Реферат
Выполнила студентка V курса 1 группы фармацевтического факультета Болюбаш Ирина
Одесский национальный медицинский университет
г. Одесса – 2011
Висмут (лат. Bismuthum) – химический элемент V группы периодической системы Менделеева с атомным номером 83. Висмут это хрупкий, легкоплавкий металл серебристо-белого цвета с розовым оттенком. Он устойчив к действию кислорода и воды и растворим в концентрированной серной кислоте. При комнатной температуре висмут легко раскалывается по плоскостям спайности, в фарфоровой ступке растирается в порошок. Он обладает диамагнитностью, плохой теплопроводностью, низкой температурой плавления (271, 4 оС), высокой температурой кипения (1560 °С) и способностью расширяться в объеме при затвердевании. При нагревании выше 1000° С сгорает голубоватым пламенем с образованием оксида Bi2O3. Он характеризуется преобладанием металлических свойств над неметаллическими и может рассматриваться как металл. Стержень из металлического висмута диаметром в 2 мм разрывается при нагрузке всего в 14 килограммов. При температуре 120—150 °С висмут становится ковким, горячим прессованием (при 240—250 °С) из него можно изготовить проволоку диаметром до 0, 1 мм, а также пластинки толщиной 0, 2—0, 3 мм. Расплавленный висмут разрывает после застывания стеклянную трубку, в которую был влит. В периодической системе висмут — последний стабильный (не радиоактивный) элемент. Но по некоторым данным, 209Bi слабо радиоактивен, его период полураспада столь велик (около 2 * 1018 лет), что этот нуклид можно считать стабильным. Это примерно в полмиллиарда раз больше возраста нашей планеты...
Происхождение названия
Висмут известен со средневековья (впервые упомянут в письменных источниках в 1450 году как Wismutton или Bisemutum). Первые сведения о висмуте появились в начале XVI в. в трудах минералога и металлурга Георга Бауэра (Агриколы). Однако до XVIII века его считали разновидностью свинца, олова или сурьмы. Лишь в 1753 француз Клод высказал мнение, что это отдельный элемент. Эту точку зрения подтвердил в 1793 г. Потт описавший свойства висмута и установивший самостоятельность элемента висмута. Окончательно как элемент он был открыт в 1799 г. шведским химиком Т. Бергманом.
О происхождении самого слова «висмут» ведется немало споров, существует множество версий. Одни ученые (тот же Липпман) считают, что в основе его лежат немецкие корни «wis» и «mat» (искаженно weisse masse и weisse materia) — белый металл (точнее, белая масса, белая материя). Другие уверены, что название произошло от немецких слов «wiese» (луг) и «muten» (разрабатывать рудник), поскольку этот металл еще в древние времена добывали в лугах Саксонии, близ Мейсена. Третьи утверждают, что висмутовыми рудами был богат округ Визен в Германии — ему, мол, и обязан металл названием. Есть ещё мнение что слово «висмут» — не что иное, как арабское «би исмид», то есть «похожий на сурьму». Трудно отдать предпочтение какой-нибудь из этих версий, по этой причине до сих пор ученые до конца не определились с происхождением названия восемьдесят третьего элемента.
Нынешний символ элемента номер восемьдесят три — Bi — впервые введен в химическую номенклатуру в 1819 году выдающимся шведским химиком Йенсом Яковом Берцелиусом.
Известный металлург и минералог средневековья Георг Агрикола в своей книге "О месторождениях и рудниках в старое и новое время", написанной в 1546 году, возвел висмут в ранг одного из основных металлов великолепной семерки" - золоту, серебру, меди, железу, свинцу, олову и ртути. Однако окончательно "права гражданства" висмут обрел лишь в XVIII веке. Этому металлу, пожалуй, как ни одному другому химическому элементу, повезло с названиями: по подсчетам некоторых ученых, в литературе XV-XVIII веков можно встретить более 20 "псевдонимов" висмута и среди них такие выразительные, как демогоргон, глаура, нимфа, стекловатое (хрупкое) олово, серое олово. В начале XIX века висмут в России называли иногда визмутом и бисмутом.
