Bismuto

1. BISMUTO.
El bismuto es un elemento químico de la tabla periódica cuyo símbolo es Bi, su número atómico es 83 y se encuentra en el grupo 15 del sistema periódico.Ya era conocido en la antigüedad, pero hasta mediados del siglo XVIII se confundía con el plomo, estaño y zinc. Ocupa el lugar 73 en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre representa el 8,5x10-7% del peso de la corteza y es tan escaso como laplata. Los principales depósitos están en Sudamérica, pero en Estados Unidos se obtiene principalmente como subproducto del refinado de los minerales de cobre y plomo.
Es un metal típico desde el punto de vista químico. En compuestos, tiene valencias de +3 o +5, siendo más estables los compuestos de bismuto trivalente. Existen varios nitratos, especialmente el nitrato de bismuto, Bi(NO3)3, o trinitrato de bismuto, y su pentahidrato, Bi(NO3)3•5H 2O, que se descompone en nitrato de bismuto. Éste también se conoce como oxinitrato de bismuto, nitrato de bismutilo, blanco perla y blanco de España, y se emplea en medicina y en cosmética.
El bismuto se expande al solidificarse, esta extraña propiedad lo convierte en un metal idóneo para fundiciones. Algunas de sus aleaciones tienen puntos de fusión inusualmente bajos. Es una de las sustancias más fuertemente diamagnéticas (dificultad para magnetizarse). Es un mal conductor del calor y la electricidad, y puede incrementarse su resistencia eléctrica en un campo magnético, propiedad que lo hace útil en instrumentos para medir la fuerza de estos campos. Es opaco a los rayos X y puede emplearse en fluoroscopia.
Entre los elementos no radiactivos, el bismuto tiene el número atómico y la masa atómica (208,98) más altos. Tiene un punto de fusión de 271 °C, un punto de ebullición de 1.560 °C y una densidad de 9,8 g/cm³.
Elemento metálico, Bi, de número atómico 83 y peso atómico 208.980, pertenece al grupo Va de la tabla periódica. Es el elemento más metálico en este grupo, tanto en propiedades físicas como químicas. El único isótopo estable es el de masa 209. Se estima que la corteza terrestre contiene cerca de 0.00002% de bismuto. Existe en la naturaleza como metal libre y en minerales. Los principales depósitos están en Sudamérica, pero en Estados Unidos se obtiene principalmente como subproducto del refinado de los minerales de cobre y plomo.
El principal uso del bismuto está en la manufactura de aleaciones de bajo punto de fusión, que se emplean en partes fundibles de rociadoras automáticas, soldaduras especiales, sellos de seguridad para cilindros de gas comprimido y en apagadores automáticos de calentadores de agua eléctricos y de gas. Algunas aleaciones de bismuto que se expanden al congelarse se utilizan en fundición y tipos metálicos. Otra aplicación importante es la manufactura de compuestos farmacéuticos.
El bismuto es un metal cristalino, blanco grisáceo, lustroso, duro y quebradizo. Es uno de los pocos metales que se expanden al solidificarse. Su conductividad térmica es menor que la de cualquier otro metal, con excepción del mercurio. El bismuto es inerte al aire seco a temperatura ambiente, pero se oxida ligeramente cuando está húmedo. Forma rápidamente una película de óxido a temperaturas superiores a su punto de fusión, y se inflama al llegar al rojo formando el óxido amarillo, Bi2O3. El metal se combina en forma directa con los halógenos y con azufre, selenio y telurio, pero no con nitrógeno ni fósforo. No lo ataca el agua desgasificada a temperaturas comunes, pero se oxida lentamente al rojo por vapor de agua.
En casi todos los compuestos de bismuto está en forma trivalente. No obstante, en ocasiones puede ser pentavalente o monovalente. El bismutato de sodio y el pentafluoruro de bismuto son quizá los compuestos más importantes de Bi(V). El primero es un agente oxidante poderoso y el último un agente fluorante útil para compuestos orgánicos.
2. CARACTERÍSTICAS DEL BISMUTO.
Cuando es sólido flota sobre su estado líquido, por tener menor densidad en el estado sólido. Esta característica es compartida con el agua, el galio, el ácido acético, el antimonio y el silicio.
En casi todos los compuestos de bismuto está en forma trivalente, no obstante, en ocasiones puede ser pentavalente o monovalente. El bismutato de sodio y el pentafluoruro de bismuto son quizá los compuestos más importantes de Bi(V). El primero es un agente oxidante poderoso y el último un agente fluorante útil para compuestos orgánicos.
El átomo de bismuto se sigue considerando -popularmente- como el más pesado entre los átomos estables, ya que su tiempo de vida es varios millones la edad total del universo, además de que en teoría, todos los elementos químicos a partir del niobio están sujetos a fisión espontánea, es decir, todos los elementos con número superior al número 41 teóricamente pueden ser inestables, si bien en el bismuto la desintegración fue visible por estudios franceses en la última década. Es también el elemento no radiactivo monoatómico más pesado que existe.
