Bizmut (Bi) — pierwiastek 83: właściwości, izotopy i zastosowania
Bizmut (Bi) — pierwiastek 83: odkryj właściwości, izotopy i praktyczne zastosowania tego niemal nieradioaktywnego metalu. Przewodnik fachowy.
Bizmut jest pierwiastkiem chemicznym o liczbie atomowej 83 i symbolu Bi. Jego średnia masa atomowa wynosi około 209 u. Bizmut jest ciężkim metalem zwykle klasyfikowanym jako metal po-przejściowy; w układzie okresowym znajduje się w grupie 15. W przyrodzie występuje głównie w postaci jednego, stabilnego z praktycznego punktu widzenia izotopu (209Bi). Ze względu na ekstremalnie długi okres półrozpadu jego radioaktywność jest minimalna i pierwiastek bywa traktowany jako nieradioaktywny; jednak pomiary wykazały, że 209Bi ulega rozkładowi z bardzo długim okresem połowicznego rozpadu (rząd 10^19 lat), co czyni go technicznie słabo radioaktywnym.
Właściwości fizyczne
- Wygląd: metaliczny, srebrzystobiały z różowym odcieniem.
- Gęstość: około 9,78 g/cm3 (w 20 °C).
- Temperatura topnienia: 271,5 °C; temperatura wrzenia: ~1564 °C.
- Struktura krystaliczna: romboedryczna (warstwowa), co wpływa na łamliwość metalu.
- Konfiguracja elektronowa: [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p3.
- Właściwości elektryczne: wysoka oporność elektryczna i silne zjawisko Halla; bizmut jest diamagnetyczny.
Właściwości chemiczne
- Najbardziej stabilne stany utlenienia to +3 (dominuje) oraz rzadziej +5. Związki w stanie +3 są najczęściej spotykane.
- Tworzy tlenki (np. Bi2O3), siarczki (Bi2S3), halogenki (BiCl3, BiF5) i kompleksy z ligantami organicznymi. Niektóre związki (np. BiF5) wykazują silne właściwości fluorujące.
- W związkach organobizmutowych występują wiązania Bi–C; takie związki są wykorzystywane w syntezach organicznych jako katalizatory lub reagenty.
Izotopy
- Naturalny bizmut składa się praktycznie wyłącznie z izotopu 209Bi. Jest to izotop o niezwykle długim okresie półtrwania (rzędu 10^19 lat), stąd dawniej uważano go za stabilny.
- Łącznie znanych jest około 40 sztucznych izotopów bizmutu (zakres masowy ~184–224). Większość z nich jest radioaktywna i ma krótkie okresy półrozpadu.
- Niektóre izotopy mają zastosowania medyczne i badawcze — np. 213Bi (izotop alfa) jest stosowany w terapii celowanej jako źródło cząstek alfa, a inne izotopy wykorzystuje się jako źródła promieniowania w kalibracji sprzętu lub w badaniach jądrowych.
Występowanie i otrzymywanie
- Bizmut jest pierwiastkiem stosunkowo rzadkim w skorupie ziemskiej; występuje zarówno w postaci minerałów (np. bismutin, bismutynit, oksydy), jak i w postaci metalicznej (rodzimy bizmut).
- Głównym źródłem bizmutu są odpadowe i pierwotne rudy ołowiu, miedzi i cyny — bizmut często odzyskuje się jako produkt uboczny ich przetopu i rafinacji.
- Przemysłowo uzyskuje się go przez ekstrakcję i rafinację stopów oraz przez redukcję soli bizmutu (np. Bi2O3) za pomocą węgla lub innych reduktorów.
Zastosowania
- Stopy niskotopliwe: bizmut wchodzi w skład stopów o niskiej temperaturze topnienia (np. stopy stosowane w bezpiecznikach, lutach bezołowiowych, stopach do form odlewniczych, tzw. fusible alloys).
- Przemysł farmaceutyczny: związki bizmutu (np. subsalicylan bizmutu) są stosowane w lekach przeciwbiegunkowych i żołądkowych (np. w preparatach typu „Pepto-Bismol”).
- Kosmetyka i pigmenty: tlenki i chlorki bizmutu (np. BiOCl) wykorzystywane są jako pigmenty i dodatki do kosmetyków (nadają perłowy połysk). Bismuth vanadate to trwały żółty pigment stosowany w farbach.
- Elektronika i ceramika: tlenek bizmutu stosowany jest w materiałach ferroelektrycznych, ceramikach i jako składnik niektórych materiałów przewodzących jonowo.
- Medycyna nuklearna i badania jądrowe: radioizotopy bizmutu (np. 213Bi) mają zastosowanie w terapii izotopowej oraz w eksperymentach fizycznych.
Bezpieczeństwo i wpływ na zdrowie
- Bizmut jest uważany za mniej toksyczny niż ołów czy rtęć; dlatego jego związki znalazły zastosowanie w medycynie. Niemniej część związków bizmutu może być szkodliwa przy dłuższej ekspozycji lub w wysokich dawkach.
