Bismuto

El bismuto es un elemento químico con el símbolo Bi y el número atómico 83. Es un metal posterior a la transición, radiactivo y uno de los pnictógenos con propiedades químicas que se asemejan a su grupo más ligero 15 hermanos arsénico y antimonio. El bismuto elemental puede ocurrir naturalmente, y sus formas de sulfuro y óxido son minerales comerciales importantes. El elemento libre es 86% tan denso como el plomo. Es un metal quebradizo con un color blanco plateado cuando se produce recientemente, pero la oxidación de la superficie puede darle una apariencia iridiscente colorida debido a la interferencia de la película delgada. El bismuto es el elemento diamagnético más natural y tiene uno de los valores más bajos de conductividad térmica entre los metales.

El bismuto se consideró durante mucho tiempo el elemento estable con la masa atómica más alta, pero en 2003 se descubrió que era extremadamente débilmente radiactivo: su único isótopo primordial, el bismuto-209, se desintegra a través de la desintegración alfa con una vida media de más de mil millones de veces. la edad estimada del universo. Debido a su vida media tremendamente larga, el bismuto aún puede considerarse estable para casi todos los propósitos.

El bismuto metálico se conoce desde la antigüedad, aunque a menudo se confundía con el plomo y el estaño, que comparten algunas propiedades físicas. La etimología es incierta, pero la palabra puede provenir de las palabras alemanas weiße Masse o Wismuth 'masa blanca', traducida a mediados del siglo XVI al latín nuevo bisemutum o bisemutium.

Usos principales

Los compuestos de bismuto representan aproximadamente la mitad de la producción de bismuto. Se utilizan en cosmética; pigmentos; y algunos productos farmacéuticos, en particular el subsalicilato de bismuto, que se utilizan para tratar la diarrea. La inusual propensión del bismuto a expandirse a medida que se solidifica es responsable de algunos de sus usos, como en la fundición de tipos de impresión. El bismuto tiene una toxicidad inusualmente baja para un metal pesado. A medida que la toxicidad del plomo se ha vuelto más evidente en los últimos años, existe un uso cada vez mayor de aleaciones de bismuto (actualmente alrededor de un tercio de la producción de bismuto) como reemplazo del plomo.

Historia y etimología

El bismuto metálico se conoce desde la antigüedad; fue uno de los primeros 10 metales que se descubrieron. El nombre bismuto data de alrededor de la década de 1660 y tiene una etimología incierta; posiblemente proviene del alemán obsoleto Bismuth, Wismut, Wissmuth (principios del siglo XVI), quizás relacionado con el antiguo alto alemán hwiz ("blanco"). El nuevo latín bisemutium (debido a Georgius Agricola, que latinizó muchas palabras mineras y técnicas alemanas) es del alemán Wismuth, quizás de weiße Masse, "masa blanca".

El elemento se confundió en los primeros tiempos con el estaño y el plomo debido a su parecido con esos elementos. Debido a que el bismuto se conoce desde la antigüedad, a nadie se le atribuye su descubrimiento. Agricola (1546) afirma que el bismuto es un metal distinto en una familia de metales que incluye el estaño y el plomo. Esto se basó en la observación de los metales y sus propiedades físicas.

Los mineros de la era de la alquimia también le dieron al bismuto el nombre de tectum argenti, o "plata en proceso de fabricación", en el sentido de que la plata aún está en proceso de formación dentro de la Tierra.

El bismuto también era conocido por los incas y se usaba (junto con el cobre y el estaño habituales) en una aleación de bronce especial para cuchillos.

Comenzando con Johann Heinrich Pott en 1738, Carl Wilhelm Scheele y Torbern Olof Bergman, la distinción del plomo y el bismuto quedó clara, y Claude François Geoffroy demostró en 1753 que este metal es distinto del plomo y el estaño.

Características

Características físicas

El bismuto es un metal quebradizo con un tono rosado plateado oscuro, a menudo con un deslustre de óxido iridiscente que muestra muchos colores, desde el amarillo hasta el azul. La estructura escalonada en espiral de los cristales de bismuto es el resultado de una mayor tasa de crecimiento alrededor de los bordes exteriores que en los bordes interiores. Las variaciones en el grosor de la capa de óxido que se forma en la superficie del cristal provocan que diferentes longitudes de onda de luz interfieran en la reflexión, mostrando así un arcoíris de colores. Cuando se quema en oxígeno, el bismuto arde con una llama azul y su óxido forma humos amarillos. Su toxicidad es mucho menor que la de sus vecinos de la tabla periódica, como el plomo, el antimonio y el polonio.

