Bismut

Wismut, ₈₃Bi ⓘ
Bismut
Aussprache	/ˈbɪzməθ/ (BIZ-məth)
Erscheinungsbild	glänzendes bräunliches Silber
Standard-Atomgewicht Ar°(Bi)	208.98040±0.00001; 208,98±0,01 (verkürzt);
Bismut im Periodensystem
	Blei ← Bismut → Polonium
Ordnungszahl (Z)	83
Gruppe	Gruppe 15 (narkotisierende Mittel)
Zeitraum	Zeitraum 6
Block	p-Block
Elektronenkonfiguration	[[[Xenon\|Xe]]] 4f14 5d10 6s2 6p3
Elektronen pro Schale	2, 8, 18, 32, 18, 5
Physikalische Eigenschaften
Phase bei STP	solide
Schmelzpunkt	544,7 K (271,5 °C, 520,7 °F)
Siedepunkt	1837 K (1564 °C, 2847 °F)
Dichte (nahe r.t.)	9,78 g/cm3
wenn flüssig (bei m.p.)	10,05 g/cm3
Schmelzwärme	11,30 kJ/mol
Wärme der Verdampfung	179 kJ/mol
Molare Wärmekapazität	25,52 J/(mol-K)
Atomare Eigenschaften
Oxidationsstufen	-3, -2, -1, +1, +2, +3, +4, +5 (ein leicht saures Oxid)
Elektronegativität	Pauling-Skala: 2,02
Ionisierungsenergie	1: 703 kJ/mol ; 2.: 1610 kJ/mol ; 3.: 2466 kJ/mol ; (mehr) ;
Atomradius	empirisch: 156 pm
Kovalenter Radius	148±4 pm
Van-der-Waals-Radius	207 pm
	Spektrallinien von Wismut
Andere Eigenschaften
Natürliches Vorkommen	urspünglich
Kristallstruktur	rhomboedrisch
Schallgeschwindigkeit dünner Stab	1790 m/s (bei 20 °C)
Thermische Ausdehnung	13,4 µm/(m⋅K) (bei 25 °C)
Wärmeleitfähigkeit	7,97 W/(m⋅K)
Elektrischer Widerstand	1,29 µΩ⋅m (bei 20 °C)
Magnetische Bestellung	diamagnetisch
Molare magnetische Suszeptibilität	-280,1×10-6 cm3/mol
Elastizitätsmodul	32 GPa
Schermodul	12 GPa
Elastizitätsmodul	31 GPa
Poissonzahl	0.33
Mohs-Härte	2.25
Brinell-Härte	70-95 MPa
CAS-Nummer	7440-69-9
Geschichte
Entdeckung	Arabische Alchemisten (vor 1000 n. Chr.)
Hauptisotope von Bismut
α	206Tl
α	206Tl
	Kategorie: Wismut; siehe; sprechen; bearbeiten; \| Referenzen

Bismut ist ein chemisches Element mit dem Symbol Bi und der Ordnungszahl 83. Es ist ein Post-Übergangsmetall, radioaktiv und gehört zu den Pyknogenen mit chemischen Eigenschaften, die denen seiner leichteren Geschwister aus der Gruppe 15, Arsen und Antimon, ähneln. Elementares Wismut kann in der Natur vorkommen, und seine Sulfid- und Oxidformen sind wichtige kommerzielle Erze. Das freie Element hat eine Dichte, die 86 % der Dichte von Blei entspricht. Es ist ein sprödes Metall mit einer silbrig-weißen Farbe, wenn es frisch hergestellt wird, aber durch Oberflächenoxidation kann es aufgrund von Dünnschichtinterferenzen ein bunt schillerndes Aussehen erhalten. Wismut ist das von Natur aus diamagnetischste Element und hat einen der niedrigsten Werte für die Wärmeleitfähigkeit unter den Metallen. ⓘ

Wismut galt lange Zeit als das Element mit der höchsten Atommasse, das stabil ist, doch 2003 wurde entdeckt, dass es nur sehr schwach radioaktiv ist: Sein einziges ursprüngliches Isotop, Wismut-209, zerfällt durch Alphazerfall mit einer Halbwertszeit, die mehr als eine Milliarde Mal so lang ist wie das geschätzte Alter des Universums. Aufgrund seiner enorm langen Halbwertszeit kann Bismut für fast alle Zwecke als stabil angesehen werden. ⓘ

Das Metall Wismut ist seit der Antike bekannt, obwohl es oft mit Blei und Zinn verwechselt wurde, die einige physikalische Eigenschaften gemeinsam haben. Die Etymologie ist ungewiss, aber das Wort könnte von den deutschen Wörtern weiße Masse oder Wismuth 'white mass' stammen, die in der Mitte des 16. ⓘ

Wichtigste Verwendungszwecke

Etwa die Hälfte der Wismutproduktion entfällt auf Wismutverbindungen. Sie werden in Kosmetika, Pigmenten und einigen Arzneimitteln verwendet, vor allem Bismutsubsalicylat, das zur Behandlung von Durchfallerkrankungen eingesetzt wird. Die ungewöhnliche Neigung der Wismut, sich beim Erstarren auszudehnen, ist für einige ihrer Verwendungszwecke verantwortlich, z. B. für das Gießen von Drucktypen. Für ein Schwermetall hat Bismut eine ungewöhnlich geringe Toxizität. Da die Toxizität von Blei in den letzten Jahren immer deutlicher zutage getreten ist, werden zunehmend Bismutlegierungen (derzeit etwa ein Drittel der Bismutproduktion) als Ersatz für Blei verwendet. ⓘ

Geschichte und Etymologie

Das Metall Wismut ist seit der Antike bekannt; es war eines der ersten 10 Metalle, die entdeckt wurden. Der Name Wismut stammt aus den 1660er Jahren und ist etymologisch unsicher; möglicherweise stammt er von dem veralteten deutschen Wort Wismut, Wismut, Wissmuth (frühes 16. Jahrhundert), das vielleicht mit dem althochdeutschen hwiz ("weiß") verwandt ist. Das neulateinische bisemutium (das auf Georgius Agricola zurückgeht, der viele deutsche Bergbau- und Fachwörter latinisiert hat) stammt vom deutschen Wismuth ab, vielleicht von weiße Masse". ⓘ

Das Element wurde früher mit Zinn und Blei verwechselt, weil es diesen Elementen ähnelt. Da Wismut seit der Antike bekannt ist, wird seine Entdeckung nicht einer einzigen Person zugeschrieben. Agricola (1546) stellt fest, dass Wismut ein eigenständiges Metall in einer Familie von Metallen ist, zu der auch Zinn und Blei gehören. Dies beruhte auf der Beobachtung der Metalle und ihrer physikalischen Eigenschaften. ⓘ

Die Bergleute im Zeitalter der Alchemie gaben dem Wismut auch den Namen tectum argenti, was soviel bedeutet wie "Silber im Werden", da das Silber in der Erde noch im Entstehen begriffen war. ⓘ

Bismut war auch den Inkas bekannt und wurde (neben dem üblichen Kupfer und Zinn) in einer speziellen Bronzelegierung für Messer verwendet. ⓘ

