बिस्मथ

बिस्मथ : धातुरूप मूलद्रव्य. रासायनिक चिन्ह Bi. अणुक्रमांक (अणुकेंद्रातील प्रोटॉनांची संख्या) ८३ अणुभार २०८.९८ आवर्त सारणीतील (इलेक्ट्रॉन रचनेनुसार केलेल्या रासायनिक मूलद्रव्यांच्या कोष्टकरुप मांडणीतील) गट ५ अ वितळबिंदू २७१^० .३ सें. उकळबिंदू १,५५९⁰ से. समांतर षट्‌फलकीय स्फटीक वि.गु. ९.८ कठिनता ४-८ ब्रिनेल [⟶ कठिनता) नैसर्गिक स्थिर समस्थानिक (अणुक्रमांक तोच पण भिन्न अणुभार असलेल्या त्याच मूलद्रव्याचे प्रकार) एकच असून त्यांचा द्रव्यमानांक (अणुकेंद्रातील प्रोटॉन व न्यूट्रॉन यांची एकूण संख्या) २०९ किरणोत्सर्गी (भेदक किरण वा कण बाहेर टाकणाऱ्या) समस्थानिकांचे द्रव्यमानांक १९८ ते २०८ व २१० ते २१५ २०९ हादेखील आल्फा कण देणारा किरणोत्सर्गी समस्थानिक आहे परंतु त्याचे अर्धायुष्य (किरणोत्सर्गाची मूळची क्रियाशीलता निम्मी होण्यास लागणारा कालावधी) एवढे मोठे आहे (३ X १०१७ वर्षे) की, तो स्थिर मानला जातो २१०, २११, २१२ व २१४ हे किरणोत्सर्गी समस्थानिक युरेनियमासारख्या मूलद्रव्यांत चालू असलेल्या क्षयक्रमात नैसर्गिक रीत्या तयार होतात, उदा., युरेनियम क्षयक्रम मालेत २१४ हा समस्थानिक तयार होता, त्याला रेडियम-C  असे म्हणतात, २१३ समस्थानिक नेपच्यूनियम मालेत तयार होतो इ. [⟶ किरणोत्सर्ग] विद्युत् विन्यास (अणुकेंद्राभोवतील विविध कक्षांतील इलेक्ट्रॉनांची संख्या) २, ८, १८, ३२, १८, ५ संयुजा (इतर अणूंशी संयोग पावण्याची क्षमता दर्शविणारा अंक) ३ व ५.

इतिहास : पंधराव्या शतकात बॅसिल व्हॅलेंटाइन यांनी या धातूचे वर्णन लिहून ठेवलेले आढळते. हिच्या ढिसूळपणामुळे ही अर्धधातू मानण्यात येत असे. तथापि जॉर्जिअस ॲग्रिकोला (१४९४-१५५५) यांनी बिस्मथ ही खरी धातू असल्याचे आणि कथिल, शिसे व अँटिमनी यांसारख्या धातूंपासून ती निराळी असल्याचे प्रतिपादले. १७३९ मध्ये जे. एच्. पॉट यांनी तिचे विशेष गुणधर्म सप्रयोग दाखवून दिले. त्यानंतर १७५३ मध्ये एस्. एफ्. झॉफ्र्‌वा व १७८० मध्ये टी. ओ. बॅरीमान यांनी तिच्या विक्रियांचा अभ्यास केला व निश्चितपणे ही नवीन धातू आहे असे ठरविले. Weissmuth म्हणजे ‘पांढरी वस्तू’ या जर्मन शब्दावरून बिस्मथ हे नाव आले असावे, असे मानण्यात येते.