No se ha verificado que ningún otro metal sea más naturalmente diamagnético que el bismuto. (El superdiamagnetismo es un fenómeno físico diferente). De cualquier metal, tiene uno de los valores más bajos de conductividad térmica (después del manganeso, y quizás del neptunio y el plutonio) y el coeficiente de Hall más alto. Tiene una alta resistividad eléctrica. Cuando se deposita en capas lo suficientemente delgadas sobre un sustrato, el bismuto es un semiconductor, a pesar de ser un metal posterior a la transición. El bismuto elemental es más denso en la fase líquida que en la sólida, característica que comparte con el germanio, el silicio, el galio y el agua. El bismuto se expande 3,32% al solidificarse; por lo tanto, fue durante mucho tiempo un componente de las aleaciones tipográficas de bajo punto de fusión, donde compensaba la contracción de los otros componentes de la aleación.para formar aleaciones eutécticas de bismuto-plomo casi isostáticas.

Aunque prácticamente no se ve en la naturaleza, el bismuto de alta pureza puede formar cristales de tolva coloridos y distintivos. Es relativamente no tóxico y tiene un punto de fusión bajo justo por encima de los 271 °C, por lo que los cristales se pueden cultivar usando una estufa doméstica, aunque los cristales resultantes tenderán a ser de menor calidad que los cristales cultivados en laboratorio.

En condiciones ambientales, el bismuto comparte la misma estructura en capas que las formas metálicas del arsénico y el antimonio, cristalizando en la red romboédrica (símbolo de Pearson hR6, grupo espacial R 3 m No. 166) del sistema cristalino trigonal. Cuando se comprime a temperatura ambiente, esta estructura de Bi-I cambia primero al Bi-II monoclínico a 2,55 GPa, luego al Bi-III tetragonal a 2,7 GPa y finalmente al Bi-V cúbico centrado en el cuerpo a 7,7 GPa. Las transiciones correspondientes se pueden monitorear a través de cambios en la conductividad eléctrica; son bastante reproducibles y bruscos y, por lo tanto, se utilizan para la calibración de equipos de alta presión.

Características químicas

El bismuto es estable al aire seco y húmedo a temperaturas ordinarias. Cuando está al rojo vivo, reacciona con el agua para producir óxido de bismuto (III).2 Bi + 3 H ₂ O → Bi ₂ O ₃ + 3 H ₂

Reacciona con flúor para producir fluoruro de bismuto (V) a 500 °C o fluoruro de bismuto (III) a temperaturas más bajas (típicamente a partir de fusión de Bi); con otros halógenos solo produce haluros de bismuto (III). Los trihalogenuros son corrosivos y reaccionan fácilmente con la humedad, formando oxihalogenuros con la fórmula BiOX.4 Bi + 6 X ₂ → 4 BiX ₃ (X = F, Cl, Br, I)4 BiX ₃ + 2 O ₂ → 4 BiOX + 4 X ₂

El bismuto se disuelve en ácido sulfúrico concentrado para producir sulfato de bismuto (III) y dióxido de azufre.6 H ₂ SO ₄ + 2 Bi → 6 H ₂ O + Bi ₂ (SO ₄) ₃ + 3 SO ₂

Reacciona con ácido nítrico para producir nitrato de bismuto (III) (que se descompone en dióxido de nitrógeno cuando se calienta).Bi + 6 HNO ₃ → 3 H ₂ O + 3 NO ₂ + Bi (NO ₃) ₃

También se disuelve en ácido clorhídrico, pero solo con oxígeno presente.4 Bi + 3 O ₂ + 12 HCl → 4 BiCl ₃ + 6 H ₂ O

Se utiliza como agente transmetalante en la síntesis de complejos de metales alcalinotérreos:3 Ba + 2 BiPh ₃ → 3 BaPh ₂ + 2 Bi