3. CRISTAL DE BISMUTO.
El bismuto es uno de los dos peores conductores térmicos que existen entre todos los metales (junto al manganeso) es también el metal más diamagnético que existe, sus aleaciones aprovechan ambas ventajas en situaciones donde se requiera. No existe de manera natural en el cuerpo humano ni en ninguna forma de vida en general. Se utiliza mucho en medicina siendo parte de los astringentes recetados para problemas relacionados con el sistema digestivo, diarreas fuertes o irritaciones esofágicas, delcolon, duodeno o intestinos.
Químicamente recuerda a los metales nobles y preciosos, se oxida con dificultad y se mantiene en algunos ácidos como el clorhídrico. Puede presentarse en estado nativo, hecho que refuerza su nobleza. El metal es gris con un muy ligero toque rosado, muy "vidrioso" y frágil, no soporta un impacto mínimo, su ductilidad y maleabilidad es nula. De no ser por su escasez, podría reemplazar al plomo como escudo anti-nuclear debido a la gran masa atómica que posee.
El bismuto se considera un metal pesado pero es irónicamente muy poco tóxico, prácticamente no-agresivo, pese a estar rodeado de metales venenosos y peligrosos para el medioambiente. Sus cristales pueden ser trabajados hasta conseguir resultados de una increíble belleza. Oxidado en el laboratorio se consiguen maclas de iris fascinantes.
El metal es muy barato teniendo en cuenta su escasez (igual a la del oro) y dificultad para encontrarlo. No parece demasiado importante en ningún sector de la industria o la medicina, se usa muy poco.
El bismuto será el último elemento en desintegrarse en el universo. La vida media del elemento se estima en 20 trillones de años
4. SUBSTITUTO DEL BISMUTO.
La diferencia entre las densidades del plomo (densidad 11.32 g•cm−3) y del bismuto (densidad 9.78 g•cm−3) es lo suficientemente pequeña que en numerosos usos en balística y como balasto puede ser utilizado en lugar del plomo. por ejemplo, puede reemplazar al plomo como material en plomadas para la pesca. Se lo ha utilizado como un substituto en lugar del plomo en munición de perdigones, balas y balines para dispersar multitudes. Los Países Bajos, Dinamarca, Inglaterra , Gales y Estados Unidos y numerosos otros países han prohibido el uso de perdigones de plomo para la caza de aves acuáticas, ya que muchas aves sufrían de envenenamiento por plomo al ingerir material al confundir los perdigones con piedrecillas que ingieren para mejorar el funcionamiento de su sistema digestivo o inclusive han prohibido el uso de plomo en todo tipo de caza como es el caso de los Países Bajos. En estos casos ciertas aleaciones de bismuto-estaño ofrecen una alternativa con propiedades similares al plomo para uso en balística. Sin embargo dado que el bismuto es muy poco maleable, hacen que no sea un material adecuado para fabricar balas de caza del tipo expansivas.
Al ser el bismuto un elemento denso con un peso atómico elevado, se lo utiliza para fabrica escudos de látex impregnados con bismuto para blindar de los rayos-X durante exámenes médicos, tales como en tomografías computarizadas con rayos X, principalmente porque se lo considera un elemento no-tóxico.
La directiva de la Comunidad Europea sobre la restricción en cuanto al uso de substancias peligrosas que impulsa la reducción en cuanto al uso del plomo, ha ampliado el uso del bismuto en la industria electrónica como uno de los componentes de las soldaduras con bajo punto de fusión, reemplazando a las soldaduras tradicionales a base de plomo-estaño. Su baja toxicidad es especialmente importante para aquellas soldaduras que se utilizan en la fabricación de equipos para procesamiento de alimentos y tuberías de cobre para agua..
5. COSMÉTICOS Y PIGMENTOS
El oxicloruro de bismuto (BiOCl) a veces es utilizado en cosméticos, como pigmento en pintura para sombra para los ojos, spray para el cabello y esmalte para uñas. El compuesto se presenta en la naturaleza como el mineral bismoclita y la forma cristalina contiene capas de átomos que refractan la luz en forma cromatica, produciendo un aspecto iridiscente similar al nácar de las perlas. Fue utilizado como cosmético en el antiguo Egipto y en muchas otras civilizaciones desde entonces. El término blanco de bismuto puede hacer referencia al oxicloruro de bismuto o al oxinitrato debismuto (BiONO3), cuando son utilizados como pigmentos blancos.
