Bismut

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Bismut
Atomové číslo	83
Relativní atomová hmotnost	208,98040(1) amu
Elektronová konfigurace	[Xe] 4f14 5d10 6s2 6p3
Elektronegativita (Pauling)	2,02
Teplota tání	271,5 °C (544,7 K)
Teplota varu	1564 °C (1837 K)
Hustota	9,78 g.cm-3
Hustota při teplotě tání	10,05 g.cm-3
Registrační číslo CAS	7440-69-9
Tvrdost	2,25

Bismut (vizmut), chemická značka Bi, lat. Bismuthum patří mezi těžké kovy, které jsou známy lidstvu již od starověku. Slouží jako součást různých slitin, používá se při výrobě barviv a keramických materiálů.

Obsah 1 Základní fyzikálně - chemické vlastnosti 2 Historický vývoj 3 Výskyt 4 Výroba 5 Využití 6 Sloučeniny 7 Literatura

[editovat] Základní fyzikálně - chemické vlastnosti

Těžký kovový prvek bílé barvy se slabým růžovým leskem, křehký a hrubě krystalický, známý již od starověku. V plynném stavu tvoří bismut molekuly Bi₂. Jeho sloučeniny nejsou na rozdíl od většiny ostatních těžkých kovů toxické, vyskytuje se v nich v mocenství: Bi⁺³ a méně často jako Bi⁺⁵.

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 zhoří 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 Hallova efektu 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.

[editovat] Historický vývoj

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

[editovat] Výskyt

Bismut je v zemské kůře velmi vzácným prvkem. Průměrný obsah činí pouze 0,2 ppm (mg/kg). V mořské vodě činí jeho koncentrace pouze 0,017 mikrogramy 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.

U nás se rudy bismutu nalázají v Českosaském Rudohoří. Nejvíce bismutu těží Čína, Mexiko, Peru a Bolívie. Pouze bolivijská ložiska poskytují jako primárními rudy minerály bismutu, v ostatních nalezištích tvoří bismut pouze příměsi v rudách jiných kovů.

[editovat] Výroba

• Bismut byl ve starších dobách ze svých rud získáván vycezováním.

• Dnes se bismut za 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.

[editovat] Využití

Významné uplatnění nalézá bismut jako legovaný prvek v různých slitinách.

Některé slitiny bismutu mají velmi nízký bod tání, často i pod bodem 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. K známým nízkotajícím slitinám busmutu 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 pro výrobu akrylátových vláken. Při výrobě keramiky slouží bismut jako náhrada olova při přípravě glazur, barviv pro keramické materiály a výrobě optických vlákem 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 sifilidě). 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.

[editovat] Sloučeniny

Ve sloučeninách se bismut vyskytuje především v mocenství Bi⁺³. Většina jeho solí je velmi málo rozpustná a snadno hydrolyzují.

• Oxid bismutitý Bi₂O₃ je za normální teploty žlutý a za horka červenohnědý prášek. Je to kyselinotvorný oxid. 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. Chlorid bismutitý totiž není stabilní a reaguje s vodou za vzniku oxichloridu bismutitého BiOCl, který se využívá jako netoxické barvivo známé jako perlová běloba.
• Bromid bismutitý BiBr₃ a jodid bismuitý BiI₃ jsou žluté prášky, které se vlastnostmi podobají chloridu bismutitému.
• Dusičnan bismutitý Bi(NO₃)₃ je bezbarvá krystalická rozpustná látka. Při zahřívání přechází na oxidusičnan 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 bizmutitý Bi₂(SO₄)₃ je bílá krystalická, hygroskopická, rozpustná látka. Tvoří se rozpouštěním kovu, oxidu nebo sulfidu v kyselině sírové.
• Uhličitan bismutitý Bi₂(CO₃)₃ je bílá práškovitá nerozpustná látka, která se připravuje reakcí rozpustné bismuité soli s rozpustným uhličitanem.
• Sulfid bismutitý Bi₂S₃ je tmavěhnědá (pokud se připravuje srážením se sirovodíkem) nebo šedá (pokud se připravuje tavením síry s bismutem) nerozpstná 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) při rozkladu práškové slitiny bismutu s hořčíkem kyselinou chlorovodíkovou.

[editovat] Literatura

• Jursík F.: Anorganická chemie kovů. 1. vyd. 2002. ISBN 80-7080-504-8 (elektronická verze)
• Greenwood N.N., Earnshaw A.: Chemie prvků II. 1. vyd. 1993. ISBN 80-85427-38-9