Phosphate de bismuth (BiPO₄)

Le phosphate de bismuth (BiPO₄) est un composé inorganique de formule moléculaire BiPO₄ et de masse molaire 303,95 g/mol. Il se présente sous forme de poudre blanche ou blanc cassé, ou de solide cristallin monoclinique, qui ne fond pas à la chaleur. Sa densité est de 6,32 g/mL à 25 °C. Le phosphate de bismuth est légèrement soluble dans l'eau et les acides dilués, mais ne s'hydrolyse pas dans l'eau bouillante. Il est pratiquement insoluble dans l'alcool et l'acide acétique, mais soluble dans l'acide nitrique concentré et l'acide chlorhydrique. Vous trouverez ci-dessous une présentation détaillée du phosphate de bismuth :

Propriétés

Le phosphate de bismuth a pour formule brute BiO₄P et une masse molaire de 303,951741 g/mol. Son numéro CAS est 10049-01-1. Il se présente sous forme de poudre inodore ou de cristaux monocliniques. Sa structure cristalline peut varier selon la méthode de synthèse, par exemple sous forme cubique de type sillénite ou monoclinique. Les paramètres de maille du phosphate de bismuth cubique de type sillénite sont a = 10,1773(2) Å, tandis que ceux du phosphate de bismuth monoclinique sont a = 6,4717(3) Å, b = 6,9385(3) Å, c = 6,7497(3) Å et β = 103,696°. Son produit de solubilité (pKsp) est de 22,89. Il est insoluble dans l'eau et les milieux alcalins, mais soluble dans l'acide chlorhydrique.

Méthodes de synthèse

Méthode de réaction à l'état solideIl s'agit d'une des méthodes de synthèse les plus courantes. Par exemple, Bi₂O₃ et K₃PO₄ peuvent être dispersés dans de l'eau déminéralisée, puis chauffés à 850 °C pendant 2 heures pour obtenir BiPO₄. Une autre méthode consiste à faire réagir du nitrate de bismuth et du dihydrogénophosphate d'ammonium. On obtient d'abord du BiPO₄ pur par cette réaction. Ensuite, on peut synthétiser du phosphate de bismuth enrobé de carbone amorphe par une étape d'enrobage de carbone.

Méthode de synthèse hydrothermalePar exemple, 97 mg (0,2 mmol) de Bi(NO₃)₃·5H₂O et 26,3 mg (0,2 mmol) de (NH₄)₂HPO₄ sont mélangés à 10 mL d'eau déminéralisée et agités dans un récipient en téflon de 15 mL à température ambiante jusqu'à obtention d'un mélange homogène. Le récipient en téflon est ensuite transféré dans un autoclave en acier inoxydable et chauffé à 220 °C pendant 24 heures. Le produit est filtré et lavé à l'eau déminéralisée, à l'éthanol et à l'acétone, puis séché à l'air à 80 °C pour obtenir du BiPO₄ monoclinique. Le BiPO₄ cubique peut également être synthétisé par voie hydrothermale. Par exemple, Bi(NO₃)₃·5H₂O et (NH₄)₂HPO₄ sont mélangés à d'autres additifs et à de l'eau, agités, puis soumis à un traitement hydrothermal à 180 °C pendant 24 heures. Après refroidissement, le précipité est filtré, lavé et séché pour obtenir du BiPO₄ cubique.

Méthode de synthèse solvothermaleOn introduit l'éthylène glycol et la glycérine dans un réacteur et on mélange uniformément. On ajoute ensuite de l'acide tartrique et on agite jusqu'à homogénéité. Puis, on ajoute du nitrate de bismuth pentahydraté et on agite à nouveau. On ajoute une quantité équimolaire de phosphate soluble, on agite, puis on transfère le mélange dans un réacteur hydrothermal pour une réaction solvothermale à 160 °C pendant 24 heures. Après centrifugation, lavage et séchage sous vide à 60 °C pendant 12 heures, on obtient des photocatalyseurs de phosphate de bismuth présentant différentes morphologies.