Нахождение в природе
Висмут - малораспространенный элемент. Его кларк (содержание в земной коре по массе) составляет 2х10-5% и по этому показателю он близок к серебру. Висмут встречается в природе в виде многочисленных минералов в основном гидротермального происхождения, главные из которых: висмутин, висмут самородный, бисмит, тетрадимит и пр. Эти минералы рассеяны и встречаются как примеси в свинцово-цинковых, медных, молибденово-кобальтовых и олово-вольфрамовых рудах (поэтому и добывается висмут как побочный продукт переработки полиметаллических руд). Содержание висмута в земной коре 2×10−5 % по массе, в морской воде — 2×10−5 мг/л (71-е место среди всех элементов).
Месторождения: Известны месторождения висмута в Германии, Монголии, Боливии, Австралии, Перу и других странах.
Мировая добыча, потребление и стоимость висмута
Висмут — достаточно редкий металл, и его мировая добыча/потребление едва превышает 6000 тонн в год (от 5800 до 6400 тонн в год).
Стоимость: Цены на висмут чистотой 99 % в 2011 году составили в среднем 23-28 долл/кг.
Биологическая роль висмута
Биологическая роль висмута изучена слабо, ученые предполагают, что этот элемент индуцирует синтез низкомолекулярных белков, принимает участие в процессах оссификации, образует внутриклеточные включения в эпителии почечных канальцев. Современный уровень знаний не позволяет определенно говорить о какой-либо физиологической роли висмута в организме человека. Существуют лишь предположения, к которым относится и то, что висмут, возможно, обладает генотоксичными и мутагенными свойствами.
Пути поступления соединений висмута в организм
Поступление восемьдесят третьего элемента в организм с водой или пищей незначительно. Дело в том, что всасывание висмута, поступившего в желудочно-кишечный тракт, крайне мало и составляет около 5 %. Гораздо более вероятным представляется поступление висмута в организм с лекарственными препаратами при приеме их внутрь или через кожу (при наружном применении). Суммарно в организм человека с пищей, а также с воздухом, пылью, сигаретным дымом и водой, поступает висмута в количестве 5—20 мкг/сутки.
Токсичность соединений висмута
После всасывания висмут обнаруживается в крови в виде соединений с белками, а также проникает в эритроциты. Между органами и тканями висмут распределяется относительно равномерно. Некоторое накопление висмута может наблюдаться в печени, почках (до 1 мкг/г), селезенке и костях. Обнаруживается висмут и в головном мозге.
Токсическая и летальная дозы этого элемента для человека не определены. Опасным считается хроническое поступление висмута в количествах 1—1, 5 грамма в день. Этот металл относится к категории тяжелых, но он является умеренно токсичным элементом. Ряд источников даже называет висмут «самым безобидным» из всех тяжелых металлов. Будучи очень близок по своим свойствам к свинцу, висмут намного менее ядовит. В связи с этим экологи ратуют за постепенную замену свинца в промышленных и производственных процессах на висмут.
Хотя висмут и относится к группе умеренно токсичных элементов, это не означает, что он совершенно безопасен. Например, растворимые соли висмута ядовиты и по характеру своего воздействия (хоть и в меньшей степени) аналогичны солям ртути. Используемые в медицине соли висмута фактически нерастворимы в воде, применяются в виде коллоидных растворов и не имеют высокой токсичности. Однако при длительном или интенсивном приеме содержащих висмут препаратов возможно возникновение осложнений.
Профессиональные отравления или кожные заболевания при работе с висмутом почти не отмечаются, канцерогенность этого металла также не установлена. Обычно даже громадные дозы висмута, принятые перорально не вызывают отравления, что объясняется трудностью всасывания соединений висмута. Однако иногда, по точно не установленным причинам, наблюдается отравление и при приеме препаратов висмута перорально. Ученые предполагают, что связано это с избытком молочной кислоты, которая переводит висмут в растворимое соединение и способствует его всасыванию.
Отравление соединениями висмута
Висмут - малораспространенный элемент. Естественными источниками поступления висмута в природные воды являются процессы выщелачивания висмутсодержащих минералов. Источником поступления в природные воды могут быть также сточные воды фармацевтических и парфюмерных производств, некоторых предприятий стекольной промышленности.
Ядовитость висмута при введении в кровь высока — около 1 мг на кг живого веса — и колеблется в зависимости от быстроты введения и состояния организма. Введение висмута под кожу вызывает также отравление, но медленнее, и дозы для токсического эффекта гораздо выше, особенно при применении нерастворимых соединений, лишь постепенно рассасывающихся. Отравление висмутом может быть острым и хроническим. Первое наблюдается как при применении висмута на большие свежие раневые поверхности, а также, при введении в кровь растворимых соединений висмута, не осаждающих белка и потому не вызывающих эмболии. Однако хроническое отравление висмутом может привести к изменению белкового, углеводного и липидного обменов, снижению содержания гемоглобина в крови и другим нарушениям.