Alchemistisches Symbol, verwendet von Torbern Bergman (1775) ⓘ

Seit Johann Heinrich Pott im Jahr 1738, Carl Wilhelm Scheele und Torbern Olof Bergman wurde die Unterscheidung von Blei und Wismut deutlich, und Claude François Geoffroy wies 1753 nach, dass sich dieses Metall von Blei und Zinn unterscheidet. ⓘ

Der Name des Metalls, der im Deutschen 1390 als wesemut und lat. 1450 als wismutum, 1530 als bisemutum erscheint, kann auf die in einer arabischen Dioskurides-Übersetzung des 9. Jahrhunderts belegte Form b[i]sīmūtīyūn zurückgeführt werden, die selbst wohl eine Transliteration von altgriechisch ψιμύθιον psimýthion ‚Bleiweiß‘ darstellt. Auch die Entstehung aus arabisch iṯmid ‚Antimon‘ wurde angenommen; oft wird außerdem auf die angeblich erste Mutung in der Zeche St. Georgen in der Wiesen bei Schneeberg im Erzgebirge im 15. Jahrhundert verwiesen, oder auf die Variante wis(se)mat. die ‚weiße Masse‘ bedeuten soll. ⓘ

Das chemische Symbol Bi schlug J. J. Berzelius im Jahr 1814 vor. ⓘ

Merkmale

Links: Ein Bismuttrichterkristall, der die treppenförmige Kristallstruktur und die schillernden Farben zeigt, die durch Interferenz des Lichts in der Oxidschicht auf seiner Oberfläche entstehen. Rechts: ein 1 cm³ großer Würfel aus nicht oxidiertem Wismutmetall ⓘ

Physikalische Merkmale

Druck-Temperatur-Phasendiagramm von Wismut. T_C bezieht sich auf die supraleitende Übergangstemperatur ⓘ

Wismut ist ein sprödes Metall mit einem dunklen, silbrig-rosa Farbton, oft mit einer schillernden Oxidschicht, die viele Farben von gelb bis blau zeigt. Die spiralförmige, treppenförmige Struktur der Wismutkristalle ist das Ergebnis einer höheren Wachstumsrate an den Außenkanten als an den Innenkanten. Die Unterschiede in der Dicke der Oxidschicht, die sich auf der Oberfläche des Kristalls bildet, führen dazu, dass verschiedene Wellenlängen des Lichts bei der Reflexion interferieren, wodurch ein Regenbogen von Farben entsteht. Bei der Verbrennung in Sauerstoff brennt Wismut mit blauer Flamme, und sein Oxid bildet gelbe Rauchgase. Seine Toxizität ist viel geringer als die seiner Nachbarn im Periodensystem, wie Blei, Antimon und Polonium. ⓘ

Kein anderes Metall ist nachweislich von Natur aus diamagnetischer als Bismut. (Superdiamagnetismus ist ein anderes physikalisches Phänomen.) Von allen Metallen hat es einen der niedrigsten Werte der Wärmeleitfähigkeit (nach Mangan und vielleicht Neptunium und Plutonium) und den höchsten Hall-Koeffizienten. Es hat einen hohen elektrischen Widerstand. Wenn es in ausreichend dünnen Schichten auf ein Substrat aufgebracht wird, ist Bismut ein Halbleiter, obwohl es ein Post-Transition-Metall ist. Elementares Wismut ist in der flüssigen Phase dichter als in der festen, eine Eigenschaft, die es mit Germanium, Silizium, Gallium und Wasser teilt. Wismut dehnt sich beim Erstarren um 3,32 % aus; daher war es lange Zeit Bestandteil niedrigschmelzender Satzlegierungen, wo es die Kontraktion der anderen Legierungsbestandteile kompensierte, um nahezu isostatische eutektische Wismut-Blei-Legierungen zu bilden. ⓘ

Obwohl es in der Natur praktisch nicht vorkommt, kann hochreines Wismut unverwechselbare, bunte Trichterkristalle bilden. Es ist relativ ungiftig und hat einen niedrigen Schmelzpunkt von knapp über 271 °C, so dass die Kristalle auf einem Haushaltsherd gezüchtet werden können, auch wenn die daraus entstehenden Kristalle tendenziell von geringerer Qualität sind als im Labor gezüchtete Kristalle. ⓘ

Unter Umgebungsbedingungen weist Bismut die gleiche Schichtstruktur wie die metallischen Formen von Arsen und Antimon auf und kristallisiert im rhomboedrischen Gitter (Pearson-Symbol hR6, Raumgruppe R3m Nr. 166) des trigonalen Kristallsystems. Beim Komprimieren bei Raumtemperatur geht diese Bi-I-Struktur bei 2,55 GPa zunächst in die monokline Bi-II-Struktur über, dann bei 2,7 GPa in die tetragonale Bi-III-Struktur und schließlich bei 7,7 GPa in die kubisch-raumzentrierte Bi-V-Struktur. Die entsprechenden Übergänge können über Änderungen der elektrischen Leitfähigkeit verfolgt werden; sie sind recht reproduzierbar und abrupt und werden daher zur Kalibrierung von Hochdruckgeräten verwendet. ⓘ

Bismut ist ein silberweißes, sprödes und grobkristallines Metall bzw. Halbmetall mit einem Stich ins Rosa. Es hat eine rhomboedrische Kristallstruktur mit sehr dicht gepackten Doppelschichten. Der kürzeste Abstand zwischen zwei Doppelschichten beträgt 352,9 pm, was nur um 15 % größer als der kleinste Abstand zweier Atome innerhalb einer Doppelschicht ist. Bismut-Einkristalle zeigen eine ausgeprägte Spaltbarkeit parallel zu diesen Doppelschichten. ⓘ

Bismut hat den stärksten Hall-Effekt aller metallähnlichen Elemente und als Halbmetall in reiner Form eine schlechte elektrische Leitfähigkeit. Es zeigt – abgesehen von Supraleitern und pyrolytischem Graphit – darüber hinaus die stärkste diamagnetische Eigenschaft, aus einem von außen angelegten Magnetfeld wird es hinausgedrückt. Der Schubnikow-de-Haas-Effekt (Oszillationen des elektrischen Widerstands in einem äußeren Magnetfeld) wurde erstmals an Bismut-Kristallen beobachtet und gemessen. Vor der Entwicklung von Hallsensoren und Feldplatten verwendete man zur Messung von Magnetfeldern die sogenannte Wismutspirale, eine Spule mit aufgewickeltem dünnem isoliertem Wismutdraht. Die Widerstandsänderung der Spule unter dem Einfluss eines sich ändernden Magnetfeldes war sicher sehr gering im Vergleich mit heutigen Sensoren. ⓘ

In reinen Bismut-Einkristallen wurde Supraleitung bei Temperaturen unterhalb der extrem niedrigen Sprungtemperatur von 0,53 mK beobachtet. Bismut ist damit das supraleitende Material mit der geringsten Ladungsträgerdichte. ⓘ

Bismutkristall mit Anlauffarben ⓘ

Von Bismut sind zwei Modifikationen bekannt: Das bei Zimmertemperatur gewöhnliche Bismut bildet unter hohen Drücken (ab 9 GPa) eine kubisch-raumzentrierte Kristallstruktur. ⓘ

