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Définition et caractéristiques de l’élément chimique du bismuth

Par Yann le 23/02/2018 Ressources > Physique-Chimie > Tout Niveau -PC > Le Tableau Périodique > Le Bismuth

Présentation

Le bismuth est un élément chimique qui porte le numéro 83 dans la classification périodique des éléments.

Informations générales
SymboleBi
Numéro atomique83
Famillemétal pauvre
Groupe15
Période6
Blocp
Masse volumique9,79 g.cm-3
Dureté2,5
Couleurargenté
Propriétés atomiques
Masse atomique209 u
Rayon atomique160 pm
Configuration électronique[Xe] 6s2 4f14 5d10 6p3
Électrons par niveau d'énergie2 | 8 | 18 | 32 | 18 | 5
Oxydeacide
Propriétés physiques
État ordinairesolide
Point de fusion271,4 °C
Point d'ébullition1564 °C

Où se situe le bismuth dans le tableau périodique des éléments ? Le tableau périodique des éléments.

Définitions

  • Numéro atomique : Le numéro atomique d’un atome représente le nombre de protons de ce dernier
  • Famille : L’UICPA (Union internationale de chimie pure et appliquée) a regroupé en 10 familles les éléments chimiques qui présentent des propriétés physiques et chimiques semblables
  • Groupe : Chaque groupe correspond aux éléments chimiques présents dans une même colonne du tableau périodique des éléments
  • Période : Chaque période correspond aux éléments chimiques présents dans une même ligne du tableau périodique des éléments. Ils partagent également le même nombre de couches électroniques. On en compte 7 au maximum
  • Bloc : Les éléments périodiques sont classés par bloc selon leurs propriétés et selon les couches électroniques jusqu’auxquelles elles sont remplies
  • Dureté :  La dureté d’un matériau représente la résistance qu’il oppose à la pénétration. On peut la mesurer selon plusieurs méthodes : la méthode par pénétration, la méthode par rayage ou encore la méthode par rebondissement
  • Point de fusion : Le point de fusion correspond à un moment de pression et de température à partir duquel l’élément chimique fond, passant ainsi de l’état solide à l’état liquide
  • Point d’ébullition :  Le point de fusion correspond à un moment de pression et de température à partir duquel l’élément chimique bout, passant ainsi de l’état liquide à l’état gazeux

Rappel : La classification périodique des éléments, aussi appelée tableau de Mendeleïev, du nom de son créateur. C’est un chimiste russe qui en 1869 créa un tableau dont le but était de regrouper tous les éléments chimiques connus par points communs (groupes et familles par exemple). Il a souvent été ajusté et mis à jour depuis cette époque.

Sa dernière révision date de 2016 par l’UICPA (Union internationale de chimie pure et appliquée), une ONG suisse qui a pour but l’évolution de la physique-chimie. Le tableau périodique compte à ce jour 118 éléments.

Un peu d’histoire

Étymologie

« Bismuth » provient de l’allemand « Wismuth » et désignant une masse blanche.  A l’époque médiévale, il était appelé « bisemutum ».

Premières découvertes

Même si il était connu et utilisé, pour ses alliages ou son utilisation en pigments pour la peinture, par les hommes depuis l’Antiquité, le bismuth est produit industriellement depuis le XIXe siècle en Allemagne. L’essor de cette production intervient au cours du XXe siècle avec une grande production d’alliages à partir de bismuth et de son intégration dans l’industrie pharmaceutique.

Sa première description chimique est faite en 1753 par un chimiste et pharmacien français, Claude François Geoffroy. Avant cela, le bismuth était souvent confondu avec d’autres métaux comme le plomb, l’étain ou encore l’antimoine.

Quelles sont les utilisations du bismuth ? “Qui blâme la peinture blâme la nature.” Pierre-Auguste Renoir

Présence à l’état naturel

Le bismuth est un élément rare sur Terre. Son clarke s’élève à 0,2 g par tonne. De plus, il est plus présent dans la croûte continentale que dans le manteau Terrestre.

C’est un élément dit chalcophile car il se combine au souffre avec facilité. C’est pourquoi on le trouve souvent avec d’autres métaux eux aussi chalcophiles comme le plomb ou encore le zinc.

On le trouve dans des veines hydrothermales mais aussi dans certaines roches magmatiques telles que les porphyres.

Définition : Le clarke d’un élément chimique définit sa présence moyenne dans la croûte terrestre . Il s’exprime sous la forme d’une fraction massique en pourcentage, ppm (partie par million), ou ppb (partie par milliard).

Techniques de production

La majorité du bismuth est produit par débismuthage du plomb, extrait de mines.

