Bismuto

Bismuto
83 Bi                                                                                                                                                                                                                                                                                   piombo ← bismuto → polonio
Aspetto
Metallo argento-rosato
Generalità
Nome, simbolo, numero atomico	bismuto, Bi, 83
Serie	metalli del blocco p
Gruppo, periodo, blocco	15 (VA), 6, p
Densità	9780 kg/m3
Durezza	2,25
Configurazione elettronica
Proprietà atomiche
Peso atomico	208,98038 amu
Raggio atomico (calc.)	160 (143) pm
Raggio covalente	146 pm
Raggio di van der Waals	207 pm
Configurazione elettronica	[Xe]4f145d106s26p3
e− per livello energetico	2, 8, 18, 32, 18, 5
Stati di ossidazione	3, 5 (debolmente acido)
Struttura cristallina	romboedrica
Proprietà fisiche
Stato della materia	solido
Punto di fusione	544,4 K (271,2 °C)
Punto di ebollizione	1837 K (1564 °C)
Volume molare	2,131 × 10-5  m3/mol
Entalpia di vaporizzazione	104,8 kJ/mol
Calore di fusione	11,3 kJ/mol
Tensione di vapore	0,000627 Pa a 544 K
Velocità del suono	1790 m/s a 293,15 K
Altre proprietà
Numero CAS	7440-69-9
Elettronegatività	2,02 (scala di Pauling)
Calore specifico	122 J/(kg*K)
Conducibilità elettrica	8,67 × 105 /m ohm
Conducibilità termica	7,87 W/(m*K)
Energia di prima ionizzazione	703 kJ/mol
Energia di seconda ionizzazione	1450,5 kJ/mol
Energia di terza ionizzazione	3081,5 kJ/mol
Isotopi più stabili
iso NA TD DM DE DP 207Bi sintetico 31,55 anni ε 2,399 207Pb 208Bi sintetico 3,368 × 105  anni ε 2,880 208Pb 209Bi 100% 1,9±0,2 × 1019  anni α -- 205Tl 210Bi sintetico 5,01 giorni 3,04 × 106  anni β− iso -- 0,271 210Po 210Bi
iso: isotopo NA: abbondanza in natura TD: tempo di dimezzamento DM: modalità di decadimento DE: energia di decadimento in MeV DP: prodotto del decadimento

Il bismuto (pronuncia: bismùto) è l'elemento chimico di numero atomico 83. Il suo simbolo è Bi.

È un metallo pesante e fragile, di aspetto bianco-roseo il cui comportamento chimico è simile a quello dell'arsenico e dell'antimonio. È il più diamagnetico dei metalli e, con l'eccezione del mercurio, quello con la minore conducibilità termica. Composti del bismuto esenti da piombo sono usate nell'industria cosmetica ed in applicazioni mediche.

Caratteristiche

È un metallo fragile dal colore bianco con sfumature rosa e iridescenti. È il più pesante dei cosiddetti "metalli pesanti" ed è l'unico tra essi a non essere tossico. È il metallo che possiede la resistività più elevata.

Insieme al gallio e all'antimonio è l'unico elemento che, come l'acqua, allo stato liquido presenta un minor volume rispetto allo stato solido. Per riscaldamento in aria può infiammarsi e bruciare con fiamma blu, producendo fumi gialli di ossido di bismuto.

Instabilità

L'instabilità del bismuto, prevista teoricamente, ha avuto una conferma sperimentale solo nel 2003, quando i ricercatori dell'Institut d'Astrophysique Spatiale di Orsay, hanno misurato il tempo di dimezzamento per decadimento alfa dell'isotopo ²⁰⁹Bi, fissando la sua emivita in 1,9 × 10¹⁹  anni, un tempo che è oltre un miliardo di volte superiore all'attuale stima dell'età dell'Universo. Pertanto, ai fini pratici, il bismuto può essere di fatto considerato un elemento stabile per qualsiasi applicazione, e può essere trattato come ogni altro materiale non radioattivo.

Benché a livelli praticamente nulli, inferiori a quelli dovuti al carbonio-14 normalmente contenuto nel corpo umano, la radioattività del bismuto è di interesse accademico perché prevista teoricamente prima dell'osservazione sperimentale in laboratorio.

