Bizmut (Bi) ‒ właściwości, działanie i występowanie
Statystyczny człowiek niewiele słyszał i wie o bizmucie (Bi). A tymczasem jest to pierwiastek o dziesiątkach fascynujących zastosowań i nie mniej imponujących formach fizycznych. Oznaczany symbolem Bi, wziął nazwę najprawdopodobniej od staroniemieckiego określenia „wismut”, które w wolnym tłumaczeniu oznacza „białą masę”. Co ciekawe, w przeciwieństwie do wielu innych rzadkich pierwiastków, bizmut znany jest ludzkości już od stuleci, choć jego realną wartość zaczęto doceniać dopiero przed ćwierćwieczem!
Bizmut to pierwiastek zaliczany do grupy metali przejściowych, a na tablicy Mendelejewa umiejscowiony jest między ołowiem a radonem. W bardzo małych ilościach występuje w kościach i krwi człowieka, ale nie wiemy dotąd czy pełni tam jakąś funkcję biologiczną czy też jest dziełem naturalnego przypadku. Na szczęście, na większość innych pytań o bizmut potrafimy już dość jasno odpowiedzieć…
Historia bizmutu
Ponieważ bizmut znany jest ludzkości od czasów starożytnych, nikt nie zasłużył sobie na miano jego odkrywcy. Paradoksalnie jednak, mimo że antyczni mieli go często w swoich rękach, nie potrafili odróżnić go od innych metali – mylono go na pewno z ołowiem, cyną czy antymonem. W rzeczy samej uważa się, że bizmut należał do grona 10 najwcześniej używanych przez ludzkość metali – Inkowie na przykład wykorzystywali go w stopach służących do wyrobu noży!
W średniowieczu górnicy wierzyli, że bizmut jest pośrednim etapem formowania się srebra, ale w pierwszej połowie XVI w. niemiecki uczony, mineralog i metalurg, Georgius Agricola, jako pierwszy opisał go jako oddzielny metal stosując łacińską nazwę bisemutium, wzorowaną na wcześniejszych niemieckich określeniach. Dopiero w XVIII w. jednak bizmut doczekał się stosownej uwagi ze strony naukowców – wtedy też przełomowe prace na temat jego wyjątkowych atrybutów opublikowali chemicy Johann Heinrich Pott oraz Claude-François Geoffroy. Przemysłowa produkcja bizmutu na dobre rozpoczęła się w latach 30-tych XIX w.
Właściwości bizmutu – jakie związki tworzy?
Bizmut jest metalem twardym, połyskliwy, kruszącym się i wyraźnie krystalicznym, o dość grubej strukturze. Spośród wszystkich innych metali wyróżnia go barwa: biało-szara z subtelnym tonem czerwieni. Jego temperatura topnienia wynosi 271.3 stopni C, zaś temperatura wrzenia 1560 stopni C. Gdy przechodzi w stan stały z ciekłego, jego objętość zwiększa się o ok. 3%. Nie poddaje się działaniu pola magnetycznego (określany jest jako diamagnetyk), a jako jego przewodnictwo prądu elektrycznego jest bardzo niskie – tylko rtęć jest gorszym przewodnikiem!
Pozostawiony na powietrzu w temperaturze pokojowej nie matowieje, ale po podgrzaniu szybko się utlenia, tworząc tlenki o charakterystycznym żółtym odcieniu. Nie reaguje wcale na kwas chlorowodorowy, lekko na podgrzany kwas siarkowy, ale za to rozpuszcza się całkowicie w kwasie azotowym. Łatwo tworzy związki z siarką, fluorem, chlorem, jodem oraz bromem, a ponadto sole azotowe. Współcześni naukowcy prowadzą badania nad potencjałem chemicznym bizmutu, rozwijając na jego bazie wciąż nowe katalizatory, polianiony i polikationy, a ogólniej rzecz ujmując, związki o niespotykanej dotąd strukturze.
W warunkach laboratoryjnych czysty bizmut tworzy niezwykle kolorowe, atrakcyjne kryształy, które sprzedawane są czasem jako kamienie ozdobne lub kolekcjonerskie.
Ciekawostka:
Bizmut posiada liczne izotopy, ale tylko jeden ma charakter pierwotny: bizmut-209. Dawniej uważano go za najcięższy stabilny pierwiastek na świecie, ale w 2003 r. udowodniono jego lekką radioaktywność. Czas połowicznego rozpadu jest jednak określany na… miliard razy dłuższy niż szacowany wiek wszechświata!
Występowanie i wydobycie bizmutu
Szacunki dotyczące kosmosu mówią, że na jeden atom bizmutu przypada ok. 7 milionów atomów krzemu! W skorupie ziemskiej jest go mniej więcej tyle samo co srebra i dwa razy więcej niż złota. Występuje przy tym zarówno w czystej postaci jako żyły w rudach ołowiu, cynku, cyny i srebra, jak i w formie związków: przede wszystkim tlenków i węglanów.
Do celów komercyjnych bizmut produkuje się w procesie wytapiania i rafinacji wspomnianych wyżej metali – jest on w zasadzie produktem ubocznym innych procesów metalurgicznych. Pokaźne złoża znajdują się m.in. w Australii, Wietnamu, Meksyku, Boliwii, Kanadzie, Anglii i Niemczech, ale od kilku dobrych lat do Chiny są czołowym producentem bizmutu na świecie. Bizmut można ponadto otrzymać redukując jego tlenki za pomocą węgla lub podgrzewając siarczki w obecności żelaza. Surowy bizmut wciąż jednak zanieczyszczony jest innymi metalami, które w finalnym etapie produkcji usuwa się z pomocą chloru gazowego, uzyskując surowiec o czystości ponad 99%.
