Bizmut

Bizmut, ₈₃Bi ⓘ
Bizmut
Telaffuz	/ˈbɪzməθ/ (BIZ-məth)
Görünüş	parlak kahverengimsi gümüş
Standart atom ağırlığı Ar°(Bi)	208.98040±0.00001; 208,98±0,01 (kısaltılmış);
Periyodik tabloda bizmut
	kurşun ← bizmut → polonyum
Atom numarası (Z)	83
Grup	grup 15 (pnictogens)
Dönem	dönem 6
Blok	p-blok
Elektron konfigürasyonu	[[[Ksenon\|Xe]]] 4f14 5d10 6s2 6p3
Kabuk başına elektron	2, 8, 18, 32, 18, 5
Fiziksel özellikler
STP'de Faz	katı
Erime noktası	544,7 K (271,5 °C, 520,7 °F)
Kaynama noktası	1837 K (1564 °C, 2847 °F)
Yoğunluk (r.t.'ye yakın)	9,78 g/cm3
sıvı olduğunda (m.p.'de)	10,05 g/cm3
Füzyon ısısı	11,30 kJ/mol
Buharlaşma ısısı	179 kJ/mol
Molar ısı kapasitesi	25,52 J/(mol-K)
Atomik özellikler
Oksidasyon durumları	-3, -2, -1, +1, +2, +3, +4, +5 (hafif asidik bir oksit)
Elektronegatiflik	Pauling ölçeği: 2.02
İyonlaşma enerjileri	1: 703 kJ/mol ; 2.: 1610 kJ/mol ; 3.: 2466 kJ/mol ; (daha fazla) ;
Atomik yarıçap	ampi̇ri̇k: 156 pm
Kovalent yarıçap	148±4 pm
Van der Waals yarıçapı	207 pm
	Bizmutun spektral çizgileri
Diğer özellikler
Doğal oluşum	ilkel
Kristal yapı	rhombohedral
Ses hızı ince çubuk	1790 m/s (20 °C'de)
Termal genleşme	13,4 µm/(m⋅K) (25 °C'de)
Termal iletkenlik	7,97 W/(m⋅K)
Elektriksel direnç	1,29 µΩ⋅m (20 °C'de)
Manyetik sıralama	diamanyetik
Molar manyetik duyarlılık	-280,1×10-6 cm3/mol
Young modülü	32 GPa
Kayma modülü	12 GPa
Yığın modülü	31 GPa
Poisson oranı	0.33
Mohs sertliği	2.25
Brinell sertliği	70-95 MPa
CAS Numarası	7440-69-9
Tarih
Keşif	Arap simyacılar (MS 1000'den önce)
Bizmutun ana izotopları
α	206Tl
α	206Tl
	Kategori Bizmut; görünüm; konuşmak; Düzenle; \| referanslar

Bizmut, Bi sembolüne ve 83 atom numarasına sahip kimyasal bir elementtir. Geçiş sonrası bir metaldir, radyoaktiftir ve daha hafif grup 15 kardeşleri arsenik ve antimona benzeyen kimyasal özelliklere sahip piktojenlerden biridir. Elementel bizmut doğal olarak oluşabilir ve sülfür ve oksit formları önemli ticari cevherlerdir. Serbest elementin yoğunluğu kurşunun %86'sı kadardır. Taze üretildiğinde gümüşi beyaz renge sahip kırılgan bir metaldir, ancak yüzey oksidasyonu ince film paraziti nedeniyle renkli yanardöner bir görünüm verebilir. Bizmut en doğal diyamanyetik elementtir ve metaller arasında en düşük termal iletkenlik değerlerinden birine sahiptir. ⓘ

Bizmut uzun zamandır kararlı olan en yüksek atom kütlesine sahip element olarak kabul ediliyordu, ancak 2003 yılında son derece zayıf radyoaktif olduğu keşfedildi: tek ilkel izotopu olan bizmut-209, evrenin tahmini yaşının bir milyar katından daha fazla bir yarı ömürle alfa bozunumu yoluyla bozunur. Muazzam derecede uzun yarılanma ömrü nedeniyle, bizmut neredeyse tüm amaçlar için hala kararlı kabul edilebilir. ⓘ

Bizmut metali, bazı fiziksel özellikleri paylaşan kurşun ve kalayla sık sık karıştırılmasına rağmen, eski çağlardan beri bilinmektedir. Etimolojisi belirsizdir, ancak kelime on altıncı yüzyılın ortalarında Yeni Latince bisemutum veya bisemutium'a çevrilen Almanca weiße Masse veya Wismuth 'beyaz kütle' kelimelerinden geliyor olabilir. ⓘ

Ana kullanım alanları

Bizmut bileşikleri, bizmut üretiminin yaklaşık yarısını oluşturmaktadır. Bunlar kozmetikte, pigmentlerde ve ishal tedavisinde kullanılan bizmut subsalisilat başta olmak üzere birkaç farmasötik üründe kullanılmaktadır. Bizmutun katılaştıkça genleşmeye olan olağandışı eğilimi, baskı tipi dökümünde olduğu gibi bazı kullanımlarından sorumludur. Bizmut, bir ağır metal için alışılmadık derecede düşük toksisiteye sahiptir. Son yıllarda kurşunun toksisitesi daha belirgin hale geldiğinden, kurşun yerine bizmut alaşımlarının (şu anda bizmut üretiminin yaklaşık üçte biri) kullanımı artmaktadır. ⓘ

