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Bismuth

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Données  v · d · m 
Plomb - Bismuth - Polonium
Sb
Bi
Uup
 
 
 
 
83
Bi
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               

Table complète - Table étendue

Général
Nom, Symbole, Numéro Bismuth, Bi, 83
Série chimique métal pauvre
Groupe, Période, Bloc 15, 6, p
Masse volumique 9780 kg/m3
Couleur Blanc-rouge
Propriétés atomiques
Masse atomique 208,98038 u
Rayon atomique (calc) 160 (143) pm
Rayon de covalence 146 pm
Rayon de van der Waals 152 pm
Configuration électronique [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p3
Électrons par niveau d'énergie 2, 8, 18, 32, 18, 5
État(s) d'oxydation 3, 5
Oxyde acide
Structure cristalline Rhomboédrique
Propriétés physiques
État ordinaire Solide
Température de fusion 544,4 K
Température de vaporisation 1837 K
Énergie de fusion 11,3 kJ/mol
Énergie de vaporisation 104,8 kJ/mol
Volume molaire 21,31×10-6 m3/mol
Pression de la vapeur 0,627 mPa à 544 K
Vélocité du son 1790 m/s à 20 °C
Divers
Électronégativité (Pauling) 2,02
Chaleur massique 122 J/(kg·K)
Conductivité électrique 0,867×106 S/m
Conductivité thermique 7,87 W/(m·K)
1er potentiel d'ionisation 703 kJ/mol
2e potentiel d'ionisation 1610 kJ/mol
3e potentiel d'ionisation 2466 kJ/mol
4e potentiel d'ionisation 4370 kJ/mol
5e potentiel d'ionisation 5400 kJ/mol
6e potentiel d'ionisation 8520 kJ/mol
Isotopes les plus stables
iso AN période MD Ed MeV PD
207Bi syn, 31,55 a β+ ε 2,399 207Pb
208Bi syn, 368 000 a ε 2,880 208Pb
209Bi 100% (19±2)×1018 a α ? 205Tl
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le bismuth est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole Bi et de numéro atomique 83.

Longtemps confondu avec le plomb ou l'étain, il a été identifié en 1753 par Claude Geoffroy le Jeune qui l'a séparé du plomb.

C'est un métal dont tous les sels et les vapeurs sont toxiques, peu présent dans l'environnement (moins de 1µg/m3 dans l'air rural, environ 1 mg/kg dans les sols, l'eau de boisson en apportant 5 à 20 µg/jour). Il est réputé présent en très faible proportion dans les organismes animaux, mais sa cinétique dans l'environnement et les organismes a été peu étudiée contrairement à celle d'autres métaux lourds. On ne lui connait pas d'utilité en tant qu'oligo-élément.

C'est un sous-produit de l'extraction du plomb, du cuivre, de l'étain, de l'argent et de l'or. Les ressources en minerai exploitable en semblent limitées.

Son nom viendrait de l'allemand « Weisse Masse » (masse blanche).

Sommaire

[modifier] Caractéristiques

Cristal de bismuth
Cristal de bismuth
  • Élément chimique lourd, de masse 209, de symbole Bi et de numéro atomique 83 appartenant au groupe des pnictogènes.
  • Métal blanc légèrement rosé, cristallin, fragile et relativement lourd : d = 9,780. Il est obtenu à partir de son minerai (le bismite).
  • C'est le métal le plus diamagnétique et le plus mauvais conducteur de la chaleur après le mercure.
  • Sa résistance électrique est très élevée. De plus, elle augmente fortement avec un champ magnétique (fort effet Hall).
  • Il est réputé être le moins toxique des métaux lourds, ou en tous cas, celui dont les effets sont les plus rapidement réversibles.
  • Le bismuth possède la particularité (qu'il partage avec l'eau) d'être plus dense à l'état liquide qu'à l'état solide.

