Висмут номер в таблице менделеева

Bismuth, 83Bi

Bismuth crystals and 1cm3 cube.jpg
Bismuth
Pronunciation (BIZ-məth)
Appearance lustrous brownish silver
Standard atomic weight Ar°(Bi)
  • 208.98040±0.00001
  • 208.98±0.01 (abridged)[1]
Bismuth in the periodic table
Hydrogen Helium
Lithium Beryllium Boron Carbon Nitrogen Oxygen Fluorine Neon
Sodium Magnesium Aluminium Silicon Phosphorus Sulfur Chlorine Argon
Potassium Calcium Scandium Titanium Vanadium Chromium Manganese Iron Cobalt Nickel Copper Zinc Gallium Germanium Arsenic Selenium Bromine Krypton
Rubidium Strontium Yttrium Zirconium Niobium Molybdenum Technetium Ruthenium Rhodium Palladium Silver Cadmium Indium Tin Antimony Tellurium Iodine Xenon
Caesium Barium Lanthanum Cerium Praseodymium Neodymium Promethium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium Tantalum Tungsten Rhenium Osmium Iridium Platinum Gold Mercury (element) Thallium Lead Bismuth Polonium Astatine Radon
Francium Radium Actinium Thorium Protactinium Uranium Neptunium Plutonium Americium Curium Berkelium Californium Einsteinium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Hassium Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
Sb

Bi

Mc
lead ← bismuth → polonium
Atomic number (Z) 83
Group group 15 (pnictogens)
Period period 6
Block   p-block
Electron configuration [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p3
Electrons per shell 2, 8, 18, 32, 18, 5
Physical properties
Phase at STP solid
Melting point 544.7 K ​(271.5 °C, ​520.7 °F)
Boiling point 1837 K ​(1564 °C, ​2847 °F)
Density (near r.t.) 9.78 g/cm3
when liquid (at m.p.) 10.05 g/cm3
Heat of fusion 11.30 kJ/mol
Heat of vaporization 179 kJ/mol
Molar heat capacity 25.52 J/(mol·K)
Vapor pressure

P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
at T (K) 941 1041 1165 1325 1538 1835
Atomic properties
Oxidation states −3, −2, −1, 0,[2] +1, +2, +3, +4, +5 (a mildly acidic oxide)
Electronegativity Pauling scale: 2.02
Ionization energies
  • 1st: 703 kJ/mol
  • 2nd: 1610 kJ/mol
  • 3rd: 2466 kJ/mol
  • (more)
Atomic radius empirical: 156 pm
Covalent radius 148±4 pm
Van der Waals radius 207 pm

Color lines in a spectral range

Spectral lines of bismuth

Other properties
Natural occurrence primordial
Crystal structure ​rhombohedral[3]

Rhombohedral crystal structure for bismuth

Speed of sound thin rod 1790 m/s (at 20 °C)
Thermal expansion 13.4 µm/(m⋅K) (at 25 °C)
Thermal conductivity 7.97 W/(m⋅K)
Electrical resistivity 1.29 µΩ⋅m (at 20 °C)
Magnetic ordering diamagnetic
Molar magnetic susceptibility −280.1×10−6 cm3/mol[4]
Young’s modulus 32 GPa
Shear modulus 12 GPa
Bulk modulus 31 GPa
Poisson ratio 0.33
Mohs hardness 2.25
Brinell hardness 70–95 MPa
CAS Number 7440-69-9
History
Discovery Arabic alchemists (before AD 1000)
Main isotopes of bismuth

  • v
  • e

Iso­tope Decay
abun­dance half-life (t1/2) mode pro­duct
207Bi syn 31.55 y β+ 207Pb
208Bi syn 3.68×105 y β+ 208Pb
209Bi 100% 2.01×1019 y α 205Tl
210Bi trace 5.012 d β 210Po
α 206Tl
210mBi syn 3.04×106 y IT 210Bi
α 206Tl
 Category: Bismuth

  • view
  • talk
  • edit

| references

Bismuth is a chemical element with the symbol Bi and atomic number 83. It is a post-transition metal and one of the pnictogens, with chemical properties resembling its lighter group 15 siblings arsenic and antimony. Elemental bismuth occurs naturally, and its sulfide and oxide forms are important commercial ores. The free element is 86% as dense as lead. It is a brittle metal with a silvery-white color when freshly produced. Surface oxidation generally gives samples of the metal a somewhat rosy cast. Further oxidation under heat can give bismuth a vividly iridescent appearance due to thin-film interference. Bismuth is both the most diamagnetic element and one of the least thermally conductive metals known.

Bismuth was long considered the element with the highest atomic mass whose nuclei do not spontaneously decay. However, in 2003 it was discovered to be extremely weakly radioactive. The metal’s only primordial isotope, bismuth-209, experiences alpha decay at such a minute rate that its half-life is more than a billion times the estimated age of the universe.[5][6] For all but the most exotic of uses bismuth may be considered stable because of its tremendously long half-life.[6]

Bismuth metal has been known since ancient times. Before modern analytical methods bismuth’s metallurgical similarities to lead and tin often led it to be confused with those metals. The etymology of «bismuth» is uncertain. The name may come from mid-sixteenth century New Latin translations of the German words weiße Masse or Wismuth, meaning ‘white mass’, which were rendered as bisemutum or bisemutium.

Main uses[edit]

Bismuth compounds account for about half the global production of bismuth. They are used in cosmetics; pigments; and a few pharmaceuticals, notably bismuth subsalicylate, used to treat diarrhea.[6] Bismuth’s unusual propensity to expand as it solidifies is responsible for some of its uses, as in the casting of printing type.[6] Bismuth has unusually low toxicity for a heavy metal.[6] As the toxicity of lead and the cost of its environmental remediation became more apparent during the 20th century, suitable bismuth alloys have gained popularity as replacements for lead. Presently, around a third of global bismuth production is dedicated to needs formerly met by lead.

History and etymology[edit]

Bismuth metal has been known since ancient times and it was one of the first 10 metals to have been discovered. The name bismuth dates to around 1665 and is of uncertain etymology. The name possibly comes from obsolete German Bismuth, Wismut, Wissmuth (early 16th century), perhaps related to Old High German hwiz («white»).[7] The New Latin bisemutium (coined by Georgius Agricola, who Latinized many German mining and technical words) is from the German Wismuth, itself perhaps from weiße Masse, meaning «white mass».[8][9]

The element was confused in early times with tin and lead because of its resemblance to those elements. Because bismuth has been known since ancient times, no one person is credited with its discovery. Agricola (1546) states that bismuth is a distinct metal in a family of metals including tin and lead. This was based on observation of the metals and their physical properties.[10]

Miners in the age of alchemy also gave bismuth the name tectum argenti, or «silver being made» in the sense of silver still in the process of being formed within the Earth.[11][12][13]

Bismuth was also known to the Incas and used (along with the usual copper and tin) in a special bronze alloy for knives.[14]

Beginning with Johann Heinrich Pott in 1738,[15] Carl Wilhelm Scheele, and Torbern Olof Bergman, the distinctness of lead and bismuth became clear, and Claude François Geoffroy demonstrated in 1753 that this metal is distinct from lead and tin.[12][16][17]

Characteristics[edit]

Left: A bismuth hopper crystal exhibiting the stairstep crystal structure and iridescence colors, which are produced by interference of light within the oxide film on its surface. Right: a 1 cm3 cube of unoxidised bismuth metal

Physical characteristics[edit]

Pressure-temperature phase diagram of bismuth. TC refers to the superconducting transition temperature

Bismuth is a brittle metal with a dark, silver-pink hue, often with an iridescent oxide tarnish showing many colors from yellow to blue. The spiral, stair-stepped structure of bismuth crystals is the result of a higher growth rate around the outside edges than on the inside edges. The variations in the thickness of the oxide layer that forms on the surface of the crystal cause different wavelengths of light to interfere upon reflection, thus displaying a rainbow of colors. When burned in oxygen, bismuth burns with a blue flame and its oxide forms yellow fumes.[16] Its toxicity is much lower than that of its neighbors in the periodic table, such as lead and antimony.

No other metal is verified to be more naturally diamagnetic than bismuth.[16][18] (Superdiamagnetism is a different physical phenomenon.) Of any metal, it has one of the lowest values of thermal conductivity (after manganese, and maybe neptunium and plutonium) and the highest Hall coefficient.[19] It has a high electrical resistivity.[16] When deposited in sufficiently thin layers on a substrate, bismuth is a semiconductor, despite being a post-transition metal.[20] Elemental bismuth is denser in the liquid phase than the solid, a characteristic it shares with germanium, silicon, gallium, and water.[21] Bismuth expands 3.32% on solidification; therefore, it was long a component of low-melting typesetting alloys, where it compensated for the contraction of the other alloying components[16][22][23][24] to form almost isostatic bismuth-lead eutectic alloys.

Though virtually unseen in nature, high-purity bismuth can form distinctive, colorful hopper crystals. It is relatively nontoxic and has a low melting point just above 271 °C, so crystals may be grown using a household stove, although the resulting crystals will tend to be of lower quality than lab-grown crystals.[25]

At ambient conditions, bismuth shares the same layered structure as the metallic forms of arsenic and antimony,[26] crystallizing in the rhombohedral lattice[27] (Pearson symbol hR6, space group R3m No. 166) of the trigonal crystal system.[3] When compressed at room temperature, this Bi-I structure changes first to the monoclinic Bi-II at 2.55 GPa, then to the tetragonal Bi-III at 2.7 GPa, and finally to the body-centered cubic Bi-V at 7.7 GPa. The corresponding transitions can be monitored via changes in electrical conductivity; they are rather reproducible and abrupt and are therefore used for calibration of high-pressure equipment.[28][29]

Chemical characteristics[edit]

Bismuth is stable to both dry and moist air at ordinary temperatures. When red-hot, it reacts with water to make bismuth(III) oxide.[30]

2 Bi + 3 H2O → Bi2O3 + 3 H2

It reacts with fluorine to make bismuth(V) fluoride at 500 °C or bismuth(III) fluoride at lower temperatures (typically from Bi melts); with other halogens it yields only bismuth(III) halides.[31][32][33] The trihalides are corrosive and easily react with moisture, forming oxyhalides with the formula BiOX.[34]

4 Bi + 6 X2 → 4 BiX3 (X = F, Cl, Br, I)
4 BiX3 + 2 O2 → 4 BiOX + 4 X2

Bismuth dissolves in concentrated sulfuric acid to make bismuth(III) sulfate and sulfur dioxide.[30]

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

It reacts with nitric acid to make bismuth(III) nitrate (which decomposes into nitrogen dioxide when heated[35]).[36]

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

It also dissolves in hydrochloric acid, but only with oxygen present.[30]

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

It is used as a transmetalating agent in the synthesis of alkaline-earth metal complexes:

3 Ba + 2 BiPh3 → 3 BaPh2 + 2 Bi

Isotopes[edit]

The only primordial isotope of bismuth, bismuth-209, was traditionally regarded as the heaviest stable isotope, but it had long been suspected[37] to be unstable on theoretical grounds. This was finally demonstrated in 2003, when researchers at the Institut d’Astrophysique Spatiale in Orsay, France, measured the alpha emission half-life of 209
Bi
to be 2.01×1019 years (3 Bq/Mg),[38][39] over a billion times longer than the current estimated age of the universe.[6] Owing to its extraordinarily long half-life, for all presently known medical and industrial applications, bismuth can be treated as if it is stable and nonradioactive. The radioactivity is of academic interest because bismuth is one of a few elements whose radioactivity was suspected and theoretically predicted before being detected in the laboratory.[6] Bismuth has the longest known alpha decay half-life, although tellurium-128 has a double beta decay half-life of over 2.2×1024 years.[39] Bismuth’s extremely long half-life means that less than approximately one-billionth of the bismuth present at the formation of the planet Earth would have decayed into thallium since then.

Several isotopes of bismuth with short half-lives occur within the radioactive disintegration chains of actinium, radium, and thorium, and more have been synthesized experimentally. Bismuth-213 is also found on the decay chain of neptunium-237 and uranium-233.[40][41]

Commercially, the radioactive isotope bismuth-213 can be produced by bombarding radium with bremsstrahlung photons from a linear particle accelerator. In 1997, an antibody conjugate with bismuth-213, which has a 45-minute half-life and decays with the emission of an alpha particle, was used to treat patients with leukemia. This isotope has also been tried in cancer treatment, for example, in the targeted alpha therapy (TAT) program.[42][43]

Chemical compounds[edit]

Bismuth(III) oxide powder

Bismuth forms trivalent and pentavalent compounds, the trivalent ones being more common. Many of its chemical properties are similar to those of arsenic and antimony, although they are less toxic than derivatives of those lighter elements.[citation needed]

Oxides and sulfides[edit]

At elevated temperatures, the vapors of the metal combine rapidly with oxygen, forming the yellow trioxide, Bi
2
O
3
.[21][44] When molten, at temperatures above 710 °C, this oxide corrodes any metal oxide and even platinum.[33] On reaction with a base, it forms two series of oxyanions: BiO
2
, which is polymeric and forms linear chains, and BiO3−
3
. The anion in Li
3
BiO
3
is a cubic octameric anion, Bi
8
O24−
24
, whereas the anion in Na
3
BiO
3
is tetrameric.[45]

The dark red bismuth(V) oxide, Bi
2
O
5
, is unstable, liberating O
2
gas upon heating.[46] The compound NaBiO3 is a strong oxidising agent.[47]

Bismuth sulfide, Bi
2
S
3
, occurs naturally in bismuth ores.[48] It is also produced by the combination of molten bismuth and sulfur.[32]

Bismuth oxychloride (BiOCl) structure (mineral bismoclite). Bismuth atoms are shown as grey, oxygen red, chlorine green.

Bismuth oxychloride (BiOCl, see figure at right) and bismuth oxynitrate (BiONO3) stoichiometrically appear as simple anionic salts of the bismuthyl(III) cation (BiO+) which commonly occurs in aqueous bismuth compounds. However, in the case of BiOCl, the salt crystal forms in a structure of alternating plates of Bi, O, and Cl atoms, with each oxygen coordinating with four bismuth atoms in the adjacent plane. This mineral compound is used as a pigment and cosmetic (see below).[49]

Bismuthine and bismuthides[edit]

Unlike the lighter pnictogens nitrogen, phosphorus, and arsenic, but similar to antimony, bismuth does not form a stable hydride. Bismuth hydride, bismuthine (BiH
3
), is an endothermic compound that spontaneously decomposes at room temperature. It is stable only below −60 °C.[45] Bismuthides are intermetallic compounds between bismuth and other metals.[50][better source needed]

In 2014 researchers discovered that sodium bismuthide can exist as a form of matter called a “three-dimensional topological Dirac semi-metal” (3DTDS) that possess 3D Dirac fermions in bulk. It is a natural, three-dimensional counterpart to graphene with similar electron mobility and velocity. Graphene and topological insulators (such as those in 3DTDS) are both crystalline materials that are electrically insulating inside but conducting on the surface, allowing them to function as transistors and other electronic devices. While sodium bismuthide (Na
3
Bi
) is too unstable to be used in devices without packaging, it can demonstrate potential applications of 3DTDS systems, which offer distinct efficiency and fabrication advantages over planar graphene in semiconductor and spintronics applications.[51][52]

Halides[edit]

The halides of bismuth in low oxidation states have been shown to adopt unusual structures. What was originally thought to be bismuth(I) chloride, BiCl, turns out to be a complex compound consisting of Bi5+
9
cations and BiCl2−
5
and Bi
2
Cl2−
8
anions.[45][53] The Bi5+
9
cation has a distorted tricapped trigonal prismatic molecular geometry and is also found in Bi
10
Hf
3
Cl
18
, which is prepared by reducing a mixture of hafnium(IV) chloride and bismuth chloride with elemental bismuth, having the structure [Bi+
] [Bi5+
9
] [HfCl2−
6
]
3
.[45]: 50  Other polyatomic bismuth cations are also known, such as Bi2+
8
, found in Bi
8
(AlCl
4
)
2
.[53] Bismuth also forms a low-valence bromide with the same structure as «BiCl». There is a true monoiodide, BiI, which contains chains of Bi
4
I
4
units. BiI decomposes upon heating to the triiodide, BiI
3
, and elemental bismuth. A monobromide of the same structure also exists.[45]
In oxidation state +3, bismuth forms trihalides with all of the halogens: BiF
3
, BiCl
3
, BiBr
3
, and BiI
3
. All of these except BiF
3
are hydrolyzed by water.[45]

Bismuth(III) chloride reacts with hydrogen chloride in ether solution to produce the acid HBiCl
4
.[30]

The oxidation state +5 is less frequently encountered. One such compound is BiF
5
, a powerful oxidizing and fluorinating agent. It is also a strong fluoride acceptor, reacting with xenon tetrafluoride to form the XeF+
3
cation:[30]

BiF
5
+ XeF
4
XeF+
3
BiF
6

Aqueous species[edit]

In aqueous solution, the Bi3+
ion is solvated to form the aqua ion Bi(H
2
O)3+
8
in strongly acidic conditions. At pH > 0 polynuclear species exist, the most important of which is believed to be the octahedral complex [Bi
6
O
4
(OH)
4
]6+
.

Occurrence and production[edit]

Chunk of a broken bismuth ingot

In the Earth’s crust, bismuth is about twice as abundant as gold. The most important ores of bismuth are bismuthinite and bismite.[16] Native bismuth is known from Australia, Bolivia, and China.[56][57]

World bismuth production, 2016, in tons

Country Mining sources[58] Refining sources[59]
China 7,400 11,000
Vietnam 2,000 5,000
Mexico 700 539
Japan 428
Other 100 33
Total 10,200 17,100

The difference between mining and refining production reflects bismuth’s status as a byproduct of extraction of other metals such as lead, copper, tin, molybdenum and tungsten.[60] World bismuth production from refineries is a more complete and reliable statistic.[61][62][63]

Bismuth travels in crude lead bullion (which can contain up to 10% bismuth) through several stages of refining, until it is removed by the Kroll-Betterton process which separates the impurities as slag, or the electrolytic Betts process. Bismuth will behave similarly with another of its major metals, copper.[61] The raw bismuth metal from both processes contains still considerable amounts of other metals, foremost lead. By reacting the molten mixture with chlorine gas the metals are converted to their chlorides while bismuth remains unchanged. Impurities can also be removed by various other methods for example with fluxes and treatments yielding high-purity bismuth metal (over 99% Bi).

Price[edit]

World mine production and annual averages of bismuth price (New York, not adjusted for inflation).[64]

The price for pure bismuth metal has been relatively stable through most of the 20th century, except for a spike in the 1970s. Bismuth has always been produced mainly as a byproduct of lead refining, and thus the price usually reflected the cost of recovery and the balance between production and demand.[64]

Prior to World War II, demand for bismuth was small and mainly pharmaceutical — bismuth compounds were used to treat such conditions as digestive disorders, sexually transmitted diseases and burns. Minor amounts of bismuth metal were consumed in fusible alloys for fire sprinkler systems and fuse wire. During World War II bismuth was considered a strategic material, used for solders, fusible alloys, medications and atomic research. To stabilize the market, the producers set the price at $1.25 per pound ($2.75 /kg) during the war and at $2.25 per pound ($4.96 /kg) from 1950 until 1964.[64]

In the early 1970s, the price rose rapidly as a result of increasing demand for bismuth as a metallurgical additive to aluminium, iron and steel. This was followed by a decline owing to increased world production, stabilized consumption, and the recessions of 1980 and 1981–1982. In 1984, the price began to climb as consumption increased worldwide, especially in the United States and Japan. In the early 1990s, research began on the evaluation of bismuth as a nontoxic replacement for lead in ceramic glazes, fishing sinkers, food-processing equipment, free-machining brasses for plumbing applications, lubricating greases, and shot for waterfowl hunting.[65] Growth in these areas remained slow during the middle 1990s, in spite of the backing of lead replacement by the United States federal government, but intensified around 2005. This resulted in a rapid and continuing increase in price.[64]

Recycling[edit]

Most bismuth is produced as a byproduct of other metal-extraction processes including the smelting of lead, and also of tungsten and copper. Its sustainability is dependent on increased recycling, which is problematic.[66]

It was once believed that bismuth could be practically recycled from the soldered joints in electronic equipment. Recent efficiencies in solder application in electronics mean there is substantially less solder deposited, and thus less to recycle. While recovering the silver from silver-bearing solder may remain economic, recovering bismuth is substantially less so.[67]

Next in recycling feasibility would be sizeable catalysts with a fair bismuth content, such as bismuth phosphomolybdate.[citation needed] Bismuth used in galvanizing, and as a free-machining metallurgical additive.[citation needed]

Bismuth in uses where it is dispersed most widely include certain stomach medicines (bismuth subsalicylate), paints (bismuth vanadate), pearlescent cosmetics (bismuth oxychloride), and bismuth-containing bullets. Recycling bismuth from these uses is impractical.[citation needed]

Applications[edit]

Black and white engraving of two men extracting and working bismuth, hammering and pouring on a hillside.