Isótopos

El único isótopo primordial del bismuto, el bismuto-209, se consideraba tradicionalmente como el isótopo estable más pesado, pero durante mucho tiempo se sospechó que era inestable por motivos teóricos. Esto finalmente se demostró en 2003, cuando investigadores del Institut d'Astrophisique Spatiale en Orsay, Francia, midieron la vida media de emisión alfa deBiser - estar2,01 × 10 años (3 Bq/Mg), más de mil millones de veces más que la edad estimada actual del universo. Debido a su vida media extraordinariamente larga, para todas las aplicaciones médicas e industriales actualmente conocidas, el bismuto puede tratarse como si fuera estable y no radiactivo. La radiactividad es de interés académico porque el bismuto es uno de los pocos elementos cuya radiactividad se sospechó y se predijo teóricamente antes de ser detectado en el laboratorio. El bismuto tiene la vida media de desintegración alfa más larga conocida, aunque el telurio-128 tiene una vida media de desintegración beta doble de más de2,2 × 10 años. La vida media extremadamente larga del bismuto significa que menos de aproximadamente una mil millonésima parte del bismuto presente en la formación del planeta Tierra se habría descompuesto en talio desde entonces.

Varios isótopos de bismuto con vidas medias cortas ocurren dentro de las cadenas de desintegración radiactiva de actinio, radio y torio, y más se han sintetizado experimentalmente. El bismuto-213 también se encuentra en la cadena de desintegración del neptunio-237 y el uranio-233.

Comercialmente, el isótopo radiactivo bismuto-213 se puede producir bombardeando radio con fotones bremsstrahlung desde un acelerador de partículas lineal. En 1997, se usó un anticuerpo conjugado con bismuto-213, que tiene una vida media de 45 minutos y se descompone con la emisión de una partícula alfa, para tratar a pacientes con leucemia. Este isótopo también se ha probado en el tratamiento del cáncer, por ejemplo, en el programa de terapia alfa dirigida (TAT).

Compuestos químicos

El bismuto forma compuestos trivalentes y pentavalentes, siendo más comunes los trivalentes. Muchas de sus propiedades químicas son similares a las del arsénico y el antimonio, aunque son menos tóxicos que los derivados de estos elementos más livianos.

Óxidos y sulfuros

A temperaturas elevadas, los vapores del metal se combinan rápidamente con el oxígeno, formando el trióxido amarillo, Bi₂O₃. Cuando se funde, a temperaturas superiores a 710 °C, este óxido corroe cualquier óxido metálico e incluso el platino. Al reaccionar con una base, forma dos series de oxianiones: BiO₂, que es polimérico y forma cadenas lineales, y BiO₃. El anión en Li₃BiO₃es un anión octamérico cúbico, Bi₈O₂₄, mientras que el anión en Na₃BiO₃es tetramerico.

El óxido de bismuto rojo oscuro (V), Bi₂O₅, es inestable, liberadora O₂gas al calentar. El compuesto NaBiO ₃ es un agente oxidante fuerte.

Sulfuro de bismuto, Bi₂S₃, ocurre naturalmente en los minerales de bismuto. También se produce por la combinación de bismuto y azufre fundidos.

El oxicloruro de bismuto (BiOCl, véase la figura de la derecha) y el oxinitrato de bismuto (BiONO ₃) aparecen estequiométricamente como sales aniónicas simples del catión de bismuto (III) (BiO) que se encuentra comúnmente en compuestos acuosos de bismuto. Sin embargo, en el caso de BiOCl, el cristal de sal se forma en una estructura de placas alternas de átomos de Bi, O y Cl, con cada oxígeno coordinado con cuatro átomos de bismuto en el plano adyacente. Este compuesto mineral se usa como pigmento y cosmético (ver más abajo).

Bismuto y bismuturos

A diferencia de los pnictógenos más ligeros nitrógeno, fósforo y arsénico, pero similar al antimonio, el bismuto no forma un hidruro estable. Hidruro de bismuto, bismutina (BiH₃), es un compuesto endotérmico que se descompone espontáneamente a temperatura ambiente. Es estable solo por debajo de -60 ° C. Los bismutos son compuestos intermetálicos entre el bismuto y otros metales.

