【铋】
铋（同音字=；Bismuth），是一种化学元素，其化学符号为铋，原子序数为83，原子量为val|208.98040|u=u。铋是一种贫金属，化学性质类似于同属氮族的砷和锑。铋可以在自然界中找到，它的硫化物和氧化物是重要的商业矿石。纯铋的密度是纯铅的86%。它刚产出时是银白色的易脆金属，但表面氧化后呈粉红色。铋是天然的反磁性金属，也是金属中热导率最低的元素之一。
铋长久以来一直被认为是原子序最大的稳定元素，但是在2003年，科学家发现其唯一的稳定同位素铋-209其实有极其微弱的放射性，会进行α衰变，半衰期超过宇宙年龄的十亿倍。因为铋的半衰期极长，其微乎其微的放射性不会对生物造成任何影响（甚至比人体的放射性低得多），所以在几乎所有应用方面中，它还是可以视为稳定元素。
== 历史 ==
古时候人们就已经知道铋金属的存在。它是最早发现的十种金属之一，但其英文名称Bismuth词源不详。它可能起于德语Bismuth、Wismut、Wissmuth（16世纪初）；它们可能与古高地德语hwiz（“白色”）有关。新拉丁语bisemutium （由格奥尔格·阿格里科拉创造；他当时将许多德语的采矿和技术词汇转为拉丁词语）源自德语Wistuth，可能来自weiße Masse（“白色的物质”）。
因为铋的性质与锡和铅相似，所以早期人们常常把这三个元素搞混。由于铋很早发现，没有人能确定它最先是被谁发现的。格奥尔格·阿格里科拉（1546年）指出，铋属于一类独特的金属，这一类也包括锡和铅。炼金术时代的矿工也将铋命名为Tectum argenti（“正在制造的银”）。
印加人也知道铋的存在，将其和铜、锡一起混合，制造一种特殊的青铜，用来铸刀。
从1738年的约翰·海因里希·波特、卡尔·威廉·舍勒和托尔贝恩·贝里曼开始，铅和铋渐渐得以区分。1753年，克劳德·弗朗索瓦·若弗鲁瓦证明这种金属不同于铅和锡。
== 金属冶炼 ==
铋金属，表面的氧化层因薄膜干涉使得这块铋呈现彩色
在工业上主要通过氧化铋的氧化还原反应冶炼铋，反应方程式为：
↑
2
所产生的一氧化碳还可能把杂质金属的氧化物还原：
PbO + CO → Pb + CO2
这些杂质溶于金属铋中，形成粗铋。如果铋矿中还含有铜，则通常加入黄铁矿来回收铜：
2 Cu + FeS2 → Cu2S + FeS
可以往硫化铋矿中加入铁屑来冶炼铋，反应方程式为：
Bi2S3 + 3 Fe → 2 Bi + 3 FeS
同样，有部分杂质熔入金属铋，形成粗铋。
氧化铋和硫化铋的混合矿则可以通过混合熔炼法来冶炼金属铋，冶炼过程使用氧化铋和硫化铋之间的氧化还原反应：
Bi2S3 + 2 Bi2O3 → 6 Bi + 3 SO2↑
湿法冶炼铋常用氯化铁-盐酸法和铁粉置换法。氯化铁-盐酸法是将硫化铋矿溶解在三氯化铁和盐酸（HCl）的混合溶液中：
Bi2S3 + 6 FeCl3 → 2 BiCl3 + 6 FeCl2 + 3 S
其中，FeCl3还能溶解铋矿中的天然铋：
3 FeCl3 + Bi → BiCl3 + 3 FeCl2
矿中如果有氧化铋则直接被盐酸溶解：
Bi2O3 + 6 HCl → 2 BiCl3 + 3 H2O
盐酸有另一个作用，是防止所生成的BiCl3水解成不溶的BiOCl沉淀。铁粉则是把生成的氯化铋中的铋置换出来：
3 Fe + 2 BiCl3 → 2 Bi + 3 FeCl2
这时沉淀出来的铋是海绵状的。海绵状的铋直接在空气中加热会氧化，因此工业上通常在熔融的氢氧化钠中将铋熔化，这样既可以防止铋的氧化，又可以让形成的液态铋下沉易于聚集。铋中的氧化物及杂质能被氢氧化钠溶解。
== 化学性质 ==
铋晶体
铋的化学性质和砷、锑相似。常温的铋不会与空气的水及氧反应，但炽热的铋会与水反应生成氧化铋：
2 Bi + 3 H2O → Bi2O3 + 3 H2