18th-century engraving of bismuth processing. During this era, bismuth was used to treat some digestive complaints.

Bismuth has few commercial applications, and those applications that use it generally require small quantities relative to other raw materials. In the United States, for example, 733 tonnes of bismuth were consumed in 2016, of which 70% went into chemicals (including pharmaceuticals, pigments, and cosmetics) and 11% into bismuth alloys.[68]

Some manufacturers use bismuth as a substitute in equipment for potable water systems such as valves to meet «lead-free» mandates in the U.S. (began in 2014). This is a fairly large application since it covers all residential and commercial building construction.[citation needed]

In the early 1990s, researchers began to evaluate bismuth as a nontoxic replacement for lead in various applications.[citation needed]

Medicines[edit]

Bismuth is an ingredient in some pharmaceuticals,[6] although the use of some of these substances is declining.[49]

  • Bismuth subsalicylate is used as an antidiarrheal;[6] it is the active ingredient in such «pink bismuth» preparations as Pepto-Bismol, as well as the 2004 reformulation of Kaopectate. It is also used to treat some other gastro-intestinal diseases like shigellosis[69] and cadmium poisoning.[6] The mechanism of action of this substance is still not well documented, although an oligodynamic effect (toxic effect of small doses of heavy metal ions on microbes) may be involved in at least some cases. Salicylic acid from hydrolysis of the compound is antimicrobial for toxogenic E. coli, an important pathogen in traveler’s diarrhea.[70]
  • A combination of bismuth subsalicylate and bismuth subcitrate is used to treat the bacteria causing peptic ulcers.[71][72]
  • Bibrocathol is an organic bismuth-containing compound used to treat eye infections.[73]
  • Bismuth subgallate, the active ingredient in Devrom, is used as an internal deodorant to treat malodor from flatulence and feces.[74][75]
  • Bismuth compounds (including sodium bismuth tartrate) were formerly used to treat syphilis.[76][77] Arsenic combined with either bismuth or mercury was a mainstay of syphilis treatment from the 1920s until the advent of penicillin in 1943.[78]
  • «Milk of bismuth» (an aqueous suspension of bismuth hydroxide and bismuth subcarbonate) was marketed as an alimentary cure-all in the early 20th century, and has been used to treat gastrointestinal disorders.[79]
  • Bismuth subnitrate (Bi5O(OH)9(NO3)4) and bismuth subcarbonate (Bi2O2(CO3)) are also used in medicine.[16]

Cosmetics and pigments[edit]

Bismuth oxychloride (BiOCl) is sometimes used in cosmetics, as a pigment in paint for eye shadows, hair sprays and nail polishes.[6][49][80][81] This compound is found as the mineral bismoclite and in crystal form contains layers of atoms (see figure above) that refract light chromatically, resulting in an iridescent appearance similar to nacre of pearl. It was used as a cosmetic in ancient Egypt and in many places since. Bismuth white (also «Spanish white») can refer to either bismuth oxychloride or bismuth oxynitrate (BiONO3), when used as a white pigment.[82] Bismuth vanadate is used as a light-stable non-reactive paint pigment (particularly for artists’ paints), often as a replacement for the more toxic cadmium sulfide yellow and orange-yellow pigments. The most common variety in artists’ paints is a lemon yellow, visually indistinguishable from its cadmium-containing alternative.[citation needed]

Metal and alloys[edit]

Bismuth is used in metal alloys with other metals such as iron. These alloys are used in automatic sprinkler systems for fires. It forms the largest part (50%) of Rose’s metal, a fusible alloy, which also contains 25–28% lead and 22–25% tin. It was also used to make bismuth bronze which was used in the Bronze Age, having been found in Inca knives at Machu Picchu.[83]

Lead replacement[edit]

The density difference between lead (11.32 g/cm3) and bismuth (9.78 g/cm3) is small enough that for many ballistics and weighting applications, bismuth can substitute for lead. For example, it can replace lead as a dense material in fishing sinkers. It has been used as a replacement for lead in shot, bullets and less-lethal riot gun ammunition. The Netherlands, Denmark, England, Wales, the United States, and many other countries now prohibit the use of lead shot for the hunting of wetland birds, as many birds are prone to lead poisoning owing to mistaken ingestion of lead (instead of small stones and grit) to aid digestion, or even prohibit the use of lead for all hunting, such as in the Netherlands. Bismuth-tin alloy shot is one alternative that provides similar ballistic performance to lead. (Another less expensive but also more poorly performing alternative is «steel» shot, which is actually soft iron.) Bismuth’s lack of malleability does, however, make it unsuitable for use in expanding hunting bullets.[citation needed]

Bismuth, as a dense element of high atomic weight, is used in bismuth-impregnated latex shields to shield from X-ray in medical examinations, such as CTs, mostly as it is considered non-toxic.[84]

The European Union’s Restriction of Hazardous Substances Directive (RoHS) for reduction of lead has broadened bismuth’s use in electronics as a component of low-melting point solders, as a replacement for traditional tin-lead solders.[68] Its low toxicity will be especially important for solders to be used in food processing equipment and copper water pipes, although it can also be used in other applications including those in the automobile industry, in the European Union, for example.[85]

Bismuth has been evaluated as a replacement for lead in free-machining brasses for plumbing applications,[86] although it does not equal the performance of leaded steels.[85]

Other metal uses and specialty alloys[edit]

Many bismuth alloys have low melting points and are found in specialty applications such as solders. Many automatic sprinklers, electric fuses, and safety devices in fire detection and suppression systems contain the eutectic In19.1-Cd5.3-Pb22.6-Sn8.3-Bi44.7 alloy that melts at 47 °C (117 °F)[16] This is a convenient temperature since it is unlikely to be exceeded in normal living conditions. Low-melting alloys, such as Bi-Cd-Pb-Sn alloy which melts at 70 °C, are also used in automotive and aviation industries. Before deforming a thin-walled metal part, it is filled with a melt or covered with a thin layer of the alloy to reduce the chance of breaking. Then the alloy is removed by submerging the part in boiling water.[87]

Bismuth is used to make free-machining steels and free-machining aluminium alloys for precision machining properties. It has similar effect to lead and improves the chip breaking during machining. The shrinking on solidification in lead and the expansion of bismuth compensate each other and therefore lead and bismuth are often used in similar quantities.[88][89] Similarly, alloys containing comparable parts of bismuth and lead exhibit a very small change (on the order 0.01%) upon melting, solidification or aging. Such alloys are used in high-precision casting, e.g. in dentistry, to create models and molds.[87] Bismuth is also used as an alloying agent in production of malleable irons[68] and as a thermocouple material.[16]

Bismuth is also used in aluminium-silicon cast alloys in order to refine silicon morphology. However, it indicated a poisoning effect on modification of strontium.[90][91] Some bismuth alloys, such as Bi35-Pb37-Sn25, are combined with non-sticking materials such as mica, glass and enamels because they easily wet them allowing to make joints to other parts. Addition of bismuth to caesium enhances the quantum yield of caesium cathodes.[49] Sintering of bismuth and manganese powders at 300 °C produces a permanent magnet and magnetostrictive material, which is used in ultrasonic generators and receivers working in the 10–100 kHz range and in magnetic and holographic memory devices.[92]

Other uses as compounds[edit]

Bismuth vanadate, a yellow pigment

  • Bismuth is included in BSCCO (bismuth strontium calcium copper oxide) which is a group of similar superconducting compounds discovered in 1988 that exhibit the highest superconducting transition temperatures.[93]
  • Bismuth subnitrate is a component of glazes that produces an iridescence and is used as a pigment in paint.
  • Bismuth telluride is a semiconductor and an excellent thermoelectric material.[49][94] Bi2Te3 diodes are used in mobile refrigerators, CPU coolers, and as detectors in infrared spectrophotometers.[49]
  • Bismuth oxide, in its delta form, is a solid electrolyte for oxygen. This form normally breaks down below a high-temperature threshold, but can be electrodeposited well below this temperature in a highly alkaline solution.
  • Bismuth germanate is a scintillator, widely used in X-ray and gamma ray detectors.
  • Bismuth vanadate is an opaque yellow pigment used by some artists’ oil, acrylic, and watercolor paint companies, primarily as a replacement for the more toxic cadmium sulfide yellows in the greenish-yellow (lemon) to orange-toned yellow range. It performs practically identically to the cadmium pigments, such as in terms of resistance to degradation from UV exposure, opacity, tinting strength, and lack of reactivity when mixed with other pigments. The most commonly-used variety by artists’ paint makers is lemon in color. In addition to being a replacement for several cadmium yellows, it also serves as a non-toxic visual replacement for the older chromate pigments made with zinc, lead, and strontium. If a green pigment and barium sulfate (for increased transparency) are added it can also serve as a replacement for barium chromate, which possesses a more greenish cast than the others. In comparison with lead chromate, it does not blacken due to hydrogen sulfide in the air (a process accelerated by UV exposure) and possesses a particularly brighter color than them, especially the lemon, which is the most translucent, dull, and fastest to blacken due to the higher percentage of lead sulfate required to produce that shade. It is also used, on a limited basis due to its cost, as a vehicle paint pigment.[95][96]
  • A catalyst for making acrylic fibers.[16]
  • As an electrocatalyst in the conversion of CO2 to CO.[97]
  • Ingredient in lubricating greases.[98]
  • In crackling microstars (dragon’s eggs) in pyrotechnics, as the oxide, subcarbonate or subnitrate.[99][100]
  • As catalyst for the fluorination of arylboronic pinacol esters through a Bi(III)/Bi(V) catalytic cycle, mimicking transition metals in electrophilic fluorination.[101]

Toxicology and ecotoxicology[edit]

See also bismuthia, a rare dermatological condition that results from the prolonged use of bismuth.

Scientific literature indicates that some of the compounds of bismuth are less toxic to humans via ingestion than other heavy metals (lead, arsenic, antimony, etc.)[6] presumably due to the comparatively low solubility of bismuth salts.[102] Its biological half-life for whole-body retention is reported to be 5 days but it can remain in the kidney for years in people treated with bismuth compounds.[103]

Bismuth poisoning can occur and has according to some reports been common in relatively recent times.[102][104] As with lead, bismuth poisoning can result in the formation of a black deposit on the gingiva, known as a bismuth line.[105][106][107] Poisoning may be treated with dimercaprol; however, evidence for benefit is unclear.[108][109]

Bismuth’s environmental impacts are not well known; it may be less likely to bioaccumulate than some other heavy metals, and this is an area of active research.[110][111]

See also[edit]

  • Lead-bismuth eutectic
  • List of countries by bismuth production
  • Bismuth minerals
  • Patterns in nature

References[edit]