En 2014, los investigadores descubrieron que el bismuturo de sodio puede existir como una forma de materia llamada "semimetal de Dirac topológico tridimensional" (3DTDS) que posee fermiones de Dirac 3D a granel. Es una contraparte natural y tridimensional del grafeno con una movilidad y velocidad de electrones similares. El grafeno y los aisladores topológicos (como los de 3DTDS) son materiales cristalinos que aíslan eléctricamente por dentro pero conducen en la superficie, lo que les permite funcionar como transistores y otros dispositivos electrónicos. Mientras que el bismuturo de sodio (Na₃Bi) es demasiado inestable para usarse en dispositivos sin empaque, puede demostrar aplicaciones potenciales de los sistemas 3DTDS, que ofrecen claras ventajas de eficiencia y fabricación sobre el grafeno plano en aplicaciones de semiconductores y espintrónica.

Haluros

Se ha demostrado que los haluros de bismuto en estados de oxidación bajos adoptan estructuras inusuales. Lo que originalmente se pensó que era cloruro de bismuto (I), BiCl, resulta ser un compuesto complejo que consta de Bi₉cationes y BiCl₅y Bi₂cl₈aniones El BI₉El catión tiene una geometría molecular prismática trigonal tricapeada distorsionada y también se encuentra en Bi₁₀H.f.₃cl₁₈, que se prepara reduciendo una mezcla de cloruro de hafnio(IV) y cloruro de bismuto con bismuto elemental, que tiene la estructura [Bi] [Bi₉] [HfCl₆]₃. También se conocen otros cationes de bismuto poliatómicos, como Bi₈, encontrado en Bi₈(AlCl₄)₂. El bismuto también forma un bromuro de baja valencia con la misma estructura que "BiCl". Hay un verdadero monoyoduro, BiI, que contiene cadenas de Bi₄yo₄unidades. BiI se descompone al calentarse al triyoduro, BiI₃y bismuto elemental. También existe un monobromuro de la misma estructura. En estado de oxidación +3, el bismuto forma trihaluros con todos los halógenos: BiF₃, BiCl₃, BiBr₃, y BiI₃. Todos estos excepto BiF₃son hidrolizados por el agua.

El cloruro de bismuto (III) reacciona con cloruro de hidrógeno en una solución de éter para producir el ácido HBiCl₄.

El estado de oxidación +5 se encuentra con menos frecuencia. Uno de esos compuestos es BiF₅, un poderoso agente oxidante y fluorante. También es un fuerte aceptor de fluoruro, reaccionando con tetrafluoruro de xenón para formar el XeF₃catión:BiF₅+ XeF₄→ XeF₃BiF₆

Especies acuosas

En solución acuosa, el Biion se solvata para formar el ion aqua Bi(H₂O)₈en condiciones fuertemente ácidas. A pH > 0 existen especies polinucleares, de las cuales se cree que la más importante es el complejo octaédrico [ Bi₆O₄(OH)₄].

Ocurrencia y producción

En la corteza terrestre, el bismuto es dos veces más abundante que el oro. Los minerales de bismuto más importantes son la bismutinita y la bismita. El bismuto nativo se conoce en Australia, Bolivia y China.

País	fuentes mineras	Fuentes de refinación
China	7,400	11,000
Vietnam	2,000	5,000
México	700	539
Japón		428
Otro	100	33
Total	10,200	17,100

La diferencia entre la producción de minería y refinación refleja el estado del bismuto como un subproducto de la extracción de otros metales como plomo, cobre, estaño, molibdeno y tungsteno. La producción mundial de bismuto de las refinerías es una estadística más completa y fiable.

El bismuto viaja en lingotes de plomo crudo (que pueden contener hasta un 10 % de bismuto) a través de varias etapas de refinación, hasta que se elimina mediante el proceso Kroll-Betterton, que separa las impurezas como escoria, o el proceso electrolítico Betts. El bismuto se comportará de manera similar con otro de sus principales metales, el cobre. El metal de bismuto en bruto de ambos procesos todavía contiene cantidades considerables de otros metales, principalmente plomo. Al hacer reaccionar la mezcla fundida con cloro gaseoso, los metales se convierten en sus cloruros mientras que el bismuto permanece sin cambios. Las impurezas también se pueden eliminar mediante varios otros métodos, por ejemplo, con fundentes y tratamientos que producen bismuto metálico de alta pureza (más del 99 % de Bi).