Chemische Merkmale

Wismut ist sowohl in trockener als auch in feuchter Luft bei normalen Temperaturen stabil. Wenn es rotglühend ist, reagiert es mit Wasser zu Bismut(III)-oxid. ⓘ

2 Bi + 3 H₂O → Bi₂O₃ + 3 H_{2 ⓘ}

Mit Fluor reagiert es bei 500 °C zu Bismut(V)-fluorid oder bei niedrigeren Temperaturen zu Bismut(III)-fluorid (typischerweise aus Bi-Schmelzen); mit anderen Halogenen werden nur Bismut(III)-halogenide gebildet. Die Trihalogenide sind korrosiv und reagieren leicht mit Feuchtigkeit unter Bildung von Oxyhalogeniden mit der Formel BiOX. ⓘ

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

4 BiX₃ + 2 O₂ → 4 BiOX + 4 X_{2 ⓘ}

Wismut löst sich in konzentrierter Schwefelsäure auf und bildet Wismut(III)-sulfat und Schwefeldioxid. ⓘ

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

Es reagiert mit Salpetersäure zu Wismut(III)-nitrat. ⓘ

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

Es löst sich auch in Salzsäure auf, allerdings nur in Gegenwart von Sauerstoff. ⓘ

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

Es wird als Transmetalisierungsmittel bei der Synthese von Erdalkalimetallkomplexen verwendet:

3 Ba + 2 BiPh₃ → 3 BaPh₂ + 2 Bi ⓘ

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 der Luft ist es beständig. ⓘ

Bei Rotglut verbrennt Bismut mit bläulicher Flamme zu einem braun-gelben Rauch – Bismut(III)-oxid (Bi₂O₃). ⓘ

Isotope

Das einzige ursprüngliche Isotop des Wismuts, Wismut-209, galt traditionell als das schwerste stabile Isotop, wurde aber aus theoretischen Gründen lange Zeit für instabil gehalten. Dies wurde schließlich im Jahr 2003 nachgewiesen, als Forscher am Institut d'Astrophysique Spatiale in Orsay, Frankreich, die Halbwertszeit der Alpha-Emission von ²⁰⁹
Bi
beträgt 2,01×10¹⁹ Jahre (3 Bq/Mg), mehr als eine Milliarde Mal länger als das derzeit geschätzte Alter des Universums. Aufgrund seiner außerordentlich langen Halbwertszeit kann Bismut für alle derzeit bekannten medizinischen und industriellen Anwendungen so behandelt werden, als sei es stabil und nicht radioaktiv. Die Radioaktivität ist von wissenschaftlichem Interesse, da Bismut eines der wenigen Elemente ist, dessen Radioaktivität vermutet und theoretisch vorhergesagt wurde, bevor sie im Labor nachgewiesen werden konnte. Bismut hat die längste bekannte Halbwertszeit beim Alphazerfall, obwohl Tellur-128 eine Halbwertszeit beim doppelten Betazerfall von über 2,2×10²⁴ Jahren hat. Die extrem lange Halbwertszeit von Bismut bedeutet, dass weniger als ein Milliardstel des Bismuts, das bei der Entstehung des Planeten Erde vorhanden war, seither in Thallium zerfallen ist. ⓘ

Mehrere Bismut-Isotope mit kurzen Halbwertszeiten kommen in den radioaktiven Zerfallsketten von Actinium, Radium und Thorium vor, und weitere wurden experimentell synthetisiert. Bismut-213 findet sich auch in der Zerfallskette von Neptunium-237 und Uran-233. ⓘ

Kommerziell kann das radioaktive Isotop Bismut-213 durch Beschuss von Radium mit Bremsstrahlungsphotonen aus einem linearen Teilchenbeschleuniger hergestellt werden. Im Jahr 1997 wurde ein Antikörperkonjugat mit Bismut-213, das eine Halbwertszeit von 45 Minuten hat und unter Aussendung eines Alphateilchens zerfällt, zur Behandlung von Leukämiepatienten eingesetzt. Dieses Isotop wurde auch in der Krebsbehandlung erprobt, z. B. im Rahmen des Programms für gezielte Alphatherapie (TAT). ⓘ

²⁰⁹Bi ist das vorletzte Glied der Neptunium-Reihe und außer ²⁰⁵Tl das einzige, das noch natürlich vorkommt. Weil heute in Kernreaktoren auch die am Anfang der Neptunium-Reihe stehenden Nuklide erbrütet werden, nimmt die ²⁰⁹Bi-Menge auf der Erde mit der Zeit zu. ⓘ

Chemische Verbindungen

Bismut bildet drei- und fünfwertige Verbindungen, wobei die dreiwertigen am häufigsten vorkommen. Viele seiner chemischen Eigenschaften ähneln denen von Arsen und Antimon, obwohl sie weniger giftig sind als die Derivate dieser leichteren Elemente. ⓘ

Oxide und Sulfide

Bei hohen Temperaturen verbinden sich die Dämpfe des Metalls schnell mit Sauerstoff und bilden das gelbe Trioxid Bi
₂O
₃. In geschmolzenem Zustand, bei Temperaturen über 710 °C, korrodiert dieses Oxid alle Metalloxide und sogar Platin. Bei der Reaktion mit einer Base bildet es zwei Reihen von Oxyanionen: BiO-
₂, das polymer ist und lineare Ketten bildet, und BiO3-
₃. Das Anion in Li
₃BiO
₃ ist ein kubisch-oktomeres Anion, Bi
₈O24-
₂₄, während das Anion in Na
₃BiO
₃ ist tetramerisch. ⓘ

Das dunkelrote Bismut(V)-oxid, Bi
₂O
₅, ist instabil und setzt O
₂-Gas beim Erhitzen. Die Verbindung NaBiO₃ ist ein starkes Oxidationsmittel. ⓘ

Bismutsulfid, Bi
₂S
₃, kommt natürlich in Wismut-Erzen vor. Es wird auch durch die Kombination von geschmolzenem Wismut und Schwefel hergestellt. ⓘ

Struktur von Bismut-Oxychlorid (BiOCl) (Mineral Bismoklit). Bismut-Atome sind grau, Sauerstoff rot und Chlor grün dargestellt. ⓘ

Bismutoxychlorid (BiOCl, siehe Abbildung rechts) und Bismutoxynitrat (BiONO₃) erscheinen stöchiometrisch als einfache anionische Salze des Bismut(III)-Kations (BiO⁺), das üblicherweise in wässrigen Bismutverbindungen vorkommt. Im Falle von BiOCl bildet sich der Salzkristall jedoch in einer Struktur aus abwechselnden Platten von Bi-, O- und Cl-Atomen, wobei jeder Sauerstoff mit vier Wismutatomen in der benachbarten Ebene koordiniert. Diese Mineralverbindung wird als Pigment und Kosmetikum verwendet (siehe unten). ⓘ