Cristalli artificiali

Il bismuto in forma altamente pura può formare cristalli iridescenti, generalmente venduti come oggetto di collezionismo. Il colore è dato da un sottile strato di ossido di bismuto.

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  Cristallo artificiale di bismuto

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  Cristallo artificiale di bismuto

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  Cristallo artificiale di bismuto

Applicazioni

Usato principalmente nel campo farmaceutico e per preparare leghe a basso punto di fusione come quelle per i fusibili.

L'ossicloruro di bismuto è molto usato nell'industria cosmetica, mentre il subnitrato di bismuto ed il subcarbonato di bismuto trovano uso in medicina. Il subsalicilato di bismuto è usato come farmaco anti-diarroico.

Tra gli altri usi si annoverano:

• la produzione di forti magneti permanenti, in lega con il manganese;
• molte leghe di bismuto hanno bassi punti di fusione e trovano applicazione in sistemi antincendio;
• viene aggiunto al ferro per renderlo malleabile;
• È uno dei possibili catalizzatori per la produzione delle fibre acriliche;
• produzione di termocoppie;
• allo stato liquido, in lega eutettica con il piombo, come refrigerante nel reattore nucleare al piombo;
• leghe per saldatura, anche perché queste si espandono leggermente per raffreddamento;
• il subnitrato di bismuto è un componente di smalti vetrosi usati per finissaggi iridescenti;

Dai primi anni novanta il bismuto è oggetto di studio come sostitutivo non tossico del piombo in diversi materiali (ceramiche, smalti) specialmente destinati al contatto con i cibi.

Recenti ricerche (2007) hanno utilizzato il bismuto per realizzare dei superconduttori a bassa temperatura (90 kelvin). Questi superconduttori mostrano proprietà molto interessanti e potrebbero essere utilizzati nelle future macchine per l'imaging a risonanza magnetica.

Storia

Non è possibile stabilire con certezza se la scoperta del bismuto sia stata opera di un alchimista o di una persona che lavorava con i minerali di bismuto. Sembra che attorno alla metà del XV secolo venisse utilizzata una nuova lega per produrre i caratteri di stampa nella cui formula segreta il bismuto svolgesse un ruolo fondamentale. Anche l'origine del nome non è molto chiara: deriva da una parola tedesca Wismut dal significato incerto (forse metallo bianco o forse un nome derivato dal toponimo di una miniera). Anche su chi ne ha latinizzato il nome agli inizi del XVI secolo in bisemutum c'è incertezza: alcuni indicano G. Bauer (chiamato anche Agricola) mentre altri parlano di Paracelso.

Data la sua somiglianza con lo stagno e il piombo, il bismuto fu nell'antichità confuso con questi. Fu Claude Geoffroy Junine nel 1753 a dimostrare che si trattava di un elemento a sé.

Disponibilità

I più importanti minerali del bismuto sono la bismutinite e la bismite. Canada, Bolivia, Giappone, Messico e Perù sono i principali produttori. Il bismuto prodotto negli Stati Uniti è principalmente un sottoprodotto della lavorazione dei minerali di rame, oro, argento, stagno e specialmente del piombo.

Il prezzo medio del bismuto nel 2000 era di circa 7,70 $ al chilogrammo.

Bibliografia

• Francesco Borgese, Gli elementi della tavola periodica. Rinvenimento, proprietà, usi. Prontuario chimico, fisico, geologico, Roma, CISU, 1993. ISBN 88-7975-077-1
• R. Barbucci, A. Sabatini, P. Dapporto, Tavola periodica e proprietà degli elementi, Firenze, Edizioni V. Morelli, 1998.

Voci correlate

• Gallato di bismuto
• Idruro di bismuto
• Solfato di bismuto
• Nitrato di bismuto

Altri progetti

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Collegamenti esterni

• Bismuto nel Nuovo Soggettario della BNCF
• (EN) Los Alamos National Laboratory - Bismuth
• (EN) WebElements.com - Bismuth
• (EN) EnvironmentalChemistry.com - Bismuth
• (EN) Bismuth breaks half-life record for alpha decay

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