Bizmut

kémiai elem, rendszáma 83, vegyjele Bi

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

83 ólombizmutpolónium
Sb

Bi

Mc
   
               
               
                                   
                                   
                                                             
                                                               
   
83
Bi
Általános
Név, vegyjel, rendszám bizmut, Bi, 83
Elemi sorozat másodfajú fémek
Csoport, periódus, mező 15, 6, p
Megjelenés csillogó vöröses fehér
Bi,83.jpg
Atomtömeg 208,98038(2)  g/mol
Elektronszerkezet [Xe] 4f14 5d10 6s² 6p³
Elektronok héjanként 2, 8, 18, 32, 18, 5
Fizikai tulajdonságok
Halmazállapot szilárd
Sűrűség (szobahőm.) 9,78 g/cm³
Sűrűség (folyadék) az o.p.-on 10,05 g/cm³
Olvadáspont 544,7 K
(271,5 °C, 520,7 °F)
Forráspont 1837 K
(1564 °C, 2847 °F)
Olvadáshő 11,30 kJ/mol
Párolgáshő 151 kJ/mol
Moláris hőkapacitás (25 °C) 25,52 J/(mol·K)
Gőznyomás
P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
T/K 941 1041 1165 1325 1538 1835
Atomi tulajdonságok
Kristályszerkezet romboéderes
Oxidációs szám 3, 5
(enyhén savas oxid)
Elektronegativitás 2,02 (Pauling-skála)
Ionizációs energia 1.: 703 kJ/mol
2.: 1610 kJ/mol
3.: 2466 kJ/mol
Atomsugár 160 pm
Atomsugár (számított) 143 pm
Kovalens sugár 146 pm
Egyebek
Mágnesség diamágneses
Fajlagos ellenállás (20 °C) 1,29 µΩ·m
Hőmérséklet-vezetési tényező (300 K) 7,97 W/(m·K)
Hőtágulási együttható (25 °C) 13,4 µm/(m·K)
Hangsebesség (vékony rúd) (20 °C) 1790 m/s
Young-modulus 32 GPa
Nyírási modulus 12 GPa
Kompressziós modulus 31 GPa
Poisson-tényező 0,33
Mohs-keménység 2,25
Brinell-keménység 94,2 HB
CAS-szám 7440-69-9
Fontosabb izotópok
Fő cikk: A bizmut izotópjai
Izotóp t.e. felezési idő B.m. B.e. (MeV) B.t.
207Bi mest. 31,55 y ε 2,399 207Pb
208Bi mest. 3 368 000 y ε 2,880 208Pb
209Bi 100% (1,9±0,2) ×1019y α   205Tl
Hivatkozások

Sokáig a bizmutot tekintették a legnagyobb rendszámú stabil elemnek, de 2003-ban felfedezték, hogy rendkívül gyengén, de radioaktív: egyetlen primordiális izotópja, a bizmut-209 alfa-sugárzó,[2] felezési ideje több, mint egymilliárdszorosa az Univerzum becsült életkorának.[3][4] Rendkívül hosszú felezési ideje miatt azonban szinte minden szempontból stabil elemnek tekinthető.[4]

Felfedezése és tulajdonságaiSzerkesztés

 
Kristályos bizmut

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

Fémes elem,[1][5][6][7] bár néhány forrásban a félfémek közé sorolják.[8][9] Rossz hővezető, nem mágnesezhető, de mágneses mezőben és különböző nyomásviszonyok alatt elektromos vezetőképessége változik. Olvadáspontja alacsony, szilárdulási fázisban térfogata növekszik.

Kémiai tulajdonságaiSzerkesztés

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

2 Bi + 3 H2O → Bi2O3 + 3 H2

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

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

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

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

Salétromsavval bizmut(III)-nitrátot képez.

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

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

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

Alkáliföldfém-komplexek előállításához használják transzmetalláló ágensként:

3 Ba + 2 BiPh3 → 3 BaPh2 + 2 Bi

Előfordulása, előállításaSzerkesztés

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

FelhasználásaSzerkesztés

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

Fontosabb vegyületeiSzerkesztés

Fontosabb ásványaiSzerkesztés

Termelt mennyiségekSzerkesztés

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

2014-ben a bizmuttermelés elérte a 13 600 tonnát:

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

2015-ben a világtermelés szintén 13 600 tonna volt:

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

Élettani hatásaSzerkesztés

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

Akut hatásokSzerkesztés

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

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

Bőrön: irritáció.

Krónikus hatásokSzerkesztés

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

Bőrön: bőrgyulladást okozhat.

A bizmut-oxiklorid (C.I.77163) fehér színű, szintetikus színezék. Fehérítő és szeplő elleni krémekben, napozószerekben fordul elő. Rákkeltő hatású.[forrás?]

JegyzetekSzerkesztés

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

ForrásokSzerkesztés

A Wikimédia Commons tartalmaz Bizmut témájú médiaállományokat.
  • Bognár László: Ásványhatározó. Gondolat Kiadó. Budapest.1987.
  • Sályi István (szerk): Pattantyús.Gépész és villamosmérnökök kézikönyve. II. kötet. Műszaki Kiadó. Budapest. 1961.
  • Egerer Frigyes: Ásványtan.II. Miskolci Egyetemi Kiadó. Miskolc. 1992.
  • http://webmineral.com
  • World Mineral Production 2001-2005. British Geological Survey. London. 2007.
  • Annivite. www.mindat.org (angolul) (Hozzáférés: 2013. máj. 10.) (HTML)
  • Greenwood, N. N., Earnshaw, A.. Chemistry of the Elements, 2nd, Butterworth-Heinemann (1997. január 14.). ISBN 978-0-7506-3365-9 
  • Suzuki, Hitomi. Organobismuth Chemistry. Elsevier, 1–20. o. (2001. január 14.). ISBN 978-0-444-20528-5 
  • Krüger, Joachim, Winkler, Peter; Lüderitz, Eberhard; Lück, Manfred; Wolf, Hans Uwe. Bismuth, Bismuth Alloys, and Bismuth Compounds, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH, Weinheim, 171–189. o.. DOI: 10.1002/14356007.a04_171 (2003. január 14.). ISBN 978-3527306732 * Suzuki, Hitomi. Organobismuth Chemistry. Elsevier, 1–20. o. (2001. január 14.). ISBN 978-0-444-20528-5 
  • Wiberg, Egon, Holleman, A. F., Wiberg, Nils. Inorganic chemistry. Academic Press (2001. január 14.). ISBN 978-0-12-352651-9 

További információkSzerkesztés