Bismutin und Bismuthide

Im Gegensatz zu den leichteren Stickstoff-, Phosphor- und Arsenverbindungen, aber ähnlich wie Antimon, bildet Wismut kein stabiles Hydrid. Wismuthydrid, Wismutin (BiH
₃), ist eine endotherme Verbindung, die sich bei Raumtemperatur spontan zersetzt. Sie ist nur unter -60 °C stabil. Bismutide sind intermetallische Verbindungen zwischen Bismut und anderen Metallen. ⓘ

Im Jahr 2014 entdeckten Forscher, dass Natriumbismuthid als eine Form von Materie existieren kann, die als "dreidimensionales topologisches Dirac-Halbmetall" (3DTDS) bezeichnet wird und in der Masse 3D-Dirac-Fermionen besitzt. Es ist ein natürliches, dreidimensionales Gegenstück zu Graphen mit ähnlicher Elektronenbeweglichkeit und -geschwindigkeit. Graphen und topologische Isolatoren (wie die 3DTDS) sind beides kristalline Materialien, die im Inneren elektrisch isolierend, aber an der Oberfläche leitend sind, so dass sie als Transistoren und andere elektronische Geräte funktionieren können. Während Natriumwismutid (Na
₃Bi) zu instabil ist, um in Bauelementen ohne Verpackung verwendet zu werden, kann es potenzielle Anwendungen von 3DTDS-Systemen demonstrieren, die deutliche Effizienz- und Herstellungsvorteile gegenüber planarem Graphen in Halbleiter- und Spintronikanwendungen bieten. ⓘ

Halogenide

Es hat sich gezeigt, dass die Wismuthalogenide in niedrigen Oxidationsstufen ungewöhnliche Strukturen aufweisen. Was ursprünglich für Bismut(I)-chlorid, BiCl, gehalten wurde, entpuppt sich als eine komplexe Verbindung, die aus Bi⁵⁺
₉ Kationen und BiCl2-
₅ und Bi
₂Cl2-
₈ Anionen. Das Bi⁵⁺
₉ hat eine verzerrte trigonal-prismatische Molekülgeometrie und kommt auch in Bi
₁₀Hf
₃Cl
₁₈, das durch Reduktion einer Mischung aus Hafnium(IV)-chlorid und Wismutchlorid mit elementarem Wismut hergestellt wird und die Struktur [Bi⁺
] [Bi⁵⁺
₉] [HfCl2-
₆]
₃. Es sind auch andere mehratomige Wismutkationen bekannt, wie z. B. Bi²⁺
₈, gefunden in Bi
₈(AlCl
₄)
₂. Wismut bildet auch ein niedervalentes Bromid mit der gleichen Struktur wie "BiCl". Es gibt ein echtes Monoiodid, BiI, das Ketten aus Bi
₄I
₄ Einheiten. BiI zersetzt sich beim Erhitzen in das Triiodid, BiI
₃, und elementares Wismut. Es gibt auch ein Monobromid mit der gleichen Struktur. In der Oxidationsstufe +3 bildet Bismut mit allen Halogenen Trihalogenide: BiF
₃, BiCl
₃, BiBr
₃, und BiI
₃. Alle mit Ausnahme von BiF
₃ werden durch Wasser hydrolysiert. ⓘ

Bismut(III)-chlorid reagiert mit Chlorwasserstoff in Etherlösung unter Bildung der Säure HBiCl
₄. ⓘ

Die Oxidationsstufe +5 ist weniger häufig anzutreffen. Eine solche Verbindung ist BiF
₅, ein starkes Oxidations- und Fluorierungsmittel. Es ist auch ein starker Fluoridakzeptor und reagiert mit Xenontetrafluorid unter Bildung von XeF⁺
₃ Kation:

BiF
₅ + XeF
₄ → XeF⁺
₃BiF-
_{6 ⓘ}

Wässrige Arten

In wässriger Lösung ist das Bi³⁺
Ion gelöst wird, um das Wasserion Bi(H
₂O)³⁺
₈ unter stark sauren Bedingungen. Bei einem pH-Wert > 0 existieren mehrkernige Spezies, von denen man annimmt, dass der wichtigste der oktaedrische Komplex [Bi
₆O
₄(OH)
₄]⁶⁺
. ⓘ

Vorkommen und Produktion

Mineral Bismit ⓘ

Bruchstück eines Wismutbarrens ⓘ

In der Erdkruste kommt Bismut etwa doppelt so häufig vor wie Gold. Die wichtigsten Wismut-Erze sind Wismuthinit und Wismit. Natives Bismut ist aus Australien, Bolivien und China bekannt. ⓘ

Weltweite Bismutproduktion, 2016, in Tonnen
Land	Quellen für den Bergbau	Veredelungsquellen ⓘ
China	7,400	11,000
Vietnam	2,000	5,000
Mexiko	700	539
Japan		428
Andere	100	33
Insgesamt	10,200	17,100

Der Unterschied zwischen Bergbau- und Raffinerieproduktion spiegelt den Status von Wismut als Nebenprodukt bei der Gewinnung anderer Metalle wie Blei, Kupfer, Zinn, Molybdän und Wolfram wider. Die weltweite Wismutproduktion aus Raffinerien ist eine vollständigere und zuverlässigere Statistik. ⓘ

Bismut durchläuft in rohem Bleibarren (der bis zu 10 % Bismut enthalten kann) mehrere Raffinationsstufen, bis es durch das Kroll-Betterton-Verfahren, bei dem die Verunreinigungen als Schlacke abgetrennt werden, oder das elektrolytische Betts-Verfahren entfernt wird. Ähnlich verhält sich Bismut mit einem anderen seiner Hauptmetalle, dem Kupfer. Das rohe Wismutmetall aus beiden Verfahren enthält noch erhebliche Mengen anderer Metalle, vor allem Blei. Durch Reaktion des geschmolzenen Gemisches mit Chlorgas werden die Metalle in ihre Chloride umgewandelt, während Wismut unverändert bleibt. Verunreinigungen können auch durch verschiedene andere Methoden entfernt werden, z. B. durch Flussmittel und Behandlungen, die hochreines Wismutmetall (über 99 % Bi) ergeben. ⓘ

Preis

Weltminenproduktion und Jahresdurchschnittswerte des Wismutpreises (New York, nicht inflationsbereinigt). ⓘ

Der Preis für reines Wismut-Metall war während des größten Teils des 20. Jahrhunderts relativ stabil, mit Ausnahme eines Anstiegs in den 1970er Jahren. Wismut wird seit jeher hauptsächlich als Nebenprodukt der Bleiraffination hergestellt, und so spiegelte der Preis in der Regel die Kosten der Gewinnung und das Gleichgewicht zwischen Produktion und Nachfrage wider. ⓘ

Vor dem Zweiten Weltkrieg war die Nachfrage nach Wismut gering und hauptsächlich pharmazeutisch - Wismutverbindungen wurden zur Behandlung von Verdauungsstörungen, Geschlechtskrankheiten und Verbrennungen eingesetzt. Geringe Mengen an Wismut-Metall wurden in Schmelzlegierungen für Sprinkleranlagen und Sicherungsdraht verbraucht. Während des Zweiten Weltkriegs galt Bismut als strategisches Material, das für Lote, Schmelzlegierungen, Medikamente und die Atomforschung verwendet wurde. Um den Markt zu stabilisieren, setzten die Hersteller den Preis während des Krieges auf 1,25 $ pro Pfund (2,75 $/kg) und von 1950 bis 1964 auf 2,25 $ pro Pfund (4,96 $/kg) fest. ⓘ