Zastosowania bizmutu
Na świecie bizmut wykorzystywany jest w dość niskich ilościach w porównaniu z innymi metalami, ale w szerokim wachlarzu zastosowań. Dla przykładu w Stanach Zjednoczonych w 2016 r. zużyto zaledwie 733 ton, zaś 70% z nich trafiła do przemysłu farmaceutycznego, kosmetycznego oraz wyrobu farb.
W tym momencie warto wspomnieć o bardzo ciekawym wykorzystaniu charakterystycznego połysku bizmutu – chlorek tlenek bizmutu dodawany do cieni do powiek, lakierów do włosów i lakierów do paznokci nadaje kosmetykom pożądanego perłowego blasku. Jako biały, doskonale odbijający światło pigment wanadan bizmutu jest także dodawany do farb, podobnie jak tlenek bizmutu, który z kolei daje piękny żółty odcień, skutecznie konkurujący z pigmentami na bazie kadmu.
Ponadto bizmut wykorzystywany jest w stopach z innymi metalami, którym nadaje swoje unikalne właściwości – np. niską temperaturę topnienia czy zwiększanie objętości przy przechodzeniu do stanu stałego. W rezultacie pomaga uzyskiwać perfekcyjnie gładkie odlewy, a ponadto znajduje zastosowanie w produkcji sprzętu wykrywającego ogień orz bezpieczników elektrycznych. Małe koncentracje bizmutu poprawiają mechaniczne właściwości aluminium, stali i innych stopów, zaś w stanie ciekłym wykorzystywany jest jako nośnik dla paliwa i substancja chłodząca w reaktorach nuklearnych. Stop bizmutu i manganu, znany pod nazwą bismanolu, jest natomiast permanentnym magnesem, który dawniej wykorzystywano w mniejszych silnikach.
Bizmut stosowany jest również jako katalizator w procesie produkcji syntetycznej gumy oraz włókien, jako składnik past lutowniczych, element produktów pirotechnicznych, a ponadto zaczyna coraz częściej zastępować ołów w amunicji. Co ciekawe, kule z jego zwartością uważane są powszechnie za mnie śmiertelne!
Bizmut jako lek?
Przyglądając się powyższym przemysłowym zastosowaniom trudno jest uwierzyć, że bizmut wykorzystywany jest również w produkcji leków. Jego związki, przede wszystkim sole, są tymczasem od wieków stosowane do łagodzenia niestrawności i leczenia ran. Wynika to przede wszystkim z właściwości odkażających i bakteriobójczych. Dawniej leki bizmutowe były ważnym orężem w walce z syfilisem, ale dziś zasadowy salicylan bizmutawy jest przede wszystkim uznanym antidotum na niestrawność, nudności, biegunkę oraz zgagę. Bywa również przepisywany jako część terapii wrzodów żołądka wywołanych bakterii H. pylori. Ponadto preparaty na bazie bizmutu podawane są pacjentom przed badaniem RTG, aby podkreślić wyrazistość układu pokarmowego na zdjęciu.
Co więcej, trwają badania nad wykorzystaniem związków bizmutu do leczenia chorób pasożytniczych (m.in. leiszmaniozy), niedotlenienia krwi, a nawet guzów nowotworowych.
Czy bizmut jest szkodliwy?
Mimo że jest metalem ciężkim, bizmut generalnie uważany jest za nietoksyczny, co tłumaczy jego zastosowanie w lekach. W ostatnich latach poddaje się jednak w wątpliwość 100% pewność tego twierdzenia. Wiemy na przykład z całą pewnością, że rozpuszczalne, nieorganiczne związki bizmutu są szkodliwe dla zdrowia. Ponadto opisane są przypadki zatrucia bizmutem, które manifestuje się charakterystyczną formacją czarnego osadu na dziąsłach – leczy się je lekami stosowanymi przy zatruciu innymi metalami ciężkimi, ale ich efektywność nie jest bezwzględnie potwierdzona. Przyjmowanie leków z bizmutem nie wydaje się być zagrożeniem dla zdrowia, ale warto mieć na uwadze, że w ilościach śladowych pozostaje w nerkach przez długie lata.
Tym niemniej, wraz z rosnącą świadomością na temat szkodliwości związków ołowiu, bizmut coraz częściej zastępuje ów kontrowersyjny metal, co tłumaczy jego stale rosnącą cenę w ostatnich latach. Nie jest uważany na niebezpieczny odpad, więc nie spotka się ze sprzeciwem ze strony ekologów, choć jego kosmetyczne i farmakologiczne zastosowania (dominujące!) praktycznie uniemożliwiają racjonalną recyklację. Rola bizmutu w zanieczyszczeniu środowiska nie jest do końca poznana – prawdopodobnie jego kumulacja jest niższa niż w przypadku innych metali ciężkich, ale na definitywne wnioski przyjdzie nam jeszcze poczekać.
- Carol Stoll; "Facts About Bismuth"; https://www.livescience.com/39451-bismuth.html; 2021-04-23;
- Brittanica; "Bismuth"; https://www.britannica.com/science/bismuth; 2021-04-23;
- Royal Society of Chemistry; "Bismuth"; https://www.rsc.org/periodic-table/element/83/bismuth; 2021-04-23;
- WebMD; "Bismuth"; https://www.webmd.com/drugs/2/drug-8061/bismuth-oral/details; 2021-04-23;
- Mercouri Kanatzidis i in.; "Bismuth—The Magic Element"; https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.inorgchem.0c00222; 2021-04-23;
Jak by tak jeszcze sprawdzić treść przed publikacją to byłoby super. Żenujące są te błędy. Naprawdę przyjemnie czytać, że dziennikarze internetowi to partacze? Czy lenie?