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OXYDE DE BISMUTH

Oxyde de bismuth est un composé du bismuth et constitue un point de départ courant pour la chimie du bismuth. On le trouve naturellement sous forme de bismite minérale (monoclinique) et de sphaérobismoïte (tétragonale, beaucoup plus rare), mais il est généralement obtenu comme sous-produit de la fusion de minerais de cuivre et de plomb. Le trioxyde de dibismuth est couramment utilisé pour produire l'effet « œufs de dragon » dans les feux d'artifice, en remplacement du plomb rouge.

Numéro CAS : 1304-76-3
Numéro CE : 215-134-7
Nom IUPAC : Trioxyde de bismuth
Formule moléculaire : Bi2O3

Autres noms : oxyde de bismuth (III), NCGC00166095-01, jaune de bismuth, trioxyde de dibismuth, sesquioxyde de bismuth, oxyde de bismuth, oxyde de bismuth Wimut (III), oxyde de bismuth (3+), oxyde de bismuth (BiO1.5), bismuth sesquioxyde (Bi2O3), oxo(oxobismuthanyloxy)bismuthane, EINECS 215-134-7, oxyde de bismuth(cento), CI 77160, DSSTox_CID_26537, DSSTox_RID_81701, DSSTox_GSID_46537, DTXSID8046537, oxyde de bismuth(III), %, oxyde de bismuth( cento), 99,999%, oxyde de bismuth(III), pa, 98%, Tox21_112312, AKOS015903964, CAS-1304-76-3, EC 215-134-7, Q252536, oxyde de bismuth(III)Trioxyde de bismuth, oxyde de bismuth (III) NanoArc ? BI-7300, oxyde d'alpha-bismuth (Iii) hautement pur, trioxyde de bismuth, Bi2-O3, bismite, oxyde de bismuth (Bi2O3), sesquioxyde de bismuth, jaune de bismuth, oxyde de bismuth, oxyde de bismuth, bismuthoxyde (bi2o3), BISMUTHOXIDE, 99,999 %, bismuthsesquioxyde, jaune de bismuth, CI 77160, OXYDE DE BISMUTH extrapure, ci77160, Trioxyde de dibismuth, trioxyde de dibismuth, Fleurs de bismuth, Poudre jaune d'oxyde de bismuth, OXYDE DE BISMUTH(III), OXYDE DE BISMUTH(III) V, OXYDE DE BISMUTH(+3), OXYDE DE BISMUTH, TRIOXYDE DE BISMUTH

L'oxyde de bismuth est une source de bismuth hautement insoluble, thermiquement stable, adaptée aux applications en verre, optique et céramique.
L'oxyde de bismuth se trouve naturellement sous forme de bismite et de sphaérobismoite, mais peut également être obtenu comme sous-produit de la fusion de minerais de cuivre et de plomb.
L’oxyde de bismuth est le composé du bismuth le plus vital sur le plan industriel.
Les composés d'oxyde ne sont pas conducteurs de l'électricité.

Cependant, certains oxydes structurés en pérovskite sont conducteurs électroniques et trouvent une application dans la cathode des piles à combustible à oxyde solide et des systèmes de génération d'oxygène.
Ce sont des composés contenant au moins un anion oxygène et un cation métallique.

Ils sont généralement insolubles dans les solutions aqueuses (eau) et extrêmement stables, ce qui les rend utiles dans les structures céramiques aussi simples que la production de bols en argile pour l'électronique avancée et dans les composants structurels légers dans les applications aérospatiales et électrochimiques telles que les piles à combustible dans lesquelles ils présentent une haute pureté ionique. (99,999 %) Conductivité de la poudre d'oxyde de bismuth (Bi2O3).

Les composés d'oxydes métalliques sont des anhydrides basiques et peuvent donc réagir avec des acides et avec des agents réducteurs puissants dans les réactions redox.
L'oxyde de bismuth est également disponible sous forme de granulés, de morceaux, de poudres, de cibles de pulvérisation, de comprimés et de nanopoudres.

L'oxyde de bismuth est généralement disponible en différentes concentrations.
Des exigences d’emballage spéciales sont disponibles sur demande.
L'oxyde de bismuth est stocké dans son emballage d'origine et dans les conditions mentionnées sur la fiche de données de sécurité (FDS).

Apparence
L'oxyde de bismuth est une poudre jaune inodore caractérisée par des cristaux en forme de losange.
Solubilité
L'oxyde de bismuth est insoluble dans l'eau mais soluble dans le fluorure d'hydrogène (HF) et l'acide nitrique (HNO3).

Les usages:
L'oxyde de bismuth est l'un des composés de bismuth largement répandus dans l'industrie.
Le minerai de bismite est la matière première à partir de laquelle il est produit.
Le trioxyde de bismuth est une matière première pour le secteur de la céramique, du verre et de l'électrotechnique.

Classification
Demander la fiche de données de sécurité (FDS) et se référer aux points 4, 5, 6, 8, 10,13, 14, 15.
Les spécifications techniques sont fournies sur demande selon l'application.

Sécurité
Demander la fiche de données de sécurité (FDS) et se référer aux points 4, 5, 6, 7, 8, 10, 13.