- Podczas pracy z proszkami i parami związków bizmutu należy stosować standardowe środki ochrony osobistej (ochrona dróg oddechowych, rękawice, wentylacja).
- Ze względu na minimalną radioaktywność naturalnego 209Bi nie ma zwykle ograniczeń radiacyjnych, ale stosowanie sztucznych radioizotopów wymaga procedur bezpieczeństwa jądrowego.
Krótka historia i ciekawostki
- Nazwa „bizmut” pochodzi od niemieckiego słowa „Wismut” (równoznaczne z „biały metal”). W przeszłości był mylony z ołowiem i cynkiem, dopiero później rozpoznano go jako odrębny pierwiastek.
- Bizmut tworzy kolorowe kryształy o charakterystycznym, tarczowo-ząbkowanym wyglądzie z iryzującą powierzchnią, stąd często jest pożądany wśród kolekcjonerów minerałów i hobbystów.
Bizmut to wszechstronny, mało toksyczny w porównaniu z innymi ciężkimi metalami pierwiastek, o interesujących właściwościach fizycznych i chemicznych, wykorzystywany w przemyśle, medycynie i materiałoznawstwie. Mimo że jego naturalny izotop 209Bi okazał się technicznie słabo radioaktywny, dla większości praktycznych zastosowań pozostaje traktowany jako stabilny.
Bizmut
Właściwości
Właściwości fizyczne
Bizmut jest srebrnym metalem z różowym odcieniem. Ten różowy kolor jest spowodowany jego powłoką tlenkową. Bizmut jest metalem posttransformacyjnym. Jest jednym z najsilniejszych metali diamagnetycznych. Jest prawie tak ciężki jak ołów. Jego temperatura topnienia jest dość niska 271,5 °C (520,7 °F), co jest normalne dla metali po przejściu. Jest dość kruchy. Może tworzyć kryształy o błyszczącej powierzchni. W stanie ciekłym jest cięższy niż w stanie stałym. Innym związkiem chemicznym, który to robi jest woda. Nie przewodzi zbyt dobrze elektryczności ani ciepła.
Właściwości chemiczne
Bizmut jest nieco podobny do antymonu. Bizmut tworzy cienką powłokę tlenku bizmutu(III), gdy znajduje się w powietrzu. To powoduje, że na kryształach pojawiają się kolory. Nie utlenia się bardziej niż warstwa tlenku. Spala się podczas sproszkowania jasnoniebieskim płomieniem, tworząc żółte opary tlenku bizmutu(III). Bizmut reaguje z siarką, gdy jest stopiony, jak również. Bizmut reaguje z kwasem azotowym, tworząc azotan bizmutu(III), oraz ze stężonym kwasem siarkowym, tworząc siarczan bizmutu(III) i dwutlenek siarki. Reaguje z fluorowcami, tworząc halogenki bizmutu(III). Z fluorem tworzy fluorek bizmutu(V), chyba że fluor zostanie rozcieńczony.
Związki chemiczne
Bizmut tworzy związki chemiczne w dwóch głównych stanach utlenienia: +3 i +5. +3 jest bardziej rozpowszechniony. Związki +3 są słabymi utleniaczami i są zazwyczaj jasnożółte. Związki +5 są silnymi utleniaczami. Bizmutany są najbardziej rozpowszechnionymi związkami +5. Fluorek bizmutu(V) jest kolejnym związkiem +5. Tlenek bizmutu(V) jest niestabilnym czerwonym ciałem stałym. Siarczek bizmutu jest powszechnie występującą rudą bizmutu. Bizmutyn, wodorek bizmutu, jest bardzo niestabilny i może być wytwarzany tylko w bardzo niskich temperaturach. Bizmut tworzy wiele związków tlenowych, takich jak tlenochlorek bizmutu. Związki te powstają, gdy halogenki bizmutu rozpuszczają się w wodzie.
Trioksydy
+3 związki są słabymi utleniaczami z wyjątkiem bizmutu. Zazwyczaj są one jasnożółte.
- Bizmut, gaz niestabilny
- Bromek bizmutu(III), jasnożółte ciało stałe
- Chlorek bizmutu(III), jasnożółte ciało stałe
- Fluorek bizmutu(III), szaro-białe ciało stałe
- Jodekbizmutu(III), ciemnoszare ciało stałe
- Tlenek bizmutu(III), bladożółte ciało stałe
- Tlenochlorek bizmutu(III), białawe ciało stałe
- Siarczek bizmutu(III), brązowe ciało stałe
Pentoksydy
Tlenki bizmutu(V) (związki +5) są bardzo silnymi utleniaczami. Jego wzór chemiczny to Bi2O5. Jest to szkarłatnoczerwone ciało stałe. Łatwo rozpada się na tlenek bizmutu(III) i tlen. Jest on wytwarzany przez elektrolizę tlenku bizmutu(III) w gorącej stężonej alkali, takiej jak wodorotlenek sodu.