Precio

El precio del bismuto metálico puro se ha mantenido relativamente estable durante la mayor parte del siglo XX, excepto por un pico en la década de 1970. El bismuto siempre se ha producido principalmente como un subproducto de la refinación del plomo y, por lo tanto, el precio generalmente reflejaba el costo de recuperación y el equilibrio entre la producción y la demanda.

Antes de la Segunda Guerra Mundial, la demanda de bismuto era pequeña y principalmente farmacéutica: los compuestos de bismuto se usaban para tratar afecciones como trastornos digestivos, enfermedades de transmisión sexual y quemaduras. Se consumieron cantidades menores de bismuto metálico en aleaciones fusibles para sistemas de rociadores contra incendios y cables fusibles. Durante la Segunda Guerra Mundial, el bismuto se consideró un material estratégico, utilizado para soldaduras, aleaciones fusibles, medicamentos e investigación atómica. Para estabilizar el mercado, los productores fijaron el precio en $1,25 por libra ($2,75/kg) durante la guerra y en $2,25 por libra ($4,96/kg) desde 1950 hasta 1964.

A principios de la década de 1970, el precio aumentó rápidamente como resultado de la creciente demanda de bismuto como aditivo metalúrgico para el aluminio, el hierro y el acero. A esto le siguió un declive debido al aumento de la producción mundial, la estabilización del consumo y las recesiones de 1980 y 1981-1982. En 1984, el precio comenzó a subir a medida que aumentaba el consumo en todo el mundo, especialmente en Estados Unidos y Japón. A principios de la década de 1990, se inició la investigación sobre la evaluación del bismuto como reemplazo no tóxico del plomo en esmaltes cerámicos, plomadas de pesca, equipos de procesamiento de alimentos, latones de mecanizado libre para aplicaciones de plomería, grasas lubricantes y perdigones para la caza de aves acuáticas.El crecimiento en estas áreas siguió siendo lento a mediados de la década de 1990, a pesar del respaldo del gobierno federal de los Estados Unidos para reemplazar el plomo, pero se intensificó alrededor de 2005. Esto resultó en un aumento rápido y continuo del precio.

Reciclaje

La mayor parte del bismuto se produce como subproducto de otros procesos de extracción de metales, incluida la fundición de plomo y también de tungsteno y cobre. Su sostenibilidad depende de un mayor reciclaje, lo cual es problemático.

Alguna vez se creyó que el bismuto podía reciclarse prácticamente de las uniones soldadas en equipos electrónicos. Las recientes eficiencias en la aplicación de soldadura en la electrónica significan que se deposita sustancialmente menos soldadura y, por lo tanto, menos para reciclar. Si bien la recuperación de la plata de la soldadura que contiene plata puede seguir siendo económica, la recuperación del bismuto lo es sustancialmente menos.

El siguiente paso en la viabilidad del reciclaje serían los catalizadores de gran tamaño con un contenido aceptable de bismuto, como el fosfomolibdato de bismuto. Bismuto utilizado en galvanización y como aditivo metalúrgico de maquinado libre.

Los usos del bismuto en los que se dispersa más ampliamente incluyen ciertos medicamentos estomacales (subsalicilato de bismuto), pinturas (vanadato de bismuto), cosméticos nacarados (oxicloruro de bismuto) y balas que contienen bismuto. Reciclar bismuto de estos usos no es práctico.

Aplicaciones

El bismuto tiene pocas aplicaciones comerciales y aquellas aplicaciones que lo utilizan generalmente requieren pequeñas cantidades en relación con otras materias primas. En Estados Unidos, por ejemplo, se consumieron 733 toneladas de bismuto en 2016, de las cuales el 70 % se destinó a productos químicos (incluidos productos farmacéuticos, pigmentos y cosméticos) y el 11 % a aleaciones de bismuto.

Algunos fabricantes usan bismuto como sustituto en equipos para sistemas de agua potable, como válvulas para cumplir con los mandatos "sin plomo" en los EE. UU. (comenzado en 2014). Esta es una aplicación bastante grande ya que cubre toda la construcción de edificios residenciales y comerciales.

