Perfil do Elemento Químico: Bismuto (Bi)

O Elemento Bismuto

 

 

Hoje escrevo a respeito de mais um elemento químico muito interessante, conhecido há séculos (mas não há muitos séculos), que vem encontrando cada vez mais aplicações na indústria e em nosso dia-a-dia: o Bismuto.

Desconhecido na antiguidade, semi-descoberto por alquimistas medievais, e reconhecido somente 350 anos mais tarde, o bismuto (símbolo Bi) é um metal pesado considerado o último elemento estável da tabela periódica, com número atômico igual a 83, sendo o sucessor do chumbo e antecessor do polônio.

Curiosamente, também é considerado ocasionalmente como o primeiro elemento instável da tabela periódica, pois não possui nenhum isótopo completamente estável, apesar de uma meia-vida extremamente longa!

Características do Bismuto

O bismuto é um metal com brilho esbranquiçado, quebradiço e com baixo ponto de fusão, membro do grupo 15 da Tabela Periódica. Frequentemente uma camada de óxido iridescente recobre o metal, apresentando diversas cores em tonalidades distintas, incluindo tons de amarelo, vermelho, azul e verde.

De todos os metais, é um dos que apresenta menor valor de condutividade térmica, atrás apenas do manganês e mercúrio, e também é material natural mais diamagnético (repelido por um campo magnético).

História do Bismuto

Não sabemos exatamente quem descobriu o elemento. O bismuto foi descoberto por um alquimista desconhecido por volta do ano 1400, e em 1450 era empregado na fabricação de tipos móveis, em liga com o chumbo e estanho.

Em 1450 o alquimista alemão Basileus Valentinus se referia a esse elemento como Wismut, termo que após latinizado originou o nome Bismuto, que usamos atualmente.

Por mais de 300 anos, o bismuto foi confundido com o chumbo, estanho e antimônio, por sua semelhança com esses elementos. Georgius Agricola, grande especialista alemão em mineralogia e metalurgia, foi o primeiro a descrever o bismuto como provavelmente sendo um material diferente, se referido a ele como “chumbo cinzento”, e chamando o metal de wissmuth.

Mas somente em 1753 o metal foi totalmente isolado e ficou determinado em definitivo que o bismuto era uma substância distinta (e não uma variedade do chumbo ou do estanho), a partir das investigações do químico francês Claude-François Geoffrey, que é assim considerado o descobridor “oficial” deste elemento.

O nome bismuto é provavelmente derivado do termo wismuth, corruptela do alemão Weisse Masse, que significa “massa branca”, latinizado como bisemutum.

Em 1930 foi publicado um livreto de nome “Die Geschichte des Wismuts zwischen 1400 und 1800: ein Beitrag zur Geschichte der Technologie und der Kultur” (em português “A história do bismuto entre 1400 e 1800: uma contribuição para a história da tecnologia e da cultura“), pelo alemão Edmund O. von Lippmann, no qual é contada a história do bismuto entre os anos de 1400 e 1800.

De onde é extraído

O bismuto ocorre na natureza em sua forma metálica, encontrado na forma de cristais em determinados minérios de cobalto, prata, níquel e estanho, entre outros. O mineral mais importante de onde o bismuto é extraído é a bismutinita, que é um sulfeto de bismuto de fórmula Bi₂S₃.

Obtido muitas vezes como um subproduto do refino de metais como chumbo e cobre, o metal é produzido principalmente na China, Vietnã, México, Bolívia, Peru, Canadá, Cazaquistão, Rússia e Japão. Cerca de 82% da produção mundial do bismuto é oriunda da China, onde é obtido como subproduto do refino de Tungstênio (W).

Produção

O bismuto é extraído da bismutinita por meio do seguinte processo:

1 – Calcinar o Bi₂S₃ para obter óxido de bismuto:

Bi2S3 + 9/2 O2 → Bi2O3 + 3SO2

2 – Em seguida, reduzir o Bi₂O₃ obtido:

2Bi2O3 + 3C → 4Bi + 3CO2

Aplicações do bismuto

Por ser muito quebradiço, o bismuto geralmente não é empregado em sua forma pura, mas sim em ligas diversas com outros metais, que lhe conferem resistência e permitem obter pontos de fusão baixos.

O metal possui baixo ponto de fusão (271°C), e quando em liga com outros metais, como chumbo e estanho, o ponto de fusão da mistura é ainda mais baixo. Por conta disso, foi empregado no passado na fabricação de fusíveis elétricos, e ainda é empregado em sistemas de sprinklers anti-incêndio, em uma liga eutética com chumbo, estanho e 10% de cádmio. Tal liga recebe o nome de Metal de Wood (Cerrobend, Bendalloy, Pewtalloy) e tem ponto de fusão bastante baixo – de apenas 70°C.