加热至熔点时，铋的表面逐渐生成灰黑色的氧化物。金属铋可以在一定条件下和卤素直接反应，生成三卤化铋，但是铋在500 °C下会与氟反应生成五氟化铋。三卤化物具腐蚀性，容易与水分反应，生成化学式为BiOX的卤氧化物。
4 Bi + 6 X2 → 4 BiX3 (X = F, Cl, Br, I)
4 BiX3 + 2 O2 → 4 BiOX + 4 X2
在高温下，金属铋能与很多非金属和金属反应，生成三价铋的化合物。铋的还原电势为正值，即在电动序中位于氢后，所以铋不会与非氧化性酸反应。铋能溶于热的浓硫酸中，生成硫酸铋和二氧化硫（1）；也可以与硝酸反应，生成硝酸铋（2）。与砷、锑不同，铋有生成含氧酸盐的明显趋势，如硫酸铋、硝酸铋、砷酸铋等。铋不和碱反应。
(1) 6 H2SO4 + 2 Bi → 6 H2O + Bi2(SO4)3 + 3 SO2
(2) Bi + 6 HNO3 → 3 H2O + 3 NO2 + Bi(NO3)3
铋也可以在氧的存在下溶于盐酸：
4 Bi + 3 O2 + 12 HCl → 4 BiCl3 + 6 H2O
需要指出的是，铋与氧化剂反应时通常只生成三价铋而不是五价铋。五价铋远不如五价砷以及五价锑稳定。这不仅是因为铋的第IV电离能和第V电离能之和（9.776mJ·mol-1），而且还因为6s2的一个电子激发到6d空轨道需要很大的能量，所以用低氧化态的铋生成五价铋化合物很困难。
此外，铋还能形成原子簇化合物。
== 同位素 ==
铋唯一的天然同位素是铋-209，自从得到发现以来被认为是最重的稳定同位素。它是镎衰变链的最终产物。然而，科学家长期以来一直怀疑它在理论上是不稳定的。2003年，法国奥赛天体物理研究所的研究人员证实铋-209具有极其微弱的放射性，会发生α衰变形成铊-205，测得的半衰期为u=年 ，相当于目前估计的宇宙年龄的十亿倍。由于其具有极长的半衰期，极微的放射性对人体不会造成任何影响，甚至比人体本身的放射性低得多，因此在所有目前已知的医疗和工业应用中，铋可以当作稳定的非放射性元素；而对其放射性的研究纯粹是基于学术兴趣，因为铋-209是少数几个在理论上被预测有放射性，之后才从实验室中被检测出的核素之一。铋-209具有已知最长的α衰变半衰期，不过仍短于碲-128发生双β衰变的半衰期，长达u=年。
几个半衰期较短的铋同位素存在于自然界的铀衰变链、锕衰变链和钍衰变链中，其中铋-213也存在于镎-237和铀-233的衰变链中。此外，还有更多的同位素通过实验合成出来。
在商业中，可以在Linear particle accelerator中利用轫致辐射光子轰击镭，来生产放射性同位素铋-213。1997年开始，一种与铋-213结合的抗体复合体可以用来治疗白血病患者。铋-213的半衰期为45分钟，在体内会随著α粒子的发射而衰减。铋-213也试过用在癌症的放射治疗，例如Targeted alpha-particle therapy（TAT）中。
== 化合物 ==
铋可以形成三价和五价化合物，其中三价化合物较为常见。铋的许多化学性质类似于砷和锑，尽管铋化合物的毒性比这两个元素的化合物的低。
=== 氧化物和硫化物 ===
在高温下，金属铋的蒸气会与氧迅速结合，形成黄色的氧化铋(III)|3。熔融时，在710 °C以上的温度中，这种氧化物会腐蚀任何金属氧化物，甚至是铂。与碱反应时，它会形成两种含氧离子系列：- (为聚合物，会形成线性链）和3-。3中的负离子24-是立方形的八聚体阴离子，而3中的负离子则是四聚体。
深红色的铋(V)氧化物5不稳定，加热时会释放出氧气|2。
NaBiO3是一种强氧化剂。
硫化铋(III)3存在于天然的铋矿石中。它由熔融的铋和硫结合产生而来。
氯氧化铋（BiOCl）的结构（矿物氯铋矿）。灰色：铋；红色：氧；绿色：氯