Les principales mines à l’origine de la production de bismuth dans le monde sont localisées dans les pays suivants :

  • La Chine avec 11000 tonnes en 2017
  • Le Viet Nam avec 2000 tonnes en 2017
  • Le Mexique avec 540 tonnes en 2017
  • Le Japon avec 430 tonnes en 2017
  • Le Kazakhstan avec 140 tonnes en 2017
  • Le Canada avec  25 tonnes en 2017

Procédé du débismuthage

Le débismuthage est un procédé chimique qui consiste en une série de purifications sur le plomb dans l’ordre suivant :

  1. Élimination du cuivre
  2. Élimination de l’arsenic, de l’étain puis de l’antimoine
  3. Élimination de l’argent et du zinc
  4. Élimination du bismuth

Pour réaliser cette opération, on commence par introduire un mélange de magnésium et de calcium dans du plomb liquide chauffé à 485 °C, le tout sous agitation. Il se forme alors à la surface du mélange des composés solides qui contiennent le bismuth. On récupère ces composés que l’on plonge dans un bain d’acide chlorhydrique afin d’obtenir le bismuth brut final. Sa teneur se situe entre 20% et 40%.

Propriétés physiques et chimiques

C’est un métal cassant, blanchâtre avec des reflets légèrement rosés et rouges.

Il réagit avec le dioxygène de l’air pour former de l’oxyde de bismuth dont il se recouvre, cette couche d’oxyde provoque alors de fortes irisations responsables de son apparence multicolore et brillante. A haute température cette oxydation peut se réaliser par combustion. Il réagit avec l’eau, les dihalogènes et les acides. Il est l’un rare corps à posséder, comme l’eau, une phase liquide plus dense que sa phase solide.

Le bismuth a aussi des propriétés thermoélectriques, accentuées par son contact avec de l’antimoine.

Sous sa forme de métal, il est insoluble dans l’eau, mais le devient dans l’eau régale, dans l’acide sulfurique concentré à chaud. Il est attaqué par l’acide nitrique, mais ne l’est pas par l’acide chlorhydrique même à chaud.

Il est aussi considéré comme le second métal le plus mauvais conducteur calorifique après le mercure, ce qui lui confère une grande résistance électrique.

Définitions :
Un matériau est dit thermoélectrique quand il transforme la chaleur en électricité
L’eau régale est un mélange d’acide chlorhydrique et d’acide nitrique avec des proportion allant de 2 à 4 volumes d’acide chlorhydrique pour 1 d’acide nitrique. Aussi appelée eau royale, elle tire son nom de sa capacité à dissoudre des métaux nobles comme de l’or ou du platine par exemple

Radioactivité

Un isotope du bismuth est radioactif, le bismuth 209. La découverte de cette radioactivité est récente, elle date de 2003.

Cependant, à l’échelle humaine, cette radioactivité n’est pas observable puisque son temps de demie-vie est de 2 x1019 années. Il se désintègre par désintégration α pour former le thallium 205.

Définition : des isotopes sont des atomes qui possèdent le même nombre de protons mais un nombre différent de neutrons

Si vous souhaitez en savoir plus sur la radioactivité, consultez notre article ici

Utilisations

Sous sa forme métallique, le bismuth est beaucoup utilisé pour la fabrication de moules à formes complexes, notamment pour des petites pièces mécaniques.

En alliage avec de l’étain, on obtient un point de fusion très bas, ce qui est utile dans la confection de fusibles pour l’électricité ou encore de coupes circuits d’alarmes thermiques ou incendie.
Allié à de l’antimoine et du plomb, le bismuth entre dans la composition des plombs de chasse tels que les chevrotines

Sous sa forme oxydée, le bismuth a une place importante dans l’industrie verrière et céramique, notamment pour la création de pigments colorés blancs ou verts et dans l’industrie chimique pour la création de fibres acryliques par exemple.

Comment fabrique-t-on du verre à partir du bismuth ? Attention à ne pas avoir le vertige

Toxicité

Le bismuth est-il toxique ? Noir, le ciel est tout noir

Depuis des siècles le bismuth est utilisé en médecine et en pharmacie mais on ne reconnaît que depuis peu sa toxicité. Il reste encore présent dans la composition de certains médicaments mais à très faible dose.

Une intoxication au bismuth se caractérise par des encéphalopathies couplées à des problèmes psychologiques. Cette intoxication peut survenir soit suite à une prise élevée de bismuth (médicaments anciens par exemple) soit par inhalation de vapeurs de bismuth.

Le traitement consiste à s’éloigner de la source d’absorption du bismuth. On voit ainsi les symptômes se résorber en quelques jours et une disparition totale en quelques mois.

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