A principios de la década de 1990, los investigadores comenzaron a evaluar el bismuto como un reemplazo no tóxico del plomo en diversas aplicaciones.

Medicamentos

El bismuto es un ingrediente de algunos productos farmacéuticos, aunque el uso de algunas de estas sustancias está disminuyendo.

• El subsalicilato de bismuto se usa como antidiarreico; es el ingrediente activo en preparaciones de "bismuto rosa" como Pepto-Bismol, así como en la reformulación de 2004 de Kaopectate. También se usa para tratar otras enfermedades gastrointestinales como la shigellosis y el envenenamiento por cadmio. El mecanismo de acción de esta sustancia aún no está bien documentado, aunque en al menos algunos casos puede estar involucrado un efecto oligodinámico (efecto tóxico de pequeñas dosis de iones de metales pesados ​​sobre los microbios). El ácido salicílico de la hidrólisis del compuesto es antimicrobiano para E. coli toxógena, un patógeno importante en la diarrea del viajero.
• Se usa una combinación de subsalicilato de bismuto y subcitrato de bismuto para tratar la bacteria que causa las úlceras pépticas.
• El bibrocathol es un compuesto orgánico que contiene bismuto que se usa para tratar infecciones oculares.
• El subgalato de bismuto, el ingrediente activo de Devrom, se usa como desodorante interno para tratar el mal olor de las flatulencias y las heces.
• Los compuestos de bismuto (incluido el tartrato de bismuto de sodio) se usaban anteriormente para tratar la sífilis. El arsénico combinado con bismuto o mercurio fue un pilar del tratamiento de la sífilis desde la década de 1920 hasta la llegada de la penicilina en 1943.
• La "leche de bismuto" (una suspensión acuosa de hidróxido de bismuto y subcarbonato de bismuto) se comercializó como panacea alimentaria a principios del siglo XX y se ha utilizado para tratar trastornos gastrointestinales.
• El subnitrato de bismuto (Bi ₅ O(OH) ₉ (NO ₃) ₄) y el subcarbonato de bismuto (Bi ₂ O ₂ (CO ₃)) también se utilizan en medicina.

Cosméticos y pigmentos

El oxicloruro de bismuto (BiOCl) se usa a veces en cosméticos, como pigmento en la pintura para sombras de ojos, lacas para el cabello y esmaltes de uñas. Este compuesto se encuentra como el mineral bismoclito y en forma de cristal contiene capas de átomos (vea la figura de arriba) que refractan la luz cromáticamente, dando como resultado una apariencia iridiscente similar al nácar de la perla. Fue utilizado como cosmético en el antiguo Egipto y en muchos lugares desde entonces. El blanco de bismuto (también "blanco español") puede referirse al oxicloruro de bismuto o al oxinitrato de bismuto (BiONO ₃), cuando se usa como pigmento blanco.El vanadato de bismuto se usa como un pigmento de pintura no reactivo, estable a la luz (particularmente para pinturas de artistas), a menudo como reemplazo de los pigmentos más tóxicos de sulfuro de cadmio amarillo y amarillo anaranjado. La variedad más común en las pinturas de los artistas es un amarillo limón, visualmente indistinguible de su alternativa que contiene cadmio.

Metal y aleaciones

El bismuto se utiliza en aleaciones metálicas con otros metales como el hierro. Estas aleaciones se utilizan en sistemas de rociadores automáticos contra incendios. Forma la mayor parte (50%) del metal de Rose, una aleación fusible, que también contiene 25-28% de plomo y 22-25% de estaño. También se usó para hacer bronce de bismuto que se usó en la Edad del Bronce, habiéndose encontrado en cuchillos incas en Machu Picchu.

Reemplazo de plomo

La diferencia de densidad entre el plomo (11,32 g/cm) y el bismuto (9,78 g/cm) es tan pequeño que para muchas aplicaciones balísticas y de ponderación, el bismuto puede sustituir al plomo. Por ejemplo, puede reemplazar al plomo como material denso en las plomadas de pesca. Se ha utilizado como reemplazo del plomo en perdigones, balas y municiones de armas antidisturbios menos letales. Los Países Bajos, Dinamarca, Inglaterra, Gales, los Estados Unidos y muchos otros países ahora prohíben el uso de perdigones de plomo para la caza de aves de humedales, ya que muchas aves son propensas al envenenamiento por plomo debido a la ingestión errónea de plomo (en lugar de pequeñas piedras). y arena) para ayudar a la digestión, o incluso prohibir el uso de plomo para toda la caza, como en los Países Bajos. La granalla de aleación de bismuto y estaño es una alternativa que proporciona un rendimiento balístico similar al del plomo. (Otra alternativa menos costosa pero también de menor rendimiento es la granalla de "acero", que en realidad es hierro dulce.