Densité liquide : > 9,8, Densité solide : 9,780 (cf. ci-dessus)

[modifier] Radioactivité

Le seul isotope naturel du bismuth, le bismuth-209 (20983Bi), a longtemps été considéré comme le plus lourd de tous les isotopes stables. En réalité il a été montré en 2003[1] qu'il était radioactif avec une demi-vie considérable, de 1.9x1019 années, soit près de 1 milliard de fois l'âge estimé de l'univers. Ce caractère instable avait été prévu théoriquement. Il se désintègre par transition alpha d'énergie 3,14 MeV pour donner du thallium-205 (20581Tl), stable (c'est le plus abondant des isotopes du thallium).

Du fait de sa très grande demi-vie, il doit être considéré comme stable dans toutes ses applications. Mais sur le plan académique, cette découverte est importante dans la mesure où elle valide des prévisions théoriques. L'élément le plus lourd possédant des isotope stables est donc le plomb.

[modifier] Toxicité pour l’homme

Son mode d’action physiopathologique a été peu étudié et n’est pas encore compris, mais en 1860, plus de 100 ans avant son interdiction presque totale en France (en 1974), Antoine Bechamp (Contemporain de Pasteur, Professeur à Montpellier), dans sa Thèse de médecine (« Préparation et les caractères du sous-nitrate de bismuth ») en collaboration avec C. Saintpierre, mettait déjà en garde quant à la toxicité des sels de bismuth.

Des sels de bismuth dont le salicylate de bismuth ont été testés parentéralement aux humains contre la syphilis, avec des effets secondaires graves liés à sa toxicité (gingivostomatite avec « ligne de bismuth » (taches noires sur les gencives, haleine fétide, salivation), dégâts sur le foie, le rein, et surtout effet neurotoxiques affectant l'ensemble du système nerveux central. À la différence des autres métaux lourds, ses effets toxiques semblent disparaitre après quelques mois, mais ses effets sur l'embryon ou le fœtus ne semblent pas avoir été étudiés, pas plus que ses impacts sur les ouvriers qui y ont été exposés. Ses vapeurs sont toxiques.

Antidotes : chélateurs, La D-pénicillamine et son dérivé N-acétyl sont des antidotes qui se sont montrés efficaces sur la souris intoxiquée par du citrate de bismuth par voie intrapéritoéale[2].

Le bismuth ingéré n’est quasiment pas retrouvé dans le plasma (normalement inférieure à 1 ron 10), ce qui montre qu’il est partiellement absorbé par le tube digestif.

En dépit de mises en garde datant de plus d'un siècle, le bismuth était avant 1974 utilisé à posologie élevée, sans période d'interruption, sans aucune limitation de durée. Des précautions d'emploi édictées dès avant 1910 demandaient qu’en raison de sa toxicité, le bismuth soit prescrit en cures discontinues, mais laboratoires et médecins ont encouragé son usage thérapeutique qui en 10 ans (de 1964 à 1974) avait doublé atteignant 800 t/an en France.

Les progrès de l’épidémiologie ont permis en France dès 1974 d’attribuer de manière certaine à l’ingestion de bismuth médicamenteux des encéphalopathies survenant généralement en 2 phases : une phase prodromique (troubles non spécifiques de type asthénie, insomnie, céphalées perte de mémoire) précédant une phase aigüe (avec des troubles neurologiques graves rappelant les symptômes induits par d’autres métaux lourds tels que le plomb ou le mercure ; dysarthrie, ataxie, troubles de la marche, myoclonies, tremblements, désorientation, agitation, troubles de la mémoire, état confusionnel, hallucinations, convulsions.

Heureusement, l’interruption de la prise de Bismuth était suivie d’une amélioration clinique en quelques jour, avec toutefois une persistance durant quelques mois d’asthénie, de problèmes de mémoire, de sommeil et/ou de céphalées.