Caractéristiques
Les spécifications techniques sont fournies sur demande selon l'application : l'oxyde de bismuth est stocké dans son emballage d'origine et dans les conditions mentionnées sur la fiche de données de sécurité (FDS).

Propriétés chimiques
L'oxyde de bismuth est le composé produit en chauffant le métal, ou son carbonate, dans l'air.
L'oxyde de bismuth est définitivement un oxyde basique, se dissolvant facilement dans les solutions acides et, contrairement aux composés d'arsenic ou d'antimoine, non amphiprotique en solution, bien qu'il forme des composés d'addition stoechiométriques en chauffant avec des oxydes d'un certain nombre d'autres métaux.
L'oxyde de bismuth existe en trois modifications, rhomboédrique blanc, rhomboédrique jaune et cubique gris-noir. L'oxyde de bismuth (II), BiO, a été produit en chauffant l'oxalate basique.

Propriétés physiques
Cristal ou poudre monoclinique jaune ; densité 8,90 g/cm3 ; fond à 817°C ; se vaporise à 1 890°C ; insoluble dans l'eau; soluble dans les acides.

Occurrence
L'oxyde de bismuth se présente dans la nature sous forme de bismite minérale.
L'oxyde est utilisé dans l'ignifugation des papiers et des polymères ; en céramique de fonte émaillée; et dans les désinfectants.

Masse molaire : 465,958 g
Aspect : cristaux ou poudre jaunes
Odeur : inodore
Densité : 8,90 g/cm3, solide

Point de fusion : 817 °C
Point d'ébullition : 1 890 °C
Solubilité dans l'eau : insoluble
Solubilité : soluble dans les acides

Nombre d'accepteurs de liaison hydrogène : 3
Masse exacte : 465,94554 g/mol
Masse monoisotopique : 465,94554 g/mol
Surface polaire topologique : 43,4 Å²

Nombre d'atomes lourds : 5
Complexité : 34,2
Nombre d'unités liées de manière covalente : 1
Le composé est canonisé : oui

Les usages:
L'oxyde de bismuth est utilisé dans la préparation de nanoparticules BiFeO3perovskite.
L'oxyde de bismuth est utilisé dans les désinfectants, les aimants, le verre, le caoutchouc, la vulcanisation, les papiers ignifuges, les polymères et les catalyseurs.
L'oxyde de bismuth provoque l'effet "œufs de dragon" dans les feux d'artifice, en remplacement du plomb rouge.

Les composés d'oxyde de bismuth sont des réactifs et des catalyseurs attrayants en synthèse organique en raison de leur faible coût et de leur facilité de manipulation.
Les nanoparticules d'oxyde de bismuth jouent également un rôle important dans les générateurs de gaz à haute énergie.
La forme cristalline alpha de l’oxyde de bismuth a une conductivité électronique de type p.
Dans les désinfectants, les aimants, le verre, la vulcanisation du caoutchouc ; dans l'ignifugation des papiers et polymères ; dans les catalyseurs.

Préparation
Le trioxyde de bismuth est fabriqué commercialement à partir de sous-nitrate de bismuth.
Ce dernier est produit en dissolvant le bismuth dans de l'acide nitrique chaud.
L'ajout d'un excès d'hydroxyde de sodium suivi d'un chauffage continu du mélange précipite le trioxyde de bismuth sous la forme d'une poudre jaune épaisse.
Le trioxyde peut également être préparé par allumage de l'hydroxyde de bismuth.

Description générale
L'oxyde de bismuth est une poudre cristalline monoclinique jaune.
L'oxyde de bismuth est insoluble dans l'eau et les solutions d'hydroxyde mais se dissout dans les acides pour former des sels de bismuth (III).
L'oxyde de bismuth peut être préparé en chauffant le bismuth dans l'air ou en chauffant des hydroxydes, des carbonates ou des nitrates de bismuth.

L'oxyde de bismuth est le composé industriel le plus important du bismuth et constitue un point de départ pour la chimie du bismuth.
L'oxyde de bismuth se trouve naturellement sous forme de bismite minérale, mais il est généralement obtenu comme sous-produit de la fusion de minerais de cuivre et de plomb.
L'oxyde de bismuth peut également être préparé en brûlant du bismuth métallique dans l'air.
L'oxyde de bismuth est couramment utilisé pour produire l'effet « œufs de dragon » dans les feux d'artifice, en remplacement du plomb rouge.

L'oxyde de bismuth a suscité un intérêt en tant que matériau pour les piles à combustible à oxyde solide ou SOFC, car il s'agit d'un conducteur ionique, c'est-à-dire que les atomes d'oxygène le traversent facilement.
Oxyde de bismuth pur, Bi2O3 possède quatre polymorphes cristallographiques.
L'oxyde de bismuth a une structure cristalline monoclinique, appelée α-Bi2O3, à température ambiante.
Celui-ci se transforme en structure cristalline cubique de type fluorite, δ-Bi2O3, lorsqu'il est chauffé au-dessus de 727°C, qui reste la structure jusqu'à ce que le point de fusion, 824°C, soit atteint.

Le comportement du Bi2O3 au refroidissement à partir de la phase δ est plus complexe, avec la formation possible de deux phases métastables intermédiaires ; la phase β tétragonale ou la phase γ cubique centrée sur le corps.
La phase γ peut exister à température ambiante avec des vitesses de refroidissement très lentes, mais du α-Bi2O3 se forme toujours lors du refroidissement de la phase β.