- Fluorek bizmutu(V), bezbarwne ciało stałe
- Tlenek bizmutu(V), niestabilne czerwone ciało stałe
- Bizmutan, jon
- Bizmutan sodu, jasnobrązowe ciało stałe, nierozpuszczalne w wodzie
· _oxide.jpg)
Tlenek bizmutu(III)
· 
Siarczek bizmutu(III)
· 
Azotan bizmutu(III)
· 
Chlorek bizmutu(III)
· 
Bizmutan sodu
Kryształy bizmutu mogą mieć cienką warstwę tlenku bizmutu(III) na zewnątrz, która jest bardzo kolorowa.
Historia
Bizmut był znany od czasów starożytnych. Był on jednak mylony z cyną i ołowiem. Nikomu nie przypisuje się odkrycia bizmutu. W latach 1500 ludzie zaczęli zdawać sobie sprawę, że bizmut jest inny niż cyna czy ołów.
Występowanie
· 
Bismit
· 
Bizmut jako minerał
· 
Bizmutynit
Bizmut nie jest bardzo rozpowszechniony na ziemi. Jest tylko około dwa razy bardziej powszechny niż złoto. Bismit, minerał będący tlenkiem bizmutu, i bizmutynit, siarczek bizmutu, to dwie powszechnie występujące rudy. Bizmut jest również czasami spotykany jako metal.
Przygotowanie
Bizmut i jego minerały są zbyt rzadkie, by można je było wydobywać. Uzyskuje się je poprzez "wtórne wydobycie". Zazwyczaj występuje w metalu ołowiowym. Metaliczny ołów jest oczyszczany przez elektrolizę, pozostawiając bizmut jako osad na dnie zbiornika. Miedź jest usuwana ze szlamu, a bizmut jest oczyszczany poprzez redukcję w piecu i odfiltrowanie wszystkich zanieczyszczeń.
Najwięcej bizmutu produkują Chiny. Peru, Meksyk i Japonia również produkują bizmut.
Bizmut może być również poddany recyklingowi. W wielu miejscach jest to trudne, ponieważ bizmut jest używany do produkcji takich rzeczy jak pociski, lut i leki żołądkowe, które są rozrzucone po całym świecie i nie mogą być łatwo ponownie pozyskane.
Korzysta z
Jako element
Bizmut jest stosowany w stopach o bardzo niskiej temperaturze topnienia. Niektóre z nich topią się w gorącej wodzie. Znajdują się one również w lutach, które nie zawierają ołowiu. Może tworzyć stopy z innymi metalami, aby uczynić je bardziej plastycznymi. Jest on również stosowany w pociskach, aby zastąpić ołów. W niektórych miejscach ołowiane pociski są zakazane, ponieważ ptaki jedzą je i zatruwają się ołowiem. Jest on również stosowany w stopach do hydrauliki. Jest używany w ciężarek rybackich.
Jako związki chemiczne
Bizmut jest stosowany w niektórych lekach, takich jak Pepto-Bismol. Ten lek zawiera w sobie subsalicylan bizmutu. Jest on również stosowany jako wewnętrzny dezodorant oraz w leczeniu infekcji oczu i wrzodów trawiennych.
Tlenochlorek bizmutu jest stosowany w kosmetykach. Tellurku bizmutu używa się w termometrach elektronicznych. Inny związek jest wykorzystywany w nadprzewodnikach i staje się nadprzewodnikiem w wysokiej temperaturze. Może być stosowany jako pigment oraz w fajerwerkach do wytwarzania trzeszczących dźwięków. Jest stosowany w paliwie jądrowym reaktora jądrowego.
Bezpieczeństwo
Bizmut jest znacznie mniej toksyczny niż inne metale ciężkie. Dlatego w wielu rzeczach zastępuje ołów. Nie kumuluje się w organizmie tak jak inne metale ciężkie. Bardzo duża ilość bizmutu może jednak zatruć nerki i wątrobę. Ponieważ jego tlenek nie rozpuszcza się w wodzie, jest on uważany za bezpieczny dla środowiska.
| · v · t · e | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Pytania i odpowiedzi
P: Jaki jest symbol bizmutu?
A: Symbolem bizmutu jest Bi.
P: Jaka jest masa atomowa bizmutu?
A: Masa atomowa bizmutu wynosi 209.
P: Czy bizmut jest radioaktywny?
A: Bizmut jest tylko lekko radioaktywny, ale jego radioaktywność jest minimalna i zwykle uważa się go za nieradioaktywny.
P: Jak naukowcy przewidzieli radioaktywność bizmutu?
O: Naukowcy przewidzieli radioaktywność bizmutu poprzez analizę metalu.
P: Czy istnieje więcej niż jeden izotop naturalnie występującego bizmutu?
O: Tak, istnieje tylko jeden izotop naturalnie występującego bizmutu, który jest prawie nieradioaktywny.
P: Do jakiej grupy w układzie okresowym należy bizmut?
O: Bizmut należy do grupy 15 w układzie okresowym.
P: Gdzie można znaleźć bizmut w układzie okresowym?
O: Bizmut można znaleźć w pierwiastku 83 w układzie okresowym.
Przeszukaj encyklopedię