Anfang der 1970er Jahre stieg der Preis infolge der zunehmenden Nachfrage nach Wismut als metallurgischem Zusatzstoff für Aluminium, Eisen und Stahl rasch an. Es folgte ein Rückgang aufgrund der gestiegenen Weltproduktion, der Stabilisierung des Verbrauchs und der Rezessionen von 1980 und 1981-1982. Im Jahr 1984 begann der Preis zu steigen, da der Verbrauch weltweit, insbesondere in den Vereinigten Staaten und Japan, zunahm. Anfang der 1990er Jahre begannen Forschungsarbeiten zur Bewertung von Wismut als ungiftiger Ersatz für Blei in Keramikglasuren, Angelplatinen, lebensmittelverarbeitenden Geräten, frei bearbeitbarem Messing für Sanitäranwendungen, Schmierfetten und Schrot für die Wasservogeljagd. Das Wachstum in diesen Bereichen blieb Mitte der 1990er Jahre trotz der Unterstützung des Bleiersatzes durch die US-Bundesregierung langsam, verstärkte sich aber um 2005. Dies führte zu einem raschen und anhaltenden Preisanstieg. ⓘ

Recycling

Der größte Teil des Wismuts fällt als Nebenprodukt bei anderen Metallgewinnungsprozessen an, u. a. bei der Verhüttung von Blei sowie von Wolfram und Kupfer. Seine Nachhaltigkeit hängt von einem verstärkten Recycling ab, was problematisch ist. ⓘ

Früher glaubte man, dass Wismut aus den Lötstellen elektronischer Geräte praktisch recycelt werden kann. Die jüngsten Effizienzsteigerungen bei der Anwendung von Lötzinn in der Elektronik bedeuten, dass wesentlich weniger Lötzinn abgeschieden wird und somit weniger zu recyceln ist. Während die Rückgewinnung des Silbers aus silberhaltigem Lot weiterhin wirtschaftlich sein kann, ist die Rückgewinnung von Wismut wesentlich weniger wirtschaftlich. ⓘ

Die nächste Möglichkeit des Recyclings wären Katalysatoren mit einem hohen Wismutgehalt, wie z. B. Wismutphosphomolybdat. Wismut wird in der Galvanotechnik und als frei bearbeitbarer metallurgischer Zusatzstoff verwendet. ⓘ

Zu den Verwendungszwecken von Bismut, in denen es am weitesten verbreitet ist, gehören bestimmte Magenmittel (Bismutsubsalicylat), Farben (Bismutvanadat), Perlglanzkosmetika (Bismutoxychlorid) und Bismut enthaltende Geschosse. Das Recycling von Bismut aus diesen Verwendungen ist unpraktisch. ⓘ

Anwendungen

Stich aus dem 18. Jahrhundert zur Verarbeitung von Wismut. In dieser Zeit wurde Wismut zur Behandlung einiger Verdauungsbeschwerden eingesetzt. ⓘ

Wismut hat nur wenige kommerzielle Anwendungen, und für die Anwendungen, für die es verwendet wird, sind im Vergleich zu anderen Rohstoffen in der Regel geringe Mengen erforderlich. In den Vereinigten Staaten wurden 2016 beispielsweise 733 Tonnen Wismut verbraucht, von denen 70 % in Chemikalien (einschließlich Pharmazeutika, Pigmente und Kosmetika) und 11 % in Wismutlegierungen verarbeitet wurden. ⓘ

Einige Hersteller verwenden Wismut als Ersatzstoff in Geräten für Trinkwassersysteme wie z. B. Ventilen, um die "bleifreien" Vorschriften in den USA zu erfüllen (seit 2014). Dies ist eine ziemlich umfangreiche Anwendung, da sie den gesamten Wohn- und Gewerbebau betrifft. ⓘ

In den frühen 1990er Jahren begannen Forscher, Wismut als ungiftigen Ersatz für Blei in verschiedenen Anwendungen zu untersuchen. ⓘ

Medikamente

Bismut ist ein Bestandteil einiger Arzneimittel, obwohl die Verwendung einiger dieser Stoffe rückläufig ist.

Bismutsubsalicylat wird als Antidiarrhoikum verwendet; es ist der Wirkstoff in "rosa Bismut"-Präparaten wie Pepto-Bismol sowie in der 2004 neu formulierten Version von Kaopectate. Es wird auch zur Behandlung einiger anderer Magen-Darm-Erkrankungen wie Shigellose und Cadmiumvergiftungen eingesetzt. Der Wirkmechanismus dieser Substanz ist noch immer nicht gut dokumentiert, obwohl ein oligodynamischer Effekt (toxische Wirkung geringer Dosen von Schwermetallionen auf Mikroben) zumindest in einigen Fällen beteiligt sein könnte. Die aus der Hydrolyse der Verbindung gewonnene Salicylsäure wirkt antimikrobiell gegen toxogene E. coli, einen wichtigen Erreger von Reisediarrhöe.
Eine Kombination aus Bismutsubsalicylat und Bismutsubcitrat wird zur Behandlung der Bakterien eingesetzt, die Magengeschwüre verursachen.
Bibrocathol ist eine organische wismuthaltige Verbindung, die zur Behandlung von Augeninfektionen eingesetzt wird.
Bismutsubgallat, der Wirkstoff in Devrom, wird als inneres Deodorant zur Behandlung von Geruchsbelästigung durch Blähungen und Fäkalien verwendet.
Wismutverbindungen (einschließlich Wismutnatriumtartrat) wurden früher zur Behandlung von Syphilis eingesetzt. Arsen in Kombination mit Wismut oder Quecksilber war von den 1920er Jahren bis zum Aufkommen von Penicillin im Jahr 1943 eine Hauptstütze der Syphilisbehandlung.
Die "Wismutmilch" (eine wässrige Suspension aus Wismuthydroxid und Wismutsubcarbonat) wurde Anfang des 20.
Bismutsubnitrat (Bi₅O(OH)₉(NO₃)₄) und Bismutsubcarbonat (Bi₂O₂(CO₃)) werden auch in der Medizin verwendet. ⓘ

Kosmetika und Pigmente

Bismutoxychlorid (BiOCl) wird manchmal in Kosmetika als Pigment in Farben für Lidschatten, Haarsprays und Nagellacke verwendet. Diese Verbindung kommt als Mineral Bismoklit vor und enthält in kristalliner Form Schichten von Atomen (siehe Abbildung oben), die das Licht chromatisch brechen, was zu einem schillernden Aussehen führt, das dem Perlmutt von Perlen ähnelt. Es wurde im alten Ägypten und an vielen anderen Orten als Kosmetikum verwendet. Bismutweiß (auch "spanisches Weiß") kann sich entweder auf Bismutoxychlorid oder Bismutoxynitrat (BiONO₃) beziehen, wenn es als Weißpigment verwendet wird. Bismutvanadat wird als lichtstabiles, nicht reaktives Farbpigment (insbesondere für Künstlerfarben) verwendet, oft als Ersatz für die giftigeren gelben und orange-gelben Pigmente aus Cadmiumsulfid. Die häufigste Sorte in Künstlerfarben ist ein Zitronengelb, das optisch nicht von seiner cadmiumhaltigen Alternative zu unterscheiden ist. ⓘ

