Modelo atômico simplificado do átomo de bismuto. O isótopo quase estável principal é \(^{209}\mathrm{Bi}\) com seus 83 prótons, 83 elétrons e 126 nêutrons.
Fonte da imagem: astronoo.com
Durante décadas, o bismuto foi considerado o elemento estável mais pesado. O isótopo \(^{209}\mathrm{Bi}\) era reputado por ter uma meia-vida infinita. No entanto, em 2003, uma equipe do Instituto de Astrofísica Espacial de Orsay demonstrou que ele é, na verdade, fracamente radioativo, com uma meia-vida extraordinariamente longa de cerca de \(1,9 \times 10^{19}\) anos (quase 19 bilhões de bilhões de anos), um bilhão de vezes mais longa que a idade do universo! Essa desintegração ocorre por emissão alfa em tálio-205.
Essa descoberta tem uma consequência importante: o chumbo-208 (produto final da cadeia do tório) recupera seu status de núcleo estável mais pesado conhecido. O bismuto-209 é agora classificado como "quase estável" ou "radioativo primordial".
O bismuto é principalmente sintetizado pelo processo s (captura lenta de nêutrons) em estrelas AGB (gigantes assintóticas). Ele marca um limite importante: é o último elemento cujos isótopos podem ser produzidos de maneira significativa pelo processo s antes que os elementos seguintes (polônio, astato, radônio) sejam instáveis demais para persistir. Sua produção pelo processo r (captura rápida) também é possível durante supernovas. Nas estrelas, ele também pode ser produzido pelo processo p (captura de prótons).
A relação dos isótopos de bismuto (notadamente \(^{209}\mathrm{Bi}\)) e do chumbo é usada como uma ferramenta geoquímica sensível para estudar os processos de formação de minérios, a origem dos magmas e até para rastrear a poluição industrial. Os compostos de bismuto têm assinaturas isotópicas distintas que podem ajudar a rastrear sua origem.
Embora o bismuto-209 seja, de fato, o fim de muitas cadeias de decaimento na natureza (devido à sua meia-vida extremamente longa), ele não é o produto final real. Teoricamente, qualquer matéria contendo bismuto se transformará, em escalas de tempo inimagináveis, em tálio e, em seguida, em chumbo estável.
A origem do nome "bismuto" é incerta. Pode vir do alemão "Wismuth" ou "Weisse Masse" ("massa branca"), em referência à sua aparência. Outra hipótese o liga ao árabe "bi ismid" (que tem as propriedades do antimônio), pois era frequentemente confundido com estanho, chumbo e, especialmente, com o antimônio. O símbolo Bi é óbvio.
O bismuto é conhecido desde a Antiguidade, mas só foi reconhecido como um elemento distinto no meio do século XVIII. O alquimista Claude François Geoffroy demonstrou em 1753 que era um metal distinto do chumbo e do estanho. Antes disso, era frequentemente considerado uma variedade de chumbo ou antimônio.
Historicamente, o bismuto foi usado:
O bismuto é raro, com uma abundância crustal de cerca de 0,008 ppm. Não existem minas dedicadas ao bismuto; ele é quase sempre um subproduto do refino de outros metais, principalmente:
Os principais produtores são a China (líder mundial), o Peru, o México, a Bolívia e o Japão. A produção anual é de cerca de 10.000 a 15.000 toneladas. Devido à sua produção estar ligada à do chumbo (cuja demanda pode diminuir com a transição energética), o fornecimento de bismuto pode se tornar mais restrito no futuro.
O bismuto (símbolo Bi, número atômico 83) é um elemento pós-transição, localizado no grupo 15 (grupo do nitrogênio ou pnictogênios) da tabela periódica, junto com nitrogênio, fósforo, arsênio e antimônio. É o membro mais pesado e mais metálico desse grupo. Seu átomo possui 83 prótons, geralmente 126 nêutrons (para o isótopo quase estável \(^{209}\mathrm{Bi}\)) e 83 elétrons com a configuração eletrônica [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p³. Ele possui cinco elétrons de valência (6s² 6p³).
O bismuto é um metal cristalino branco prateado com um tom rosa pálido. Ele apresenta várias propriedades excepcionais:
O bismuto cristaliza em uma estrutura romboédrica (trigonal) que dá origem aos seus belos cristais "em escada".
O bismuto funde a 271,40 °C (544,55 K) e ferve a 1564 °C (1837 K). Seu baixo ponto de fusão o torna fácil de fundir e trabalhar.
O bismuto é um metal bastante estável ao ar em temperatura ambiente. Ele se cobre lentamente com uma fina camada de óxido que lhe dá suas cores iridescentes. Ele queima no ar em alta temperatura formando óxido de bismuto(III) (Bi₂O₃), de cor amarela. É atacado por ácidos nítrico e sulfúrico concentrados, mas resiste ao ácido clorídrico diluído (ao contrário de seus primos arsênio e antimônio).