  1. ^ «Standard Atomic Weights: Bismuth». CIAAW. 2005.
  2. ^ Bi(0) state is known to exist in a N-heterocyclic carbene complex of dibismuthene; see Deka, Rajesh; Orthaber, Andreas (6 May 2022). «Carbene chemistry of arsenic, antimony, and bismuth: origin, evolution and future prospects». Royal Society of Chemistry (51): 8540. doi:10.1039/d2dt00755j.
  3. ^ a b Cucka, P.; Barrett, C. S. (1962). «The crystal structure of Bi and of solid solutions of Pb, Sn, Sb and Te in Bi». Acta Crystallographica. 15 (9): 865. doi:10.1107/S0365110X62002297.
  4. ^ Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. pp. E110. ISBN 0-8493-0464-4.
  5. ^ Dumé, Belle (23 April 2003). «Bismuth breaks half-life record for alpha decay». Physicsworld.
  6. ^ a b c d e f g h i j k l Kean, Sam (2011). 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. pp. 158–160. ISBN 978-0-316-051637.
  7. ^ Harper, Douglas. «bismuth». Online Etymology Dictionary.
  8. ^ Bismuth, The Concise Oxford Dictionary of English Etymology
  9. ^ Norman, Nicholas C. (1998). Chemistry of Arsenic, Antimony, and Bismuth. p. 41. ISBN 978-0-7514-0389-3.
  10. ^ Agricola, Georgious (1955) [1546]. De Natura Fossilium. New York: Mineralogical Society of America. p. 178.
  11. ^ Nicholson, William (1819). «Bismuth». American edition of the British encyclopedia: Or, Dictionary of Arts and sciences; comprising an accurate and popular view of the present improved state of human knowledge. p. 181.
  12. ^ a b Weeks, Mary Elvira (1932). «The discovery of the elements. II. Elements known to the alchemists». Journal of Chemical Education. 9 (1): 11. Bibcode:1932JChEd…9…11W. doi:10.1021/ed009p11.
  13. ^ Giunta, Carmen J. «Glossary of Archaic Chemical Terms». Le Moyne College. See also for other terms for bismuth, including stannum glaciale (glacial tin or ice-tin).
  14. ^ Gordon, Robert B.; Rutledge, John W. (1984). «Bismuth Bronze from Machu Picchu, Peru». Science. 223 (4636): 585–586. Bibcode:1984Sci…223..585G. doi:10.1126/science.223.4636.585. JSTOR 1692247. PMID 17749940. S2CID 206572055.
  15. ^ Pott, Johann Heinrich (1738). «De Wismutho». Exercitationes Chymicae. Berolini: Apud Johannem Andream Rüdigerum. p. 134.
  16. ^ a b c d e f g h i j Hammond, C. R. (2004). The Elements, in Handbook of Chemistry and Physics (81st ed.). Boca Raton (FL, US): CRC press. pp. 4–1. ISBN 978-0-8493-0485-9.
  17. ^ Geoffroy, C.F. (1753). «Sur Bismuth». Histoire de l’Académie Royale des Sciences … Avec les Mémoires de Mathématique & de Physique … Tirez des Registres de Cette Académie: 190.
  18. ^ Krüger, p. 171.
  19. ^ Jones, H. (1936). «The Theory of the Galvomagnetic Effects in Bismuth». Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 155 (886): 653–663. Bibcode:1936RSPSA.155..653J. doi:10.1098/rspa.1936.0126. JSTOR 96773.
  20. ^ Hoffman, C.; Meyer, J.; Bartoli, F.; Di Venere, A.; Yi, X.; Hou, C.; Wang, H.; Ketterson, J.; Wong, G. (1993). «Semimetal-to-semiconductor transition in bismuth thin films». Phys. Rev. B. 48 (15): 11431–11434. Bibcode:1993PhRvB..4811431H. doi:10.1103/PhysRevB.48.11431. PMID 10007465.
  21. ^ a b Wiberg, p. 768.
  22. ^ Tracy, George R.; Tropp, Harry E.; Friedl, Alfred E. (1974). Modern physical science. p. 268. ISBN 978-0-03-007381-6.
  23. ^ Tribe, Alfred (1868). «IX.—Freezing of water and bismuth». Journal of the Chemical Society. 21: 71. doi:10.1039/JS8682100071.
  24. ^ Papon, Pierre; Leblond, Jacques; Meijer, Paul Herman Ernst (2006). The Physics of Phase Transitions. p. 82. ISBN 978-3-540-33390-6.
  25. ^ Tiller, William A. (1991). The science of crystallization: microscopic interfacial phenomena. Cambridge University Press. p. 2. ISBN 978-0-521-38827-6.
  26. ^ Wiberg, p. 767.
  27. ^ Krüger, p. 172.
  28. ^ Boldyreva, Elena (2010). High-Pressure Crystallography: From Fundamental Phenomena to Technological Applications. Springer. pp. 264–265. ISBN 978-90-481-9257-1.
  29. ^ Manghnani, Murli H. (25–30 July 1999). Science and Technology of High Pressure: Proceedings of the International Conference on High Pressure Science and Technology (AIRAPT-17). Vol. 2. Honolulu, Hawaii: Universities Press (India) (published 2000). p. 1086. ISBN 978-81-7371-339-2.
  30. ^ a b c d e Suzuki, p. 8.
  31. ^ Wiberg, pp. 769–770.
  32. ^ a b Greenwood, pp. 559–561.
  33. ^ a b Krüger, p. 185
  34. ^ Suzuki, p. 9.
  35. ^ Krabbe, S.W.; Mohan, R.S. (2012). «Environmentally friendly organic synthesis using Bi(III) compounds». In Ollevier, Thierry (ed.). Topics in Current chemistry 311, Bismuth-Mediated Organic Reactions. Springer. pp. 100–110. ISBN 978-3-642-27239-4.
  36. ^ Rich, Ronald (2007). Inorganic Reactions in Water (e-book). Springer. ISBN 978-3-540-73962-3.
  37. ^ Carvalho, H. G.; Penna, M. (1972). «Alpha-activity of 209
    Bi
    «. Lettere al Nuovo Cimento. 3 (18): 720. doi:10.1007/BF02824346. S2CID 120952231.
  38. ^ Marcillac, Pierre de; Noël Coron; Gérard Dambier; Jacques Leblanc & Jean-Pierre Moalic (2003). «Experimental detection of α-particles from the radioactive decay of natural bismuth». Nature. 422 (6934): 876–878. Bibcode:2003Natur.422..876D. doi:10.1038/nature01541. PMID 12712201. S2CID 4415582.
  39. ^ a b Audi, G.; Kondev, F. G.; Wang, M.; Huang, W. J.; Naimi, S. (2017). «The NUBASE2016 evaluation of nuclear properties» (PDF). Chinese Physics C. 41 (3): 030001. Bibcode:2017ChPhC..41c0001A. doi:10.1088/1674-1137/41/3/030001.
  40. ^ Loveland, Walter D.; Morrissey, David J.; Seaborg, Glenn T. (2006). Modern Nuclear Chemistry. p. 78. Bibcode:2005mnc..book…..L. ISBN 978-0-471-11532-8.
  41. ^ Peppard, D. F.; Mason, G. W.; Gray, P. R.; Mech, J. F. (1952). «Occurrence of the (4n + 1) series in nature» (PDF). Journal of the American Chemical Society. 74 (23): 6081–6084. doi:10.1021/ja01143a074.
  42. ^ Imam, S. (2001). «Advancements in cancer therapy with alpha-emitters: a review». International Journal of Radiation Oncology, Biology, Physics. 51 (1): 271–8. doi:10.1016/S0360-3016(01)01585-1. PMID 11516878.
  43. ^ Acton, Ashton (2011). Issues in Cancer Epidemiology and Research. p. 520. ISBN 978-1-4649-6352-0.
  44. ^ Greenwood, p. 553.
  45. ^ a b c d e f Godfrey, S. M.; McAuliffe, C. A.; Mackie, A. G.; Pritchard, R. G. (1998). Nicholas C. Norman (ed.). Chemistry of arsenic, antimony, and bismuth. Springer. pp. 67–84. ISBN 978-0-7514-0389-3.
  46. ^ Scott, Thomas; Eagleson, Mary (1994). Concise encyclopedia chemistry. Walter de Gruyter. p. 136. ISBN 978-3-11-011451-5.
  47. ^ Greenwood, p. 578.
  48. ^ An Introduction to the Study of Chemistry. Forgotten Books. p. 363. ISBN 978-1-4400-5235-4.
  49. ^ a b c d e f Krüger, p. 184.
  50. ^ «bismuthide». Your Dictionary. Retrieved 7 April 2020.
  51. ^ «3D counterpart to graphene discovered [UPDATE]». KurzweilAI. 20 January 2014. Retrieved 28 January 2014.
  52. ^ Liu, Z. K.; Zhou, B.; Zhang, Y.; Wang, Z. J.; Weng, H. M.; Prabhakaran, D.; Mo, S. K.; Shen, Z. X.; Fang, Z.; Dai, X.; Hussain, Z.; Chen, Y. L. (2014). «Discovery of a Three-Dimensional Topological Dirac Semimetal, Na3Bi». Science. 343 (6173): 864–7. arXiv:1310.0391. Bibcode:2014Sci…343..864L. doi:10.1126/science.1245085. PMID 24436183. S2CID 206552029.
  53. ^ a b Gillespie, R. J.; Passmore, J. (1975). Emeléus, H. J.; Sharp A. G. (eds.). Advances in Inorganic Chemistry and Radiochemistry. Academic Press. pp. 77–78. ISBN 978-0-12-023617-6.
  54. ^ Anthony, John W.; Bideaux, Richard A.; Bladh, Kenneth W.; Nichols, Monte C. (eds.). «Bismuth» (PDF). Handbook of Mineralogy: Elements, Sulfides, Sulfosalts. Chantilly, VA, US: Mineralogical Society of America. ISBN 978-0-9622097-0-3. Retrieved 5 December 2011.
  55. ^ Krüger, pp. 172–173.
  56. ^ Anderson, Schuyler C. «2017 USGS Minerals Yearbook: Bismuth» (PDF). United States Geological Survey.
  57. ^ Klochko, Kateryna. «2018 USGS Minerals Yearbook: Bismuth» (PDF). United States Geological Survey.
  58. ^ Krüger, p. 173.
  59. ^ a b Ojebuoboh, Funsho K. (1992). «Bismuth—Production, properties, and applications». JOM. 44 (4): 46–49. Bibcode:1992JOM….44d..46O. doi:10.1007/BF03222821. S2CID 52993615.
  60. ^ Horsley, G. W. (1957). «The preparation of bismuth for use in a liquid-metal fuelled reactor». Journal of Nuclear Energy. 6 (1–2): 41. doi:10.1016/0891-3919(57)90180-8.
  61. ^ Shevtsov, Yu. V.; Beizel’, N. F. (2011). «Pb distribution in multistep bismuth refining products». Inorganic Materials. 47 (2): 139. doi:10.1134/S0020168511020166. S2CID 96931735.
  62. ^ a b c d Bismuth Statistics and Information. see «Metal Prices in the United States through 1998» for a price summary and «Historical Statistics for Mineral and Material Commodities in the United States» for production. USGS.
  63. ^ Suzuki, p. 14.
  64. ^ European Commission. Directorate General for Internal Market, Industry, Entrepreneurship and SMEs. (2018). Report on critical raw materials and the circular economy. LU: Publications Office. doi:10.2873/167813.{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  65. ^ Warburg, N. «IKP, Department of Life-Cycle Engineering» (PDF). University of Stuttgart. Archived from the original (PDF) on 25 February 2009. Retrieved 5 May 2009.
  66. ^ a b c Klochko, Kateryna. «2016 USGS Minerals Yearbook: Bismuth» (PDF). United States Geological Survey.
  67. ^ CDC, shigellosis.
  68. ^ Sox TE; Olson CA (1989). «Binding and killing of bacteria by bismuth subsalicylate». Antimicrob Agents Chemother. 33 (12): 2075–82. doi:10.1128/AAC.33.12.2075. PMC 172824. PMID 2694949.
  69. ^ «P/74/2009: European Medicines Agency decision of 20 April 2009 on the granting of a product specific waiver for Bismuth subcitrate potassium / Metronidazole / Tetracycline hydrochloride (EMEA-000382-PIP01-08) in accordance with Regulation (EC) No 1901/2006 of the European Parliament and of the Council as amended» (PDF). European Medicines Agency. 10 June 2009.
  70. ^ Urgesi R, Cianci R, Riccioni ME (2012). «Update on triple therapy for eradication of Helicobacter pylori: current status of the art». Clinical and Experimental Gastroenterology. 5: 151–7. doi:10.2147/CEG.S25416. PMC 3449761. PMID 23028235.
  71. ^ Gurtler L (January 2002). «Chapter 2: The Eye and Conjunctiva as Target of Entry for Infectious Agents: Prevention by Protection and by Antiseptic Prophylaxis». In Kramer A, Behrens-Baumann W (eds.). Antiseptic prophylaxis and therapy in ocular infections: principles, clinical practice, and infection control. Developments in Ophthalmology. Vol. 33. Basel: Karger. pp. 9–13. doi:10.1159/000065934. ISBN 978-3-8055-7316-0. PMID 12236131.
  72. ^ Gorbach SL (September 1990). «Bismuth therapy in gastrointestinal diseases». Gastroenterology. 99 (3): 863–75. doi:10.1016/0016-5085(90)90983-8. PMID 2199292.
  73. ^ Sparberg M (March 1974). «Correspondence: Bismuth subgallate as an effective means for the control of ileostomy odor: a double blind study». Gastroenterology. 66 (3): 476. doi:10.1016/S0016-5085(74)80150-2. PMID 4813513.
  74. ^ Parnell, R. J. G. (1924). «Bismuth in the Treatment of Syphilis». Journal of the Royal Society of Medicine. 17 (War section): 19–26. doi:10.1177/003591572401702604. PMC 2201253. PMID 19984212.
  75. ^ Giemsa, Gustav (1924) U.S. Patent 1,540,117 «Manufacture of bismuth tartrates»
  76. ^ Frith, John (November 2012). «Syphilis — Its Early History and Treatment Until Penicillin, and the Debate on its Origins». Journal of Military and Veterans’ Health. 20 (4): 54. Retrieved 30 January 2022.
  77. ^ «Milk of Bismuth». Archived from the original on 4 June 2013. Retrieved 13 August 2022.
  78. ^ Maile, Frank J.; Pfaff, Gerhard; Reynders, Peter (2005). «Effect pigments—past, present and future». Progress in Organic Coatings. 54 (3): 150. doi:10.1016/j.porgcoat.2005.07.003.
  79. ^ Pfaff, Gerhard (2008). Special effect pigments: Technical basics and applications. Vincentz Network GmbH. p. 36. ISBN 978-3-86630-905-0.
  80. ^ Sadler, Peter J (1991). «Chapter 1». In Sykes, A.G. (ed.). ADVANCES IN INORGANIC CHEMISTRY, Volume 36. Academic Press. ISBN 0-12-023636-2.
  81. ^ Gordon, Robert B.; Rutledge, John W. (1984). «Bismuth Bronze from Machu Picchu, Peru». Science. American Association for the Advancement of Science. 223 (4636): 585–586. Bibcode:1984Sci…223..585G. doi:10.1126/science.223.4636.585. JSTOR 1692247. PMID 17749940. S2CID 206572055.
  82. ^ Hopper KD; King SH; Lobell ME; TenHave TR; Weaver JS (1997). «The breast: inplane x-ray protection during diagnostic thoracic CT—shielding with bismuth radioprotective garments». Radiology. 205 (3): 853–8. doi:10.1148/radiology.205.3.9393547. PMID 9393547.
  83. ^ a b Lohse, Joachim; Zangl, Stéphanie; Groß, Rita; Gensch, Carl-Otto; Deubzer, Otmar (September 2007). «Adaptation to Scientific and Technical Progress of Annex II Directive 2000/53/EC» (PDF). European Commission. Retrieved 11 September 2009.
  84. ^ La Fontaine, A.; Keast, V. J. (2006). «Compositional distributions in classical and lead-free brasses». Materials Characterization. 57 (4–5): 424. doi:10.1016/j.matchar.2006.02.005.
  85. ^ a b Krüger, p. 183.
  86. ^ Llewellyn, D. T.; Hudd, Roger C. (1998). Steels: Metallurgy and applications. Butterworth-Heinemann. p. 239. ISBN 978-0-7506-3757-2.
  87. ^ Davis & Associates, J. R. & Handbook Committee, ASM International (1993). Aluminum and Aluminum Alloys. p. 41. ISBN 978-0-87170-496-2.
  88. ^ Farahany, Saeed; A. Ourdjini; M.H. Idris; L.T. Thai (2011). «Poisoning effect of bismuth on modification behavior of strontium in LM25 alloy». Journal of Bulletin of Materials Science. 34 (6): 1223–1231. doi:10.1007/s12034-011-0239-5.
  89. ^ Farahany, Saeed; A. Ourdjini; M. H. Idris; L.T. Thai (2011). «Effect of bismuth on the microstructure of unmodified and Sr-modified Al-7%Si-0.4Mg alloy». Journal of Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 21 (7): 1455–1464. doi:10.1016/S1003-6326(11)60881-9. S2CID 73719425.
  90. ^ Suzuki, p. 15.
  91. ^ «BSCCO». National High Magnetic Field Laboratory. Archived from the original on 12 April 2013. Retrieved 18 January 2010.
  92. ^ Tritt, Terry M. (2000). Recent trends in thermoelectric materials research. Academic Press. p. 12. ISBN 978-0-12-752178-7.
  93. ^ Tücks, Andreas; Beck, Horst P. (2007). «The photochromic effect of bismuth vanadate pigments: Investigations on the photochromic mechanism». Dyes and Pigments. 72 (2): 163. doi:10.1016/j.dyepig.2005.08.027.
  94. ^ Müller, Albrecht (2003). «Yellow pigments». Coloring of plastics: Fundamentals, colorants, preparations. Hanser Verlag. pp. 91–93. ISBN 978-1-56990-352-0.
  95. ^ DiMeglio, John L.; Rosenthal, Joel (2013). «Selective conversion of CO2 to CO with high efficiency using an bismuth-based electrocatalyst». Journal of the American Chemical Society. 135 (24): 8798–8801. doi:10.1021/ja4033549. PMC 3725765. PMID 23735115.
  96. ^ Mortier, Roy M.; Fox, Malcolm F.; Orszulik, Stefan T. (2010). Chemistry and Technology of Lubricants. Springer. p. 430. Bibcode:2010ctl..book…..M. ISBN 978-1-4020-8661-8.
  97. ^ Croteau, Gerry; Dills, Russell; Beaudreau, Marc; Davis, Mac (2010). «Emission factors and exposures from ground-level pyrotechnics». Atmospheric Environment. 44 (27): 3295. Bibcode:2010AtmEn..44.3295C. doi:10.1016/j.atmosenv.2010.05.048.
  98. ^ Ledgard, Jared (2006). The Preparatory Manual of Black Powder and Pyrotechnics. Lulu. pp. 207, 319, 370, 518, search. ISBN 978-1-4116-8574-1.
  99. ^ Planas, Oriol; Wang, Feng; Leutzsch, Markus; Cornella, Josep (2020). «Fluorination of arylboronic esters enabled by bismuth redox catalysis». Science. 367 (6475): 313–317. Bibcode:2020Sci…367..313P. doi:10.1126/science.aaz2258. PMID 31949081. S2CID 210698047.
  100. ^ a b DiPalma, Joseph R. (2001). «Bismuth Toxicity, Often Mild, Can Result in Severe Poisonings». Emergency Medicine News. 23 (3): 16. doi:10.1097/00132981-200104000-00012.
  101. ^ Fowler, B.A. & Sexton M.J. (2007). «Bismuth». In Nordberg, Gunnar (ed.). Handbook on the toxicology of metals. Academic Press. pp. 433 ff. ISBN 978-0-12-369413-3.
  102. ^ Data on Bismuth’s health and environmental effects. Lenntech.com. Retrieved on 17 December 2011.
  103. ^ «Bismuth line» in TheFreeDictionary’s Medical dictionary. Farlex, Inc.
  104. ^ Levantine, Ashley; Almeyda, John (1973). «Drug induced changes in pigmentation». British Journal of Dermatology. 89 (1): 105–12. doi:10.1111/j.1365-2133.1973.tb01932.x. PMID 4132858. S2CID 7175799.
  105. ^ Krüger, pp. 187–188.
  106. ^ World Health Organization (2009). Stuart MC, Kouimtzi M, Hill SR (eds.). WHO Model Formulary 2008. World Health Organization. p. 62. hdl:10665/44053. ISBN 9789241547659.
  107. ^ «Dimercaprol». The American Society of Health-System Pharmacists. Retrieved 8 December 2016.
  108. ^ Boriova; et al. (2015). «Bismuth(III) Volatilization and Immobilization by Filamentous Fungus Aspergillus clavatus During Aerobic Incubation». Archives of Environmental Contamination and Toxicology. 68 (2): 405–411. doi:10.1007/s00244-014-0096-5. PMID 25367214. S2CID 30197424.
  109. ^ Boriova; et al. (2013). «Bioaccumulation and biosorption of bismuth Bi (III) by filamentous fungus Aspergillus clavatus» (PDF). Student Scientific Conference PriF UK 2013. Proceedings of Reviewed Contributions.

Bibliography[edit]

Public Domain This article incorporates text from this source, which is in the public domain: Brown, R. D., Jr. «Annual Average Bismuth Price», USGS (1998)

  • Greenwood, N. N. & Earnshaw, A. (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-3365-9.
  • Krüger, Joachim; Winkler, Peter; Lüderitz, Eberhard; Lück, Manfred; Wolf, Hans Uwe (2003). «Bismuth, Bismuth Alloys, and Bismuth Compounds». Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH, Weinheim. pp. 171–189. doi:10.1002/14356007.a04_171. ISBN 978-3527306732.
  • Suzuki, Hitomi (2001). Organobismuth Chemistry. Elsevier. pp. 1–20. ISBN 978-0-444-20528-5.
  • Wiberg, Egon; Holleman, A. F.; Wiberg, Nils (2001). Inorganic chemistry. Academic Press. ISBN 978-0-12-352651-9.

External links[edit]

Wikimedia Commons has media related to Bismuth.

Look up bismuth in Wiktionary, the free dictionary.

  • Laboratory growth of large crystals of Bismuth by Jan Kihle Crystal Pulling Laboratories, Norway
  • Bismuth at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)
  • Bismuth breaks half-life record for alpha decay
  • Bismuth Crystals – Instructions & Pictures
Bismuth, 83Bi

Bismuth crystals and 1cm3 cube.jpg
Bismuth
Pronunciation (BIZ-məth)
Appearance lustrous brownish silver
Standard atomic weight Ar°(Bi)
  • 208.98040±0.00001
  • 208.98±0.01 (abridged)[1]
Bismuth in the periodic table
Hydrogen Helium
Lithium Beryllium Boron Carbon Nitrogen Oxygen Fluorine Neon
Sodium Magnesium Aluminium Silicon Phosphorus Sulfur Chlorine Argon
Potassium Calcium Scandium Titanium Vanadium Chromium Manganese Iron Cobalt Nickel Copper Zinc Gallium Germanium Arsenic Selenium Bromine Krypton
Rubidium Strontium Yttrium Zirconium Niobium Molybdenum Technetium Ruthenium Rhodium Palladium Silver Cadmium Indium Tin Antimony Tellurium Iodine Xenon
Caesium Barium Lanthanum Cerium Praseodymium Neodymium Promethium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium Tantalum Tungsten Rhenium Osmium Iridium Platinum Gold Mercury (element) Thallium Lead Bismuth Polonium Astatine Radon
Francium Radium Actinium Thorium Protactinium Uranium Neptunium Plutonium Americium Curium Berkelium Californium Einsteinium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Hassium Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
Sb

Bi

Mc
lead ← bismuth → polonium
Atomic number (Z) 83
Group group 15 (pnictogens)
Period period 6
Block   p-block
Electron configuration [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p3
Electrons per shell 2, 8, 18, 32, 18, 5
Physical properties
Phase at STP solid
Melting point 544.7 K ​(271.5 °C, ​520.7 °F)
Boiling point 1837 K ​(1564 °C, ​2847 °F)
Density (near r.t.) 9.78 g/cm3
when liquid (at m.p.) 10.05 g/cm3
Heat of fusion 11.30 kJ/mol
Heat of vaporization 179 kJ/mol
Molar heat capacity 25.52 J/(mol·K)
Vapor pressure

P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
at T (K) 941 1041 1165 1325 1538 1835
Atomic properties
Oxidation states −3, −2, −1, 0,[2] +1, +2, +3, +4, +5 (a mildly acidic oxide)
Electronegativity Pauling scale: 2.02
Ionization energies
  • 1st: 703 kJ/mol
  • 2nd: 1610 kJ/mol
  • 3rd: 2466 kJ/mol
  • (more)
Atomic radius empirical: 156 pm
Covalent radius 148±4 pm
Van der Waals radius 207 pm

Color lines in a spectral range

Spectral lines of bismuth

Other properties
Natural occurrence primordial
Crystal structure ​rhombohedral[3]

Rhombohedral crystal structure for bismuth

Speed of sound thin rod 1790 m/s (at 20 °C)
Thermal expansion 13.4 µm/(m⋅K) (at 25 °C)
Thermal conductivity 7.97 W/(m⋅K)
Electrical resistivity 1.29 µΩ⋅m (at 20 °C)
Magnetic ordering diamagnetic
Molar magnetic susceptibility −280.1×10−6 cm3/mol[4]
Young’s modulus 32 GPa
Shear modulus 12 GPa
Bulk modulus 31 GPa
Poisson ratio 0.33
Mohs hardness 2.25
Brinell hardness 70–95 MPa
CAS Number 7440-69-9
History
Discovery Arabic alchemists (before AD 1000)
Main isotopes of bismuth

  • v
  • e

Iso­tope Decay
abun­dance half-life (t1/2) mode pro­duct
207Bi syn 31.55 y β+ 207Pb
208Bi syn 3.68×105 y β+ 208Pb
209Bi 100% 2.01×1019 y α 205Tl
210Bi trace 5.012 d β 210Po
α 206Tl
210mBi syn 3.04×106 y IT 210Bi
α 206Tl
 Category: Bismuth

  • view
  • talk
  • edit

| references

Bismuth is a chemical element with the symbol Bi and atomic number 83. It is a post-transition metal and one of the pnictogens, with chemical properties resembling its lighter group 15 siblings arsenic and antimony. Elemental bismuth occurs naturally, and its sulfide and oxide forms are important commercial ores. The free element is 86% as dense as lead. It is a brittle metal with a silvery-white color when freshly produced. Surface oxidation generally gives samples of the metal a somewhat rosy cast. Further oxidation under heat can give bismuth a vividly iridescent appearance due to thin-film interference. Bismuth is both the most diamagnetic element and one of the least thermally conductive metals known.

Bismuth was long considered the element with the highest atomic mass whose nuclei do not spontaneously decay. However, in 2003 it was discovered to be extremely weakly radioactive. The metal’s only primordial isotope, bismuth-209, experiences alpha decay at such a minute rate that its half-life is more than a billion times the estimated age of the universe.[5][6] For all but the most exotic of uses bismuth may be considered stable because of its tremendously long half-life.[6]

Bismuth metal has been known since ancient times. Before modern analytical methods bismuth’s metallurgical similarities to lead and tin often led it to be confused with those metals. The etymology of «bismuth» is uncertain. The name may come from mid-sixteenth century New Latin translations of the German words weiße Masse or Wismuth, meaning ‘white mass’, which were rendered as bisemutum or bisemutium.

Main uses[edit]

Bismuth compounds account for about half the global production of bismuth. They are used in cosmetics; pigments; and a few pharmaceuticals, notably bismuth subsalicylate, used to treat diarrhea.[6] Bismuth’s unusual propensity to expand as it solidifies is responsible for some of its uses, as in the casting of printing type.[6] Bismuth has unusually low toxicity for a heavy metal.[6] As the toxicity of lead and the cost of its environmental remediation became more apparent during the 20th century, suitable bismuth alloys have gained popularity as replacements for lead. Presently, around a third of global bismuth production is dedicated to needs formerly met by lead.

History and etymology[edit]

Bismuth metal has been known since ancient times and it was one of the first 10 metals to have been discovered. The name bismuth dates to around 1665 and is of uncertain etymology. The name possibly comes from obsolete German Bismuth, Wismut, Wissmuth (early 16th century), perhaps related to Old High German hwiz («white»).[7] The New Latin bisemutium (coined by Georgius Agricola, who Latinized many German mining and technical words) is from the German Wismuth, itself perhaps from weiße Masse, meaning «white mass».[8][9]

The element was confused in early times with tin and lead because of its resemblance to those elements. Because bismuth has been known since ancient times, no one person is credited with its discovery. Agricola (1546) states that bismuth is a distinct metal in a family of metals including tin and lead. This was based on observation of the metals and their physical properties.[10]

Miners in the age of alchemy also gave bismuth the name tectum argenti, or «silver being made» in the sense of silver still in the process of being formed within the Earth.[11][12][13]

Bismuth was also known to the Incas and used (along with the usual copper and tin) in a special bronze alloy for knives.[14]

Beginning with Johann Heinrich Pott in 1738,[15] Carl Wilhelm Scheele, and Torbern Olof Bergman, the distinctness of lead and bismuth became clear, and Claude François Geoffroy demonstrated in 1753 that this metal is distinct from lead and tin.[12][16][17]

Characteristics[edit]

Left: A bismuth hopper crystal exhibiting the stairstep crystal structure and iridescence colors, which are produced by interference of light within the oxide film on its surface. Right: a 1 cm3 cube of unoxidised bismuth metal

Physical characteristics[edit]

Pressure-temperature phase diagram of bismuth. TC refers to the superconducting transition temperature

Bismuth is a brittle metal with a dark, silver-pink hue, often with an iridescent oxide tarnish showing many colors from yellow to blue. The spiral, stair-stepped structure of bismuth crystals is the result of a higher growth rate around the outside edges than on the inside edges. The variations in the thickness of the oxide layer that forms on the surface of the crystal cause different wavelengths of light to interfere upon reflection, thus displaying a rainbow of colors. When burned in oxygen, bismuth burns with a blue flame and its oxide forms yellow fumes.[16] Its toxicity is much lower than that of its neighbors in the periodic table, such as lead and antimony.