在化学计量上，氯氧化铋（BiOCl，右图）和硝酸氧铋（BiONO3）以铋酰离子（BiO+）的简单阴离子盐的形式出现。铋酰离子通常在含水铋化合物中出现。然而，在BiOCl的情况下，盐晶体以Bi、O和Cl原子的交替板的结构形成，其中每个氧在相邻平面中与四个铋原子配位。这种矿物化合物被用作颜料和化妆品（见下文）。
=== 氢化铋(III)和铋化物===
与较轻的氮族元素氮、磷和砷不同，但与锑相似，铋不能形成稳定的氢化物。氢化铋 (3)是在室温下自发分解的吸热化合物。它仅在-60°C以下稳定。铋化物是铋与其他金属之间的金属间化合物。
在2014年，研究人员发现，铋钠可以以一种称为“三维拓扑狄拉克半金属”(3DTDS)的形式存在，该物质散装具有3D狄拉克费米子。它是石墨烯的天然三维对应物，具有相似的电子移动率和漂移速度。石墨烯和拓扑绝缘体(例如3DTDS中的绝缘体)都是晶体材料，它们在内部是与电绝缘的, 但在表面上是可以导电的，从而可使用在电晶体和其他电子设备上。尽管铋钠(Bi)太不稳定,以至于无法在没有包装的设备中使用, 但它仍可以展示出3DTDS系统的潜在应用，且在半导体和自旋电子学的应用中, 它与平面石墨烯相比, 具有明显的效率和制造优势。
=== 卤化物 ===
低氧化态的铋卤化物已被证明具有不同寻常的结构。最初被认为是氯化铋(I)（BiCl），结果是由Bip=5+阳离子和BiClp=2−、Bib=2Clp=2−阴离子组合成的复合化合物。
Bip=5+阳离子具有扭曲的三键三角柱状分子几何形状, 也存在于18之中，18是通过将四氯化铪和氯化铋与元素铋的混合物还原而制成的，具有3的结构。50其他多原子铋阳离子也已经被知悉，例如：在2中被发现的Bip=2+。 铋也能形成具有与“BiCl”相同结构的低价溴化物。另外，还有一个真正的单一碘化物BiI，它包含4单元链。BiI可加热分解为碘化铋|3和元素铋。此外，也存在有相同结构的一溴化物。
在氧化态为+3时，铋与所有的卤素（即三氟化铋|3、氯化铋|3、溴化铋|3、碘化铋|3 ）都会形成三卤化物。这些卤素除了3之外，都会被水水解。
氯化铋与氯化氢在乙醚溶液中会反应生成酸4。
铋很少出现+5的氧化态。其中一种这样的化合物便是五氟化铋|5，一种强效的氧化剂和氟化剂。它也是强氟化物的受体，会与四氟化氙反应形成+阳离子：
5 + 4 → -
=== 含水化合物 ===
在水溶液中，Bip=3+离子在强酸的条件下会被溶剂化，形成水离子3+。 在pH> 0的条件下，则会存在多核物质，其中最重要的是八面体复合物4p=6+。
== 产地和生产 ==
砷铋矿
在地壳中，铋的含量大约是金的两倍。铋最重要的是矿石是砷铋矿和辉铋矿。天然铋矿的产地主要来自澳洲、玻利维亚和中国。
根据美国地质调查局的研究，2016年全球的铋采矿产量为10,200公吨，主要产自中国（7,400吨）、越南（2,000吨）、墨西哥（700吨） 。2016年的全球精炼厂产量则为17,100吨，其中中国生产11,000吨、墨西哥539吨、日本428吨 ；这个数量上的差异显示出，铋的地位是作为提取其他金属（例如：铅、铜、锌、锡、钼、钨等）的副产品。精炼厂生产的全球铋产量的统计数据是较为完整与可靠的。
铋存在于粗铅锭中（含铋量高达10％），经过数个精炼的阶段，直到透过白特顿-克洛耳法的程序将之分离出来例如炉渣等的杂质，或是以贝滋电解法将之提炼出来。铋与另一种主要金属铜的作用相似。生铋矿经过上述两种处理程序后，仍存有相当多的其他金属，其中最主要的是铅。借由熔融混合物与氯气反应，其他金属可以转化为氯化物，而铋则仍保持不变。杂质也可以透过各种其他方法去除，例如：使用助熔剂等处理方法，来制成高纯度的铋金属（纯度超过99％）。
=== 价格 ===
World mine production and annual averages of bismuth price (New York, not adjusted for inflation).
