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Steckbrief: Bismut

Informationen zum Element:

Bezeichnung

208,98

Symbol: Bi

Internationale Bezeichung (IUPAC): Bismut

Ursprung: Bismut oder Wismut ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Bi und der Ordnungszahl 83. Im Periodensystem steht es in der 5. Hauptgruppe oder Stickstoffgruppe.
Als eigenes Element wurde Wismut nach der Mitte des 18. Jahrhunderts durch die Chemiker Claude François Geoffroy, Johann Heinrich Pott, Carl Wilhelm Scheele und Torbern Olof Bergman nachgewiesen. Zuvor wurde er oft als Abart von Blei, Zinn, Antimon und andern Metallen oder Mineralien betrachtet, obwohl schon im 16. Jahrhundert Georgius Agricola eine genauere Unterscheidung versuchte.
Der Name des Metalls, der im Deutschen 1390 als wesemut und lat. 1450 als wismutum, 1530 als bisemutum erscheint, kann auf die in einer arabischen Dioskurides-Übersetzung des 9. Jahrhunderts belegte Form b[i]simutiyun zurückgeführt werden, die selbst wohl eine Transliteration von altgriechisch psimýthion Bleiweiß darstellt. Auch Entstellung aus arabisch itmid Antimon wurde angenommen; öfters wird außerdem auf die angeblich erste Mutung in der Zeche St. Georgen in der Wiesen bei Schneeberg im Erzgebirge im 15. Jahrhundert verwiesen, oder auf die Variante wis(se)mat, die weiße Masse bedeuten soll.
Das chemische Symbol Bi schlug Jens Jacob Berzelius im Jahr 1814 vor.

Bedeutung: altgr.: psimýthion = Bleiweiß

Daten Periodensystem

Periode: 6

Gruppe: 15 (V A)

Gruppenname: Stickstoffgruppe

Oxidationszahl: 3, (5)

