બિસ્મથ (Bi) - JEE/NEET અને CBSE માટે વ્યાપક અભ્યાસ માર્ગદર્શિકા

પરિચય: બિસ્મથ શા માટે મહત્વનું છે

બિસ્મથ (Bi) એક પોસ્ટ-ટ્રાન્ઝિશન ધાતુ છે, જે ઐતિહાસિક રીતે નાઇટ્રોજન પરિવાર (સમૂહ 15) સાથે જૂથબદ્ધ છે. તે આ જૂથનું સૌથી ભારે સ્થિર સભ્ય છે, જે વિશિષ્ટ ધાતુના ગુણધર્મો અને નિષ્ક્રિય જોડી અસરથી પ્રભાવિત રસાયણશાસ્ત્ર દર્શાવે છે. તેની ઓછી ઝેરીતા, અનન્ય ભૌતિક ગુણધર્મો અને વૈવિધ્યસભર રાસાયણિક ઉપયોગો તેને વિવિધ ઔદ્યોગિક અને ફાર્માસ્યુટિકલ ક્ષેત્રોમાં મહત્વપૂર્ણ બનાવે છે, જે ઘણા ઉપયોગોમાં સીસાનો સુરક્ષિત વિકલ્પ પૂરો પાડે છે.

CBSE/JEE ઝડપી પુનરાવર્તન નોંધો

પ્રતીક: Bi
પરમાણુ ક્રમાંક: 83
પરમાણુ દળ: 208.98 u
સમૂહ: 15 (નાઇટ્રોજન પરિવાર, પ્નિકટોજેન્સ)
આવર્ત: 6
બ્લોક: p-બ્લોક
પ્રકૃતિ: ધાતુ
ઇલેક્ટ્રોનિય રચના:
- સંપૂર્ણ: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴ 5s² 5p⁶ 5d¹⁰ 6s² 6p³
- સંક્ષિપ્ત: [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p³
સામાન્ય ઓક્સિડેશન અવસ્થાઓ: +3, +5 (નિષ્ક્રિય જોડી અસરને કારણે, +3 વધુ સ્થિર છે)
સંયોજકતા: 3, 5
ઘનતા (20°C પર): 9.78 g/cm³
ગલનબિંદુ: 271.4°C
ઉત્કલનબિંદુ: 1564°C
વિદ્યુતઋણતા (પોલિંગ): 2.02
આયનીકરણ ઉર્જા (1લી): 703 kJ/mol
મુખ્ય લાક્ષણિકતા: 82 થી વધુ પરમાણુ ક્રમાંક ધરાવતું એકમાત્ર કુદરતી રીતે મળતું તત્વ જે કિરણોત્સર્ગી નથી (જોકે તેને ઘણીવાર સૌથી ભારે સ્થિર તત્વ ગણવામાં આવે છે, તે વાસ્તવમાં આલ્ફા વિઘટન દ્વારા થેલિયમ-205 માં અત્યંત લાંબા 1.9 x 10¹⁹ વર્ષના અર્ધ-આયુષ્ય સાથે સહેજ કિરણોત્સર્ગી છે, જે તમામ રાસાયણિક હેતુઓ માટે વ્યવહારિક રીતે સ્થિર છે).

ઇલેક્ટ્રોન રચના અને બંધન વર્તન

બિસ્મથની ઇલેક્ટ્રોનિય રચના [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p³ પાંચ સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન (6s² 6p³) દર્શાવે છે.

ઓક્સિડેશન અવસ્થાઓ:
- +3 ઓક્સિડેશન અવસ્થા: આ બિસ્મથ માટે સૌથી સ્થિર અને સામાન્ય ઓક્સિડેશન અવસ્થા છે. તે બંધનમાં ત્રણ 6p ઇલેક્ટ્રોનની ભાગીદારીને કારણે ઉદ્ભવે છે, જ્યારે બે 6s ઇલેક્ટ્રોન નિષ્ક્રિય જોડી અસરને કારણે અવિભાજિત રહે છે. આ અસર p-બ્લોકમાં ભારે તત્વો માટે પ્રબળ બને છે, જ્યાં f અને d ઇલેક્ટ્રોન્સ દ્વારા નબળા શિલ્ડિંગને કારણે s-ઇલેક્ટ્રોન્સ બંધન માટે ઓછા ઉપલબ્ધ હોય છે, જેના પરિણામે s-ઇલેક્ટ્રોન્સ દ્વારા અનુભવાતો ન્યુક્લિયર ચાર્જ વધારે હોય છે.
- +5 ઓક્સિડેશન અવસ્થા: આ અવસ્થામાં તમામ પાંચ સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન (6s² અને 6p³) ની ભાગીદારીની જરૂર પડે છે. તે +3 અવસ્થા કરતાં ઓછી સ્થિર છે અને પ્રબળ ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ તરીકે કાર્ય કરે છે (દા.ત., NaBiO₃ માં). આ એટલા માટે છે કારણ કે +5 અવસ્થામાં બિસ્મથ વધુ સ્થિર +3 અવસ્થા પ્રાપ્ત કરવા માટે સરળતાથી ઇલેક્ટ્રોન સ્વીકારે છે.
બંધન: બિસ્મથ સામાન્ય રીતે સહસંયોજક સંયોજનો બનાવે છે, ખાસ કરીને હેલોજન જેવા વધુ વિદ્યુતઋણ તત્વો સાથે (દા.ત., BiCl₃). જોકે, અત્યંત વિદ્યુતઋણ તત્વો સાથે અથવા મોટા કાઉન્ટરઆયન સાથેના સંયોજનોમાં, તે આયનીય ગુણધર્મ પણ દર્શાવી શકે છે (દા.ત., BiF₃ માં). તેના સંયોજનો ઘણીવાર પોલિમરીક રચનાવાળા હોય છે.