6. EFECTOS DEL BISMUTO SOBRE LA SALUD.
El bismuto y sus sales pueden causar daños en el hígado, aunque el grado de dicho daño es normalmente moderado. Grandes dosis pueden ser mortales. Industrialmente es considerado como uno de los metales pesados menos tóxicos. Envenenamiento grave y a veces mortal puede ocurrir por la inyección de grandes dosis en cavidades cerradas y de aplicación extensiva a quemaduras (en forma de compuestos solubles del bismuto). Se ha declarado que la administración de bismuto debe ser detenida cuando aparezca gingivitis, ya que de no hacerlo es probable que resulte en stomatitis ulcerosa. Se pueden desarrollar otros resultados tóxicos, tales como sensación indefinida de malestar corporal, presencia de albúmina u otra sustancia proteica en la orina, diarrea, reacciones cutáneas y a veces exodermatitis grave.
Vías de entrada: Inhalación, piel e ingestión.Efectos agudos: Inhalación: ENVENENAMIENTO. Puede ser un gas desagradable provocando irritación respiratoria. Puede causar mal aliento, sabor metálico y gingivitis. Ingestión: ENVENENAMIENTO. Puede causar náuseas, pérdida de apetito y de peso, malestar, albuminuria, diarrea, reacciones cutáneas, estomatitis, dolor de cabeza, fiebre, falta de sueño, depresión, dolores reumáticos y una línea negra se puede formar en las encías debido al depósito de sulfuro de bismuto. Piel: Puede provocar irritación. Ojos: Puede provocar irritación.
Afecciones generalmente agravadas por la exposición al bismuto: Desórdenes cutáneos y respiratorios pre-existentes.El bismuto no se considera un carcinógeno para los humanos.
7. EFECTOS AMBIENTALES DEL BISMUTO.
El bismuto metálico no se considera tóxico y presenta una amenaza mínima para el medio ambiente. Los compuestos del bismuto son generalmente muy poco solubles pero deben ser manejados con cuidado, ya que solo se dispone de información limitada de sus efectos y destino en el medio ambiente.
8. LOS SECRETOS DEL BISMUTO: SERÁ EL ÚLTIMO ELEMENTO EN EXTINGUIRSE DEL UNIVERSO.
El bismuto, si bien a primera vista parece un elemento químico escasamente fascinante, lo cierto es que guarda muchas características interesantes. Aquí unos cuántos:
-A pesar de ser un metal blanquecino y ligeramente rosado, si lo quemamos produciremos una llama azul y un humo amarillo.
-Es un precioso ornamento, uno de los favoritos de los mineralogistas, pues puede formar rocas conocidas como cristales en tolva, con una forma de pirámides escalonadas iridiscentes. Un hielo de bismuto acabado de formar tendría el aspecto de un dibujo de M. C. Escher en color. Casi parece un chisme tecnológico extraterrestre.
Y tal y como señala Sam Kean en su libro La cuchara menguante, su vida media es asombrosa:
El bismuto también ha ayudado a los científicos a explorar la estructura profunda de la materia. Durante décadas, los científicos no lograban resolver ciertos cálculos conflictivos sobre si determinados elementos podrían persistir hasta el final de los tiempos En 2003, unos físicos de Francia tomaron bismuto puro, lo envolvieron en unos elaborados escudos para bloquear toda posible interferencia exterior, y conectaron detectores a su alrededor para intentar determinar su vida media, el tiempo que necesitaría para que se desintegrase la mitad de la muestra.
La vida media del bismuto, según la teoría nuclear, se estima en veinte trillones de años, más que la edad del universo. Habría que vivir la edad de dos universos para tener una probabilidad del 50 % de haber visto desaparecer un átomo de bismuto determinado. Pero el experimento francés, si bien necesitó mucho tiempo de espera, finalmente permitió contemplar cierto número de desintegraciones.
La vida media es una medida habitual para los elementos radiactivos: si un cubo de 100 kg de determinado elemento radiactivo tarda 3,14159 años en quedar reducido a la mitad, su vida media es de 3,14159. Los resultados del experimento francés demostraron que el bismuto persistirá el tiempo suficiente para ser el último elemento en extinguirse.
-Pero lo más curioso del bismuto es que, a pesar de ser técnicamente radiactivo, es un elemento benigno. Tanto es así, que los médicos lo recetan para aliviar algunas úlceras.
9. PROPIEDADES DEL BISMUTO.
El bismuto pertenece al grupo de elementos metálicos conocido como metales del bloque p que están situados junto a los metaloides o
semimetales en la tabla periódica. Este tipo de elementos tienden a ser blandos y presentan puntos de fusión bajos, propiedades que también se pueden atribuir al bismuto, dado que forma parte de este grupo de elementos.
