت (III) مهمترین ترکیب بیسموت  از دیدگاه صنعتی است و با فرمول شیمیایی Bi2O3 شناخته می شود. این ترکیب به طور طبیعی به عنوان بیسمیت معدنی یافت می شود و در صنایع به عنوان محصول جانبی ذوب سنگ معدن مس و سرب تولید می شود.

تری اکسید بیسموت را همچنین می توان با سوزاندن فلز بیسموت در هوا بدست آورد. این ترکیب به عنوان جایگزینی سرب قرمز برای تولید اثر «تخم های اژدها» در آتش بازی استفاده می شود.

از این ماده به عنوان پیش ساز تهیه سایر ترکیبات بیسموت و معرف های شیمیایی استفاده می شود. همچنین در شیشه های نوری، کاغذهای مقاوم در برابر شعله، در فرمولاسیون لعاب به عنوان جایگزین اکسیدهای سرب استفاده می شود.

اکسید بیسموت به دلیل خاصیت انبساط حرارتی بالا  به عنوان الکترولیت جامد استفاده می شود. از آن در محافظ فرکانس رادیویی، ترکیب کاتترها و سایر محصولات لوله پزشکی استفاده می شود. در ادامه مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک توضیحات بیشتری در این رابطه ارائه می گردد لطفا همراه ما باشید.

ویژگی های فیزیکی و شیمیایی اکسید بیسموت

پودر سنگین و زرد رنگ است. این ماده در سه حالت، رومبیدرال سفید، رومبودرال زرد و مکعبی خاکستری- سیاه وجود دارد. اکسید بیسموت (II)  یاBiO  با گرم کردن اگزالات بازی تولید شده است.

کریستال یا پودرمونوکلینیک زرد دارای چگالی ۸.۹۰ g/cm3  است و در دمای ۸۱۷ درجه سانتی گراد ذوب می شود. این ماده در دمای ۱۸۹۰ درجه سانتی گراد تبخیر می شود. در آب نامحلول  و در اسیدها محلول است.

این ترکیب به عنوان ماده ای برای پیل های سوختی اکسید جامد یا SOFCs مورد توجه قرار گرفته است زیرا یک رسانای یونی است، یعنی اتم های اکسیژن به راحتی در آن حرکت می کنند. اکسید بیسموت خالص دارای چهار پلی مورف کریستالوگرافی است.

Bi2O3 در دمای اتاق دارای ساختار بلوری مونوکلینیکی است. وقتی تا دمای بالای ۷۲۷ درجه سانتی گراد گرم می شود ساختار مکعبی فلوریت به خود می گیرد که تا رسیدن به نقطه ذوب باقی می ماند. نقطه ذوب این ترکیب  ۸۲۴ درجه سانتی گراد است.

خواص و کاربرد فلز بیسموت

بیسموت فلزی شکننده، سفید نقره ای و کمی سمی است که پس از عناصر انتقالی در جدول تناوبی قرار می گیرد. دارای نقطه ذوب پایین و رسانایی حرارتی است. به راحتی در هوا اکسیده می شود. این ترکیب به طور طبیعی در قالب اکسیدهای بیسموت و سولفیدهای بیسموت با خواص الکترونیکی و نوری برجسته موجود است.

به دلیل واکنش های اکسیداسیون عالی، ترکیبات بیسموت مختلف مانند اکسیدهای بیسموت، سولفیدها، سلنیدها و اکسی هالیدها اخیرا در فناوری های ابرخازن مورد بررسی قرار گرفته اند. اخیرا تلاش های مختلفی توسط گروه های مختلف محققان برای توسعه کامپوزیت های مبتنی بر بیسموت با SCP بالا و پایداری چرخه ای عالی انجام شده است.

خواص فیزیکی- شیمیایی بیسموت و اکسیدهای آن در دو دهه گذشته مورد مطالعه قرار گرفته است. در نتیجه این تحقیقات رشد این مواد با ساختارهای کریستالوگرافی مختلف که ابعاد میکرو و نانومتری را نشان می دهند با استفاده از چندین تکنیک (پودر کاتدی، رسوب پالس لیزری و روش گرمابی و سایر روش ها) به دست آمده است.

ابعاد به دست آمده باعث شده است که فیلم های نازک، نانولوله ها، نانوکره ها و نانوسیم ها به دست آمده و امکان توسعه دستگاه هایی مانند آشکارسازهای فلزات سنگین، فیلترهای نوری و سنسورهای میدان مغناطیسی فراهم شود.

با توجه به پیشرفت این مواد در سال های اخیر، در این کار مروری کتابشناختی بر برخی از تکنیک های مورد استفاده برای پردازش مواد مبتنی بر بیسموت با ابعاد نانومتری و برخی کاربردهای تکنولوژیکی انجام شده است.

کاربرد اکسید بیسموت

بیسموت تری اکسید یک منبع بیسموت بسیار نامحلول از نظر حرارتی است که برای کاربردهای شیشه، اپتیک و سرامیک مناسب است. اکسید بیسموت به طور طبیعی به عنوان ماده معدنی بیسمیت و اسفائروبیسموئیت یافت می شود. اکسید بیسموت مهمترین ترکیب صنعتی بیسموت است.