El bismuto, como elemento denso de alto peso atómico, se usa en protectores de látex impregnados de bismuto para protegerse de los rayos X en exámenes médicos, como las tomografías computarizadas, principalmente porque se considera que no es tóxico.

La Directiva de Restricción de Sustancias Peligrosas (RoHS) de la Unión Europea para la reducción de plomo ha ampliado el uso del bismuto en la electrónica como componente de las soldaduras de bajo punto de fusión, como reemplazo de las soldaduras tradicionales de estaño y plomo. Su baja toxicidad será especialmente importante para las soldaduras que se utilizarán en equipos de procesamiento de alimentos y tuberías de agua de cobre, aunque también se puede utilizar en otras aplicaciones, incluidas las de la industria del automóvil, en la Unión Europea, por ejemplo.

El bismuto se ha evaluado como reemplazo del plomo en latones de libre maquinado para aplicaciones de plomería, aunque no iguala el desempeño de los aceros con plomo.

Otros usos de metales y aleaciones especiales

Muchas aleaciones de bismuto tienen puntos de fusión bajos y se encuentran en aplicaciones especiales como soldaduras. Muchos rociadores automáticos, fusibles eléctricos y dispositivos de seguridad en los sistemas de detección y supresión de incendios contienen la aleación eutéctica In19.1-Cd5.3-Pb22.6-Sn8.3-Bi44.7 que se funde a 47 °C (117 °F) Esta es una temperatura conveniente ya que es poco probable que se exceda en condiciones normales de vida. Las aleaciones de bajo punto de fusión, como la aleación Bi-Cd-Pb-Sn, que se funde a 70 °C, también se utilizan en las industrias de la automoción y la aviación. Antes de deformar una pieza de metal de paredes delgadas, se llena con una masa fundida o se cubre con una capa delgada de la aleación para reducir la posibilidad de que se rompa. Luego se retira la aleación sumergiendo la pieza en agua hirviendo.

El bismuto se utiliza para fabricar aceros de mecanizado libre y aleaciones de aluminio de mecanizado libre para obtener propiedades de mecanizado de precisión. Tiene un efecto similar al plomo y mejora la rotura de la viruta durante el mecanizado. La contracción en la solidificación del plomo y la expansión del bismuto se compensan entre sí y, por lo tanto, el plomo y el bismuto se utilizan a menudo en cantidades similares. De manera similar, las aleaciones que contienen partes comparables de bismuto y plomo exhiben un cambio muy pequeño (del orden del 0,01%) al fundirse, solidificarse o envejecerse. Estas aleaciones se utilizan en fundición de alta precisión, por ejemplo, en odontología, para crear modelos y moldes. El bismuto también se utiliza como agente de aleación en la producción de hierros maleables y como material para termopares.

El bismuto también se utiliza en aleaciones de fundición de aluminio y silicio para refinar la morfología del silicio. Sin embargo, indicó un efecto de envenenamiento en la modificación del estroncio. Algunas aleaciones de bismuto, como el Bi35-Pb37-Sn25, se combinan con materiales antiadherentes como la mica, el vidrio y los esmaltes porque los humedecen fácilmente permitiendo realizar uniones con otras piezas. La adición de bismuto al cesio mejora el rendimiento cuántico de los cátodos de cesio. La sinterización de polvos de bismuto y manganeso a 300 °C produce un imán permanente y un material magnetoestrictivo, que se utiliza en generadores y receptores ultrasónicos que funcionan en el rango de 10 a 100 kHz y en dispositivos de memoria holográfica y magnética.

