اکسید بیسموت (III)
تری اکسید بیسموت
AlfaBi2O3structure.jpg
اسامی
نام IUPAC
تری اکسید بیسموت
اکسید بیسموت (III)
بیسمیت (معدنی)
نامهای دیگر
بیسموت اکسید ، بیسموت سسکیوکسید
شناسه ها
شماره CAS
چک 1304-76-3
مدل سه بعدی (JSmol)
تصویر تعاملی
ChemSpider
چک 14093
شماره EC
215-134-7
PubChem CID
14776
UNII
بررسی A6I4E79QF1
خواص
فرمول شیمیایی Bi2O3
جرم مولی 465.96 گرم در مول
ظاهر کریستال زرد یا پودر
بو بدون بو
تراکم 8.90 g/cm3 ، جامد
نقطه ذوب 817 درجه سانتی گراد (1،503 درجه فارنهایت ؛ 1090 کیلوگرم)
نقطه جوش 1.890 درجه سانتی گراد (3.430 درجه فارنهایت ؛ 2.160 کیلوگرم)
حلالیت در آب نامحلول
حلالیت محلول در اسیدها
حساسیت مغناطیسی (χ) -83.0 · 10−6 cm3/mol
ساختار
ساختار بلوری مونوکلینیک ، mP20 ،
گروه فضایی P21/c (شماره 14)
هندسه هماهنگی شبه هشت ضلعی
خطرات
برگه اطلاعات ایمنی مراجعه کنید به: صفحه داده ها
MSDS MallBaker
پیکتوگرام های GHS GHS07: مضر
کلمه سیگنال GHS هشدار
اظهارات خطر GHS H315 ، H319 ، H335 ، H413
بیانیه های احتیاطی GHS P261 ، P264 ، P271 ، P273 ، P280 ، P302+352 ، P304+340 ، P305+351+338 ، P312 ، P321 ، P332+313 ، P337+313 ، P362 ، P403+233 ، P405 ، P501
NFPA 704 (الماس آتش)
الماس چهار رنگ NFPA 704
100
نقطه اشتعال غیر قابل اشتعال
ترکیبات مرتبط
آنیون های دیگر بیسموت تری سولفید
کاتیونهای دیگر تری اکسید آرسنیک
تری اکسید آنتیموان
صفحه اطلاعات تکمیلی
ساختار و
خواص ضریب شکست (n) ،
ثابت دی الکتریک (εr) و غیره
ترمودینامیکی
رفتار فاز داده
جامد - مایع - گاز
داده های طیفی UV ، IR ، NMR ، MS
به جز مواردی که موارد دیگری ذکر شده است ، داده ها برای مواد در حالت استاندارد (در دمای 25 درجه سانتیگراد [77 درجه فارنهایت] ، 100 کیلو پاسکال) ارائه می شود.
مراجع جعبه اطلاعات
اکسید بیسموت (III) شاید مهمترین ترکیب صنعتی بیسموت باشد. همچنین یک نقطه شروع رایج برای شیمی بیسموت است. این ماده به طور طبیعی به عنوان ماده معدنی بیسمیت (مونوکلینیک) و اسفائروبیسموئیت (چهار ضلعی ، بسیار نادر) یافت می شود ، اما معمولاً به عنوان محصول جانبی ذوب سنگ معدن مس و سرب به دست می آید. تری اکسید دیبیسموت معمولاً برای تولید اثر "تخم های اژدها" در آتش بازی ، به عنوان جایگزینی سرب قرمز استفاده می شود.
روش تولید بیسموت اکسید نیز به روش های مختلف می باشد.
ساختارخرید بیسموت اکسید
ساختارهای اتخاذ شده توسط Bi2O3 تفاوت عمده ای با ساختارهای اکسید آرسنیک (III) ، As2O3 و اکسید آنتیموان (III) ، Sb2O3 دارد.
حوزه های چهار شکل چند شکل Bi2O3 به عنوان تابعی از دما. (الف) فاز α زمانی که در دمای بالای 727 درجه سانتی گراد گرم می شود ، به فاز δ تبدیل می شود ، که تا رسیدن به نقطه ذوب ، 824 درجه سانتی گراد ، ساختار باقی می ماند. هنگامی که سرد می شود ، فاز δ به دو فاز β تبدیل می شود که در دمای 650 درجه سانتی گراد نشان داده شده در (b) یا γ- فاز در 639 درجه سانتی گراد ، نشان داده شده در (ج) است. فاز β در دمای 303 درجه سانتی گراد به فاز α تبدیل می شود. فاز γ ممکن است در دمای اتاق باقی بماند هنگامی که سرعت خنک کننده بسیار کند است ، در غیر این صورت در فاز 500 درجه سانتیگراد به فاز α تبدیل می شود.
