Bismuth

Bismuth
Plomb ← Bismuth → Polonium Sb     83 Bi                                                                                                                                                                                                                                           Bi Uup 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	Argenté-irisé
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)
1e 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
7e potentiel d'ionisation	{{{potentiel_ionisation7}}} kJ/mol
8e potentiel d'ionisation	{{{potentiel_ionisation8}}} kJ/mol
9e potentiel d'ionisation	{{{potentiel_ionisation9}}} kJ/mol
10e potentiel d'ionisation	{{{potentiel_ionisation10}}} kJ/mol
Isotopes les plus stables
iso AN Période MD Ed PD MeV 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 3,14 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^[1], 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 1 µg/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 comme oligoélément.

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).

Caractéristiques

• 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 assez lourd : d = 9,780. Il est obtenu à partir de son minerai (le bismite).
• Il est le second métal plus mauvais conducteur de la chaleur après le mercure^[1].
• Sa résistance électrique (inversement corrélée à la conduction thermique) est ainsi très élevée (pour un métal). De plus, elle augmente fortement avec un champ magnétique, il a principal effet Hall de tout les métaux. C'est aussi le métal le plus diamagnétique^[1].
• 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. tableu des propriétés, ci-contre).

Radioactivité

Le seul isotope naturel du bismuth, le bismuth 209, a longtemps été reconnu comme le plus lourd de tous les isotopes stables. En réalité il a été montré en 2003^[2] qu'il était radioactif avec une demi-vie considérable, de 19x10¹⁸ années, soit plus de 1 milliard de fois l'âge estimé de l'Univers !
Ce caractère instable avait été prévu théoriquement. Il se désintègre par transition α d'énergie 3,14 MeV pour donner du thallium 205, stable.

Du fait de sa très grande demi-vie, il doit systématiquement être reconnu comme stable dans toutes ses applications. Mais sur le plan académique, cette découverte est importante étant donné que elle valide des prévisions théoriques. L'élément le plus lourd possédant des isotopes stables est par conséquent le plomb.

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 quasi 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 en particulier effet neurotoxiques affectant la totalité 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^[3].

Le bismuth ingéré n'est presque 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'à cause 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 le plus souvent 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 cependant une persistance durant quelques mois d'asthénie, de problèmes de mémoire, de sommeil et/ou de céphalées.

Après environ un millier de cas repérés, en France, et d'autres en Australie, le Ministère de la Santé a finalement interdit le bismuth à haute dose dans les médicaments [référence nécessaire]. Il reste utilisé avec succès dans les affections de la sphère ORL à très faibles doses (oligothérapie), et, dans certains pays, par exemple sous forme de «sous-citrate de bismuth-colloïdal» (citrate (DENOL*) et complexe citrate de bismuth-ranitidine), seulement autorisés contre l'ulcère gastroduodénal où il semble assez toxique pour tuer la bactérie Helicobacter pylori qui induit le plus souvent ce type d'ulcère et qui est très résistante. Les doses de bismuth dans ce médicament sont cependant bien plus faibles que celles prescrite avant 1974 et chaque phase de traitement ne peut actuellement excéder un mois maximum avec entre deux traitements un arrêt minimal de deux mois.

Utilisations

• Fusible (électricité)  : On utilise souvent 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 (fréquemment appelé «sprinkler») on utilise comme obturateur un mélange eutectique, de :
  bismuth (50%), cadmium (12,5%), plomb (25%), étain (12,5%), fondant à 47°C.

• Chasse : Les «plombs» (ou plus exactement les grenailles) des cartouches "sans plomb", dont chevrotines, sont un alliage de plomb, d'antimoine et d'arsenic quelquefois remplacé par du bismuth. Pour mettre fin à la pollution par le plomb ainsi qu'aux nombreuses intoxications d'oiseaux, le bismuth (allié à 5% d'étain) remplace quelquefois les «plombs» classiques. Ces derniers sont le plus fréquemment 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.

• Semi-conducteur à propriétés thermoélectriques : Bi₂Te₃.

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

Voir aussi

• Métaux lourds
• Toxicité des munitions

Cristaux de bismuth

Notes et références

Lien externe

• (fr) Bismuth salicilate basique

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