تاریخچه و کشف

کلمه “بیسموت” یک نسخه لاتین شده از یک واژه آلمانی باستان ، “weissmuth” یا “ماده سفید” است ، احتمالاً به دلیل اکسید سفید عنصر نامگذاری شده است. طبق گفته انجمن سلطنتی شیمی بیسموت در حدود سال 1400 میلادی توسط کیمیاگری ناشناخته شناخته شده بود ، اما اغلب با سرب اشتباه گرفته می شد زیرا به همین ترتیب آن نیز فلزی سنگین با نقطه ذوب پایین بود. بعداً در همان قرن ، به صورت قالب فشرده آلیاژ با سرب برای چاپگرها ساخته شد و جعبه های تزئین شده از این فلز ساخته می شدند.

جورجیوس آگریکولا در اوایل سال های 1500 پیش بینی کرد که این فلز کاملاً متفاوت باشد ، همانطور که کاسپار نویمان در اوایل دهه 1700 چنین کاری انجام داد ، اما اثبات آن بالاخره در سال 1753 به لطف کار کلود-فرانسوا جفروی جوان ارائه شد. او اولین کسی بود که ثابت کرد بیسموت از سرب متمایز است. از بیسموت به عنوان فلز آلیاژی در برنز توسط اینکاهای آمریکای جنوبی در حدود سال 1500 میلادی استفاده می شد و نمونه های نیتیو (خالص و فلز آزاد) آن نیز به طور طبیعی وجود دارد.

کانی بیسموت چیست؟

بیسموت یک کانی غیر متداول است که از عنصری با همین نام (Bi) تشکیل شده است.بیسموت فلزی شکننده ، بلورین با سفید – متالیک با اندکی رنگ مایل به صورتی تا قرمز است. از آنجایکه بیسموت به صورت زرد تا خاکستری تیره کدر میشود، این رنگ خالص در حالت سطوح غیر کدر (تازه شکسته شده) دیده میشود. بیسموت ، عنصر 83 در جدول تناوبی عناصر و جزو فلزات پس‌واسطه است (نسخه های مختلف جدول تناوبی آن را به عنوان یک فلز انتقالی نشان می دهد) .

تا همین اواخر ، بیسموت سنگین ترین عنصری بود که هنوز هسته پایداری داشت.با این حال ، در سال 2003 ، محققان فرانسوی دریافتند که بیسموت در تالیوم تجزیه می شود ، اما نیمه عمر آن بسیار طولانی است: حدود 20 میلیارد میلیارد سال (یعنی 20 و به دنبال آن 18 صفر). به عبارت دیگر ، اگر بیش از 14 میلیارد سال پیش 100 گرم بیسموت-209 (ایزوتوپ طبیعی) در ابتدای جهان وجود داشت ، طبق گفته Chemicool ، حدود 99.9999999 گرم آن هنوز هم وجود دارد. (طبق مجله Science اکنون سرب سنگین ترین عنصر پایدار است.)

بیسموت ساخته شده در آزمایشگاه و ارزش آن

بیشتر نمونه های بیسموت که به بازار عرضه می شوند درواقع در آزمایشگاه ساخته شده و شکل بسیار جالبی دارند. آنها دارای رشد قیف مانند در بلورهای شبه مکعبی هستند و معمولاً برای جلوگیری از کدر شدن با مواد شیمیایی پوشانده می شوند ، بنابراین رنگ سفید نقره ای را حفظ می کنند. گاهی اوقات پوشش جلوه ای رنگارنگ بر بیسموت می دهد. این بلورهای مصنوعی به طور گسترده ای در دسترس کلکسیونرها است و گاهی اوقات برچسب رشد یافته در آزمایشگاه (سنتتیک) ندارند.تشخیص بیسموت سنتتیک راحت استو به سادگی می توان هر کریستال قیف شکل با درخششی خوب و رنگهای متنوع، بدون کدری را رشد یافته در آزمایشگاه دانست. بیسموت طبیعی تقریبا مانند یک توده پیریت کدر رنگ با جلای نقره ای است.

قیمت بیسموت‌های سنتتیک بسته به سایز و وزن آن ، شکل های هندسی و نظم آنها (تقارن داشتن) ، رشد کامل بلورها و عدم لب پر بودن یا شکستگی در لبه بلورها ، میزان رنگهای متنوع و جلای آن تعیین میشود. باید توجه داشته باشید که وقتی میخواهید یک بیسموت خرید کنید ،اگر بلور بدون نیاز به پایه چوبی یا شیشه ای زیرین، خودش ایستاده روی سطح قرار گیرد با ارزش تر است.در ایران قیمت ها متنوع است و بر اساس همین خصوصیات ذکر شده ، ممکن است از گرمی 3 هزار تومان تا 15 هزار تومان نیز باشد. هرچند قیمت آن پایین میباشد ولی چون فلزی سنگین است معمولا در سایزهای کوچک نیز وزن بالایی دارد.

ذخایر و معادن

به طور طبیعی ، بیسموت به میزان اندک در کل پوسته زمین به صورت یک فلز خالص و یا ترکیب شده با عناصر دیگر یافت میشود. بزرگترین منبع بیسموت در کانی‌های معدنی بیسموتینیت یا سولفید بیسموت (Bi2S3) یافت می شود. بیسموت معمولاً به عنوان یک محصول جانبی در فرآوری کانسار سرب ، مس ، قلع ، نقره و طلا در بولیوی ، پرو ، ژاپن ، مکزیک و کانادا بدست می آید.

