Bismutin (BiH3) – bismuthydridens definition och egenskaper

Upptäck bismutin (BiH3): definition, struktur, kemiska egenskaper, reaktivitet och potentiella användningsområden.

Bismutin, även känt som bismutan, bismuthydrid och vätebismutid, är en kemisk förening med formeln BiH₃. Föreningen innehåller bismut- och hydridjoner och bismut förekommer i oxidationstillståndet +3 i denna förening. BiH₃ är emellertid mycket ovanlig och instabil — den har bara observerats i spårmängder eller i matrisisolerade tillstånd vid mycket låga temperaturer och kan inte lätt isoleras som en stabil substans i rumstemperatur.

Egenskaper

BiH₃ förväntas vara en färglös gas under förhållanden där den kan existera fysiskt. Den molmassa som motsvarar BiH₃ är ungefär 212 g·mol⁻¹ (Bi ≈ 208,98 + 3 × H ≈ 1,01). Molekylgeometrin liknar andra pniktogenhydrider och beskrivs som trigonal pyramidisk med ett fritt elektronpar på bismutatomen. Bindvinkeln Bi–H–Bi är betydligt mindre än i lättare hydrider (t.ex. NH₃), vilket delvis förklaras av tyngre atomers elektroniska och relativistiska effekter.

Struktur och bindningar

BiH₃ är i grunden en kovalent förening med polära bindsituationer mellan den elektronegativa väteatomen och den mindre elektronegativa bismutatomen. Den ensamma elektronparens närvaro på Bi ger molekylen dess pyramidiska form. På grund av bismuts stora atomradie och det så kallade inert pair effect är stabiliteten hos Bi–H-bindningarna svagare än motsvarande bindningar i lättare pniktogener (N, P, As), vilket bidrar till hydridens instabilitet.

Framställning och upptäckt

BiH₃ framställs inte i vanligt laboratorium i isolerad form. Den har rapporterats bildas i mycket låga koncentrationer i vissa reducerande reaktioner av Bi(III)-föreningar under kontrollerade och ofta kryogena villkor, och den har studerats med spektroskopiska tekniker (t.ex. matrix-isolation IR, mikrovågsspektroskopi). På grund av snabb dekomposition till elementärt bismut och väte är preparativa synteser i bulk inte praktiska.

Kemisk reaktivitet och stabilitet

BiH₃ är kemiskt mycket reaktiv och benägen att dekomponera till metalliskt bismut (Bi) och väte (H₂). Den är ett starkt reduktionsmedel i den mån den kan genereras, och den reagerar lätt med oxidationsmedel. Kontakt med syror, baser eller vatten leder inte till någon praktisk, stabil lösning eftersom föreningen snabbt bryts ned under vanliga förhållanden.

Säkerhet

Även om elementärt bismut i många former har låg toxisitet jämfört med andra tunga metaller, ska BiH₃ hanteras som en potentiellt farlig substans. Den är mycket instabil, kan vara giftig i spår mängder och kan sönderfalla våldsamt eller reagera okontrollerat om den inte är extremt förtrolig. Därför ska experiment med BiH₃ endast utföras av specialiserade laboratorier med lämplig utrustning och säkerhetsrutiner.

Användning och betydelse

BiH₃ har i praktiken inga industriella tillämpningar på grund av sin instabilitet. Intresset är främst akademiskt och spektralt — studier av BiH₃ ger information om bindningskaraktär i tunga pniktogenhydider, trender inom grupp 15 i det periodiska systemet och effekter som relativistiska korrektioner och inert pair-fenomenet.

Jämförelse med andra pniktogenhydrider

• NH₃ (ammoniak) är stabil och vanligt förekommande gas; P- och As-hydrider (t.ex. PH₃, AsH₃) är stabila under mer normala förhållanden men kan vara giftiga.
• SbH₃ (stibin) och BiH₃ blir gradvis mindre stabila nedåt i gruppen; BiH₃ är den mest svårframställda och minst stabila av dessa.

Sammanfattningsvis är bismutin (BiH₃) en teoretiskt och spektroskopiskt intressant men praktiskt sett mycket instabil och svårhanterlig förening som endast förekommer i specialiserade experimentella sammanhang.

Sök med bokstav