Applications

Détection d'humiditéLe phosphate de bismuth présente des propriétés prometteuses pour la détection d'humidité. Le phosphate de bismuth cubique de type sillénite affiche une variation de capacité pouvant atteindre quatre ordres de grandeur sur une plage d'humidité relative (HR) de 11 % à 95 %, ainsi qu'une relation d'adsorption/désorption linéaire. Son comportement de détection d'humidité est lié à la présence d'une structure réticulaire contenant des cations Bi³⁺ polarisables et à un dopage modéré en phosphate. Comparé au BiPO₄ monoclinique, le phosphate de bismuth cubique présente des propriétés de détection d'humidité supérieures et plus linéaires, des temps de réponse plus rapides et un comportement de réponse amélioré, ce qui en fait un candidat potentiel pour les capteurs d'humidité.

Champs optiques et magnéto-optiquesLes nanocristaux de phosphate de bismuth synthétisés dans un verre phosphaté à bas point de fusion présentent des propriétés optiques et magnéto-optiques uniques. Les spectres de transmission optique des échantillons de verre indiquent que le décalage vers le rouge du seuil d'absorption est attribué à la présence de nanoparticules de BiPO₄. Des tests de rotation de Faraday sur le nanocomposite de verre montrent que la constante de Verdet des nanoparticules de BiPO₄ dans le verre phosphaté est trois fois supérieure à celle du verre BK-7. Les nanocomposites de verre de phosphate de bismuth pourraient avoir des applications potentielles dans les dispositifs magnéto-optiques.

CatalyseLe phosphate de bismuth peut servir de catalyseur en synthèse organique, notamment pour la déshydratation des alcools en oléfines, l'isomérisation des oléfines, la nitration des hydrocarbures aromatiques, la polymérisation des aldéhydes et d'autres réactions. Il constitue également une source de phosphates pour les réactions d'échange à l'état solide permettant la préparation de phosphates métalliques tels que les phosphates de magnésium, de calcium et de zinc.

Domaine médicalLe phosphate de bismuth, ainsi que ses formes aluminate et sous-carbonate, est utilisé pour traiter divers troubles gastro-intestinaux. De plus, les composés du bismuth présentent une puissante activité antimicrobienne contre les bactéries pathogènes Gram-positives et Gram-négatives. Leishmanioseet les champignons. Des études récentes ont montré que les composés du bismuth peuvent agir comme adjuvants antibiotiques pour traiter les infections microbiennes multirésistantes, le cancer et les infections virales, notamment le SARS-CoV-2. Cependant, en raison de sa faible biodisponibilité dans les milieux physiologiques, de nombreux composés du bismuth aux propriétés physico-chimiques améliorées et de nouvelles modalités d'administration pour la libération du bismuth ont été développés et testés biologiquement.

Industrie nucléaireLe phosphate de bismuth est utilisé dans la séparation du plutonium des produits de fission.

Fabrication du verreIl est utilisé dans la production de verre optique en silex.

Informations de sécurité

Le phosphate de bismuth est irritant pour la peau, les voies respiratoires et les yeux. Il est toxique en cas d'ingestion. Une exposition prolongée peut présenter des risques pour la santé. Cependant, il est incombustible et ne réagit pas violemment avec d'autres composés chimiques. Les mentions relatives aux risques et à la sécurité indiquent qu'il est classé WGK Allemagne 3 et qu'il figure dans l'inventaire TSCA.

Perspectives du marché

Les propriétés uniques du phosphate de bismuth lui confèrent de nombreuses applications dans des domaines tels que la chimie, la science des matériaux, l'électronique et la médecine. Avec le développement de secteurs comme les énergies nouvelles et l'optoélectronique, la demande en phosphate de bismuth de haute pureté devrait croître. Les recherches sur ses méthodes de synthèse et ses applications continueront de progresser, élargissant ainsi son potentiel de marché.