Bizmut

Bizmut

ołów ← bizmut → polon
Sb ↑ Bi ↓ Mc 83 Bi
Wygląd
różowoszary
bizmut naturalny Syntetyczny kryształ bizmutu o dużej czystości (opalizacja jest spowodowana cienką warstwą tlenku na powierzchni)
Widmo emisyjne bizmutu
Ogólne informacje
Nazwa, symbol, l.a.	bizmut, Bi, 83 (łac. bismutum)
Grupa, okres, blok	15, 6, p
Stopień utlenienia	III, V
Właściwości metaliczne	metal
Właściwości tlenków	średnio kwaśne
Masa atomowa	208,98 ± 0,01[a][2]
Stan skupienia	stały
Gęstość	9790 kg/m³[3]
Temperatura topnienia	271,406 °C[3]
Temperatura wrzenia	1564 °C[3]
Numer CAS	7440-69-9
PubChem	5359367
Właściwości atomowe Promień • atomowy • walencyjny 160 (obl. 143) pm 146 pm Konfiguracja elektronowa [Xe]4f145d106s26p3 Zapełnienie powłok 2, 8, 18, 32, 18, 5 (wizualizacja powłok) Elektroujemność • w skali Paulinga • w skali Allreda 2,02 1,67 Potencjały jonizacyjne I 703 kJ/mol II 1610 kJ/mol III 2466 kJ/mol
Właściwości fizyczne Ciepło parowania 104,8 kJ/mol Ciepło topnienia 11,3 kJ/mol Ciśnienie pary nasyconej 6,27×10–4 Pa (600 K) Konduktywność 0,867×106 S/m Ciepło właściwe 122 J/(kg·K) Przewodność cieplna 7,87 W/(m·K) Układ krystalograficzny trygonalny[1] Twardość • w skali Mohsa 2,25 Prędkość dźwięku 1790 m/s (293,15 K) Objętość molowa 21,31×10–6 m³/mol
Najstabilniejsze izotopy izotop wyst. o.p.r. s.r. e.r. MeV p.r. 207Bi syn. 31,55 lat w.e. 2,399 207Pb 208Bi syn. 3,368×106 lat w.e. 2,880 208Pb 209Bi 100% (1,9 ±0,2)×1019 lat α 3,14 205Tl 210mBi syn. 3×106 lat α 0,271 206Tl
Niebezpieczeństwa Globalnie zharmonizowany system klasyfikacji i oznakowania chemikaliów[4] Uwaga Zwroty H H228 Zwroty P P210, P240, P280, P370+P378 Dawka śmiertelna >2 g/kg (szczur, doustnie)[5]
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa)
Multimedia w Wikimedia Commons
Hasło w Wikisłowniku

Bizmut (Bi, łac. bismutum^[6]) – pierwiastek chemiczny, metal bloku p układu okresowego.

Nazwa pochodzi od zlatynizowanego niemieckiego słowa Wismut^[7][8] (alternatywna pisownia: Wiesemut, Wiesmut, Wismuth^[6]; później Wisuth i Bisemutum^[9]), pochodzącego od określenia weisse Masse, „biała masa”^[7]. W polskim nazewnictwie XIX-wiecznym początkowo dominowała nazwa bismut. Zmianę na bizmut wprowadził Jędrzej Śniadecki w III wydaniu „Początków chemii” i ta wersja została ostatecznie przyjęta przez innych autorów^[6].

Jest pierwiastkiem bardzo rzadkim^[6]. Jego ilość w skorupie ziemskiej szacowana jest na od 8,5 (ok. 2 razy więcej niż złoto)^[10], przez 25^[11], do 170–200^[12] ppb, co daje mu 64 miejsce wśród wszystkich pierwiastków^[12]. Występuje w postaci kilku rud: bizmutynitu Bi₂S₃, bizmutytu (BiO)₂CO₃, bizmitu(inne języki) Bi₂O₃^[13][11][12] i ochry bizmutowej Bi₂O₃·3H₂O^[12]. W rudach niklu, kobaltu, srebra, cyny i uranu spotykany jest też bizmut rodzimy, w postaci metalicznej. Pozyskiwany jest zazwyczaj jako produkt uboczny podczas wytopu ołowiu i miedzi^[13][11].

Wolny bizmut uzyskuje się przez redukcję jego związków^[14]:

• Bi₂O₃ za pomocą węgla wobec węglanu sodu jako topnika
• BiCl₃ za pomocą kwasu podfosforawego, H₃PO₂.

