Bizmut

Gőznyomás
83	ólom ← bizmut → polónium
Általános
Név, vegyjel, rendszám	bizmut, Bi, 83
Latin megnevezés	bisemutum
Elemi sorozat	másodfajú fémek
Csoport, periódus, mező	15, 6, p
Megjelenés	csillogó vöröses fehér ;
Atomtömeg	208,98038(2) g/mol
Elektronszerkezet	[Xe] 4f14 5d10 6s² 6p³
Elektronok héjanként	2, 8, 18, 32, 18, 5
Fizikai tulajdonságok
Halmazállapot	szilárd
Sűrűség (szobahőm.)	9,78 g/cm³
Sűrűség (folyadék) az o.p.-on	10,05 g/cm³
Olvadáspont	544,7 K; (271,5 °C, 520,7 °F)
Forráspont	1837 K; (1564 °C, 2847 °F)
Olvadáshő	11,30 kJ/mol
Párolgáshő	151 kJ/mol
Moláris hőkapacitás	(25 °C) 25,52 J/(mol·K)
Atomi tulajdonságok
Kristályszerkezet	romboéderes
Oxidációs szám	3, 5; (enyhén savas oxid)
Elektronegativitás	2,02 (Pauling-skála)
Ionizációs energia	1.: 703 kJ/mol
	2.: 1610 kJ/mol
	3.: 2466 kJ/mol
Atomsugár	160 pm
Atomsugár (számított)	143 pm
Kovalens sugár	146 pm
Egyebek
Mágnesség	diamágneses
Fajlagos ellenállás	(20 °C) 1,29 µΩ·m
Hővezetési tényező	(300 K) 7,97 W/(m·K)
Hőtágulási együttható	(25 °C) 13,4 µm/(m·K)
Hangsebesség (vékony rúd)	(20 °C) 1790 m/s
Young-modulus	32 GPa
Nyírási modulus	12 GPa
Kompressziós modulus	31 GPa
Poisson-tényező	0,33
Mohs-keménység	2,25
Brinell-keménység	94,2 HB
CAS-szám	7440-69-9
Fontosabb izotópok
Hivatkozások

A bizmut (nyelvújításkori magyar nevén: keneny) a 83-as rendszámú kémiai elem, vegyjele Bi. A másodfajú fémek közé tartozó,^[1] kemény, rideg, nagy szemcsékben kristályosodó, terméselemként és ércásványaiban is megtalálható, ritkán előforduló elem.

Fémes elem,^[1]^[2]^[3]^[4] bár néhány forrásban a félfémek közé sorolják.^[5]^[6] Rossz hővezető, nem mágnesezhető, de mágneses mezőben és különböző nyomásviszonyok alatt elektromos vezetőképessége változik. Olvadáspontja alacsony, szilárdulási fázisban térfogata növekszik.

Sokáig a bizmutot tekintették a legnagyobb rendszámú stabil elemnek, de 2003-ban felfedezték, hogy rendkívül gyengén, de radioaktív: egyetlen primordiális izotópja, a bizmut-209 alfa-sugárzó,^[7] felezési ideje több, mint egymilliárdszorosa az Univerzum becsült életkorának.^[8]^[9] Rendkívül hosszú felezési ideje miatt azonban szinte minden szempontból stabil elemnek tekinthető.^[9]

Felfedezése

Kristályos bizmut

Első írásos említése egy német szerzetestől, Valentius Basilius-tól származik 1450-ből. Mint önálló, a hét klasszikustól (arany, ezüst, ón, ólom, réz, cink, vas) különböző fémet először Agricola (Georg Bauer) írta le a XVI. században De re metallica című munkájában. Nevének eredete a német weisse Masse, illetve a szász tájnyelvi „wise Must” (fehér tömeg) kifejezésből ered, mely az Érchegységbeli bányászok által használt kifejezés volt a „hasznos ércet” nem szolgáltató bizmutos ércesedésre.

