બિસ્મથ

બિસ્મથ : આવર્તક કોષ્ટકના VA (હવે 15મા) સમૂહનું રાસાયણિક ધાતુતત્વ. સંજ્ઞા Bi. નાઇટ્રોજન સમૂહનાં આ તત્વોમાં ભૌતિક અને રાસાયણિક ર્દષ્ટિએ તે સૌથી વધુ ધાત્વિક ગુણધર્મો ધરાવે છે. પંદરમા સૈકામાં બેસિલ વૅલેન્ટાઇને તેને વિસ્મુટ (wismut) તરીકે ઓળખાવેલું.

પ્રાપ્તિ : પૃથ્વીના પોપડામાં બિસ્મથનું પ્રમાણ 0.00002 % જેટલું છે. કુદરતમાં તે મુક્ત ધાતુ તરીકે તેમજ સલ્ફાઇડ (બિસ્મથિનાઇટ, અથવા બિસ્મથ ગ્લાન્સ, Bi₂S₃), અને ઑક્સાઇડ (બિસ્માઇટ, અથવા બિસ્મથ ઓકર, Bi₂O₃) તરીકે મળે છે. તેનાં અન્ય ખનિજોમાં બિસ્મટાઇટ અને બિસ્મટોસ્ફીરાઇટ (કાર્બોનેટ) છે. લેડ (સીસું) (Pb), કૉપર (તાંબું) (Cu), અને ટિન (કલાઈ)(Sn)નાં ખનિજોમાં પણ તે ગૌણ ઘટક તરીકે મળી આવે છે. તેનાં મુખ્ય ખનિજો દક્ષિણ અમેરિકામાં છે. યુ.એસ., પેરૂ, દ.કોરિયા, જાપાન, મેક્સિકો, બોલિવિયા અને કૅનેડા તેના મુખ્ય ઉત્પાદકો છે.

 ઉત્પાદન : બિસ્મથના નીચા ગલનબિંદુને કારણે મુક્ત ધાતુ ધરાવતી ખનિજને ગરમ કરવાથી ધાતુ ઓગળે છે અને વહીને અલગ પડે છે. કૉપર અને લેડ જેવી ધાતુઓનાં ખનિજમાં રહેલું બિસ્મથ ખનિજમાંથી આ ધાતુઓ મેળવતી વખતે તેમની સાથે રહે છે અને વિદ્યુતીય પરિષ્કરણ (શોધન) (refining) દરમિયાન અલગ પડે છે.

ઉચ્ચ કક્ષાના સલ્ફાઇડ અથવા કાર્બોનેટ-ખનિજનું પરાવર્તની (reverberatory) ભઠ્ઠીમાં કાર્બન (અપચયન માટે) અને લોખંડ (બિસ્મથ સલ્ફાઇડના વિઘટન માટે) સાથે પ્રગલન (smelting) કરવાથી બિસ્મથ મળે છે. ઑક્સાઇડ કે કાર્બોનેટ ખનિજનું હાઇડ્રોક્લોરિક ઍસિડ સાથે નિક્ષાલન (leaching) કરવામાં આવે છે. ક્લોરાઇડના દ્રાવણને મંદ બનાવવાથી બિસ્મથ ઑક્સિક્લોરાઇડ અવક્ષિપ્ત થાય છે. તેનું ચૂના અને કોલસા (charcoal) સાથે પ્રગલન કરવાથી અપરિષ્કૃત (crude) ધાતુ મળે છે. અશુદ્ધ બિસ્મથને કૉસ્ટિક અને નાઇટરની માવજત આપવાથી તેમાંનાં આર્સેનિક, ઍન્ટિમની, ટિન, ટેલુરિયમ, સેલિનિયમ વગેરે દૂર થાય છે. યોગ્ય માવજત દ્વારા > 99.995 % શુદ્ધ બિસ્મથ મળે છે.

લેડ અને કૉપરનાં ખનિજોમાંથી જે તે ધાતુમાં ગયેલું બિસ્મથ બેટરટન-ક્રોલ અથવા બેટ્સ વિધિ દ્વારા પુન:પ્રાપ્ય કરવામાં આવે છે. પ્રથમ વિધિમાં બિસ્મથનાં Ca₃Bi₂ અને Mg₃Bi₂ જેવાં સંયોજનો બનાવી તેમનું દ્રાવગલન  (liquation) કરી કચરા (dross) રૂપે દૂર કરવામાં આવે છે. આ કચરાને ક્લોરિન અથવા લૅડ ક્લોરાઇડની માવજત આપવાથી કૅલ્શિયમ અને મૅગ્નેશિયમ દૂર થાય છે. વધુ ક્લોરિનીકરણથી લેડ પણ દૂર થાય છે. છેલ્લે કૉસ્ટિક સોડાની માવજત આપી શુદ્ધ બિસ્મથ મેળવવામાં આવે છે.