Roczna światowa produkcja bizmutu i jego związków wynosi ok. 8000 ton. Głównymi producentami są Australia, Boliwia, Chiny, Japonia, Kanada, Meksyk, Peru i USA^[13].

Czysty bizmut jest kruchym, a zarazem miękkim metalem^[6] o dużej gęstości (9,80 g/cm³^[3]) i srebrnym połysku z różowymi refleksami^[15]. Przy powolnym zestalaniu tworzy duże, kruche kryształy^[12]. Jest słabym przewodnikiem prądu elektrycznego^[9], zwłaszcza w formie stałej^[12]. Spośród wszystkich metali wykazuje najsilniejszy diamagnetyzm (podatność magnetyczna 16×10⁻⁹ m³/kg^[12]) i efekt Halla oraz ma najniższą po rtęci przewodność cieplną^[9][12]. Jako jedna z nielicznych substancji wykazuje inwersję rozszerzalności termicznej – w temperaturze topnienia gęstość bizmutu w stanie stałym jest mniejsza o 3,3% niż w stanie ciekłym^[9][12] (podobnie zachowuje się gal i antymon, a także woda przechodząc w lód^[6]). Ze względu na kruchość w temperaturze pokojowej, obróbkę plastyczną można przeprowadzać jedynie na gorąco, powyżej 225 °C^[13].

Podobnie jak inne azotowce, w formie stałej tworzy kilka form alotropowych^[13].

Bizmut jest najbardziej elektrododatni spośród naturalnie występujących azotowców, a jego tritlenek Bi₂O₃ ma charakter zasadowy^[13]. Jest mało reaktywny – pod tym względem plasuje się między ołowiem a srebrem. W suchym powietrzu nie ulega utlenianiu. W formie ciekłej, do ok. 820 °C, przed utlenianiem chroni go cienka warstwa tlenku Bi₂O₃. Powyżej tej temperatury tlenek topi się i następuje szybkie utlenianie metalu. Jest palny, na powietrzu płonie niebieskim ogniem z wytworzeniem żółtego dymu zawierającego jego tlenki^[9].

Podobnie jak arsen i antymon, roztwarza się w stężonym kwasie azotowym (jednak jako jedyny z tej grupy pierwiastków daje sól, azotan bizmutu(III) Bi(NO₃)₃) i gorącym stężonym kwasie siarkowym; reaguje z fluorowcami, przy czym w chlorze ulega zapłonowi^[16]. Nie reaguje natomiast z kwasem solnym^[6].

Znaczenie biologiczne – brak lub nieznane^[17][15]. Występuje w kościach i krwi (ok. 0,2 ppm). Jego sole i tlenki są nietoksyczne, mimo że jest metalem ciężkim. Sole bizmutu stosowane są w leczeniu wrzodów żołądka spowodowanych zakażeniem Helicobacter pylori^[18]. Niewiele wiadomo o toksyczności bizmutu^[19][5]. Nie wykazano upośledzenia i odstępstw od normy w rozwoju szczurów, którym przez 28 dni podawano bizmut w dawkach do 1 g/kg masy ciała. LD₅₀ wyniosło >2 g/kg masy ciała^[5].

Bizmut ma 35 izotopów z przedziału mas 184–218. Żaden z nich nie jest trwały. W 2003 roku we francuskim Institut d’Astrophysique Spatiale w Orsay wyznaczono półokres rozpadu najtrwalszego izotopu bizmutu ²⁰⁹Bi na ok. 1,9×10¹⁹ lat (tj. ponad miliard razy więcej niż szacowany wiek Wszechświata)^[20], wcześniej szacowanego na 10^18[21] lat. Ta śladowa radioaktywność nie stanowi zagrożenia biologicznego, ma jednak znaczenie naukowe, gdyż potwierdziła wcześniejsze obliczenia teoretyczne wskazujące na niestabilność wszystkich izotopów bizmutu. W naturalnym bizmucie występują też śladowe ilości radioizotopów, np. ²¹⁰Bi (ok. 50 ppm składu izotopowego).

Emituje promieniowanie beta o energii 1,162 MeV, przekształcając się w ²¹⁰Po. Często występuje w równowadze promieniotwórczej ze swoim prekursorem, ²¹⁰Pb. Jest wysoce radiotoksyczny. Narząd krytyczny stanowią nerki, a dopuszczalne skażenie zostało ustalone na 1,5 kBq.

