Bizmut

H Periyodik tablo He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba   Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra   Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og     La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu   Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Temel özellikleri
Atom numarası	83
Element serisi	Zayıf metaller
Grup, periyot, blok	15, 6, p
Görünüş	parlak gümüş rengi
Kütle numarası	208.98040 g/mol
Elektron dizilimi	[Xe] 4f14 5d10 6s2 6p3
Enerji seviyesi başına Elektronlar	2, 8, 18, 32, 18, 5
CAS kayıt numarası	7440-69-9
Fiziksel Özellikleri
Maddenin hâli	Katı
Yoğunluk	9.78 g/cm³
Sıvı hâldeki yoğunluğu	10,05 g/cm³
Ergime noktası	544,7 °K 271,5 °C
Kaynama noktası	1837 °K 1564 °C
Ergime ısısı	11.30 kJ/mol
Buharlaşma ısısı	151 kJ/mol
Isı kapasitesi	25.52 J/(mol·K)
Atom özellikleri
Kristal yapısı	rombohedral
Yükseltgenme seviyeleri	5, 4, 3, 2, 1
Elektronegatifliği	2,02 Pauling ölçeği
İyonlaşma enerjisi	703 kJ/mol
Atom yarıçapı	156 pm
Atom yarıçapı (hes.)	pm
Kovalent yarıçapı	148±4 pm
Van der Waals yarıçapı	207 pm
Diğer özellikleri
Elektrik direnci	1.29 µ nΩ·m (20°C'de)
Isıl iletkenlik	7.97 W/(m·K)
Isıl genleşme	13,4 µm/(m·K) (25°C'de)
Ses hızı	1790 m/s ('de)
Mohs sertliği	2,25
Vickers sertliği	MPa
Brinell sertliği	94.2 MPa

Bizmut sembolü Bi ve atom numarası 83 olan kimyasal elementtir. 15. grupta, 6. periyotta yer alan bir metaldir. Pentavalent geçiş metalidir ve azot grubundadır; aynı gruptaki arsenik ve antimon ile benzerlik gösterir. Her ne kadar önemli ticari cevherler sülfür ve oksit formlarından oluşsa da elementer bizmut doğal olarak ortaya çıkabilir. Serbest element formundaki kurşunun %86'sı yoğunluğuna sahiptir. Yeni üretildiğinde gümüşi beyaz renkli ve kırılgan bir metaldir ancak yüzey oksidasyonu ona birçok renkte yanardöner renkler verebilir. Bizmut en doğal diyamanyetik elementtir ve metaller arasındaki en az termal iletkenlik değerlerinden birine sahiptir.

Bizmut uzun zamandır, kararlı ve en yüksek atom kütleli element olarak kabul edilmiştir ancak 2003'te aşırı derecede zayıf radyoaktif olduğu keşfedildi: bizmutun tek ilkel izotopu bizmut-209, evrenin tahmini yaşının 1000,000,000 milyar katından daha uzun yarı ömürlü alfa bozunumu ile bozunur. Olağanüstü uzun yarılanma ömrü nedeniyle bizmut neredeyse tüm amaçlar için kararlı olarak kabul edilebilir.

Bizmut bileşikleri, bizmut üretiminin yaklaşık yarısında kullanılır. Kozmetikte, pigmentlerde ve ishal tedavisinde bizmut subsalisilat kullanılması gibi birkaç ilaçta özellikle bizmut kullanılır. Bizmut'un katılaştıkça genişleme özelliği nedeniyle, baskı harfi dökümü gibi bazı yerlerde gene bizmut kullanılır. Ağır bir metal olarak bizmut’un zehirlilik değeri çok azdır. Kurşunun zehirliliği son yıllarda daha çok belirginleştiğinden kurşun yerine bizmut alaşımlarının (halen bizmut üretiminin yaklaşık üçte biridir) kullanımı artmaktadır.

Bi, periyodik tablonun Va grubundaki azot ailesinin en metalsi ve en az bulunan elementidir. Bizmut, bütün metaller içinde en diyamagnetik (en güç mıknatıslanan) ve cıvadan sonra ısı iletkenliği en düşük olanıdır. Parlak, kaba kristalli ve gevrek bir metaldir; çok sert ve sünek olmamakla birlikte oldukça dövülgendir. Kırmızıya çalan kalay beyazı rengiyle bütün metallerden ayrılan bizmutu 1450'de Alman keşişi Basil Valentine tanımlamıştır.

