பிஸ்மத் (Bi) - JEE/NEET & CBSE க்கான விரிவான ஆய்வு வழிகாட்டி

அறிமுகம்: பிஸ்மத் ஏன் முக்கியம்

பிஸ்மத் (Bi) என்பது ஒரு பிந்தைய நிலைமாற்ற உலோகம் ஆகும், இது வரலாற்றின் படி நைட்ரஜன் குடும்பத்துடன் (குழு 15) வகைப்படுத்தப்படுகிறது. இது இந்த குழுவில் உள்ள மிக கனமான நிலையான உறுப்பினராகும், மேலும் இது தனித்துவமான உலோகப் பண்புகளையும், மந்த இரட்டை விளைவால் (inert pair effect) பாதிக்கப்படும் வேதியியல் பண்புகளையும் வெளிப்படுத்துகிறது. அதன் குறைந்த நச்சுத்தன்மை, தனித்துவமான இயற்பியல் பண்புகள் மற்றும் பல்வேறு வேதியியல் பயன்பாடுகள் ஆகியவை இதை பல்வேறு தொழில்துறை மற்றும் மருந்துத் துறைகளில் குறிப்பிடத்தக்கதாக ஆக்குகின்றன, பல பயன்பாடுகளில் ஈயத்திற்கு பாதுகாப்பான மாற்றாக அமைகிறது.

CBSE/JEE விரைவான திருத்தக் குறிப்புகள்

• குறியீடு: Bi
• அணு எண்: 83
• அணு நிறை: 208.98 u
• குழு: 15 (நைட்ரஜன் குடும்பம், பினிக்டோஜன்கள்)
• வரிசை: 6
• தடுப்பு: p-தடுப்பு
• இயல்பு: உலோகம்
• எலக்ட்ரான் அமைப்பு:
  • முழுமையானது: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴ 5s² 5p⁶ 5d¹⁰ 6s² 6p³
  • சுருக்கப்பட்டது: [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p³
• பொதுவான ஆக்சிஜனேற்ற நிலைகள்: +3, +5 (மந்த இரட்டை விளைவு காரணமாக, +3 மிகவும் நிலையானது)
• இணைதிறன்: 3, 5
• அடர்த்தி (20°C இல்): 9.78 g/cm\textsuperscript{3}
• உருகுநிலை: 271.4°C
• கொதிநிலை: 1564°C
• எலக்ட்ரான் கவர்ச்சி (பாலிங்): 2.02
• அயனியாக்கும் ஆற்றல் (1வது): 703 kJ/mol
• முக்கிய சிறப்பியல்பு: 82ஐ விட அதிக அணு எண் கொண்ட இயற்கையாகக் கிடைக்கும் தனிமம், இது கதிரியக்கத் தன்மை அற்றது (இது பெரும்பாலும் மிக கனமான நிலையான தனிமமாகக் கருதப்பட்டாலும், இது உண்மையில் 1.9 \times 10\textsuperscript{19} ஆண்டுகள் மிக நீண்ட அரை ஆயுளுடன் ஆல்பா சிதைவு மூலம் தாலியம்-205 ஆக மாறுகிறது, இது அனைத்து வேதியியல் நோக்கங்களுக்காகவும் நடைமுறையில் நிலையானது).

எலக்ட்ரான் அமைப்பு மற்றும் பிணைப்பு நடத்தை

பிஸ்மத்தின் எலக்ட்ரான் அமைப்பு [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p³ ஐந்து இணைதிறன் எலக்ட்ரான்களை (6s² 6p³) வெளிப்படுத்துகிறது.

