Bizmut

Bizmut
	ołów ← bizmut → polon
	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
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 Wikimedia Commons
	Hasło w Wikisłowniku

Bizmut (Bi, łac. bisemutum, bismuthum lub bismutum) – pierwiastek chemiczny, metal bloku p układu okresowego.

Syntetyczne kryształy czystego bizmutu. Obok sześcian (1 cm³) bizmutu o czystości 99,99%

Nazwa pochodzi od zlatynizowanego^[5] niemieckiego słowa Wismut^[6], pochodzącego od określenia weisse Masse, ‘biała masa’^[5].

Właściwości

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)^[7]. 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^[8].

Występowanie

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).

Związki

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.

Izotopy

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)^[9], wcześniej szacowanego na 10¹⁸^[10] 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.

Zastosowanie

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^[7].
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^[11].

Znaczenie

Znaczenie biologiczne – brak lub nieznane^[12]^[7]. 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^[13]. Niewiele wiadomo o toksyczności bizmutu^[11]^[14]. 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^[14].

Uwagi

↑ Podana wartość stanowi przybliżoną standardową względną masę atomową (ang. abridged standard atomic weight) publikowaną wraz ze standardową względną masą atomową, która wynosi 208,98040 ± 0,00001. Zob. Prohaska i in. 2021 ↓, s. 584.

Przypisy

↑ ^a ^b ^c David R.D.R. Lide David R.D.R. (red.), CRC Handbook of Chemistry and Physics, wyd. 90, Boca Raton: CRC Press, 2009, s. 4–51, ISBN 978-1-4200-9084-0 (ang.).
↑ Bismuth (nr 264008) (ang.) – karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck) na obszar Stanów Zjednoczonych. [dostęp 2011-10-02]. (przeczytaj, jeśli nie wyświetla się prawidłowa wersja karty charakterystyki)
↑ Cucka, P., Barrett, C. S. The crystal structure of Bi and of solid solutions of Pb, Sn, Sb and Te in Bi. „Acta Cryst.”. 15 (9), s. 865–872, 1962. DOI: 10.1107/S0365110X62002297. (ang.).
↑ ThomasT. Prohaska ThomasT. i inni, Standard atomic weights of the elements 2021 (IUPAC Technical Report), „Pure and Applied Chemistry”, 94 (5), 2021, s. 573–600, DOI: 10.1515/pac-2019-0603 (ang.).
↑ ^a ^b AndrewA. Ede AndrewA., The Chemical Element: A Historical Perspective, Greenwood Publishing Group, 2006, ISBN 978-0-313-33304-0 [dostęp 2019-05-05] (ang.).
↑ Bismuth – Definition. Merriam-Webster Dictionary. [dostęp 2010-08-22].
↑ ^a ^b ^c Bismuth – Element information, properties and uses | Periodic Table [online], rsc.org [dostęp 2018-06-13] (ang.).
↑ William Tiller: The Science of Crystallization: Microscopic Interfacial Phenomena. Cambridge University Press, 1991, s. 2. ISBN 0-521-38827-9.
↑ de Marcillac P., Coron N., Dambier G., Leblanc J., Moalic JP. Experimental detection of alpha-particles from the radioactive decay of natural bismuth. „Nature”. 6934 (422), s. 876–878, kwiecień 2003. DOI: 10.1038/nature01541. PMID: 12712201.
↑ Ryszard Szepke: 1000 słów o atomie i technice jądrowej. MON, 1982, s. 30. ISBN 83-11-06723-6. (pol.).
↑ ^a ^b YuriY. Sano YuriY. i inni, A 13-week toxicity study of bismuth in rats by intratracheal intermittent administration, „Journal of Occupational Health”, 47 (3), 2005, s. 242–248, ISSN 1341-9145, PMID: 15953846 [dostęp 2018-06-13] .
↑ Bizmut [online], Układ Odpornościowy [dostęp 2017-09-12] .
↑ Łukasz Szczygieł. Medyczne zastosowanie związków bizmutu. „Gazeta Farmaceutyczna”. 4/2009. s. 36–38. [dostęp 2017-09-12].
↑ ^a ^b YuriY. Sano YuriY. i inni, Oral toxicity of bismuth in rat: single and 28-day repeated administration studies, „Journal of Occupational Health”, 47 (4), 2005, s. 293–298, ISSN 1341-9145, PMID: 16096353 [dostęp 2018-06-13] .