Tarihçe ve etimoloji

Bizmut metali çok eski zamanlardan beri bilinmektedir; keşfedilen ilk 10 metalden biridir. Bizmut adı 1660'lardan kalmadır ve etimolojisi belirsizdir; muhtemelen Eski Yüksek Almanca hwiz ("beyaz") ile ilgili olan eski Almanca Bismuth, Wismut, Wissmuth'tan (16. yüzyılın başları) gelmektedir. Yeni Latince bisemutium (birçok Almanca madencilik ve teknik kelimeyi Latinceleştiren Georgius Agricola'dan dolayı) Almanca Wismuth'tan, belki de weiße Masse, "beyaz kütle "den gelmektedir. ⓘ

Bu element ilk zamanlarda kalay ve kurşun ile karıştırılmıştır çünkü bu elementlere benzerlik göstermektedir. Bizmut çok eski zamanlardan beri bilindiği için, keşfi tek bir kişiye atfedilmez. Agricola (1546) bizmutun kalay ve kurşunu da içeren bir metal ailesi içinde ayrı bir metal olduğunu belirtmiştir. Bu, metallerin ve fiziksel özelliklerinin gözlemlenmesine dayanıyordu. ⓘ

Simya çağındaki madenciler de bizmuta tectum argenti yani "yapılmakta olan gümüş" adını vermişlerdir. ⓘ

Bizmut İnkalar tarafından da biliniyordu ve bıçaklar için özel bir bronz alaşımında (normal bakır ve kalayla birlikte) kullanılıyordu. ⓘ

Torbern Bergman tarafından kullanılan simya sembolü (1775) ⓘ

1738'de Johann Heinrich Pott, Carl Wilhelm Scheele ve Torbern Olof Bergman ile başlayarak kurşun ve bizmutun farklılığı netleşti ve Claude François Geoffroy 1753'te bu metalin kurşun ve kalaydan farklı olduğunu gösterdi. ⓘ

Özellikler

Sol: Bizmut hazne kristali, yüzeyindeki oksit filmi içinde ışığın girişimiyle üretilen merdiven basamaklı kristal yapısını ve yanardöner renkleri sergiliyor. Sağ: 1 cm³ küp oksitlenmemiş bizmut metali ⓘ

Fiziksel özellikler

Bizmutun basınç-sıcaklık faz diyagramı. T_C süperiletken geçiş sıcaklığını ifade eder ⓘ

Bizmut koyu, gümüş-pembe renk tonuna sahip kırılgan bir metaldir ve genellikle sarıdan maviye kadar birçok renk gösteren yanardöner bir oksit kararmaya sahiptir. Bizmut kristallerinin spiral, merdiven basamaklı yapısı, dış kenarlarda iç kenarlara göre daha yüksek bir büyüme oranının sonucudur. Kristalin yüzeyinde oluşan oksit tabakasının kalınlığındaki değişimler, yansıma üzerine farklı dalga boylarındaki ışığın karışmasına ve böylece gökkuşağı renklerinin ortaya çıkmasına neden olur. Oksijen içinde yakıldığında bizmut mavi bir alevle yanar ve oksidi sarı dumanlar oluşturur. Toksisitesi periyodik tablodaki kurşun, antimon ve polonyum gibi komşularından çok daha düşüktür. ⓘ

Başka hiçbir metalin bizmuttan daha doğal olarak diyamanyetik olmadığı doğrulanmıştır. (Süperdiamanyetizm farklı bir fiziksel olgudur.) Herhangi bir metal arasında en düşük termal iletkenlik değerlerinden birine (manganez ve belki de neptünyum ve plütonyumdan sonra) ve en yüksek Hall katsayısına sahiptir. Yüksek bir elektrik direncine sahiptir. Bir alt tabaka üzerinde yeterince ince tabakalar halinde biriktirildiğinde, bizmut geçiş sonrası bir metal olmasına rağmen bir yarı iletkendir. Elementel bizmut sıvı fazda katıdan daha yoğundur; bu özelliği germanyum, silikon, galyum ve su ile paylaşır. Bizmut katılaşma sırasında %3,32 oranında genleşir; bu nedenle uzun süre düşük erimeli dizgi alaşımlarının bir bileşeni olmuştur ve burada diğer alaşım bileşenlerinin büzülmesini telafi ederek neredeyse izostatik bizmut-kurşun ötektik alaşımları oluşturmuştur. ⓘ

Doğada neredeyse hiç görülmemesine rağmen, yüksek saflıktaki bizmut kendine özgü, renkli hazne kristalleri oluşturabilir. Nispeten toksik değildir ve 271 °C'nin hemen üzerinde düşük bir erime noktasına sahiptir, bu nedenle kristaller ev tipi bir soba kullanılarak yetiştirilebilir, ancak elde edilen kristaller laboratuvarda yetiştirilen kristallerden daha düşük kalitede olma eğiliminde olacaktır. ⓘ

Ortam koşullarında bizmut, arsenik ve antimonun metalik formlarıyla aynı katmanlı yapıyı paylaşır ve trigonal kristal sisteminin rombohedral kafesinde (Pearson sembolü hR6, uzay grubu R3m No. 166) kristalleşir. Oda sıcaklığında sıkıştırıldığında, bu Bi-I yapısı önce 2,55 GPa'da monoklinik Bi-II'ye, ardından 2,7 GPa'da tetragonal Bi-III'e ve son olarak 7,7 GPa'da gövde merkezli kübik Bi-V'ye dönüşür. İlgili geçişler elektrik iletkenliğindeki değişiklikler yoluyla izlenebilir; oldukça tekrarlanabilir ve anidirler ve bu nedenle yüksek basınçlı ekipmanın kalibrasyonu için kullanılırlar. ⓘ

Kimyasal özellikler

Bizmut normal sıcaklıklarda hem kuru hem de nemli havaya karşı kararlıdır. Kırmızı-sıcak olduğunda, bizmut(III) oksit yapmak için su ile reaksiyona girer. ⓘ