उपस्थिती : ही धातू मुक्त स्थितीत व शुद्ध स्वरुपात पुष्कळ ठिकाणी आढळते. संयुग स्वरूपात गंधकाबरोबर बिस्मथ ग्लान्स (Bi2S2), टेल्युरियमाबरोबर टेट्राडायमाइट (Bi₂Te₃), ऑक्सिजनाबरोबर बिस्माइट (Bi₂O₃) व बिस्मटाइट हे सजल कार्बोनेट [(BiO)₂ CO₃ . H₂O] इ. स्वरूपांत ही धातू निसर्गात आढळते. शिसे, तांबे व कथिल यांच्या धातुकांतही (कच्च्या रूपातील धातूंतही) बिस्मथ अल्प प्रमाणात असते. ती त्यांपासून उपपदार्थ म्हणून मिळवतात. भूकवचातील बिस्मथाचे प्रमाण ०.००००२% इतके आहे. बोलिव्हिया, अर्जेंटिना, चीन, कोरिया, नैर्ऋत्य आफ्रिका, द. आफ्रिका, युगांडा व मोझँबीक या देशात बिस्मथाची धातुके प्रामुख्याने आढळतात.

उत्पादन : मुक्त बिस्मथ धातू खनिजापासून वितळवून बाहेर काढली जाते. तिचा वितळबिंदू कमी म्हणजे २७१^० सें. असल्याने हे सोपे जाते. ऑक्साइड खनिजाचे कार्बनाने व सल्फाइड खनिजाचे लोहाने ⇨क्षपण करून बिस्मथ मिळविता येते वा ऑक्साइड व सल्फाइड हायड्रोक्लोरिक अम्लात विरघळवून पाण्याने बिस्मथ ऑक्सिक्लोराइडाचा (BiOCI) साखा तयार करतात. तो धुवून व वाळवून त्याचे क्षपण करून बिस्मथ मिळवितात. बिस्मथाचे बहुतांश जागतिक उत्पादन तांबे व शिसे यांच्या शुद्धीकरण प्रक्रियेत उपपदार्थ म्हणून केले जाते. तांबे व शिसे यांच्या धातुकांचे प्रगलन (धातू अलग करण्यासाठी करण्यात येणारी वितळविण्याची क्रिया) केल्यावरही बिस्मथ तांबे व शिसे यांच्या बरोबर राहते. ते अलग करण्याच्या निरनिराळ्या पद्धती उपलब्ध आहेत. बेट्स यांच्या विद्युत् विच्छेदी पद्धतीत (विद्रावातून वा वितळलेल्या पदार्थातून विद्युत् प्रवाह जाऊ देऊन घटक अलग करण्याच्या पद्धतीत) शिसेमिश्रित अशुद्ध बिस्मथाचे घनाग्र व शुद्ध शिशाचे ऋणाग्र वापरून विद्युत् विच्छेदन करण्यात येते. शिसे ऋणाग्रावर जमते, तर धनाग्राभोवती बिस्मथाचा साखा जमतो. तो बाजूला काढून धुवून वाळवतात व वितळवून शुद्ध करतात. वितळलेल्या स्थितीत बाकीच्या धातू काळजीपूर्वक ऑक्सिडीकरणाने काढून टाकतात व शुद्ध बिस्मथ मिळवितात. जे. ओ. बेटरटॉन व जी. जे. क्रोल यांच्या पद्धतीत शिसेयुक्त अशुद्ध बिस्मथ वितळवितात व त्यात ढवळत असताना थोडीथोडी कॅल्शियम व मॅग्नेशियम धातू घालतात. बिस्मथाबरोबर कॅल्शियम बिस्मथाइड (Ca₃Bi₂) व मॅग्नेशियम बिस्मथाइड (Mg₃Bi₂) ही संयुगे तयार होतात. यांचे वितळबिंदू शिशापेक्षा जास्त असून घनता कमी असल्यामुळे ती वर तरंगतात व काढून घेता येतात. नंतर त्यांतून कॅल्शियम व मॅग्नेशियम क्लोरिनाने काढून टाकतात व मग बिस्मथ मिळते.