Atommasse [u]: 208,98

Elektronegativität

Elektronegativität (nach Allred): 1,7

Elektronegativität (nach Pauling): 2,02

Physikalische Daten

Aggregatzustand (20°C): fest

Dichte [g/cm²]: 9,807

Radioativ: n

Schmelztemperatur [°C]: 271,52

Siedetemperatur [°C]: 1564

Kristallstruktur: rhomboedrisch

Verwendung im Alltag

Physikalische Eigenschaften: Bismut ist ein silberweißes, sprödes und grobkristallines Metall mit einem Stich ins Rosa. Es hat eine rhomboedrische Kristallstruktur mit sehr dicht gepackten Doppelschichten. Der kürzeste Abstand zwischen zwei Doppelschichten beträgt 352,9 pm, was nur um 15 % größer, als der kleinste Abstand zweier Atome innerhalb einer Doppelschicht ist.
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 und pyrolytischem Graphit – stärkste diamagnetische Eigenschaft. Das heißt, es wandert aus einem von außen angelegten Magnetfeld heraus.
Von Bismut sind zwei Modifikationen bekannt: Das bei Zimmertemperatur gewöhnliche Bismut bildet unter hohen Drücken (ab 9 GPa) ein kubisch-raumzentriertes Kristallgitter.
Flüssiges Bismut dehnt sich als einer von wenigen Stoffen beim Erstarren aus (Dichteanomalie). Dieses Phänomen ist auch bei Antimon, Gallium, Germanium, Silicium und Wasser zu beobachten.
Chemische Eigenschaften: Bismut ist bei Normaltemperatur an trockener Luft beständig. An feuchter jedoch bildet sich an der Oberfläche eine Oxidschicht. Des weiteren ist Bismut gegen Wasser und nichtoxidierende Säuren (Salzsäure und verdünnte Schwefelsäure) resistent. In oxidierenden Säuren (Salpetersäure oder heiße konzentrierte Schwefelsäure) wird Bismut unter Bildung von Bismutsalzen (BiX₃) gelöst.
Bei Rotglut verbrennt Bismut mit bläulicher Flamme zu einem braun-gelben Rauch – Bismut(III)-oxid (Bi₂O₃).
Unter Hitze verbindet sich Bismut mit den Halogenen, sowie mit Schwefel, Selen und Tellur direkt. Mit Stickstoff und Phosphor reagiert Bismut nicht.
Verwendung: Es findet Verwendung als Legierungsbestandteil niedrigschmelzender Legierungen, beispielsweise für das Woodsche Metall, das bereits bei 70 °C schmilzt, für Roses Metall mit einem Schmelzpunkt von 98 °C und für das bei 60 °C schmelzende Lipowitz'sche Metall. Die Legierung Bismanol mit Mangan ist ein starker Permanentmagnet.
Die chemische Verbindung Bismuttellurid erzeugt in Peltier-Elementen Kälte.
Bismutchloridoxid (BiOCl) wird als silberweißes Perlglanzpigment in Kosmetika verwendet. Das Phase-Change-Material einiger DVD-RAM enthält Bismut.
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.
Bismutoxid wird für die Herstellung von optischen Gläsern sowie als Sinterhilfsmittel in der technischen Keramik verwendet. Außerdem findet es bei der Positronen-Emissions-Tomographie Anwendung in Form von Bismutgermanat.
Eine Blei-Bismut-Legierung wurde in der Sowjetunion 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 weniger giftiger Ersatz für Blei bei Schrotmunition für Schusswaffen verwendet. Dies ist jedoch wenig verbreitet.
Bismutvanadat ist als ein hochwetterstabiles grünstichiges Gelb-Pigment im Einsatz und findet z. B. in hochwertigen Lacken, Dispersionsfarben für den Fassadeneinsatz, Kunststoffen und Druckfarben Verwendung.
Außerdem wird Bismut als Katalysator in der chemischen Industrie verwendet.
Medizinische Verwendung: Bismutverbindungen wie Dibismut-tris(tetraoxodialuminat), Bismutoxidnitrat (Bismutsubnitrat, basisches Bismutnitrat) finden als Reserve-Medikamente gegen Magen-Darm-Geschwüre Verwendung, da sie die Abheilung von Geschwüren und die Eradikation des Erregers Helicobacter pylori fördern. Die Anwendung erfolgt als sogenannte Quadruple-Therapie (Kombinationstherapie aus einem Protonenpumpenhemmer und einer klassischen Bismut-Triple-Therapie (Bismut-Salz, Tetrazyklin, Metronidazol)
Bismutverbindungen werden daneben zum Teil noch bei Durchfällen als Adstringentien sowie geruchsmildernd bei Mundgeruch und Flatulenz verwendet. Daneben werden einige Verbindungen (z.B. Bibrocathol) als Antiseptikum eingesetzt.
Außerdem findet Bismut diagnostisch bei der Positronen-Emissions-Tomographie Anwendung in Form von Bismutgermanat als Detektormaterial des Tomographiegeräts.
Historisch wurde Bismut am Ende des 19. Jahrhunderts als Bestandteil von Wundpulvern (z. B. Dermatol) eingesetzt. Seit den 1920er Jahren fand es Verwendung als Mittel gegen die Syphilis. Es wurde jedoch vollständig durch moderne Antibiotika ersetzt.
Bismutsalze wurden zudem als Röntgenkontrastmittel zur Darstellung des Magen-Darm-Trakts (sog. Wismutmahlzeit) verwendet. Hier wurde Bismut durch Bariumsulfat ersetzt. Bismutgallat wird in einer Hautsalbenrezeptur nach Stolte verwendet, die Salbe kann für die Behandlung entzündlicher Hautstellen bei Säuglingen verwendet werden.
Vergiftung: Eine Bismutvergiftung (Bismutismus) ist aufgrund der schlechten Resorption im Magen-Darm-Trakt selten. Sie ähnelt weitgehend einer Quecksilbervergiftung. Typisch sind das Auftreten eines schiefergrauen bis schwarzen Bismutsaums (Bismutsulfid-Ablagerung) an der Mundschleimhaut mit Ausbildung einer Mundschleimhautentzündung (Stomatitis) und Gingivitis (mit Zahnlockerung, -ausfall), Darmentzündungen (Enteritis) mit Durchfällen sowie Nierenschäden (Bismutnephropathie).

Vorkommen und Häufigkeit

Vorkommen: Gediegenes Bismut konnte bisher (Stand: 2010) in der Natur an rund 1250 Fundorten nachgewiesen werden. Die Fundstätten liegen vor allem in Australien, Bolivien, China, Kanada, Mexiko, Peru und Spanien, historisch in Bieber im Spessart und im Erzgebirge, wo Bismut sowohl in reiner (gediegener) Form als auch als Sulfid (Bismuthinit), Selenid (Selenidbismutglanz) und Oxid (Bismit) gefunden wird. Außerdem kommt Bismut, ebenso wie Antimon und Arsen, gelegentlich als Doppelsulfid vor: Galenobismutit (PbBi₂S₄), Lillianit (Pb₃Bi₂S₆), Silberbismutglanz (AgBiS₂), Kupferbismutglanz (CuBiS₂) und Kupferbismutblende (Cu₆Bi₂S₆). Bekannt ist auch noch ein Tellur-Sulfid in Form von Tellurbismut (Bi₂Te₂S) und ein Silicat namens Eulytin (Bi₄(SiO₄)₃). Insgesamt sind einschließlich gediegenem Bismut rund 230 Bismut-Minerale bekannt.
Bismut kommt als Begleitmetall in Blei-, Kupfer- und Zinnerzen in gebundener Form vor. In Granit und Gneis findet man es in freier Form.