2 Bi + 3 H₂O → Bi₂O₃ + 3 H_{2 ⓘ}

Flor ile reaksiyona girerek 500 °C'de bizmut(V) florür veya daha düşük sıcaklıklarda bizmut(III) florür (tipik olarak Bi eriyiklerinden) oluşturur; diğer halojenlerle sadece bizmut(III) halojenürler verir. Trihalidler aşındırıcıdır ve nem ile kolayca reaksiyona girerek BiOX formüllü oksihalidler oluşturur. ⓘ

4 Bi + 6 X₂ → 4 BiX₃ (X = F, Cl, Br, I)

4 BiX₃ + 2 O₂ → 4 BiOX + 4 X_{2 ⓘ}

Bizmut, konsantre sülfürik asit içinde çözünerek bizmut(III) sülfat ve sülfür dioksit oluşturur. ⓘ

6 H₂SO₄ + 2 Bi → 6 H₂O + Bi₂(SO₄)₃ + 3 SO_{2 ⓘ}

Bizmut(III) nitrat yapmak için nitrik asit ile reaksiyona girer. ⓘ

Bi + 6 HNO₃ → 3 H₂O + 3 NO₂ + Bi(NO₃)_{3 ⓘ}

Aynı zamanda hidroklorik asitte de çözünür, ancak sadece oksijen mevcutken. ⓘ

4 Bi + 3 O₂ + 12 HCl → 4 BiCl₃ + 6 H₂O ⓘ

Alkali toprak metal komplekslerinin sentezinde transmetalleştirici ajan olarak kullanılır:

3 Ba + 2 BiPh₃ → 3 BaPh₂ + 2 Bi ⓘ

İzotoplar

Bizmutun tek ilksel izotopu olan bizmut-209, geleneksel olarak en ağır kararlı izotop olarak kabul edilirdi, ancak teorik gerekçelerle uzun süredir kararsız olduğundan şüpheleniliyordu. Bu durum nihayet 2003 yılında Fransa'nın Orsay kentindeki Institut d'Astrophysique Spatiale'deki araştırmacıların ²⁰⁹'un alfa emisyon yarı ömrünü ölçmesiyle kanıtlandı.
Bi
2,01×10¹⁹ yıl (3 Bq/Mg), yani evrenin mevcut tahmini yaşından bir milyar kat daha uzun. Olağanüstü uzun yarı ömrü nedeniyle, şu anda bilinen tüm tıbbi ve endüstriyel uygulamalar için bizmut kararlı ve radyoaktif değilmiş gibi ele alınabilir. Radyoaktivite akademik açıdan ilgi çekicidir çünkü bizmut, laboratuvarda tespit edilmeden önce radyoaktivitesinden şüphelenilen ve teorik olarak tahmin edilen birkaç elementten biridir. Bizmut bilinen en uzun alfa bozunumu yarı ömrüne sahiptir, ancak tellür-128'in 2,2×10²⁴ yıldan fazla bir çift beta bozunumu yarı ömrü vardır. Bizmutun son derece uzun yarı ömrü, Dünya gezegeninin oluşumunda mevcut olan bizmutun yaklaşık milyarda birinden daha azının o zamandan beri talyuma bozunmuş olacağı anlamına gelir. ⓘ

Aktinyum, radyum ve toryumun radyoaktif parçalanma zincirlerinde kısa yarı ömürlü birkaç bizmut izotopu ortaya çıkar ve daha fazlası deneysel olarak sentezlenmiştir. Bizmut-213 ayrıca neptünyum-237 ve uranyum-233'ün bozunma zincirinde de bulunur. ⓘ

Ticari olarak, radyoaktif izotop bizmut-213, radyumun doğrusal bir parçacık hızlandırıcıdan gelen bremsstrahlung fotonları ile bombardıman edilmesiyle üretilebilir. 1997 yılında, 45 dakikalık yarı ömre sahip olan ve bir alfa parçacığının yayılmasıyla bozunan bizmut-213 içeren bir antikor konjugatı, lösemili hastaları tedavi etmek için kullanılmıştır. Bu izotop kanser tedavisinde, örneğin hedefe yönelik alfa terapi (TAT) programında da denenmiştir. ⓘ

Kimyasal bileşikler

Bizmut, üç değerlikli ve beş değerlikli bileşikler oluşturur, üç değerlikli olanlar daha yaygındır. Kimyasal özelliklerinin çoğu arsenik ve antimonunkilere benzer, ancak bu hafif elementlerin türevlerinden daha az toksiktirler. ⓘ

Oksitler ve sülfürler

Yüksek sıcaklıklarda, metalin buharları oksijenle hızla birleşerek sarı trioksit, Bi
₂O
₃. Erimiş haldeyken, 710 °C'nin üzerindeki sıcaklıklarda, bu oksit her türlü metal oksidi ve hatta platini aşındırır. Bir baz ile reaksiyona girdiğinde iki seri oksiyanyon oluşturur: BiO-
₂, polimeriktir ve doğrusal zincirler oluşturur ve BiO3-
₃. Li'deki anyon
₃BiO
₃ kübik oktamerik bir anyondur, Bi
₈O24-
₂₄, Na'daki anyon ise
₃BiO
₃ tetrameriktir. ⓘ

Koyu kırmızı bizmut(V) oksit, Bi
₂O
₅, kararsızdır, O
₂ gazına dönüşür. NaBiO₃ bileşiği güçlü bir oksitleyici maddedir. ⓘ

Bizmut sülfür, Bi
₂S
₃, bizmut cevherlerinde doğal olarak oluşur. Ayrıca erimiş bizmut ve sülfürün birleşimiyle de üretilir. ⓘ

Bizmut oksiklorür (BiOCl) yapısı (bismoklit minerali). Bizmut atomları gri, oksijen kırmızı, klor yeşil olarak gösterilmiştir. ⓘ