δ-Bi2O3 a la conductivité rapportée la plus élevée.
À 750 °C, la conductivité du δ-Bi2O3 est généralement d'environ 1 Scm-1, environ trois ordres de grandeur supérieure à celle des phases intermédiaires et quatre ordres supérieure à celle de la phase monoclinique.
La conductivité dans les phases β, γ et δ est principalement ionique, les ions oxydes étant les principaux porteurs de charge.

La phase α présente une conductivité électronique de type p (la charge est portée par des trous positifs) à température ambiante qui se transforme en conductivité de type n (la charge est portée par des électrons) entre 550°C et 650°C, en fonction de la teneur en oxygène. pression.
L'oxyde de bismuth ne convient donc pas aux applications électrolytiques.

δ-Bi2O3 a une structure cristalline défectueuse de type fluorite dans laquelle deux des huit sites d'oxygène dans la cellule unitaire sont vacants. Ces lacunes intrinsèques sont très mobiles en raison de la forte polarisabilité du sous-réseau de cations avec les électrons isolés 6s2 de Bi3+.
Les liaisons Bi-O ont un caractère de liaison covalente et sont donc plus faibles que les liaisons purement ioniques, de sorte que les ions oxygène peuvent sauter plus librement dans les lacunes.

La disposition des atomes d’oxygène dans la maille unitaire du δ-Bi2O3 a fait l’objet de nombreux débats dans le passé.
Trois modèles différents ont été proposés.
Sillen (1937) a utilisé la diffraction des rayons X sur poudre sur des échantillons trempés et a rapporté que la structure du Bi2O3 était une simple phase cubique avec des lacunes en oxygène ordonnées le long de la diagonale du corps cubique.

Gattow et Schroder (1962) ont rejeté ce modèle, préférant décrire chaque site d'oxygène dans la cellule unitaire comme étant occupé à 75 %.
En d’autres termes, les six atomes d’oxygène sont répartis de manière aléatoire sur les huit sites d’oxygène possibles dans la maille unitaire.
Actuellement, la plupart des experts semblent privilégier cette dernière description, car un sous-réseau d’oxygène complètement désordonné explique mieux la conductivité élevée.

Willis (1965) a utilisé la diffraction des neutrons pour étudier le système fluorine (CaF2).
Il a déterminé qu'il ne pouvait pas être décrit par la structure cristalline idéale du fluorite, mais que les atomes de fluor étaient plutôt déplacés des positions régulières 8c vers les centres des positions interstitielles.
Shuk et coll. (1996) et Sammes et al. (1999) suggèrent qu'en raison du degré élevé de désordre dans δ-Bi2O3, le modèle Willis pourrait également être utilisé pour décrire sa structure.

Outre les propriétés électriques, les propriétés de dilatation thermique sont très importantes lorsqu’on considère les applications possibles des électrolytes solides.
Des coefficients de dilatation thermique élevés représentent de grandes variations dimensionnelles sous chauffage et refroidissement qui limiteraient les performances d'un électrolyte.
La transition du δ-Bi2O3 à haute température au β-Bi2O3 intermédiaire s'accompagne d'un changement de volume important et par conséquent d'une détérioration des propriétés mécaniques du matériau.
Ceci, combiné à la plage de stabilité très étroite de la phase δ (727-824°C), a conduit à des études sur sa stabilisation à température ambiante.

Bi2O3 forme facilement des solutions solides avec de nombreux autres oxydes métalliques.
Ces systèmes dopés présentent un ensemble complexe de structures et de propriétés dépendant du type de dopant, de la concentration en dopant et de l'historique thermique de l'échantillon.
Les systèmes les plus étudiés sont ceux impliquant des oxydes de métaux des terres rares, Ln2O3, dont l'yttria, Y2O3.
Les cations des métaux des terres rares sont généralement très stables, ont des propriétés chimiques similaires et sont de taille similaire à celle du Bi3+, qui a un rayon de 1,03 Å, ce qui en fait tous d'excellents dopants.
De plus, leurs rayons ioniques diminuent assez uniformément de La3+ (1,032 Å), en passant par Nd3+, (0,983 Å), Gd3+, (0,938 Å), Dy3+, (0,912 Å) et Er3+, (0,89 Å), jusqu'à Lu3+, (0,861 Å). ) (connue sous le nom de « contraction des lanthanides »), ce qui les rend utiles pour étudier l'effet de la taille du dopant sur la stabilité des phases Bi2O3.

La préparation de nouvelles phases de vanadate de bismuth stabilisées, conductrices d'ions oxydes, par une méthode assistée par micro-ondes, à partir de V2O5, Bi2O3 et d'autres oxydes solides, a été rapportée.
Ces céramiques sont prometteuses dans les piles à combustible à oxyde solide, les électrolyseurs à vapeur d'eau et les capteurs d'oxygène.

Les films minces d'oxyde de bismuth s'avèrent toujours attractifs tant pour les scientifiques que pour les ingénieurs en raison de leur comportement semi-conducteur, de leur large bande interdite d'énergie et de leur indice de réfraction élevé, malgré leur structure souvent complexe, à la fois polymorphe et polycristalline.
Nous présentons ici un résumé et une comparaison des propriétés morpho-structurales et optiques de tels films préparés par trois techniques de dépôt physique en phase vapeur (PVD) sur plusieurs types de substrats conservés à différentes températures.

