Bizmut

Bizmut sembolü Bi ve atom numarası 83 olan kimyasal elementtir. 15. grupta, 6. periyotta yer alan bir metaldir. Pentavalent geçiş metalidir ve azot grubundadır; aynı gruptaki arsenik ve antimon ile benzerlik gösterir. Her ne kadar önemli ticari cevherler sülfür ve oksit formlarından oluşsa da elementer bizmut doğal olarak ortaya çıkabilir. Serbest element formundaki kurşunun %86'sı yoğunluğuna sahiptir. Yeni üretildiğinde gümüşi beyaz renkli ve kırılgan bir metaldir ancak yüzey oksidasyonu ona birçok renkte yanardöner renkler verebilir. Bizmut en doğal diyamanyetik elementtir ve metaller arasındaki en az termal iletkenlik değerlerinden birine sahiptir.
Bizmut uzun zamandır, kararlı ve en yüksek atom kütleli element olarak kabul edilmiştir ancak 2003'te aşırı derecede zayıf radyoaktif olduğu keşfedildi: bizmutun tek ilkel izotopu bizmut-209, evrenin tahmini yaşının 1000,000,000 milyar katından daha uzun yarı ömürlü alfa bozunumu ile bozunur. Olağanüstü uzun yarılanma ömrü nedeniyle bizmut neredeyse tüm amaçlar için kararlı olarak kabul edilebilir.
Başlıca kullanımları
Bizmut bileşikleri, bizmut üretiminin yaklaşık yarısında kullanılır. Kozmetikte, pigmentlerde ve ishal tedavisinde bizmut subsalisilat kullanılması gibi birkaç ilaçta özellikle bizmut kullanılır. Bizmut'un katılaştıkça genişleme özelliği nedeniyle, baskı harfi dökümü gibi bazı yerlerde gene bizmut kullanılır. Ağır bir metal olarak bizmutun zehirlilik değeri çok azdır. Kurşunun zehirliliği son yıllarda daha çok belirginleştiğinden kurşun yerine bizmut alaşımlarının (halen bizmut üretiminin yaklaşık üçte biridir) kullanımı artmaktadır.
Özellikleri
Bi, periyodik tablonun Va grubundaki azot ailesinin en metalsi ve en az bulunan elementidir. Bizmut, bütün metaller içinde en diyamagnetik (en güç mıknatıslanan) ve cıvadan sonra ısı iletkenliği en düşük olanıdır. Parlak, kaba kristalli ve gevrek bir metaldir; çok sert ve sünek olmamakla birlikte oldukça dövülgendir. Kırmızıya çalan kalay beyazı rengiyle bütün metallerden ayrılan bizmutu 1450'de Alman keşişi Basil Valentine tanımlamıştır.
Doğada genellikle serbest (element halinde), bazen de bizmut sülfür (Bi2S3) ve bizmut(III) oksit (Bi2O3) gibi bileşikler halinde bulunan bizmut, çoğu kez kalay, kurşun ve bakır cevherleriyle bir aradadır ve bu cevherlerin arıtımı sırasında bir yan ürün olarak ayrılır. Oksitini karbonla indirgeyerek ya da bileşimdeki kükürtü gidermek üzere sülfürünü odun kömürü ve demir eşliğinde kavurarak da katışıksız bizmut metali elde edilebilir.
Bizmut oda sıcaklığında havada kararmaz, ama ısıtıldığı zaman yüzeyinde, öbür metal oksitlerine benzemeyen kahverengimsi sarı renkte bir oksit katmanı oluşur. Kızıl kor sıcaklığında su buharıyla tepkimeye giren, buna karşılık havasız ortamda soğuk sudan etkilenmeyen, kükürt ve halojenlerle doğrudan birleşen bizmut, hidroklorik asitten etkilenmez, sıcak sülfürik asitten çok az etkilenir, ama seyreltik ya da derişik nitrik asitte hızla çözünür.