Bizmut oksiklorür (BiOCl, sağdaki şekle bakınız) ve bizmut oksinitrat (BiONO₃) stokiyometrik olarak, sulu bizmut bileşiklerinde yaygın olarak bulunan bizmutil(III) katyonunun (BiO⁺) basit anyonik tuzları olarak görünür. Bununla birlikte, BiOCl durumunda, tuz kristali, Bi, O ve Cl atomlarının alternatif plakalarından oluşan bir yapıda oluşur ve her oksijen, bitişik düzlemde dört bizmut atomu ile koordine olur. Bu mineral bileşiği pigment ve kozmetik olarak kullanılır (aşağıya bakınız). ⓘ

Bizmutin ve bizmutidler

Daha hafif piktogenler olan azot, fosfor ve arsenikten farklı olarak, ancak antimona benzer şekilde, bizmut kararlı bir hidrit oluşturmaz. Bizmut hidrür, bizmutin (BiH
₃), oda sıcaklığında kendiliğinden ayrışan endotermik bir bileşiktir. Sadece -60 °C'nin altında kararlıdır. Bizmutitler, bizmut ve diğer metaller arasındaki intermetalik bileşiklerdir. ⓘ

2014 yılında araştırmacılar, sodyum bizmutidin, yığın halinde 3D Dirac fermiyonlarına sahip olan "üç boyutlu topolojik Dirac yarı metali" (3DTDS) adı verilen bir madde formu olarak var olabileceğini keşfettiler. Benzer elektron hareketliliği ve hızı ile grafenin doğal, üç boyutlu bir muadilidir. Grafen ve topolojik yalıtkanların (3DTDS'de olduğu gibi) her ikisi de iç kısımlarında elektriksel olarak yalıtkan olan ancak yüzeyde iletken olan kristal malzemelerdir ve transistör ve diğer elektronik cihazlar olarak işlev görmelerini sağlar. Sodyum bizmutit (Na
₃Bi) ambalajsız cihazlarda kullanılamayacak kadar kararsız olsa da, yarı iletken ve spintronik uygulamalarında düzlemsel grafene göre belirgin verimlilik ve fabrikasyon avantajları sunan 3DTDS sistemlerinin potansiyel uygulamalarını gösterebilir. ⓘ

Halojenürler

Düşük oksidasyon durumlarındaki bizmut halojenürlerinin alışılmadık yapıları benimsediği gösterilmiştir. Başlangıçta bizmut(I) klorür, BiCl olduğu düşünülen şeyin, Bi⁵⁺ 'den oluşan karmaşık bir bileşik olduğu ortaya çıkmıştır.
₉ katyonları ve BiCl2-
₅ ve Bi
₂Cl2-
₈ anyonları. Bi⁵⁺
₉ katyonu çarpık üç şapkalı trigonal prizmatik moleküler geometriye sahiptir ve Bi
₁₀Hf
₃Cl
₁₈, hafniyum (IV) klorür ve bizmut klorür karışımının elementel bizmut ile indirgenmesiyle hazırlanan [Bi⁺
] [Bi⁵⁺
₉] [HfCl2-
₆]
₃. Bi²⁺ gibi diğer poliatomik bizmut katyonları da bilinmektedir.
₈, Bi'de bulundu
₈(AlCl
₄)
₂. Bizmut ayrıca "BiCl" ile aynı yapıya sahip düşük değerli bir bromür oluşturur. Bi zincirleri içeren gerçek bir monoiodid, BiI vardır
₄I
₄ birim. BiI, ısıtıldığında triiyodüre ayrışır, BiI
₃ ve elementel bizmut. Aynı yapıda bir monobromür de mevcuttur. Oksidasyon durumu +3'te bizmut, tüm halojenlerle trihalidler oluşturur: BiF
₃, BiCl
₃, BiBr
₃, ve BiI
₃. BiF hariç bunların hepsi
₃ su tarafından hidrolize edilir. ⓘ

Bizmut (III) klorür, eter çözeltisi içinde hidrojen klorür ile reaksiyona girerek HBiCl asidini üretir.
₄. ⓘ

5 oksidasyon durumuna daha az rastlanır. Böyle bir bileşik BiF
₅, güçlü bir oksitleyici ve florlayıcı ajandır. Aynı zamanda güçlü bir florür alıcısıdır ve XeF⁺ oluşturmak için ksenon tetraflorür ile reaksiyona girer.
₃ katyon:

BiF
₅ + XeF
₄ → XeF⁺
₃BiF-
_{6 ⓘ}

Sulu türler

Sulu çözeltide, Bi³⁺
iyonu çözünerek aqua iyonu Bi(H
₂O)³⁺
₈ güçlü asidik koşullarda. pH > 0'da polinükleer türler mevcuttur, bunlardan en önemlisinin oktahedral kompleks olduğuna inanılmaktadır [Bi
₆O
₄(OH)
₄]⁶⁺
. ⓘ

Oluşum ve üretim

Bismit minerali ⓘ

Kırık bir bizmut külçesinin parçası ⓘ

Yerkabuğunda bizmut, altının yaklaşık iki katı kadar bol miktarda bulunur. Bizmutun en önemli cevherleri bizmutinit ve bizmittir. Yerli bizmut Avustralya, Bolivya ve Çin'den bilinmektedir. ⓘ

Dünya bizmut üretimi, 2016, ton olarak
Ülke	Madencilik kaynakları	Rafineri kaynakları ⓘ
Çin	7,400	11,000
Vietnam	2,000	5,000
Meksika	700	539
Japonya		428
Diğer	100	33
Toplam	10,200	17,100