• ஆக்சிஜனேற்ற நிலைகள்:
  • +3 ஆக்சிஜனேற்ற நிலை: இது பிஸ்மத்தின் மிகவும் நிலையான மற்றும் பொதுவான ஆக்சிஜனேற்ற நிலையாகும். மூன்று 6p எலக்ட்ரான்கள் பிணைப்பில் பங்கேற்பதாலும், இரண்டு 6s எலக்ட்ரான்கள் மந்த இரட்டை விளைவு (inert pair effect) காரணமாக பகிரப்படாமல் இருப்பதாலும் இது உருவாகிறது. p-தடுப்பு தனிமங்களில் கனமான தனிமங்களுக்கு இந்த விளைவு முக்கியத்துவம் பெறுகிறது, இங்கு f மற்றும் d எலக்ட்ரான்களின் மோசமான மறைக்கும் திறனால் s-எலக்ட்ரான்கள் பிணைப்பிற்கு குறைவாகவே கிடைக்கின்றன, இது s-எலக்ட்ரான்களால் உணரப்படும் அதிக அணுக்கரு மின்னூட்டத்திற்கு வழிவகுக்கிறது.
  • +5 ஆக்சிஜனேற்ற நிலை: இந்த நிலைக்கு ஐந்து இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள் (6s² மற்றும் 6p³) அனைத்தின் பங்கேற்பும் தேவைப்படுகிறது. இது +3 நிலையை விட குறைவான நிலையானது மற்றும் ஒரு வலுவான ஆக்சிஜனேற்றும் காரணியாக செயல்படுகிறது (எ.கா., NaBiO\textsubscript\{3\} இல்). ஏனெனில் +5 நிலையில் உள்ள பிஸ்மத், மிகவும் நிலையான +3 நிலையை அடைய எலக்ட்ரான்களை எளிதில் ஏற்றுக்கொள்கிறது.
• பிணைப்பு: பிஸ்மத் பொதுவாக சகப்பிணைப்பு சேர்மங்களை உருவாக்குகிறது, குறிப்பாக ஹாலோஜன்கள் போன்ற அதிக எலக்ட்ரான் கவர்ச்சி கொண்ட தனிமங்களுடன் (எ.கா., BiCl\textsubscript\{3\}). இருப்பினும், அதிக எலக்ட்ரான் கவர்ச்சி கொண்ட தனிமங்கள் அல்லது பெரிய எதிர் அயனிகளைக் கொண்ட சேர்மங்களில், இது அயனித்தன்மையையும் வெளிப்படுத்தலாம் (எ.கா., BiF\textsubscript\{3\} இல்). அதன் சேர்மங்கள் பெரும்பாலும் பலபடி அமைப்பைக் கொண்டுள்ளன.

முக்கியமான வேதியியல் வினைகள்

பிஸ்மத்தின் வேதியியல் நடத்தை அதன் +3 ஆக்சிஜனேற்ற நிலையின் விருப்பத்தால் வகைப்படுத்தப்படுகிறது.

1. காற்று/ஆக்ஸிஜனுடன் வினை

பிஸ்மத் அறை வெப்பநிலையில் உலர்ந்த காற்றில் நிலையானது, ஆனால் சூடாக்கும்போது ஆக்சிஜனில் எரிந்து பிஸ்மத்(III) ஆக்சைடை உருவாக்குகிறது.

• 4Bi(s) + 3O\textsubscript\{2\}(g) \rightarrow 2Bi\textsubscript\{2\}O\textsubscript\{3\}(s) (பிஸ்மத்(III) ஆக்சைடு)

2. ஹாலோஜன்களுடன் வினை

பிஸ்மத் நேரடியாக ஹாலோஜன்களுடன் வினைபுரிந்து முஹலைடுகளை (BiX\textsubscript\{3\}) உருவாக்குகிறது, இங்கு X = F, Cl, Br, I. பென்டாஹலைடுகள் (BiX\textsubscript\{5\}) குறைவான நிலையானது மற்றும் பொதுவாக ஃபுளூரின் (BiF\textsubscript\{5\}) உடன் மட்டுமே உருவாகிறது.

• 2Bi(s) + 3F\textsubscript\{2\}(g) \rightarrow 2BiF\textsubscript\{3\}(s) (பிஸ்மத்(III) ஃபுளூரைடு)
• 2Bi(s) + 3Cl\textsubscript\{2\}(g) \rightarrow 2BiCl\textsubscript\{3\}(s) (பிஸ்மத்(III) குளோரைடு)
• BiF\textsubscript\{3\}(s) + F\textsubscript\{2\}(g) \rightarrow BiF\textsubscript\{5\}(s) (பிஸ்மத்(V) ஃபுளூரைடு - வலுவான ஆக்சிஜனேற்றும் காரணி)

3. அமிலங்களுடன் வினை

பிஸ்மத் ஆக்சிஜனேற்றப்படாத அமிலங்களுடன் (நீர்த்த HCl, H\textsubscript\{2\}SO\textsubscript\{4\} போன்றவை) வினைபுரிவதில்லை. இது ஆக்சிஜனேற்றும் அமிலங்களுடன் வினைபுரிகிறது.