शुद्धीकरण : अशुद्ध बिस्मथ २ ते १० टन धारणक्षमता असलेल्या किटल्यांमध्ये वितळवितात व त्यांत दाहक (कॉस्टिक) सोडा व नायटर घालतात. त्यामुळे आर्सेनिक, अँटिमनी, कथिल, सिलिनियम व टेल्युरियम ही अपद्रव्ये काढून टाकली जातात. त्यांचे प्रमाण ०.०००१% किंवा त्याहूनही कमी करण्यात येते. तांबे गंधकाने काढून टाकतात. सोने व चांदी शिशाच्या रजतनिरास पद्धतीने [म्हणजेच रजत-संहतीवर्धन पद्धतीने ⟶ चांदी] काढून घेतात व शेवटी शिसे व जस्त राहाते, ते क्लोरिनाने काढतात. क्लोरीन प्रथम जस्तावर विक्रिया करतो व झिंक क्लोराइड बाष्परूपाने निघून जाते, नंतर लेड क्लोराइड जाते व शिसे संपल्यावर क्लोरिन बिस्मथावर विक्रिया करू लागतो. त्या वेळी क्लोरिन बंद करतात व नंतर बिस्मथ स्वच्छ किटलीत घेऊन दाहक सोड्याबरोबर तापवून पुन्हा शुद्धीकरण करतात. या पद्धतीने ९९.९९९% शुद्ध बिस्मथ मिळते.

गुणधर्म : बिस्मथ करड्या पांढऱ्या रंगाची, चमकदार, ठिसूळ व मोठे स्फटिक असलेली धातू आहे. तिचे स्फटिकीभवन जलद होते. घनीभवन झाल्यावर प्रसरण पावणाऱ्या धातूंपैकी बिस्मथ ही एक धातू आहे. तिचे प्रसरण ३.३% इतके असते. तिची ऊष्मीय संवाहकता पाऱ्याशिवाय इतर धातूंपेक्षा कमी आहे. सर्व धातूंपेक्षा बिस्मथ जास्त प्रतिचुंबकीय [⟶ चुंबकत्व] आहे. 

बिस्मथ कोरड्या हवेत नेहमीच्या तापमानाला निष्क्रिय असते परंतु आर्द्र हवेत तिचे अल्प ⇨ऑक्सिडीभवन होते. तिच्या वितळबिंदूच्या वरच्या तापमानाला तिच्यावर तिच्या ऑक्साइडाचे पटल तयार होते व रक्तोष्म्यापर्यंत तापविल्यास ज्वलनामुळे पिवळे बिस्मथ ऑक्साइड (Bi₂O₃) तयार होते. तिचा हॅलोजन, गंधक, सिलिनियम व टेल्युरियम यांच्याशी प्रत्यक्ष संयोग होतो परंतु नायट्रोजन व फॉस्फरस यांच्याबरोबर प्रत्यक्ष संयोग होत नाही. नेहमीच्या तापमानाला हवा नसलेल्या पाण्याची तिच्यावर काही क्रिया होत नाही परंतु लाल होईपर्यंत तापविल्यास पाण्याच्या वाफेने तिचे हळूहळू ऑक्सिडीभवन होते. ऑक्सिडीकारक गुण नसलेल्या अम्लात ती विद्राव्य (विरघळत) नाही, मात्र नायट्रिक व तप्त सल्फ्यूरिक अम्लाशी विक्रिया होऊन अनुक्रमे नायट्रेट व सल्फेट मिळते.

उपयोग : बिस्मथाच्या संयुगांचा औषधी रसायनांत उपयोग होतो. बिस्मथ सबकार्बोनेट [(BiO)₂CO_3.1/₂H₂O] जठरातील व्रण, आंत्रशोथ व अतिसार यांवर वापरतात. बिस्मथ सबगॅलेटाची पूड इसबावर टाकण्याकरिता वापरतात. बिस्मथाची काही संयुगे गुप्तरोगांवर उपयोगी पडतात. बिस्मथाचा दुसरा महत्त्वाचा उपयोग म्हणजे त्याच्यापासून कमी वितळबिंदू असलेल्या मिश्रधातू तयार करता येतात. तिच्या काही मिश्रधातूंतील घटकांचे प्रमाण व त्यांचे वितळबिंदू कोष्टकात दिलेले आहेत.