Madencilik ve rafineri üretimi arasındaki fark, bizmutun kurşun, bakır, kalay, molibden ve tungsten gibi diğer metallerin çıkarılmasının bir yan ürünü olma durumunu yansıtmaktadır. Rafinerilerden elde edilen dünya bizmut üretimi daha eksiksiz ve güvenilir bir istatistiktir. ⓘ

Bizmut, safsızlıkları cüruf olarak ayıran Kroll-Betterton işlemi veya elektrolitik Betts işlemi ile giderilene kadar ham kurşun külçesinde (%10'a kadar bizmut içerebilir) birkaç rafine aşamasından geçer. Bizmut bir diğer ana metal olan bakırla da benzer şekilde davranacaktır. Her iki işlemden elde edilen ham bizmut metali, başta kurşun olmak üzere hala önemli miktarda diğer metalleri içerir. Erimiş karışımın klor gazı ile reaksiyona sokulmasıyla metaller klorürlerine dönüştürülürken bizmut değişmeden kalır. Safsızlıklar, örneğin yüksek saflıkta bizmut metali (%99'un üzerinde Bi) veren flakslar ve işlemler gibi çeşitli diğer yöntemlerle de giderilebilir. ⓘ

Fiyat

Dünya maden üretimi ve bizmut fiyatının yıllık ortalamaları (New York, enflasyona göre ayarlanmamış). ⓘ

Saf bizmut metalinin fiyatı, 1970'lerdeki ani yükseliş dışında, 20. yüzyılın büyük bölümünde nispeten istikrarlı olmuştur. Bizmut her zaman esas olarak kurşun rafinasyonunun bir yan ürünü olarak üretilmiştir ve bu nedenle fiyat genellikle geri kazanım maliyetini ve üretim ile talep arasındaki dengeyi yansıtmıştır. ⓘ

İkinci Dünya Savaşı'ndan önce bizmuta olan talep azdı ve esas olarak farmasötikti - bizmut bileşikleri sindirim bozuklukları, cinsel yolla bulaşan hastalıklar ve yanıklar gibi durumları tedavi etmek için kullanılıyordu. Yangın fıskiye sistemleri ve sigorta teli için eriyebilir alaşımlarda az miktarda bizmut metali tüketilmiştir. İkinci Dünya Savaşı sırasında bizmut, lehimler, eriyebilir alaşımlar, ilaçlar ve atomik araştırmalar için kullanılan stratejik bir malzeme olarak kabul edildi. Piyasayı istikrara kavuşturmak için üreticiler fiyatı savaş sırasında pound başına 1,25 $ (2,75 $ /kg) ve 1950'den 1964'e kadar pound başına 2,25 $ (4,96 $ /kg) olarak belirledi. ⓘ

1970'lerin başında alüminyum, demir ve çeliğe metalürjik katkı maddesi olarak bizmuta olan talebin artması sonucu fiyat hızla yükselmiştir. Bunu, dünya üretiminin artması, tüketimin istikrara kavuşması ve 1980 ve 1981-1982 durgunlukları nedeniyle bir düşüş izledi. 1984 yılında, özellikle Amerika Birleşik Devletleri ve Japonya'da olmak üzere dünya çapında tüketimin artmasıyla fiyat yükselmeye başladı. 1990'ların başında, bizmutun seramik sırlarda, balıkçılık platinlerinde, gıda işleme ekipmanlarında, sıhhi tesisat uygulamaları için serbest işleme pirinçlerinde, yağlama greslerinde ve su kuşu avcılığı için atışlarda kurşun yerine toksik olmayan bir ikame olarak değerlendirilmesi üzerine araştırmalar başladı. Bu alanlardaki büyüme, Birleşik Devletler federal hükümetinin kurşun ikamesini desteklemesine rağmen 1990'ların ortalarında yavaş kalmış, ancak 2005 yılı civarında yoğunlaşmıştır. Bu da fiyatlarda hızlı ve sürekli bir artışa neden olmuştur. ⓘ

Geri dönüşüm

Bizmutun çoğu, kurşunun ve ayrıca tungsten ve bakırın eritilmesi de dahil olmak üzere diğer metal çıkarma işlemlerinin bir yan ürünü olarak üretilmektedir. Sürdürülebilirliği, sorunlu olan geri dönüşümün artmasına bağlıdır. ⓘ

Bir zamanlar bizmutun elektronik ekipmanlardaki lehimli bağlantılardan pratik olarak geri dönüştürülebileceğine inanılıyordu. Elektronikte lehim uygulamasındaki son verimlilikler, önemli ölçüde daha az lehim biriktirildiği ve dolayısıyla geri dönüştürülecek daha az şey olduğu anlamına gelmektedir. Gümüş içeren lehimden gümüşün geri kazanılması ekonomik olmaya devam edebilirken, bizmutun geri kazanılması önemli ölçüde daha az ekonomiktir. ⓘ

Geri dönüşüm fizibilitesinde bir sonraki adım, bizmut fosfomolibdat gibi makul bir bizmut içeriğine sahip büyük katalizörler olacaktır. Bizmut galvanizlemede ve serbest işleme metalurjik katkı maddesi olarak kullanılır. ⓘ

Bizmutun en yaygın olarak dağıldığı kullanım alanları arasında bazı mide ilaçları (bizmut subsalisilat), boyalar (bizmut vanadat), sedefli kozmetikler (bizmut oksiklorür) ve bizmut içeren mermiler yer almaktadır. Bizmutun bu kullanımlardan geri dönüştürülmesi pratik değildir. ⓘ

Uygulamalar

18. yüzyılda bizmutun işlenmesini gösteren gravür. Bu dönemde bizmut bazı sindirim şikayetlerini tedavi etmek için kullanılmıştır. ⓘ

