ビスマス

ビスマス（英語: bismuth [ˈbɪzməθ]）あるいは蒼鉛（そうえん）は、原子番号83の元素。元素記号は Bi（ラテン語: Bismuthumから）。第15族元素の一つ。

鉛 ← ビスマス → ポロニウム Sb ↑ Bi ↓ Mc 83Bi 周期表
外見
銀白色
一般特性
名称, 記号, 番号	ビスマス, Bi, 83
分類	貧金属
族, 周期, ブロック	15, 6, p
原子量	208.98040(1)
電子配置	[Xe] 4f^14 5d^10 6s^2 6p^3
電子殻	2, 8, 18, 32, 18, 5（(画像)）
物理特性
相	固体
密度（室温付近）	9.78 g/cm^3
融点での液体密度	10.05 g/cm^3
融点	544.7 K, 271.5 °C, 520.7 °F
沸点	1837 K, 1564 °C, 2847 °F
融解熱	11.30 kJ/mol
蒸発熱	151 kJ/mol
熱容量	(25 °C) 25.52 J/(mol·K)
蒸気圧
圧力 (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k 温度 (K) 941 1041 1165 1325 1538 1835
原子特性
酸化数	3, 5 (弱酸性酸化物)
電気陰性度	2.02（ポーリングの値）
イオン化エネルギー	第1： 703 kJ/mol
	第2： 1610 kJ/mol
	第3： 2466 kJ/mol
原子半径	156 pm
共有結合半径	148 ± 4 pm
ファンデルワールス半径	207 pm
その他
結晶構造	三方晶系^[1]
磁性	反磁性
電気抵抗率	(20 °C) 1.29 µΩ⋅m
熱伝導率	(300 K) 7.97 W/(m⋅K)
熱膨張率	(25 °C) 13.4 μm/(m⋅K)
音の伝わる速さ （微細ロッド）	(20 °C) 1790 m/s
ヤング率	32 GPa
剛性率	12 GPa
体積弾性率	31 GPa
ポアソン比	0.33
モース硬度	2 - 2.5
ブリネル硬度	94.2 MPa
CAS登録番号	7440-69-9
主な同位体
詳細はビスマスの同位体を参照
同位体 NA 半減期 DM DE (MeV) DP ^207Bi syn 31.55 y ε, β^+ 2.399 ^207Pb ^208Bi syn 368,000 y ε, β^+ 2.880 ^208Pb ^209Bi 100% (1.9 ± 0.2) × 10^19 y α 3.14 ^205Tl ^210mBi syn 3.04 × 10^6 y IT 0.271 ^210Bi
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名称

日本名は蒼鉛（そうえん）。

ビスマスのドイツ語 Wismut は、1472年に与えたシュネーベルクの草原 (Wiese) の採掘許可権 (Mutung) から生まれた語 Wiesemutung に由来するが、当時はビスマスはアンチモン、錫、亜鉛などと混同されていた^[2]。

特徴

 

人工的に作ったビスマスの結晶。酸化膜による構造色と、骸晶による特徴的な形状から、観賞用として市販されている。

淡く赤みがかった銀白色の金属で、柔らかく脆い。結晶は虹色を示すことがあるが、これは表面の酸化膜で光が干渉することによる構造色であり、ビスマス単体の色ではない。半金属に分類される場合もあり^[3]、電気伝導性や熱伝導性は高くない。融点は271.3 °Cと低い。

常温で安定に存在し、凝固すると体積が増加する。ビスマス化合物には医薬品の材料となるものがあり、他の窒素族元素（ヒ素やアンチモン）の化合物に毒性が強いものが多いことと対照的である^[疑問点]。

また、常温で強い反磁性を示すため、ビスマスを乗せた皿を水の上に浮かせるなど摩擦係数を減らしたものに強力な磁石を近づけると反発し動くことを確認できる。

産出

天然には硫化物（輝蒼鉛鉱）として主に産出するが、自然蒼鉛として単体での産出も知られている。鉱工業上はこれらの鉱物ではなく、主に鉛、モリブデン、タングステン精錬の副産物として生産される^[4]。18世紀にフランスのクロード・F・ジョフロアにより、単体であることが確認された。

ビスマス鉱石

ビスマス鉱石を構成する鉱石鉱物には、次のようなものがある。

• 自然蒼鉛（自然ビスマス）(Bi)
• 輝蒼鉛鉱（輝ビスマス鉱）(Bi₂S₃)
• (蒼鉛土)（ビスマイト）(Bi₂O₃)