Antimon ve su gibi, bizmut da katılaştığı zaman hafifçe genleşir; bu özelliği nedeniyle bizmut alaşımları, özellikle ince ayrıntılı metal döküm parçalarının üretimine elverişlidir. Bizmut alaşımlarının ergime noktası düşük olduğundan, özel lehimlerde, otomatik püskürtme başlıklarında, yangın kapılarının otomatik açılma düzeneklerinde, sigortalarda, basınçlı gaz silindirlerinin güvenlik tapalarında ve çeşitli türden yangın detektörlerinde kullanılır. Soğutma sistemlerinin termoelektrik donanımında bizmut tellürür (Bi2Te) ve bizmut selenürden (Bi2Se4) yararlanır. Bizmut fosfomolibdat (BiPMo12O40), propilen ve amonyağın havayla yükseltgenerek, akrilik liflerin, plastiklerin ve boyaların hammaddesine olan akrilonitrile dönüştürülmesinde kullanılan çok etkili bir katalizördür. Bizmut tuzları tıpta genellikle sindirim bozukluklarının tedavisinde, sindirim yollarının X ışınlarıyla incelenmesinde, deri yaralarının ve enfeksiyonlarının tedavisinde kullanılır. Bizmut oksijen klorür (BiOCI), rujlara, ojelere ve göz farlarına sedefli görünüm veren bir katkı maddesidir.
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
Uygulamalar
Bizmutun birkaç ticari uygulaması vardır ve onu kullanan uygulamalar genellikle diğer hammaddelere göre küçük miktarlar gerektirir. Örneğin Amerika Birleşik Devletleri'nde 2016 yılında 733 ton bizmut tüketildi ve bunun %70'i kimyasallara (ilaçlar, pigmentler ve kozmetikler dahil) ve %11'i bizmut alaşımlarına gitti.
Bazı üreticiler, ABD'deki "kurşunsuz" zorunlulukları karşılamak için vanalar gibi içme suyu sistemleri için ekipmanlarda yedek malzeme olarak bizmutu kullanır (2014'te başlamıştır). Bu, tüm konut ve ticari bina inşaatlarını kapsadığı için oldukça büyük bir uygulamadır.
1990'ların başında, araştırmacılar bizmutu çeşitli uygulamalarda kurşunun yerine geçen zehirsiz bir ikame olarak değerlendirmeye başladılar.
İlaçlar
Bizmut, bazı farmasötiklerin bileşenidir ki bu maddelerin bazılarının kullanımı giderek azalmaktadır.
Bizmut subsalisilat, antidiarrheal olarak kullanılır; Pepto-Bismol ve Kaopectate'nin 2004'te yeniden formüle edilmesi gibi "pembe bizmut" müstahzarlarında etkin bileşen'dir. Ayrıca Şigelloz ve kadmiyum zehirlenmesi gibi bazı diğer mide-bağırsak hastalıklarının tedavisinde de kullanılır. En azından bazı durumlarda bir oligodinamik etki (küçük dozlarda ağır metal iyonlarının mikroplar üzerindeki toksik etkisi) söz konusu olsa da bu maddenin etki mekanizması hala iyi belgelenmemiştir. Bileşiğin hidrolizinden çıkan salisilik asit, gezgin ishalinde önemli patojen olan toksojenik E. coli, için mikrop öldürücüdür.
Bizmut subsalisilat ve bizmut subsitrat bileşimi, peptik ülserlere neden olan bakterileri tedavi etmek için kullanılır.
Bibrocathol göz enfeksiyonlarını tedavisinde kullanılan organik bizmut içeren bir bileşiktir.
Devrom'daki aktif bileşen olan Bizmut subgallate, gaz ve dışkı kaynaklı kötü kokunun tedavisinde dahili deodorant olarak kullanılır.
Bizmut bileşikleri (sodyum bizmut tartarat dahil) eskiden frengi tedavisinde kullanılıyordu. Arsenik, bizmut veya cıva ile birlikte 1920'lerden 1943'te penisilinin ortaya çıkmasına kadar frengi tedavisinin temel dayanağıydı.
"Bizmut sütü" (bizmut hidroksit ve bizmut subkarbonat'ın sulu süspansiyonu) 20. yüzyılın başlarında bir beslenme tedavisi olarak pazarlandı.
Bizmut subnitrat (Bi5O(OH)9(NO3)4) ve bizmut subkarbonat (Bi2O2(CO3)) tıpta da kullanılır.
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.
%2528 kurşun ve %2225 kalay içerikli, eriyebilen alaşım Rose metali'nin en büyük kısmını (%50) bizmut oluşturur.
Tunç Çağı'nda kullanılan bizmut bronzu yapımında da bizmut kullanılmıştır.