• செறிவூட்டப்பட்ட நைட்ரிக் அமிலத்துடன்: Bi(s) + 4HNO\textsubscript\{3\}(conc) \rightarrow Bi(NO\textsubscript\{3\})\textsubscript\{3\}(aq) + NO(g) + 2H\textsubscript\{2\}O(l) குறிப்பு: NO மேலும் ஆக்சிஜனேற்றம் அடைவதால் உண்மையான விளைபொருள் பெரும்பாலும் டைநைட்ரஜன் டெட்ராக்சைடு (NO\textsubscript\{2\}) ஆகும். Bi(s) + 6HNO\textsubscript\{3\}(conc) \rightarrow Bi(NO\textsubscript\{3\})\textsubscript\{3\}(aq) + 3NO\textsubscript\{2\}(g) + 3H\textsubscript\{2\}O(l)

• செறிவூட்டப்பட்ட சல்ஃப்யூரிக் அமிலத்துடன் (சூடான): 2Bi(s) + 6H\textsubscript\{2\}SO\textsubscript\{4\}(conc, hot) \rightarrow Bi\textsubscript\{2\}(SO\textsubscript\{4\})\textsubscript\{3\}(aq) + 3SO\textsubscript\{2\}(g) + 6H\textsubscript\{2\}O(l)

4. பிஸ்மத்(III) உப்புகளின் நீராற்பகுப்பு

பிஸ்மத்(III) உப்புகள், குறிப்பாக ஹலைடுகள், நீரில் நீராற்பகுப்புக்கு உட்பட்டு கரையாத பிஸ்மதில் (BiO⁺) சேர்மங்கள் அல்லது ஹைட்ராக்சைடுகளை உருவாக்குகின்றன, இது Bi(OH)\textsubscript\{3\} இன் காரத்தன்மையைக் குறிக்கிறது.

• BiCl\textsubscript\{3\}(aq) + H\textsubscript\{2\}O(l) \rightleftharpoons BiOCl(s) + 2HCl(aq) (பிஸ்மதில் குளோரைடு அல்லது பிஸ்மத் ஆக்ஸிகுளோரைடு)
• Bi(NO\textsubscript\{3\})\textsubscript\{3\}(aq) + 3H\textsubscript\{2\}O(l) \rightleftharpoons Bi(OH)\textsubscript\{3\}(s) + 3HNO\textsubscript\{3\}(aq)

5. பிஸ்மேட்டுகளின் உருவாக்கம்

வலுவான ஆக்சிஜனேற்றும் காரணிகள் பிஸ்மத்(III) சேர்மங்களை பிஸ்மேட்டுகள்(V) ஆக ஆக்சிஜனேற்றம் செய்ய முடியும், இதில் BiO\textsubscript\{3\}⁻ அயனி உள்ளது, இங்கு பிஸ்மத் +5 ஆக்சிஜனேற்ற நிலையில் உள்ளது.

• NaBiO\textsubscript\{3\} (சோடியம் பிஸ்மேட்) ஒரு சக்திவாய்ந்த ஆக்சிஜனேற்றும் காரணியாகும். 2MnSO\textsubscript\{4\}(aq) + 5NaBiO\textsubscript\{3\}(s) + 14H⁺(aq) \rightarrow 2MnO\textsubscript\{4\}⁻(aq) + 5Bi³⁺(aq) + 5Na⁺(aq) + 7H\textsubscript\{2\}O(l)