El estado del bismuto en su forma natural es sólido. El bismuto es un elmento químico de aspecto rojo, blanco brillante y pertenece al grupo de los metales del bloque p. El número atómico del bismuto es 83. El símbolo químico del bismuto es Bi. El punto de fusión del bismuto es de 544,4 grados Kelvin o de 272,25 grados celsius o grados centígrados. El punto de ebullición del bismuto es de 1837 grados Kelvin o de 1564,85 grados celsius o grados centígrados.
10. PROPIEDADES ATÓMICAS DEL BISMUTO.
La masa atómica de un elemento está determinado por la masa total de neutrones y protones que se puede encontrar en un solo átomo perteneciente a este elemento. En cuanto a la posición donde encontrar el bismuto dentro de la tabla periódica de los elementos, el bismuto se encuentra en el grupo 15 y periodo 6. El bismuto tiene una masa atómica de 208,98038 u.
La configuración electrónica del bismuto es [Xe]4f14 5d10 6s2 6p3. La configuración electrónica de los elementos, determina la forma el la cual los electrones están estructurados en los átomos de un elemento. El radio medio del bismuto es de 160 pm, su radio atómico o radio de Bohr es de 143 pm y su radio covalente es de 146 pm.
11. FUNCIONES DEL BISMUTO.
• Es, en forma de oligoelemento, uno de los remedios naturales más eficaz para todos las enfermedades o infecciones otorrinolaringológicas (otitis, sinusitis, faringitis, laringitis, anginas, etc.). En cuanto a las anginas su efecto es muy interesante ya que a veces puede conseguir que recuperen su tamaño natural evitando así su extirpación. Características del bismuto
Continuando con nuestra clásica sección de química sobre los elementos de la tabla periódica, cada vez más amplia y completa, hoy nos dedicaremos a conocer el bismuto, el compuesto químico elemental número 83 de la tabla. Sin necesidad de muchas explicaciones, pues conoces ya muy bien esta sección, pasemos sin más a conocer todas las propiedades, los usos y lascaracterísticas del bismuto.
12. CARACTERÍSTICAS.
El óxido de bismuto (II) u óxido bismutoso es un derivado de la ignición de nitrato de bismuto cuya fórmula es (Bi2O3). Se trata de un compuesto insoluble en agua que sí lo es en ácidos.
El óxido bismutoso es un óxido metálico formado por:
• 2 átomos de bismuto.
• 3 átomos de oxígeno.
13. PROPIEDADES.
Las principales propiedades del óxido de bismuto (II) (Bi2O3) son:
• Densidad: 8,9 g/cm3.
• Masa molar: 466 g/mol.
• Punto de fusión: 830 °C.
• Punto de ebullición: 1890 °C.
Usos del óxido de bismuto (II)
Entre los usos más comunes del óxido de bismuto (II) se encuentran:
• Elaboración de porcelana.
• Condensadores cerámicos.
• Fabricación de vidrios ópticos.
14. CARACTERÍSTICAS GENERALES Y PROPIEDADES DEL BISMUTO.
Este elemento posee grandes similitudes con el plomo, considerado como uno de los elementos más antiguos conocidos por el Hombre, razón por la cual fue confundido con con el plomo durante muchísimo tiempo. Sin embargo, en 1753, el químico francés Claude François Geoffroy(“The younger”), demostró que se trataba en realidad de un elemento diferente. El nombre bismuto, derivado del inglés bismuth, proviene de los términos alemanes weisse masse, que significa “masa blanca”.
Ubicado en el grupo 15 del sistema de la tabla periódica, el bismuto es un metal considerado típico o estándar desde un punto de vista químico. Es un metal quebradizo que en la naturaleza tiene un carácter cristalino, caracterizándose por su color pálido y blancuzco con suaves tintes rosados. Aunque tiene una conductividad térmica sumamente baja, siendo el de menor conductividad que existe después del mercurio (Hg) es el metal más diamagnético que existe y también el que tiene la mayor resistencia eléctrica cuando se le coloca en un campo magnético, una peculiaridad del bismuto y algo que se conoce como “el efecto Hall”.
Si bien el bismuto se puede encontrar en la naturaleza, sobre todo en minerales de bismutina, generalmente se obtiene de forma artificial, como un subproducto en el proceso de refinamiento del plomo (Pb). De la misma manera, el bismuto suele conseguirse también a partir de los procesos de refinamiento de otros elementos como el cobre (Cu), estaño (Sn), plata (Ag) e incluso en la producción de minerales de oro (Au).
Otros datos:
• Número atómico: 83
• Masa atómica: 208,98038 u
• Símbolo atómico: Bi
• Punto de fusión: 271° C
• Punto de ebullición: 1564° C
15. PARA QUÉ SE USA EL BISMUTO.
El bismuto cuenta con numerosas aplicaciones comerciales en las actividades humanas, principalmente en 3 sectores: la cosmetología, la producción de pigmentos y en medicina, en la elaboración de varios medicamentos, sobre todo los que están destinados al tratamiento de gripes, alergias y diarreas. En otros ámbitos, el bismuto se usa combinado con otros metales en aleaciones de bajos puntos de fusión para producir piezas de dispositivos de seguridad en los extintores de incendios y en sistemas de detección.