Otros usos como compuestos

• El bismuto está incluido en BSCCO (óxido de cobre, calcio, estroncio y bismuto), que es un grupo de compuestos superconductores similares descubiertos en 1988 que exhiben las temperaturas de transición superconductoras más altas.
• El subnitrato de bismuto es un componente de los esmaltes que produce una iridiscencia y se usa como pigmento en la pintura.
• El telururo de bismuto es un semiconductor y un excelente material termoeléctrico. Los diodos Bi ₂ Te ₃ se utilizan en refrigeradores móviles, enfriadores de CPU y como detectores en espectrofotómetros infrarrojos.
• El óxido de bismuto, en su forma delta, es un electrolito sólido para el oxígeno. Esta forma normalmente se descompone por debajo de un umbral de alta temperatura, pero se puede electrodepositar muy por debajo de esta temperatura en una solución altamente alcalina.
• El germanato de bismuto es un centelleador, ampliamente utilizado en detectores de rayos X y rayos gamma.
• El vanadato de bismuto es un pigmento amarillo opaco utilizado por las compañías de pintura al óleo, acrílico y acuarela de algunos artistas, principalmente como reemplazo de los amarillos de sulfuro de cadmio más tóxicos en el rango de amarillo verdoso (limón) a amarillo anaranjado. Funciona prácticamente de manera idéntica a los pigmentos de cadmio, en términos de resistencia a la degradación por exposición a los rayos UV, opacidad, poder colorante y falta de reactividad cuando se mezcla con otros pigmentos. La variedad más utilizada por los pintores de artistas es el color limón. Además de ser un reemplazo para varios amarillos de cadmio, también sirve como un reemplazo visual no tóxico para los pigmentos de cromato más antiguos hechos con zinc, plomo y estroncio. Si se agrega un pigmento verde y sulfato de bario (para aumentar la transparencia), también puede servir como reemplazo del cromato de bario, que posee un matiz más verdoso que los demás. En comparación con los cromatos de plomo, no se ennegrece debido al sulfuro de hidrógeno en el aire (un proceso acelerado por la exposición a los rayos UV) y posee un color particularmente más brillante que ellos, especialmente el limón, que es el más translúcido, opaco y de ennegrecimiento más rápido. debido al mayor porcentaje de sulfato de plomo requerido para producir ese tono. También se usa, de forma limitada debido a su costo, como pigmento de pintura para vehículos. y más rápido de ennegrecer debido al mayor porcentaje de sulfato de plomo requerido para producir ese tono. También se usa, de forma limitada debido a su costo, como pigmento de pintura para vehículos. y más rápido de ennegrecer debido al mayor porcentaje de sulfato de plomo requerido para producir ese tono. También se usa, de forma limitada debido a su costo, como pigmento de pintura para vehículos.
• Un catalizador para la fabricación de fibras acrílicas.
• Como electrocatalizador en la conversión de CO ₂ a CO.
• Ingrediente en grasas lubricantes.
• En crepitantes microestrellas (huevos de dragón) en pirotecnia, como el óxido, subcarbonato o subnitrato.
• Como catalizador para la fluoración de ésteres arilborónicos de pinacol a través de un ciclo catalítico Bi(III)/Bi(V), imitando a los metales de transición en la fluoración electrofílica.

Toxicología y ecotoxicología

Ver también bismuto, una rara condición dermatológica que resulta del uso prolongado de bismuto.

La literatura científica indica que algunos de los compuestos de bismuto son menos tóxicos para los humanos por ingestión que otros metales pesados ​​(plomo, arsénico, antimonio, etc.), presumiblemente debido a la solubilidad comparativamente baja de las sales de bismuto. Se informa que su vida media biológica para la retención en todo el cuerpo es de 5 días, pero puede permanecer en el riñón durante años en personas tratadas con compuestos de bismuto.

El envenenamiento por bismuto puede ocurrir y, según algunos informes, ha sido común en tiempos relativamente recientes. Al igual que con el plomo, el envenenamiento por bismuto puede resultar en la formación de un depósito negro en la encía, conocido como línea de bismuto. La intoxicación puede tratarse con dimercaprol; sin embargo, la evidencia del beneficio no está clara.

Los impactos ambientales del bismuto no son bien conocidos; puede ser menos probable que se bioacumule que otros metales pesados, y esta es un área de investigación activa.

Biorremediación

El hongo Marasmius oreades se puede utilizar para la remediación biológica del bismuto en suelos contaminados.