No other metal is verified to be more naturally diamagnetic than bismuth.[16][18] (Superdiamagnetism is a different physical phenomenon.) Of any metal, it has one of the lowest values of thermal conductivity (after manganese, and maybe neptunium and plutonium) and the highest Hall coefficient.[19] It has a high electrical resistivity.[16] When deposited in sufficiently thin layers on a substrate, bismuth is a semiconductor, despite being a post-transition metal.[20] Elemental bismuth is denser in the liquid phase than the solid, a characteristic it shares with germanium, silicon, gallium, and water.[21] Bismuth expands 3.32% on solidification; therefore, it was long a component of low-melting typesetting alloys, where it compensated for the contraction of the other alloying components[16][22][23][24] to form almost isostatic bismuth-lead eutectic alloys.

Though virtually unseen in nature, high-purity bismuth can form distinctive, colorful hopper crystals. It is relatively nontoxic and has a low melting point just above 271 °C, so crystals may be grown using a household stove, although the resulting crystals will tend to be of lower quality than lab-grown crystals.[25]

At ambient conditions, bismuth shares the same layered structure as the metallic forms of arsenic and antimony,[26] crystallizing in the rhombohedral lattice[27] (Pearson symbol hR6, space group R3m No. 166) of the trigonal crystal system.[3] When compressed at room temperature, this Bi-I structure changes first to the monoclinic Bi-II at 2.55 GPa, then to the tetragonal Bi-III at 2.7 GPa, and finally to the body-centered cubic Bi-V at 7.7 GPa. The corresponding transitions can be monitored via changes in electrical conductivity; they are rather reproducible and abrupt and are therefore used for calibration of high-pressure equipment.[28][29]

Chemical characteristics[edit]

Bismuth is stable to both dry and moist air at ordinary temperatures. When red-hot, it reacts with water to make bismuth(III) oxide.[30]

2 Bi + 3 H2O → Bi2O3 + 3 H2

It reacts with fluorine to make bismuth(V) fluoride at 500 °C or bismuth(III) fluoride at lower temperatures (typically from Bi melts); with other halogens it yields only bismuth(III) halides.[31][32][33] The trihalides are corrosive and easily react with moisture, forming oxyhalides with the formula BiOX.[34]

4 Bi + 6 X2 → 4 BiX3 (X = F, Cl, Br, I)
4 BiX3 + 2 O2 → 4 BiOX + 4 X2

Bismuth dissolves in concentrated sulfuric acid to make bismuth(III) sulfate and sulfur dioxide.[30]

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

It reacts with nitric acid to make bismuth(III) nitrate (which decomposes into nitrogen dioxide when heated[35]).[36]

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

It also dissolves in hydrochloric acid, but only with oxygen present.[30]

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

It is used as a transmetalating agent in the synthesis of alkaline-earth metal complexes:

3 Ba + 2 BiPh3 → 3 BaPh2 + 2 Bi

Isotopes[edit]

The only primordial isotope of bismuth, bismuth-209, was traditionally regarded as the heaviest stable isotope, but it had long been suspected[37] to be unstable on theoretical grounds. This was finally demonstrated in 2003, when researchers at the Institut d’Astrophysique Spatiale in Orsay, France, measured the alpha emission half-life of 209
Bi
to be 2.01×1019 years (3 Bq/Mg),[38][39] over a billion times longer than the current estimated age of the universe.[6] Owing to its extraordinarily long half-life, for all presently known medical and industrial applications, bismuth can be treated as if it is stable and nonradioactive. The radioactivity is of academic interest because bismuth is one of a few elements whose radioactivity was suspected and theoretically predicted before being detected in the laboratory.[6] Bismuth has the longest known alpha decay half-life, although tellurium-128 has a double beta decay half-life of over 2.2×1024 years.[39] Bismuth’s extremely long half-life means that less than approximately one-billionth of the bismuth present at the formation of the planet Earth would have decayed into thallium since then.

Several isotopes of bismuth with short half-lives occur within the radioactive disintegration chains of actinium, radium, and thorium, and more have been synthesized experimentally. Bismuth-213 is also found on the decay chain of neptunium-237 and uranium-233.[40][41]

Commercially, the radioactive isotope bismuth-213 can be produced by bombarding radium with bremsstrahlung photons from a linear particle accelerator. In 1997, an antibody conjugate with bismuth-213, which has a 45-minute half-life and decays with the emission of an alpha particle, was used to treat patients with leukemia. This isotope has also been tried in cancer treatment, for example, in the targeted alpha therapy (TAT) program.[42][43]

Chemical compounds[edit]

Bismuth(III) oxide powder

Bismuth forms trivalent and pentavalent compounds, the trivalent ones being more common. Many of its chemical properties are similar to those of arsenic and antimony, although they are less toxic than derivatives of those lighter elements.[citation needed]

Oxides and sulfides[edit]

At elevated temperatures, the vapors of the metal combine rapidly with oxygen, forming the yellow trioxide, Bi
2
O
3
.[21][44] When molten, at temperatures above 710 °C, this oxide corrodes any metal oxide and even platinum.[33] On reaction with a base, it forms two series of oxyanions: BiO
2
, which is polymeric and forms linear chains, and BiO3−
3
. The anion in Li
3
BiO
3
is a cubic octameric anion, Bi
8
O24−
24
, whereas the anion in Na
3
BiO
3
is tetrameric.[45]

The dark red bismuth(V) oxide, Bi
2
O
5
, is unstable, liberating O
2
gas upon heating.[46] The compound NaBiO3 is a strong oxidising agent.[47]

Bismuth sulfide, Bi
2
S
3
, occurs naturally in bismuth ores.[48] It is also produced by the combination of molten bismuth and sulfur.[32]

Bismuth oxychloride (BiOCl) structure (mineral bismoclite). Bismuth atoms are shown as grey, oxygen red, chlorine green.

Bismuth oxychloride (BiOCl, see figure at right) and bismuth oxynitrate (BiONO3) stoichiometrically appear as simple anionic salts of the bismuthyl(III) cation (BiO+) which commonly occurs in aqueous bismuth compounds. However, in the case of BiOCl, the salt crystal forms in a structure of alternating plates of Bi, O, and Cl atoms, with each oxygen coordinating with four bismuth atoms in the adjacent plane. This mineral compound is used as a pigment and cosmetic (see below).[49]

Bismuthine and bismuthides[edit]

Unlike the lighter pnictogens nitrogen, phosphorus, and arsenic, but similar to antimony, bismuth does not form a stable hydride. Bismuth hydride, bismuthine (BiH
3
), is an endothermic compound that spontaneously decomposes at room temperature. It is stable only below −60 °C.[45] Bismuthides are intermetallic compounds between bismuth and other metals.[50][better source needed]

In 2014 researchers discovered that sodium bismuthide can exist as a form of matter called a “three-dimensional topological Dirac semi-metal” (3DTDS) that possess 3D Dirac fermions in bulk. It is a natural, three-dimensional counterpart to graphene with similar electron mobility and velocity. Graphene and topological insulators (such as those in 3DTDS) are both crystalline materials that are electrically insulating inside but conducting on the surface, allowing them to function as transistors and other electronic devices. While sodium bismuthide (Na
3
Bi
) is too unstable to be used in devices without packaging, it can demonstrate potential applications of 3DTDS systems, which offer distinct efficiency and fabrication advantages over planar graphene in semiconductor and spintronics applications.[51][52]

Halides[edit]

The halides of bismuth in low oxidation states have been shown to adopt unusual structures. What was originally thought to be bismuth(I) chloride, BiCl, turns out to be a complex compound consisting of Bi5+
9
cations and BiCl2−
5
and Bi
2
Cl2−
8
anions.[45][53] The Bi5+
9
cation has a distorted tricapped trigonal prismatic molecular geometry and is also found in Bi
10
Hf
3
Cl
18
, which is prepared by reducing a mixture of hafnium(IV) chloride and bismuth chloride with elemental bismuth, having the structure [Bi+
] [Bi5+
9
] [HfCl2−
6
]
3
.[45]: 50  Other polyatomic bismuth cations are also known, such as Bi2+
8
, found in Bi
8
(AlCl
4
)
2
.[53] Bismuth also forms a low-valence bromide with the same structure as «BiCl». There is a true monoiodide, BiI, which contains chains of Bi
4
I
4
units. BiI decomposes upon heating to the triiodide, BiI
3
, and elemental bismuth. A monobromide of the same structure also exists.[45]
In oxidation state +3, bismuth forms trihalides with all of the halogens: BiF
3
, BiCl
3
, BiBr
3
, and BiI
3
. All of these except BiF
3
are hydrolyzed by water.[45]

Bismuth(III) chloride reacts with hydrogen chloride in ether solution to produce the acid HBiCl
4
.[30]

The oxidation state +5 is less frequently encountered. One such compound is BiF
5
, a powerful oxidizing and fluorinating agent. It is also a strong fluoride acceptor, reacting with xenon tetrafluoride to form the XeF+
3
cation:[30]

BiF
5
+ XeF
4
XeF+
3
BiF
6

Aqueous species[edit]

In aqueous solution, the Bi3+
ion is solvated to form the aqua ion Bi(H
2
O)3+
8
in strongly acidic conditions. At pH > 0 polynuclear species exist, the most important of which is believed to be the octahedral complex [Bi
6
O
4
(OH)
4
]6+
.

Occurrence and production[edit]

Chunk of a broken bismuth ingot

In the Earth’s crust, bismuth is about twice as abundant as gold. The most important ores of bismuth are bismuthinite and bismite.[16] Native bismuth is known from Australia, Bolivia, and China.[56][57]

World bismuth production, 2016, in tons

Country Mining sources[58] Refining sources[59]
China 7,400 11,000
Vietnam 2,000 5,000
Mexico 700 539
Japan 428
Other 100 33
Total 10,200 17,100

The difference between mining and refining production reflects bismuth’s status as a byproduct of extraction of other metals such as lead, copper, tin, molybdenum and tungsten.[60] World bismuth production from refineries is a more complete and reliable statistic.[61][62][63]

Bismuth travels in crude lead bullion (which can contain up to 10% bismuth) through several stages of refining, until it is removed by the Kroll-Betterton process which separates the impurities as slag, or the electrolytic Betts process. Bismuth will behave similarly with another of its major metals, copper.[61] The raw bismuth metal from both processes contains still considerable amounts of other metals, foremost lead. By reacting the molten mixture with chlorine gas the metals are converted to their chlorides while bismuth remains unchanged. Impurities can also be removed by various other methods for example with fluxes and treatments yielding high-purity bismuth metal (over 99% Bi).

Price[edit]

World mine production and annual averages of bismuth price (New York, not adjusted for inflation).[64]

The price for pure bismuth metal has been relatively stable through most of the 20th century, except for a spike in the 1970s. Bismuth has always been produced mainly as a byproduct of lead refining, and thus the price usually reflected the cost of recovery and the balance between production and demand.[64]

Prior to World War II, demand for bismuth was small and mainly pharmaceutical — bismuth compounds were used to treat such conditions as digestive disorders, sexually transmitted diseases and burns. Minor amounts of bismuth metal were consumed in fusible alloys for fire sprinkler systems and fuse wire. During World War II bismuth was considered a strategic material, used for solders, fusible alloys, medications and atomic research. To stabilize the market, the producers set the price at $1.25 per pound ($2.75 /kg) during the war and at $2.25 per pound ($4.96 /kg) from 1950 until 1964.[64]

In the early 1970s, the price rose rapidly as a result of increasing demand for bismuth as a metallurgical additive to aluminium, iron and steel. This was followed by a decline owing to increased world production, stabilized consumption, and the recessions of 1980 and 1981–1982. In 1984, the price began to climb as consumption increased worldwide, especially in the United States and Japan. In the early 1990s, research began on the evaluation of bismuth as a nontoxic replacement for lead in ceramic glazes, fishing sinkers, food-processing equipment, free-machining brasses for plumbing applications, lubricating greases, and shot for waterfowl hunting.[65] Growth in these areas remained slow during the middle 1990s, in spite of the backing of lead replacement by the United States federal government, but intensified around 2005. This resulted in a rapid and continuing increase in price.[64]

Recycling[edit]

Most bismuth is produced as a byproduct of other metal-extraction processes including the smelting of lead, and also of tungsten and copper. Its sustainability is dependent on increased recycling, which is problematic.[66]

It was once believed that bismuth could be practically recycled from the soldered joints in electronic equipment. Recent efficiencies in solder application in electronics mean there is substantially less solder deposited, and thus less to recycle. While recovering the silver from silver-bearing solder may remain economic, recovering bismuth is substantially less so.[67]

Next in recycling feasibility would be sizeable catalysts with a fair bismuth content, such as bismuth phosphomolybdate.[citation needed] Bismuth used in galvanizing, and as a free-machining metallurgical additive.[citation needed]

Bismuth in uses where it is dispersed most widely include certain stomach medicines (bismuth subsalicylate), paints (bismuth vanadate), pearlescent cosmetics (bismuth oxychloride), and bismuth-containing bullets. Recycling bismuth from these uses is impractical.[citation needed]

Applications[edit]

Black and white engraving of two men extracting and working bismuth, hammering and pouring on a hillside.

18th-century engraving of bismuth processing. During this era, bismuth was used to treat some digestive complaints.

Bismuth has few commercial applications, and those applications that use it generally require small quantities relative to other raw materials. In the United States, for example, 733 tonnes of bismuth were consumed in 2016, of which 70% went into chemicals (including pharmaceuticals, pigments, and cosmetics) and 11% into bismuth alloys.[68]

Some manufacturers use bismuth as a substitute in equipment for potable water systems such as valves to meet «lead-free» mandates in the U.S. (began in 2014). This is a fairly large application since it covers all residential and commercial building construction.[citation needed]

In the early 1990s, researchers began to evaluate bismuth as a nontoxic replacement for lead in various applications.[citation needed]

Medicines[edit]

Bismuth is an ingredient in some pharmaceuticals,[6] although the use of some of these substances is declining.[49]

  • Bismuth subsalicylate is used as an antidiarrheal;[6] it is the active ingredient in such «pink bismuth» preparations as Pepto-Bismol, as well as the 2004 reformulation of Kaopectate. It is also used to treat some other gastro-intestinal diseases like shigellosis[69] and cadmium poisoning.[6] The mechanism of action of this substance is still not well documented, although an oligodynamic effect (toxic effect of small doses of heavy metal ions on microbes) may be involved in at least some cases. Salicylic acid from hydrolysis of the compound is antimicrobial for toxogenic E. coli, an important pathogen in traveler’s diarrhea.[70]
  • A combination of bismuth subsalicylate and bismuth subcitrate is used to treat the bacteria causing peptic ulcers.[71][72]
  • Bibrocathol is an organic bismuth-containing compound used to treat eye infections.[73]
  • Bismuth subgallate, the active ingredient in Devrom, is used as an internal deodorant to treat malodor from flatulence and feces.[74][75]
  • Bismuth compounds (including sodium bismuth tartrate) were formerly used to treat syphilis.[76][77] Arsenic combined with either bismuth or mercury was a mainstay of syphilis treatment from the 1920s until the advent of penicillin in 1943.[78]
  • «Milk of bismuth» (an aqueous suspension of bismuth hydroxide and bismuth subcarbonate) was marketed as an alimentary cure-all in the early 20th century, and has been used to treat gastrointestinal disorders.[79]
  • Bismuth subnitrate (Bi5O(OH)9(NO3)4) and bismuth subcarbonate (Bi2O2(CO3)) are also used in medicine.[16]

Cosmetics and pigments[edit]

Bismuth oxychloride (BiOCl) is sometimes used in cosmetics, as a pigment in paint for eye shadows, hair sprays and nail polishes.[6][49][80][81] This compound is found as the mineral bismoclite and in crystal form contains layers of atoms (see figure above) that refract light chromatically, resulting in an iridescent appearance similar to nacre of pearl. It was used as a cosmetic in ancient Egypt and in many places since. Bismuth white (also «Spanish white») can refer to either bismuth oxychloride or bismuth oxynitrate (BiONO3), when used as a white pigment.[82] Bismuth vanadate is used as a light-stable non-reactive paint pigment (particularly for artists’ paints), often as a replacement for the more toxic cadmium sulfide yellow and orange-yellow pigments. The most common variety in artists’ paints is a lemon yellow, visually indistinguishable from its cadmium-containing alternative.[citation needed]

Metal and alloys[edit]

Bismuth is used in metal alloys with other metals such as iron. These alloys are used in automatic sprinkler systems for fires. It forms the largest part (50%) of Rose’s metal, a fusible alloy, which also contains 25–28% lead and 22–25% tin. It was also used to make bismuth bronze which was used in the Bronze Age, having been found in Inca knives at Machu Picchu.[83]

Lead replacement[edit]

The density difference between lead (11.32 g/cm3) and bismuth (9.78 g/cm3) is small enough that for many ballistics and weighting applications, bismuth can substitute for lead. For example, it can replace lead as a dense material in fishing sinkers. It has been used as a replacement for lead in shot, bullets and less-lethal riot gun ammunition. The Netherlands, Denmark, England, Wales, the United States, and many other countries now prohibit the use of lead shot for the hunting of wetland birds, as many birds are prone to lead poisoning owing to mistaken ingestion of lead (instead of small stones and grit) to aid digestion, or even prohibit the use of lead for all hunting, such as in the Netherlands. Bismuth-tin alloy shot is one alternative that provides similar ballistic performance to lead. (Another less expensive but also more poorly performing alternative is «steel» shot, which is actually soft iron.) Bismuth’s lack of malleability does, however, make it unsuitable for use in expanding hunting bullets.[citation needed]

Bismuth, as a dense element of high atomic weight, is used in bismuth-impregnated latex shields to shield from X-ray in medical examinations, such as CTs, mostly as it is considered non-toxic.[84]

The European Union’s Restriction of Hazardous Substances Directive (RoHS) for reduction of lead has broadened bismuth’s use in electronics as a component of low-melting point solders, as a replacement for traditional tin-lead solders.[68] Its low toxicity will be especially important for solders to be used in food processing equipment and copper water pipes, although it can also be used in other applications including those in the automobile industry, in the European Union, for example.[85]

Bismuth has been evaluated as a replacement for lead in free-machining brasses for plumbing applications,[86] although it does not equal the performance of leaded steels.[85]

Other metal uses and specialty alloys[edit]

Many bismuth alloys have low melting points and are found in specialty applications such as solders. Many automatic sprinklers, electric fuses, and safety devices in fire detection and suppression systems contain the eutectic In19.1-Cd5.3-Pb22.6-Sn8.3-Bi44.7 alloy that melts at 47 °C (117 °F)[16] This is a convenient temperature since it is unlikely to be exceeded in normal living conditions. Low-melting alloys, such as Bi-Cd-Pb-Sn alloy which melts at 70 °C, are also used in automotive and aviation industries. Before deforming a thin-walled metal part, it is filled with a melt or covered with a thin layer of the alloy to reduce the chance of breaking. Then the alloy is removed by submerging the part in boiling water.[87]

Bismuth is used to make free-machining steels and free-machining aluminium alloys for precision machining properties. It has similar effect to lead and improves the chip breaking during machining. The shrinking on solidification in lead and the expansion of bismuth compensate each other and therefore lead and bismuth are often used in similar quantities.[88][89] Similarly, alloys containing comparable parts of bismuth and lead exhibit a very small change (on the order 0.01%) upon melting, solidification or aging. Such alloys are used in high-precision casting, e.g. in dentistry, to create models and molds.[87] Bismuth is also used as an alloying agent in production of malleable irons[68] and as a thermocouple material.[16]

Bismuth is also used in aluminium-silicon cast alloys in order to refine silicon morphology. However, it indicated a poisoning effect on modification of strontium.[90][91] Some bismuth alloys, such as Bi35-Pb37-Sn25, are combined with non-sticking materials such as mica, glass and enamels because they easily wet them allowing to make joints to other parts. Addition of bismuth to caesium enhances the quantum yield of caesium cathodes.[49] Sintering of bismuth and manganese powders at 300 °C produces a permanent magnet and magnetostrictive material, which is used in ultrasonic generators and receivers working in the 10–100 kHz range and in magnetic and holographic memory devices.[92]

Other uses as compounds[edit]

Bismuth vanadate, a yellow pigment

  • Bismuth is included in BSCCO (bismuth strontium calcium copper oxide) which is a group of similar superconducting compounds discovered in 1988 that exhibit the highest superconducting transition temperatures.[93]
  • Bismuth subnitrate is a component of glazes that produces an iridescence and is used as a pigment in paint.
  • Bismuth telluride is a semiconductor and an excellent thermoelectric material.[49][94] Bi2Te3 diodes are used in mobile refrigerators, CPU coolers, and as detectors in infrared spectrophotometers.[49]
  • Bismuth oxide, in its delta form, is a solid electrolyte for oxygen. This form normally breaks down below a high-temperature threshold, but can be electrodeposited well below this temperature in a highly alkaline solution.
  • Bismuth germanate is a scintillator, widely used in X-ray and gamma ray detectors.
  • Bismuth vanadate is an opaque yellow pigment used by some artists’ oil, acrylic, and watercolor paint companies, primarily as a replacement for the more toxic cadmium sulfide yellows in the greenish-yellow (lemon) to orange-toned yellow range. It performs practically identically to the cadmium pigments, such as in terms of resistance to degradation from UV exposure, opacity, tinting strength, and lack of reactivity when mixed with other pigments. The most commonly-used variety by artists’ paint makers is lemon in color. In addition to being a replacement for several cadmium yellows, it also serves as a non-toxic visual replacement for the older chromate pigments made with zinc, lead, and strontium. If a green pigment and barium sulfate (for increased transparency) are added it can also serve as a replacement for barium chromate, which possesses a more greenish cast than the others. In comparison with lead chromate, it does not blacken due to hydrogen sulfide in the air (a process accelerated by UV exposure) and possesses a particularly brighter color than them, especially the lemon, which is the most translucent, dull, and fastest to blacken due to the higher percentage of lead sulfate required to produce that shade. It is also used, on a limited basis due to its cost, as a vehicle paint pigment.[95][96]
  • A catalyst for making acrylic fibers.[16]
  • As an electrocatalyst in the conversion of CO2 to CO.[97]
  • Ingredient in lubricating greases.[98]
  • In crackling microstars (dragon’s eggs) in pyrotechnics, as the oxide, subcarbonate or subnitrate.[99][100]
  • As catalyst for the fluorination of arylboronic pinacol esters through a Bi(III)/Bi(V) catalytic cycle, mimicking transition metals in electrophilic fluorination.[101]

Toxicology and ecotoxicology[edit]

See also bismuthia, a rare dermatological condition that results from the prolonged use of bismuth.