De acuerdo, ésto fue todo por esta vez. Interesante como siempre, no lo crees .Qué otras cosas sabes tú acerca del bismuto y sus usos en las actividades del Hombre Te has dado cuenta de cuánto hemos aprendido sobre los compuestos químicos elementales en esta sección de ¿elementos de la tabla periódica? Pues si quieres seguir aprendiendo, no dejes de visitarla, ¡no nos detendremos hasta saber todo acerca de cada uno de esos elementos reducir el empleo de antibióticos en las infecciones otorrinolaringológicas.
Importancia para la vida:
El principal uso del bismuto está en la manufactura de aleaciones de bajo punto de fusión, que se emplean en partes fundibles para rociadoras automáticas, soldaduras especiales, sellos de seguridad para cilindros de gas comprimido y en apagadores automáticos de calentadores de agua eléctricos y de gas. Algunas aleaciones de bismuto que se expanden al congelarse se utilizan en fundición y tipos metálicos. Otra aplicación importante es la manufactura de compuestos farmacéuticos.
Las vías de entrada pueden ser: Inhalación, piel e ingestión.
El bismuto y sus sales pueden causar daños en el hígado, aunque el grado de dicho daño es normalmente moderado. Grandes dosis pueden ser mortales, aunque es considerado como uno de los metales pesados menos tóxicos. Su presencia en lugares cerrados y dosis altas, produce envenenamiento grave y hasta mortal. La administración de bismuto en presencia de gingivitis, puede resultar en stomatitis ulcerosa.
Por inhalación puede producir irritación respiratoria y mal aliento, sabor metálico y gingivitis, náuseas, pérdida de apetito y de peso, malestar, albuminuria, diarrea, reacciones cutáneas, estomatitis, dolor de cabeza, fiebre, falta de sueño, depresión, dolores reumáticos y una línea negra se puede formar en las encías debido al depósito de sulfuro de bismuto.
En la piel: Puede provocar irritación.
En ojos: Puede provocar irritación.
El bismuto no se considera un carcinógeno para los humanos.
Farmacología general del bismuto. El efecto espirilocído del bismuto es muy semejante al del salvarsan Los espiroquetos desaparecen de los chancros con inyeeciones de salvaraan el primer día, después del mercurio el octavo y cotí el tratamiento de bismuto al 5 día después de la primera o segunda inyección. Las manifestaciones clínicas pueden ser influidas muy bien, especialmente en el segundo estadio, mucho mejor que con el mercurio. Las alteraciones sifi líticas de la piel, de los huesos y de los vasos sanguíneos desaparecen después de algunas inyecciones o demuestran por lo menos una mejoría sorprendente. El efecto en la reacción Wassermann se manifiesta más tarde que en una cura de salvarsan, en la mayoría de los casos 2 a 3 meses después de terminar la cura. Ver si esos royos que llevan consigo la luz y la vida, vendrán, antes del fin del día, a dorar los trigales para la próxima cosecha, o enrojecer el humo que se levantó de la carnicería de las batallas. Y quién podría, en el alba radiante de una revolución, si las nubes purpúreas, que en los vapores de la aurora cubren todavía el sol, deben el púrpura a su luz, o bien a las olas de sangre que nacía correr. A cada instante, en este mundo de perpetua evolución, se organiza el gran combate entre la tradición y la libertad. Es de esa lucha eterna que surge el progreso, aparece la represión y se precipita la decadencia. De tiempo en tiempo surge un hombre capaz de acelerar o refrenar esa marcha fatal de la humanidad hacia el bien o el mal, hacia la vida o hacia la muerte. Gloria a aquél que sabe elegir entre las fuerzas del bien y las potentes del mal y que lleva un alma bastante elevada para tomar en la tradición loque tiene de bueno, guardando la independencia de su pensamiento y marchando intrépidamente por los caminos del porvenir. Ambrosio Paré fue uno de esos espíritus libres y claros, bizarros y potentes que se van directamente sobre la ruta eterna que conduce a la verdad y que ilumina esa llama interior que no se enciende, sino en los que están marcados por el destino. 