اکسید بیسموت (III) ترکیبی است که از حرارت دادن فلز یا کربنات آن در هوا تولید می شود. این ترکیب قطعا یک اکسید بازی است که به راحتی در محلول های اسیدی حل می شود و برخلاف ترکیبات آرسنیک یا آنتیموان در محلول آمفی پروتیک نیست اگرچه طی حرارت دادن با اکسیدهای تعدادی از فلزات دیگر ترکیبات استوکیومتری ایجاد می کند.

این ترکیب در طبیعت به عنوان بیسمیت معدنی وجود دارد. این اکسید در ضد حریق کاغذها و پلیمرها استفاده می شود. این ترکیب در میناکاری سرامیک چدنی  و در ضدعفونی کننده ها استفاده می شود.

این ترکیبات در مواد ضدعفونی کننده، آهنربا، شیشه، ولکانیزاسیون لاستیک، در ضد حریق کاغذها و پلیمرها و در کاتالیزورها مورد استفاده قرار می گیرد.

فرایند ساخت اکسید بیسموت

تری اکسید بیسموت از نظر تجاری از بیسموت ساب نیترات ساخته می شود. ترکیب اخیر با حل شدن بیسموت در اسید نیتریک داغ تولید می شود. افزودن هیدروکسید سدیم اضافی و گرم شدن مداوم مخلوط باعث تولید تری اکسید بیسموت به عنوان یک پودر زرد سنگین می شود. همچنین آن را می توان با اشتعال بیسموت هیدروکسید آماده کرد.

نانوذرات اکسید بیسموت را می توان با استفاده از یک روش تبدیل ساده ژل به کریستال در دمای ۸۰-۱۰۰ درجه سانتی گراد تحت شرایط رفلاکس تولید کرد. تشکیل نانوکریستال های Bi2O3 را می توان با استفاده از پراش اشعه ایکس (XRD) تایید کرد.

کاربردهای اصلی این نانوذرات در صنایع الکتروشیمیایی مانند الکترولیت یا کاتد سلول های سوختی اکسید جام ، در تصویربرداری زیست پزشکی و سرطان و سایر ویژگی های نوری رسانایی در فیلم های نازک است.

نانوذرات اکسید بیسموت به صورت پودر زرد ظاهر می شوند و به عنوان محرک درجه بندی می شوند و ممکن است باعث تحریک پوست ، چشم و تنفس شوند.

خواص الیاف اکسید بیسموت

الیاف Bi2O3 جذاب هستند زیرا این ماده حدود ۲۰۰ برابر غیرخطی تر از SiO2 است. پدیده های غیر خطی نقش کلیدی در سیستم های انتقال نوری فوق سریع و شبکه های حمل و نقل نوری ایفا می کنند. بنابراین می توان آنها را برای استفاده در سیستم های پردازش تمام نوری مانند بازسازها، بازکننده های چندگانه، درگاه های منطقی و سوئیچ های نوری مورد بررسی قرار داد.

نیمه رساناهای ساخته شده از Bi2O3 از فشردگی و یکپارچگی خوبی برخوردارند  حتی اگر نیاز به کنترل دما و جریان داشته باشند و به صورت پویا توسط حامل های بار (صدها پیکوثانیه) محدود شوند.

سایر موارد مصرف اکسید بیسموت

این ترکیب از اشتعال نیترات بیسموت  نیز به دست می آید که به نوبه خود از بیسموت فلزی به دست می آید. بیسموت شباهت زیادی به سرب دارد  اما شواهدی مبنی بر سمی بودن آن وجود ندارد. در واقع  در داروهایی که به صورت خوراکی برای شکایات معده مصرف می شوند، استفاده می شود.

از آنجا که بیسموت یک شار بسیار قوی است، اغلب به مقدار کمی از آن (۵  یا کمتر) برای انتقال مواد لعاب نیاز است  در این موارد نباید بیش از حد بر تراز اکسید تاثیر بگذارد. با وجود این که مقادیر بسیار بیشتری ممکن است برای لعاب های خاص استفاده شود، بیسموت این امکان را فراهم می آورد که از ترکیبات مورد نیاز و سیستم های رنگی استفاده شود که در غیر این صورت با استفاده از شارهای دیگر به اندازه کافی خوب ذوب نمی شوند.

سخن پایانی

اکسید بیسموت بسیار گران است (شاید دو برابر قیمت حتی اکسید قلع). بنابراین توجیه استفاده از آن بسیار طول می کشد. این ترکیب از نظر براقیت، دوام و سختی در بسیاری از لعاب ها با سرب  رقابت می کند. از آنجا که بیسموت در دمای پایینی ذوب می شود استفاده از آن در لعاب های با درجه حرارت بالاتر باعث تبخیر برخی از مواد می شود. البته این بستگی به زمان و دما دارد.

ترکیبات بیسموت به طور گسترده ای به عنوان دارو و به ویژه برای درمان بیماری های دستگاه گوارش استفاده می شود. علاوه بر اثرات محافظتی و درمانی بیسموت در درمان عفونت هلیکوپیلوری دارای خواص ضد میکروبی، ضد لیشمانیایی و ضد سرطانی است.