Scientific literature indicates that some of the compounds of bismuth are less toxic to humans via ingestion than other heavy metals (lead, arsenic, antimony, etc.)[6] presumably due to the comparatively low solubility of bismuth salts.[102] Its biological half-life for whole-body retention is reported to be 5 days but it can remain in the kidney for years in people treated with bismuth compounds.[103]

Bismuth poisoning can occur and has according to some reports been common in relatively recent times.[102][104] As with lead, bismuth poisoning can result in the formation of a black deposit on the gingiva, known as a bismuth line.[105][106][107] Poisoning may be treated with dimercaprol; however, evidence for benefit is unclear.[108][109]

Bismuth’s environmental impacts are not well known; it may be less likely to bioaccumulate than some other heavy metals, and this is an area of active research.[110][111]

See also[edit]

  • Lead-bismuth eutectic
  • List of countries by bismuth production
  • Bismuth minerals
  • Patterns in nature

References[edit]

  1. ^ «Standard Atomic Weights: Bismuth». CIAAW. 2005.
  2. ^ Bi(0) state is known to exist in a N-heterocyclic carbene complex of dibismuthene; see Deka, Rajesh; Orthaber, Andreas (6 May 2022). «Carbene chemistry of arsenic, antimony, and bismuth: origin, evolution and future prospects». Royal Society of Chemistry (51): 8540. doi:10.1039/d2dt00755j.
  3. ^ a b Cucka, P.; Barrett, C. S. (1962). «The crystal structure of Bi and of solid solutions of Pb, Sn, Sb and Te in Bi». Acta Crystallographica. 15 (9): 865. doi:10.1107/S0365110X62002297.
  4. ^ Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. pp. E110. ISBN 0-8493-0464-4.
  5. ^ Dumé, Belle (23 April 2003). «Bismuth breaks half-life record for alpha decay». Physicsworld.
  6. ^ a b c d e f g h i j k l Kean, Sam (2011). 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. pp. 158–160. ISBN 978-0-316-051637.
  7. ^ Harper, Douglas. «bismuth». Online Etymology Dictionary.
  8. ^ Bismuth, The Concise Oxford Dictionary of English Etymology
  9. ^ Norman, Nicholas C. (1998). Chemistry of Arsenic, Antimony, and Bismuth. p. 41. ISBN 978-0-7514-0389-3.
  10. ^ Agricola, Georgious (1955) [1546]. De Natura Fossilium. New York: Mineralogical Society of America. p. 178.
  11. ^ Nicholson, William (1819). «Bismuth». American edition of the British encyclopedia: Or, Dictionary of Arts and sciences; comprising an accurate and popular view of the present improved state of human knowledge. p. 181.
  12. ^ a b Weeks, Mary Elvira (1932). «The discovery of the elements. II. Elements known to the alchemists». Journal of Chemical Education. 9 (1): 11. Bibcode:1932JChEd…9…11W. doi:10.1021/ed009p11.
  13. ^ Giunta, Carmen J. «Glossary of Archaic Chemical Terms». Le Moyne College. See also for other terms for bismuth, including stannum glaciale (glacial tin or ice-tin).
  14. ^ Gordon, Robert B.; Rutledge, John W. (1984). «Bismuth Bronze from Machu Picchu, Peru». Science. 223 (4636): 585–586. Bibcode:1984Sci…223..585G. doi:10.1126/science.223.4636.585. JSTOR 1692247. PMID 17749940. S2CID 206572055.
  15. ^ Pott, Johann Heinrich (1738). «De Wismutho». Exercitationes Chymicae. Berolini: Apud Johannem Andream Rüdigerum. p. 134.
  16. ^ a b c d e f g h i j Hammond, C. R. (2004). The Elements, in Handbook of Chemistry and Physics (81st ed.). Boca Raton (FL, US): CRC press. pp. 4–1. ISBN 978-0-8493-0485-9.
  17. ^ Geoffroy, C.F. (1753). «Sur Bismuth». Histoire de l’Académie Royale des Sciences … Avec les Mémoires de Mathématique & de Physique … Tirez des Registres de Cette Académie: 190.
  18. ^ Krüger, p. 171.
  19. ^ Jones, H. (1936). «The Theory of the Galvomagnetic Effects in Bismuth». Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 155 (886): 653–663. Bibcode:1936RSPSA.155..653J. doi:10.1098/rspa.1936.0126. JSTOR 96773.
  20. ^ Hoffman, C.; Meyer, J.; Bartoli, F.; Di Venere, A.; Yi, X.; Hou, C.; Wang, H.; Ketterson, J.; Wong, G. (1993). «Semimetal-to-semiconductor transition in bismuth thin films». Phys. Rev. B. 48 (15): 11431–11434. Bibcode:1993PhRvB..4811431H. doi:10.1103/PhysRevB.48.11431. PMID 10007465.
  21. ^ a b Wiberg, p. 768.
  22. ^ Tracy, George R.; Tropp, Harry E.; Friedl, Alfred E. (1974). Modern physical science. p. 268. ISBN 978-0-03-007381-6.
  23. ^ Tribe, Alfred (1868). «IX.—Freezing of water and bismuth». Journal of the Chemical Society. 21: 71. doi:10.1039/JS8682100071.
  24. ^ Papon, Pierre; Leblond, Jacques; Meijer, Paul Herman Ernst (2006). The Physics of Phase Transitions. p. 82. ISBN 978-3-540-33390-6.
  25. ^ Tiller, William A. (1991). The science of crystallization: microscopic interfacial phenomena. Cambridge University Press. p. 2. ISBN 978-0-521-38827-6.
  26. ^ Wiberg, p. 767.
  27. ^ Krüger, p. 172.
  28. ^ Boldyreva, Elena (2010). High-Pressure Crystallography: From Fundamental Phenomena to Technological Applications. Springer. pp. 264–265. ISBN 978-90-481-9257-1.
  29. ^ Manghnani, Murli H. (25–30 July 1999). Science and Technology of High Pressure: Proceedings of the International Conference on High Pressure Science and Technology (AIRAPT-17). Vol. 2. Honolulu, Hawaii: Universities Press (India) (published 2000). p. 1086. ISBN 978-81-7371-339-2.
  30. ^ a b c d e Suzuki, p. 8.
  31. ^ Wiberg, pp. 769–770.
  32. ^ a b Greenwood, pp. 559–561.
  33. ^ a b Krüger, p. 185
  34. ^ Suzuki, p. 9.
  35. ^ Krabbe, S.W.; Mohan, R.S. (2012). «Environmentally friendly organic synthesis using Bi(III) compounds». In Ollevier, Thierry (ed.). Topics in Current chemistry 311, Bismuth-Mediated Organic Reactions. Springer. pp. 100–110. ISBN 978-3-642-27239-4.
  36. ^ Rich, Ronald (2007). Inorganic Reactions in Water (e-book). Springer. ISBN 978-3-540-73962-3.
  37. ^ Carvalho, H. G.; Penna, M. (1972). «Alpha-activity of 209
    Bi
    «. Lettere al Nuovo Cimento. 3 (18): 720. doi:10.1007/BF02824346. S2CID 120952231.
  38. ^ Marcillac, Pierre de; Noël Coron; Gérard Dambier; Jacques Leblanc & Jean-Pierre Moalic (2003). «Experimental detection of α-particles from the radioactive decay of natural bismuth». Nature. 422 (6934): 876–878. Bibcode:2003Natur.422..876D. doi:10.1038/nature01541. PMID 12712201. S2CID 4415582.
  39. ^ a b Audi, G.; Kondev, F. G.; Wang, M.; Huang, W. J.; Naimi, S. (2017). «The NUBASE2016 evaluation of nuclear properties» (PDF). Chinese Physics C. 41 (3): 030001. Bibcode:2017ChPhC..41c0001A. doi:10.1088/1674-1137/41/3/030001.
  40. ^ Loveland, Walter D.; Morrissey, David J.; Seaborg, Glenn T. (2006). Modern Nuclear Chemistry. p. 78. Bibcode:2005mnc..book…..L. ISBN 978-0-471-11532-8.
  41. ^ Peppard, D. F.; Mason, G. W.; Gray, P. R.; Mech, J. F. (1952). «Occurrence of the (4n + 1) series in nature» (PDF). Journal of the American Chemical Society. 74 (23): 6081–6084. doi:10.1021/ja01143a074.
  42. ^ Imam, S. (2001). «Advancements in cancer therapy with alpha-emitters: a review». International Journal of Radiation Oncology, Biology, Physics. 51 (1): 271–8. doi:10.1016/S0360-3016(01)01585-1. PMID 11516878.
  43. ^ Acton, Ashton (2011). Issues in Cancer Epidemiology and Research. p. 520. ISBN 978-1-4649-6352-0.
  44. ^ Greenwood, p. 553.
  45. ^ a b c d e f Godfrey, S. M.; McAuliffe, C. A.; Mackie, A. G.; Pritchard, R. G. (1998). Nicholas C. Norman (ed.). Chemistry of arsenic, antimony, and bismuth. Springer. pp. 67–84. ISBN 978-0-7514-0389-3.
  46. ^ Scott, Thomas; Eagleson, Mary (1994). Concise encyclopedia chemistry. Walter de Gruyter. p. 136. ISBN 978-3-11-011451-5.
  47. ^ Greenwood, p. 578.
  48. ^ An Introduction to the Study of Chemistry. Forgotten Books. p. 363. ISBN 978-1-4400-5235-4.
  49. ^ a b c d e f Krüger, p. 184.
  50. ^ «bismuthide». Your Dictionary. Retrieved 7 April 2020.
  51. ^ «3D counterpart to graphene discovered [UPDATE]». KurzweilAI. 20 January 2014. Retrieved 28 January 2014.
  52. ^ Liu, Z. K.; Zhou, B.; Zhang, Y.; Wang, Z. J.; Weng, H. M.; Prabhakaran, D.; Mo, S. K.; Shen, Z. X.; Fang, Z.; Dai, X.; Hussain, Z.; Chen, Y. L. (2014). «Discovery of a Three-Dimensional Topological Dirac Semimetal, Na3Bi». Science. 343 (6173): 864–7. arXiv:1310.0391. Bibcode:2014Sci…343..864L. doi:10.1126/science.1245085. PMID 24436183. S2CID 206552029.
  53. ^ a b Gillespie, R. J.; Passmore, J. (1975). Emeléus, H. J.; Sharp A. G. (eds.). Advances in Inorganic Chemistry and Radiochemistry. Academic Press. pp. 77–78. ISBN 978-0-12-023617-6.
  54. ^ Anthony, John W.; Bideaux, Richard A.; Bladh, Kenneth W.; Nichols, Monte C. (eds.). «Bismuth» (PDF). Handbook of Mineralogy: Elements, Sulfides, Sulfosalts. Chantilly, VA, US: Mineralogical Society of America. ISBN 978-0-9622097-0-3. Retrieved 5 December 2011.
  55. ^ Krüger, pp. 172–173.
  56. ^ Anderson, Schuyler C. «2017 USGS Minerals Yearbook: Bismuth» (PDF). United States Geological Survey.
  57. ^ Klochko, Kateryna. «2018 USGS Minerals Yearbook: Bismuth» (PDF). United States Geological Survey.
  58. ^ Krüger, p. 173.
  59. ^ a b Ojebuoboh, Funsho K. (1992). «Bismuth—Production, properties, and applications». JOM. 44 (4): 46–49. Bibcode:1992JOM….44d..46O. doi:10.1007/BF03222821. S2CID 52993615.
  60. ^ Horsley, G. W. (1957). «The preparation of bismuth for use in a liquid-metal fuelled reactor». Journal of Nuclear Energy. 6 (1–2): 41. doi:10.1016/0891-3919(57)90180-8.
  61. ^ Shevtsov, Yu. V.; Beizel’, N. F. (2011). «Pb distribution in multistep bismuth refining products». Inorganic Materials. 47 (2): 139. doi:10.1134/S0020168511020166. S2CID 96931735.
  62. ^ a b c d Bismuth Statistics and Information. see «Metal Prices in the United States through 1998» for a price summary and «Historical Statistics for Mineral and Material Commodities in the United States» for production. USGS.
  63. ^ Suzuki, p. 14.
  64. ^ European Commission. Directorate General for Internal Market, Industry, Entrepreneurship and SMEs. (2018). Report on critical raw materials and the circular economy. LU: Publications Office. doi:10.2873/167813.{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  65. ^ Warburg, N. «IKP, Department of Life-Cycle Engineering» (PDF). University of Stuttgart. Archived from the original (PDF) on 25 February 2009. Retrieved 5 May 2009.
  66. ^ a b c Klochko, Kateryna. «2016 USGS Minerals Yearbook: Bismuth» (PDF). United States Geological Survey.
  67. ^ CDC, shigellosis.
  68. ^ Sox TE; Olson CA (1989). «Binding and killing of bacteria by bismuth subsalicylate». Antimicrob Agents Chemother. 33 (12): 2075–82. doi:10.1128/AAC.33.12.2075. PMC 172824. PMID 2694949.
  69. ^ «P/74/2009: European Medicines Agency decision of 20 April 2009 on the granting of a product specific waiver for Bismuth subcitrate potassium / Metronidazole / Tetracycline hydrochloride (EMEA-000382-PIP01-08) in accordance with Regulation (EC) No 1901/2006 of the European Parliament and of the Council as amended» (PDF). European Medicines Agency. 10 June 2009.
  70. ^ Urgesi R, Cianci R, Riccioni ME (2012). «Update on triple therapy for eradication of Helicobacter pylori: current status of the art». Clinical and Experimental Gastroenterology. 5: 151–7. doi:10.2147/CEG.S25416. PMC 3449761. PMID 23028235.
  71. ^ Gurtler L (January 2002). «Chapter 2: The Eye and Conjunctiva as Target of Entry for Infectious Agents: Prevention by Protection and by Antiseptic Prophylaxis». In Kramer A, Behrens-Baumann W (eds.). Antiseptic prophylaxis and therapy in ocular infections: principles, clinical practice, and infection control. Developments in Ophthalmology. Vol. 33. Basel: Karger. pp. 9–13. doi:10.1159/000065934. ISBN 978-3-8055-7316-0. PMID 12236131.
  72. ^ Gorbach SL (September 1990). «Bismuth therapy in gastrointestinal diseases». Gastroenterology. 99 (3): 863–75. doi:10.1016/0016-5085(90)90983-8. PMID 2199292.
  73. ^ Sparberg M (March 1974). «Correspondence: Bismuth subgallate as an effective means for the control of ileostomy odor: a double blind study». Gastroenterology. 66 (3): 476. doi:10.1016/S0016-5085(74)80150-2. PMID 4813513.
  74. ^ Parnell, R. J. G. (1924). «Bismuth in the Treatment of Syphilis». Journal of the Royal Society of Medicine. 17 (War section): 19–26. doi:10.1177/003591572401702604. PMC 2201253. PMID 19984212.
  75. ^ Giemsa, Gustav (1924) U.S. Patent 1,540,117 «Manufacture of bismuth tartrates»
  76. ^ Frith, John (November 2012). «Syphilis — Its Early History and Treatment Until Penicillin, and the Debate on its Origins». Journal of Military and Veterans’ Health. 20 (4): 54. Retrieved 30 January 2022.
  77. ^ «Milk of Bismuth». Archived from the original on 4 June 2013. Retrieved 13 August 2022.
  78. ^ Maile, Frank J.; Pfaff, Gerhard; Reynders, Peter (2005). «Effect pigments—past, present and future». Progress in Organic Coatings. 54 (3): 150. doi:10.1016/j.porgcoat.2005.07.003.
  79. ^ Pfaff, Gerhard (2008). Special effect pigments: Technical basics and applications. Vincentz Network GmbH. p. 36. ISBN 978-3-86630-905-0.
  80. ^ Sadler, Peter J (1991). «Chapter 1». In Sykes, A.G. (ed.). ADVANCES IN INORGANIC CHEMISTRY, Volume 36. Academic Press. ISBN 0-12-023636-2.
  81. ^ Gordon, Robert B.; Rutledge, John W. (1984). «Bismuth Bronze from Machu Picchu, Peru». Science. American Association for the Advancement of Science. 223 (4636): 585–586. Bibcode:1984Sci…223..585G. doi:10.1126/science.223.4636.585. JSTOR 1692247. PMID 17749940. S2CID 206572055.
  82. ^ Hopper KD; King SH; Lobell ME; TenHave TR; Weaver JS (1997). «The breast: inplane x-ray protection during diagnostic thoracic CT—shielding with bismuth radioprotective garments». Radiology. 205 (3): 853–8. doi:10.1148/radiology.205.3.9393547. PMID 9393547.
  83. ^ a b Lohse, Joachim; Zangl, Stéphanie; Groß, Rita; Gensch, Carl-Otto; Deubzer, Otmar (September 2007). «Adaptation to Scientific and Technical Progress of Annex II Directive 2000/53/EC» (PDF). European Commission. Retrieved 11 September 2009.
  84. ^ La Fontaine, A.; Keast, V. J. (2006). «Compositional distributions in classical and lead-free brasses». Materials Characterization. 57 (4–5): 424. doi:10.1016/j.matchar.2006.02.005.
  85. ^ a b Krüger, p. 183.
  86. ^ Llewellyn, D. T.; Hudd, Roger C. (1998). Steels: Metallurgy and applications. Butterworth-Heinemann. p. 239. ISBN 978-0-7506-3757-2.
  87. ^ Davis & Associates, J. R. & Handbook Committee, ASM International (1993). Aluminum and Aluminum Alloys. p. 41. ISBN 978-0-87170-496-2.
  88. ^ Farahany, Saeed; A. Ourdjini; M.H. Idris; L.T. Thai (2011). «Poisoning effect of bismuth on modification behavior of strontium in LM25 alloy». Journal of Bulletin of Materials Science. 34 (6): 1223–1231. doi:10.1007/s12034-011-0239-5.
  89. ^ Farahany, Saeed; A. Ourdjini; M. H. Idris; L.T. Thai (2011). «Effect of bismuth on the microstructure of unmodified and Sr-modified Al-7%Si-0.4Mg alloy». Journal of Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 21 (7): 1455–1464. doi:10.1016/S1003-6326(11)60881-9. S2CID 73719425.
  90. ^ Suzuki, p. 15.
  91. ^ «BSCCO». National High Magnetic Field Laboratory. Archived from the original on 12 April 2013. Retrieved 18 January 2010.
  92. ^ Tritt, Terry M. (2000). Recent trends in thermoelectric materials research. Academic Press. p. 12. ISBN 978-0-12-752178-7.
  93. ^ Tücks, Andreas; Beck, Horst P. (2007). «The photochromic effect of bismuth vanadate pigments: Investigations on the photochromic mechanism». Dyes and Pigments. 72 (2): 163. doi:10.1016/j.dyepig.2005.08.027.
  94. ^ Müller, Albrecht (2003). «Yellow pigments». Coloring of plastics: Fundamentals, colorants, preparations. Hanser Verlag. pp. 91–93. ISBN 978-1-56990-352-0.
  95. ^ DiMeglio, John L.; Rosenthal, Joel (2013). «Selective conversion of CO2 to CO with high efficiency using an bismuth-based electrocatalyst». Journal of the American Chemical Society. 135 (24): 8798–8801. doi:10.1021/ja4033549. PMC 3725765. PMID 23735115.
  96. ^ Mortier, Roy M.; Fox, Malcolm F.; Orszulik, Stefan T. (2010). Chemistry and Technology of Lubricants. Springer. p. 430. Bibcode:2010ctl..book…..M. ISBN 978-1-4020-8661-8.
  97. ^ Croteau, Gerry; Dills, Russell; Beaudreau, Marc; Davis, Mac (2010). «Emission factors and exposures from ground-level pyrotechnics». Atmospheric Environment. 44 (27): 3295. Bibcode:2010AtmEn..44.3295C. doi:10.1016/j.atmosenv.2010.05.048.
  98. ^ Ledgard, Jared (2006). The Preparatory Manual of Black Powder and Pyrotechnics. Lulu. pp. 207, 319, 370, 518, search. ISBN 978-1-4116-8574-1.
  99. ^ Planas, Oriol; Wang, Feng; Leutzsch, Markus; Cornella, Josep (2020). «Fluorination of arylboronic esters enabled by bismuth redox catalysis». Science. 367 (6475): 313–317. Bibcode:2020Sci…367..313P. doi:10.1126/science.aaz2258. PMID 31949081. S2CID 210698047.
  100. ^ a b DiPalma, Joseph R. (2001). «Bismuth Toxicity, Often Mild, Can Result in Severe Poisonings». Emergency Medicine News. 23 (3): 16. doi:10.1097/00132981-200104000-00012.
  101. ^ Fowler, B.A. & Sexton M.J. (2007). «Bismuth». In Nordberg, Gunnar (ed.). Handbook on the toxicology of metals. Academic Press. pp. 433 ff. ISBN 978-0-12-369413-3.
  102. ^ Data on Bismuth’s health and environmental effects. Lenntech.com. Retrieved on 17 December 2011.
  103. ^ «Bismuth line» in TheFreeDictionary’s Medical dictionary. Farlex, Inc.
  104. ^ Levantine, Ashley; Almeyda, John (1973). «Drug induced changes in pigmentation». British Journal of Dermatology. 89 (1): 105–12. doi:10.1111/j.1365-2133.1973.tb01932.x. PMID 4132858. S2CID 7175799.
  105. ^ Krüger, pp. 187–188.
  106. ^ World Health Organization (2009). Stuart MC, Kouimtzi M, Hill SR (eds.). WHO Model Formulary 2008. World Health Organization. p. 62. hdl:10665/44053. ISBN 9789241547659.
  107. ^ «Dimercaprol». The American Society of Health-System Pharmacists. Retrieved 8 December 2016.
  108. ^ Boriova; et al. (2015). «Bismuth(III) Volatilization and Immobilization by Filamentous Fungus Aspergillus clavatus During Aerobic Incubation». Archives of Environmental Contamination and Toxicology. 68 (2): 405–411. doi:10.1007/s00244-014-0096-5. PMID 25367214. S2CID 30197424.
  109. ^ Boriova; et al. (2013). «Bioaccumulation and biosorption of bismuth Bi (III) by filamentous fungus Aspergillus clavatus» (PDF). Student Scientific Conference PriF UK 2013. Proceedings of Reviewed Contributions.