બેટ્સની વિદ્યુતવિભાજન વિધિમાં લેડ ફ્લુઓસિલિકેટ અને ફ્લુઓસિલિસિક ઍસિડના દ્રાવણનાં લેડ બુલિયનના ઍનોડ અને શુદ્ધ બિસ્મથનાં પતરાં કૅથોડ તરીકે વાપરવામાં આવે છે. વિદ્યુતવિભાજન દરમ્યાન બિસ્મથ અને અન્ય અશુદ્ધિઓ ઍનોડ અવપંક(slime)માં  એકઠી થાય છે. તેમના પ્રગલનથી બિસ્મથ લિથાર્જ સાથે લેડ-ઍન્ટિમની ધાતુમળ(slag)માં જાય છે. ધાતુમળના અપચયનથી 20 % અથવા વધુ બિસ્મથ ધરાવતી ધાતુ મળે છે, જેમાંથી શોધન દ્વારા શુદ્ધ બિસ્મથ મેળવવામાં આવે છે.

ગુણધર્મો : બિસ્મથ ગુલાબી ઝાંયવાળી, કલાઈ જેવો ધાત્વિક ચળકાટ ધરાવતી સ્ફટિકમય તથા બરડ ધાતુ છે. ઘનીકરણ દરમિયાન કદમાં વધારો દર્શાવતી બે ધાતુઓ પૈકીની તે એક છે (બીજી ગૅલિયમ છે). બિસ્મથ પોતે બિનઝેરી છે. પણ તેના દ્રાવ્ય અકાર્બનિક ક્ષારો ઝેરી છે. બધી જ ધાતુઓ કરતાં તે વધુ પ્રતિચુંબકીય ગુણ ધરાવે છે અને તેને ચુંબકત્વ આપવાનો પ્રયત્ન કરતાં તે પ્રબળતાથી તેનો પ્રતિકાર કરે છે. પારા સિવાયની અન્ય ધાતુઓ કરતાં તેની ઉષ્મીય વાહકતા સૌથી ઓછી છે. તે સખત અને પ્રતન્ય નથી, પરંતુ ઘનવર્ધનીય છે અને બહિર્વેધન (extrusion) દ્વારા તેનાં તાર તથા પતરાં બનાવી શકાય છે. તે દ્વિઅંગી (binary), ત્રિઅંગી (ternary), ચતુષ્ક (quaternary) અને પંચ-અંગી (quinary) મિશ્રધાતુઓ બનાવે છે. બધાંનાં ગલનબિંદુ નીચાં હોય છે અને આમાંની વધુ વપરાશી મિશ્રધાતુઓ સંગલનીય (fusible) મિશ્રધાતુઓ તરીકે ઓળખાય છે.

આ પૈકીની 56 % Bi, 20 % Sn અને 24 % Pb ધરાવતી મિશ્રધાતુ પ્રવાહીમાંથી ઘનમાં ફેરવાતાં સૌથી વધુ કદ-પ્રસરણ દર્શાવે છે. તે એક જ સ્થાયી સમસ્થાનિક (પ.ભાર, 209) ધરાવે છે.

બિસ્મથના કેટલાક ભૌતિક ગુણધર્મો નીચે સારણીમાં દર્શાવ્યા છે.

બિસ્મથના કેટલાક ભૌતિક ગુણધર્મો

પરમાણુભાર		208.9804
પરમાણુક્રમાંક		83
ઇલેક્ટ્રૉનીયસંરચના		[Xe]5d106s26p3
સંયોજકતા		3.5
ગલનબિંદુ (° સે.)		271.3
ઉત્કલનબિંદુ (° સે.)		1560
ઘનતા	ઘન (20° સે.)	9.80
	પ્રવાહી (300° સે.)	10.03
પારમાણ્વિક કદ (ઘ.સેમી./ગ્રામ પરમાણુ)		21.3
કઠિનતા (બ્રિનીલ)		4થી 8
ઉષ્મીય ન્યૂટ્રૉન અવશોષણ આડછેદ (બાર્ન/પરમાણુ)		0.032  0.003
ચુંબકીય ગ્રહણશીલતા (સી.જી.એસ. એકમમાં)		–1.35 x 10–6
ઘનીભવન દરમિયાન કદમાં વધારો (%)		3.32

બિસ્મથની સ્થાયી ઉપચયન-અવસ્થા +3 છે, પણ અસ્થાયી રૂપે +5 પણ ધરાવે છે. સામાન્ય તાપમાને તેનો ચળકાટ ઝાંખો પડતો નથી; પરંતુ ગરમ કરતાં તેના પર ઑક્સાઇડનું  પડ ઉદભવે છે. રક્તોષ્ણ (red heat) તાપમાને તે હવામાં સળગીને પીળો Bi₂O₃ બનાવે છે. હાઇડ્રોક્લોરિક કે સલ્ફ્યુરિક ઍસિડ બિસ્મથ પર અસર કરતાં નથી; પરંતુ મંદ તથા જલદ નાઇટ્રિક ઍસિડમાં તે ઓગળે છે.