தொழில்துறை மற்றும் உயிரியல் முக்கியத்துவம்

தொழில்துறை முக்கியத்துவம்

1. கலப்புலோகங்கள்: பிஸ்மத் மிகக் குறைந்த உருகுநிலைகளைக் கொண்ட கலப்புலோகங்களை உருவாக்குகிறது, அவை பாதுகாப்பு சாதனங்கள், தீ அணைக்கும் தெளிப்பான்கள் மற்றும் உருகக்கூடிய பிளக்குகள் ஆகியவற்றில் பயனுள்ளதாக இருக்கும்.
   • உட்’ஸ் உலோகம்: Bi, Pb, Sn மற்றும் Cd ஆகியவற்றின் கலப்புலோகம், சுமார் ~70°C உருகுநிலையுடன்.
   • ரோஸ்’ஸ் உலோகம்: Bi, Pb மற்றும் Sn ஆகியவற்றின் கலப்புலோகம், சுமார் ~98°C உருகுநிலையுடன்.
   • பிஸ்மத் கொண்ட கலப்புலோகங்கள் ஈயம் அடிப்படையிலான சாலிடர்கள் மற்றும் குழாய் சாதனங்களுக்கு நச்சுத்தன்மையற்ற மாற்றுகளாக அதிகரித்து வருகின்றன.
2. அழகுசாதனப் பொருட்கள்: பிஸ்மத் ஆக்ஸிகுளோரைடு (BiOCl) கண் வண்ணங்கள், நகப்பூச்சுகள் மற்றும் அடித்தளங்கள் போன்ற அழகுசாதனப் பொருட்களில் முத்து போன்ற நிறமி (pearlescent pigment) ஆக பயன்படுத்தப்படுகிறது, அதன் உலோக மினுமினுப்பு மற்றும் பளபளப்பு காரணமாக.
3. வினையூக்கி: பிஸ்மத் மாலிப்டேட் அக்ரைலோநைட்ரைல் உற்பத்தியில் ஒரு வினையூக்கியாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
4. காந்தத்தன்மை: பிஸ்மத் அனைத்து உலோகங்களிலும் மிகவும் டயகாந்தத்தன்மை கொண்டது, மேலும் அதன் கலப்புலோகங்கள் தனித்துவமான காந்தப் பண்புகளை வெளிப்படுத்தும்.
5. வெப்பமின் பொருட்கள்: பிஸ்மத் டெல்லுரைடு (Bi\textsubscript\{2\}Te\textsubscript\{3\}) மற்றும் அதன் கலப்புலோகங்கள் முக்கியமான வெப்பமின் பொருட்கள் ஆகும், இவை வெப்பத்தை மின்சாரமாகவும் மற்றும் மின்சாரத்தை வெப்பமாகவும் மாற்றும்.

உயிரியல் முக்கியத்துவம்

1. மருந்துப் பொருட்கள்: பிஸ்மத் சேர்மங்கள் முதன்மையாக இரைப்பை குடல் பிரச்சனைகளுக்கு மருத்துவப் பயன்பாடுகளைக் கொண்டுள்ளன.
   • பிஸ்மத் சப்ஸாலிசிலேட்: “பெப்டோ-பிஸ்மோல்” இல் உள்ள செயலில் உள்ள பொருள், இது அஜீரணம், குமட்டல் மற்றும் வயிற்றுப்போக்குக்கு சிகிச்சையளிக்கப் பயன்படுகிறது. இது ஒரு அமிலநீக்கி, லேசான நுண்ணுயிர்க்கொல்லி மற்றும் அழற்சி எதிர்ப்பு காரணியாக செயல்படுகிறது.
   • பிஸ்மத் சப்ஜால்லேட்: துர்நாற்ற நீக்கிகளிலும் மற்றும் காயம் கட்டுவதற்கும் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
   • நுண்ணுயிர்க்கொல்லி முகவர்கள்: சில பிஸ்மத் சேர்மங்கள் பெப்டிக் புண்களுக்கு காரணமான ஹெலிகோபாக்டர் பைலோரி பாக்டீரியாவுக்கு எதிராக செயல்பாட்டைக் காட்டுகின்றன.
2. குறைந்த நச்சுத்தன்மை: மற்ற கனமான உலோகங்களுடன் (ஈயம் மற்றும் பாதரசம் போன்றவை) ஒப்பிடுகையில், பிஸ்மத் மற்றும் அதன் சேர்மங்கள் ஒப்பீட்டளவில் குறைந்த நச்சுத்தன்மையைக் காட்டுகின்றன. இது ஈயம் வரலாற்று ரீதியாக ஆதிக்கம் செலுத்திய பல பயன்பாடுகளில் ஒரு விருப்பமான மாற்றாக அமைகிறது.