Sciences · Éléments chimiques
Bismuth
Le bismuth (Bi, numéro atomique 83) est un métal lourd blanc rosé, cassant, connu pour ses cristaux irisés en escalier. Peu toxique, il remplace le plomb dans de nombreux usages et entre dans des médicaments digestifs.
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Le bismuth est un paradoxe : voisin du plomb et du polonium dans le tableau périodique, c’est l’un des métaux lourds les moins toxiques. On l’a longtemps cru parfaitement stable, jusqu’à ce qu’on mesure en 2003 qu’il est radioactif, avec une période plus d’un milliard de fois supérieure à l’âge de l’Univers.
Fiche d’identité
| Caractéristique | Valeur |
|---|---|
| Symbole | Bi |
| Numéro atomique | 83 |
| Masse atomique | 208,98 u |
| Famille | Métal pauvre, pnictogène (groupe 15, période 6) |
| État à 20 °C | Solide |
| Fusion | 271,4 °C |
| Ébullition | 1 564 °C |
| Découverte | connu depuis le XVᵉ siècle ; distingué du plomb et de l’étain par Claude François Geoffroy en 1753 |
| Abondance | environ 0,009 ppm dans la croûte terrestre |
Propriétés
Le bismuth est un métal blanc argenté à reflets rosés, dense (9,78 g/cm³), cassant et mauvais conducteur de la chaleur et de l’électricité pour un métal. Il présente plusieurs particularités :
- il est le plus diamagnétique des métaux : il est repoussé par les aimants, assez pour qu’un aimant puissant puisse léviter au-dessus d’une plaque de bismuth (voir magnétisme) ;
- il se dilate en se solidifiant, d’environ 3 %, comme l’eau, le gallium et le silicium, ce qui permet de remplir parfaitement les moules ;
- ses cristaux obtenus par refroidissement forment des structures géométriques « en trémie », en escalier, recouvertes d’une fine couche d’oxyde dont l’épaisseur crée des couleurs irisées, par interférences, comme une bulle de savon.
Isotope et radioactivité
Le bismuth naturel ne compte qu’un isotope, le bismuth 209, longtemps considéré comme le noyau stable le plus lourd. En 2003, une équipe de l’Institut d’astrophysique spatiale d’Orsay a détecté sa désintégration alpha : sa période est d’environ 2 × 10¹⁹ ans, soit plus d’un milliard de fois l’âge de l’Univers. Sa radioactivité est donc totalement négligeable en pratique (voir radioactivité). Le plomb est ainsi l’élément le plus lourd possédant des isotopes stables.
D’autres isotopes du bismuth, comme le bismuth 210 ou le bismuth 213, apparaissent dans les chaînes de désintégration de l’uranium et du thorium ; le bismuth 213 est étudié en thérapie ciblée contre le cancer.
Où le trouve-t-on ?
Le bismuth se trouve parfois à l’état natif, mais il est surtout présent dans la bismuthinite (sulfure) et la bismite (oxyde), et en traces dans les minerais de plomb, de tungstène, de cuivre et d’étain.
Production
Le bismuth est principalement un sous-produit du raffinage du plomb et, en Chine, de l’extraction du tungstène. La Chine assure la grande majorité de la production mondiale, de l’ordre de quelques milliers à une vingtaine de milliers de tonnes par an selon les estimations ; le Laos, le Japon, la Corée du Sud et le Mexique en produisent aussi.
Usages
| Usage | Détail |
|---|---|
| Pharmacie | sous-salicylate de bismuth contre les troubles digestifs ; sels de bismuth associés aux antibiotiques contre la bactérie Helicobacter pylori |
| Cosmétiques | oxychlorure de bismuth, pigment nacré des fards et vernis |
| Alliages à bas point de fusion | métal de Wood, alliage de Field : bouchons fusibles des extincteurs automatiques (sprinklers), fusibles thermiques |
| Remplacement du plomb | aciers et laitons d’usinage facile, soudures sans plomb, plombs de chasse et de pêche, lests |
| Pigments | vanadate de bismuth, jaune vif non toxique remplaçant les jaunes de plomb et de cadmium |
| Chimie | catalyseurs de la fabrication des fibres acryliques |
| Électronique et énergie | tellurure de bismuth des modules thermoélectriques (refroidissement Peltier) |
| Pyrotechnie | « œufs de dragon » crépitants, en remplacement des composés au plomb |
Rôle biologique et toxicité
Le bismuth n’a aucun rôle biologique. Sa toxicité est faible pour un métal lourd, ce qui explique son usage en pharmacie et en cosmétique. Ses sels sont peu absorbés par l’intestin. Un effet bénin fréquent des médicaments au bismuth est la coloration noire des selles et parfois de la langue, sans gravité.
Des intoxications ont toutefois été décrites lors de traitements prolongés à fortes doses. En France, dans les années 1970, des encéphalopathies liées à la consommation prolongée de sels de bismuth ont conduit à restreindre leur usage. Comme pour tout médicament, il faut respecter la durée et la posologie prescrites.
Histoire du nom
Le bismuth était connu des mineurs allemands à la fin du Moyen Âge, qui l’appelaient wismut ou weisse Masse, « masse blanche ». Il a longtemps été confondu avec le plomb, l’étain ou l’antimoine ; Georgius Agricola le décrit au XVIᵉ siècle comme un métal distinct, mais ce n’est qu’en 1753 que le chimiste français Claude François Geoffroy démontre clairement qu’il s’agit d’un élément à part entière. Le nom latin bisemutum, dérivé de l’allemand, a donné bismuth.
Questions fréquentes
Comment obtient-on les cristaux de bismuth colorés ?
On fait fondre du bismuth pur, on le laisse refroidir lentement, puis on verse le liquide restant pour dégager les cristaux formés. Leur oxydation à l’air, encore chauds, crée les couleurs irisées.
Le bismuth est-il radioactif ?
Techniquement oui, mais sa période est si longue qu’un gramme de bismuth ne produit que quelques désintégrations par heure. Il est considéré comme stable dans tous les usages.
Pourquoi le bismuth remplace-t-il le plomb ?
Il est presque aussi dense que le plomb, fond à basse température et se travaille facilement, mais il est beaucoup moins toxique.