Bibliography[edit]

Public Domain This article incorporates text from this source, which is in the public domain: Brown, R. D., Jr. «Annual Average Bismuth Price», USGS (1998)

  • Greenwood, N. N. & Earnshaw, A. (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-3365-9.
  • Krüger, Joachim; Winkler, Peter; Lüderitz, Eberhard; Lück, Manfred; Wolf, Hans Uwe (2003). «Bismuth, Bismuth Alloys, and Bismuth Compounds». Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH, Weinheim. pp. 171–189. doi:10.1002/14356007.a04_171. ISBN 978-3527306732.
  • Suzuki, Hitomi (2001). Organobismuth Chemistry. Elsevier. pp. 1–20. ISBN 978-0-444-20528-5.
  • Wiberg, Egon; Holleman, A. F.; Wiberg, Nils (2001). Inorganic chemistry. Academic Press. ISBN 978-0-12-352651-9.

External links[edit]

Wikimedia Commons has media related to Bismuth.

Look up bismuth in Wiktionary, the free dictionary.

  • Laboratory growth of large crystals of Bismuth by Jan Kihle Crystal Pulling Laboratories, Norway
  • Bismuth at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)
  • Bismuth breaks half-life record for alpha decay
  • Bismuth Crystals – Instructions & Pictures

Висмут в таблице менделеева занимает 83 место, в 6 периоде.

Символ Bi
Номер 83
Атомный вес 208.9804000
Латинское название Bismuthum
Русское название Висмут

Как самостоятельно построить электронную конфигурацию? Ответ здесь

Электронная схема висмута

Bi: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p3

Короткая запись:
Bi: [Xe]6s2 4f14 5d10 6p3

Порядок заполнения оболочек атома висмута (Bi) электронами:
1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d →
5p → 6s → 4f → 5d → 6p → 7s → 5f → 6d → 7p.

На подуровне ‘s’ может находиться до 2 электронов, на ‘s’ — до 6, на
‘d’ — до 10 и на ‘f’ до 14

Висмут имеет 83 электрона,
заполним электронные оболочки в описанном выше порядке:

2 электрона на 1s-подуровне

2 электрона на 2s-подуровне

6 электронов на 2p-подуровне

2 электрона на 3s-подуровне

6 электронов на 3p-подуровне

2 электрона на 4s-подуровне

10 электронов на 3d-подуровне

6 электронов на 4p-подуровне

2 электрона на 5s-подуровне

10 электронов на 4d-подуровне

6 электронов на 5p-подуровне

2 электрона на 6s-подуровне

14 электронов на 4f-подуровне

10 электронов на 5d-подуровне

3 электрона на 6p-подуровне

Степень окисления висмута

Атомы висмута в соединениях имеют степени окисления 5, 3, 1, -3.

Степень окисления — это условный заряд атома в соединении: связь в молекуле
между атомами основана на разделении электронов, таким образом, если у атома виртуально увеличивается
заряд, то степень окисления отрицательная (электроны несут отрицательный заряд), если заряд уменьшается,
то степень окисления положительная.

Ионы висмута

Валентность Bi

Атомы висмута в соединениях проявляют валентность V, III, I.

Валентность висмута характеризует способность атома Bi к образованию хмических связей.
Валентность следует из строения электронной оболочки атома, электроны, участвующие в образовании
химических соединений называются валентными электронами. Более обширное определение валентности это:

Число химических связей, которыми данный атом соединён с другими атомами

Валентность не имеет знака.

Квантовые числа Bi

Квантовые числа определяются последним электроном в конфигурации,
для атома Bi эти числа имеют значение N = 6, L = 1, Ml = 1, Ms = +½

Видео заполнения электронной конфигурации (gif):

Как записать электронную схему висмута

Результат:
электронная схема висмута

Энергия ионизации

Чем ближе электрон к центру атома — тем больше энергии необходимо, что бы его оторвать.
Энергия, затрачиваемая на отрыв электрона от атома называется энергией ионизации и обозначается Eo.
Если не указано иное, то энергия ионизации — это энергия отрыва первого электрона, также существуют энергии
ионизации для каждого последующего электрона.

Энергия ионизации Bi:
Eo = 703 кДж/моль

— Что такое ион читайте в статье.


Перейти к другим элементам таблицы менделеева

Где Bi в таблице менделеева?

Таблица Менделеева

Скачать таблицу менделеева в хорошем качестве

Группа 15  Температура плавления 271,406 ° С, 520,531 ° F, 544,556 К 
Период Точка кипения 1564 ° С (2847 ° F, 1837 К) 
Блокировать п  Плотность (г см -3 ) 9,79 
Атомный номер 83  Относительная атомная масса 208,980  
Состояние при 20 ° C Твердый  Ключевые изотопы 209 Би 
Электронная конфигурация [Xe] 4f 1 4 5d 1 0 6s 2 6p 3  Количество CAS 7440-69-9 

Использование и свойства элемента Висмут

Объяснение изображения

Изображение включает алхимический символ, используемый для обозначения элемента. На заднем плане — рисунки древнего химического аппарата.

Внешность

Висмут — это серебристый металл высокой плотности с розовым оттенком.

Использует

Металлический висмут хрупкий, поэтому его обычно смешивают с другими металлами, чтобы сделать его полезным. Его сплавы с оловом или кадмием имеют низкие температуры плавления и используются в пожарных извещателях и огнетушителях, электрических предохранителях и припоях.Оксид висмута используется в качестве желтого пигмента для косметики и красок, в то время как оксид хлорида висмута (III) (BiClO) придает косметическим средствам жемчужный эффект. Основной карбонат висмута принимают в таблетках или жидкой форме при расстройстве желудка как «смесь висмута».

Биологическая роль

Висмут не имеет известной биологической роли и не токсичен.

Природное изобилие

Висмут встречается как самородный металл, а также в таких рудах, как висмутин и висмит. Основным коммерческим источником висмута является побочный продукт переработки свинцовых, медных, оловянных, серебряных и золотых руд.

История химического элемента Висмут

Висмут был открыт неизвестным алхимиком около 1400 года нашей эры. Позже в том же веке его сплавили со свинцом для изготовления литых шрифтов для принтеров, а из металла изготавливали украшенные шкатулки. Висмут часто путали со свинцом; он также был тяжелым металлом и плавился при относительно низкой температуре, что облегчало работу. Георгиус Агрикола в начале 1500-х годов предположил, что это совершенно другой металл, как и Каспар Нойман в начале 1700-х годов, но доказательство того, что это было так, появилось в 1753 году благодаря работам Клода-Франсуа Жоффруа.

Висмут использовался в качестве легирующего металла в бронзе инков Южной Америки около 1500 года нашей эры. Висмут не добывался в виде руды, но, по-видимому, возник как самородный металл.

Химические свойства

Атомный радиус, несвязанный (Å) 2,07 Ковалентный радиус (Å) 1,50
Сродство к электрону (кДж моль -1 ) 90,924 Электроотрицательность (шкала Полинга) 1.9
Энергия ионизационной (кДж моль -1 )  1- й 702,9442- й 1611,5953- й2466,174 чт 4370,85 чт 54036 чт 8519,77 чт -8 чт-

Состояния окисления и изотопы Висмут

Общие состояния окисления 5, 3
Изотопы Изотоп Атомная масса Естественное изобилие (%) Период полураспада Режим распада
  209 Би 208,980 100 1,9 × 10 19 лет  α 

Данные о давлении и температуре

Удельная теплоемкость (Дж кг −1 K −1 ) 122 Модуль Юнга (ГПа) 31,9
Модуль сдвига (ГПа) 12.0 Объемный модуль (ГПа) 31,3
Давление газа  
Температура (K) 400600800100012001400160018002000 г.22002400
400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 г. 2200 2400
Давление (Па) ————

Изотопы

Природный висмут состоит из одного изотопа 209Bi, который ранее считался самым тяжёлым из существующих в природе стабильных изотопов. Однако в 2003 году было экспериментально подтверждено теоретическое предположение, высказанное тремя десятилетиями ранее, что он является альфа-радиоактивным. Измеренный период полураспада 209Bi составляет 1,9±0,2·1019 лет. Таким образом, все известные изотопы висмута радиоактивны. Но поскольку период полураспада 1,9±0,2·1019 лет на много порядков больше, чем даже возраст современной Вселенной, то природный висмут, состоящий из одного изотопа 209Bi, является практически радиоактивно безвредным для человека. За год в одном грамме природного висмута в среднем около 100 ядер висмута-209 испытывают альфа-распад, превращаясь в стабильный таллий-205.

Кроме 209Bi, известны ещё более трёх десятков (пока 34) изотопов, у большинства из которых есть изомерные состояния. Среди них есть три долгоживущих:

207Bi 31,55 года;
208Bi 0,368·106 лет;
210mBi 3,04·106 лет;

Все остальные радиоактивны и короткоживущи: периоды их полураспада не превышают нескольких суток.

Символ
нуклида
Z(p) N(n) Масса изотопа
(а. е. м.)
Период
полураспада

(T1/2)
Спин и чётность
ядра
Энергия возбуждения
184Bi 83 101 184,00112 6,6 мс 3+
184mBi 150 кэВ 13 мс 10-
185Bi 83 102 184,99763 2 мс 9/2-
185mBi 70 кэВ 49 мкс 1/2+
186Bi 83 103 185,99660 14,8 мс 3+
186mBi 270 кэВ 9,8 мс 10-
187Bi 83 104 186,993158 32 мс 9/2-
187m1Bi 101 кэВ 320 мкс 1/2+
187m2Bi 252 кэВ 7 мкс 13/2+
188Bi 83 105 187,99227 44 мс 3+
188mBi 210 кэВ 220 мс 10-
189Bi 83 106 188,98920 674 мс 9/2-
189m1Bi 181 кэВ 5,0 мс 1/2+
189m2Bi 357 кэВ 880 нс 13/2+
190Bi 83 107 189,9883 6,3 с 3+
190m1Bi 420 кэВ 6,2 с 10-
190m2Bi 690 кэВ 500 нс 7+
191Bi 83 108 190,985786 12,3 с 9/2-
191mBi 240 кэВ 124 мс 1/2+
192Bi 83 109 191,98546 34,6 с 3+
192mBi 150 кэВ 39,6 с 10-
193Bi 83 110 192,98296 67 с 9/2-
193mBi 308 кэВ 3,2 с 1/2+
194Bi 83 111 193,98283 95 с 3+
194m1Bi 110 кэВ 125 с 6+
194m2Bi 230 кэВ 115 с 10-
195Bi 83 112 194,980651 183 с 9/2-
195m1Bi 399 кэВ 87 с 1/2+
195m2Bi 2,3114 МэВ 750 нс 29/2-
196Bi 83 113 195,980667 5,1 мин 3+
196m1Bi 166,6 кэВ 600 мс 7+
196m2Bi 270 кэВ 4,00 мин 10-
197Bi 83 114 196,978864 9,33 мин 9/2-
197m1Bi 690 кэВ 5,04 мин 1/2+
197m2Bi 2,1293 МэВ 204 нс 23/2-
197m3Bi 2,3604 МэВ 263 нс 29/2-
197m4Bi 2,3831 МэВ 253 нс 29/2-
197m5Bi 2,9295 МэВ 209 нс 31/2-
198Bi 83 115 197,97921 10,3 мин 2+
198m1Bi 280 кэВ 11,6 мин 7+
198m2Bi 530 кэВ 7,7 с 10-
199Bi 83 116 198,977672 27 мин 9/2-
199m1Bi 667 кэВ 24,70 мин 1/2+
199m2Bi 1,947 МэВ 100 нс 25/2+
199m3Bi 2,5470 МэВ 168 нс 29/2-
200Bi 83 117 199,978132 36,4 мин 7+
200m1Bi 100 кэВ 31 мин 2+
200m2Bi 428,20 кэВ 400 мс 10-
201Bi 83 118 200,977009 108 мин 9/2-
201m1Bi 846,34 кэВ 59,1 мин 1/2+
201m2Bi 1,9322 МэВ 118 нс 25/2+
201m3Bi 1,9712 МэВ 105 нс 27/2+
201m4Bi 2,73990 МэВ 124 нс 29/2-
202Bi 83 119 201,977742 1,72 ч 5+
202m1Bi 615 кэВ 3,04 мкс 10-
202m2Bi 2,6071 кэВ 310 нс 17+
203Bi 83 120 202,976876 11,76 ч 9/2-
203m1Bi 1,09814 МэВ 303 мс 1/2+
203m2Bi 2,0415 МэВ 194 нс 25/2+
204Bi 83 121 203,977813 11,22 ч 6+
204m1Bi 805,5 кэВ 13,0 мс 10-
204m2Bi 2,8334 МэВ 1,07 мс 17+
205Bi 83 122 204,977389 15,31 сут 9/2-
206Bi 83 123 205,978499 6,243 сут 6+
206m1Bi 59,897 кэВ 7,7 мкс 4+
206m2Bi 1,0448 МэВ 890 мкс 10-
207Bi 83 124 206,9784707 32,9 лет 9/2-
207mBi 2,10149 МэВ 182 мкс 21/2+
208Bi 83 125 207,9797422 368 тыс. лет 5+
208mBi 1,5711 МэВ 2,58 мс 10-
209Bi 83 126 208,9803987 1,9·1019 лет 9/2-
210Bi 83 127 209,9841204 5,012 сут 1-
210mBi 271,31 кэВ 3,04 млн лет 9-
211Bi 83 128 210,987269 2,14 мин 9/2-
211mBi 1,257 МэВ 1,4 мкс 25/2-
212Bi 83 129 211,9912857 60,55 мин 1-
212m1Bi 250 кэВ 25,0 мин 9-
212m2Bi 2,20 МэВ 7,0 мин 15
213Bi 83 130 212,994385 45,59 мин 9/2-
214Bi 83 131 213,998712 19,9 мин 1-
215Bi 83 132 215,001770 7,6 мин 9/2-
215mBi 1,3475 МэВ 36,4 мин 25/2-
216Bi 83 133 216,006306 2,17 мин 1-
217Bi 83 134 217,00947 98,5 с 9/2-
218Bi 83 135 218,01432 33 с 1-

23.07.2020

ВИСМУТ — радиоактивный и безопасный

Висмут — металл серебристого, с розовым оттенком цвета. Известен причудливой формой кристаллов. Они имеют прямоугольную, ступенчатую, спиральную структуру.

Красоту кристаллам придает радужная оксидная пленка — ее цвет зависит от толщины.

Такие кристаллы легко вырастить дома, это будет жемчужина вашей коллекции кристаллов.

Содержание

  • 1 История
  • 2 Свойства
  • 3 Запасы и добыча
  • 4 Плюсы и минусы висмута
  • 5 Сплавы
  • 6 Применение
  • 7 Купить уникальный металл

История

История открытия металла растянулась на века. Его долгое время путали с оловом, свинцом, сурьмой.

висмут

Впервые о висмуте, как об отдельном элементе сказал Агрикола, «отец минералогии». Почти три века спустя химик Потт это доказал, а Берцелиус присвоил металлу собственный символ (Bi) и дал место в химической номенклатуре элементов.

Д.И. Менделеев писал:

«Тяжелейший аналог азота и фосфора есть висмут… Во многих свойствах он напоминает сурьму и свинец».

Свойства

висмут элементВисмут (Bismuthum) — элемент из 15 группы таблицы Менделеева, имеет номер 83. Это последний стабильный элемент; все следующие за ним радиоактивны.

Некоторые характеристики металла уникальны.

Металл относится к диамагнетикам, причем здесь ему нет равных.

У висмута несколько аллотропных модификаций. Их кристаллические структуры различаются.

Среди металлов Bismuthum имеет почти самую низкую теплопроводность.

Свойства атома
Название, символ, номер Ви́смут (устар. Би́смут) / Bismuthum (Bi), 83
Атомная масса
(молярная масса)
208,98040(1)[1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p3
Электроны по оболочкам 2, 8, 18, 32, 18, 5
Радиус атома 170 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус 146 пм
Радиус иона (+5e) 74 (+3e) 96 пм
Электроотрицательность 2,02 (шкала Полинга)
Электродный потенциал Bi←Bi3+ 0,23 В
Степени окисления 5, 3
Энергия ионизации
(первый электрон)
 702,9 (7,29) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.) 9,79 г/см³
Температура плавления 271,44 °C, 544,5 K
Температура кипения 1837 K
Уд. теплота плавления 11,30 кДж/моль
Уд. теплота испарения 172,0 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 26,0[2] Дж/(K·моль)
Молярный объём 21,3 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки ромбоэдрическая[3]
Параметры решётки a=4,746; α=57,23 Å
Отношение c/a
Температура Дебая 120,00 K
Прочие характеристики
Теплопроводность (300 K) 7,9 Вт/(м·К)
Номер CAS 7440-69-9

Уникально свойство расширяться при застывании (такие свойства есть только у германия, галлия и воды).