18 REVISTA MEDICA HONDUREÑA. En chancros se puede lograr por una cura intensiva de bismuto que la reacción Wassermann se quede negativa. En tiempos más recientes han encontrado Robitaehek y Molnár, en experimentos con los preparados de bismuto Richter también un efecto fuerte diurético tanto en sifilíticos como no sifilíticos. Queremos mencionar también que Túdós y Kiss, han examinado el efecto hemático del bismuto y han comprobado que el Bísmosalvan Richter tiene el mejor efecto en la anaemia del niños sifilíticos y que Szentlkirályi y Feren.cz han obtenido resultados excelentes con los preparados de bismuto Richter en casos de estomatitis ulcerosa y angina de Plaut-Vinzent es decir en espiroquetosis de varias clases. Revisando la literatura desde el punto de vista de las varias clases de preparados se puede observar, que en general aquellos autores refieren graves manifestaciones secundarias, que administraron preparados de bismuto solubles en agua, y esto lo más veces por vía intravenosa. Los autores que aplicaron preparados de bismuto oleaginoso, insolubles en agua, hallaron que el efecto se manifiesta menos pronto, pero es más durable, la toxicidad disminuida y casi sin ningunos síntomas secundarios. Especialmente las investigaciones de Kolle decidieron en favor de las suspensiones oleaginosas. Este autor comprobó que con la misma cantida
Propiedades mecánicas del telururo de bismuto (Bi2 Te3 ) procesado mediante torsión bajo alta presión (hpt) jon ander santamaría, jon alkorta, javier gil sevillano ceit (centro de investigaciones técnicas) and tecnun, universidad de navarra m. de lardizábal, 15, 20018 san sebastián introducción El rendimiento de los materiales termoeléctricos a una temperatura dada, T, suele definirse mediante la figura de mérito (Z), donde Z es función del coeficiente de Seebeck (α), la conductividad eléctrica (σ) y la conductividad térmica (κ):  De acuerdo con la ecuación , para incrementar la figura de mérito es necesario incrementar el coeficiente de Seebeck y la conductividad eléctrica y disminuir la conductividad térmica. Sin embargo, estas tres magnitudes dependen de la concentración de portadores, por lo tanto, es muy complicado introducir cambios en una de ellas sin alterar las demás. En la figura 1 se muestra la dependencia de la figura de mérito en función de la concentración de portadores. Se observa un máximo para concentraciones en torno a 1020 cm-3, que corresponde a semiconductores altamente dopados o degenerados . Los materiales basados en Bi2 Te3 se encuentran en este intervalo y son muy adecuados para la Actualmente el telururo de bismuto (Bi2 Te3 ) es el material termoeléctrico más ampliamente usado en sistemas de refrigeración comerciales o en la conversión de energía en torno a temperatura ambiente. Debido a su estructura laminar altamente anisótropa, el Bi2 Te3 es muy frágil y suele agrietarse fácilmente a lo largo de su plano basal. Se espera que el afino del tamaño de grano incremente su tenacidad, con la ventaja de que al mismo tiempo la figura de mérito termoeléctrica se vea incrementada. En este trabajo, polvos del compuesto Bi2 Te3 se han compactado mediante dos métodos convencionales y mediante deformación plástica severa bajo alta presión (3 GPa) usando la técnica HPT (torsión a alta presión, 1 giro de deformación). Se ha conseguido una densidad cercana a la teórica. La dureza y tenacidad de los compuestos se han ensayado mediante micro- y nano- indentación. Palabras clave: termoeléctrico, figura de mérito, dureza, conductividad, microestructura, prensado. Mechanical properties of bismuth telluride (Bi2 Te3 ) processed by high pressure torsion (HPT) Bismuth telluride, Bi2 Te3 , is the main thermoelectric material currently in use for commercial cooling devices or for energy harvesting near room temperature. Because of its highly anisotropic layered structure, Bi2 Te3 is very brittle, failing by cleavage along its basal plane. Refining its grain size is expected to increase its toughness with the advantage that, simultaneously, its thermoelectric “figure of merit” results increased. In this work, powders of the compound have been compacted by conventional methods as well as by severe plastic deformation under high pressure (3 GPa) using high pressure torsion (HPT, one turn at room temperature). Near-theoretical density has been achieved. The hardness and toughness of the compacts have been assessed by micro and nano-indentation. Keywords: thermoelectric, figure of merit, hardness, conductivity, microstructure, pressing. Figura 1. Representación de la figura de mérito en función de la concentración de portadores. 05_cerámicayvidrio_52-3(25-12).indd 137 26/6/13 14:34:43 138 Bol. Soc. Esp. Ceram. Vidr. Vol 52. 