Le dépôt thermique en phase vapeur, l'oxydation thermique dans l'air et le dépôt laser pulsé sont discutés comme méthodes PVD largement utilisées.
Il est prouvé que les propriétés physiques des films minces d'oxyde de bismuth peuvent être adaptées en modifiant la nature du substrat et sa température pendant le processus de dépôt d'une manière encore plus pertinente que la méthode de dépôt choisie.

Ainsi, des films minces d'oxyde de bismuth avec des bandes interdites d'énergie allant de l'infrarouge jusqu'au proche ultraviolet peuvent être obtenus, en fonction de leur structure et de leur morphologie.
Un indice de réfraction élevé des films peut également être atteint pour des plages spectrales spécifiques.
Déposés sur certains substrats conducteurs, les films présentent une résistance électrique bien moindre et deviennent même sensibles à la vapeur d'eau.
Par conséquent, la détection de l’humidité et les applications optoélectroniques des films minces d’oxyde de bismuth analysés peuvent être facilement trouvées et utilisées à la fois en science et en technologie.

L'oxyde de bismuth, également connu sous le nom de bismite et de trioxyde de bismuth, est un composé chimique.
Sa formule chimique est Bi2O3.
L'oxyde de bismuth contient des ions bismuth et oxyde.
Le bismuth est dans son état d'oxydation +3.

Propriétés
L'oxyde de bismuth est un solide jaune pâle.
L'oxyde de bismuth ne se dissout pas dans l'eau.
L'oxyde de bismuth se dissout dans les acides pour produire d'autres sels de bismuth (III).
Lorsqu’il est électrolysé, il produit un solide rouge vif, l’oxyde de bismuth (V).
L'oxyde de bismuth possède plusieurs structures cristallines différentes qui ont été étudiées.
L'oxyde de bismuth réagit avec les oxydes de métaux des terres rares et les produits sont étudiés.

Occurrence
La bismite est la forme minérale de l'oxyde de bismuth.
L'oxyde de bismuth est un minerai de bismuth.
Sa dureté Mohs est de 4,5 à 5 et sa densité est assez élevée, autour de 8 ou 9.
L'oxyde de bismuth est produit lorsque la bismuthinite est oxydée.
L'oxyde de bismuth a été découvert pour la première fois au Nevada en 1868.

Préparation
L'oxyde de bismuth peut être fabriqué en faisant réagir de l'hydroxyde de sodium avec un sel de bismuth tel que le chlorure de bismuth.
L'oxyde de bismuth peut également être fabriqué en allumant du métal de bismuth en poudre.
Une autre façon de le préparer consiste à faire réagir le nitrate de bismuth (obtenu en dissolvant le bismuth dans de l'acide nitrique) avec de l'hydroxyde de sodium concentré.

Les usages:
L'oxyde de bismuth est utilisé en pyrotechnie pour fabriquer des feux d'artifice qui brûlent avec un effet appelé « œufs de dragon ».
L'oxyde de plomb (II, IV) était utilisé à cet effet dans le passé, mais il est désormais considéré comme trop toxique à utiliser.
L'oxyde de bismuth est également utilisé dans la recherche et la fabrication d'autres composés de bismuth.

Propriétés
Chimique
Comme d’autres oxydes, lors de l’ajout d’un acide, du sel de bismuth et de l’eau se forment.
L'oxyde de bismuth est donc un point de départ utile dans la création de composés de bismuth tels que le nitrate de bismuth.

Il existe un ion bismuthate et c'est un oxydant très puissant, capable d'oxyder les chromates et les manganates.
L'oxyde de bismuth peut être produit à partir du trioxyde de bismuth par chauffage avec un hydroxyde alcalin fondu.

Sa réaction avec les poudres de magnésium et d'aluminium est exceptionnellement violente pour une thermite, et va exploser en raison de la densité de l'oxyde et de la faible réactivité du bismuth, réaction similaire à l'oxyde de cuivre(II).
Ce n’est donc pas une manière viable de produire du métal à partir de l’oxyde, car tout métal produit est vaporisé.

Les mélanges pyrotechniques de magnésium et de trioxyde de bismuth sont étiquetés « œufs de dragon », où les pastilles sont conçues pour exploser après une courte période de combustion.
L'oxyde de bismuth fondu est un oxydant extrêmement puissant qui peut dissoudre le platine.

Physique
Solide jaune qui peut apparaître avec une légère teinte verte dans les échantillons impurs, le Bi2O3 est remarquablement dense.

Disponibilité
Les fournitures pyrotechniques vendront très probablement du Bi2O3.
L'oxyde de bismuth n'a aucune restriction d'expédition, donc l'oxyde de qualité pyrotechnique peut être trouvé en ligne à un prix raisonnable, et il est souvent relativement pur.

Préparation
Brûler du bismuth métallique au chalumeau est une manière incontrôlée de produire du Bi2O3, et une grande partie s'échappe s'il n'existe pas une bonne méthode pour le capturer au fur et à mesure de sa création.