Densidade: 9,78 g/cm³.
Ponto de fusão: 544,55 K (271,40 °C).
Ponto de ebulição: 1837 K (1564 °C).
Estrutura cristalina: Romboédrica (trigonal).
Configuração eletrônica: [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p³.
Estado de oxidação principal: +3.
| Isótopo / Notação | Prótons (Z) | Nêutrons (N) | Massa atômica (u) | Abundância natural | Meia-vida / Estabilidade | Decaimento / Observações |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Bismuto-209 — \(^{209}\mathrm{Bi}\) | 83 | 126 | 208,980399 u | ≈ 100 % | \(1,9 \times 10^{19}\) anos | Isótopo quase estável, historicamente considerado estável. Radioativo alfa com meia-vida extremamente longa. Constitui a totalidade do bismuto natural. Seu decaimento em \(^{205}\mathrm{Tl}\) foi observado em 2003. |
N.B.:
Camadas eletrônicas: Como os elétrons estão organizados ao redor do núcleo.
O bismuto possui 83 elétrons distribuídos em seis camadas eletrônicas. Sua configuração eletrônica [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p³ tem cinco elétrons de valência na camada 6 (s² p³). Isso também pode ser escrito como: K(2) L(8) M(18) N(32) O(18) P(5), ou completamente: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴ 5s² 5p⁶ 5d¹⁰ 6s² 6p³.
Camada K (n=1): 2 elétrons (1s²).
Camada L (n=2): 8 elétrons (2s² 2p⁶).
Camada M (n=3): 18 elétrons (3s² 3p⁶ 3d¹⁰).
Camada N (n=4): 32 elétrons (4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴).
Camada O (n=5): 18 elétrons (5s² 5p⁶ 5d¹⁰).
Camada P (n=6): 5 elétrons (6s² 6p³).
O bismuto tem 5 elétrons de valência (6s² 6p³). O estado de oxidação predominante e mais estável é +3. Assim como no chumbo, o efeito do par inerte é muito pronunciado: o par 6s² é energeticamene estável e relutante em participar de ligações. Assim, o estado +5 (que requereria a perda dos cinco elétrons de valência) é muito raro, instável e altamente oxidante.
À temperatura ambiente, o bismuto se cobre com uma fina camada de óxido que o protege e lhe dá suas cores iridescentes. Quando aquecido acima de seu ponto de fusão, ele queima com uma chama azul para formar óxido de bismuto(III) (Bi₂O₃), um sólido amarelo: 4Bi + 3O₂ → 2Bi₂O₃.
Os compostos de bismuto (subcitrato, subsalicilato) são usados há séculos. Seu mecanismo de ação é multifatorial:
Esses medicamentos (ex: Gaviscon®, Pepto-Bismol®, De-Nol®) são considerados seguros para uso a curto prazo, embora a absorção a longo prazo possa levar à acumulação (bismutose).
Dada a toxicidade do chumbo, o bismuto, com densidade e pontos de fusão semelhantes, mas não tóxico, é um substituto ideal em muitas áreas:
O telureto de bismuto (Bi₂Te₃) é o material termoelétrico mais eficiente em torno da temperatura ambiente. Ele converte diretamente uma diferença de temperatura em tensão elétrica (efeito Seebeck) ou usa eletricidade para criar uma diferença de temperatura (efeito Peltier). Aplicações:
O bismuto é notavelmente não tóxico para um metal pesado, especialmente em comparação com seus vizinhos na tabela periódica (chumbo, polônio). Essa baixa toxicidade se deve a vários fatores:
No entanto, em altas doses ou com administrações prolongadas, o bismuto pode ser tóxico:
O uso médico deve respeitar as dosagens e durações recomendadas. É contraindicado em casos de insuficiência renal grave. O pó fino de bismuto metálico pode apresentar risco de explosão (poeira combustível) e deve ser manipulado com cautela.
O bismuto está naturalmente presente em traços. Sua produção como subproduto significa que seu impacto ambiental está principalmente relacionado à extração e refino dos metais principais (chumbo, cobre). Os compostos de bismuto são pouco móveis no meio ambiente e têm baixa toxicidade ecológica. Sua substituição ao chumbo em muitas aplicações (munições, soldas) tem um benefício ambiental líquido muito positivo, reduzindo a poluição por chumbo.
A reciclagem do bismuto não é tão sistematizada quanto a do chumbo ou cobre, devido à sua dispersão em muitos produtos e ligas. No entanto:
Com o aumento de seu uso em ligas sem chumbo, podem se desenvolver canais de reciclagem mais específicos. A Convenção de Basileia se aplica aos resíduos contendo bismuto quando misturados a outros metais perigosos.
O bismuto é um elemento estratégico promissor:
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