Metalle und Legierungen

Bismut wird in Metalllegierungen mit anderen Metallen wie Eisen verwendet. Diese Legierungen werden in automatischen Sprinklersystemen für Brände verwendet. Es bildet den größten Teil (50 %) von Roses Metall, einer schmelzbaren Legierung, die auch 25-28 % Blei und 22-25 % Zinn enthält. Es wurde auch zur Herstellung von Wismutbronze verwendet, die in der Bronzezeit genutzt wurde. ⓘ

Ersatz von Blei

Der Dichteunterschied zwischen Blei (11,32 g/cm³) und Wismut (9,78 g/cm³) ist so gering, dass Wismut in vielen ballistischen und beschwerenden Anwendungen Blei ersetzen kann. So kann es beispielsweise Blei als dichtes Material in Angelsenkern ersetzen. Es wurde als Ersatz für Blei in Schrot, Kugeln und weniger tödlicher Munition für Schreckschusswaffen verwendet. Die Niederlande, Dänemark, England, Wales, die Vereinigten Staaten und viele andere Länder verbieten inzwischen die Verwendung von Bleischrot für die Jagd auf Feuchtgebietsvögel, da viele Vögel aufgrund der irrtümlichen Aufnahme von Blei (anstelle von kleinen Steinen und Körnern) zur Förderung der Verdauung zu Bleivergiftungen neigen, oder verbieten sogar die Verwendung von Blei für die gesamte Jagd, wie beispielsweise in den Niederlanden. Schrot aus einer Wismut-Zinn-Legierung ist eine Alternative, die ähnliche ballistische Eigenschaften wie Blei aufweist. (Eine andere, preiswertere, aber auch leistungsschwächere Alternative ist "Stahl"-Schrot, das eigentlich Weicheisen ist.) Die fehlende Formbarkeit von Bismut macht es jedoch für die Verwendung in expandierenden Jagdgeschossen ungeeignet. ⓘ

Wismut, ein dichtes Element mit hohem Atomgewicht, wird in mit Wismut imprägnierten Latexschilden zum Schutz vor Röntgenstrahlen bei medizinischen Untersuchungen, z. B. CTs, verwendet, da es als ungiftig gilt. ⓘ

Die Richtlinie der Europäischen Union über die Beschränkung gefährlicher Stoffe (RoHS) zur Reduzierung von Blei hat die Verwendung von Wismut in der Elektronik als Bestandteil von Loten mit niedrigem Schmelzpunkt als Ersatz für herkömmliche Zinn-Blei-Lote ausgeweitet. Seine geringe Toxizität ist besonders wichtig für Lote, die in der Lebensmittelindustrie und in Kupferwasserrohren verwendet werden, obwohl es auch in anderen Anwendungen, z. B. in der Automobilindustrie, in der Europäischen Union eingesetzt werden kann. ⓘ

Wismut wurde als Ersatz für Blei in frei bearbeitbarem Messing für Sanitäranwendungen bewertet, obwohl es die Leistung von bleihaltigen Stählen nicht erreicht. ⓘ

Andere Metallverwendungen und Speziallegierungen

Viele Wismut-Legierungen haben einen niedrigen Schmelzpunkt und werden in Spezialanwendungen wie Lötmitteln verwendet. Viele automatische Sprinkler, elektrische Sicherungen und Sicherheitsvorrichtungen in Branderkennungs- und -unterdrückungssystemen enthalten die eutektische Legierung In19.1-Cd5.3-Pb22.6-Sn8.3-Bi44.7, die bei 47 °C schmilzt. Dies ist eine günstige Temperatur, da sie unter normalen Lebensbedingungen kaum überschritten wird. Niedrig schmelzende Legierungen, wie die Bi-Cd-Pb-Sn-Legierung, die bei 70 °C schmilzt, werden auch in der Automobil- und Luftfahrtindustrie verwendet. Bevor ein dünnwandiges Metallteil verformt wird, wird es mit einer Schmelze gefüllt oder mit einer dünnen Schicht der Legierung bedeckt, um die Bruchgefahr zu verringern. Anschließend wird die Legierung durch Eintauchen des Teils in kochendes Wasser entfernt. ⓘ

Wismut wird zur Herstellung von Automatenstählen und Automatenaluminiumlegierungen verwendet, um die Eigenschaften der Präzisionsbearbeitung zu verbessern. Es hat eine ähnliche Wirkung wie Blei und verbessert den Spanbruch bei der Bearbeitung. Die Schrumpfung beim Erstarren von Blei und die Ausdehnung von Wismut kompensieren sich gegenseitig, weshalb Blei und Wismut oft in ähnlichen Mengen verwendet werden. In ähnlicher Weise weisen Legierungen, die vergleichbare Anteile von Wismut und Blei enthalten, beim Schmelzen, Erstarren oder Altern eine sehr geringe Änderung auf (in der Größenordnung von 0,01 %). Solche Legierungen werden beim Hochpräzisionsguss, z. B. in der Zahnmedizin, zur Herstellung von Modellen und Formen verwendet. Wismut wird auch als Legierungsmittel bei der Herstellung von verformbarem Eisen und als Thermoelementmaterial verwendet. ⓘ

Wismut wird auch in Aluminium-Silizium-Gusslegierungen verwendet, um die Morphologie des Siliziums zu verfeinern. Es zeigte jedoch eine vergiftende Wirkung bei der Veränderung von Strontium. Einige Bismutlegierungen, wie Bi35-Pb37-Sn25, werden mit nicht haftenden Materialien wie Glimmer, Glas und Emaille kombiniert, da sie diese leicht benetzen und so Verbindungen mit anderen Teilen herstellen können. Der Zusatz von Bismut zu Cäsium erhöht die Quantenausbeute von Cäsiumkathoden. Durch Sintern von Wismut- und Manganpulvern bei 300 °C entsteht ein Dauermagnet und magnetostriktives Material, das in Ultraschallgeneratoren und -empfängern im Bereich von 10-100 kHz sowie in magnetischen und holografischen Speichergeräten verwendet wird. ⓘ

