Bismut

Bismut (v obecném použití bizmut či vizmut; chemická značka Bi, latinsky Bismuthum nebo Bisemutum) patří mezi těžké kovy, které jsou známy lidstvu již od starověku. Slouží jako součást různých slitin, používá se při výrobě barviv a keramických materiálů.

Bismut
Bi 83
↓ Periodická tabulka ↓
Obecné
Název, značka, číslo	Bismut, Bi, 83
Cizojazyčné názvy	lat. Bismuthum/Bisemutum
Skupina, perioda, blok	15. skupina, 6. perioda, blok p
Chemická skupina	Nepřechodné kovy
Vzhled	Kov
Identifikace
Registrační číslo CAS	7440-69-9
Atomové vlastnosti
Relativní atomová hmotnost	208,98040
Atomový poloměr	156 pm
Kovalentní poloměr	158 pm
Van der Waalsův poloměr	207 pm
Oxidační čísla	−III, III, V
Elektronegativita (Paulingova stupnice)	2,02
Látkové vlastnosti
Krystalografická soustava	trigonální
Mechanické vlastnosti
Hustota	9,78 kg·dm−3 (10,05 g.cm-3 při teplotě tání)
Skupenství	Pevné
Tvrdost	2,25
Termické vlastnosti
Tepelná vodivost	7,97 W⋅m−1⋅K−1
Termodynamické vlastnosti
Teplota tání	271,5 °C (544,65 K)
Teplota varu	1564 °C (1 837,15 K)
Elektromagnetické vlastnosti
Měrný elektrický odpor	1,29 μΩ·m
Magnetické chování	diamagnetický
Bezpečnost
GHS02 Varování
Radioaktivní
Izotopy
I V (%) S T1/2 Z E (MeV) P 209Bi ≈ 100 % 1,9×1019 r α 3,137 205Tl
Není-li uvedeno jinak, jsou použity jednotky SI a STP (25 °C, 100 kPa).
Sb ⋏ Olovo ≺ Bi ≻ Polonium ⋎ Mc

Základní fyzikálně-chemické vlastnosti

Krystaly bismutu ukazují mnoho duhových odstínů v lomu na jeho zoxidovaném povrchu

Bismut je těžký kovový prvek bílé barvy se slabým růžovým leskem, křehký a hrubě krystalický, známý již od starověku. V plynném stavu tvoří molekuly Bi₂. Na rozdíl od většiny ostatních těžkých kovů nejsou jeho sloučeniny toxické, vyskytuje se v nich v mocenství Bi³⁺ a méně často jako Bi⁵⁺.

Bismut se nerozpouští v neoxidujících kyselinách, protože je to ušlechtilý prvek. Snadno se však rozpouští především v kyselině chlorovodíkové za přítomnosti i malých množství oxidačních činidel (HNO₃, H₂O₂...). Bismut je na vzduchu za laboratorní teploty stálý, v červeném žáru shoří namodralým plamenem na oxid bismutitý Bi₂O₃, za žáru se bismut slučuje s většinou prvků. Bismut tvoří s většinou kovů slitiny, které mají nízké teploty tání.

Elementární bismut má největší diamagnetickou konstantu ze všech známých kovových prvků, značně vysoký elektrický odpor a vykazuje nejvyšší hodnotu Hallovy konstanty ze všech kovů. Společně se rtutí má nejnižší tepelnou vodivost ze známých kovových prvků.

Po dlouhou dobu byl bismut ²⁰⁹Bi pokládán za stabilní, neměnný izotop, přestože to odporovalo teoretickým výpočtům stability atomových jader. Teprve v roce 2003 byl francouzskými atomovými fyziky ve Výzkumném institutu astrofyziky v Orsay podán důkaz, že bismut podléhá radioaktivní přeměně. Bismut je tedy nestabilním prvkem, který podléhá alfa rozpadu s poločasem přibližně 2×10¹⁹ let, což z něj činí jeden z nejpomaleji se přeměňujících přirozených radioizotopů.

Historický vývoj

• O bismutu jako o kovu podobném cínu se poprvé zmiňuje Basilius Valentinus v 15. století.
• Teprve v 18. století určili Johann Heinrich Pott a Torbern Olof Bergman bismut jako zvláštní prvek kovového charakteru.