Kémiai tulajdonságai

Szokásos hőmérsékleten mind a stabil, mind a nedves levegőnek ellenáll. A vörösizzás hőmérsékletén vízzel bizmut(III)-oxid keletkezése közben reagál.^[10]

2 Bi + 3 H₂O → Bi₂O₃ + 3 H₂

Fluorral 500 °C-on bizmut(V)-fluoridot, alacsonyabb hőmérsékleten bizmut(III)-fluoridot képez. Más halogénekkel csak bizmut(III)-halogenidek keletkeznek.^[11]^[12]^[13] A trihalogenidek korrozív, nedvességgel könnyen reagáló anyagok, utóbbival BiOX összetételű oxohalogenideket képeznek.^[14]

2 Bi + 3 X₂ → 2 BiX₃ (X = F, Cl, Br, I)

Tömény kénsav bizmut(III)-szulfát és kén-dioxid keletkezése közben oldja.^[10]

6 H₂SO₄ + 2 Bi → 6 H₂O + Bi₂(SO₄)₃ + 3 SO₂

Salétromsavval bizmut(III)-nitrátot képez.

Bi + 6 HNO₃ → 3 H₂O + 3 NO₂ + Bi(NO₃)₃

Oldódik sósavban is, de csak oxigén jelenlétében.^[10]

4 Bi + 3 O₂ + 12 HCl → 4 BiCl₃ + 6 H₂O

Alkáliföldfém-komplexek előállításához használják transzmetalláló ágensként:

3 Ba + 2 BiPh₃ → 3 BaPh₂ + 2 Bi

Előfordulása, előállítása

Terméselemként hidrotermális ércesedésekben, telérekben lelhető fel. Híres magyarországi előfordulása a Nagybörzsöny melletti középkori nemesfémbányák (termésbizmut és bizmut-szulfid). Gyakran arany-, réz-, ólom- és ónércekben dúsul fel. Oxidjaiból (Bi₂O₃) szenes redukcióval, szulfidjaiból (Bi₂S₃) alacsony hőmérsékleten „pörköléssel”, majd kohósítással nyerik ki. Vegyes ércelőfordulásoknál kinyerésére hidrometallurgiai eljárásokat alkalmaznak. Salétromsavban való oldhatóságát hasznosítva elektrolízissel is előállítható.

Felhasználása

Megszilárdulás közbeni térfogatnövekedése miatt ötvözőanyagnak hasznosítják tagolt, bonyolult felületű idomok és formák előállításánál, kéregöntéseknél is. A bizmut, ólom, ón és kadmium ötvözetet „Wood”-fémnek hívják. Ez az eutektikus ötvözet az alkotó fémeket 4:2:1:1 arányban tartalmazza. Olvadáspontja kb. 70 °C, már forró vízbe mártva is megolvad,^[15] (a színesfémeké 230-330 °C), míg a „Rose”-fém ólom és ón mellett 25,0% bizmutadagolásnál 94 °C-on olvad meg. Alacsony olvadási hőmérséklete miatt alkalmas tűzjelző berendezéseknél, a villamosiparban olvadóbiztosítók előállításánál, nyomástartó edényeknél és tartályoknál biztonsági szelepekben használják. A műszeriparban a mágneses térerő alatti eltérő tulajdonságú viselkedése miatt fontos érzékelők alapanyaga. Hűtőberendezésekben szelenidjét (Bi₂Se₄), telluridját (Bi₂Te) kapcsolószerkezetekben alkalmazzák. A legfontosabb felhasználási területe a műanyagipari alapanyagok gyártása, mert a bizmut-foszfomolibdát (BiPMo₁₂O₄₀) hatásos katalizátor akrilszálak, festékek gyártási folyamatában. A bizmut sóit a gyógyszeriparban röntgenvizsgálatok kontrasztanyagaként (bizmutkása) hasznosítják, de emésztőszervi zavarok kezelésére is alkalmazzák. A bőrsérülések, bőrfertőzések gyógyszerének alapanyaga (dermatol). Kozmetikai cikkeknél a bizmut hozzáadása gyöngyházfényt eredményez (rúzsok, lakkok).

Fontosabb vegyületei

Bizmut-hidroxid Bi(OH)₃ fehér por, amely melegítve vizet veszít, és bizmut-oxid-hidroxiddá (BiOOH) alakul át.
Bizmut-nitrát Bi(NO₃)₃·5H₂O fehér kristályos, erősen higroszkópos (a bizmutkása alapanyaga).
Bizmut-szulfid Bi₂S₃ fekete színű por.