شاید بهترین نمونه های بیسموت در کوه Schneeberg در اتریش و مناطق اطراف آن در Erzgebirge در زاکسن آلمان یافت شود.نمونه های عالی نیز از سنت ایوس انگلستان آمده است. کمپ ولفرام ، دیمبولا ، کوئینزلند ، استرالیا ؛ چین و معدن Siglo Veinte (Llallagua) ، پوتوسی ، بولیوی از دیگر نقاط میباشند. در کانادا ، بیسموت در کبالت ، منطقه تیمیسکیمینگ ، انتاریو پیدا شده است. در مکزیک با بیسموتینیت در معدن ال کارمن در دورانگو رخ می دهد.

ویژگی‌های خاص بیسموت

در مقایسه با سایر فلزات ، بیسموت بیشترین دیامغناطیس است. یعنی در برابر مغناطیسی مقاومت می کند و توسط یک میدان مغناطیسی دفع می شود. این ماده همچنین دارای هدایت الکتریکی کم و بیشترین مقاومت الکتریکی در هنگام قرارگیری در یک میدان مغناطیسی است ، ویژگی‌ای که به نام ” اثر هال (Hall effect) ” از آن یاد میشود.

هدایت حرارتی بیسموت از سایر فلزات به جز جیوه کمتر است. همچنین دارای نقطه ذوب نسبتاً کمی است ، به ویژه هنگامی که با قلع و سرب آلیاژ شود. بیسموت هنگام شعله ور شدن در هوا با شعله آبی و ابرهای اکسید زرد می سوزد. وقتی بیسموت مایع منجمد گردد ، بیشتر منبسط می شود تا منقبض ، زیرا ساختاری متبلور شبیه به آب ایجاد می کند. چهار عنصر دیگر هنگام یخ زدگی منبسط می شوند: سیلیسیم ، گالیم ، آنتیموان و ژرمانیم. تهیه بلورهای بیسموت در خانه زیاد سخت نیست هرچند که باید با رعایت نکات ایمنی انجام گردد. در این رابطه ویدئوهای آموزشی نیز در یوتیوب وجود دارد.

کاربرد بیسموت در صنعت چیست؟

بیسموت کاربردهای مختلفی دارد از جمله لوازم آرایشی ، آلیاژها ، کپسول های آتش نشانی و مهمات.

• ساب سالسیلات بیسموت (C7H5BiO4) ، که با نام تجاری Pepto-Bismol و Kaopectate به فروش می رسد ، یک داروی شناخته شده برای معده درد و اسهال است. طبق کتابخانه ملی پزشکی ایالات متحده ، این دارو با کاهش جریان مایعات و الکترولیت ها به روده ، التهاب روده را کاهش می دهد و ممکن است ارگانیسم هایی را که می توانند باعث اسهال شوند ، از بین ببرد.
• بسیاری از مواد آرایشی از جمله رژ لب ، سایه چشم و لاک ناخن حاوی بیسموت اکسی کلراید (BiOCl) ، پودری مرواریدی است که باعث درخشش محصولات می شود.
• از ترکیبات بیسموت به عنوان کاتالیزور در فرآیند تولید الیاف مصنوعی و لاستیک استفاده می شود.
• وقتی بیسموت با فلزات دیگر مانند سرب ، قلع ، آهن و کادمیوم ترکیب شود ، آلیاژهایی با نقاط ذوب کم ایجاد می کند که می تواند در آشکارسازهای آتش (ضد حریق) و خاموش کننده ها (مواد کپسول های آتش نشانی) مورد استفاده قرار گیرد.
• از آلیاژهای بیسموت در ساخت ریخته گری اشیا تیز که در اثر حرارت زیاد آسیب می بینند نیز استفاده می شود زیرا فلز مایع با جامد شدن 3.32 درصد منبسط می شود.
• بیسمانول ، آلیاژی از بیسموت و منگنز ، یک آهنربای دائمی با فشار اجباری بالا (اندازه ای از مغناطش) است که در دهه 1950 توسط آزمایشگاه دستورالعمل نیروی دریایی ایالات متحده در وایت اووک تولید شد. این آلیاژ در موتورهای کوچک مورد استفاده قرار گرفت. از فلز بیسموت به عنوان جایگزین سرب در گلوله ها استفاده می شود.
• همچنین می توان از بیسموت در راکتورهای هسته ای و ساخت عناصر ترانسورانیوم با استفاده از فرآیندی به نام همجوشی سرد استفاده کرد.
• فلز بیسموت نسبتاً بی اثر و غیر سمی است. بدین‌جهت در لوله کشی ، گلوله ، آلیاژهای فلزی ، لحیم کاری و سایر کاربردها جایگزین سرب سمی شده است.
• بسیاری از آلیاژهای بیسموت نسبتاً نرم و قابل انعطاف هستند. قابلیت انعطاف پذیری به این معنی است که یک فلز را می توان به ورق های نازک چکش زد. وقتی بیسموت با آهن آلیاژ شود به عنوان “آهن های قابل انعطاف” شناخته می شود.