Bismut (auch: Bismuth, Wismut oder Wismuth, von lat. bismutum „weiße Masse“) ist ein chemisches Element im Periodensystem mit dem Symbol Bi und der Ordnungszahl 83. Es wird im Deutschen zumeist als Wismut bezeichnet, doch ist der Name Bismut seit 1979 auch hierzulande fachsprachlich offiziell.

Geschichte

Das Element Bismut kennt man wahrscheinlich schon seit der Antike. Der Name Wismut ist seit 1472 bekannt und geht vermutlich auf den ersten Ort der Gewinnung „in den Wiesen“ am Schneeberg im Erzgebirge zurück. Es gibt jedoch auch andere Etymologien, beispielsweise von „weiß“. Georgius Agricola benutzte die latinisierte Bezeichnung bismutum, worauf der heutige Name zurückgeht.

Vorkommen

Bismuth_crystal_macro.jpg entstehen durch Interferenzen in einer dünnen Oxidschicht]] Bismut kommt in der Natur nur in geringen Mengen vor. Die Fundstätten liegen vor allem in Südamerika, Mexiko, Peru, Bolivien, China, Australien, Kanada und Spanien, historisch im Erzgebirge, wo Bismut sowohl in reiner (gediegener) Form als auch als Sulfid (Bismutglanz oder Bismutin), Selenid (Selenidbismutglanz) und Oxid (Bismit oder Bismutocker) gefunden wird. Bismut kommt als Begleitmetall in Blei-, Kupfer- und Zinnerzen vor.

Gewinnung und Darstellung

Zur Gewinnung von Bismut kann man von oxidischen Erzen ausgehen, die mit Kohle zum Element reduziert werden:

$\backslash rm\; 2\backslash ,\; Bi\_2O\_3\; +\; 3\backslash ,\; C\; \backslash rarr\; 3\backslash ,\; CO\_2\; +\; 4\backslash ,\; Bi$

Sulfidische Bismuterze können entweder mit Eisen nach dem Niederschlagsverfahren reduziert werden:

$\backslash rm\; Bi\_2S\_3\; +\; 3\backslash ,\; Fe\; \backslash rarr\; 3\backslash ,\; FeS\; +\; 2\backslash ,\; Bi$

Oder die sulfidischen Erze werden zunächst in die Oxide umgewandelt und anschließend mit Kohle reduziert (Röstreduktionsverfahren):

$\backslash rm\; 2\backslash ,\; Bi\_2S\_3\; +\; 9\backslash ,\; O\_2\; \backslash rarr\; 6\backslash ,\; SO\_2\; +\; 2\backslash ,\; Bi\_2O\_3$

$\backslash rm\; 2\backslash ,\; Bi\_2O\_3\; +\; 3\backslash ,\; C\; \backslash rarr\; 3\backslash ,\; CO\_2\; +\; 4\backslash ,\; Bi$

Das Rohbismut wird anschließend durch oxidierendes Schmelzen von anderen Metallen gereinigt.

Eigenschaften

Bismut ist ein rötlich glänzendes, sprödes Metall. Es hat eine rhomboedrische Kristallstruktur mit sehr dicht gepackten Doppelschichten. Bismut ist eines der wenigen ungiftigen Schwermetalle, hat den stärksten Hall-Effekt aller metallischen Elemente, einen hohen elektrischen Widerstand und hat darüber hinaus die stärkste diamagnetische Eigenschaft, d.h. es stößt Magnete ab, abgesehen von Supraleitern.

Flüssiges Bismut dehnt sich als einer der wenigen Stoffe beim Erstarren aus (Dichteanomalie).

Isotope

Natürliches Bismut besteht nur aus dem Isotop ²⁰⁹Bi. 2003 stellte man im Institut d'Astrophysique Spatiale in Orsay, Frankreich fest, dass dieses bisher für stabil gehaltene Isotop ein Alpha-Strahler mit einer Halbwertszeit von (1,9 +/- 0,2) · 10¹⁹ Jahren ist. Die Aktivität ist jedoch so schwach, dass sie als ungefährlich angesehen werden kann. Zum Vergleich: Die Aktivität von ¹⁴C oder ⁴⁰K, welche sich in jeder lebenden Zelle nachweisen lassen, ist um Größenordnungen stärker: Pro 100 g Kohlenstoff mit einem Anteil von 10^-12 (ein Billionstel) ¹⁴C zerfallen pro Stunde im Mittel etwa 59400 Atomkerne, pro 100 g Bismut sind es im Mittel 1,2 Atomkerne, also etwa 1/50000; außerdem haben die entstehenden Alphastrahlen eine geringe Reichweite und können die Haut nicht durchdringen.

Verwendung

Es findet Verwendung als Legierungsbestandteil niedrigschmelzender Legierungen, beispielsweise für das Woodsche Metall, das bereits bei 70 °C schmilzt, oder für Roses Metall mit seinem Schmelzpunkt von 98 °C. Die Legierung Bismanol mit Mangan ist ein starker Permanentmagnet.
Die chemische Verbindung Bismuttellurid erzeugt in Peltier-Elementen Kälte. In medizinischen Präparaten wird es zur Blutstillung und zur Desinfektion benutzt. Bismutoxichlorid BiOCl wird 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.

Biologische Bedeutung

Sicherheitshinweise

Nachweis

Bismut weist man mit der "Bismutrutsche" mit Thioharnstoff nach. Als Mittel zur Fällung unerwünschter Störionen wird NaF, NaCl und K-/Na-Tartrat verwendet:

• NaF zur Komplexierung von Fe(3+) und Al(3+);
• NaCl zur Fällung von Ag(+) und Hg(+);
• Tartrat zur Komplexierung von Sb(3+) und Sn(2+).

Als Flussmittel wird verd. HNO₃ verwendet. Bei Anwesenheit von Bi(3+)bilden sich zitronengelbe Thioharnstoff-Kristalle.

Eine alternative Nachweisreaktion wird mit alkalischer Stannat(II) Lösung durchgeführt (Redoxreaktion mit Zinn-II-Ionen als Reduktionsmittel: Elementares Bi fällt schwarz aus) oder mit Natriumiodidlösung (zunächst fällt schwarzes Bismut-III-iodiod aus, das sich dann im Iodidüberschuss als oranger Tetraiodobismutat-Komplex löst):

Bi³⁺ + 4 I^{- $\backslash rightarrow$ *-} (Komplexbildungsreaktion).

Verbindungen

Bismut ist in erster Linie dreiwertig, doch gibt es auch ein- und fünfwertiges Bismut (Bismut(V)-Oxid ist jedoch ein sehr starkes Oxidationsmittel, das sogar Mangan(II) zum Permanganat oxidiert). Außerdem bildet es polymere Kationen. An Luft ist es beständig.

Sauerstoffverbindungen

• Bismutocker, Bismit

Schwefelverbindungen

• Bismutglanz, Bismutin

Wasserstoffverbindungen

• Bismutwasserstoff (Bismutan)

Halogenide

• Fluoride: Bismuttrifluorid, Bismutpentafluorid, Bismutfluoroxid
• Chloride: Bismutmonochlorid, Bismuttrichlorid, Bismutchloroxid
• Bromide: Bismutmonobromid, Bismuttribromid, Bismutbromoxid
• Iodide: Bismutmonoiodid, Bismuttriiodid, Bismutiodoxid

Quellen