Andere Verwendungen als Verbindungen

Bismutvanadat, ein gelbes Pigment ⓘ

Bismut ist Bestandteil von BSCCO (Bismut-Strontium-Calcium-Kupfer-Oxid), einer Gruppe ähnlicher supraleitender Verbindungen, die 1988 entdeckt wurden und die höchsten supraleitenden Übergangstemperaturen aufweisen.
Bismutsubnitrat ist ein Bestandteil von Glasuren, der ein schillerndes Licht erzeugt und als Pigment in Farben verwendet wird.
Bismuttellurid ist ein Halbleiter und ein ausgezeichnetes thermoelektrisches Material. Bi₂Te₃-Dioden werden in mobilen Kühlschränken, CPU-Kühlern und als Detektoren in Infrarot-Spektralphotometern eingesetzt.
Bismutoxid in seiner Delta-Form ist ein fester Elektrolyt für Sauerstoff. Diese Form zerfällt normalerweise unterhalb einer hohen Temperaturschwelle, kann aber in einer stark alkalischen Lösung auch weit unterhalb dieser Temperatur galvanisch abgeschieden werden.
Bismutgermanat ist ein Szintillator, der häufig in Röntgen- und Gammastrahlendetektoren verwendet wird.
Bismutvanadat ist ein opakes gelbes Pigment, das von einigen Herstellern von Öl-, Acryl- und Aquarellfarben verwendet wird, vor allem als Ersatz für die giftigeren Cadmiumsulfid-Gelbtöne im grünlich-gelben (zitronengelben) bis orangefarbenen Gelbbereich. Die Eigenschaften sind praktisch identisch mit denen von Cadmiumpigmenten, z. B. in Bezug auf UV-Beständigkeit, Deckkraft, Färbekraft und fehlende Reaktivität beim Mischen mit anderen Pigmenten. Die von den Herstellern von Künstlerfarben am häufigsten verwendete Sorte ist zitronengelb. Sie ist nicht nur ein Ersatz für verschiedene Kadmiumgelbfarben, sondern dient auch als ungiftiger visueller Ersatz für die älteren Chromatpigmente, die mit Zink, Blei und Strontium hergestellt werden. Wenn ein grünes Pigment und Bariumsulfat (zur Erhöhung der Transparenz) hinzugefügt werden, kann es auch als Ersatz für Bariumchromat dienen, das einen stärkeren Grünstich aufweist als die anderen. Im Vergleich zu den Bleichromaten schwärzt es nicht aufgrund von Schwefelwasserstoff in der Luft (ein Prozess, der durch UV-Bestrahlung beschleunigt wird) und besitzt eine besonders helle Farbe als diese, insbesondere das Zitronengelb, das am durchsichtigsten und mattesten ist und aufgrund des höheren Prozentsatzes an Bleisulfat, der zur Herstellung dieses Farbtons erforderlich ist, am schnellsten schwärzt. Aufgrund seiner Kosten wird es in begrenztem Umfang auch als Pigment für Fahrzeuglacke verwendet.
Ein Katalysator zur Herstellung von Acrylfasern.
Als Elektrokatalysator bei der Umwandlung von CO₂ in CO.
Inhaltsstoff von Schmierfetten.
In knisternden Mikrosternen (Dracheneiern) in der Pyrotechnik, als Oxid, Subcarbonat oder Subnitrat.
Als Katalysator für die Fluorierung von Arylboron-Pinacolestern durch einen Bi(III)/Bi(V)-Katalysatorzyklus, der Übergangsmetalle bei der elektrophilen Fluorierung nachahmt. ⓘ

Toxikologie und Ökotoxikologie

Siehe auch Bismuthia, eine seltene dermatologische Erkrankung, die auf eine längere Einnahme von Bismuth zurückzuführen ist. ⓘ

Aus der wissenschaftlichen Literatur geht hervor, dass einige Wismutverbindungen für den Menschen bei der Einnahme weniger giftig sind als andere Schwermetalle (Blei, Arsen, Antimon usw.), was vermutlich auf die vergleichsweise geringe Löslichkeit von Wismutsalzen zurückzuführen ist. Die biologische Halbwertszeit für die Retention im ganzen Körper wird mit 5 Tagen angegeben, doch kann es bei Menschen, die mit Wismutverbindungen behandelt werden, jahrelang in der Niere verbleiben. ⓘ

Wismutvergiftungen können auftreten und sind einigen Berichten zufolge in jüngster Zeit häufig. Wie bei Blei kann eine Bismutvergiftung zur Bildung einer schwarzen Ablagerung auf dem Zahnfleisch führen, die als Bismutlinie bezeichnet wird. Eine Vergiftung kann mit Dimercaprol behandelt werden; der Nachweis für den Nutzen ist jedoch unklar. ⓘ

Die Auswirkungen von Bismut auf die Umwelt sind nicht genau bekannt. Möglicherweise ist die Bioakkumulation von Bismut weniger wahrscheinlich als bei anderen Schwermetallen, und dies ist ein Bereich, in dem aktive Forschung betrieben wird. ⓘ

Bioremediation

Der Pilz Marasmius oreades kann für die biologische Sanierung von Wismut in verschmutzten Böden eingesetzt werden. ⓘ

Vorkommen

Bismut, gediegen. Fundort: eine Cobalt-Lagerstätte der Region Cobalt-Gowganda, Ontario, Kanada ⓘ

Bismut tritt in der Natur gediegen, das heißt in elementarer Form auf und ist von der International Mineralogical Association (IMA) als Mineral anerkannt. Die von der IMA verwendete 9. Auflage der Systematik der Minerale nach Karl Hugo Strunz führt das Bismut zusammen mit Antimon, Arsen und Stibarsen in der Unterabteilung der Arsengruppen-Elemente unter der System-Nr. 1.CA.05 (veraltete 8. Auflage: I/B.01-40). Bei der vorwiegend im englischen Sprachraum gebräuchlichen Systematik der Minerale nach Dana gehört Bismut zur „Arsengruppe“ mit der System-Nr. 01.03.01. ⓘ

Federwismut aus der Pöhla-Tellerhäuser Mine, Landkreis Schwarzenberg, Erzgebirge, Sachsen (Gesamtgröße der Probe: 6,8 cm × 4,5 cm × 3,1 cm) ⓘ

Gediegenes Bismut bildet sich in Hydrothermal-Gängen von Pegmatiten und topashaltigen Zinn-Wolfram-Quarzadern und meist zusammen mit verschiedenen Kupfer-, Nickel-, Silber und Zinnerzen. Bismut entwickelt nur selten gut ausgebildete Kristallformen, die aber eine Größe von bis zu 12 Zentimetern erreichen können. Üblicherweise findet es sich in Form dendritischer, blätteriger oder körniger Aggregate, aber auch als polysynthetische Zwillinge mit paralleler Streifung („Federwismut“) oder trichterförmig ins Kristallzentrum eingezogenen Seitenflächen. ⓘ

Bisher (Stand: 2011) gelten rund 1400 Fundorte für gediegenes Bismut als bekannt. Die Fundstätten liegen vor allem in Australien, Bolivien, China, Kanada, Mexiko, Peru und Spanien, historisch in Bieber im Spessart und im Erzgebirge, wo Bismut sowohl in reiner Form als auch als Sulfid (Bismuthinit), Selenid (Selenidbismutglanz) und Oxid (Bismit) gefunden wird. Außerdem kommt Bismut, ebenso wie Antimon und Arsen, gelegentlich als Doppelsulfid vor: Galenobismutit (PbBi₂S₄), Lillianit (Pb₃Bi₂S₆), Silberbismutglanz (AgBiS₂), Kupferbismutglanz (CuBiS₂) und Kupferbismutblende (Cu₆Bi₂S₆). Bekannt ist auch noch ein Tellur-Sulfid in Form von Tellurbismut (Bi₂Te₂S) und ein Silicat namens Eulytin (Bi₄(SiO₄)₃). ⓘ