Výskyt

Bismit

Bismut je v zemské kůře velmi vzácným prvkem. Průměrný obsah činí pouze 0,2 ppm (parts per milion; mg/kg). jeho koncentrace v mořské vodě pouze 0,017 mikrogramu v jednom litru. Předpokládá se, že ve vesmíru připadá na jeden atom bismutu přibližně 300 miliard atomů vodíku.

Bismut se v přírodě vyskytuje ryzí i ve sloučeninách. Hlavními minerály bismutu jsou bismutinit (psáno též bismutin), chemicky sulfid bismutitý Bi₂S₃, bismit jako oxid Bi₂O₃ a zásaditý uhličitan bismutit [(BiO)₂CO₃]. Obvykle se vyskytuje jako příměs v rudách stříbra, zlata, cínu, mědi a olova.

V Česku se rudy bismutu nalézají v Českosaském rudohoří. Nejvíce bismutu těží Čína, Mexiko, Peru a Bolívie. Pouze bolivijská ložiska poskytují jako primární rudy minerály bismutu, v ostatních nalezištích tvoří bismut pouze příměsi v rudách jiných kovů.

Důkaz bismutu pomocí „Bismutové skluzavky“. Vlevo slepý pokus chloridu bismutitého, vpravo analyzovaná látka. Kationt Bi³⁺ tvoří s thiomočovinou citrónově žlutý komplex

Výroba

• Bismut byl ve starších dobách ze svých rud získáván vycezováním.
• Dnes se bismut ze svých rud získává buď redukčním pochodem, kde bismit reaguje v peci s uhlíkem, nebo srážecím pochodem, kde se taví bismutinit se železem, popř. lze pražením převést sulfid na oxid a provést redukční pochod. Při těchto pochodech je bismut ještě značně znečištěn příměsemi, které byly v rudě, proto se surový bismut musí ještě rafinovat.

  Bi₂O₃ + 3 C → 2 Bi + 3 CO Redukční pochod

  Bi₂S₃ + 3 Fe → 2 Bi + 3 FeS Srážecí pochod

  2 Bi₂S₃ + 9 O₂ → 2 Bi₂O₃ + 6 SO₂ Pražení sulfidu

• Pro získání velmi čistého bismutu lze využít elektrolýzu tavenin jeho sloučenin.

Využití

Uměle vypěstovaný krystal bismutu

Významné uplatnění nalézá bismut jako legovací prvek v různých slitinách.

Některé slitiny bismutu mají velmi nízkou teplotu tání, často i pod teplotou varu vody. Tohoto jevu se využívá při konstrukci automatických hasicích systémů (tzv. sprinklerů), které jsou montovány do výškových budov a automaticky začnou rozprašovat vodu při náhlém nárůstu teploty v okolí.

Vzhledem ke své nízké toxicitě se bismut stále častěji používá jako náhrada olova v nejrůznějších aplikacích – především jako složka pájek pro instalatérské práce, ale i při výrobě střeliva a broků.

Přídavek bismutu do slitin obvykle snižuje tvrdost materiálu a zvyšuje jeho kujnost. Slitina železa s bismutem je známa jako kujná litina a lze ji na rozdíl od běžné litiny snadno tvářet kováním i válcováním.

Slitiny bismutu obvykle při chladnutí mírně zvyšují svůj objem a slouží proto k lití do forem pro vytváření přesných replik a kopií různých předmětů. Bismut se používá do slitin ložiskových kovů. Ke známým nízkotajícím slitinám bismutu patří Woodův kov, který je směsí 55 % bismutu, 25 % olova, 15 % cínu a 5 % kadmia a taje okolo 70 °C. Lipowitzova slitina je směsí 50 % bismutu, 25 % olova, 15 % cínu a 10 % kadmia a teplotu tání má okolo 60 °C, je to nejníže tající slitina směsi těchto kovů. Roseův kov je směsí 50 % bismutu, 25 % olova a 25 % cínu a taje při 94 °C.