Pierwsze doniesienia o bizmucie pochodzą z końca XIV w., kiedy to opisano jego otrzymywanie poprzez ogrzewanie z węglem drzewnym i zastosowanie jako podkład do lakierowania lub złocenia^[22]. Od przełomu XIV i XV wieku stosowany był jako dodatek stopowy do cyny^[6]. Zastosowania współczesne to:

• Dodatek do stopów niskotopliwych (np. stop Wooda), w Niemczech także do produkcji stopów, z których odlewano czcionki drukarskie.
• Niektóre jego kompleksy karbonylkowe znalazły zastosowanie jako katalizatory metatezy węglowodorów.
• Ochra bizmutowa Bi₂O₃ o barwie różowo-brązowej jest czasami stosowana jako barwnik w przemyśle kosmetycznym.
• Wykorzystuje się go do produkcji tworzyw sztucznych, farb. Tlenek bizmutu jest stosowany jako żółty pigment^[15].
• Stosuje się (np. w postaci zawiesiny) jako środek kontrastowy przy wykonywaniu zdjęć rentgenowskich (np. chlorek bizmutylu).
• Związki bizmutu wykazują właściwości antybakteryjne i są lub były stosowane jako leki (np. chlorek bizmutylu, zasadowy azotan bizmutawy, zasadowy węglan bizmutawy, zasadowy salicylan bizmutawy, koloidalny cytrynian bizmutu(III)(inne języki)), jodek bizmutawo-chininowy lub środki antyseptyczne (np. dermatol, kseroform).
• Katalizator w procesie polimeryzacji.
• Włókno w bezpiecznikach elektrycznych.
• Zastępuje ołów w procesach przemysłowych^[19].

W związkach bizmut jest zazwyczaj trójwartościowy (stopień utlenienia III)^[12]. Tworzy tlenek bizmutu(III)(inne języki) Bi₂O₃, wodorotlenek bizmutu(III)(inne języki) Bi(OH)₃ oraz szereg soli zasadowych zawierających ugrupowanie bizmutylowe O=Bi⁺ (np. chlorek bizmutylu, O=Bi−Cl). Jako jedyny pierwiastek 15 grupy tworzy trwałe sole z kwasami tlenowymi, np. siarczan bizmutu(III)(inne języki), Bi₂(SO₄)₃. Ponadto znane są sole bizmutu i kwasów beztlenowych (halogenki BiX₃, siarczek bizmutu(III)(inne języki) Bi₂S₃). Wszystkie sole bizmutu łatwo ulegają hydrolizie do soli bizmutylowych.

Bizmutowodór (bizmutyna), BiH₃, jest nietrwałym, trującym gazem (temp. wrz. ok. 20 °C) o właściwościach redukujących. Bizmut(III) tworzy też bezpośrednie połączenia z metalami, bizmutki typu M₃Bi, np. bizmutek sodu Na₃Bi i bizmutek magnezu Mg₃Bi₂.

Znanych jest wiele związków kompleksowych bizmutu, np. zawierających anion [BiCl₄]⁻, [BiCl₅]²⁻, [BiCl₅]³⁻, [Bi₂Cl₇]⁻, [Bi(SO₄)₂]⁻ i in. Z ligandami kleszczowymi tworzy chelaty, np. [Bi(O₂C₆H₄)₂]⁻. Halogenki bizmutu są kwasami Lewisa i z donorami elektronów tworzą kompleksy typu Et₂O·BiCl₃.

Na stopniu utlenienia V bizmut wykazuje właściwości kwasowe i tworzy nietrwałe sole – bizmutany(inne języki) typu MBiO₃ o silnych właściwościach utleniających (np. bizmutan potasu(inne języki), KBiO₃).

Związki bizmutoorganiczne

Podobnie jak pozostałe pierwiastki grupy 15, bizmut(III) tworzy połączenia z resztami organicznymi typu R₃Bi oraz R₃BiZ₂ (R – reszta organiczna, Z – anion nieorganiczny), np. (CH₃)₃Bi, Ph₃Bi, Ph₃BiF₂ lub Ph₃Bi(OH)₂.

• bizmut, [w:] JerzyJ. Chodkowski JerzyJ. (red.), Mały słownik chemiczny, wyd. V, Warszawa: Wiedza Powszechna, 1976, s. 76 .
• bizmut, [w:] Encyklopedia techniki. Chemia, WładysławW. Gajewski (red.), Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1965, s. 87–88, OCLC 33835352 .
• AdamA. Bielański AdamA., Podstawy chemii nieorganicznej, wyd. 5, Warszawa: PWN, 2002, 646, 671, 673 i 687, ISBN 83-01-13654-5 .
• Philip JohnP.J. Durrant Philip JohnP.J., BrylB. Durrant BrylB., Zarys współczesnej chemii nieorganicznej, Warszawa: PWN, 1965, s. 875–881 .