铋金属全球产量和年平均价格除了1970年代的飙升之外，在20世纪的大部分时间里，纯铋金属的价格一直相对地稳定。铋一直以来主要是作为提炼铅的副产品而生产的，因此价格通常反映出生产、需求和回收成本之间的平衡。
在第二次世界大战之前，对铋的需求很小，而且主要是用在医药上，铋化合物被用来治疗消化系统的疾病、性传播疾病和烧伤等。少数铋金属则是用在消防喷水系统和保险丝的易熔合金。在第二次世界大战期间，铋被认为是一种战略性材料，用于焊料、易熔合金、药物和原子研究。为了稳定市场，生产商在战争期间将价格定为每磅1.25美元（每公斤2.75美元），从1950年到1964年的价格则定为每磅2.25美元（每公斤4.96美元）。
1970年代初期，由于作为铝、铁和钢的冶金添加剂，铋的需求量逐渐增加，因此价格迅速上涨。随后由于全球产量增加、消耗量稳定，以及1980年、1981年至1982年的经济衰退，其价格下降。到了1984年，随著全球消费量的增加，价格又开始攀升，特别是在美国和日本。在1990年代初期，开始对铋进行评估研究，因为铋可以作为铅的无毒替代品，例如可用于：陶瓷釉料、鱼坠、食品加工设备、管线应用的车床加工黄铜、润滑油脂和水禽狩猎。尽管得到了美国联邦政府的铅替代政策支持，在1990年代中期，在这些领域中铋的使用率依然增长缓慢，直到2005年左右，增长有所加剧，导致价格迅速且持续地上涨。
=== 回收 ===
大多数铋是作为提取其他金属的副产品而生产的，包括铅，钨和铜的冶炼，该材料的可持续性取决于废料回收业的投入。
曾有人认为，铋可以从电子设备的焊接接头中完整的回收，可是随著最近电子设备中焊料应用的效率增加，因此焊料的用量明显减少，故而难以回收。要从含银焊料中回收银仍具有经济效益，但回收铋的经济效益则少了许多。
因此，未来可行的回收方式，主要是回收铋含量较大的催化剂，例如磷钼酸铋date=March 2018、用于镀锌的铋，以及作为快削加工的冶金添加剂date=March 2018。
铋最广泛使用的用途包括胃药（次水杨酸铋）、油漆涂料（钒酸铋）、珠光化妆品（氯氧化铋）和含铋子弹，但从这些用途回收铋是不切实际的。
== 应用 ==
目前在铋的产量中，其化合物态就占了一半。铋在商业上的应用不多，且需要使用的量通常相对于其他原材料较少。在美国，2016年消耗了733吨铋，其中70%用于化学品（包括药品、颜料和化妆品），11％用于铋合金。
一些制造商使用铋作为阀门等饮用水系统设备的替代品，以满足美国的“无铅”要求（始于2014年）。这是一个相当广泛的应用，因为它涵盖了所有住宅和商业建筑。
在1990年代初期，研究人员开始评估将铋作为铅的无毒替代品的可行性。
=== 药理学 ===
铋是一些药物的成分，但其中部分药物的用量逐渐下降。
* 次水杨酸铋（Bismuth Subsalicylate）作为止泻剂。例如"粉红铋"制剂中Pepto-Bismol的活性成分，以及2004年Kaopectate的重新配制版本。它还用于治疗一些胃肠疾病及镉中毒。尽管在某些情况可能涉及微动力作用（小剂量重金属离子对微生物的毒性作用），但是仍不清楚完整的作用机理。 该化合物水解产生的水杨酸对于会产生毒素的大肠杆菌（旅行者腹泻中的重要病原体）具有抗菌作用。