Bibliografia

Mały słownik chemiczny. Jerzy Chodkowski (red.). Wyd. V. Warszawa: Wiedza Powszechna, 1976.
Encyklopedia techniki CHEMIA. Warszawa: WNT, 1965.
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.

[4] Podana wartość stanowi przybliżoną standardową względną masę atomową (ang. abridged standard atomic weight) publikowaną wraz ze standardową względną masą atomową, która wynosi 208,98040 ± 0,00001. Zob. Prohaska i in. 2021 ↓, s. 584.

[CRC-1] David R.D.R. Lide David R.D.R. (red.), CRC Handbook of Chemistry and Physics, wyd. 90, Boca Raton: CRC Press, 2009, s. 4–51, ISBN 978-1-4200-9084-0 (ang.).

[Aldrich-US-2] Bismuth (nr 264008) (ang.) – karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck) na obszar Stanów Zjednoczonych. [dostęp 2011-10-02]. (przeczytaj, jeśli nie wyświetla się prawidłowa wersja karty charakterystyki)

[Cucka1962-3] Cucka, P., Barrett, C. S. The crystal structure of Bi and of solid solutions of Pb, Sn, Sb and Te in Bi. „Acta Cryst.”. 15 (9), s. 865–872, 1962. DOI: 10.1107/S0365110X62002297. (ang.).

[CIAAW-5] ThomasT. Prohaska ThomasT. i inni, Standard atomic weights of the elements 2021 (IUPAC Technical Report), „Pure and Applied Chemistry”, 94 (5), 2021, s. 573–600, DOI: 10.1515/pac-2019-0603 (ang.).

[ede-6] AndrewA. Ede AndrewA., The Chemical Element: A Historical Perspective, Greenwood Publishing Group, 2006, ISBN 978-0-313-33304-0 [dostęp 2019-05-05] (ang.).

[7] Bismuth – Definition. Merriam-Webster Dictionary. [dostęp 2010-08-22].

[rsc-8] Bismuth – Element information, properties and uses | Periodic Table [online], rsc.org [dostęp 2018-06-13] (ang.).

[9] William Tiller: The Science of Crystallization: Microscopic Interfacial Phenomena. Cambridge University Press, 1991, s. 2. ISBN 0-521-38827-9.

[10] Marcillac P., Coron N., Dambier G., Leblanc J., Moalic JP. Experimental detection of alpha-particles from the radioactive decay of natural bismuth. „Nature”. 6934 (422), s. 876–878, kwiecień 2003. DOI: 10.1038/nature01541. PMID: 12712201.

[11] Ryszard Szepke: 1000 słów o atomie i technice jądrowej. MON, 1982, s. 30. ISBN 83-11-06723-6. (pol.).

[toxicity1-12] YuriY. Sano YuriY. i inni, A 13-week toxicity study of bismuth in rats by intratracheal intermittent administration, „Journal of Occupational Health”, 47 (3), 2005, s. 242–248, ISSN 1341-9145, PMID: 15953846 [dostęp 2018-06-13] .

[13] Bizmut [online], Układ Odpornościowy [dostęp 2017-09-12] .

[Szczygieł-14] Łukasz Szczygieł. Medyczne zastosowanie związków bizmutu. „Gazeta Farmaceutyczna”. 4/2009. s. 36–38. [dostęp 2017-09-12].

[toxicity2-15] YuriY. Sano YuriY. i inni, Oral toxicity of bismuth in rat: single and 28-day repeated administration studies, „Journal of Occupational Health”, 47 (4), 2005, s. 293–298, ISSN 1341-9145, PMID: 16096353 [dostęp 2018-06-13] .

[a]

[4]

[1]

[3]

[2]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]