За транспортировку висмута к различным органам в организме ответственны лейкоциты. Захваченный лейкоцитами и разнесенный током крови и лимфы по всему организму висмут скопляется в селезенке, центральной нервной системе и органах выделения (почки, печень, кишечник, слюнные железы). Следы этого элемента были обнаружены в поте, слезах и грудном молоке. Висмут, прошедший через желудочно-кишечный тракт, выделяется в виде сульфида висмута, окрашивая кал в темный цвет. Резорбированный висмут выделяется с мочой. Процесс выделения очень длительный.
Установлено, что при отравлении солями висмута поражаются почки, центральная нервная система, печень, кожа и слизистые оболочки. В результате накопления висмута в почках, возможно, их поражение. При выделении висмута из организма потовыми железами может быть зуд кожи и появление дерматозов. У человека, после приема токсической дозы, симптомы отравления появляются спустя несколько дней: вначале обнаруживается пигментация во рту, причем на деснах появляется черная кайма («висмутовая кайма»), вызываемая отложением сернистого висмута. Затем развивается стоматит, иногда язвенный, могущий распространиться на гортань и пищевод. Как следствие появляется тошнота, рвота, гастралгия, метеоризм, диарея, альбуминурия. Далее наступает упадок питания, исхудание и кахексия. Длительный прием препаратов висмута в больших дозах может вызвать симптомы «висмутовой» энцефалопатии (особенно у больных с нарушением функции почек).
При вскрытии умерших от отравления висмутом находят дегенеративные изменения в нервной ткани, слизистых оболочках желудочно-кишечного тракта, паренхиматозные изменения в печени и почках. Страдает сердечная деятельность. Происходят изменения в щитовидной железе.
Методы удаления висмута из организма при отравлении
На ранних стадиях отравления принимают меры к прекращению поступления солей висмута. Для удаления неабсорбированной части висмута промывают желудок и назначают слабительны
Индикаторы элементного статуса висмута
Оценка содержания висмута в организме проводится по результатам исследований биосубстратов – мочи, крови и биоптатов. При хронической интоксикации висмутом определяют его концентрацию в суточной моче. В норме концентрация висмута в моче не превышает нескольких микрограмм на миллилитр.
Основные проявления избытка висмута
Снижение памяти, бессонница.
Признаки поражения нервной системы (нарушения чувствительности, ригидность мышц затылка).
Слабость сердечной деятельности, аритмии.
Появление темной каймы вокруг десен, пигментация слизистой оболочки десен и полости рта.
Стоматит, фарингит, затруднение глотания.
Слюнотечение, тошнота, рвота, боли в животе, метеоризм, диарея.
Токсический гепатит с жировой дегенерацией и циррозом.
Альбуминурия, цилиндры в моче.
"Висмутовые" дерматиты.
Потеря аппетита, упадок сил, исхудание.
Влияние висмута на качество воды
Висмут относится к малоподвижным водным мигрантам и его концентрация в подземных водах составляет около 20 мкг/дм3, в морских водах - 0.02 мкг/дм3. В таких концентрациях висмут не оказывает негативного влияния на качество воды, по крайней мере у Всемирной Организации Здравоохранения нет таких данных, соответственно нет и рекомендаций ВОЗ по содержанию висмута в воде. Предельно допустимая концентрация в воде (ПДК) для висмута установлена российскими СанПиН на уровне 0.1 мг/л или 100 мкг/л. Практически превышено ПДК может быть только в районе сброса висмут содержащих строчных вод.
Технология удаления из воды: Обратный осмос, ионный обмен, дистилляция.
Определение ионов висмута
Качественно висмут обнаруживают действием на его р-ры CS(NH2)2, KCNS (в обоих случаях происходит желтое окрашивание), цинхонина с KI (оранжевое), а также по ускорению восстановления солей Рb2+ станнатом Na2SnO2 (черный осадок). Также качественное определение можно определять с помощью раствора тиомочевины наблюдают образование лимонно-жёлтого раствора, с оксином – выпадает оранжево-красный осадок, реакцией с бруцином и бромидом калия - образуются желто-зеленые кристаллы, собранные в виде сфероидов, с хлоридом цезия и иодидом калия - образуются оранжево-красные кристаллы Cs[BiI 4 ], имеющие форму шестиугольников или шестилучевых звездочек.