* 次水杨酸铋和次柠檬酸铋（Bismuth Subcitrate）的组合可用于治疗细菌引起的胃溃疡。
* 铋溴酚（Bibrocathol）是一种含铋的有机化合物，可用于治疗眼部感染。
* 次没食子酸铋（Bismuth Subgallate） — Devrom里的活性成分，作为除臭剂以治疗胃胀气和粪便中的恶臭。
* 一些铋化合物（包括酒石酸铋钠）以前被用于治疗梅毒。
* 铋乳（氢氧化铋和次碳酸铋的悬浮液）在20世纪初被作为助消化药物销售。
* 次硝酸铋（Bismuth subnitrate）和次碳酸铋（Bismuth subcarbonate）也被用于医学中。
=== 化妆品和颜料 ===
氯氧化铋（BiOCl）有时用于化妆品中，作为眼影，发胶和指甲油中的颜料。这种化合物是一种矿物质双晶石，并且以晶体形式包含原子层，其以光为基础折射光，产生类似于珍珠母珍珠层的虹彩外观。它曾在古埃及等其他地方作为化妆品。铋白(又称西班牙白)，是一种白色颜料，它包括氧氯化铋或硝酸氧铋。钒酸铋是一种具有光稳定性的非反应性涂料，通常作为毒性较强的硫化镉黄和橙黄色颜料的替代品。这使得它常用在柠檬黄色颜料，而且和原本的含镉颜料在视觉上无法区分。
=== 金属和合金 ===
铋和铁等金属可制造合金，用于自动喷水灭火系统。它也被用来制造青铜时代使用的铋青铜。
==== 铅的代替品 ====
铋在重金属中毒性比较低，随著人们越来越重视铅的毒性，铋合金（大约是铋产量的三分之一）越来越常作为铅的替代品。因为铅（11.32克/立方公分）和铋（9.78克/立方公分）之间的密度差异小，在子弹和配重等方面，铋可以代替铅。例如，它可以取代铅制造铅坠。现已替代铅弹作为镇暴霰弹枪中的弹药。荷兰，丹麦，英国，威尔斯，美国和许多其他国家现在禁止使用铅弹来捕猎湿地的鸟类，因为许多鸟类以为铅弹可帮助消化而误食，导致铅中毒。而荷兰甚至禁止在所有狩猎行为中使用铅弹。铋锡合金子弹是一种替代方案，其性能与铅弹相似。（另一种较便宜但性能较差的替代品是“钢”弹）然而，铋由于缺乏可塑性而不适合用作为狩猎子弹。
铋是一种高原子量的致密元素，浸渍铋的乳胶护罩用于阻挡医学检查（如电脑断层扫描）中的X射线，一般认为它是无毒的。
危害性物质限制指令（RoHS）减少了铅的使用，并扩大铋在电子产品中作为低熔点焊料的成分，作为传统锡铅焊料的替代品。它的低毒性使它可作为食品加工设备和铜水管的焊料，而在欧盟，它也被应用于汽车工业。
铋已被评估为用于管道应用的易切削黄铜中的铅的替代品，虽然它和含铅钢的性能不同。
==== 其他金属用途和特殊合金 ====
大部分的铋合金熔点很低，可用于特殊用途如焊料。火灾探测和扑灭系统中的许多自动洒水器、熔断器和安全装置常见到易熔的In19.1-Cd5.3-Pb22.6-Sn8.3-Bi44.7合金，熔点为47°C(117°F)。这是一个方便的温度，因为在正常的生活条件下不太可能超过该温度。会在70°C熔化的Bi-Cd-Pb-Sn合金，可用于汽车和航空工业。在薄壁金属零件变形之前，先填充熔融液或覆盖一层薄薄的合金以减少断裂的机会，然后将零件浸入沸水中以除去合金。因为铋在凝固的时候会异常膨胀，所以适合用于某些地方，例如印刷铸件。