3, 137-142, Mayo-Junio 2013. ISSN 0366-3175. eISSN 2173-0431. doi: 10.3989/cyv.182013 JON ANDER SANTAMARÍA, JON ALKORTA, JAVIER GIL SEVILLANO La torsión bajo alta presión, high-pressure torsion (HPT), es una técnica que permite la producción de materiales de grano ultrafino mediante deformación plástica severa. Durante el proceso, una muestra discoidal está comprimida entre dos punzones y se deforma a torsión mientras es sometida a una presión de varios GPa. La muestra se deforma bajo compresión cuasi-hidrostática, por lo que, a pesar de la enorme deformación inducida (un giro equivale aproximadamente a a una deformación a cortadura ≅γ 30), incluso materiales relativamente frágiles no se fracturan. La deformación a torsión de un disco puede calcularse de la siguiente manera: donde R es la distancia entre el eje de rotación y el punto en el que se desea calcular la deformación, N el número de giros y C el espesor de la muestra. Normalmente la deformación a cortadura de la expresión anterior se suele transformar en deformación equivalente a tracción según el criterio de Von Mises: eeq= [4] EXPERIMENTAL En este trabajo, compactos de polvos de Bi2 Te3 se sometieron a deformación plástica severa mediante la técnica HPT a temperatura ambiente. Los materiales obtenidos por HPT se ensayaron mediante indentación y sus propiedades mecánicas se compararon con las de otras muestras fabricadas por procesos más convencionales de consolidación de polvos: a) compactación a temperatura ambiente y sinterización a 450 °C durante 1 hora (sinter.) o b) compactación en caliente mediante prensado en caliente (hot pressing) a 450 °C bajo 40 MPa (HP). Para las tres rutas diferentes se utilizaron polvos comerciales de Bi2 Te3 , pureza 99,999 % (composición química: 47,8 % Te, 52,2 % Bi, % de peso) suministrados por American Elements. Las partículas del polvo eran de 0.2-0.5 mm de tamaño. La primera muestra (sinter.) fue compactada mecánicamente a 450 MPa de presión a temperatura ambiente. Tras la compactación, se realizó un tratamiento térmico durante una hora en atmósfera de argón a 450 °C. Las muestras obtenidas tenían 10 mm de diámetro y 1,5 mm de espesor. La segunda muestra (HP) fue compactada en caliente (hot pressing). A los polvos iniciales se les realizó una molienda de alta energía a 1425 rpm durante 10 minutos en un molino. Por tamizado se seleccionaron las partículas de granulometría inferior a 45 ¬m. La compactación HP se realizó durante 3 minutos en atmósfera de nitrógeno a 450 °C y 40 MPa. Las muestras HP eran de unos 2 mm de espesor y 13 mm de diámetro. Para el procesado por HPT, los polvos se pre-compactaron a temperatura ambiente bajo una presión de 200 MPa. Se obtuvieron discos de 15 mm de diámetro y 2 mm de espesor. Esas muestras se deformaron a temperatura ambiente bajo una presión de 3 GPa, con una velocidad de rotación de 0,24 rpm. Se aplicó un giro de torsión. Tras HPT, las muestras tenían un espesor final aproximado de 1,5 mm. conversión termoeléctrica. Además, en estos materiales el máximo de la figura de mérito se encuentra a temperatura ambiente. Debido a esto, son ampliamente usados en sistemas de refrigeración comerciales y en sistemas de recuperación de energía. La estructura cristalina de los semiconductores termoeléctricos basados en Bi2 Te3 es romboédrica (R3m). La celda unidad está formada por una serie de capas atómicas a lo largo del eje c:-Te-Bi-Te-Bi-Te-. Los enlaces entre Te-Bi y Te-Bi son de tipo iónico-covalente, fuertes, mientras que los Te-Te son de tipo Van der Waals, débil. Debido a este tipo de enlace y a que la relación c/a es muy grande, el plano c es el principal plano de deslizamiento y de clivaje. Por este motivo, el Bi2 Te3 es un material poco resistente y muy frágil .Es bien sabido que, a temperaturas bajas, se logra una mejora simultánea de la tenacidad y la resistencia de los materiales policristalinos mediante el afino del tamaño de grano, del tipo, porque las juntas de grano representan barreras para la propagación del deslizamiento o del clivaje. En materiales termoeléctricos, el afino de grano incrementa la figura de mérito, ya que reduce la conductividad térmica debido a la dispersión (scattering) de fonones con las juntas de grano. En 1968 se predijo que este tipo de scattering se podía dar para tamaños de grano del orden de 10-6 m  y en 1973 se observó este efecto en láminas delgadas de silicio .Desde entonces se ha observado en diversos semiconductores.Figura 2. Representación de la estructura cristalina del Bi2 Te3 . 05_cerámicayvidrio_52-3(25-12).indd 138 26/6/13 14:34:43 139 Bol. Soc. Esp. Ceram. Vidr. Vol 52. 