L'oxyde de bismuth a la formule chimique Bi2O3 qui est un solide jaune avec un point de fusion de 825°C.
Ce matériau présente des polymorphes alpha (pseudo-orthorombique > 729 °C), bêta (orthorombique 650-729 °C), gamma (629-650 °C bcc) et delta (<629 °C cubique).
Bi2O3 possède d'excellentes propriétés optiques et électriques telles qu'une large bande interdite, un indice de réfraction élevé, une permittivité diélectrique élevée et une photoconductivité élevée.
Le Bi2O3 peut être produit à partir d'hydroxyde de bismuth, de carbonate de bismuth et de nitrate de bismuth.

L'oxyde de bismuth peut être utilisé dans les dispositifs médicaux (traitements dentaires, etc.), les piles à combustible à oxyde solide (SOFC), les applications biomédicales (imagerie du cancer), l'industrie du verre comme colorant, l'électrocéramique (ferroélectrique sans plomb) et les supraconducteurs. Le Bi2O3 est une matière première clé pour les piézocéramiques sans plomb à base de titanate de sodium et de bismuth, qui sont des alternatives aux piézocéramiques toxiques à base de plomb.

Le Bi2O3 est également une matière première importante pour les ferroélectriques à structure en couche de bismuth (BLSF) qui ont des températures de Curie élevées (généralement supérieures à 500 °C).
Na0.5Bi0.5TiO3, K0.5Bi0.5TiO3, Bi4TiO3, BaBi4T4O15, Bi3TiNO9 (N=Nb,Ta) sont des exemples de ferroélectriques à base de bismuth.

L'activité photocatalytique de l'oxyde de bismuth est une autre propriété importante pour les applications de traitement de l'eau.
L'oxyde de bismuth montre que les nanoparticules d'oxyde de bismuth (taille moyenne des particules est de 20 nm) ont une efficacité élevée pour la dégradation et la minéralisation de l'atrazine dans l'eau*.
(*Sudrajat, H., Sujaridworakun, P., « Corrélation entre la taille des particules des nanoparticules de Bi2O3 et leur activité photocatalytique pour la dégradation et la minéralisation de l'atrazine », Journal of Molecular Liquids, 242,2017) Les particules de nano Bi2O3 peuvent être synthétisées par sol- méthode du gel.
Le contrôle de la taille des particules est disponible avec cette voie pour des températures de synthèse variables.

La production de Bi2O3 commence généralement par le bismuth métallique.
Trois méthodes commerciales sont disponibles pour produire de l'oxyde de bismuth.
Dans la première technique, poudre de bismuth métallique dissoute dans l'acide nitrique, un processus de chauffage est ensuite appliqué pour la calcination du nitrate de bismuth.
La deuxième technique est similaire à la méthode de calcination.
La neutralisation est ajoutée avec de la soude caustique et de l'oxyde de bismuth de pureté 5N+ peut être produit par cette technique.

La méthode commerciale finale est la calcination directe du bismuth métallique pour permettre la formation d'oxyde de bismuth. Des matières premières de haute qualité doivent être utilisées pour produire de l’oxyde de bismuth de haute pureté.
Ces matières premières et produits sont analysés par spectrométrie d'émission optique à plasma à couplage inductif (ICP-OES), fluorescence des rayons X (XRF), spectrométrie à dispersion d'énergie (EDX) et spectrométrie de masse à décharge luminescente (GDMS). La spectrométrie de masse à décharge luminescente permet l’analyse directe d’échantillons solides de haute pureté.

L’oxyde de bismuth est peut-être le composé du bismuth le plus important sur le plan industriel.
L'oxyde de bismuth est également un point de départ courant pour la chimie du bismuth.
L'oxyde de bismuth se trouve naturellement sous forme de bismite minérale (monoclinique) et de sphaérobismoite (tétragonale, beaucoup plus rare), mais il est généralement obtenu comme sous-produit de la fusion de minerais de cuivre et de plomb.
Le trioxyde de dibismuth est couramment utilisé pour produire l'effet « œufs de dragon » dans les feux d'artifice, en remplacement du plomb rouge.

Domaines d'existence des quatre polymorphes de Bi2O3 en fonction de la température. (a) La phase α se transforme en phase δ lorsqu'elle est chauffée au-dessus de 727 °C, qui reste la structure jusqu'à ce que le point de fusion, 824 °C, soit atteint.
Une fois refroidie, la phase δ se transforme soit en phase β à 650 °C, illustrée en (b), soit en phase γ à 639 °C, illustrée en (c).

La phase β se transforme en phase α à 303 °C.
La phase γ peut persister jusqu'à température ambiante lorsque la vitesse de refroidissement est très lente, sinon elle se transforme en phase α à 500 °C.
L'oxyde de bismuth, Bi2O3, possède cinq polymorphes cristallographiques.
La phase à température ambiante, α-Bi2O3, a une structure cristalline monoclinique.
Il existe trois phases à haute température, une phase β tétragonale, une phase γ cubique centrée sur le corps, une phase δ-Bi2O3 cubique et une phase ε.

La phase α à température ambiante a une structure complexe avec des couches d’atomes d’oxygène séparées par des couches d’atomes de bismuth.
Les atomes de bismuth se trouvent dans deux environnements différents qui peuvent être décrits respectivement comme des coordonnées déformées 6 et 5.