铋用于制造易切削钢和易切削铝合金，以实现精密加工性能。因为铅的凝固收缩和铋的膨胀幅度差不多，因此铅和铋的含量通常一样。含相同比例的铋铅合金在熔化、凝固时变化不明显。这样的合金可用于高精度铸造中，例如在牙科领域可以创建模型和模型。铋还用作锻铸铁的合金剂和热电偶材料。
铋还会用在铝矽合金中，用来改善矽的型态。一些铋合金（例如Bi35-Pb37-Sn25）会与不粘材料（云母、玻璃、搪瓷）结合使用。因为它们很容易润湿，从而可以与其他零件接合。在铯中添加铋可以提高铯阴极的产率。铋粉和锰粉在300°C的温度下烧结会产生永久磁铁和磁致伸缩材料，可于10–100 kHz范围内的超声波发生器和接收器以及磁存储设备中工作。
==== 铋化合物的其他用途 ====
* 铋包含在铋锶钙氧化铜(BSCCO)中，铋锶钙氧化铜是1988年发现的一群类似超导化合物，具有最高超导转变温度。
* 次硝酸铋是制造虹彩釉料的一种成分，用作油漆中的颜料。
* 碲化铋是一种半导体和优良的热电材料。碲化铋二极管用于移动式冰箱，CPU冷却器和红外光分光光度计中的探测器。
* 氧化铋的δ形式是氧的固体电解质。这种形式通常在高温阈值以下分解，但在强碱性溶液中可在远低于该阈值的温度下电镀。
* 锗酸铋是一种闪烁体，广泛用于X射线和伽马射线探测器。
* 钒酸铋是一种不透明的黄色颜料，被一些艺术家作为画油画的染料，亦被水彩颜料公司使用，主要用作替代毒性较大的硫化镉当作黄色染料，最常被制作为柠檬色的颜料。它在抗紫外线降解性，不透明度，著色力和不易与其他颜料反应等方面与镉颜料相同。除了作为几种镉黄的替代品外，它还可作为以往用锌、铅和锶制成的铬酸盐颜料的无毒替代品。如果将钒酸铋添加入绿色颜料及硫酸钡（增加透明度），它也可以作为铬酸钡的替代品，甚至比其他的更绿。而与铬酸铅相比，它不会因空气中的硫化氢而变黑（受紫外线照射将加速反应），并且具有更明亮的颜色，尤其是柠檬黄，由于产生该颜色所需的硫酸铅百分比较高，它是最透明、无光泽且最快变黑的。它也被用来作为汽车烤漆，但由于成本较高，仍不普遍。
* 作为制造丙烯酸纤维时的催化剂。
* 将 CO2 转化为 CO 的电催化剂。
* 润滑油的成分。
== 毒理学与生态毒理学 ==
参见铋沉著症，一种因长期接触铋而引起的罕见皮肤病。
科学文献指出，与其他重金属（铅、砷、锑等）相比，铋化合物对人体的毒性较小，可能是因为铋盐在水中的溶解度相对较低、造成其中的铋离子较难以被人体吸收所致。研究指出，铋滞留于全身的生物半衰期为5天，但它会在接受铋药物治疗的人的肾脏中积存多年。
铋可能会引发中毒，在近年来越来越普遍。与铅中毒一样，铋中毒会导致在牙龈上形成黑色沉淀物，称为铋线。铋中毒或许可用二巯基丙醇治疗，其疗效目前尚不明确。
铋对环境的影响尚不清楚，它可能比其他的重金属更不容易产生生物积累，而这是一个目前正在积极研究的领域。
== 生物修复 ==
硬柄小皮伞（Marasmius oreades）可以用来修复被铋污染的土壤。