أكسيد البزموت – Bi2O3

في الكيمياء يعد مركب أكسيد البزموت (حالة تأكسد البزموت +3) أهم مركب صناعي لعنصر البزموت، وهو عبارة عن نقطة انطلاق لكيمياء البزموت، ويوجد بشكل طبيعي على أنه معدن البزميت، ولكن يتم الحصول عليه عادة كمنتج ثانوي لصهر خامات النحاس والرصاص، كما أنه يمكن أيضًا أن يتم تحضيره عن طريق حرق معدن البزموت في الهواء، علما أنه يستخدم ثالث أكسيد البزموت بشكل شائع لإنتاج تأثير “بيض التنين” في الألعاب النارية، كبديل للرصاص الأحمر.

أكسيد البزموت

• إن مركب أكسيد البزموت هو مصدر بزموث مستقر حراريًا غير قابل للذوبان بدرجة كبيرة ومناسب لتطبيقات الزجاج والبصريات والسيراميك، حيث يوجد أكسيد البزموت بشكل طبيعي باعتباره معدن البزميت و (sphaerobismoite)، ولكن يمكن أيضًا تحقيقه كمنتج ثانوي لصهر خامات النحاس والرصاص.

• أكسيد البزموت هو أكثر مركبات البزموت أهمية في الصناعة، علما أن مركبات الأكسيد ليست موصلة للكهرباء، ومع ذلك فإن بعض أكاسيد البيروفسكايت المهيكلة يتم تطبيقها إلكترونيًا في كاثود خلايا وقود الأكسيد الصلب وأنظمة توليد الأكسجين، وهي عبارة عن مركبات تحتوي على أنيون أكسجين واحد على الأقل وكاتيون معدني واحد.

• عادة ما يكون هذا النوع من المركبات غير قابل للذوبان في المحاليل المائية (الماء)، وتكون أيضا مستقرة جدا مما يجعلها رائعة وممتازة في الهياكل الخزفية مثل إنتاج الأوعية الفخارية للإلكترونيات المتقدمة، وفي المكونات الهيكلية خفيفة الوزن في كلا من الفضاء والتطبيقات الكهروكيميائية مثل خلايا الوقود التي تظهر فيها أيونية عالية النقاء (99.999٪).

• إن أكسيد البزموت (Bi2O3) موصل المسحوق، ومركبات أكسيد المعادن هي عبارة عن أنهيدريدات أساسية، وبالتالي يمكن أن تتفاعل مع الأحماض ومع عوامل الاختزال القوية في تفاعلات الأكسدة والاختزال، كما ويتوفر أكسيد البزموت أيضًا في كريات وقطع وغيرها.

• رأى أكسيد البزموت الاهتمام كمواد لخلايا وقود الأكسيد الصلب أو (SOFCs)؛ وذلك لأنه موصل أيوني، أي أن ذرات الأكسجين تتحرك بسهولة من خلاله.

• إن أكسيد البزموت النقي (Bi2O3) يمتلك أربعة أشكال بلورية متعددة، وله بنية بلورية أحادية الميل محددة (α- Bi2O3)، في درجة حرارة الغرفة يتحول هذا إلى التركيب البلوري المكعب من نوع الفلوريت (δ-Bi2O3)، وعند تسخينه فوق 727 درجة مئوية، يبقى هيكله حتى الوصول إلى نقطة الانصهار 824 درجة مئوية.

• يعتبر سلوك (Bi2O3) عند التبريد أكثر تعقيدًا، مع احتمال تشكيل مرحلتين وسيطتين غير ثابتتين، المرحلة الرباعية الزوايا أو المرحلة المكعبة التي تتركز في الجسم، حيث يمكن أن توجد المرحلة في درجة حرارة الغرفة مع معدلات تبريد بطيئة جدًا، ولكن تتشكل (α- Bi2O3) دائمًا عند تبريد المرحلة β.

• يشكل مركب (Bi2O3) محاليل من النوع الصلب بشكل سهل وسريع مع العديد من أكاسيد المعادن الأخرى، حيث تعرض هذه الأنظمة المخدرة حزمة معقدة من الهياكل والخصائص والتي تعتمد على كلا من نوع التثبيط وتركيز المنشطات والتاريخ الحراري للعينة.

• أكثر الأنظمة التي تمت دراستها على نطاق واسع هي تلك التي تحتوي على أكاسيد فلز الأرض النادرة (Ln2O3) بما في ذلك الإيتريا (Y2O3).

• إن الأيونات ذات الشحنة الموجبة المعدنية الأرضية النادرة تكون مستقرة جدًا وثابتة بشكل عام، وتمتلك خصائص من النوع الكيميائي متشابهة مع بعضها، كما أنها تتشابه في الحجم مع أيونات البزموت، التي يبلغ نصف قطرها 1.03 Å، مما يجعلها جميعًا شوائب ممتازة.

• تظهر جزيئات أكسيد البزموت النانوية على شكل مسحوق أصفر، وتصنف على أنها مهيجة، وقد تسبب تهيجًا في الجلد والعين والجهاز التنفسي.

الخواص الكيميائية أكسيد البزموت

تم توضيح الخصائص الكيميائية لجسيمات أكسيد البزموت النانوية في الجدول التالي.

الخصائص الفيزيائية أكسيد البزموت

الجدول التالي يوضح الخصائص الفيزيائية لجسيمات أكسيد البزموت النانوية.

الخصائص الحرارية أكسيد البزموت

يتم توفير الخصائص الحرارية لجسيمات أكسيد البزموت النانوية في الجدول أدناه.

عملية التصنيع أكسيد البزموت

يمكن تصنيع الجسيمات النانوية لأكسيد البزموت باستخدام مسار تحويل بسيط من الجل إلى الكريستال عند 80-100 درجة مئوية تحت ظروف إعادة التدفق، يمكن تأكيد تكوين البلورات النانوية (Bi2O3) باستخدام حيود الأشعة السينية (XRD).

التطبيقات أكسيد البزموت

إن التطبيقات الرئيسية للجسيمات النانوية لأكسيد البزموت هي التطبيقات الكهروكيميائية، كما هو الحال في المنحل بالكهرباء أو الكاثود لخلايا وقود الأكسيد الصلب (SOFC)، في التصوير الطبي الحيوي والتصوير السرطاني وللخصائص الضوئية الأخرى في الأغشية الرقيقة.