D. I. Mendeleev’in periyodik sistemi, elementlerin kimyasal özelliklerinin konumlarına bağımlılık yasalarını belirlemektedir. Bununla birlikte, bazı elementler fiziksel ve kimyasal süreçlerde beklenenden farklı davranabilmektedir. Bizmut bunlara en iyi örnektir. Bizmutun erime noktası konusuna odaklanarak bu metali daha ayrıntılı bu yazımızda hazırladık.
Kimyasal element bizmut
Periyodik tabloya baktığınızda, bizmutun Bi ile sembolize edildiğini, 83 sayısının ve 208.98 amu atom kütlesine sahip olduğunu görebilirsiniz. Yerkabuğunda az miktarda (%8, 10-7) bulunmaktadır. Ayrıca gümüş kadar nadir bir elementtir.
Elementin kimyasal özellikleri hakkında konuşursak, eylemsizliğini ve reaksiyonlara katılmanın zorluğunu not etmeliyiz. İkinci gerçek, onu asil metaller grubuna yaklaştırmaktadır. Dışarıdan, bizmut pembemsi bir renk tonu ile başarısız bir gri kristaldir. Bu elementin en büyük miktarı Güney Amerika ve Amerika Birleşik Devletleri‘ndeki mevduatlarda bulunmaktadır.
Antik çağlardan beri bilinen bir element
Fiziksel özellikleri ve erime noktası konusuna geçmeden önce bu elementin keşfinin kimseye ait olmadığını belirtmek gerekmektedir. Bizmut, eski zamanlardan beri insanoğlunun bildiği 10 metalden bir tanesidir. Özellikle bazı kanıtlara göre bileşikleri eski Mısır’da kozmetik olarak kullanılmıştır.
“Bizmut” kelimesinin kökeni tam olarak bilinmemektedir. Çoğu uzmanın mevcut görüşleri, bunun “beyaz kütle” anlamına gelen eski Cermen kelimelerinden Bizmut veya Wismut’tan geldiğine inanmaya meyillidir.
Bizmut ve kurşunun erime noktaları birbirine çok yakındır (sırasıyla 271.4 °C ve 327.5 °C). Bu metallerin yoğunlukları da yakın (sırasıyla 9.78 g/cm3 ve 11.32 g/cm3) olduğundan, bizmut sürekli olarak kurşunla karşılaştırılmaktadır. Ayrıca erimesi 231.9 ° C sıcaklıkta meydana gelen kalay ile da karıştırılmaktadır. Avrupalı kimyacılar, bizmutun bağımsız bir metal olduğunu ancak XVIII yüzyılın ortalarında gösterebilmişlerdir.
Bizmut’un fiziksel özellikleri
Bizmut atipik bir metaldir. Kimyasal eylemsizliğine ve oksijen tarafından oksidasyona karşı direncine ek olarak, diamanyetiktir. Ayrıca zayıf bir ısı ve elektrik iletkenidir.
Daha da ilginç olanı, katıdan sıvıya geçişidir. Belirtildiği gibi, bizmutun erime noktası kurşundan daha düşüktür. Sadece 271.4 °C’dir. Erime sırasında metalin hacmi azalmaktadır. Yani katı metal parçaları eriyiği içinde batmamakta ve yüzeyde yüzmektedir. Bu özellikte, galyum ve silikon gibi yarı iletkenlerin yanı sıra suya benzemektedir.
Bizmutun radyoaktif bozunmaya karşı direnci daha az şaşırtıcı değildir. D. I. Mendeleev tablosunun, niyobyumun sağındaki (41’den büyük bir seri numarasına sahip olan) herhangi bir öğesinin potansiyel olarak kararsız olduğu kanıtlanmıştır. Bizmut 83 numarasında bulunmaktadır. En kararlı ağır ise, elementtir. Yarı ömrü 2 * 1019 yıl olarak tahmin edilmektedir. Yüksek yoğunluğu ve yüksek kararlılığı nedeniyle, nükleer enerjide kurşun korumanın yerini alabilmektedir. Ancak bizmutun doğadaki nadirliği buna izin vermemektedir.
Elementin insan aktivitesinde kullanımı
Kararlı, kimyasal olarak inert ve toksik olmadığı için bazı ilaç ve kozmetiklerin üretiminde kullanılmaktadır.
Elementin fiziksel özelliklerinin kurşun ve kalaya benzerliği, son iki metal toksik olduğundan, onun yerine kullanılmasına izin vermektedir. Örneğin, Danimarka, Hollanda, Amerika Birleşik Devletleri ve diğer birçok ülke, av çekimlerinde kurşunun dolgu maddesi olarak kullanılmasını yasaklamıştır. Çünkü kuşlar, küçük çakıl taşlarıyla karıştırarak kurşunu yutmaktadır. Bunun olması halinde, daha sonra zehirlenme yaşamaktadırlar. Ayrıca, kurşun olanlar yerine balıkçılık için bizmut platin üretimi için teknolojiler geliştirilmektedir.
Kalay ve bizmutun erime noktaları yakın olduğundan (fark sadece 40 °C’dir), düşük erime noktasına sahip bizmut alaşımları, özellikle gıda ambalajlarının imalatında, toksik kurşun-kalay lehimlerinin yerine sıklıkla kullanılmaktadır.
Yeni bir sıcaklık ölçeğiyle ilgili sorun
Fizik dersinde, Genius ölçeğinde bizmutun erime noktasını belirleme görevini yerine getirebilirsiniz. Diyebiliriz ki bu sadece bir görev ve Genius ölçeği bu görevde yoktur. Fizikte şu anda yalnızca üç sıcaklık ölçeği kabul edilmektedir: Celsius, Fahrenheit ve Kelvin (SI sisteminde).
Dolayısıyla problemin koşulları şu şekildedir; Deha (° G) cinsinden ifade edilen yeni sıcaklık ölçeği, Celsius ölçeğiyle şu şekilde ilişkilidir: 0 ° G \u003d 127 ° C ve 80 ° G \ u003d 255 ° С, erime noktasını yeni ölçekte derece cinsinden belirlemeniz gerekmektedir.
Sorunun karmaşıklığı, 1 °G aralığının 1 °C aralığına karşılık gelmemesi gerçeğinde yatmaktadır. Bu nedenle Celsius cinsinden hangi değere karşılık gelmektedir? Sorunun durumunu kullanarak şunu elde ederiz: (255-127) / 80 = 1,6 ° C. Bu durum, sıcaklıktaki 1°G’lik bir artışın 1,6°C’lik bir artışa eşdeğer olacağı anlamına gelmektedir. Sorunu çözmek için bizmutun 271.4 °C sıcaklıkta eridiğini, yani 16.4 °C veya 255 °C sıcaklıktan 10.25 °G (16,4/1,6) daha fazla olduğunu unutmamak gerekmektedir. 255 °C’lik bir sıcaklık 80 °G’ye karşılık geldiğinden, Genius ölçeğinde 90.25 °G (80 + 10.25) sıcaklıkta eridiğini görebilirsiniz.