મહત્વપૂર્ણ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ

બિસ્મથનું રાસાયણિક વર્તન તેની +3 ઓક્સિડેશન અવસ્થા પ્રત્યેની પસંદગી દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલું છે.

1. હવા/ઓક્સિજન સાથેની પ્રતિક્રિયા

બિસ્મથ ઓરડાના તાપમાને શુષ્ક હવામાં સ્થિર છે પરંતુ ગરમ કરવાથી ઓક્સિજનમાં બળીને બિસ્મથ(III) ઓક્સાઇડ બનાવે છે.

4Bi(s) + 3O₂(g) → 2Bi₂O₃(s) (બિસ્મથ(III) ઓક્સાઇડ)

2. હેલોજન સાથેની પ્રતિક્રિયા

બિસ્મથ હેલોજન સાથે સીધી પ્રતિક્રિયા કરીને ટ્રાઇહેલાઇડ્સ (BiX₃) બનાવે છે, જ્યાં X = F, Cl, Br, I. પેન્ટાહેલાઇડ્સ (BiX₅) ઓછા સ્થિર હોય છે અને સામાન્ય રીતે ફક્ત ફ્લોરિન (BiF₅) સાથે જ બને છે.

2Bi(s) + 3F₂(g) → 2BiF₃(s) (બિસ્મથ(III) ફ્લોરાઇડ)
2Bi(s) + 3Cl₂(g) → 2BiCl₃(s) (બિસ્મથ(III) ક્લોરાઇડ)
BiF₃(s) + F₂(g) → BiF₅(s) (બિસ્મથ(V) ફ્લોરાઇડ - પ્રબળ ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ)

3. એસિડ સાથેની પ્રતિક્રિયા

બિસ્મથ બિન-ઓક્સિડાઇઝિંગ એસિડ્સ (જેમ કે મંદ HCl, H₂SO₄) સાથે પ્રતિક્રિયા કરતું નથી. તે ઓક્સિડાઇઝિંગ એસિડ્સ સાથે પ્રતિક્રિયા કરે છે.

સાંદ્ર નાઇટ્રિક એસિડ સાથે: Bi(s) + 4HNO₃(conc) → Bi(NO₃)₃(aq) + NO(g) + 2H₂O(l) નોંધ: NO ના વધુ ઓક્સિડેશનને કારણે વાસ્તવિક ઉત્પાદન ઘણીવાર ડાયનાઇટ્રોજન ટેટ્રોક્સાઇડ (NO₂) હોય છે. Bi(s) + 6HNO₃(conc) → Bi(NO₃)₃(aq) + 3NO₂(g) + 3H₂O(l)
સાંદ્ર સલ્ફ્યુરિક એસિડ સાથે (ગરમ): 2Bi(s) + 6H₂SO₄(conc, hot) → Bi₂(SO₄)₃(aq) + 3SO₂(g) + 6H₂O(l)

4. બિસ્મથ(III) ક્ષારનું જળવિભાજન

બિસ્મથ(III) ક્ષાર, ખાસ કરીને હેલાઇડ્સ, પાણીમાં જળવિભાજન પામીને અદ્રાવ્ય બિસ્મથિલ (BiO⁺) સંયોજનો અથવા હાઇડ્રોક્સાઇડ બનાવે છે, જે Bi(OH)₃ ના બેઝિક સ્વભાવને દર્શાવે છે.

BiCl₃(aq) + H₂O(l) ⇌ BiOCl(s) + 2HCl(aq) (બિસ્મથિલ ક્લોરાઇડ અથવા બિસ્મથ ઓક્સિક્લોરાઇડ)
Bi(NO₃)₃(aq) + 3H₂O(l) ⇌ Bi(OH)₃(s) + 3HNO₃(aq)

5. બિસ્મથેટ્સની રચના

પ્રબળ ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ્સ બિસ્મથ(III) સંયોજનોને બિસ્મથેટ્સ(V) માં ઓક્સિડાઇઝ કરી શકે છે, જેમાં BiO₃⁻ આયન હોય છે, જ્યાં બિસ્મથ +5 ઓક્સિડેશન અવસ્થામાં હોય છે.