اکسید بیسموت ، Bi2O3 دارای پنج پلی مورف کریستالوگرافی است. فاز دمای اتاق ، α-Bi2O3 دارای ساختار بلوری مونوکلینیکی است. سه فاز درجه حرارت بالا ، یک فاز β چهار ضلعی ، یک فاز γ مکعب بدن محور ، یک فاز δ-Bi2O3 مکعب و یک ε- فاز وجود دارد. فاز α درجه حرارت اتاق دارای ساختار پیچیده ای با لایه های اتم های اکسیژن با لایه هایی از اتم های بیسموت بین آنها است. اتم های بیسموت در دو محیط متفاوت قرار دارند که می توان آنها را به ترتیب مختصات 6 و 5 مختلط توصیف کرد.
β-Bi2O3 دارای ساختار مربوط به فلوریت است.
γ-Bi2O3 دارای ساختاری مربوط به Bi12SiO20 (سیلنیت) است ، جایی که کسری از اتمهای Bi موقعیتی را که SiIV اشغال کرده است اشغال کرده و ممکن است به عنوان Bi12Bi0.8O19.2 نوشته شود.
δ- Bi2O3 دارای ساختار بلوری از نوع فلوریت معیوب است که در آن دو مورد از هشت محل اکسیژن در سلول واحد خالی است. ε- Bi2O3 دارای ساختاری است که به فازهای α- و β- مربوط است ، اما از آنجا که ساختار کاملاً مرتب شده است ، یک عایق یونی است. می توان آن را با روش های گرمابی تهیه کرد و در دمای 400 درجه سانتی گراد به فاز α تبدیل کرد.
هنگامی که دمای بالاتر از 729 درجه سانتی گراد گرم می شود ، فاز مونوکلینیک α تبدیل به δ-Bi2O3 مکعب می شود ، که تا زمانی که نقطه ذوب ، 824 درجه سانتی گراد به دست آید ، ساختار باقی می ماند. رفتار Bi2O3 در خنک کننده از فاز δ پیچیده تر است ، با تشکیل احتمالی دو فاز متاستاز متوسط. فاز β چهار ضلعی یا γ-مکعب بدن محور بدن. فاز γ می تواند در دمای اتاق با سرعت خنک کننده بسیار کند وجود داشته باشد ، اما α- Bi2O3 همیشه در خنک سازی فاز β شکل می گیرد. اگرچه در اثر حرارت تشکیل می شود ، وقتی دما به زیر 727 درجه سانتیگراد کاهش می یابد ، به α- Bi2O3 باز می گردد ، δ-Bi2O3 می تواند مستقیماً از طریق الکترودپوزاسیون تشکیل شده و در دمای اتاق نسبتاً پایدار بماند ، در الکترولیت ترکیبات بیسموت که غنی است. در هیدروکسید سدیم یا پتاسیم تا PH نزدیک به 14 داشته باشد.
رسانایی
تی
فاز α رسانایی الکترونیکی نوع p (بار را حفره های مثبت حمل می کند) در دمای اتاق نشان می دهد که بین 550 تا 650 درجه سانتیگراد ، بسته به اکسیژن جزئی ، به رسانایی نوع n تبدیل می شود (بار توسط الکترون ها حمل می شود). فشار. رسانایی در فازهای β ، γ و δ- عمدتا یونی است و یونهای اکسید حامل بار اصلی هستند. از این بین δ- Bi2O3 دارای بیشترین رسانایی گزارش شده است. در دمای 750 درجه سانتیگراد رسانایی δ- Bi2O3 معمولاً حدود 1 Scm-1 است ، حدود سه مرتبه بزرگتر از فازهای میانی و چهار مرتبه بیشتر از فاز مونوکلینیک. δ- Bi2O3 دارای ساختار بلوری معیوب از نوع فلوریت است که در آن دو مورد از هشت محل اکسیژن در سلول واحد خالی است. این فضاهای خالی ذاتی به دلیل قطبیت پذیری بالای شبکه فرعی کاتیونی با الکترونهای جفت تنها 6s2 از Bi3+بسیار متحرک هستند. پیوندهای Bi-O دارای ویژگی پیوند کووالانسی هستند و بنابراین ضعیف تر از پیوندهای یونی هستند ، بنابراین یونهای اکسیژن می توانند آزادانه به جای خالی پرش کنند.
