Bismut

Vorlage:Chemisches Element Bismut (auch: Bismuth, Wismut oder Wismuth, von bismutum „weiße Masse“) ist ein chemisches Element im Periodensystem mit dem Symbol Bi und der Ordnungszahl 83. Es wird im Deutschen zumeist als Wismut bezeichnet, doch ist der Name Bismut seit 1979 auch hierzulande fachsprachlich offiziell.

Geschichte

Das Element Bismut kennt man wahrscheinlich schon seit der Antike. Der Name Wismut ist seit 1472 bekannt und geht vermutlich auf den ersten Ort der Gewinnung „in den Wiesen“ am Schneeberg im Erzgebirge zurück. Es gibt jedoch auch andere Etymologien, beispielsweise von „weiß“. Georgius Agricola benutzte die latinisierte Bezeichnung bismutum, worauf der heutige Name zurückgeht.

Vorkommen

Bismut kommt in der Natur nur in geringen Mengen vor. Die Fundstätten liegen vor allem in Südamerika, Mexiko, Peru, Bolivien, China, Australien, Kanada und Spanien, historisch im Erzgebirge, wo Bismut sowohl in reiner (gediegener) Form als auch als Sulfid (Bismutglanz oder Bismutin), Selenid (Selenidbismutglanz) und Oxid (Bismit oder Bismutocker) gefunden wird. Bismut kommt als Begleitmetall in Blei-, Kupfer- und Zinnerzen in gebundener Form vor. In Granit und Gneis findet man es in freier Form.

Gewinnung und Darstellung

Zur Gewinnung von Bismut kann man von oxidischen Erzen ausgehen, die mit Kohle zum Element reduziert werden:

${\rm {2\,Bi_{2}O_{3}+3\,C\rightarrow 3\,CO_{2}+4\,Bi}}$

Sulfidische Bismuterze können entweder mit Eisen nach dem Niederschlagsverfahren reduziert werden:

${\rm {Bi_{2}S_{3}+3\,Fe\rightarrow 3\,FeS+2\,Bi}}$

Oder die sulfidischen Erze werden zunächst in die Oxide umgewandelt und anschließend mit Kohle reduziert (Röstreduktionsverfahren):

${\rm {2\,Bi_{2}S_{3}+9\,O_{2}\rightarrow 6\,SO_{2}+2\,Bi_{2}O_{3}}}$

${\rm {2\,Bi_{2}O_{3}+3\,C\rightarrow 3\,CO_{2}+4\,Bi}}$

Das Rohbismut wird anschließend durch oxidierendes Schmelzen von anderen Metallen gereinigt.

Eigenschaften

Bismut ist ein rötlich glänzendes, sprödes Metall. Es hat eine rhomboedrische Kristallstruktur mit sehr dicht gepackten Doppelschichten. Bismut ist eines der wenigen ungiftigen Schwermetalle, hat den stärksten Hall-Effekt aller metallischen Elemente, einen hohen elektrischen Widerstand und hat darüber hinaus die - abgesehen von Supraleitern - stärkste diamagnetische Eigenschaft, d. h. es stößt Magnete ab.

Flüssiges Bismut dehnt sich als einer der wenigen Stoffe beim Erstarren aus (Dichteanomalie).

Isotope

Natürliches Bismut besteht nur aus dem Isotop ²⁰⁹Bi. 2003 stellte man im Institut d'Astrophysique Spatiale in Orsay, Frankreich fest, dass dieses bisher für stabil gehaltene Isotop ein Alpha-Strahler mit einer Halbwertszeit von (1,9 +/- 0,2) · 10¹⁹ Jahren ist (etwa 19 Trillionen Jahre). Der sehr langsame Zerfall des ²⁰⁹Bi begründet sich durch die unmittelbare Nähe zum doppelt magischen ²⁰⁸Pb Blei im Isotopenschema. Die Aktivität von ²⁰⁹Bi ist jedoch so schwach, dass sie als ungefährlich angesehen werden kann. Zum Vergleich: Die Aktivität von ¹⁴C oder ⁴⁰K, welche sich in jeder lebenden Zelle nachweisen lassen, ist um Größenordnungen stärker: Pro 100 g Kohlenstoff mit einem Anteil von 10^-12 (ein Billionstel) ¹⁴C zerfallen pro Stunde im Mittel etwa 59.400 Atomkerne, pro 100 g Bismut sind es im Mittel 1,2 Atomkerne, also etwa 1/50000; außerdem haben die entstehenden Alphastrahlen eine geringe Reichweite und können die Haut nicht durchdringen. Um eine Radioaktivität von 1 Bq zu erreichen (entspräche etwa 1 g Kaffee) wären 300 kg Bismut notwendig.