V chemickém průmyslu je bismut součástí katalyzátorů na výrobu akrylátů a dalších látek. Při výrobě keramiky slouží bismut jako náhrada olova při přípravě glazur, barviv pro keramické materiály a výrobě optických vláken s vysokým indexem lomu. Bismut je důležitou součástí kosmetických a lékařských přípravků (např. v lékařství se používá zásaditá sůl kyseliny gallové Bi(OH)₂·OCO·C₆H₂(OH)₃ na zásyp ran – dermatol; sloučeniny bismutu se používají i jako léky proti syfilidě). Řada dalších různých sloučenin bismutu se používá v kosmetice a medicíně jako součást různých desinfekčních prostředků a léků používaných při léčení žaludečních a střevních chorob.

Slitina s manganem s názvem bismanol slouží pro výrobu velmi silných permanentních magnetů.

Sloučeniny

Ve sloučeninách se bismut vyskytuje především v mocenství Bi³⁺. Většina jeho solí je velmi málo rozpustná a snadno hydrolyzuje.

• Oxid bismutitý Bi₂O₃ je za normální teploty žlutý a za horka červenohnědý prášek. Vyskytuje se ve třech modifikacích. Připravuje se oxidací kovu nebo rozkladem dusičnanu či uhličitanu bismutitého.
• Chlorid bismutitý BiCl₃ je sněhobílá krystalická látka, která se na vlhkém vzduchu rozplývá; není totiž stabilní a reaguje s vodou za vzniku oxychloridu bismutitého BiOCl, který se využívá jako netoxické barvivo známé jako perlová běloba.
• Jodid bismuitý BiI₃ je černý prášek, na rozdíl od chloridu nerozpustný ve vodě, ale rozpustný v roztocích alkalických jodidů za vzniku temně oranžového aniontu BiI -
  4 , známého činidla používaného k důkazu alkaloidů (Dragendorffovo činidlo).
• Dusičnan bismutitý Bi(NO₃)₃ je bezbarvá krystalická rozpustná látka. Při zahřívání přechází na oxydusičnan bismutitý BiO(NO₃), který se používá jako barvivo s názvem španělská běloba. Jiný zásaditý dusičnan bismutitý má využití v lékařství. Dusičnan bismutitý se připravuje rozpouštěním kovového bismutu v kyselině dusičné.
• Síran bismutitý Bi₂(SO₄)₃ je bílá krystalická hygroskopická a rozpustná látka. Získává se rozpouštěním kovu, oxidu nebo sulfidu v kyselině sírové.
• Uhličitan bismutitý Bi₂(CO₃)₃ je bílá práškovitá nerozpustná látka, která se připravuje reakcí rozpustné bismutité soli s rozpustným uhličitanem.
• Sulfid bismutitý Bi₂S₃ je tmavěhnědá (pokud se připravuje srážením se sirovodíkem) nebo šedá (pokud se připravuje tavením síry s bismutem) nerozpustná látka. Tmavěhnědý sulfid pozvolna přechází v šedou modifikaci. V přírodě se vyskytuje jako minerál bismutinit.
• Bismutovodík BiH₃ neboli bismutan je bezbarvá, snadno se rozkládající plynná látka. Připravuje se (pouze v nepatrném výtěžku) rozkladem práškové slitiny bismutu s hořčíkem kyselinou chlorovodíkovou.

Odkazy

Reference

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Bismut na německé Wikipedii.

Literatura

• Cotton F.A., Wilkinson J.:Anorganická chemie, souborné zpracování pro pokročilé, ACADEMIA, Praha 1973
• Holzbecher Z.:Analytická chemie, SNTL, Praha 1974
• Dr. Heinrich Remy, Anorganická chemie 1. díl, 1. vydání 1961
• N. N. Greenwood – A. Earnshaw, Chemie prvků 1. díl, 1. vydání 1993 ISBN 80-85427-38-9

Související články

• Izotopy bismutu
• Bismut-209

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématu bismut na Wikimedia Commons
• Slovníkové heslo bismut ve Wikislovníku

Autoritní data	NKC: ph118931 PSH: 5805 BNE: XX544135 BNF: cb12150872q (data) GND: 4145722-5 LCCN: sh85014436 NDL: 00560691 NLI: 987007282559205171

Portály: Chemie