कमी वितळबिंदू असलेल्या या मिश्रधातूंचा आग निवारण्यासाठी वापरण्यात येणाऱ्या स्वयंचलित जल फवारकांचा माथा बनवण्याकरिता उपयोग करतात. आगीच्या ठिकाणी अशा फवारकाचा माथा चटकन वितळतो व पाण्याचा फवारा आपोआप चालू होतो. संपीडित (दाबाखालील) वायूंचे सिलिंडर आग अभिज्ञातक (आगीचे अस्तित्व ओळखणारी प्रयुक्ती) व तापमान-नियंत्रक उपकरणे यांतील सुरक्षित गुडद्यांमध्ये (प्लग्जमध्ये) वितळणारा घटक म्हणून या मिश्रधातू वापरतात. बिस्मथ-कॅडमियम मिश्रधातू सिलिनियम एकदिशकारकामध्ये [⟶ एकदिशकारक] वापरतात. बिस्मथ-मँगॅनीज ह्या मिश्रधातूचे चुंबकत्व लवकर नाहीसे होत नाही म्हणून तिचा विविध नावीन्यपूर्ण आकाराचे कायम चुंबक बनविण्यासाठी उपयोग करतात. कोष्टकात दर्शविलेल्या मिश्रधातूंखेरीज बिस्मथाच्या इतर पुष्कळ मिश्रधातू आहेत व त्यांचा निरनिराळ्या उद्योगांत उपयोग करतात.

घनरूप बिस्मथाचे गॅमा किरणांचे [⟶ किरणोत्सर्ग] क्षीणन होते आणि औष्णिक न्यूट्रॉनांचे ग्रहण होण्याची संभाव्यता बिस्मथाच्या बाबतीत फार कमी असल्यामुळे न्यूट्रॉन त्यामधून सहज पार जाऊ शकतात म्हणून ⇨अणुकेंद्रीय अभियांत्रिकीमध्ये तिचा पुष्कळ उपयोग होतो. ह्या बिस्मथाच्या वैशिष्ट्यामुळे एखाद्या बाहेरच्या नमुन्यावर न्यूट्रॉनांचा भडिमार करावयाचा असेल किंवा एखाद्या रुग्णावर न्यूट्रॉनांचा उपचार करावयाचा असेल, तर तिचा चांगला उपयोग होतो.

संयुगे : बहुतेक सर्व संयुगांत बिस्मथाची संयुजा तीन असते परंतु ती कधीकधी पाच असते. सोडियम मेटाबिस्मथेट (NaBiO₃) व बिस्मथ पेंटाफ्ल्युओराइड (BiF₅) ही बिस्मथाची महत्त्वाची संयुगे होत. पहिले प्रबल ऑक्सिडीकारक आहे व दुसरे कार्बनी संयुगांचे फ्ल्युओरीकरण करण्यास (फ्ल्युओरिनाचा अंतर्भाव करण्यास) उपयोगी आहे.

हॅलाइडे : योग्य त्या हायड्रोजन हॅलाइडाची बिस्मथ ऑक्साइडावर (Bi₂O₃) विक्रिया करून बिस्मथ हॅलाइडे तयार होतात. BiF₃, BiCl₃, BiBr₃ व Bil₃ ही बिस्मथाची ट्रायहॅलाइडे होत. यांतील BiF₃ शिवाय इतर सर्वांचे पाण्याने जलीय विच्छेदन (पाण्याच्या विक्रियेने घटक अलग होण्याची क्रिया) होऊन ऑक्सिहॅलाइडे तयार होतात. BiF₃ हे बिस्मथ ऑक्साइडावर सल्फर फ्ल्युओराइडाची (SF₄) विक्रिया करूनही तयार करता येते. BiF₅ ची पाण्याशी इतक्या जोमाने विक्रिया होते की, स्फोटदेखील होऊ शकतो. गंधक व आयोडीन यांवर याची कोठी तापमानाला (सर्वसाधारण तापमानाला)विक्रिया होते. पॅरॅफीन तेलाचे तर BiF₅ ने फ्ल्युओरोकार्बनात रूपांतर होते.