Количественно висмут определяют: комплексонометрически в присутствии пирокатехинового фиолетового, ксиленолового оранжевого или других индикаторов; фотометрически с применением CS(NH2)2 или его производных (например, о-толилтиокарбамида), дитизона, динафтилтиокарбазона и их производных.
Для отделения висмута от сопутствующих элементов используют гидролитическое осаждение в виде гидроксисолей. Висмут может быть осажден из растворов также в виде фосфата BiPO4*H2O, оксикарбоната (ВiO)2СО3*0, 5Н2О, гидроксихромата Bi(OH)CrO4 и др. Для отделения висмута используют также осаждение купфероном, тионалидом, 8-гидроксихинолином, экстракцию аминами из солянокислого раствора.
Применение
Традиционные потребители висмута – металлургическая, фармацевтическая и химическая промышленность. В последние десятилетия к ним прибавились ядерная техника и электроника.
Основное применение висмута — его использование в качестве компонента легкоплавких сплавов. Эти сплавы используются в автоматических системах пожаротушения, при изготовлении электрических предохранителей и в системах контроля температуры (например, в котлах и бойлерах). Висмут также используется в металлургии в качестве добавки к стали и алюминию с целью улучшения их пластических свойств при последующей механической обработке, что упрощает их обработку. Из сплавов висмута изготавливают быстродействующие усилители и выключатели, электрические предохранители, предохранительные пробки паровых котлов, полупроводниковые холодильные суперпроцессоры. Также изготавливают сильные постоянные магниты и быстродействующие усилители, выключатели и термоэлектрогенераторы. А олову он помогает излечиться от "оловянной чумы": при низких температурах этот металл рассыпается в порошок.
Из сплавов обладающих и высокими литейными свойствами, мельчайшие детали формы. Из них делают модели для отливки сложных деталей, также применяется для заливки металлографических шлифов, "принимает участие" в зубоврачебном протезировании.
Кроме того, из числа металлов висмут имеет самый низкий (после ртути) коэффициент теплопроводности и поэтому расплав висмута используется как теплоноситель и охлаждающего агента в атомных реакторах. С помощью висмута получают изотоп полоний-210, служащий источником энергии на космических кораблях.
Висмут находит также широкое применение в приборостроении и электронике, электрохимии и органической химии (как катализатор многих процессов), при производстве пластиков, акриловых полимеров, пигментов и флюсов, используемых при изготовлении стекла и керамики, эмали и глазури, в косметической промышленности, электронике и т.п. В текстильной промышленности ванадат висмута применяется в качестве пигмента, который придает тканям ярко-жёлтый цвет.
Любопытные результаты получили и американские ученые из Мичиганского университета. Они обнаружили, что висмут, "загрязненный" небольшим количеством атомов олова или теллура, при температурах 0, 03-0, 06 К обретает сверхпроводимость, в то время как чистый металл этим свойством обделен. Изменяя концентрацию примеси, можно несколько смещать порог проводимости висмута в ту или другую сторону.
Отдельно надо сказать о применении висмута в медицине. Уже 150 лет назад некоторые соединения висмута применялись как обеззараживающее, подсушивающее, вяжущее и антисептическое средство в частности для лечения сифилиса и неспецифических воспалительных процессов. Давно известно и до сих пор используется благотворное влияние некоторых нерастворимых солей висмута при лечении воспалительных заболеваний кишечника (колиты, энтериты), а также язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки. Так, недавно было установлено, что соли висмута, являются практически единственным активным веществом, способным подавлять рост бактерий Helicobacter Pylori, вызывающих язвенную болезнь. Оксохлорид висмута находит применение в медицине в качестве рентгеноконтрастного средства и в качестве наполнителя при изготовлении кровеносных сосудов. Последние исследования показывают также, что предварительное принятие висмут содержащих препаратов способно снизить токсический эффект от противораковой химеотерапии и, возможно, такие препараты могут оказаться эффективными и при лечении СПИДа.
Интересные факты
Висмут в твёрдом состоянии имеет меньшую плотность, чем в жидком. Этим свойством обладают лишь немногие вещества, среди которых висмут и вода. При плавлении висмут уменьшается в объеме (как лед), т.е. твердый висмут легче жидкого.