Après environ un milliers de cas repérés, en France, et d’autres en Australie, le Ministère de la Santé a finalement interdit le bismuth dans les médicaments. Mais il est encore utilisé dans certains pays, par exemple sous forme de « sous-citrate de bismuth-colloïdal » (citrate (DENOL*) et complexe citrate de bismuth- ranitidine), uniquement autorisés contre l'ulcère gastroduodénal où il semble assez toxique pour tuer la bactérie Helicobacter pylori qui induit généralement ce type d’ulcère et qui est très résistante. Les doses de bismuth dans ce médicament sont toutefois bien plus faibles que celles prescrite avant 1974 et chaque phase de traitement ne peut aujourd'hui excéder un mois maximum avec entre deux traitements un arrêt minimal de deux mois.

[modifier] Utilisations

  • Fusible (électricité) : On utilise fréquemment comme fil fusible un alliage de bismuth et d'étain (40 % / 60 %) qui possède un point de fusion très bas.
  • Fusible (protection incendie) : Dans les installations d'extinction par pulvérisation d'eau (souvent appelé « sprinkler »), on utilise comme obturateur un mélange eutectique de bismuth (50 %), de cadmium (12,5 %), de plomb 25 %) et d'étain (12,5 %) qui fond à 47°C.
  • Chasse : Les « plombs » (ou plus précisément les grenailles) des cartouches "sans plomb", dont chevrotines, sont un alliage de plomb, d'antimoine et d'arsenic parfois remplacé par du bismuth. Pour mettre fin à la pollution par le plomb et aux nombreuses intoxications d'oiseaux, le bismuth (allié à 5 % d'étain) remplace parfois les « plombs » classiques. Ces derniers sont le plus souvent remplacé par de l'acier doux qui peut être "bismuthé" (contre l'oxydation), d'autant que les ressources connues de Bismuth sont limitées.
  • Verre, céramique : L'oxynitrate de bismuth, BiONO3, est utilisé comme pigment blanc dans le verre et dans la céramique. L'orthovanadate de bismuth BiVO4 est utilisé comme pigment vert-jaune pour le verre et la céramique. Pour l'émaillage, on utilise du borosilicate de bismuth.
  • Pharmacie : Le bismuth a autrefois été utilisé dans la pharmacopée sous des formes variées contre l'ulcère gastro-duodénal et dans diverses indications digestives : diarrhée, constipation, colites. Le nitrate de bismuth basique, Bi(OH)2NO3 était utilisé pour enduire les pansements pour brûlure. De nombreuses autres utilisations anciennes étaient les pansements gastriques, des remèdes contre la diarrhée et en dermatologie. Il a été interdit en France après de nombreux problèmes d’intoxication graves lors de traitement médicaux.
  • Biocides : il a été utilisé dans certains désinfectants, mais comme le mercure, il a été remplacé par des produits moins toxiques et/ou dégradables.
  • Cosmétique : dans les rouges à lèvres, on utilise de l'oxychlorure de bismuth (BiOCl) ou de l'oxynitrate de bismuth (BiONO3) pour sa brillance nacrée.
  • Plomberie : l'utilisation du bismuth en substitution au plomb pour les assemblages est à l'étude.
  • Colorant : En peinture, l'oxyde Bi2O3 a été ou est utilisé pour obtenir du jaune. L'oxychlorure BiOCl donne un pigment blanc.

Il a aussi été utilisé pour ignifuger des papiers ou polymères, et comme catalyseur, dont pour la vulcanisation du caoutchouc.

[modifier] Voir aussi

wikt:

Voir « bismuth » sur le Wiktionnaire.

[modifier] Notes et références

  1. Pierre de Marcillac, « Experimental detection of α-particles from the radioactive decay of natural bismuth », dans Nature, 422, p. 876–878
  2. CAT.INIST

[modifier] Lien externe

Chimie | Éléments chimiques

Listes par symbole ~ par nom ~ Tableau périodique
Tables des isotopes divisée ~ complète

Dimitri Mendeleïev ~ Ernest Rutherford