Bismuto
Proprietà e composti del bismuto
Il bismuto è un elemento poco abbondante in natura (circa 0,2 ppm nella crosta terrestre).
I suoi principali minerali sono il solfuro Bi2S3 (bismutinite), l'ossido Bi2O3(bismutocra) e il carbonato basico Bi2O3·CO2·H2O (bismutite); esiste anche allo stato nativo.
Il bismuto è noto dai tempi dei primi alchimisti che lo consideravano però un composto o una forma del piombo; solo verso la metà del sec. XVIII fu riconosciuto con certezza come un elemento a sé stante.
È un metallo lucente grigio-rossastro, duro e fragile, a conducibilità termica ed elettrica piuttosto basse; è una delle poche sostanze che, come l'acqua, presenta alla temperatura di fusione un volume specifico maggiore allo stato solido di quello presentato allo stato liquido.
È il più diamagnetico dei metalli.
Il bismuto non è molto reattivo chimicamente: stabile in aria secca a temperatura ambiente, brucia formando ossido di bismuto (Bi2O3) solo a temperature vicine a quella di fusione.
È praticamente inattaccato dagli acidi non ossidanti come l'acido cloridrico, e dalle basi; si ossida lentamente all'aria umida e viene attaccato dagli acidi ossidanti a caldo formando sali di Bi (III).
Si combina abbastanza facilmente con gli alogeni e con lo zolfo e, ad alte temperature, con molti metalli. I composti del bismuto presentano una tossicità di gran lunga inferiore a quella dei composti di arsenico e antimonio.
Bismuto
Bismuto: composti
Il bismuto, a differenza degli altri elementi del gruppo V, ha un comportamento decisamente metallico, e i suoi ossidi sono ossidi basici; nei suoi composti stabili presenta lo stato di ossidazione +3, mentre lo stato +5 corrisponde a composti poco stabili.
L'ossido di bismuto, Bi2O3, che si può ottenere per combustione dell'elemento, è l'unico ossido stabile e ben caratterizzato; è una polvere gialla solubile solo negli acidi (con i quali da i sali contenenti il catione Bi3+) e non nelle basi. Dalle soluzioni dei sali di Bi (III) è possibile precipitare con ammoniaca o idrossidi alcalini l'ossido idrato di formula probabilmente polimerica [Bi (OH)3]n che si comporta come una base forte.
Il nitrato basico di bismuto, detto anche nitrato di bismutile BiO(NO3)·5H2O (contenente il catione bismutile BiO+), che veniva un tempo largamente impiegato in farmacia (magistero di bismuto), è ottenibile per reazione con acido nitrico del bismuto metallico o dell'ossido o del carbonato:
Bi + 2 HNO3 → BiONO3 + NO + H2O
II solfuro di bismuto Bi2S3, nero, può essere preparato o direttamente dagli elementi o tramite reazione di precipitazione con idrogeno solforato da una soluzione di un sale di Bi (III); è insolubile in solfuro di sodio e nelle basi ma solubile in acido nitrico.
I trialogenuri, BiCl3 e BiF3, si possono preparare per reazione diretta tra gli elementi o dall'ossido e dall'acido alogenidrico; il BiCl3 si idrolizza facilmente in acqua dando un precipitato bianco di ossicloruro di bismuto o cloruro di bismutile:
BiCl3 + H2O → BiOCl + 2 HCl
L'idruro di bismuto BiH3, è un idruro molto instabile.
Il pentafluoruro di bismuto, BiF5, si ottiene alla temperatura di 500 °C tramite reazione diretta tra gli elementi.
Bismuto nativo
Utilizzo del bismuto
Il bismuto è un metallo largamente impiegato come componente principale in leghe a basso punto di fusione con piombo, stagno e cadmio, utilizzate in dispositivi di sicurezza antincendio, fusibili elettrici ecc.
Come componente secondario può essere impiegato in piccole quantità (inferiori allo 0.5%) negli acciai e in leghe di alluminio per migliorarne la lavorabilità.
Leghe di bismuto con stagno e cadmio e composti interrnetallici con selenio e tellurio trovano applicazioni in dispositivi termoelettrici ed elettronici, mentre alcuni composti del bismuto sono impiegati come catalizzatori di alcune reazioni organiche (per esempio nella sintesi dell'acrilonitrile).
Metodo di produzione del bismuto
La quasi totalità del bismuto commercializzato proviene come sottoprodotto dalle raffinazioni di piombo, rame e argento. Il bismuto si può separare dal piombo con vari processi, tra cui i più importanti sono quello elettrolitico e quello cosiddetto Betterton-Kroll.
Nel processo di elettrolisi ignea il piombo impuro funge da anodo e l'elettrolita è costituito da acido fluosilicico e fluosilicato di piombo; si ottiene piombo raffinato al catodo mentre il bismuto si separa nel fango anodico. Quest'ultimo viene quindi fuso e sottoposto a coppellazione in modo da separare oro e argento da tutti gli altri metalli (compreso il bismuto) che rimangono come ossidi nella scoria; questa viene quindi trattata con carbone e zolfo, e il bismuto viene separato dai solfuri con un procedimento di clorurazione selettiva e ulteriormente purificato per eliminare piombo e mercurio.
Il processo Betterton-Kroll si basa sulla formazione, mediante aggiunta di calcio o magnesio metallici, dei corrispondenti composti intermetallici (per esempio Ca3Bi2) che, dati i loro alti punti di fusione e le loro basse densità rispetto al piombo, possono essere facilmente separati da quest'ultimo.
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