Bizmut: 83. pierwiastek chemiczny

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
Stan skupienia	stały
Gęstość	9790 kg/m³
Temperatura topnienia	271,406 °C
Temperatura wrzenia	1564 °C
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 Twardość • w skali Mohsa 2,25 Prędkość dźwięku 1790 m/s (293,15 K) Objętość molowa 21,31×10–6 m³/mol
Najbardziej stabilne 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 Karta charakterystyki: dane zewnętrzne firmy Sigma-Aldrich [dostęp 2011-10-02] Globalnie zharmonizowany system klasyfikacji i oznakowania chemikaliów Na podstawie podanej karty charakterystyki Uwaga Zwroty H H228 Zwroty P P210 NFPA 704 Na podstawie podanego źródła 3 0 3
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa)
Multimedia w Wiki Commons
Hasło w Wikisłowniku

Nazwa pochodzi od zlatynizowanego niemieckiego słowa Wismut, pochodzącego od określenia weisse Masse, ‘biała masa’.

Czysty bizmut jest kruchym metalem o srebrnym połysku z różowymi refleksami. Jako jedna z nielicznych substancji wykazuje inwersję rozszerzalności termicznej – przy obniżaniu temperatury zmniejsza się jego gęstość, gęstość bizmutu w stanie stałym jest mniejsza niż w stanie ciekłym (podobne właściwości wykazuje woda poniżej 4 °C). Nie reaguje z tlenem i wodą w warunkach normalnych. Roztwarza się w stężonym kwasie azotowym.

Bizmut ogrzany do temperatury topnienia, a następnie wolno oziębiany spontanicznie tworzy kryształy lejkowate. Gdy oziębianie jest powolne, rozmiary kryształów mogą być bardzo duże.

Występuje w skorupie ziemskiej w ilości 0,048 ppm (2 razy więcej niż złoto) w postaci trzech rud: bizmutynu Bi
2S
3, bizmutytu (BiO)
2CO
3 i ochry bizmutowej, które stanowią zwykle zanieczyszczenie rud ołowiu i miedzi. Rzadko występuje w postaci rodzimej (elementarnej).

W związkach bizmut jest zazwyczaj trójwartościowy (stopień utlenienia III) i wykazuje właściwości zasadowe. Tworzy tlenek bizmutu(III) Bi
2O
3, wodorotlenek bizmutu(III) 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), Bi
2(SO
4)
3. Ponadto znane są sole bizmutu i kwasów beztlenowych (halogenki BiX
3, siarczek bizmutu(III) Bi
2S
3). Wszystkie sole bizmutu łatwo ulegają hydrolizie do soli bizmutylowych.

Bizmutowodór (bizmutyna), BiH
3, jest nietrwałym, trującym gazem (temp. wrz. ok. 20 °C) o właściwościach redukujących. Bizmut(III) tworzy też bezpośrednie połączenia z metalami, bizmutki typu M
3Bi, np. bizmutek sodu Na
3Bi i bizmutek magnezu Mg
3Bi
2.

Znanych jest wiele związków kompleksowych bizmutu, np. zawierających anion [BiCl
4]−
, [BiCl
5]2−
, [BiCl
5]3−
, [Bi
2Cl
7]−
, [Bi(SO
4)
2]−
i in. Z ligandami kleszczowymi tworzy chelaty, np. [Bi(O
2C
6H
4)
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 typu MBiO
3 o silnych właściwościach utleniających (np. bizmutan potasowy, KBiO
3).

Związki bizmutoorganiczne

Podobnie jak pozostałe pierwiastki grupy 15, bizmut(III) tworzy połączenia z resztami organicznymi typu R
3Bi oraz R
3BiZ
2 (R – reszta organiczna, Z – anion nieorganiczny), np. (CH
3)
3Bi, Ph
3Bi, Ph
3BiF
2 lub Ph
3Bi(OH)
2.

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 209
Bi na ok. 1,9×10¹⁹ lat (tj. ponad miliard razy więcej niż szacowany wiek Wszechświata), wcześniej szacowanego na 10¹⁸ 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. 210
Bi (ok. 50 ppm składu izotopowego).

Bizmut-210

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

Bizmut jest znany od XV wieku. Głównymi producentami są Chiny, Wietnam i Meksyk. W XXI w. jego cena wzrosła od ok. 6 $/kg w 2000 r. do ok. 30 $/kg w 2007 r.

• 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 Bi
  2O
  3 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.
• 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 bizmutawy), jodek bizmutawo-chininowy lub środki antyseptyczne (np. dermatol, kseroform).
• Katalizator w procesie polimeryzacji.
• Włókno w bezpiecznikach elektrycznych.
• Zastępuje ołów w procesach przemysłowych.

Znaczenie biologiczne – brak lub nieznane. 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. Niewiele wiadomo o toksyczności bizmutu. Nie wykazano upośledzenia i odstępstw od normy w rozwoju szczurów, którym przez 28 dni podawano bizmut w dawkach 0, 40, 200, 1000 mg na kg masy ciała, dla obu płci; ustalono, iż LD₅₀ > 2000 mg/kg masy ciała.

• Mały słownik chemiczny. Jerzy Chodkowski (red.). Wyd. V. Warszawa: Wiedza Powszechna, 1976.brak strony w książce
• Encyklopedia techniki CHEMIA. Warszawa: WNT, 1965.brak strony w książce
• Adam Bielański: Chemia ogólna i nieorganiczna. Warszawa: PWN, 1981, s. 414, 427, 439. ISBN 83-01-02626-X.
• Philip John Durrant, Bryl Durrant: Zarys współczesnej chemii nieorganicznej. Warszawa: PWN, 1965, s. 875–881.