Outra liga interessante feita com bismuto é o Metal Rosa, descoberta pelo químico alemão Valentin Rose, que consiste em 50% Bi, 25 a 28% de Pb e 22 a 25% de estanho. Essa liga tem ponto de fusão entre 94 e 98 °C, e é bastante empregada como solda e como preenchimento maleável em tubos e encanamentos.

A lista a seguir mostra algumas das principais aplicações do bismuto e seus compostos atualmente.

• Fabricação de soldas livres de chumbo
• Soldas de baixo ponto de fusão
• Galvanização
• Tratamento de úlceras gástricas e infecções oculares
• Chumbos de pesca – sem chumbo!
• Munição para caça
• Pigmentos para tintas a óleo, acrílica e de aquarela
• Indústria eletrônica e de semicondutores
• Fabricação de fogos de artifício

Além disso, ainda encontra uso na fabricação de alguns cosméticos, na forma de oxicloreto de bismuto (BiOCl), e pigmentos usados na fabricação de sombras (para olhos), sprays para cabelos e esmaltes para unhas. Este composto tem um brilho iridescente que lembra o brilho de pérolas, por isso o emprego nessas aplicações cosméticas.

O bismuto não possui papel biológico no corpo humano, estando presente em quantidades menores que 0,5 mg. Para um metal pesado, sua toxicidade é incomumente baixa (apesar de se encontrar entre o chumbo e o polônio na tabela periódica), e por conta disso vem sendo utilizado em lugar do chumbo (que é um metal muito tóxico!) em uma série de aplicações atualmente.

Ainda assim, o bismuto é empregado na fabricação de determinados medicamentos, principalmente na forma de subsalicilato de bismuto (“Pepto-Bismol”, HOC₆H₄COOBiO), para o tratamento de desordens gástricas, como úlceras e gastrites. Alguns compostos de bismuto agem nas paredes do estômago, protegendo-a contra o suco gástrico ácido (contém HCl, ácido clorídrico!) e a enzima pepsina, que o corpo produz para ajudar a digestão dos alimentos.

Curiosidades sobre o bismuto

• Apenas um isótopo do bismuto ocorre naturalmente, o ²⁰⁹Bi, com uma meia-vida de cerca de 2,01 x 10¹⁹ anos. Outros isótopos existem, criados artificialmente, como os isótopos Bi-207, Bi-208 e Bi-210.
• O Bi-209 é tido como o isótopo mais pesado que é estável entre todos os elementos, mas após suspeitas por alguns cientistas descobriu-se que na verdade esse isótopo é instável, decaindo pela emissão de partículas alfa em Tálio-205. Porém, como a meia-vida de 2,01 x 10¹⁹ anos corresponde a mais de um bilhão de vezes a idade do Universo, ele é tratado para todos os efeitos como um elemento estável e não-radioativo.
• Uma aplicação interessante do bismuto é a síntese de elementos transurânicos em laboratório. Uma amostra de bismuto é empregada como alvo e bombardeada com íons pesados de outros elementos mais leves, esperando-se obter no processo a “fusão” dos átomos e formação de núcleos atômicos de novos elementos.
  Alguns elementos foram descobertos desta maneira, como por exemplo o Bóhrio (Z=107), Meitnério (Z=109) e Roentgênio (Z=107).
  Este método, chamado de “fusão fria”, foi desenvolvido pelos cientistas Yuri Oganesson e Alexander Demin no centro de pesquisa nuclear de Dubna, na Rússia*.

* Os elementos 105 e 118 da tabela periódica foram batizados com Dúbnio e Oganessônio, respectivamente, como forma de homenagem ao centro de pesquisas e ao cientista, respectivamente.

Dados Gerais:

• Símbolo: Bi
• Número Atômico: 83
• Número CAS: 7440-69-9
• ID ChemSpider: 4514266
• Massa Atômica: 208,980
• Ponto de Fusão: 271,40 °C / 544,556 K
• Ponto de Ebulição: 1564 °C / 1837 K
• Densidade: 9,79 g/cm³
• Abundância Estimada na Crosta Terrestre: 8,5×10^-3 mg/kg
• Abundância Estimada nos Oceanos: 2×10^-5 mg/L
• Número de Isótopos Estáveis: 0
• Energia de Ionização: 7,289 eV
• Estados de Oxidação: +5, +3
• Raio atômico: 2,07 Å
• Dureza na escala Mohs: 2,25
• Configuração Eletrônica:

  1s2
  2s2 2p6
  3s2 3p6 3d10
  4s2 4p6 4d10 4f14
  5s2 5p6 5d10
  6s2 6p3

• Óxidos: Bi₂O₃, Bi₂O₅

Referências

• Emsley, J. Nature´s Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. 1ª Edição. 2001. Oxford University Press
• Gray, T. The Elements – A Visual Exploration of Every Known Atom in the Universe. 1ª Edição. 2009. Black Dog & Leventhal Publishers.
• Latscha, H. P; Mutz, M. Chemie der Elemente: Chemie-Basiswissen IV. 1ª Ed. 2011. Springer.