Природный висмут состоит из одного изотопа. Раньше он считался стабильным. Сейчас доказано, что висмут альфа-радиоактивен.

Периоды полураспада изотопов висмута (их известно 34) различны. От короткоживущих (20 мин) до 2х1019 лет.

Интересно: племена инков в металл для оружия добавляли висмут. От этого сплавы переливались радугой (от оксидного слоя на поверхности металла).

Запасы и добыча

Обычное происхождение висмутовых руд — гидротермальные, пегматитовые, контактово-метасоматические.

Собственные минералы Bismuthum:

  • висмутовый блеск;
  • бисмит;
  • козалит.

Металл химически малоактивен, поэтому встречается в природе в самородном виде.

Интересно: вес некоторых самородков достигает 15 кг.

Добычу ведут из висмутовых руд (малая часть добычи). Основные объемы Bi извлекают из руд цветных и благородных металлов. К ним относятся:

  • свинцово-цинковые;
  • оловянные:
  • медные;
  • вольфрамовые;
  • золотоносные.

Страны, в которых есть месторождения висмутовых руд:

  • Китай;
  • Боливия;
  • Германия;
  • Россия;
  • Австралия.

Металл занимает 71 место по запасам в земной коре среди всех элементов.

Синтетический кристалл висмута и слиток объёмом 1 см3.

Синтетический кристалл висмута и слиток объёмом 1 см3.

Плюсы и минусы висмута

Большое преимущество висмутовых соединений и сплавов — низкая токсичность.

Для человека он практически безвреден, это достоинство для радиоактивного металла.

К недостаткам отнесем редкость и более высокую цену, чем аналоги металла.

Сплавы

Широко применяют висмутовые сплавы.

Самый известный из них сплав Вуда. В состав входят висмут, свинец, олово и кадмий. Применяют в качестве легкоплавких припоев (температура плавления сплава 68,5°С).

Интересно: один шутник делал чайные ложечки из сплава Вуда. Отличить от обычных их было невозможно. Но в горячем чае ложечка расплавлялась и стекала на дно чашки.

Сплав, марка Количество добавок, микродобавок висмута
ЛЦ37Мц2С2К (литейная латунь) До 0,01%
АМФ (медный) До 0,001%
МН95-5 (медно-никелевый) До 0,002%
МФ9 (медно-фосфористый) До 0,005%
НХМ9 (никелевый) До 0,002%
ПОС40 (оловянно-свинцовый припой) До 0,2%

Применение

Bismuthum используют в:

  • металлургии;
  • точном машиностроении;
  • косметической промышленности;
  • фармации;
  • производстве хрусталя.

Бомбардируя висмут нейтронами, получают полоний-210.

Монокристалл теллурида висмута

Монокристалл теллурида висмута

Bi2Te3 применяют в термоэлектрических холодильниках.

Висмутовые соединения используются в медицине:

  • викаир;
  • викалин;
  • субсалицилат;
  • тартрат.

Синтезированный кристалл висмута

Синтезированный кристалл висмута. Радужную окраску придаёт оксидная плёнка.

Лекарства на их основе оказывают мягкое слабительное, антисептическое, противовоспалительное действие.

Познавательно: после взрыва нефтяной платформы в Мексиканском заливе птицам давали висмутовые соли, чтобы вывести из организма нефтепродукты.

Китай осуществляет разработку свинцово-висмутовых реакторов малой мощности.

Купить уникальный металл

Цена висмута чистотой 99,9999% (марка ВИ0000) 15000 рублей за килограмм; марка Ви1 (чистота 98%) гораздо дешевле — 2100 рублей за килограмм (на 23.07.2020).

admin

admin

Мне 42 года и я специалист в области минералогии. Здесь на сайте я делюсь информацией про камни и их свойства — задавайте вопросы и пишите комментарии!

Оценка статьи:

Загрузка…

Висмут
 Свинец (b) | Полоний (b)  
83 Sb (b)

Bi

Mc (b)
Периодическая система элементов (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b) (b)
Периодическая система элементов

83Bi

Внешний вид простого вещества
Блестящий серебристый металл

Образцы висмута без оксидной плёнки

Свойства атома
Название, символ, номер (b) Ви́смут (устар. Би́смут) / Bismuthum (Bi), 83
Атомная масса (b)
(молярная масса (b) )
208,98040(1)[1] а. е. м. (b)  (г (b) /моль (b) )
Электронная конфигурация (b) [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p3
Электроны (b) по оболочкам (b) 2, 8, 18, 32, 18, 5
Радиус атома (b) 170 пм (b)
Химические свойства
Ковалентный радиус (b) 146 пм (b)
Радиус иона (b) (+5e) 74 (+3e) 96 пм (b)
Электроотрицательность (b) 2,02 (шкала Полинга)
Электродный потенциал (b) Bi←Bi3+ 0,23 В
Степени окисления (b) 5, 3
Энергия ионизации (b)
(первый электрон)
702,9 (7,29) кДж (b) /моль (b)  (эВ (b) )
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (b) (при н. у.) 9,79 г/см³
Температура плавления (b) 271,44 °C, 544,5 K (b)
Температура кипения (b) 1837 K (b)
Уд. теплота плавления (b) 11,30 кДж/моль
Уд. теплота испарения (b) 172,0 кДж/моль
Молярная теплоёмкость (b) 26,0[2] Дж/(K·моль)
Молярный объём (b) 21,3 см (b) ³/моль (b)
Кристаллическая решётка (b) простого вещества
Структура решётки ромбоэдрическая[2]
Параметры решётки (b) α=57,23°, a=4,746 Å (b)
Отношение c/a
Температура Дебая (b) 120,00 K (b)
Прочие характеристики
Теплопроводность (b) (300 K) 7,9 Вт/(м·К)
Номер CAS (b) 7440-69-9

Ви́смут — химический элемент (b) с атомным номером (b) 83[3]. Принадлежит к 15-й группе (b) периодической таблицы химических элементов (b) (по устаревшей короткой форме периодической системы (b) принадлежит к главной подгруппе V группы, или к группе VA), находится в шестом периоде таблицы. Атомная масса (b) элемента 208,98040(1) а. е. м. (b) [1] Обозначается символом Bi (от лат. (b)  Bismuthum).Простое вещество (b) висмут представляет собой при нормальных условиях блестящий серебристый с розоватым оттенком металл (b) . При атмосферном давлении существует в ромбоэдрической кристаллической модификации[2].

Природный висмут, представленный одним изотопом 209Bi, долгое время считался стабильным (нерадиоактивным) элементом, но в 2003 году был экспериментально обнаружен его крайне медленный альфа-распад (b) . До этого момента висмут-209 считался самым тяжёлым из существующих ныне стабильных изотопов. Период полураспада висмута (209Bi) составляет (1,9 ± 0,2)⋅1019 лет, что больше возраста Вселенной (b) на девять порядков.

История и происхождение названия

Предположительно латинское Bismuthum или bisemutum происходит от немецкого weisse Masse, «белая масса»[4].

В Средневековье (b) висмут часто использовался алхимиками во время опытов. Добывающие руду шахтёры называли его tectum argenti, что означает «серебряная крыша», при этом они считали, что висмут был наполовину серебром.

Однако висмут не был отнесён к самостоятельному элементу, и полагали, что он является разновидностью свинца (b) , сурьмы (b) или олова (b) . Впервые о висмуте упоминается в 1546 году в трудах немецкого минералога и металлурга Георгиуса Агриколы (b) . В 1739 году немецким химиком Поттом И. Г. (b) было установлено, что висмут является всё-таки отдельным Химическим элементом (b) . Через 80 лет шведский химик Берцелиус (b) впервые ввёл символ элемента Bi в химическую номенклатуру[5].

Нахождение в природе

Содержание висмута в земной коре — 2⋅10−5 % по массе, в морской воде — 2⋅10−5 мг/л[2].

В рудах находится как в форме собственных минералов, так и в виде примеси в некоторых сульфидах и сульфосолях других металлов. В мировой практике около 90 % всего добываемого висмута извлекается попутно при металлургической переработке свинцово-цинковых, медных, оловянных руд и концентратов, содержащих сотые и иногда десятые доли процента висмута.

Висмутовые руды, содержащие 1 % и выше висмута, встречаются редко. Минералами висмута, входящими в состав таких руд, а также руд других металлов, являются висмут самородный (b) (содержит 98,5—99 % Bi), висмутин (b) Bi2S3 (81,30 % Bi), тетрадимит (b) Bi2Te2S (56,3—59,3 % Bi), козалит (b) Pb2Bi2S5 (42 % Bi), бисмит (b) Bi2O3 (89,7 % Bi), висмутит (b) Bi2CO3(OH)4 (88,5—91,5 % Bi), виттихенит (b) Cu3BiS3, галеновисмутит (b) PbBi2S4, айкинит (b) CuPbBiS3.

Генетические группы и промышленные типы месторождений

Висмут в повышенных концентрациях накапливается в месторождениях различных генетических типов: в пегматитах (b) , в контактово-метасоматических, а также в высоко- и среднетемпературных гидротермальных месторождениях. Собственно висмутовые месторождения имеют ограниченное распространение и обычно этот металл образует комплексные руды с другими металлами в ряде рудных формаций гидротермальных месторождений[6]. Среди них выделяются следующие:

  1. Вольфрам (b) -медно (b) -висмутовые
  2. Месторождения пятиэлементной формации (Co-Ni-Bi-Ag-U)
  3. Золото (b) -висмутовые
  4. Мышьяк (b) -висмутовые
  5. Медно-висмутовые
  6. Кварц (b) -висмутовые

Мировая добыча и потребление висмута

Висмут — достаточно редкий металл (b) , и его мировая добыча/потребление едва превышает 6000 тонн в год (от 5800 до 6400 тонн в год).

Месторождения

Известны месторождения висмута в Германии (b) , Монголии (b) ,[нет в источнике]Боливии (b) , Австралии (b) (на острове Тасмания (b) ), Перу (b) , России (b) , а также в других странах[7].

Получение

Синтезированный кристалл (b) висмута. Радужную окраску придаёт оксидная плёнка.

Получение висмута основано на переработке полиметаллических медных и свинцовых концентратов и висмутовых руд методами пирометаллургии (b) и гидрометаллургии (b) . Для получения висмута из сульфидных соединений висмута, получаемых при попутной переработке медных концентратов, используют осадительную плавку с железным скрапом и флюсом.

Процесс идет по реакции:

В случае использования окисленных руд висмут восстанавливают углеродом под слоем легкоплавкого флюса при температурах 900—1000 °C:

Сульфидные руды могут быть переведены в оксидные по реакции:

Вместо углерода может быть использован сульфит натрия (b) , который восстанавливает оксид висмута (b) при температуре 800 °C по реакции:

Сульфид висмута может быть восстановлен до висмута с помощью соды при температуре около 950 °C или с помощью гидроксида натрия при температуре 500—600 °C. Реакции этих процессов имеют следующий вид:

Получение висмута из чернового свинца, который образуется при переработке свинцовых концентратов, состоит в выделении висмута с помощью магния или кальция. При этом висмут скапливается в верхних слоях в виде соединения CaMg2Bi2. Дальнейшая очистка от Ca и Mg происходит при переплаве под слоем щёлочи с добавкой окислителя (NaNO3 (b) ). Полученный продукт подвергают электролизу с получением шлама, который переплавляют в черновой висмут[2].

Гидрометаллургический способ получения висмута характеризуется более высокими экономическими показателями и чистотой полученного продукта при переработке бедных полиметаллических концентратов. В основе способа лежит процесс растворения висмутосодержащих руд, полупродуктов, сплавов азотной и соляной кислотами и последующего выщелачивания образовавшихся растворов. Выщелачивание проводят с помощью серной кислоты (b) или электрохимическим выщелачиванием растворами хлорида натрия. Дальнейшее извлечение и очистка висмута проводится методами экстракции[8].

Получение висмута высокой чистоты основано на методах гидрометаллургического рафинирования, зонной плавки (b) и двухстадийной перегонки.

Физические свойства

Висмут — металл (b) серебристо-белого цвета с розоватым оттенком. Известны восемь кристаллографических модификаций висмута, семь из них получены при высоком давлении. При нормальных условиях устойчив висмут I — кристаллы тригональной сингонии (b) , пространственная группа (b) R3m, параметры ячейки a = 0,4746 нм, α = 57,23°, Z = 2. При давлении 2,57 ГПа и температуре +25 °C кристаллическая решётка висмута претерпевает полиморфное (b) превращение из ромбоэдрической в моноклинную (b) с параметрами решётки a = 0,6674 нм, b = 0,6117 нм, c = 0,3304 нм, β = 110,33°, пространственная группа C2m, Z = 4 (модификация висмут II). При давлениях 2,72 ГПа, 4,31 ГПа и около 5 ГПа также происходят полиморфные превращения кристаллической решётки висмута. При давлении 7,74 ГПа висмут имеет кубическую решётку, пространственная группа Im3m с параметром решётки a = 0,3800 нм, Z = 2 (модификация висмут VI). В интервале давлений 2,3—5,2 ГПа и температур 500—580 °C висмут имеет тетрагональную (b) решётку с параметрами a = 0,657 нм, c = 0,568 нм, Z = 8 (модификация висмут VII). При давлении 30 ГПа также обнаружено полиморфное превращение[2].

Переход висмута из твёрдого в жидкое состояние сопровождается увеличением плотности с 9,8 г/см3 до 10,07 г/см3, которая постепенно уменьшается с повышением температуры и при 900 °C составляет 9,2 г/см3. Обратный переход висмута из жидкого в твёрдое состояние сопровождается увеличением объёма на 3,3 %. Повышение плотности при плавлении наблюдается лишь у немногих веществ; другим хорошо известным примером вещества с таким свойством является вода.

Удельное электрическое сопротивление (b) висмута равно 1,2 мкОм·м при +17,5 °C и повышается с ростом температуры. Интересной особенностью является то, что удельное сопротивление при плавлении уменьшается: у твёрдого висмута (при 269 °C) оно составляет 2,67 мкОм·м, а в жидком состоянии (при 272 °C) — лишь 1,27 мкОм·м.

Температурный коэффициент линейного расширения (b) равен 13,4·10−6 К−1 при 293 К (+20 °C).

По сравнению с другими металлами висмут, как и ртуть, обладает низкой теплопроводностью (b) , равной 7,87 Вт/(м·К) при 300 К.

Висмут является диамагнетиком (b) с магнитной восприимчивостью −1,34·10−9 при 293 K, что делает его самым диамагнитным металлом. Образец висмута, подвешенный на нитке, достаточно заметно отклоняется в сторону от поднесённого сильного магнита. Это явление получило название диамагнитной левитации (b) [9].

Кристаллический висмут не переходит в состояние сверхпроводимости (b) даже при охлаждении до температуры порядка 10 мК. Однако есть свидетельства, что сверхпроводимость при нормальном давлении наступает при температуре около 0,5 мК. При этом критическое магнитное поле (b) составляет величину всего 5,2 мкТл[10].

При комнатной температуре висмут хрупкий металл и в изломе имеет грубозернистое строение, но при температуре 150—250 °C проявляет пластические свойства. Монокристаллы висмута пластичны и при комнатной температуре, и при медленном приложении усилия легко изгибаются. При этом можно ощутить «ступенчатость» процесса и даже услышать лёгкий хруст — это связано с двойникованием (b) , за счёт которого упругое напряжение скачком снимается.

Модуль упругости (b) : 32—34 ГПа.

Модуль сдвига (b) : 12,4 ГПа[5].

Изотопы

Природный висмут состоит из одного изотопа (b) 209Bi, который ранее считался самым тяжёлым из существующих в природе стабильных изотопов. Однако в 2003 году (b) было экспериментально подтверждено[11] теоретическое предположение, высказанное тремя десятилетиями ранее[12], что он является альфа-радиоактивным (b) . Измеренный период полураспада 209Bi составляет (1,9±0,2)⋅1019 лет, что на много порядков больше, чем возраст Вселенной (b) . Таким образом, все известные изотопы висмута радиоактивны. Природный висмут, состоящий из одного изотопа (b) 209Bi, является практически радиоактивно безвредным для человека, так как за год в одном грамме природного висмута в среднем лишь около 100 ядер испытывают альфа-распад, превращаясь в стабильный таллий (b) -205.

Кроме 209Bi, известны ещё более трёх десятков (пока 34) изотопов, у большинства из которых есть изомерные состояния (b) . Среди них есть три долгоживущих:

  • 207Bi 31,55 года;
  • 208Bi 3,68⋅105 лет;
  • 210mBi 3,04⋅106 лет.

Все остальные радиоактивные и короткоживущие: периоды их полураспада не превышают нескольких суток.

Изотопы висмута с массовыми числами с 184 по 208 и с 215 по 218 получены искусственным путём, остальные — 210Bi, 211Bi, 212Bi, 213Bi и 214Bi — образуются в природе, входя в цепочки радиоактивного распада (b) ядер урана-238 (b) , урана-235 (b) и тория-232 (b) .

Химические свойства

В соединениях висмут проявляет степени окисления (b) −3, +1, +2, +3, +4, +5. При комнатной температуре в среде сухого воздуха не окисляется, но в среде влажного воздуха покрывается тонкой плёнкой оксида. Нагрев до температуры плавления приводит к окислению висмута, которое заметно интенсифицируется при 500 °C. При достижении температуры выше 1000 °C сгорает с образованием оксида Bi2O3 (b) [5]:

Взаимодействие озона с висмутом приводит к образованию оксида Bi2O5 (b) .

Незначительно растворяет фосфор. Водород в твёрдом и жидком висмуте практически не растворяется, что свидетельствует о малой активности водорода по отношению к висмуту. Известны гидриды Bi2H2 и BiH3 (b)  — неустойчивые уже при комнатной температуре, ядовитые газы. Висмут не взаимодействует с углеродом, азотом и кремнием[13].

Взаимодействие висмута с серой или с сернистым газом сопровождается образованием сульфидов BiS (b) , Bi2S3 (b) .

Висмут проявляет стойкость по отношению к концентрированной соляной (b) и разбавленной серной кислотам, но растворяется в азотной и хлорной кислоте, а также в царской водке (b) [источник не указан 106 дней].

Висмут реагирует с тетраоксидом диазота (b) с образованием нитрата висмута (b) :

С концентрированной серной кислотой растворяется с образованием сульфата висмута (b) :

Взаимодействие висмута с фтором, хлором, бромом и иодом сопровождается образованием различных галогенидов:

С металлами способен образовывать интерметаллиды (b)  — висмутиды[2][14].

Висмут также способен образовывать висмуторганические соединения (b) , такие, как триметилвисмут (b) Bi(CH3)3 и трифенилвисмут (b) Bi(C6H5)3.

Стоимость

Цены на висмут на мировом рынке неустойчивы, что определяется как колебанием спроса и предложения, так и падением или ростом производства свинца, которое приводит соответственно к росту или снижению производства висмута, являющегося ценным сопутствующим материалом в свинецсодержащих концентратах. Начиная с 1970-х годов самая низкая цена висмута составляла 3,5 долл./кг и отмечалась в 1980 г., а самая высокая — 15 долл./кг — в 1989 г. В конце 1995 г. цена на висмут чистотой 99,99 % составляла 8,8 долл./кг[15].

Цены за килограмм продукта со склада в США за период с января по сентябрь поднялись на 8,8 доллара США (с 19,80 до 28,60 долларов за килограмм (франко-борт)).

Цены на слитки висмута со склада в Роттердаме с января по сентябрь 2011 года возросла на 4,2 доллара (с 22,20 до 26,40 долларов за килограмм (СИФ)).

В зависимости от степени чистоты металла висмут разделяют на несколько марок. В порядке увеличения степени чистоты это марки Ви2, Ви1, Ви00 , ГОСТ 10928-90 нормирует содержание примесей в этих марках не более 3 %, 2 % и 0,02 % соответственно[16]. Выпускаются также особо чистые марки висмута Ви000[17], Ви0000[17]. Цена на металлический висмут существенно зависит от его чистоты. Средневзвешенная цена на мировом рынке на конец 2016 г. составляла около 10 $/кг[18]. Покупателями марок высокой степени очистки являются научные центры, в частности висмут используют для синтеза других элементов[19].