Le β-Bi2O3 a une structure liée à la fluorite.
γ-Bi2O3 a une structure liée à celle de Bi12SiO20 (sillenite), où une fraction des atomes de Bi occupe la position occupée par Si, et peut s'écrire Bi12Bi0.8O19.2.

δ-Bi2O3 a une structure cristalline défectueuse de type fluorite dans laquelle deux des huit sites d'oxygène dans la cellule unitaire sont vacants.
ε-Bi2O3 a une structure liée aux phases α et β, mais comme la structure est entièrement ordonnée, c'est un isolant ionique.
L'oxyde de bismuth peut être préparé par des moyens hydrothermaux et se transforme en phase α à 400 °C.

La phase α monoclinique se transforme en δ-Bi2O3 cubique lorsqu'elle est chauffée au-dessus de 729 °C, qui reste la structure jusqu'à ce que le point de fusion, 824 °C, soit atteint.
Le comportement du Bi2O3 au refroidissement à partir de la phase δ est plus complexe, avec la formation possible de deux phases métastables intermédiaires ; la phase β tétragonale ou la phase γ cubique centrée sur le corps.
La phase γ peut exister à température ambiante avec des vitesses de refroidissement très lentes, mais du α-Bi2O3 se forme toujours lors du refroidissement de la phase β.

Même si formé par la chaleur, il redevient α-Bi2O3 lorsque la température redescend en dessous de 727 °C, le δ-Bi2O3 peut être formé directement par électrodéposition et rester relativement stable à température ambiante, dans un électrolyte de composés de bismuth également riche. dans de la soude ou de la potasse de manière à avoir un pH proche de 14.

Conductivité
La phase α présente une conductivité électronique de type p (la charge est portée par des trous positifs) à température ambiante qui se transforme en conductivité de type n (la charge est portée par des électrons) entre 550 °C et 650 °C, en fonction de la teneur en oxygène. pression.
La conductivité dans les phases β, γ et δ est principalement ionique, les ions oxydes étant les principaux porteurs de charge.

Parmi ceux-ci, le δ-Bi2O3 a la conductivité rapportée la plus élevée.
À 750 °C, la conductivité du δ-Bi2O3 est généralement d'environ 1 Scm, soit environ trois ordres de grandeur supérieure à celle des phases intermédiaires et quatre ordres supérieure à celle de la phase monoclinique.
δ-Bi2O3 a une structure cristalline défectueuse de type fluorite dans laquelle deux des huit sites d'oxygène dans la cellule unitaire sont vacants.

Ces lacunes intrinsèques sont très mobiles en raison de la forte polarisabilité du sous-réseau de cations avec les électrons de la paire isolée 6s de Bi.
Les liaisons Bi-O ont un caractère de liaison covalente et sont donc plus faibles que les liaisons purement ioniques, de sorte que les ions oxygène peuvent sauter plus librement dans les lacunes.

La disposition des atomes d’oxygène au sein de la cellule unitaire du δ-Bi2O3 a fait l’objet de nombreux débats dans le passé.
Trois modèles différents ont été proposés.
Sillén (1937) a utilisé la diffraction des rayons X sur poudre sur des échantillons trempés et a rapporté que la structure de Bi2O3 était une simple phase cubique avec des lacunes en oxygène ordonnées le long de la diagonale du corps cubique.
Gattow et Schroder (1962) ont rejeté ce modèle, préférant décrire chaque site d'oxygène (site 8c) dans la cellule unitaire comme ayant une occupation de 75 %.

En d’autres termes, les six atomes d’oxygène sont répartis de manière aléatoire sur les huit sites d’oxygène possibles dans la maille unitaire.
Actuellement, la plupart des experts semblent privilégier cette dernière description, car un sous-réseau d’oxygène complètement désordonné explique mieux la conductivité élevée.

Willis (1965) a utilisé la diffraction des neutrons pour étudier le système fluorite (CaF2).
Il a déterminé qu'il ne pouvait pas être décrit par la structure cristalline idéale du fluorite, mais que les atomes de fluor étaient plutôt déplacés des positions régulières 8c vers les centres des positions interstitielles. Shuk et coll. (1996) et Sammes et al. (1999) suggèrent qu'en raison du degré élevé de désordre dans δ-Bi2O3, le modèle Willis pourrait également être utilisé pour décrire sa structure.

Utilisation dans les piles à combustible à oxyde solide (SOFC)
L’intérêt s’est concentré sur le δ-Bi2O3 car il s’agit principalement d’un conducteur ionique.
Outre les propriétés électriques, les propriétés de dilatation thermique sont très importantes lorsqu’on considère les applications possibles des électrolytes solides.
Des coefficients de dilatation thermique élevés représentent de grandes variations dimensionnelles sous chauffage et refroidissement, ce qui limiterait les performances d'un électrolyte.

La transition du δ-Bi2O3 à haute température au β-Bi2O3 intermédiaire s'accompagne d'un changement de volume important et par conséquent d'une détérioration des propriétés mécaniques du matériau.
Ceci, combiné à la plage de stabilité très étroite de la phase δ (727–824 °C), a conduit à des études sur sa stabilisation à température ambiante.