Insgesamt sind einschließlich gediegenem Bismut rund 230 Bismutminerale bekannt. ⓘ

Erzeugungsmengen 2019 und 2020 ⓘ
Land	2019	2020
Land	(Tonnen/Jahr)
Volksrepublik China	16.000	16.000
Mexiko	300	10
Kanada	25	35
Kasachstan	270	230
Bolivien	15	30
Bulgarien	50	50
Südkorea	930	970
Japan	540	570
Laos	3.000	1.000

Gewinnung und Darstellung

Zur Gewinnung von Bismut kann man von oxidischen oder sulfidischen Erzen ausgehen. ⓘ

Oxidische Erze werden in Flammöfen mit Kohle zu Bismut reduziert:

Fehler beim Parsen (Syntaxfehler): {\displaystyle \ce{2Bi2O3 + 3C -> 3CO2 + 4Bi [https://de.wikipedia.org/wiki/Bismut#Gewinnung_und_Darstellung ⓘ]}}

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

Fehler beim Parsen (Syntaxfehler): {\displaystyle \ce{Bi2S3 + 3Fe -> 3FeS + 2Bi [https://de.wikipedia.org/wiki/Bismut#Gewinnung_und_Darstellung ⓘ]}}

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

{\ce {2Bi2S3 + 9O2 -> 6SO2 + 2Bi2O3}}

Fehler beim Parsen (Syntaxfehler): {\displaystyle \ce{2Bi2O3 + 3C -> 3CO2 + 4Bi [https://de.wikipedia.org/wiki/Bismut#Gewinnung_und_Darstellung ⓘ]}}

Das Rohbismut wird anschließend durch oxidierendes Schmelzen von anderen Elementen (Antimon, Arsen, Blei, Eisen und Schwefel) befreit. Kupfer wird durch Schmelzen mit Natriumsulfid beseitigt, Gold und Silber durch Extraktion des geschmolzenen Bismuts mit Zinn. ⓘ

Eigenschaften

Bismutkristalle ohne die typische bunte Oxidationsschicht. ⓘ

Verwendung

Verwendung in der chemischen Industrie

Bismutchloridoxid (BiOCl) wird als silberweißes Perlglanzpigment in Kosmetika verwendet. ⓘ

Bismutvanadat ist als ein hochwetterstabiles grünstichiges Gelb-Pigment im Einsatz und findet z. B. in hochwertigen Lacken, Dispersionsfarben für den Fassadeneinsatz, Kunststoffen und Druckfarben Verwendung. ⓘ

Außerdem wird Bismut als Katalysator in der chemischen Industrie verwendet. ⓘ

Medizinische Verwendung

Wismut Brandbinde, auch Bardelebensche Brandbinde zur antiseptischen Wundbehandlung ⓘ

Bismutverbindungen wie Dibismut-tris(tetraoxodialuminat), Bismutoxidnitrat (Bismutsubnitrat, basisches Bismutnitrat) und Bismutcitratkalium finden als Bestandteil einer antibiotischen Therapie gegen den Erreger Helicobacter pylori Verwendung, der in Magen und Duodenum Geschwüre verursachen kann (Eradikationstherapie). Die Anwendung erfolgt als sogenannte Quadrupel-Therapie (Kombinationstherapie aus einem Protonenpumpenhemmer und einer Bismut-Triple-Therapie [Bismut-Salz, Tetracyclin, Metronidazol]). ⓘ

Bismutverbindungen werden daneben zum Teil noch bei Durchfällen als Adstringentien sowie geruchmildernd bei Mundgeruch und Flatulenz verwendet. Daneben werden einige Verbindungen (z. B. Bibrocathol) als Antiseptikum eingesetzt. ⓘ

Außerdem findet Bismut diagnostisch bei der Positronen-Emissions-Tomographie Anwendung in Form von Bismutgermanat als Detektormaterial des Tomographiegeräts. ⓘ

Historisch wurde Bismut am Ende des 19. Jahrhunderts als Bestandteil von Wundpulvern (z. B. Dermatol) eingesetzt. Seit den 1920er Jahren fand es Verwendung als Mittel gegen die Syphilis. Es wurde jedoch vollständig durch moderne Antibiotika ersetzt. ⓘ

Bismutsalze wurden zudem als Röntgenkontrastmittel zur Darstellung des Magen-Darm-Trakts (sog. Wismutmahlzeit) verwendet. Hier wurde Bismutsalz durch Bariumsulfat ersetzt. ⓘ

Bismutgallat wird in einer Hautsalbenrezeptur nach Stolte verwendet, die Salbe kann für die Behandlung entzündlicher Hautstellen bei Säuglingen verwendet werden. ⓘ

Vergiftung

Eine Bismutvergiftung (Bismutismus) ist aufgrund der schlechten Resorption im Magen-Darm-Trakt selten. Sie ähnelt weitgehend einer Quecksilbervergiftung. Typisch sind das Auftreten eines schiefergrauen bis schwarzen Bismutsaums (Bismutsulfid-Ablagerung) an der Mundschleimhaut mit Ausbildung einer Mundschleimhautentzündung (Stomatitis) und Gingivitis (mit Zahnlockerung, -ausfall), Darmentzündungen (Enteritis) mit Durchfällen sowie Nierenschäden (Bismutnephropathie). ⓘ

Nachweis

Die Bismutrutsche. Links eine Positivkontrolle mit Bismut(III)-chlorid, rechts eine Analysesubstanz. Im rechten Bild sind die einzelnen Salzhäufchen zur Maskierung von Störungen noch zu erkennen. ⓘ

Der Nachweis von Bismut erfolgt durch die Bismutrutsche mit Thioharnstoff. Zur Fällung unerwünschter Störionen werden Natriumfluorid, Natriumchlorid und Kaliumnatriumtartrat verwendet:

NaF zur Komplexierung von Fe³⁺ und Al³⁺
NaCl zur Fällung von Ag⁺ und Hg₂²⁺
Tartrat zur Komplexierung von Sb³⁺ und Sn^{2+ ⓘ}

Bei Anwesenheit von Bi³⁺ bildet sich ein kristalliner, zitronengelber Thioharnstoff-Komplex, bei dem drei Thioharnstoff-Moleküle über den Schwefel mit dem Bismut assoziiert sind:

{\ce {\rm {Bi^{3+}{+}3SCN2H4{->}[Bi(SCN2H4)3]^{3+}}}}

(Komplexbildungsreaktion). ⓘ

Alternative Nachweisreaktionen:

In einer Redoxreaktion mit Zinn(II)-Ionen als Reduktionsmittel fällt elementares Bismut schwarz aus.
Mit Natriumiodidlösung: zunächst fällt schwarzes Bismut(III)-iodid aus, das sich dann im Iodidüberschuss als oranger Tetraiodobismutat-Komplex löst:

{\ce {\rm {Bi^{3+}{+}4I^{-}{->}[BiI4]^{-}}}}

(Komplexbildungsreaktion). ⓘ

1,3,4-Thiadiazol-2,5-dithiol ist als Komplexbildner ebenfalls zum Nachweis geeignet. ⓘ