Oxyde de bismuth(III)

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Oxyde de Bismuth(III)
Photo d'oxyde de bismuth
Structure de l'oxyde de bismuth
Identification
Nom UICPA Oxyde de bismuth(III)
Trioxyde de bismuth
Synonymes

Bismite
Sesquioxyde de bismuth

No CAS 1304-76-3
No EINECS 215-134-7
Apparence cristaux jaunes
poudre
Propriétés chimiques
Formule brute Bi2O3
Masse molaire[1] 465,959 ± 0,0009 g/mol
Bi 89,7 %, O 10,3 %,
Susceptibilité magnétique -83,0.10-6 cm3/mol
Propriétés physiques
fusion 817 °C
ébullition 1 890 °C
Solubilité insoluble dans l'eau
soluble en milieu acide
Masse volumique 8 900 kg·m-3
Point d’éclair non inflammable
Cristallographie
Système cristallin monoclinique, mP20, groupe spatiale P21/c (No 14)
Précautions
NFPA 704

Symbole NFPA 704

 
Directive 67/548/EEC

Écotoxicologie
Seuil de l’odorat inodore
Composés apparentés
Autres cations oxyde d'arsenic(III)
oxyde d'anitmoine(III)
Autres anions trisulfure de bismuth
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

L'oxyde de bismuth(III) est un composé inorganique du bismuth et de l'oxygène, de formule Bi2O3. Sans doute le composé du bismuth le plus important industriellement, il est souvent un point de départ pour la chimie du bismuth. On le trouve naturellement sous forme de minerai de bismite (monoclinique), mais il est généralement obtenu comme sous produit de la fonte du cuivre et de minerai de plomb. L'oxyde de bismuth(III) est communément utilisé pour produire des feux d'artifices à la place d'oxyde de plomb Page d'aide sur l'homonymie.

Structure[modifier | modifier le code]

Existence de domaine pour les quatre polymorphismes du Bi2O en fonction de la température. (a) La phase α se transforme en la phase δ quand on chauffe jusqu'à 727 °C, et garde cette structure jusqu'au point de fusion à 824 °C. Quand elle est refroidie, la phase δ se transforme soit en la phase β à 650 °C, (b), ou en la phase γ à 639 °C, (c). La phase β se transforme en la phase α à 303 °C.la phase γ peu persister jusqu'à température ambiante quand le refroidissement est très lent, sinon elle se transforme en phase α à 500 °C[2].

Les structures prises par l'oxyde de bismuth(III) diffèrent considérablement de celle de l'oxyde d'arsenic(III) As2O3, et de l'oxyde d'antimoine(III) Sb2O3[2].

L'oxyde de bismuth(III) possède 5 polymorphismes cristallographiques. À température ambiante, la phase α-Bi2O3 à une structure cristalline monoclinique. Il a trois phases à haute température, une phase β-tétragonale, une γ-phase cubique et une phase ε. La phase à température ambiante α-Bi2O3 à une structure complexe avec des couches d'atomes d'oxygènes et des couches d'atomes de bismuth intercalés entre. Les atomes de bismuth sont donc dans deux environnements différents qui peuvent être décrits par une coordinence de 5 ou 6[3].

β-Bi2O3 à la même structure que la fluorite[2].

γ-Bi2O3 à la même structure que Bi12SiO20, ou une fraction des atomes de bismuth occupe la position des atomes de Si, et pourrait être écrit Bi12Bi0,8O19,2[4].

δ- Bi2O3 a une structure du même type que la fluorite, dans laquelle deux des huit sites occupés par l'oxygène sont ici vacants[5].

ε-Bi2O3 a une structure semblable à celle des phases α et β, mais comme la structure est totalement ordonnée c'est un isolateur ionique. il peut être préparé par des moyens hydrothermiques et transformé en phase α à 400 °C[4].

La phase monoclinique α se transforme en la phase cubique δ quand on chauffe jusqu'à 729 °C, puis reste sous cette forme jusqu'à atteindre le point de fusion à 834 °C. le comportement lors du refroidissement de la phase δ est plus complexe, avec la possibilité de formation de deux phases intermédiaires métastables : la phase tétragonale β ou la phase cubique centrée γ. La phase γ peut exister à température ambiante, mais si l'on procède par refroidissement très lent depuis la phase δ. La phase α se forme toujours lorsqu'on refroidi la phase β. Même si elle est formée par chauffage, on revient à la phase α lorsque la température redescend en dessous de 727 °C. δ-Bi2O3 peut être directement formé par électrodéposition et reste relativement stable à température ambiante, dans une électrolyte avec des composés bismuthés et riches en soude Page d'aide sur l'homonymie ou en potasse Page d'aide sur l'homonymie, et a donc un pH proche de 14.

Préparation[modifier | modifier le code]

L'oxyde de bismuth(III) est commercialement formée à partir d'oxynitrate de bismuth. Ce dernier est produit en dissolvant du bismuth dans de l'acide nitrique chaud. Un ajout en excès de soude Page d'aide sur l'homonymie suivi par un chauffage jusqu'à précipitation de l'oxyde de bismuth(III) sous forme de poudre jaune. L'oxyde de bismuth(III) peut aussi être préparer par ignition de l'hydroxyde de bismuth.

Réactions[modifier | modifier le code]

L'oxydation avec le persulfate d'ammonium, et la dilution avec de la soude caustique donne l'oxyde de bismuth(IV). Ce même produit peut être obtenu en utilisant un autre agent oxydant tel que le ferricyanure de potassium dans une solution de potasse caustique concentrée.
L'électrolyse de l'oxyde de bismuth(III) dans une solution chaude d'alcali concentrés donne un précipité rouge d'oxyde de bismuth(V). L'oxyde de bismuth(III) réagit avec des acides minéraux pour donner les sels de bismuth(III) correspondants. La réaction avec l'anhydride acétique et l'acide oléique donne du trioléate de bismuth.

Notes et Références[modifier | modifier le code]

  1. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  2. a, b et c Wells, A.F. (1984) Structural Inorganic Chemistry. 5th. London, England: Oxford University Press. p. 890 (ISBN 0-19-855370-6)
  3. (en) Gunnar Malmros, Liv Fernholt, C. J. Ballhausen, Ulf Ragnarsson, S. E. Rasmussen, Erling Sunde et Nils Andreas Sørensen, « The Crystal Structure of alpha-Bi2O2 », Acta Chemica Scandinavica, vol. 24,‎ , p. 384–96 (DOI 10.3891/acta.chem.scand.24-0384)
  4. a et b (en) S. F. Radaev, V. I. Simonov et Yu. F. Kargin, « Structural features of γ-phase Bi2O3 and its place in the sillenite family », Acta Crystallographica Section B Structural Science, vol. 48, no 5,‎ , p. 604–9 (DOI 10.1107/S0108768192003847)
  5. (en) H. A. Harwig, « On the Structure of Bismuthsesquioxide: The α, β, γ, and δ-phase », Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie, vol. 444,‎ , p. 151–66 (DOI 10.1002/zaac.19784440118)