UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELA FACULTAD DE CIENCIAS Escuela de Química Departamento de Geoquímica
Cátedra: QUÍMICA INORGÁNICA GENERAL Presentación asociada al tema 3: Descripción de los elementos de los grupos principales
QUÍMICA Y GEOQUÍMICA DEL BISMUTO Autores: Vega Kevin Concha Luanda Febrero, 2014
QUÍMICA INORGANICA GENERAL Química y Geoquímica del Bismuto
DESCUBRIMIENTO Este metal natural fue confundido, durante mucho tiempo, con el estaño y el plomo, Geoffroy “el Joven” lo diferenció de este último en 1753; sin embargo, se cree que el bismuto fue descubierto por los mineros de Saxon, mucho tiempo antes. Para darnos una idea de la antigüedad del conocimiento de dicho metal, se puede utilizar como referencia que fue mencionado por T. Paracelsus (1493-1541) y que ya había sido discutida a fondo por G. Agricola (1490-1555). El origen de su nombre proviene de la palabra alemana “Wismut” que significa “materia blanca” la cual fue latinizada por el científico alemán G. Bauer en 1530 como bisemutum y que poco a poco dio origen al nombre latino usado actualmente.
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OBTENCIÓN Cuando de dispone del metal puro se calienta la mena y el bismuto que funde a 217°C fluye y es separado. Si se encuentra combinado, los minerales se tuestan para obtener Bi2O3 y luego se reduce con carbón o hidrógeno en un horno similar. Una buena parte del bismuto comercial se obtiene de la metalurgia de otros metales como cobre, plomo y estaño, así como de los lodos anódicos obtenidos de procesos de refinamiento electrolítico de estos metales. Por ejemplo, un método muy utilizado para la obtención de Bi es como subproducto de la refinación del plomo por el método de Betts, ya que los lodos derivados de este proceso son ricos en bismuto.
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USOS •
Con este elemento se fabrican aleaciones de bajo punto de fusión. Debido a la alta toxicidad del plomo, el uso de aleaciones de bismuto como remplazo al plomo ha hecho q este elemento tenga una creciente importancia comercial.
•
Forma sales básicas insolubles q se emplean en la detección y extinción de incendios.
•
Manufactura de compuestos farmacéuticos y cosméticos. En la industria farmacéutica el Bi está presente en astringentes, antisépticos y remedios para males intestinales; el oxicloruro de bismuto (BiOCl) es de uso muy común en cosméticos.
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USOS • Fabricación de imanes permanentes superpotentes. • Se utiliza en la industria química como catalizador. • El bismuto también se utiliza en óptica, electrónica, textil y termonuclear .
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ABUNDANCIA Tiene una abundancia similar a la de la plata , ocupando el puesto 73º. En la naturaleza existe libre, como sulfuro en la bismutita (Bi2S3 ), como telururo en la tetradimita (Bi2Te3 ) y como óxido Bi2 O3 . Los principales yacimientos se encuentran en Bolivia, Canadá y también en las provincias españolas de Córdoba, Málaga y Granada de las que se extrae aproximadamente un 4% de la producción mundial.
Bismutita
Tetradimita
Bismuto nativo
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ABUNDANCIA El bismuto solo en una pequeña parte se explota de depósitos propiamente de bismuto, 90% de las necesidades mundiales se cubren con la explotación de menas conjuntas como: Co-Ni-Bi-Ag-U, As-Bi, Cu-Bi, así como de menas de Pb y Cu que contienen bismuto. El precio del bismuto es de 26000 USD la tonelada en el 2008. La explotación es de 4000 t. al año, con unas reservas generales de 90,000 t. Como depósitos únicos tenemos en Australia (Tennant-Creek). Las menas ricas contienen más de 1% de bismuto, marginales de 1-0.2% y pobres de menos de 0.2% (en menas conjuntas).
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PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS PROPIEDAD
VALOR
PROPIEDAD
VALOR
Masa Atómica
208,9804 uma
Estados de oxidación
-3, +3 , +5
Punto de fusión
544,5 K
1ra emergida de ionización
703,3 kJ/mol
Punto de ebullición
1833 K
2da energía de ionización
1610 kJ/mol
Densidad
9747 kg/m³
3ra energía de ionización
2466 kJ/mol
Dureza (Mohs)
2,5
Afinidad electrónica
91,3 kJ/mol
Potencial normal de reducción
+ 0,32 V Bi3+ | Bi
Radio atómico
1,7 Å
Conductividad térmica
7,92 J/m s ºC
Radio covalente
1,63 Å
Conductividad eléctrica
9,4 (mOhm.cm)-1
Radio iónico
Bi+3 = 1,20 Å ,Bi+5 = 0,74 Å
Calor especifico
142,12 J/kg ºK
Volumen atómico
21,3 cm³/mol
Calor de fusión
10,5 kJ/mol
Polarizabilidad
7,4 ų
Calor de vaporización
179,0 kJ/mol
Electronegatividad (Pauling)
2,02
Calor de atomización
207,0 kJ/mol de átomos
Configuración electrónica
[Xe]4f145d106s26p3
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PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS •
Es el elemento más metálico del grupo tanto en propiedades físicas como químicas.