Bizmutun çok az ticari uygulaması vardır ve onu kullanan uygulamalar genellikle diğer hammaddelere göre küçük miktarlar gerektirir. Örneğin Amerika Birleşik Devletleri'nde 2016 yılında 733 ton bizmut tüketilmiş, bunun %70'i kimyasallara (farmasötikler, pigmentler ve kozmetikler dahil) ve %11'i bizmut alaşımlarına gitmiştir. ⓘ

Bazı üreticiler bizmutu, ABD'deki "kurşunsuz" zorunlulukları (2014'te başladı) karşılamak için vanalar gibi içme suyu sistemlerine yönelik ekipmanlarda ikame olarak kullanmaktadır. Bu, tüm konut ve ticari bina inşaatlarını kapsadığı için oldukça geniş bir uygulamadır. ⓘ

1990'ların başında araştırmacılar bizmutu çeşitli uygulamalarda kurşunun toksik olmayan bir ikamesi olarak değerlendirmeye başladılar. ⓘ

İlaçlar

Bizmut, bazı ilaçların içeriğinde yer almaktadır, ancak bu maddelerden bazılarının kullanımı azalmaktadır.

Bizmut subsalisilat ishal kesici olarak kullanılır; Pepto-Bismol gibi "pembe bizmut" preparatlarının yanı sıra Kaopectate'in 2004 reformülasyonunun aktif bileşenidir. Ayrıca şigelloz ve kadmiyum zehirlenmesi gibi diğer bazı mide-bağırsak hastalıklarının tedavisinde de kullanılır. Bu maddenin etki mekanizması hala iyi belgelenmemiştir, ancak en azından bazı durumlarda oligodinamik bir etki (küçük dozlardaki ağır metal iyonlarının mikroplar üzerindeki toksik etkisi) söz konusu olabilir. Bileşiğin hidrolizinden elde edilen salisilik asit, gezgin ishalinde önemli bir patojen olan toksojenik E. coli için antimikrobiyaldir.
Bizmut subsalisilat ve bizmut subsitrat kombinasyonu, peptik ülserlere neden olan bakterileri tedavi etmek için kullanılır.
Bibrocathol, göz enfeksiyonlarını tedavi etmek için kullanılan bizmut içeren organik bir bileşiktir.
Devrom'un aktif bileşeni olan bizmut subgallat, gaz ve dışkıdan kaynaklanan kötü kokuyu tedavi etmek için dahili bir deodorant olarak kullanılır.
Bizmut bileşikleri (sodyum bizmut tartarat dahil) eskiden sifiliz tedavisinde kullanılmıştır. Bizmut ya da cıva ile birleştirilmiş arsenik, 1920'lerden 1943'te penisilinin ortaya çıkışına kadar frengi tedavisinin temel dayanağıydı.
"Bizmut sütü" (bizmut hidroksit ve bizmut subkarbonatın sulu bir süspansiyonu) 20. yüzyılın başlarında her derde deva olarak pazarlanmıştır.
Bizmut subnitrat (Bi₅O(OH)₉(NO₃)₄) ve bizmut subkarbonat (Bi₂O₂(CO₃)) da tıpta kullanılmaktadır. ⓘ

Kozmetikler ve pigmentler

Bizmut oksiklorür (BiOCl) bazen kozmetikte göz farı, saç spreyi ve tırnak ojelerinin boyalarında pigment olarak kullanılır. Bu bileşik mineral bismoklit olarak bulunur ve kristal formda, ışığı kromatik olarak kıran ve incinin sedef görünümüne benzer bir yanardöner görünüm veren atom katmanları içerir (yukarıdaki şekle bakın). Antik Mısır'da ve o zamandan beri birçok yerde kozmetik olarak kullanıldı. "Bizmut beyazı" (ayrıca "İspanyol beyazı" da denir), beyaz bir pigment olarak kullanıldığında bizmut oksiklorür veya bizmut oksinitrat (BiONO₃) anlamına gelebilir. Bizmut vanadat, genellikle daha toksik kadmiyum sülfür sarı ve turuncu-sarı pigmentlerin yerini almak üzere (özellikle resim sanatçıların boyaları için) ışığa dayanıklı, reaktif olmayan bir boya pigmenti olarak kullanılır. Sanatçı boyalarındaki en yaygın çeşit, kadmiyum içeren alternatifinden görsel olarak ayırt edilemeyen limon sarısıdır. ⓘ

Metal ve alaşımlar

Bizmut, demir gibi diğer metallerle metal alaşımlarında kullanılır. Bu alaşımlardan birisi yangın söndürmek için otomatik sprinkler sistemlerinde kullanılır. %25–28 kurşun ve %22–25 kalay içerikli, eriyebilen alaşım Rose metali'nin en büyük kısmını (%50) bizmut oluşturur. Tunç Çağı'nda kullanılan bizmut bronzu yapımında da bizmut kullanılmıştır. ⓘ

Kurşun ikamesi

Kurşun (11,32 g/cm³) ile bizmut (9,78 g/cm³) arasındaki yoğunluk farkı, birçok balistik ve ağırlıklandırma uygulamasında bizmutun kurşunun yerini alabileceği kadar küçüktür. Örneğin, balıkçılık platinlerinde yoğun bir malzeme olarak kurşunun yerini alabilir. Atışlarda, mermilerde ve daha az öldürücü isyan silahı mühimmatında kurşunun yerine kullanılmıştır. Hollanda, Danimarka, İngiltere, Galler, Amerika Birleşik Devletleri ve diğer birçok ülke, birçok kuşun sindirime yardımcı olmak için yanlışlıkla kurşun (küçük taşlar ve kum yerine) yutması nedeniyle kurşun zehirlenmesine yatkın olduğundan, sulak alan kuşlarının avlanması için kurşun saçma kullanımını yasaklamaktadır veya hatta Hollanda'da olduğu gibi tüm avcılık için kurşun kullanımını yasaklamaktadır. Bizmut-kalay alaşımlı saçma, kurşuna benzer balistik performans sağlayan bir alternatiftir. (Daha ucuz ancak daha düşük performanslı bir diğer alternatif de aslında yumuşak demir olan "çelik" saçmadır). Bununla birlikte, bizmutun işlenebilirlikten yoksun olması, onu genişleyen av mermilerinde kullanım için uygun hale getirmez. ⓘ