Doğada genellikle serbest (element halinde), bazen de bizmut sülfür (Bi₂S₃) ve bizmut(III) oksit (Bi₂O₃) gibi bileşikler halinde bulunan bizmut, çoğu kez kalay, kurşun ve bakır cevherleriyle bir aradadır ve bu cevherlerin arıtımı sırasında bir yan ürün olarak ayrılır. Oksitini karbonla indirgeyerek ya da bileşimdeki kükürtü gidermek üzere sülfürünü odun kömürü ve demir eşliğinde kavurarak da katışıksız bizmut metali elde edilebilir.

Bizmut oda sıcaklığında havada kararmaz, ama ısıtıldığı zaman yüzeyinde, öbür metal oksitlerine benzemeyen kahverengimsi sarı renkte bir oksit katmanı oluşur. Kızıl kor sıcaklığında su buharıyla tepkimeye giren, buna karşılık havasız ortamda soğuk sudan etkilenmeyen, kükürt ve halojenlerle doğrudan birleşen bizmut, hidroklorik asitten etkilenmez, sıcak sülfürik asitten çok az etkilenir, ama seyreltik ya da derişik nitrik asitte hızla çözünür.

Antimon ve su gibi, bizmut da katılaştığı zaman hafifçe genleşir; bu özelliği nedeniyle bizmut alaşımları, özellikle ince ayrıntılı metal döküm parçalarının üretimine elverişlidir. Bizmut alaşımlarının ergime noktası düşük olduğundan, özel lehimlerde, otomatik püskürtme başlıklarında, yangın kapılarının otomatik açılma düzeneklerinde, sigortalarda, basınçlı gaz silindirlerinin güvenlik tapalarında ve çeşitli türden yangın detektörlerinde kullanılır. Soğutma sistemlerinin termoelektrik donanımında bizmut tellürür (Bi₂Te) ve bizmut selenürden (Bi₂Se₄) yararlanır. Bizmut fosfomolibdat (BiPMo₁₂O₄₀), propilen ve amonyağın havayla yükseltgenerek, akrilik liflerin, plastiklerin ve boyaların hammaddesine olan akrilonitrile dönüştürülmesinde kullanılan çok etkili bir katalizördür. Bizmut tuzları tıpta genellikle sindirim bozukluklarının tedavisinde, sindirim yollarının X ışınlarıyla incelenmesinde, deri yaralarının ve enfeksiyonlarının tedavisinde kullanılır. Bizmut oksijen klorür (BiOCI), rujlara, ojelere ve göz farlarına sedefli görünüm veren bir katkı maddesidir.

Atomik Yapı

• Atomik yarıçap: 1.63Å
• Atomik Hacim: 21.3 cm³/mol
• Kovalent Yarıçap: 1.46Å
• Tesir kesiti: 19 barn ±2
• Kristal yapısı: Rhombohedral
• Elektron konfigürasyonu:
  1s² 2s²p⁶ 3s²p⁶d¹⁰ 4s²p⁶d¹⁰f¹⁴ 5s²p⁶d¹⁰ 6s²p³
• Her Enerji Seviyesindeki Elektronlar: 2,8,18,32,18,5
  Kabuk Modeli
• İyonik yarıçap: 1.03Å
• Dolduran Orbital:6p³
• Elektron Sayıları: 83
• Nötron Sayıları: 126
• Proton Sayıları: 83
• Valans elektronları: 6s²p³
  Nokta Modeli

Kimyasal Özellikler

• İyonizasyon Potansiyeli
  Birinci: 7.289 İkinci: 16.687 Üçüncü: 25.559
• Valans Elektron Potansiyeli (-eV): 41.9

Fiziksel Özellikler

• Ortalama atomik Kütle: 208.9804
• Kaynama Noktası: 1837K 1564 °C 2847 °F
• Boyca Genleşme Katsayısı:
  0.0000133 cm/cm/°C (0 °C)
• İletkenlik
  Elektrik: 0.00867 10⁶/cm Isı: 0.0787 W/cmK
• Yoğunluk: 9.75g/cc @ 300K
• Niteliği:
  Hafif pembe renkli kırılgan beyaz bir metal
• Elastik katsayı:
  Bulk: 31/GPa Rigidity: 12/GPa Youngs: 32/GPa
• Yanabilirlik Sınıfı:
• Donma Noktası: Bkz. Erime noktası
• Sertlik
  Brinell: 94.2 MN m⁻² Mohs: 2.25
• Erime noktası:544.52K 271.52 °C 520.74 °F
• Molar hacmi: 21.37 cm³/mole
• Fiziki Hali (20 °C & 1atm): Katı
• Isınma Isısı: 0.12J/gK

 

Bizmutun birkaç ticari uygulaması vardır ve onu kullanan uygulamalar genellikle diğer hammaddelere göre küçük miktarlar gerektirir. Örneğin Amerika Birleşik Devletleri'nde 2016 yılında 733 ton bizmut tüketildi ve bunun %70'i kimyasallara (ilaçlar, pigmentler ve kozmetikler dahil) ve %11'i bizmut alaşımlarına gitti.