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El bismuto es un metal pesado, blanco-rojizo, brilloso, Quebradizo, Cristaliza en forma romboédrica.
•
Es uno de los pocos metales que se expanden al solidificarse, ya que adquiere una estructura ordenada de cristales romboédricos, y por tanto en estado sólido es menos denso q en estado líquido.
•
Es un mal conductor térmico y eléctrico. Su conductividad térmica es menor que la de los demás metales, con excepción del mercurio. Además es el metal con mayor diamagnetismo.
•
Es ocasionalmente encontrado en su estado elemental, pero es más común encontrarlo como sulfuro, sulfato u óxido de bismuto.
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PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS •
Químicamente es muy parecido al arsénico y al antimonio (aunque estos 2 se consideran semimetales).
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El Bi es estable al aire seco a temperatura ambiente, pero si el aire es húmedo se oxida en la superficie.
•
Si se calienta al rojo vivo forma óxido de bismuto III, Bi2O3, y su color cambia a amarillo.
•
El metal se combina en forma directa con los halógenos y con azufre, selenio y telurio, pero no con nitrógeno ni fósforo.
•
Se disuelve para formar sales Bi3+ con ácido nítrico, ácido clorhídrico y ácido sulfúrico, concentrado y caliente.
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PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS • La mayoría de las sales de bismuto son insolubles en agua. • Reacciona con halógenos para formar halogenuros de bismuto III, BiX3 (X=F,Cl,Br,I), y con azufre para formar sulfuro de bismuto III, Bi2S3. • Forma aleaciones con varios metales, y algunas de éstas tienen muy bajos puntos de fusión. • Su estado de oxidación preferido es +3, sin embargo, también forma compuestos como bismuto V, los cuales son agentes oxidantes muy fuertes (bismutato de sodio, Na5Bi). • El bismutato de sodio (NaBiO3 ) y el pentafluoruro de bismuto son compuestos muy importantes del Bi, el primero es un poderoso oxidante y el segundo es un fluorante útil para compuestos orgánicos.
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GEOQUÍMICA DEL BISMUTO El bismuto solo tiene un isótopo número 209. Su clarke es de 9 x 10-7%. Su concentración estimada en la corteza es de 0.00002%. El contenido del bismuto aumenta de las rocas ultrabásicas (1 x 10-7%) hacia las ácidas (1 x 10-6%). El bismuto es un elemento calcofilo debido a su afinidad con el sulfuro. En las etapas magmáticas el bismuto no se concentra. Su acumulación se relaciona con procesos post-magmáticos de magmas graníticos. De las cámaras magmáticas se separa conjuntamente con los fluidos hidrotermales a manera de uniones con cloro o hidratos. Bajo condiciones exógenas las menas primarias de sulfuros se oxidan muy fácilmente después de pasar como sulfatos se acumulan en las zonas de oxidación como uniones de óxidos y carbonatos. Bajo una menor oxidación la bismutinita y el bismuto nativo pueden formar parte de los placeres. Se conocen los siguientes tipos de depósitos de bismuto o contenedores de bismuto: 1) greisens, 2) skarns, 3) hidrotermales plutonogénicos, 4)hidrotermales vulcanogénicos.
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GEOQUÍMICA DEL BISMUTO
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GEOQUÍMICA DEL BISMUTO
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MINERALOGÍA Se conocen más de 90 minerales de bismuto, pero de significado industrial solo hay unos cuantos minerales: bismuto nativo (99.9%), bismutinita Bi2S3 (81.3%), vittihenita Cu3BiS3 (42.15%), tetradimita Bi2Te2S (59.27%), galenobismutita PbBi2S4 (55.48%), cosalita Pb5Bi2S5 (42.1%), aikinita CuPbBi2S3; en las zonas de oxidación se forma bismita Bi2O3 (89.6%) y bismutita BiO2(CO)3 (80%).
Bismutinita
Tetradimita
Aikinita
Galenobismutita
Bismuto nativo
Cosalita
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REFERENCIAS •
http://www.slideshare.net/mamencintuicina/el-bismuto
•
http://www.slideshare.net/angelicax/bismuto
•
http://al-quimicos.blogspot.com/2008/12/bismuto.html
•
http://www.heurema.com/Origenes30.htm
•
http://www.quimicaweb.net/tablaperiodica/paginas/bismuto.htm
•
http://www.lenntech.es/periodica/elementos/bi.htm
•
http://www.mineralogia.es/index.php?searchterms=BISMUTITA&searchauthor=-&level=search
•
Extracto de “Yacimientos minerales metálicos” por Luis F. Vassalto, 3ra edición 1995. http://www.geociencias.unam.mx/~bole/eboletin/MINMET2/GEOMIN2.pdf
•
Química Inorgánica, 4ta Edición, James E. Huheey
•
Química Inorgánica, 2da Edición, Catherine E. Housecroft
•
Presentaciones de Principios de Geoquímica, Tema 3: Estructura y Composición de la Tierra, Prof. Grony Garbán G.