Применение

Металлургия

Висмут имеет большое значение для производства так называемых «автоматных сталей (b) », особенно нержавеющих, и очень облегчает их обработку резанием на станках-автоматах (токарных, фрезерных и др.) при концентрации висмута всего 0,003 %, в то же время не увеличивая склонность к коррозии (b) . Висмут используют в сплавах на основе алюминия (b) (примерно 0,01 %), эта добавка улучшает пластические свойства металла, резко упрощает его обработку.

Катализаторы

В производстве полимеров трёхокись висмута (b) служит катализатором (b) , и её применяют, в частности, при получении акриловых полимеров. При крекинге (b) нефти (b) некоторое применение находит оксид-хлорид висмута (b) .

Термоэлектрические материалы

Монокристалл теллурида висмута

Висмут применяется в полупроводниковых материалах, используемых, в частности, в термоэлектрических приборах. К таким материалам относятся теллурид (термо-э.д.с. теллурида висмута (b) 280 мкВ/К) и селенид висмута (b) . Получен высокоэффективный материал на основе висмут-цезий (b) -теллур (b) для производства полупроводниковых холодильников суперпроцессоров.

Детекторы ядерных излучений

Некоторое значение для производства детекторов ядерного излучения имеет монокристаллический иодид висмута (b) . Германат висмута (b) (Bi4Ge3O12, краткое обозначение BGO) — распространённый сцинтилляционный материал (b) , применяется в ядерной физике (b) , физике высоких энергий (b) , компьютерной томографии (b) , геологии (b) . Этот материал выгодно отличается от распространенных сцинтилляторов тем, что он радиационно стоек, имеет отличную временную стабильность и абсолютно негигроскопичен (b) . Перспективным сцинтиллятором, обладающим высоким временным разрешением, является также галлат висмута Bi2Ga4O9. Его использование пока ограничено из-за сложности выращивания крупных монокристаллов (b) .

Легкоплавкие сплавы

Синтетический кристалл висмута и слиток объёмом 1 см3.

Сплавы висмута с другими легкоплавкими веществами (кадмием (b) , оловом (b) , свинцом (b) , индием (b) , таллием (b) , ртутью (b) , цинком (b) и галлием (b) ) обладают очень низкой температурой плавления (некоторые — ниже температуры кипения воды, а наиболее легкоплавкий состав с висмутом имеет температуру плавления около +41 °C[20]). Наиболее известны сплав Вуда (b) и (не содержащий ядовитый кадмий (b) ) сплав Розе (b) . Легкоплавкие сплавы используются как:

  • теплоносители;
  • припои;
  • детали устройств противопожарной сигнализации и автоматического пожаротушения;
  • специальные смазки, работающие в вакууме и в условиях высоких температур, когда органические смазки неприменимы;
  • детали клапанов, расплавление которых открывает сечение для протекания жидкостей и газов, например, ракетных топлив (b) ;
  • предохранители (b) в мощных электрических цепях (b) ;
  • уплотнительные прокладки в сверхвысоковакуумных установках;
  • фиксирующие материалы для сломанных костей конечностей в медицине;
  • термометрические жидкости в жидкостных термометрах (b) ;
  • материалы для изготовления выплавляемых моделей (b) в литейном деле и т. д.

Измерение магнитных полей

Из металлического висмута особой чистоты изготавливают обмотки для измерения магнитных полей (b) , так как электросопротивление (b) висмута существенно и практически линейно зависит от магнитного поля, что позволяет измерять напряжённость внешнего магнитного поля, измеряя сопротивление обмотки, изготовленной из него.

Производство полония-210

Некоторое значение висмут имеет в ядерной технологии при получении полония-210 (b)  — важного элемента радиоизотопной промышленности.

Химические источники тока

Оксид висмута (b) в смеси с графитом (b) используется в качестве положительного электрода в висмутисто-магниевых элементах (b) (ЭДС (b) 1,97—2,1 В (b) с удельной энергоёмкостью (b) 120 Вт·ч (b) /кг, 250—290 Вт·ч/дм³).

Висмутат свинца (b) находит применение в качестве положительного электрода в литиевых элементах.

Висмут в сплаве с индием (b) применяется в чрезвычайно стабильных и надежных ртутно-висмуто-индиевых элементах (b) . Такие элементы прекрасно работают в космосе и в тех условиях, где важна стабильность напряжения, высокая удельная энергоёмкость, а надёжность (b) играет первостепенную роль (например, военные и аэрокосмические применения).

Трёхфтористый висмут (b) применяется для производства чрезвычайно энергоёмких лантан-фторидных аккумуляторов (b) (теоретически до 3000 Вт·ч/дм³, практически достигнута — 1500—2300 Вт·ч/дм³).

Обработка прочных металлов и сплавов

Легкоплавкие сплавы висмута (например, сплав Вуда (b) , сплав Розе (b) и др.) используются для крепления заготовок деталей из урана (b) , вольфрама (b) и их сплавов и других материалов, трудно поддающихся обработке резанием, на металлорежущих станках (b) (токарных, фрезерных сверлильных и др.).

Ядерная энергетика

Эвтектический сплав висмут-свинец используется в ядерных реакторах с жидкометаллическим теплоносителем (b) . В частности, в советском подводном флоте такие реакторы использовались на подлодке К-27 (b) и семи подлодках проекта 705 («Лира») (b) .

Малое сечение захвата висмутом тепловых нейтронов и значительная способность к растворению урана вкупе со значительной температурой кипения и невысокой агрессивностью к конструкционным материалам позволяют использовать висмут в гомогенных атомных реакторах, пока не вышедших из стадии экспериментальных разработок.

Магнитные материалы (b)

Интерметаллид марганец-висмут сильно ферромагнитен и производится в больших количествах промышленностью для получения пластичных магнитов. Особенностью и преимуществом такого материала является возможность быстрого и дешёвого получения постоянных магнитов (к тому же не проводящих ток) любой формы и размеров. Кроме того, этот магнитный материал достаточно долговечен и обладает значительной коэрцитивной силой (b) . Кроме соединений висмута с марганцем, также известны магнитотвёрдые соединения висмута с индием (b) , хромом (b) и европием (b) , применение которых ограничено специальными областями техники вследствие либо трудностей синтеза (висмут-хром (b) ), либо высокой ценой второго компонента (индий (b) , европий (b) ).

Топливные элементы

Оксид висмута (керамические фазы ВИМЕВОКС), легированный оксидами других металлов (ванадий (b) , медь (b) , никель (b) , молибден (b) и др.), обладает очень высокой электропроводимостью при температурах 500—700 К и применяется для производства высокотемпературных топливных элементов (b) .

Высокотемпературная сверхпроводимость

Керамики, включающие в свой состав оксиды висмута, кальция (b) , стронция (b) , бария (b) , меди (b) , иттрия (b) и др., являются высокотемпературными сверхпроводниками (b) . В последние годы при изучении этих сверхпроводников выявлены фазы, имеющие пики перехода в сверхпроводящее состояние при 110 К (b) .

Производство тетрафторгидразина

Висмут в виде мелкой стружки или порошка применяется в качестве катализатора (b) для производства тетрафторгидразина (b) (из трехфтористого азота (b) ), используемого в качестве окислителя ракетного горючего.

Электроника

Сплав состава 88 % Bi и 12 % Sb (b) в магнитном поле обнаруживает аномальный эффект магнетосопротивления (b) ; из этого сплава изготавливают быстродействующие усилители и выключатели.

Вольфрамат (b) , станнат-ванадат (b) , силикат (b) и ниобат висмута (b) входят в состав высокотемпературных сегнетоэлектрических материалов.

Феррит висмута (b) BiFeO3 в виде тонких плёнок является перспективным магнитоэлектрическим материалом.

Висмут — один из компонентов бессвинцовых припоев, а также легкоплавких припоев, используемых для монтажа особо чувствительных СВЧ-компонентов.

Медицина

Из соединений висмута в медицине (b) шире всего используют его трёхокись Bi2O3 (b) . В частности, её применяют в фармацевтической промышленности для изготовления многих лекарств от желудочно-кишечных заболеваний[21], а также антисептических и заживляющих средств. Кроме того, в последнее время на её основе разрабатывается ряд противоопухолевых препаратов для лечения онкологических заболеваний.

Оксид-хлорид висмута (b) находит применение в медицине в качестве рентгеноконтрастного средства и в качестве наполнителя при изготовлении кровеносных сосудов. Кроме того, в медицине находят широкое применение такие соединения, как галлат (b) , тартрат (b) , карбонат (b) , субсалицилат (b) , субцитрат (b) и трибромфенолят висмута (b) . На основе этих соединений разработано множество медицинских препаратов (включая такие широко используемые, как мазь Вишневского (b) ).

В качестве противоязвенных средств (b) используются: висмута трикалия дицитрат (b) (висмута субцитрат) (код АТХ (b) A02BX05), висмута субнитрат (b) (A02BX12), ранитидина висмута цитрат (b) (A02BA07).

Лимоннокислый висмут (Висмут (III) цитрат, C6H5BiO7) — используется при варке сред для выделения сальмонеллы.

Пигменты

Ванадат висмута (b) применяется в качестве пигмента (b) (ярко-жёлтый цвет).

Косметика

Оксид-хлорид висмута (b) применяется как блескообразователь в производстве лака для ногтей, губной помады, теней и др.

Охота и рыбалка

Висмут является относительно безопасным для окружающей среды. Это позволяет использовать дробь и грузила из висмута взамен традиционного и токсичного свинца (b) [22].

Биологическая роль

Содержание висмута в человеческом организме составляет:

  • мышечная ткань — 0,32×10−5 %
  • костная ткань — менее 0,2×10−4 %
  • кровь — ~0,016 мг/л
  • ежедневный приём с пищей 0,005—0,02 мг.

Содержание в организме среднего человека (масса тела ~70 кг) невелико, но точные данные отсутствуют. Данные о токсической и летальной дозах также отсутствуют[23]. Однако известно, что висмут при пероральном приеме малотоксичен. Это кажется неожиданным, так как обычно тяжелые металлы весьма ядовиты, но объясняется легкостью гидролиза (b) растворимых соединений висмута. В интервале величин pH (b) , встречающихся в человеческом организме (за исключением, может быть, желудка) висмут практически полностью осаждается в виде нерастворимых основных солей. Тем не менее, при совместном приёме висмута с веществами, способными перевести его в раствор (глицерин, молочная кислота и т. п.) возможно тяжёлое отравление. При проглатывании большого количества концентрированных растворов нитрата и других солей висмута значительную опасность представляет высокая концентрация свободной кислоты, образовавшейся вследствие гидролиза.

Склонностью к гидролизу и низкой токсичностью обусловлено применение основных солей (субцитрата, основного нитрата и др.) висмута в качестве препаратов для лечения язвы желудка (b) . Помимо нейтрализации кислоты и защиты стенок желудка коллоидным осадком, висмут проявляет активность против бактерии Helicobacter pylori (b) , которая играет существенную роль в развитии язвенной болезни желудка.

См. также

  • Список стран по производству висмута (b)

Примечания

  1. 1 2 Meija J. et al. Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry (b) . — 2016. Vol. 88, no. 3. P. 265—291. — doi (b) :10.1515/pac-2015-0305.
  2. 1 2 3 4 5 6 7 Федоров П. И. Висмут // Химическая энциклопедия (b)  : в 5 т. / Гл. ред. И. Л. Кнунянц (b) . М.: Советская энциклопедия (b) , 1988.  Т. 1: А — Дарзана. — С. 379—380. — 623 с. 100 000 экз. — ISBN 5-85270-008-8.
  3. Таблица Менделеева на сайте ИЮПАК (b) .
  4. Nicholas C; Norman. Chemistry of arsenic, antimony, and bismuth (англ.). — 1998. — P. 41. — ISBN 978-0-7514-0389-3.
  5. 1 2 3 Под ред. Дрица М. Е. Свойства элементов. — Металлургия, 1985. — С. 292—302. — 672 с..
  6. Вольфсон Ф. И., Дружинин А. В. Главнейшие типы рудных месторождений. М.: Недра, 1975. — 392 с.
  7. Венецкий Сергей Иосифович. «Командировка» в космос (висмут) // О редких и рассеянных: рассказы о металлах. М.: Металлургия, 1980. — 184 с.
  8. Юхин Ю. М., Михайлов Ю. И. Химия висмутовых соединений и материалов. — СО РАН, 2001. — С. 19—21. — 360 с.
  9. Опыты по магнитной левитацииАрхивная копия от 15 февраля 2012 на Wayback Machine (b)  (фин.)
  10. Om Prakash, Anil Kumar, A. Thamizhavel, S. Ramakrishnan. Evidence for bulk superconductivity in pure bismuth single crystals at ambient pressure (англ.) // Science (b) . — 2017. Vol. 355. P. 52–55. — doi (b) :10.1126/science.aaf8227. Архивировано 7 января 2017 года.
  11. Pierre de Marcillac, Noël Coron, Gérard Dambier, Jacques Leblanc, and Jean-Pierre Moalic. Experimental detection of α-particles from the radioactive decay of natural bismuth (англ.) // Nature : journal. — 2003. — April (vol. 422, no. 6934). P. 876—878. — doi (b) :10.1038/nature01541. Bibcode (b) : 2003Natur.422..876D. — PMID 12712201.
  12. H. G. Carvalho, M. Penna. Alpha-activity of 209Bi (неопр.) // Lettere al Nuovo Cimento  (англ.) (рус. (b) . — 1972. Т. 3, № 18. С. 720. — doi (b) :10.1007/BF02824346.
  13. Славинский М. П. Физико-химические свойства элементов. — Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии, 1952. — С. 426—432. — 764 с.
  14. Лидин Р.А. и др. Химические свойства неорганических веществ: Учеб. пособие для вузов. — 3-е изд., испр. М.: Химия, 2000. — 480 с. — ISBN 5-7245-1163-0.
  15. Денисов В. М., Белоусова Н. В., Моисеев Г. К. и др. Висмутосодержащие материалы: строение и физико-химические свойства/ Уро РАН. — Екатеринбург, 2000. — 527 с.
  16. ГОСТ 10928
  17. 1 2 ГОСТ 16274.0-77, ТУ 48-6-114
  18. Висмут. Цена на мировом рынке.. Дата обращения: 7 апреля 2017. Архивировано 8 апреля 2017 года.
  19. Трансурановые элементы.. Дата обращения: 15 марта 2017. Архивировано 16 марта 2017 года.
  20. Сплав IndAlloy 15, состоящий из Bi (42,9 %), Cd (5,10 %), In (18,3 %), Pb (21,7 %), Hg (4,00 %), Sn (8,00 %). Matweb LLC. Matherial Property Data.
  21. Моторкина Р. К.; Новицкая Н. Я. (фарм.), Швайкова М. Д. (суд.). Висмут // Большая медицинская энциклопедия (b)  : в 30 т. / гл. ред. Б. В. Петровский (b) . — 3-е изд. М. : Советская энциклопедия (b) , 1977. — Т. 4 : Валин — Гамбия. — С. 248—249. — 576 с. : ил.
  22. http://www.nordis.fi/patruunat/vihtavuori-haulikon-patruunat/Архивная копия от 5 июня 2011 на Wayback Machine (b) ассортимент патронов с висмутовой дробью
  23. Эмсли Дж. Элементы. — М.: Мир, 1993. — 256 с.

Литература

  • Чиркин В. С. Теплофизические свойства материалов. — Государственное издательство физико-математической литературы (b) , 1959. — С. 187—192. — 356 с.

Ссылки

  • Висмут на Кристаллов. NET
  • Висмут на Webelements
  • Висмут в Популярной библиотеке химических элементов
Перейти к шаблону «Соединения висмута» 

Соединения висмута (b)

  • Арсенат висмута (b) (BiAsO4)
  • Ацетат висмута (b) (Bi(C2H3OO)3)
  • Бромид висмута(I) (b) (BiBr)
  • Бромид висмута(II) (b) (BiBr2)
  • Бромид висмута(III) (b) (BiBr3)
  • Висмутат натрия (b) (NaBiO3)
  • Висмутид дипразеодима (b) (Pr2Bi)
  • Висмутид празеодима (b) (PrBi)
  • Висмутид магния (b) (Mg3Bi2)
  • Висмутид натрия (b) (NaBi)
  • Висмутид никеля (b) (NiBi)
  • Висмутид палладия (b) ( PdBi)
  • Висмутид платины (b) (PtBi)
  • Висмутид плутония (b) (PuBi)
  • Висмутид родия (b) (RhBi)
  • Висмутид трикалия (b) (K3Bi)
  • Висмутид трипалладия (b) (Pd3Bi)
  • Висмутин (b) (BiH3)
  • Дихромат висмутила (b) ((BiO)2Cr2O7)
  • Гидроксид висмута (b) (Bi(OH)3)
  • Иодат висмута(III) (b) (Bi(IO3)3)
  • Иодид висмута(II) (b) (BiI2)
  • Иодид висмута(III) (b) (BiI3)
  • Карбонат висмутила (b) ((BiO)2CO3)
  • Молибдат висмута (b) (Bi2(MoO4)3)
  • Метагидроксид висмута (b) (BiO(OH))
  • Нитрат висмута (b) (Bi(NO3)3)
  • Нитрат висмутила (b) (BiONO3)
  • Оксалат висмута (b) (Bi2(C2O4)3)
  • Оксид висмута(II) (b) (BiO)
  • Оксид висмута(III) (b) (Bi2O3)
  • Оксид висмута(IV) (b) (BiO2)
  • Оксид висмута(V) (b) (Bi2O5)
  • Оксид-бромид висмута (b) (BiOBr)
  • Оксид-иодид висмута (b) (BiOI)
  • Оксид-фторид висмута (b) (BiOF)
  • Оксид-хлорид висмута (b) (BiOCl)
  • Перхлорат висмутила (b) (BiOClO4)
  • Селенид висмута(II) (b) (BiSe)
  • Селенид висмута(III) (b) (Bi2Se3)
  • Сульфат висмута (b) (Bi2(SO4)3)
  • Сульфид висмута(II) (b) (BiS)
  • Сульфид висмута(III) (b) (Bi2S3)
  • Сульфид-иодид висмута (b) (BiSI)
  • Сульфид-хлорид висмута (b) (BiSCl)
  • Тартрат висмута (b) (Bi2(C4H4O6)3)
  • Теллурат висмута (b) (Bi2TeO6)
  • Теллурид висмута(III) (b) (Bi2Te3)
  • Тетраоксид висмута (b) (Bi2O4)
  • Тиоацетат висмута (b) (Bi(C2H3OS)3)
  • Тиоцианат висмута (b) (Bi(SCN)3)
  • Триметилвисмут (b) (Bi(CH3)3)
  • Трифенилвисмут (b) (Bi(C6H5)3)
  • Триэтилвисмут (b) (Bi(C2H5)3)
  • Трибромфенолат висмута (b) (Bi(OC6H3Br3)3)
  • Фосфат висмута(III) (b) (BiPO4)
  • Фторид висмута(III) (b) (BiF3)
  • Фторид висмута(V) (b) (BiF5)
  • Хлорид висмута(I) (b) (BiCl)
  • Хлорид висмута(II) (b) (BiCl2)
  • Хлорид висмута(III) (b) (BiCl3)
  • Хлорид висмута(IV) (b) (BiCl4)
  • Цитрат висмута (b) (BiC6H5O7)

Перейти к шаблону «Ряд активности металлов» 

Электрохимический ряд активности металлов (b)

Eu (b) , Sm (b) , Li (b) , Cs (b) , Rb (b) , K (b) , Ra (b) , Ba (b) , Sr (b) , Ca (b) , Na (b) , Ac (b) , La (b) , Ce (b) , Pr (b) , Nd (b) , Pm (b) , Gd (b) , Tb (b) , Mg (b) , Y (b) , Dy (b) , Am (b) , Ho (b) , Er (b) , Tm (b) , Lu (b) , Sc (b) , Pu (b) ,
Th (b) , Np (b) , U (b) , Hf (b) , Be (b) , Al (b) , Ti (b) , Zr (b) , Yb (b) , Mn (b) , V (b) , Nb (b) , Pa (b) , Cr (b) , Zn (b) , Ga (b) , Fe (b) , Cd (b) , In (b) , Tl (b) , Co (b) , Ni (b) , Te (b) , Mo (b) , Sn (b) , Pb (b) , H2 (b) ,
W (b) , Sb (b) , Bi (b) , Ge (b) , Re (b) , Cu (b) , Tc (b) , Te (b) , Rh (b) , Po (b) , Hg (b) , Ag (b) , Pd (b) , Os (b) , Ir (b) , Pt (b) , Au (b)

  • Висла окна оренбург телефон
  • Висла окна кувандык телефон
  • Виски обои на телефон
  • Висит значок наушников на телефоне xiaomi
  • Висис вологда лукьяново телефон