Wikipedia

Bizmut

pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej osiemdziesiąt trzy (Z = 83)

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

Bizmut
ołów ← bizmut → polon
Wygląd
różowoszary
bizmut naturalny Syntetyczny kryształ bizmutu o dużej czystości (opalizacja jest spowodowana cienką warstwą tlenku na powierzchni)
bizmut naturalny Syntetyczny kryształ bizmutu o dużej czystości (opalizacja jest spowodowana cienką warstwą tlenku na powierzchni)
Widmo emisyjne bizmutu
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][4]

Stan skupienia

stały

Gęstość

9790 kg/m³[1]

Temperatura topnienia

271,406 °C[1]

Temperatura wrzenia

1564 °C[1]

Numer CAS

7440-69-9

PubChem

5359367

Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą
warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa)
Multimedia w Wikimedia Commons
Hasło w Wikisłowniku
Syntetyczne kryształy czystego bizmutu. Obok sześcian (1 cm³) bizmutu o czystości 99,99%
Kryształ lejkowaty bizmutu

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].

Występowanie

edytuj

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].

Otrzymywanie

edytuj

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

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

Właściwości

edytuj

Właściwości fizyczne

edytuj

Czysty bizmut jest kruchym, a zarazem miękkim metalem[6] o dużej gęstości (9,80 g/cm³[1]) 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].

Właściwości chemiczne

edytuj

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].

Właściwości biologiczne

edytuj

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].

Izotopy

edytuj

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 1018[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).

Bizmut-210

edytuj

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.

Zastosowanie

edytuj

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:

Związki

edytuj

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.

Uwagi

edytuj
  1. ↑ 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

edytuj
  1. ↑ a b c d David R. Lide (red.), CRC Handbook of Chemistry and Physics, wyd. 90, Boca Raton: CRC Press, 2009, s. 4–51, ISBN 978-1-4200-9084-0 (ang.).
  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)
  3. ↑ P. Cucka, C.S. Barrett, The crystal structure of Bi and of solid solutions of Pb, Sn, Sb and Te in Bi, „Acta Crystallographica”, 15 (9), 1962, s. 865–872, DOI: 10.1107/S0365110X62002297 [dostęp 2025-05-27] (ang.).
  4. ↑ Thomas Prohaska 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.).
  5. ↑ a b c Yuri Sano 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, DOI: 10.1539/joh.47.293, PMID: 16096353 [dostęp 2025-05-27] (ang.).
  6. ↑ a b c d e f g h 83. bizmut, Bismutum, [w:] Ignacy Eichstaedt, Księga pierwiastkow, Warszawa: Wiedza Powszechna, 1970, s. 406–408.
  7. ↑ a b Bismuth, [w:] Andrew Ede, The Chemical Element. A Historical Perspective, Greenwood Publishing Group, 2006 (seria Greenwood Guides to Great Ideas in Science), s. 121–122, ISBN 978-0-313-33304-0 (ang.).
  8. ↑ Definition of bismuth [online], Merriam-Webster Dictionary, 28 kwietnia 2025 [dostęp 2025-05-27] (ang.).
  9. ↑ a b c d e C.R. Hammond, The Elements, [w:] CRC Handbook of Chemistry and Physics, William M. Haynes (red.), wyd. 97, Boca Raton: CRC Press, 2016, s. 4-6, ISBN 978-1-4987-5429-3, OCLC 961861918 (ang.).
  10. ↑ Abundance of elements in the Earth’s crust and in the sea, [w:] CRC Handbook of Chemistry and Physics, William M. Haynes (red.), wyd. 97, Boca Raton: CRC Press, 2016, s. 14-17, ISBN 978-1-4987-5429-3, OCLC 961861918 (ang.).
  11. ↑ a b c Bismuth. Geological information [online], WebElements Periodic Table [dostęp 2025-05-27] (ang.).
  12. ↑ a b c d e f g h i j Joachim Krüger, Peter Winkler, Eberhard Lüderitz, Manfred Lück, Hans Uwe Wolf, Bismuth, Bismuth Alloys, and Bismuth Compounds, [w:] Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Weinheim: Wiley‐VCH, 2012, DOI: 10.1002/14356007.a04_171 (ang.).
  13. ↑ a b c d e f Arsenic, Antimony and Bismuth, [w:] Norman N. Greenwood, Alan Earnshaw, Chemistry of the Elements, wyd. 2, Oxford–Boston: Butterworth-Heinemann, 1997, s. 550–554, DOI: 10.1016/C2009-0-30414-6, ISBN 0-7506-3365-4 (ang.).
  14. ↑ Philip John Durrant, Bryl Durrant, Zarys współczesnej chemii nieorganicznej, Warszawa: PWN, 1965, s. 875.
  15. ↑ a b c Bismuth, [w:] Periodic Table [online], RSC [dostęp 2025-05-27] (ang.).
  16. ↑ Adam Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, wyd. 5, Warszawa: PWN, 2002, s. 646, ISBN 83-01-13654-5.
  17. ↑ Bizmut [online], Układ Odpornościowy [dostęp 2017-09-12].
  18. ↑ Łukasz Szczygieł, Medyczne zastosowanie związków bizmutu, „Gazeta Farmaceutyczna”, 4/2009, s. 36–38 [zarchiwizowane 2019-10-09].
  19. ↑ a b Yuri Sano 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, DOI: 10.1539/joh.47.242, PMID: 15953846 [dostęp 2025-05-27] (ang.).
  20. ↑ Pierre de Marcillac, Noël Coron, Gérard Dambier, Jacques Leblanc, Jean-Pierre Moalic, Experimental detection of α-particles from the radioactive decay of natural bismuth, „Nature”, 422 (6934), 2003, s. 876–878, DOI: 10.1038/nature01541 [dostęp 2025-05-27] (ang.).
  21. ↑ Ryszard Szepke, 1000 słów o atomie i technice jądrowej, Wydawnictwo Ministerstwa Obrony Narodowej, 1982, s. 30, ISBN 83-11-06723-6.
  22. ↑ Bismuth, [w:] John David Smith, The chemistry of arsenic, antimony and bismuth, Oxford, England New York: Pergamon Press, 1975 (Comprehensive Inorganic Chemistry), s. 553–556, ISBN 978-0-08-018778-5.

Bibliografia

edytuj
  • bizmut, [w:] Jerzy Chodkowski (red.), Mały słownik chemiczny, wyd. V, Warszawa: Wiedza Powszechna, 1976, s. 76.
  • bizmut, [w:] Encyklopedia techniki. Chemia, Władysław Gajewski (red.), Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1965, s. 87–88, OCLC 33835352.
  • Adam Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, wyd. 5, Warszawa: PWN, 2002, 646, 671, 673 i 687, ISBN 83-01-13654-5.
  • Philip John Durrant, Bryl Durrant, Zarys współczesnej chemii nieorganicznej, Warszawa: PWN, 1965, s. 875–881.
Źródło: „https://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Bizmut&oldid=79649323”