Bismuth: Het element

Bismut is een wit, kristallijn, broos metaal met een roze-achtige tint. De thermische geleidbaarheid is zeer laag, bij een hoge elektrische weerstand. Bismuth is bestendig t.a.v. zuurstof, water en lucht. Het heeft een lage toxiteit voor een zwaar metaal. Vanwege de toxiciteit van lood wordt steeds vaker overgegaan op bismuth. De variatie in de dikte van de oxidelaag veroorzaakt in het reflecterende licht verschillende golflengten en het kristal schittert in alle kleuren van de regenboog (prismawerking).

Plaats van bismuth in het periodiek systeem

Het element

Chemische eigenschappen van het element

Fysische eigenschappen van het element

Onder normale omstandigheden kristalliseert bismut in een rhombohedrisch rooster. Wanneer samengeperst bij kamertemperatuur, verandert deze Bi-I structuur eerst in het monokliene Bi-II op 2.55 GPa, en vervolgens in het tetragonale Bi-III op 2,7 GPa en uiteindelijk in een body-centered cubic Bi-IV op 7,7 GPa.

Voorkomen ertsen

Belangrijkste ertsen van bismut zijn bismuthimiet en bismiet. Bismuth komt ook als technisch zuiver metaal voor en wordt gevonden als kristallen in sulfide-ertsen van nikkel, kobalt, zilver en tin. Bismut is meestal een bijproduct van lood en koper winning. De belangrijkste gebieden waar het wordt gewonnen zijn Bolivia, Peru, Japan, Mexico en Canada.

Winning van bismuth

• Het metaal dat als element voorkomt is vrij zuiver. De verontreinigingen kunnen verwijderd worden door gesmolten bismuth over een schuine stalen plaat te laten vloeien waardoor de verontreinigingen oxideren en een 'afschepbare' slak vormen.
• Komt ook voor als Bi2S3 (bismuthglans) die door roosten overgaat in bismuthoxide Bi2O3 waaruit het element Bismuth vrij gemaakt wordt door reductie met koolstof.
• Belangrijke bismuth ertsen zijn bismite (Bi 2 O 3), bismuthinite (Bi 2 S 3) en bismutite [(BiO) 2 CO 3]. Bismuth komt hieruit vrij door een reductie van de oxiden met koolstof.
• Recycling van bismut is moeilijk, waarschijnlijk ondoenlijk door de verstrooiing in zeer kleine porties over talrijke toepassing.

Kenmerkende eigenschappen van bismuth

• Geen andere metaal met meer natuurlijk diamagnetisch dan bismuth.
• Bismuth heeft een zeer lage thermische geleidbaarheid bij een zeer hoge elektrische weerstand.
• Bismut is stabiel bij normale temperaturen. Verhit reageert het met water tot bismuth(III)oxide..
• 2 Bi + 3H2O → Bi2O3 + 3H2
• Elementair bismuth heeft de bijzondere eigenschap dat de vloeibare fase dichter is dan de vaste fase. Bismuth dijt 3.32% uit bij stollen, daarom wordt het o.a. gebruikt als laagsmeltende legering voor ‘loden‘ letters in de klassieke drukkerij. het gietstuk wordt nagedrukt en heeft een scherpe vorm. Bismuth kan als legeringselement door zijn uitzetting bij stollen de contractie van de andere elementen compenseren zoals bij bismuth - lood legeringen in een letterzetterij.

Richtprijzen van bismuth

De prijs van Technisch zuiver bismuth schommelt in 2013 tussen 17,5$/kg en 20$/kg. De prijs was Circa 5,00 $ / kg na de oorlog tot circa 1965, daarna zijn de prijzen sterk gestegen met grote schommelingen.

Toepassingen van bismuth

• In de VS werd in 2010 van de circa 1000 ton bismuth 65% besteed aan pigmenten en cosmetica, 25% als legeringselement in de metallurgische industrie en 7% in speciale bismuth legeringen voor soldeer en munitie.
• Bepaalde geneesmiddelen bevatten bismuth, zoals oogdruppels die worden gebruikt tegen infecties; behandelingen voor spijsverteringsproblemen; een isotoop van bismut wordt gebruikt om leukemie te behandelen.
• Bismutoxychloride (BiOCl) wordt gebruikt in cosmetica, pigment in verf voor oogschaduw, haarsprays en nagellak. De kristalvorm bevat lagen atomen die licht chromatisch breken, wat resulteert in een iriserende uiterlijk vergelijkbaar met parelmoer.
• Het verschil in dichtheid tussen lood dichtheid 11.32 g/ cm-3 en bismut (dichtheid 9,78 g/cm3 is relatief klein. Bismuth kan meestal lood vervangen (visserij sinkers en lood voor de sportvissers en als vervanging van loodhagel bij de jacht, bismut-tin legering vertoont zelfde ballistische gedrag.
• Industrie gebruikt bismut-verbindingen als katalysatoren bij de productie van de grondstof voor synthetische vezels en rubbers.
• Bismutverbindingen goed zijn voor ongeveer de helft van de productie van bismut. Ze worden gebruikt in cosmetica, pigmenten, en enkele farmaceutische producten.
• Bismut in BSCCO (bismuth, strontium, calcium, koperoxide), groep van vergelijkbare supergeleidende verbindingen met de hoogste supergeleidende overgangstemperatuur.
• Bismuthsubnitraat wordt gebruikt als verfpigment.
• Bismuth telluride is een halfgeleider. Bi 2Te 3 diodes worden o.a gebruikt in koelkasten, CPU- koelers, en als detectoren in infrarood spectrofotometers.
• Bismutvanadaat is een ondoorzichtige gele pigment in 'olie- en acrylverf. Deze verbinding is een niet-toxisch substituut voor citroengeel pigmenten zoals cadmium en lood sulfiden, strontium, barium, chromaten.
• Ingrediënt in smerende vetten.
• Bismut gebruik in de elektronica als een component van een laag smeltpunt soldeer, als vervanging voor de traditionele tin-lood soldeer. De lage toxiciteit is vooral belangrijk voor soldeer voor gebruik in voedselverwerkende industrie en koperen waterleidingen.
• Voor modellen en mallen wegens de gemakklijke gietbaarheid.
• Bismut wordt ook gebruikt als legeringselement bij de productie van bepaalde staalsoorten w.o. smeedbaar gietijzer.
• Veel bismut legeringen worden gebruikt wegens laag smeltpunt in soldeer, in automatische sprinklers, elektrische zekeringen, in branddetectie-en brandblussystemen, de eutectische Pb22 legering smelt bij 47 ° C.
• Laagsmeltende legeringen, zoals Bi-Cd-Pb-Sn legering die smelt bij 70 ° C, worden gebruikt in auto-en luchtvaartindustrie. Voor buigen van dunwandige buizen volgegoten met de legering om vervorming te voorkomen, de vulling wordt verwijderd in heet water.
• Bismut wordt toegevoegd aan metaal om de verspaanbaarheid te verbeteren omdat het de spanen breekt. Ook hier vervangt het in vele gevallen lood.
• Het krimpen bij stollen van lood en de uitzetting tgv stollen van bismuth compenseren elkaar. Dergelijke legeringen worden gebruikt in precisie gieten, bv in de tandheelkunde.

Bismuth milieu en gezondheid

• Bismut wordt bij normaal gebruik niet als toxisch beschouwd en vormt geen bedreiging voor het milieu. Milieu schade door bismuth is niet bekend, dat is deels te danken aan de lage oplosbaarheid van bismuthverbindingen in water.
• Bismut en zijn verbindingen zijn dus heel wat minder toxisch dan andere zware metalen zoals lood en antimoon. De oplosbaarheid in het bloed is laag en wordt gemakkelijk afgevoerd met de urine.
• Toch kan er door te veel Bismuth inname een bismuth vergiftiging ontstaan. De nieren, lever en blaas kunnen aangedaan worden, soms de huid en ademhalingswegen en er vormt zich een zwarte afzetting op het tandvlees. verder diarree, misselijkheid, hoofdpijn, koorts, slapeloosheid, depressie en reumatische pijn.