ऑक्साइडे : BiO, Bi₂O₃, Bi₂O₄ व Bi₂O₅ अशी बिस्मथाची चार ऑक्साइडे आहेत. बिस्मथ सबऑक्साइड (BiO) हे काळे चूर्णरूप असते. सोडियम स्टॅनाइट विद्रावात बिस्मथ लवणाचा विद्राव घातल्यास BiO चा काळा साखा मिळतो. Bi2O3 अम्लात विद्राव्य आहे परंतु सौम्य क्षारीय (अल्कलाइन) हायड्रॉक्साइडामध्ये अविद्राव्य आहे. बिस्मथ डाय-ऑक्साइड किंवा टेट्रॉक्साइड (Bi₂O₄) गडद चॉकलेटी भुरकट असून २००^० सें.पर्यंत तापविले असता त्याचे Bi₂O₃ मध्ये रूपांतर होते. बिस्मथ पेंटॉक्साइड (Bi₂O₅) भुऱ्या रंगाचे अस्थिर चूर्ण असते. व १२०^० सें.च्या वर तापविल्यास त्याचे Bi₂O₃ मध्ये रूपांतर होते.

इतर संयुगे : बिस्मथ हायड्रॉक्साइड [Bi(OH)₂] पांढऱ्या रंगाचे असून त्याचे वि. गु. ४.४ व वितळबिंदू १००^० से. (अपघटन पावते म्हणजे घटकद्रव्ये अलग होतात) आहे. बिस्मथ सल्फाइड (Bi₂S₃) काळ्या रंगाचे असून त्याचे वि.गु. ७.३९ व वितळबिंदू ६८५^० से. (अपघटन) आहे. विस्मथ नायट्रेट [BiO(NO₃). 5H₂O] हे सजल स्फटिक तापविले असता बिस्मथील नायट्रेट [BiO(NO₃)] (क्षारकीय नायट्रेट ) तयार होते. बिस्मथ सल्फेटाचे [Bi₂(SO₄)₃] स्फटिक असतात. बिस्मथीन (BiH₃) हे बिस्मथाचे हायड्राइड अस्थिर असते व नेहमीच्या तापमानाला त्याचे हळूहळू अपघटन होते. बिस्मथ कार्बोनेट वा बिस्मथील कार्बोनेट [(BiO)₂CO₃] हे क्षारकीय कार्बोनेट आहे व आवर्त सारणीच्या पाचव्या गटातील मूलद्रव्यांपासून तयार होणारे एकमेव कार्बोनेट आहे. हे क्ष-किरणांना अपारदर्शक असल्याने पचन मार्गाच्या क्ष-किरण परीक्षणात वापरतात. (याला ‘बिस्मथ मील’ असे म्हणतात). बिस्मथाची कार्बनी संयुगेही होतात.

अभिज्ञान : (अस्तित्व ओळखणे). हायड्रोजन सल्फाइड विक्रियाकारक वापरून याचे विश्लेषण करतात [⟶ वैश्लेषिक रसायनशास्त्र]. स्टॅनस क्लोराइडामध्ये जादा सोडियम हायड्रॉक्साइड घालून त्या विद्रावात बिस्मथ लवणाच्या विद्रावाचा थेंब टाकल्यास काळा अवक्षेप (न विरघळणारा साखा) मिळतो तो BiOचा असतो. बिस्मथापासून ऑक्सिक्लोराइड मिळवून ते गाळून व वाळवून वजन केल्यास बिस्मथाचे विगणन करता येते.

संदर्भ : 1. Parkes, G. D. Ed., Mellor’s Modern Inorganic Chemistry, London, 1961. 

            2. Partington, J. R. General and Inorganic Chemistry, New York, 1966.

जमदाडे, ज. वि. घाटे, रा. वि.

“