Fontosabb ásványai

Annivit (bizmutfakóérc) Cu₁₀(Fe,Zn)₂(As,Bi)₄S₁₃
Bizmut-trioxid (bizmit) Bi₂O₃
Bizmut-szulfid Bi₂S₃
Cosalit (Pb₂BiS₅)
Eulitin Bi₄(SiO₄)₃
Joseit Bi₄TeS₂
Rézbányit Pb₃Cu₂Bi₁₀S₁₉
Termésbizmut Bi
Tetradimit Bi₂Te₂S₂

Termelt mennyiségek

A földkéreg bizmutban körülbelül kétszer gazdagabb, mint aranyban. Legfontosabb ércei a bizmut-szulfid és a bizmit. A világ 2005. évi bizmutfém-termelése 4631 tonna volt. A három legnagyobb termelő (zárójelben az össztermelésen belüli arány %-ban):

Kína: 2000 tonna (43,2%)
Mexikó: 970 tonna (21,0%)
Peru: 807 tonna (17,4%)
Termelt még: Bulgária (0,9%), Románia (0,9%), Oroszország (1,0%), Kanada (3,5%), Japán (10,0%), Ausztrália (2,1%).

2014-ben a bizmuttermelés elérte a 13 600 tonnát:

Kína: 7600 tonna
Vietnám: 4950 tonna
Mexikó: 948 tonna
Oroszország: 40 tonna
Bolívia: 10 tonna
Kanada: 3 tonna

2015-ben a világtermelés szintén 13 600 tonna volt:

Kína: 7500 tonna
Vietnám: 5000 tonna
Mexikó: 700 tonna
Oroszország: 40 tonna
Bolívia: 10 tonna
Kanada: 3 tonna

Élettani hatása

A bizmut és sói vesekárosodást okoznak. A károsodás mértéke nem súlyos, de nagy dózisban halálos is lehet. Az iparban úgy ítélik meg, hogy a nehézfémek közül a legkevésbé mérgező (összehasonlítva ólommal, arzénnal, antimonnal stb.), feltehetően ez a bizmut sók gyenge oldhatóságának köszönhető. Időnként súlyos, halálos kimenetelű mérgezés is felléphet. Ismertek még egyéb toxikus hatások is, rossz közérzet, albumin vagy más fehérje jelenléte a vizeletben, bőrreakciók és egyes esetekben súlyos bőrgyulladás.

Akut hatások

Belélegzés esetén: légzőszervi irritáció, okozhat rossz leheletet, fémes ízt és fogínygyulladást.

Lenyelése: hányinger, étvágytalanság és súlyveszteség, rossz közérzet, albuminuria, enteritis (bélgyulladás), hasmenés, bőrreakciók, stomatitis (szájnyálkahártya-gyulladás), fejfájás, reumás fájdalom, és egy fekete vonal képződhet az ínyen a bizmut-szulfid lerakódása miatt.

Bőrön: irritáció.

Krónikus hatások

Lenyelés: befolyásolhatja a máj- és a vesefunkciót. Okozhat vérszegénységet és fekélyes szájgyulladást.

Bőrön: bőrgyulladást okozhat.

A bizmut-oxiklorid (C.I.77163) fehér színű, szintetikus színezék. Fehérítő és szeplő elleni krémekben, napozószerekben fordul elő.

Jegyzetek

↑ ^a ^b Az elemek kémiája II.. Budapest: Nemzeti Tankönyvkiadó, 750. o. (1999). ISBN 963 18 9144 5
↑ Hans Breuer: Kémia. Atlasz sorozat. Athenaeum 2000 Kiadó Kft., 2003., 169. oldal. ISBN 963-9471-35-6
↑ Természettudományi kisenciklopédia. Gondolat, Budapest, 1987., 709. oldal. ISBN 963-281-740-0
↑ A Dictionary of Chemistry. Oxford University Press, 2008., 73. oldal. ISBN 978-0-19-920463-2
↑ Römpp vegyészeti lexikon: Első kötet A–E. Budapest: Műszaki Könyvkiadó, 359. o. (1981). ISBN 963 10 3270 1
↑ Magyar nagylexikon IV. (Bik–Bz). Főszerk. Élesztős László, Rostás Sándor. Budapest: Akadémiai. 1995. 115. o. ISBN 963-05-6928-0
↑ Lente Gábor (2009). „Sugárzó bizmut”. Középiskolai Kémiai Lapok XXXVI. (1). ISSN 0139-3715.
↑ Dumé, Belle. „Bismuth breaks half-life record for alpha decay”, Physicsworld, 2003. április 23.
↑ ^a ^b Kean, Sam. The Disappearing Spoon (and other true tales of madness, love, and the history of the world from the Periodic Table of Elements). New York/Boston: Back Bay Books, 158–160. o. (2011). ISBN 978-0-316-051637
↑ ^a ^b ^c Suzuki, p. 8.
↑ Wiberg, pp. 769–770.
↑ Greenwood, pp. 559–561.
↑ Krüger, p. 185
↑ Suzuki, p. 9.
↑ Olvadáspont-csökkenés fémek ötvözésekor. http://metal.elte.hu.+[2018. április 27-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2017. június 6.)