NaBiO₃ (સોડિયમ બિસ્મથેટ) એક શક્તિશાળી ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ છે. 2MnSO₄(aq) + 5NaBiO₃(s) + 14H⁺(aq) → 2MnO₄⁻(aq) + 5Bi³⁺(aq) + 5Na⁺(aq) + 7H₂O(l)

ઔદ્યોગિક અને જૈવિક મહત્વ

ઔદ્યોગિક મહત્વ

મિશ્રધાતુઓ: બિસ્મથ અત્યંત નીચા ગલનબિંદુ ધરાવતી મિશ્રધાતુઓ બનાવે છે, જે તેમને સલામતી ઉપકરણો, ફાયર સ્પ્રિંકલર્સ અને ફ્યુઝિબલ પ્લગમાં ઉપયોગી બનાવે છે.
- વુડ્સ મેટલ: Bi, Pb, Sn અને Cd ની મિશ્રધાતુ, જેનું ગલનબિંદુ ~70°C છે.
- રોઝ મેટલ: Bi, Pb અને Sn ની મિશ્રધાતુ, જેનું ગલનબિંદુ ~98°C છે.
- બિસ્મથ-યુક્ત મિશ્રધાતુઓનો ઉપયોગ લીડ-આધારિત સોલ્ડર અને પ્લમ્બિંગ સામગ્રીના બિન-ઝેરી વિકલ્પ તરીકે વધુને વધુ થઈ રહ્યો છે.
સૌંદર્ય પ્રસાધનો: બિસ્મથ ઓક્સિક્લોરાઇડ (BiOCl) નો ઉપયોગ આઇશેડો, નેઇલ પોલિશ અને ફાઉન્ડેશન જેવા સૌંદર્ય પ્રસાધનોમાં તેના ધાતુઈ ચમક અને ઝગમગાટને કારણે મોતી જેવું રંગદ્રવ્ય તરીકે થાય છે.
ઉત્પ્રેરણ: બિસ્મથ મોલિબડેટનો ઉપયોગ એક્રિલોનિટ્રાઇલના ઉત્પાદનમાં ઉત્પ્રેરક તરીકે થાય છે.
ચુંબકત્વ: બિસ્મથ એ બધી ધાતુઓમાં સૌથી વધુ ડાયમેગ્નેટિક છે, અને તેની મિશ્રધાતુઓ અનન્ય ચુંબકીય ગુણધર્મો દર્શાવી શકે છે.
થર્મોમોઇલેક્ટ્રિક સામગ્રી: બિસ્મથ ટેલ્યુરાઇડ (Bi₂Te₃) અને તેની મિશ્રધાતુઓ મહત્વપૂર્ણ થર્મોઇલેક્ટ્રિક સામગ્રી છે, જે ગરમીને વીજળીમાં અને ઊલટું રૂપાંતરિત કરે છે.

જૈવિક મહત્વ

ફાર્માસ્યુટિકલ્સ: બિસ્મથ સંયોજનો ઔષધીય ઉપયોગો ધરાવે છે, મુખ્યત્વે જઠરાંત્રિય સમસ્યાઓ માટે.
- બિસ્મથ સબસાલિસિલેટ: “પેપ્ટો-બિસ્મોલ” માં સક્રિય ઘટક, જેનો ઉપયોગ અપચો, ઉબકા અને ઝાડાની સારવાર માટે થાય છે. તે એન્ટાસિડ, હળવા એન્ટિબાયોટિક અને બળતરા વિરોધી એજન્ટ તરીકે કાર્ય કરે છે.
- બિસ્મથ સબગૅલેટ: ડિઓડરન્ટ્સમાં અને ઘા પર ડ્રેસિંગ તરીકે ઉપયોગ થાય છે.
- એન્ટીબેક્ટેરિયલ એજન્ટ્સ: કેટલાક બિસ્મથ સંયોજનો હેલિકોબેક્ટર પાયલોરી સામે સક્રિયતા દર્શાવે છે, જે પેપ્ટીક અલ્સર માટે જવાબદાર બેક્ટેરિયમ છે.
ઓછી ઝેરીતા: અન્ય ભારે ધાતુઓ (જેમ કે સીસુ અને પારો) ની સરખામણીમાં, બિસ્મથ અને તેના સંયોજનો પ્રમાણમાં ઓછી ઝેરીતા દર્શાવે છે. આ તેને ઘણી એપ્લિકેશન્સમાં પસંદગીનો વિકલ્પ બનાવે છે જ્યાં ઐતિહાસિક રીતે સીસાનું પ્રભુત્વ હતું.