Bizmut, yüksek atom ağırlığına sahip yoğun bir element olarak, çoğunlukla toksik olmadığı düşünüldüğünden, CT'ler gibi tıbbi muayenelerde X-ışınından korunmak için bizmut emdirilmiş lateks kalkanlarda kullanılır. ⓘ

Avrupa Birliği'nin kurşunun azaltılmasına yönelik Tehlikeli Maddelerin Kısıtlanması Direktifi (RoHS), bizmutun elektronikte geleneksel kalay-kurşun lehimlerin yerine düşük erime noktalı lehimlerin bir bileşeni olarak kullanımını genişletmiştir. Düşük toksisitesi, gıda işleme ekipmanlarında ve bakır su borularında kullanılacak lehimler için özellikle önemli olacaktır, ancak örneğin Avrupa Birliği'nde otomobil endüstrisi de dahil olmak üzere diğer uygulamalarda da kullanılabilir. ⓘ

Bizmut, kurşunlu çeliklerin performansına eşit olmasa da, sıhhi tesisat uygulamaları için serbest işlenen pirinçlerde kurşunun yerine değerlendirilmiştir. ⓘ

Diğer metal kullanımları ve özel alaşımlar

Birçok bizmut alaşımı düşük erime noktasına sahiptir ve lehim gibi özel uygulamalarda bulunur. Yangın algılama ve söndürme sistemlerindeki birçok otomatik sprinkler, elektrikli sigorta ve güvenlik cihazı, 47 °C'de (117 °F) eriyen ötektik In19.1-Cd5.3-Pb22.6-Sn8.3-Bi44.7 alaşımını içerir. Bu, normal yaşam koşullarında aşılma olasılığı düşük olduğu için uygun bir sıcaklıktır. 70°C'de eriyen Bi-Cd-Pb-Sn alaşımı gibi düşük erime noktalı alaşımlar da otomotiv ve havacılık endüstrilerinde kullanılmaktadır. İnce duvarlı bir metal parça deforme edilmeden önce, kırılma olasılığını azaltmak için bir eriyikle doldurulur veya ince bir alaşım tabakasıyla kaplanır. Daha sonra parça kaynar suya daldırılarak alaşım çıkarılır. ⓘ

Bizmut, hassas işleme özellikleri için serbest işlenen çelikler ve serbest işlenen alüminyum alaşımları yapmak için kullanılır. Kurşuna benzer etkiye sahiptir ve işleme sırasında talaş kırılmasını iyileştirir. Kurşundaki katılaşma sırasında büzülme ve bizmuttaki genleşme birbirini telafi eder ve bu nedenle kurşun ve bizmut genellikle benzer miktarlarda kullanılır. Benzer şekilde, benzer miktarda bizmut ve kurşun içeren alaşımlar erime, katılaşma veya yaşlanma sırasında çok küçük bir değişim (%0,01 mertebesinde) gösterir. Bu tür alaşımlar, örneğin dişçilikte model ve kalıp oluşturmak için yüksek hassasiyetli dökümde kullanılır. Bizmut ayrıca dövülebilir demirlerin üretiminde alaşım maddesi olarak ve termokupl malzemesi olarak kullanılır. ⓘ

Bizmut ayrıca alüminyum-silikon döküm alaşımlarında silikon morfolojisini rafine etmek için kullanılır. Bununla birlikte, stronsiyumun modifikasyonu üzerinde zehirleyici bir etki göstermiştir. Bi35-Pb37-Sn25 gibi bazı bizmut alaşımları, mika, cam ve emaye gibi yapışmayan malzemelerle birleştirilir, çünkü bunları kolayca ıslatarak diğer parçalara bağlantı yapılmasını sağlar. Sezyuma bizmut eklenmesi, sezyum katotlarının kuantum verimini artırır. Bizmut ve manganez tozlarının 300 °C'de sinterlenmesi, 10-100 kHz aralığında çalışan ultrasonik jeneratörlerde ve alıcılarda ve manyetik ve holografik bellek cihazlarında kullanılan kalıcı bir mıknatıs ve manyetostriktif malzeme üretir. ⓘ