Források

A Wikimédia Commons tartalmaz Bizmut témájú médiaállományokat.

Bognár László: Ásványhatározó. Gondolat Kiadó. Budapest.1987.
Sályi István (szerk): Pattantyús.Gépész és villamosmérnökök kézikönyve. II. kötet. Műszaki Kiadó. Budapest. 1961.
Egerer Frigyes: Ásványtan.II. Miskolci Egyetemi Kiadó. Miskolc. 1992.
http://webmineral.com
World Mineral Production 2001-2005. British Geological Survey. London. 2007.
Annivite. www.mindat.org (angolul) (Hozzáférés: 2013. május 10.) (HTML)
Greenwood, N. N., Earnshaw, A.. Chemistry of the Elements, 2nd, Butterworth-Heinemann (1997. november 4.). ISBN 978-0-7506-3365-9
Suzuki, Hitomi. Organobismuth Chemistry. Elsevier, 1–20. o. (2001. november 4.). ISBN 978-0-444-20528-5
Krüger, Joachim, Winkler, Peter; Lüderitz, Eberhard; Lück, Manfred; Wolf, Hans Uwe. Bismuth, Bismuth Alloys, and Bismuth Compounds, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH, Weinheim, 171–189. o.. DOI: 10.1002/14356007.a04_171 (2003. november 4.). ISBN 978-3527306732 * Suzuki, Hitomi. Organobismuth Chemistry. Elsevier, 1–20. o. (2001. november 4.). ISBN 978-0-444-20528-5
Wiberg, Egon, Holleman, A. F., Wiberg, Nils. Inorganic chemistry. Academic Press (2001. november 4.). ISBN 978-0-12-352651-9

További információk

a magyar Wikipédia bizmutot tartalmazó vegyületeinek listája

Kémiaportál • összefoglaló, színes tartalomajánló lap

[Greenwood-1] Az elemek kémiája II.. Budapest: Nemzeti Tankönyvkiadó, 750. o. (1999). ISBN 963 18 9144 5

[atlasz-2] Hans Breuer: Kémia. Atlasz sorozat. Athenaeum 2000 Kiadó Kft., 2003., 169. oldal. ISBN 963-9471-35-6

[3] Természettudományi kisenciklopédia. Gondolat, Budapest, 1987., 709. oldal. ISBN 963-281-740-0

[4] A Dictionary of Chemistry. Oxford University Press, 2008., 73. oldal. ISBN 978-0-19-920463-2

[Römpp1-5] Römpp vegyészeti lexikon: Első kötet A–E. Budapest: Műszaki Könyvkiadó, 359. o. (1981). ISBN 963 10 3270 1

[6] Magyar nagylexikon IV. (Bik–Bz). Főszerk. Élesztős László, Rostás Sándor. Budapest: Akadémiai. 1995. 115. o. ISBN 963-05-6928-0

[7] Lente Gábor (2009). „Sugárzó bizmut”. Középiskolai Kémiai Lapok XXXVI. (1). ISSN 0139-3715.

[8] Dumé, Belle. „Bismuth breaks half-life record for alpha decay”, Physicsworld, 2003. április 23.

[Kean-9] Kean, Sam. The Disappearing Spoon (and other true tales of madness, love, and the history of the world from the Periodic Table of Elements). New York/Boston: Back Bay Books, 158–160. o. (2011). ISBN 978-0-316-051637

[s8-10] Suzuki, p. 8.

[w770-11] Wiberg, pp. 769–770.

[g559-12] Greenwood, pp. 559–561.

[k185-13] Krüger, p. 185

[s9-14] Suzuki, p. 9.

[15] Olvadáspont-csökkenés fémek ötvözésekor. http://metal.elte.hu.+[2018. április 27-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2017. június 6.)

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]