Verwendung

Es findet Verwendung als Legierungsbestandteil niedrigschmelzender Legierungen, beispielsweise für das Woodsche Metall, das bereits bei 70 °C schmilzt, oder für Roses Metall mit seinem Schmelzpunkt von 98 °C. Die Legierung Bismanol mit Mangan ist ein starker Permanentmagnet.
Die chemische Verbindung Bismuttellurid erzeugt in Peltier-Elementen Kälte. In medizinischen Präparaten wird es zur Blutstillung und zur Desinfektion benutzt. Bismutoxichlorid BiOCl wird in Kosmetika verwendet. Das Phase-Change-Material einiger DVD-RAM enthält Bismut.[1]

Bismut wird von einigen Quellen als Legierungselement in Automatenstählen als Ersatz für Blei propagiert. Es soll die Zerspanbarkeit dieser Stähle verbessern ohne die negativen ökologischen Eigenschaften des Bleis. Aus Sicht der Stahlmetallurgie ist dies allerdings ungünstig, da Bismut sich metallurgisch quasi nicht entfernen lässt und dann als unerwünschtes Begleitelement in den aus Schrotten erzeugten Stählen auftaucht.

Bismut-Oxid wird für die Herstellung von optischen Gläsern verwendet, Bismut-Nitrat als Röntgenkontrastmittel.

Eine Blei-Bismut-Legierung wurde in der UdSSR auch als Kühlmittel für Kernreaktoren verwendet. Diese Legierung ist zwar effektiver als eine herkömmliche Druckwasserkühlung, jedoch auch entsprechend schwieriger zu handhaben. Die Legierung erstarrt bei einer Temperatur von unter 125 °C und verursacht dadurch große Reaktorschäden. Solche Reaktoren wurden unter anderem auf U-Booten eingesetzt (z. B. U-Boot der Alfa-Klasse)

Bismut wird auch als ungiftiger Ersatz für Blei bei Schrotmuntion für Schußwaffen verwendet, ist jedoch wenig verbreitet.

Nachweis

Bismut weist man mit der "Bismutrutsche" mit Thioharnstoff nach. Zur Fällung unerwünschter Störionen werden Natriumfluorid, Natriumchlorid und Kaliumnatriumtartrat verwendet:

NaF zur Komplexierung von Fe³⁺ und Al³⁺;
NaCl zur Fällung von Ag⁺ und Hg⁺;
Tartrat zur Komplexierung von Sb³⁺ und Sn²⁺.

Als Flussmittel wird verdünnte HNO₃ verwendet. Bei Anwesenheit von Bi³⁺ bilden sich zitronengelbe Thioharnstoff-Kristalle.

Eine alternative Nachweisreaktion wird mit alkalischer Stannat(II)-lösung durchgeführt, in einer Redoxreaktion mit Zinn-II-Ionen als Reduktionsmittel fällt elementares Bi schwarz aus, oder mit Natriumiodidlösung: zunächst fällt schwarzes Bismut-III-iodid aus, das sich dann im Iodidüberschuss als oranger Tetraiodobismutat-Komplex löst:

Bi³⁺ + 4 I^{- $\rightarrow$ [BiI₄]^-} (Komplexbildungsreaktion).

Verbindungen

Bismut ist in erster Linie dreiwertig, doch gibt es auch ein- und fünfwertiges Bismut (Bismut(V)-Oxid ist jedoch ein sehr starkes Oxidationsmittel, das sogar Mangan(II) zum Permanganat oxidiert). Außerdem bildet es polymere Kationen. An Luft ist es beständig.

Halogenide

Quellen

Weblinks

Wiktionary: Bismut – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Commons: Bismuth – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien