Bismut

Eigenschaften des Elements

Stoffkonstanten und Häufigkeit des Vorkommens in der Natur

Dichte in bei 25 °C	9,8
Härte nach Mohs und Brinell	2,5; 7 · 107
Schallgeschwindigkeit in	1792
Schmelztemperatur in °C	271
spezifische Schmelzwärme in	52,2
Siedetemperatur in °C	1560
spezifische Verdampfungswärme in	725
Standardentropie S0 in	57
Wärmeleitfähigkeit in bei 27°C	7,87
spezifische Wärmekapazität in bei 25°C	0,122
Volumenausdehnungskoeffizient in 10- 3
spez. elektrischer Widerstand in	1,1680
Anteil in der Erdhülle in % (Atmosphäre, Wasser, Erdkruste bis 10 km Tiefe)	0,000 02

Bismut

Isotope des Elements

Bismut ist ein anisotopes Element und kommt in der Natur nur in der Form eines einzelnen stabilen Isotops vor. Künstlich sind noch 30 weitere radioaktive Isotope hergestellt worden. Nur einige davon sind in der folgenden Tabelle dargestellt.

Ordnungszahl Z	Massen- zahl A	Atommasse in u	Häufigkeit in %	Art der Strahlung und Energie in MeV	Halbwertszeit
83	209	208,980 394	100%
	210	209,984 121		β : 1,2	5,0 d
	211	210,987 30		α: 6,6229	2,15 min.
	212	211,991 279		β :: 2,3; :6,34	60,6 min.
	214	213,998 69		β : 1,5	20 min.

Energieniveauschema

Weitere Eigenschaften

Bismut (α-Bismut) ist ein rötlich weiß glänzendes und weiches Schwermetall. Es ist niedrig schmelzend. Das reine Element ist wenig spröde, jedoch erhöht sich die Sprödigkeit bereits bei geringen Verunreinigungen. Bismut leitet Wärme und elektrischen Strom schlecht. Bismut besitzt von allen Metallen den größten Diamagnetismus. Geschmolzenes Bismut dehnt sich wie Wasser, Antimon, Germanium, und Gallium beim Erstarren aus. Mit Silber, Gold, Kupfer, Quecksilber, Blei, Zinn und den Platinmetallen geht es leicht Legierungen ein, die ebenfalls wie Bismut einen negativen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. In seinen Verbindungen bildet Bismut die Oxidationsstufen -III, I, III und V aus, wobei die Stufe III die häufigste und beständigste ist. Es ist ein schwach elektropositives, edles Halbmetall. Der metallische Charakter zeigt sich in der Tendenz, Kationen zu bilden, die leicht hydrolysiert werden und dabei Salze bilden. Bei Raumtemperatur ist das Metall an trockener Luft beständig, an feuchter Luft wird es oberflächlich oxidiert. Bei hoher Temperatur verbrennt es an Luft mit bläulicher Flamme zu gelbem Bismut(III)-oxid. Mit molekularem Chlor verbindet es sich bei Erwärmung zu Bismut(III)-Chlorid., dabei kommt es zu Feuererscheinungen. In der Hitze reagiert es auch direkt mit Brom, Iod, Schwefel, Phosphor, Selen, Tellur und Stickstoff. Nichtoxidierende Säuren und Wasser greifen Bismut nicht an, jedoch wird es in oxidierenden Säuren unter Bildung von Bismut(III)-Salzen angegriffen und oxidiert. Neben ionischen Bindungen geht Bismut auch kovalente Bindungen ein. Das Bi-Isotop mit der Messenzahl 209 ist das schwerste stabile Nuklid. Alle schwereren Elemente bestehen nur aus radioaktiven Isotopen.

Entdeckung

Bismut wurde schon im 15. Jh. von sächsischen Bergleuten im Erzgebirge entdeckt, obwohl es zu dieser Zeit oft mit Antimon, Zink oder Zinn verwechselt wurde. PARACELSUS beschreibt 1527 das «Wismat» als Bastard des Zinns. 1530 schildert GEORGIUS AGRICOLA (1494 - 1555) die Herstellung des Metalls und nennt es Plumbum cinererum (aschgraues Blei). 1775 erkannten die schwedischen Chemiker CARL WILHELM SCHEELE und TORBERN OLOF BERGMAN die Elementnatur des Bismuts.

Vorkommen/Herstellung

Bismut gehört zu den relativ seltenen Elementen auf der Erde und steht an 65. Stelle der Elementhäufigkeit. In der Natur findet sich das Metall sehr weit verbreitet, jedoch nicht in größeren Lagerstätten. Es kommt sowohl gediegen in Blei-, Kupfer-, Antimon-, Silber- oder Golderzen als auch in kationischer gebundener Form verschiedener Sulfide und Oxide vor. In Südamerika, Mexiko, Peru, China, Australien, Kanada und Spanien liegen die Hauptvorkommen. Bismut wird überwiegend als Nebenprodukt bei der Verhüttung von Schwermetallerzen, vor allem bei der Aufarbeitung von Blei-, Kupfer- und Zinnerzen gewonnen. Es existieren verschiedene Verfahren:
- Reduktionsarbeit: Oxidische Bismuterze werden in Tiegel- oder Flammöfen mit Kohle zu Bismut reduziert.
- Röstreduktionsverfahren: Sulfidische Bismuterze werden in Drehöfen bei 500 °C geröstet und anschließend das Oxid mit Kohle zum Metall reduziert
. - Niederschlagsverfahren: Hierbei werden sulfidische Bismuterze mit Eisen reduziert. Durch oxidierendes Schmelzen wird das Rohbismut von Beimengungen wie Antimon, Arsen, Blei, Eisen u. a. befreit. Durch anschließendes Zonenschmelzverfahren kann man Bismut mit einem Reinheitsgrad von 99,999 % gewinnen.

Verwendung

Das Metall wird hauptsächlich verwendet, um leicht schmelzbare Legierungen vor allem mit Blei und Zinn herzustellen. Die wichtigsten Legierungen wären: Rosesches Metall, Woodsches Metall und die Lipowitz-Legierung. Die Legierungen werden vor allem als Weichlote, Heizbadflüssigkeiten, zum Bau von Schmelzsicherungen, Sicherheitsverschlüssen, automatischen Feuermelde-, Löschanlagen verwendet. Reines Bismut wird aufgrund seiner niedrigen Schmelztemperatur und des niedrigen Absorptionsquerschnittes für thermische Neutronen, im flüssigen Zustand als Kühlmittel oder als Brennstoffträger in Hochleistungsreaktoren eingesetzt. In der chemischen Industrie wird es als Katalysator oder zur Herstellung von Elektroden für pH-Messungen eingesetzt. In der pharmazeutischen Industrie werden Bismutverbindungen eingesetzt. In der Chemotherapie sowie als Antiseptika, Diruetika spielen Bismutverbindungen keine große Rolle mehr.

Wichtige Verbindungen

Generell sind Verbindungen des Bismuts noch weniger wichtig als die der leichteren Gruppenhomologen Arsen (As) und Antimon (Sb). Unter den Oxiden sind Bi₂O₃ und
Bi₂O₅ sowie deren Säuren,
H₃BiO₃ und H₃BiO₄, erwähnenswert. Die Tri- und Pentahalogenide, BiX₃ und BiX₅, sind ebenfalls bekannt. Bismutwasserstoff, BiH₃, ist sehr unbeständig.

Bau

Bismut kristallisiert in einem rhomboedrischen Metallgitter.