آرایش اتم های اکسیژن در سلول واحد δ-Bi2O3 موضوع بحث های زیادی در گذشته بوده است. سه مدل مختلف ارائه شده است. سیلن (1937) از پراش اشعه ایکس پودر بر روی نمونه های خاموش استفاده کرد و گزارش داد که ساختار Bi2O3 یک فاز مکعبی ساده با خالی شدن اکسیژن در امتداد <111> بود ، یعنی در امتداد مورب بدن مکعب.گاتو و شرودر (1962) این مدل را رد کردند و ترجیح دادند هر سایت اکسیژن (محل 8c) در سلول واحد را 75 درصد اشغال توصیف کنند. به عبارت دیگر ، شش اتم اکسیژن به طور تصادفی در هشت محل احتمالی اکسیژن در سلول واحد توزیع می شوند. در حال حاضر ، به نظر می رسد اکثر کارشناسان توصیف اخیر را دوست دارند زیرا یک شبکه فرعی اکسیژن کاملاً بی نظم ، رسانایی بالا را به نحو بهتری محاسبه می کند.
ویلیس (1965) از پراش نوترون برای مطالعه سیستم فلوریت (CaF2) استفاده کرد. او تعیین کرد که نمی توان آن را با ساختار بلوری فلوریت ایده آل توصیف کرد ، بلکه اتمهای فلورین از موقعیتهای معمولی 8c به سمت مراکز موقعیتهای بینابینی منتقل شدند. شوک و همکاران (1996)و ساممز و همکاران. (1999) نشان می دهد که به دلیل درجه بالایی از اختلال در δ- Bi2O3 ، مدل ویلیس نیز می تواند برای توصیف ساختار آن مورد استفاده قرار گیرد.
استفاده در سلولهای سوختی اکسید جامد (SOFC)
توجه بر δ- Bi2O3 متمرکز شده است زیرا در اصل یک رسانای یونی است. علاوه بر خواص الکتریکی ، خواص انبساط حرارتی هنگام در نظر گرفتن کاربردهای احتمالی برای الکترولیت های جامد بسیار مهم است. ضرایب انبساط حرارتی بالا نشان دهنده تغییرات ابعادی بزرگ تحت گرمایش و سرمایش است که عملکرد الکترولیت را محدود می کند. گذار از δ- Bi2O3 در دمای بالا به β- Bi2O3 متوسط با تغییر حجم زیاد و در نتیجه ، وخامت خواص مکانیکی مواد همراه است. این ، همراه با محدوده بسیار پایدار فاز δ (727-824 درجه سانتی گراد) ، منجر به مطالعاتی در مورد تثبیت آن در دمای اتاق شده است.
Bi2O3 به راحتی با بسیاری از اکسیدهای فلزی محلول های جامد را تشکیل می دهد. این سیستم های دوپ شده مجموعه ای پیچیده از ساختارها و خواص را نشان می دهند که بستگی به نوع مواد شوینده ، غلظت مواد مخدر و سابقه حرارتی نمونه دارد. سیستم های مورد مطالعه بیشتر آنهایی هستند که شامل اکسیدهای فلز خاکی کمیاب ، Ln2O3 ، از جمله yttria ، Y2O3 هستند. کاتیونهای فلزی خاکی کمیاب عموماً بسیار پایدار هستند ، خواص شیمیایی مشابهی با یکدیگر دارند و از نظر اندازه شبیه به Bi3+هستند که شعاع آن 1.03 Å است و همه آنها را دوپینت عالی می کند. علاوه بر این ، شعاع یونی آنها به طور یکنواخت از La3+(1.032 Å) ، از طریق Nd3+، (0.983 Å) ، Gd3+، (0.938 Å) ، Dy3+، (0.912 Å) و Er3+، (0.89 Å) ، به Lu3+، (0.861 decrease) کاهش می یابد. ) (به عنوان "انقباض لانتانید" شناخته می شود) ، و آنها را برای مطالعه تأثیر اندازه دوپانت بر ثبات فازهای Bi2O3 مفید می کند.
Bi2O3 همچنین به عنوان افزودنی پخت در سیستم زیرکونیا دوپه شده با Sc2O3 برای SOFC درجه حرارت متوسط استفاده می شود.
منبع