3, 137-142, Mayo-Junio 2013. ISSN 0366-3175. eISSN 2173-0431. doi: 10.3989/cyv.182013 PROPIEDADES MECÁNICAS DEL TELURURO DE BISMUTO (BI2 TE3 ) PROCESADO MEDIANTE TORSIÓN BAJO ALTA PRESIÓN (HPT) (HP) y 68,4 HV para la (HPT), (unidades: kgf/mm2 ). La resistencia equivalente a la tracción es aproximadamente 1/3 del valor de la microdureza; de acuerdo con ello, la resitencia mecánica equivalente conseguida mediante HPT a temperatura ambiente es del orden de 225 MPa, un valor razonable para su empleo en aplicaciones termoeléctricas, incomparablemente mayor que la proporcionada por sinterizado convencional, unos 80 MPa. En la muestra (sinter) se observa que las grietas alrededor de la huellas se propagan con mucha facilidad, debido al mayor tamaño de grano en comparación con el de las muestras (HPT) y (HP) y a su mayor grado de porosidad .En (HPT) se ven unas grietas muy grandes a pesar de su pequeño tamaño de grano (del orden de 500 nanómetros). En el análisis EDS (energy dispersive spectroscopy) de las muestras (HPT) se observó una fase inesperada rica en teluro no presente en los polvos, posiblemente inducida por la torsión bajo presión. Para verificar dicha hipótesis, se procedió a compactar a temperatura ambiente una nueva muestra mediante la técnica HPT bajo 3 GPa de presión, pero en este caso se le aplicaron 5 giros de deformación. La fase rica en teluro era más abundante por lo que es probable que dicha fase este inducida por la combinación de la gran presión con la enorme deformación a la que exponemos la muestra. Además, como se observa en la figura 6a, esta fase siempre se encuentra asociada a grietas. Esto último, puede ser un indicativo de las malas propiedades mecánicas que posee la fase rica en teluro. Se cree que las grietas se propagan por la interfaz entre la fase pura de Bi2 T3 y la fase rica en teluro. .Finalmente, la muestra (HP) es la que menos grietas presenta de las tres, debido a su buena densidad unida a un afino de grano moderado proveniente de la molienda de alta energía a la que fueron sometidos los polvos de partida en este caso; además, en estas muestras no se encontró la fase rica en teluro anteriormente descrita. La densidad de las muestras se determinó mediante el método de Arquímedes (pesada en aire y en agua). Se realizaron ensayos de microdureza mediante indentación Vickers sobre el plano de los discos, tras un pulido metalográfico; la carga aplicada fue de 50 gramos. En cada muestra se realizaron veinticinco indentaciones. Posteriormente las huellas de las indentaciones se observaron mediante microscopía óptica y mediante microscopía electrónica de barrido. También se realizaron 40 ensayos de nanoindentación en cada muestra mediante un Nanoindenter II (MTS–Agilent), para determinar de manera muy local la dureza y el módulo de Young de las muestras (punta Berkovich, carga de 1 mN). En el caso de la muestra HPT, las indentaciones se realizaron a 1 mm del borde de la muestra ya que debido al procesamiento existe un cierto gradiente estructural desde el centro al borde de la muestra. El módulo de Young se determinó a partir de la curva de descarga .Por último, se analizó la textura cristalográfica de las muestras provenientes de las diferentes rutas anteriormente descritas mediante difracción de rayos X (DRX). RESULTADOS Y DISCUSIÓN Densidades Las densidades de las tres muestras fueron 91 % (sinter), 95 % (HP) y 97 % (HPT). Microdureza Por microindentación Vickers se obtiene una dureza media de 25,1 HV para la muestra (sinter.), 61,4 HV para la. Durezas medias y desviación estándar de cada compuesto. Micrografías de las indentaciones obtenidas mediante microscopía óptica. a) (sinter.), b) (HP), c) (HPT). (Barra micras 50 μm) a bc TABLA I. % ATÓMICOS DE TELURO Y BISMUTO OBTENIDOS MEDIANTE ANÁLISIS EDS % atómico TeL % atómico BiM FC Hibrido Espectro 2 72,34 27,66 Espectro 3 59,79 40,21 Espectro 4 58,55 41,45 Espectro 5 76,16 23,84 05_cerámicayvidrio_52-3(25-12).indd 139 26/6/13 14:34:44 140 Bol. Soc. Esp. Ceram. Vidr. Vol 52. 3, 137-142, Mayo-Junio 2013. ISSN 0366-3175. eISSN 2173-0431. doi: 10.3989/cyv.182013 JON ANDER SANTAMARÍA, JON ALKORTA, JAVIER GIL SEVILLANO de 20 indentaciones con su correspondiente intervalo de confianza del 95 % frente a la carga aplicada. Se observa un débil efecto de tamaño, pero no existe solapamiento entre las curvas correspondientes a las diferentes probetas analizadas; por lo tanto son perfectamente comparables las propiedades mecánicas deducidas por dichos ensayos. Se aprecia una disminución de la dureza al elevar la carga aplicada, esto puede ser debido a la aparición de grietas causadas por el Nanodureza instrumentada El tipo de agrietamiento múltiple observado hace imposible deducir cuantitativamente una medida de la tenacidad de las muestras.