બિસ્મથના દ્રાવ્ય ક્લોરાઇડ કે દ્રાવ્ય નાઇટ્રેટમાં પાણી ઉમેરતાં અદ્રાવ્ય ઑક્સિક્લોરાઇડ કે ઑક્સિનાઇટ્રેટના અવક્ષેપ મળે છે.

BiCl₃ + H₂O ⇌ BiOCl + 2HCl

બિસ્મથનાં સલ્ફાઇડ હાઇડ્રાઇડ, ઑક્સાઇડ, ઑક્સિક્લોરાઇડ, ઑક્સિનાઇટ્રેટ અને બિસ્મુથેટ સંયોજનો જાણીતાં છે. બિસ્મુથેટ અત્યંત શક્તિશાળી ઉપચાયક છે. તે નીચે પ્રમાણે બનાવી શકાય છે :

Bi₂O₃ + 6NaOH + Cl₂ ⇌ 2NaBiO₃ + 4NaCl + 3H₂O

પૃથક્કરણ : ગુણાત્મક પૃથક્કરણમાં બિસ્મથનું હાઇડ્રોજન સલ્ફાઇડ વડે બિસ્મથ સલ્ફાઇડ તરીકે અવક્ષેપન કરવામાં આવે છે. અવક્ષેપને નાઇટ્રિક ઍસિડમાં ઓગાળી તેમાં બેઝ ઉમેરવાથી નવા અવક્ષેપ મળે છે. સોડિયમ સ્ટેનાઇટનું દ્રાવણ ઉમેરતાં ધાત્વિક બિસ્મથ આપે છે. ભારાત્મક પૃથક્કરણમાં બિસ્મથનું સલ્ફાઇડ અથવા ઑક્સિક્લોરાઇડ તરીકે અવક્ષેપન કરી તેનું વજન કરવામાં આવે છે. અથવા હાઇડ્રૉક્સાઇડ તરીકે તેનું અવક્ષેપન કરી ટ્રાઇઑક્સાઇડનું વજન કરવામાં આવે છે.

ઉપયોગો : બિસ્મથ ધાતુ તેના વિશિષ્ટ ગુણધર્મોને કારણે મિશ્રધાતુઓ બનાવવામાં વપરાય છે. નીચા (<100° સે.) ગલનબિંદુવાળી સંગલનીય મિશ્રધાતુઓનો ઉપયોગ ખાસ પ્રકારના સોલ્ડર, દાબિત વાયુના નળા માટેના સેફ્ટી પ્લગ, અગ્નિશમન પ્રણાલીઓ તથા પાણી ગરમ કરવાની સ્વયંસંચાલિત પ્રણાલીઓમાં થાય છે. ઘનીભવન દરમિયાન જે મિશ્રધાતુઓ કદમાં વધે છે તે ઢાળણ તથા ટાઇપ બનાવવા માટે વપરાય છે. બિસ્મથ અને મૅંગેનીઝની મિશ્રધાતુ શાશ્વત (permanent) ચુંબકો બનાવવા માટે ઉપયોગી છે. ઍલ્યુમિનિયમ, સ્ટેઇનલેસ સ્ટીલ અથવા લોખંડમાં બિસ્મથ ઉમેરવાથી આ ધાતુઓની યાંત્રિક ક્ષમતા વધે છે.

બિસ્મથના સેલિનિયમ અને ટેલુરિયમ સાથેનાં સંયોજનો – Bi₂Se₃ અને Bi₂Te₃ – પ્રશીતન માટે તાપ-વિદ્યુત-ઉપકરણ તરીકે વપરાય છે. બિસ્મથ ફૉસ્ફેમોલિબ્ડેટ પ્રોપીલીન અને એમોનિયાનું હવા વડે ઉપચયન કરી એક્રિલોનાઇટ્રાઇલ બનાવવા (સોહિયો વિધિમાં) ઉપયોગમાં લેવાય છે. બિસ્મથ ઑક્સિક્લોરાઇડ ઉપદંશ (syphilis) માટેની દવામાં તથા લિપસ્ટિક, નેઇલ-પૉલિશ જેવાં સૌંદર્ય-પ્રસાધનોમાં વપરાય છે. બિસ્મથ કાર્બોનેટનો ઉપયોગ પેટ અને આંતરડાંના રોગોમાં તથા પાચનતંત્રનો ઍક્સ-કિરણ ફોટોગ્રાફ લેવામાં થાય છે. બિસ્મથ ઑક્સિનાઇટ્રેટ મરડા અને કૉલેરાની દવા તરીકે અને પર્લવ્હાઇટ અથવા સ્પૅનિશ વ્હાઇટ નામે જાણીતા બિનઝેરી રંગની બનાવટમાં વપરાય છે. પ્લાસ્ટિક તથા મિથેનૉલ બનાવવા માટે પણ બિસ્મથ રસાયણો વપરાય છે.

ચિત્રા સુરેન્દ્ર દેસાઈ