У висмута есть еще одно редкое свойство: затвердевая, он значительно расширяется в объеме (на 3, 32% при 271°C). Этим свойством пользуются, когда нужно получить очень точные и сложные по форме литые изделия. Это свойство также используется при получении сплавов, используемых в полиграфии для изготовления типографских шрифтов, а также в точном машиностроении.
Давление влияет на висмут иначе, чем на «нормальные» металлы. С ростом давления температура плавления висмута понижается, а у большинства металлов растет. Это необычное свойство считают следствием способности висмута расширяться при твердении и уплотняться при расплавлении.
Висмут является самым сильным диамагнетиком среди всех металлов, причем эффект диамагнетизма на нем можно наблюдать в простых лабораторных условиях: если его поместить между полюсами обычного магнита, то он, стремясь с одинаковой силой оттолкнуться от обоих полюсов, займет положение на равном от них расстоянии. Это так называемая диамагнитная левитация.
Суточное поступление висмута в организм с продуктами питания составляет 0, 02 мг, а с воздухом – 0, 00001 мг.
Основной трибромфенолят висмута, или ксероформ, обладает ярко выраженным антибактериальным действием. В виде порошка и мазей его используют для лечения ран, фистул и ожогов. Входит в состав мази Вишневского. Нитрат висмута основной ВiОNО3 (викаир, викалин) оказывают вяжущее, противокислотное и умеренное слабительное действие.
Изотоп 206Bi используется для лечения лимфатической лейкемии.
Азотнокислый висмут BiNO3 · 5H2O обычно получают выпариванием раствора висмута в азотной кислоте. Эта соль была известна еще в XVI в. в эпоху возрождения и пользовалась большой популярностью у красавиц эпохи Возрождения. Ее охотно применяли в качестве косметического средства (грим, краски), которое ещё называли испанскими белилами.
Оксохлорид висмута применяется как блескообразователь в производстве косметических средств - лака для ногтей, перламутровой губной помады, теней и др.
Среди соединений висмута с галогенами наибольший интерес представляет, треххлористый висмут. Это – белое кристаллическое вещество, которое можно получить разнообразными способами, в частности обработкой металлического висмута царской водкой. BiCl3 имеет необычное свойство: на свету он интенсивно темнеет, но, если его поместить после этого в темноту, он снова обесцвечивается.
Соли висмута применяются при изготовлении красок для дорожных знаков, «вспыхивающих», когда на них падает луч автомобильной фары.
Оказывается соединения висмута обладают противоспирохетозным действием и механизм их действия сводится к тому, что ионы висмута, проникая в спирохеты, связывают сульфгидрильные группы (SН) их ферментов. Это приводит к нарушению жизнедеятельности и гибели спирохет — возбудителей сифилиса. Подобные препараты вводятся внутримышечно, так как при приеме внутрь соединения, содержащие висмут, практически не всасываются из пищеварительного тракта. Правда при таком поступлении висмута в организм существует опасность поражения тех органов, в которых накапливаются ионы висмута. Кроме того, длительное (2 года) применение препаратов висмута с лечебной целью может привести к окрашиванию кожи в серый цвет.
Список литературы
1. Глембоцкий В. А., Соколов Е. С, Соложенкин П. М. Висмут: Обогащение висмутсодержащих руд, М, 2001.
2. Глинка Н. Л. Общая химия. – Л.: Химия, 2004. – 702 с.
3. Зеликман А.Н., Коршунов Б.Г. Металлургия редких металлов. – М.: Металлургия, 2002.
4. Кнунянц И. Л. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т. — М, 2000.— Т. 1. — С. 379-380. — 623 с. — 100 000 экз.
5. Некрасов Б. В. Основы общей химии т.1. – М.: Химия, 2006.
6. Определение малых концентраций элементов. Под ред. Ю. Ю. Лурье. - М.: Наука, 200.
7. Самсонов Г. В., Абдусалямова М. Н., Черногоренко В. Б. Металлургия висмута, А.-А., 2010.
8. Федоров П.И. Висмутиды, К., 2007.
9. Химия и технология редких и рассеянных элементов. Ч. ІІІ. - М.: Высшая школа, 2001, - 320 с.
10. Химия: Справочное издание/ под ред. В. Шретер, К.-Х, Лаутеншлегер, Х. Бибрак и др.: Пер. с нем. – М.: Химия, 2003.– 648 с.
11. Ягодин Г.А., Синегрибова О.А., Чекмарев А.М. Технология редких металлов в атомной технике. - М.: Атомиздат, 2010.