日本ではビスマス単産の鉱山は無く、恵比寿鉱山（タングステン）、足尾鉱山（銅）などで副産物としてビスマスが生産された。

用途

医薬品（整腸剤）の原料として、日本薬局方に収載されている。

単体のビスマスと他の金属（カドミウム、錫、鉛、インジウムなど）との合金は、それぞれの金属単体より低い融点となる。このため、鉛フリーはんだに添加されたり、あるいはより低温で溶けるウッド合金のような低融点合金に使われる。また、ビスマスは大きな熱電効果を示す物質であり、特にテルルとの合金は熱電変換素子として実用化されている。

化合物としては、銅酸化物高温超伝導体の1成分としても用いられ、ビスマスを含む超伝導物質はしばしばビスマス系高温超伝導物質または単にビスマス系と呼ばれる。

上記以外にも、高比重・低融点で比較的柔らかく無害である事から鉛の代替として注目され、散弾や釣り用の錘、鉛・カドミウムの代替として黄銅への添加剤、ガラスの材料などとして用いられている。

同位体

詳細は「ビスマスの同位体」を参照

天然に存在するビスマスの同位体はすべて放射性同位体である。主要な同位体である ²⁰⁹Bi は長らく安定同位体とされてきたが、理論的計算に基づいて不安定である可能性が指摘されていた。2003年、精密な測定で非常に長い半減期を持つ放射性同位体であることが判明し^[5]、最重安定同位体の地位を鉛 (²⁰⁸Pb) に譲ることとなった。

²⁰⁹Bi はごくわずかにα崩壊により崩壊するが、その半減期は2003年に測定された値で (1.9 ± 0.2) × 10¹⁹ 年（≒ 1700京〜2100京年）である。この値は現在の宇宙年齢の9桁以上も長い^[6]。

その他にも、半減期は短いが自然界には5つの同位体が存在する。いずれも、壊変系列の崩壊過程によって発生する同位体である。ウラン233の崩壊過程でできるビスマス213はα崩壊核種であり、α線を用いたがんの治療に期待されている（Actimab-B ^TM）^[7]。

ビスマスの化合物

収斂作用を持つビスマスの化合物は、腸粘膜のタンパク質と結合して被膜を作り炎症を起こした粘膜への刺激を和らげる効果があり、整腸剤として利用される。

• 酸化ビスマス(III) (Bi₂O₃) - 整腸剤
• (次没食子酸ビスマス)（英語版） (C₇H₅BiO₆) - 整腸剤（日本薬局方収載）
• 輝蒼鉛鉱 (Bi₃S₃)
• 塩化酸化ビスマス (BiOCl) - 化粧品、パール塗料の原料。
• 次硝酸ビスマス (Bi₅O(OH)₉(NO₃)₄) - 整腸剤（日本薬局方収載）
• 次サリチル酸ビスマス - 整腸剤
• (炭酸酸化ビスマス(III)) - 整腸剤
• チタン酸ビスマスナトリウム ((Bi_1/2Na_1/2)TiO₃)

その他

2019年度（令和元年度）の全日本吹奏楽コンクールの課題曲Ⅴは、作曲者の日景貴文がビスマスからインスピレーションを受けた曲「ビスマス･サイケデリアⅠ」であった^[8]。

脚注

[脚注の使い方]

注釈・出典

1. ^ Bismuth, mindat.org
2. ^ 大学教育研究会編　「化学―物質と人間の歴史―」開成出版、1985年、ISBN (4-87603-044-8)
3. ^ 第２版,世界大百科事典内言及, 化学辞典 第2版,日本大百科全書(ニッポニカ),ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典,百科事典マイペディア,精選版 日本国語大辞典,デジタル大辞泉,栄養・生化学辞典,世界大百科事典. “ビスマスとは”. コトバンク. 2021年8月5日閲覧。
4. ^ Bismuth, Mineral Commodity Summaries (1996) Bismuth, USGeological Survey.
5. ^ セオドア・グレイ著 「世界で一番美しい元素図鑑」193ページ 2015年10月1日閲覧
6. ^ de Marcillac, P. Coron, N. Dambier, G. Leblanc, J. & Moalic, J.-P. Experimental detection of α-particles from the radioactive decay of natural bismuth. Nature 422, 876-878 (2003).
7. ^ Allen BJ., "Clinical trials of targeted alpha therapy for cancer.", Rev Recent Clin Trials. 2008 Sep;3(3):185-91. (PubMed) https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18782076
8. ^

外部リンク

 

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• 『(ビスマス)』 - コトバンク