Bileşik olarak diğer kullanımları

Bizmut vanadat, sarı bir pigment ⓘ

Bizmut, 1988 yılında keşfedilen ve en yüksek süper iletken geçiş sıcaklıklarını sergileyen benzer süper iletken bileşiklerden oluşan bir grup olan BSCCO'ya (bizmut stronsiyum kalsiyum bakır oksit) dahildir.
Bizmut subnitrat, yanardönerlik üreten ve boyada pigment olarak kullanılan sırların bir bileşenidir.
Bizmut tellür bir yarı iletken ve mükemmel bir termoelektrik malzemedir. Bi₂Te₃ diyotları mobil buzdolaplarında, CPU soğutucularında ve kızılötesi spektrofotometrelerde dedektör olarak kullanılır.
Bizmut oksit, delta formunda, oksijen için katı bir elektrolittir. Bu form normalde yüksek sıcaklık eşiğinin altında parçalanır, ancak yüksek alkali bir çözelti içinde bu sıcaklığın çok altında elektrodepoze edilebilir.
Bizmut germanat, X-ışını ve gama ışını dedektörlerinde yaygın olarak kullanılan bir sintilatördür.
Bizmut vanadat, bazı sanatçıların yağlı, akrilik ve suluboya boya şirketleri tarafından, öncelikle yeşilimsi sarı (limon) ila turuncu tonlu sarı aralıktaki daha toksik kadmiyum sülfür sarılarının yerine kullanılan opak sarı bir pigmenttir. UV ışınlarına maruz kaldığında bozulmaya karşı direnç, opaklık, renklendirme gücü ve diğer pigmentlerle karıştırıldığında reaktivite göstermemesi gibi açılardan kadmiyum pigmentleriyle hemen hemen aynı performansı gösterir. Sanatçı boyası üreticileri tarafından en yaygın kullanılan çeşidi limon rengindedir. Birçok kadmiyum sarısının yerini almasının yanı sıra, çinko, kurşun ve stronsiyum ile yapılan eski kromat pigmentleri için toksik olmayan bir görsel ikame görevi de görür. Yeşil bir pigment ve baryum sülfat (şeffaflığı artırmak için) eklenirse, diğerlerine göre daha yeşilimsi bir renk tonuna sahip olan baryum kromatın yerine de kullanılabilir. Kurşun kromatlarla karşılaştırıldığında, havadaki hidrojen sülfür nedeniyle kararmaz (UV maruziyeti ile hızlanan bir süreç) ve onlardan özellikle daha parlak bir renge sahiptir, özellikle de en yarı saydam, donuk ve bu tonu üretmek için gereken daha yüksek kurşun sülfat yüzdesi nedeniyle en hızlı kararan limon. Maliyeti nedeniyle sınırlı olarak araç boyası pigmenti olarak da kullanılır.
Akrilik elyaf yapımı için bir katalizör.
CO₂'nin CO'ya dönüştürülmesinde bir elektrokatalizör olarak.
Yağlama greslerinde bileşen.
Piroteknikte çatırdayan mikro yıldızlarda (ejderha yumurtaları) oksit, subkarbonat veya subnitrat olarak.
Elektrofilik florinasyonda geçiş metallerini taklit eden Bi(III)/Bi(V) katalitik döngüsü yoluyla arilboronik pinakol esterlerinin florinasyonu için katalizör olarak. ⓘ

Toksikoloji ve ekotoksikoloji

Ayrıca uzun süreli bizmut kullanımından kaynaklanan nadir bir dermatolojik durum olan bismuthia'ya da bakınız. ⓘ

Bilimsel literatür, bizmutun bazı bileşiklerinin, muhtemelen bizmut tuzlarının nispeten düşük çözünürlüğü nedeniyle, diğer ağır metallere (kurşun, arsenik, antimon, vb.) kıyasla yutulması halinde insanlar için daha az toksik olduğunu göstermektedir. Tüm vücutta tutulması için biyolojik yarı ömrünün 5 gün olduğu bildirilmiştir, ancak bizmut bileşikleri ile tedavi edilen kişilerde böbrekte yıllarca kalabilir. ⓘ

Bizmut zehirlenmesi meydana gelebilir ve bazı raporlara göre nispeten yakın zamanlarda yaygın olmuştur. Kurşunda olduğu gibi bizmut zehirlenmesi de diş etinde bizmut çizgisi olarak bilinen siyah bir birikintinin oluşmasına neden olabilir. Zehirlenme dimerkaprol ile tedavi edilebilir; ancak fayda sağladığına dair kanıtlar belirsizdir. ⓘ

Bizmutun çevresel etkileri iyi bilinmemektedir; diğer bazı ağır metallere göre biyolojik olarak birikme olasılığı daha düşük olabilir ve bu aktif bir araştırma alanıdır. ⓘ

Biyoremediasyon

Marasmius oreades mantarı, kirlenmiş topraklarda bizmutun biyolojik olarak iyileştirilmesi için kullanılabilir. ⓘ

Özellikleri

Atomik Yapı

Atomik yarıçap: 1.63Å
Atomik Hacim: 21.3 cm³/mol
Kovalent Yarıçap: 1.46Å
Tesir kesiti: 19 barn ±2
Kristal yapısı: Rhombohedral
Elektron konfigürasyonu:
1s² 2s²p⁶ 3s²p⁶d¹⁰ 4s²p⁶d¹⁰f¹⁴ 5s²p⁶d¹⁰ 6s²p³
Her Enerji Seviyesindeki Elektronlar: 2,8,18,32,18,5
Kabuk Modeli
İyonik yarıçap: 1.03Å
Dolduran Orbital:6p³
Elektron Sayıları: 83
Nötron Sayıları: 126
Proton Sayıları: 83
Valans elektronları: 6s²p³
Nokta Modeli ⓘ

Kimyasal Özellikler

İyonizasyon Potansiyeli
Birinci: 7.289 İkinci: 16.687 Üçüncü: 25.559
Valans Elektron Potansiyeli (-eV): 41.9 ⓘ

Fiziksel Özellikler

Ortalama atomik Kütle: 208.9804
Kaynama Noktası: 1837K 1564 °C 2847 °F
Boyca Genleşme Katsayısı:
0.0000133 cm/cm/°C (0 °C)
İletkenlik
Elektrik: 0.00867 10⁶/cm Isı: 0.0787 W/cmK
Yoğunluk: 9.75g/cc @ 300K
Niteliği:
Hafif pembe renkli kırılgan beyaz bir metal
Elastik katsayı:
Bulk: 31/GPa Rigidity: 12/GPa Youngs: 32/GPa
Yanabilirlik Sınıfı:
Donma Noktası: Bkz. Erime noktası
Sertlik
Brinell: 94.2 MN m⁻² Mohs: 2.25
Erime noktası:544.52K 271.52 °C 520.74 °F
Molar Hacmi: 21.37 cm³/mole
Fiziki Hali (20 °C & 1atm): Katı
Isınma Isısı: 0.12J/gK ⓘ