Bi2O3 forme facilement des solutions solides avec de nombreux autres oxydes métalliques.
Ces systèmes dopés présentent un ensemble complexe de structures et de propriétés dépendant du type de dopant, de la concentration en dopant et de l'historique thermique de l'échantillon.
Les systèmes les plus étudiés sont ceux impliquant des oxydes de métaux des terres rares, Ln2O3, dont l'yttria, Y2O3.
Les cations des métaux des terres rares sont généralement très stables, ont des propriétés chimiques similaires et sont de taille similaire à celle du Bi, qui a un rayon de 1,03 Å, ce qui en fait tous d'excellents dopants.
De plus, leurs rayons ioniques diminuent assez uniformément de La+ (1,032 Å), en passant par Nd, (0,983 Å), Gd, (0,938 Å), Dy, (0,912 Å) et Er, (0,89 Å), jusqu'à Lu (0,861 Å). ) (connue sous le nom de « contraction des lanthanides »), ce qui les rend utiles pour étudier l'effet de la taille du dopant sur la stabilité des phases Bi2O3.

Le Bi2O3 a également été utilisé comme additif de frittage dans le système de zircone dopé au Sc2O3 pour les SOFC à température intermédiaire.

Préparation
Le trioxyde peut être préparé par allumage de l'hydroxyde de bismuth.
Le trioxyde de bismuth peut également être obtenu en chauffant du sous-carbonate de bismuth à environ 400 °C.

Réactions
Le dioxyde de carbone atmosphérique ou CO2 dissous dans l'eau réagit facilement avec le Bi2O3 pour générer du sous-carbonate de bismuth.
L'oxyde de bismuth est considéré comme un oxyde basique, ce qui explique sa forte réactivité avec le CO2.
Cependant, lorsque des cations acides tels que Si(IV) sont introduits dans la structure de l'oxyde de bismuth, la réaction avec le CO2 ne se produit pas.

L'oxyde de bismuth réagit avec un mélange d'hydroxyde de sodium aqueux concentré et de brome ou d'hydroxyde de potassium aqueux et de brome pour former respectivement du bismuthate de sodium ou du bismuthate de potassium.

Utilisation des dispositifs médicaux
L'oxyde de bismuth est parfois utilisé dans les matériaux dentaires pour les rendre plus opaques aux rayons X que la structure dentaire environnante.
En particulier, l'oxyde de bismuth (III) a été utilisé dans les ciments de silicate hydraulique (HSC), à l'origine sous forme de "MTA" (un nom commercial, signifiant "agrégat de trioxyde minéral" chimiquement dénué de signification), à raison de 10 à 20 % en masse avec un mélange de poudres principalement de silicates di- et tricalciques.

De telles CSH sont utilisées pour les traitements dentaires tels que : l'apicoectomie, l'apexification, le coiffage pulpaire, la pulpotomie, la régénération pulpaire, la réparation interne des perforations iatrogènes, la réparation des perforations de résorption, le scellement et l'obturation du canal radiculaire.
Le MTA se transforme en un matériau de remplissage dur lorsqu'il est mélangé à de l'eau.
Certains matériaux à base de résine comprennent également un HSC avec de l'oxyde de bismuth.

Des problèmes seraient survenus avec l'oxyde de bismuth car il n'est pas inerte à un pH élevé, en particulier parce qu'il ralentit la prise du HSC, mais qu'il peut également perdre sa couleur avec le temps en raison de l'exposition à la lumière ou d'une réaction avec d'autres matériaux qui peuvent avoir été utilisés. dans le traitement des dents, comme l'hypochlorite de sodium.

À propos de l'oxyde de bismuth
Information utile
L'oxyde de bismuth est enregistré au titre du règlement REACH et est fabriqué et/ou importé dans l'Espace économique européen, à raison de ≥ 1 000 à < 10 000 tonnes par an.

L'oxyde de bismuth est utilisé par les consommateurs, dans les articles, par les professionnels (usages répandus), en formulation ou en reconditionnement, sur les sites industriels et dans la fabrication.

Utilisations par les consommateurs
L'oxyde de bismuth est utilisé dans les produits suivants : produits de revêtement, adhésifs et mastics, mastics, enduits, pâtes à modeler et lubrifiants et graisses. D'autres rejets d'oxyde de bismuth dans l'environnement sont susceptibles de se produire à partir de : l'utilisation en intérieur (par exemple, liquides/détergents de lavage en machine, produits d'entretien automobile, peintures et revêtements ou adhésifs, parfums et assainisseurs d'air), l'utilisation en extérieur, l'utilisation en intérieur dans des systèmes fermés avec un minimum de (par exemple liquides de refroidissement dans les réfrigérateurs, radiateurs électriques à base d'huile), utilisation en extérieur dans des systèmes fermés avec un rejet minimal (par exemple liquides hydrauliques dans la suspension automobile, lubrifiants dans l'huile moteur et liquides de freinage), utilisation en extérieur dans des matériaux longue durée avec un faible dégagement (par exemple, construction et matériaux de construction en métal, en bois et en plastique) et utilisation en intérieur dans des matériaux à longue durée de vie avec un faible taux de libération (par exemple revêtements de sol, meubles, jouets, matériaux de construction, rideaux, chaussures, produits en cuir, produits en papier et en carton, équipement électronique).