Bazı üreticiler, ABD'deki "kurşunsuz" zorunlulukları karşılamak için vanalar gibi içme suyu sistemleri için ekipmanlarda yedek malzeme olarak bizmutu kullanır (2014'te başlamıştır). Bu, tüm konut ve ticari bina inşaatlarını kapsadığı için oldukça büyük bir uygulamadır.

1990'ların başında, araştırmacılar bizmutu çeşitli uygulamalarda kurşunun yerine geçen zehirsiz bir ikame olarak değerlendirmeye başladılar.

İlaçlar

Bizmut, bazı farmasötiklerin bileşenidir ki bu maddelerin bazılarının kullanımı giderek azalmaktadır.

• Bizmut subsalisilat, antidiarrheal olarak kullanılır; Pepto-Bismol ve Kaopectate'nin 2004'te yeniden formüle edilmesi gibi "pembe bizmut" müstahzarlarında etkin bileşen'dir. Ayrıca Şigelloz ve kadmiyum zehirlenmesi gibi bazı diğer mide-bağırsak hastalıklarının tedavisinde de kullanılır. En azından bazı durumlarda bir oligodinamik etki (küçük dozlarda ağır metal iyonlarının mikroplar üzerindeki toksik etkisi) söz konusu olsa da bu maddenin etki mekanizması hala iyi belgelenmemiştir. Bileşiğin hidroliz’inden çıkan salisilik asit, gezgin ishali’nde önemli patojen olan toksojenik E. coli, için mikrop öldürücüdür.
• Bizmut subsalisilat ve bizmut subsitrat bileşimi, peptik ülserlere neden olan bakterileri tedavi etmek için kullanılır.
• Bibrocathol göz enfeksiyonlarını tedavisinde kullanılan organik bizmut içeren bir bileşiktir.
• Devrom'daki aktif bileşen olan Bizmut subgallate, gaz ve dışkı kaynaklı kötü kokunun tedavisinde dahili deodorant olarak kullanılır.
• Bizmut bileşikleri (sodyum bizmut tartarat dahil) eskiden frengi tedavisinde kullanılıyordu.Arsenik, bizmut veya cıva ile birlikte 1920'lerden 1943'te penisilinin ortaya çıkmasına kadar frengi tedavisinin temel dayanağıydı.
• "Bizmut sütü" (bizmut hidroksit ve bizmut subkarbonat'ın sulu süspansiyonu) 20. yüzyılın başlarında bir beslenme tedavisi olarak pazarlandı.
• Bizmut subnitrat (Bi₅O(OH)₉(NO₃)₄) ve bizmut subkarbonat (Bi₂O₂(CO₃)) tıpta da kullanılır.

Kozmetikler ve pigmentler

Bizmut oksiklorür (BiOCl) bazen kozmetikte göz farı, saç spreyi ve tırnak ojelerinin boyalarında pigment olarak kullanılır. Bu bileşik mineral bismoklit olarak bulunur ve kristal formda, ışığı kromatik olarak kıran ve incinin sedef görünümüne benzer bir yanardöner görünüm veren atom katmanları içerir (yukarıdaki şekle bakın). Antik Mısır'da ve o zamandan beri birçok yerde kozmetik olarak kullanıldı. "Bizmut beyazı" (ayrıca "İspanyol beyazı" da denir), beyaz bir pigment olarak kullanıldığında bizmut oksiklorür veya bizmut oksinitrat (BiONO₃) anlamına gelebilir. Bizmut vanadat, genellikle daha toksik kadmiyum sülfür sarı ve turuncu-sarı pigmentlerin yerini almak üzere (özellikle resim sanatçıların boyaları için) ışığa dayanıklı, reaktif olmayan bir boya pigmenti olarak kullanılır. Sanatçı boyalarındaki en yaygın çeşit, kadmiyum içeren alternatifinden görsel olarak ayırt edilemeyen limon sarısıdır.

Metal ve alaşımlar

Bizmut, demir gibi diğer metallerle metal alaşımlarında kullanılır. Bu alaşımlardan birisi yangın söndürmek için otomatik sprinkler sistemlerinde kullanılır. %25–28 kurşun ve %22–25 kalay içerikli, eriyebilen alaşım Rose metali'nin en büyük kısmını (%50) bizmut oluşturur. Tunç Çağı'nda kullanılan bizmut bronzu yapımında da bizmut kullanılmıştır.