Durée de vie
Le rejet dans l'environnement de l'oxyde de bismuth peut survenir lors d'une utilisation industrielle : formulation de mélanges, dans la production d'articles et formulation dans des matériaux.
D'autres rejets d'oxyde de bismuth dans l'environnement sont susceptibles de se produire dans les cas suivants : utilisation en intérieur dans des matériaux à longue durée de vie avec un faible taux de rejet (par exemple revêtements de sol, meubles, jouets, matériaux de construction, rideaux, chaussures, produits en cuir, produits en papier et en carton, équipements électroniques) et une utilisation en extérieur dans des matériaux à longue durée de vie avec un faible taux de rejet (par exemple, construction et matériaux de construction en métal, en bois et en plastique).

L'oxyde de bismuth peut être trouvé dans des articles complexes, sans rejet prévu : machines, appareils mécaniques et produits électriques/électroniques (par exemple ordinateurs, appareils photo, lampes, réfrigérateurs, machines à laver), véhicules et piles et accumulateurs électriques.
L'oxyde de bismuth peut être trouvé dans les produits dont les matériaux sont à base de : plastique (par exemple emballages et stockage de produits alimentaires, jouets, téléphones portables), métal (par exemple couverts, casseroles, jouets, bijoux) et caoutchouc (par exemple pneus, chaussures, jouets).

Utilisations répandues par les travailleurs professionnels
L'oxyde de bismuth est utilisé dans les produits suivants : produits chimiques de laboratoire, produits de revêtement, produits de traitement des surfaces métalliques, encres et toners, biocides (par exemple désinfectants, produits antiparasitaires), adhésifs et produits d'étanchéité ainsi que lubrifiants et graisses.

L'oxyde de bismuth est utilisé dans les domaines suivants : services de santé, travaux de construction, recherche et développement scientifique et exploitation minière.
L'oxyde de bismuth est utilisé pour la fabrication : d'équipements électriques, électroniques et optiques, de machines et de véhicules et de produits chimiques.

D'autres rejets d'oxyde de bismuth dans l'environnement sont susceptibles de se produire lors de l'utilisation en intérieur (par exemple, liquides/détergents de lavage en machine, produits d'entretien automobile, peintures et revêtements ou adhésifs, parfums et assainisseurs d'air) et en extérieur.

Formulation
L'oxyde de bismuth est utilisé dans les produits suivants : produits de traitement de surfaces métalliques, charges, mastics, plâtres, pâte à modeler, semi-conducteurs, produits de revêtement, produits chimiques de laboratoire, encres et toners, métaux, explosifs et polymères.
Le rejet dans l'environnement de l'oxyde de bismuth peut survenir lors d'une utilisation industrielle : formulation de mélanges, formulation dans des matériaux et dans la production d'articles.

Utilisations sur sites industriels
L'oxyde de bismuth est utilisé dans les produits suivants : produits de traitement de surfaces métalliques, produits chimiques de laboratoire, produits de revêtement, encres et toners, semi-conducteurs, charges, mastics, plâtres, pâte à modeler et lubrifiants et graisses.
L'oxyde de bismuth est utilisé dans les domaines suivants : formulation de mélanges et/ou reconditionnement et travaux de construction.

L'oxyde de bismuth est utilisé pour la fabrication de : machines et véhicules, équipements électriques, électroniques et optiques, produits en plastique, produits minéraux (par exemple plâtres, ciment), produits métalliques ouvrés, produits chimiques et textiles, cuir ou fourrure.
Le rejet dans l'environnement de l'oxyde de bismuth peut survenir lors d'une utilisation industrielle : dans la production d'articles, dans des auxiliaires technologiques sur des sites industriels, comme étape intermédiaire dans la fabrication ultérieure d'une autre substance (utilisation d'intermédiaires), de substances dans des systèmes fermés avec un rejet minimal. et comme auxiliaire technologique.

Fabrication
Le rejet dans l'environnement de l'oxyde de bismuth peut résulter d'une utilisation industrielle : fabrication de la substance, comme étape intermédiaire dans la fabrication ultérieure d'une autre substance (utilisation d'intermédiaires) et comme auxiliaire technologique.

Applications
Le trioxyde de bismuth est une matière première pour les catalyseurs, les pigments céramiques et les sels de bismuth comme le chlorure de bismuth, le vanadate de bismuth, le germanate de bismuth, le tungstate de bismuth, le bismuthate de sodium, l'iodure de bismuth et le fluorure de bismuth.

L'oxyde de bismuth est une poudre lourde jaune ou un cristal monoclinique, inodore et stable dans l'air.
Il existe deux types de trioxyde de bismuth pur, le type α et le type β.
L'oxyde d'α-bismuth (III) est un cristal monoclini jaune avec une densité relative de 8,9 et un point de fusion de 825 ℃, qui est soluble dans l'acide, mais non soluble dans l'eau et les alcalis.
L'oxyde de β-bismuth (III) est une poudre tétragonale jaune vif à orange avec une densité relative de 8,55 et un point de fusion de 860 ℃, qui est soluble dans l'acide, mais non soluble dans l'eau.
Ils peuvent être réduits en bismuth métallique par l'hydrogène et les hydrocarbures.
Le nitrate de bismuth ou bismuth métallique est la matière première.