Was ist Bismutoxid?
Bismutoxid ist eine hellgelbe oder gelb-braune, pulverförmige anorganische Verbindung.
Es besteht aus Bismut und Sauerstoff und hat die chemische Formel Bi2O3, ein Molekulargewicht von 465,96 und die CAS-Registrierungsnummer 1304-76-3. Ein anderer Name für Bismutoxid ist Bismut (III).
Struktur von Bismutoxid
1. Kristallpolymorphe von Bismutoxid
Bismutoxid weist fünf kristallographische Polymorphien auf. Dabei handelt es sich um α-Bi2O3 mit einer monoklinen Struktur in der Raumtemperaturphase, β-Bi2O3 mit einer tetragonalen Struktur in der Hochtemperaturphase, γ-Bi2O3 mit einer kubisch-körperzentrierten Struktur sowie δ-Bi2O3 und ε-Bi2O3 mit einer kubischen Struktur. Die Struktur von Bismutoxid unterscheidet sich deutlich von der seiner Analoga Arsenoxid (As2O3) und Antimonoxid (Sb2O3).
2. α- und β-Phasen
α-Bi2O3 hat eine komplexe Struktur mit einer Schicht aus Sauerstoffatomen und einer dazwischen liegenden Schicht aus Bismutatomen. Die Bismutatome befinden sich in zwei verschiedenen Umgebungen, die durch eine verzerrte 6- bzw. 5-Koordination beschrieben werden können. β-Bi2O3 hat eine ähnliche Struktur wie Fluorit.
3. γ-, δ- und ε-Phasen
γ-Bi2O3 hat eine ähnliche Struktur wie Bi12SiO20 (Bismut-Silizium-Oxid), wobei einige der Bismut-Atome die von Silizium-Atomen besetzten Positionen einnehmen und als Bi12Bi0.8O19.2 geschrieben werden können. δ-Bi2O3 hat eine defekte fluoritartige Kristallstruktur, bei der zwei der acht Sauerstoffstellen im Einheitsgitter leer sind. ε-Bi2O3 hat eine ähnliche Struktur wie die α- und β-Phasen, ist aber ein perfekt ausgerichteter Ionenisolator.
Eigenschaften von Bismutoxid
Bismutoxid hat einen Schmelz-/Gefrierpunkt von 820 °C und einen Siedepunkt von 1890 °C. Es ist löslich in verdünnter Salzsäure und verdünnter Salpetersäure und praktisch unlöslich in Wasser. α-Bi2O3 ist dafür bekannt, dass es bei Raumtemperatur eine elektronische Leitfähigkeit vom p-Typ aufweist, die je nach Sauerstoffpartialdruck zwischen 550 und 650 °C in eine elektronische Leitfähigkeit vom n-Typ übergeht.
Anwendungen von Bismutoxid
1. Synthetische Rohstoffe
Bismutoxid wird als Rohstoff für Katalysatoren und Bismutsalze (z. B. Bismuthyponitrat und Bismuthypodibenzoat) oder als Mischungsbestandteil für Gummi verwendet. Es wird auch als Ausgangsstoff für Glasuren und Pigmente verwendet.
2. Elektronische Bauteile
Bismutoxid wird als Rohstoff für elektronische Bauteile wie Thermistoren, Varistoren und Kondensatoren, Dauermagnete und elektronische Materialien verwendet. Als Alternative zu Blei, das zunehmend reguliert wird, wird der Anwendungsbereich weiter ausgebaut.
3. Materialien für die Zahnbehandlung
Bismutoxid wird häufig verwendet, um zahnmedizinische Materialien bei Röntgenaufnahmen undurchsichtiger zu machen als die umgebenden Zähne. Es wird vor allem hydraulischen Silikatzementen in einer Menge von 10-20 % zugesetzt, zusammen mit einer Mischung aus Dicalciumsilikat- und Tricalciumsilikatpulvern. Dieses Material wird bei zahnärztlichen Eingriffen wie der Wurzelspitzenresektion und der Reparatur von resorptiven Perforationen verwendet.
Weitere Informationen zu Bismutoxid
1. Herstellungsverfahren von Bismutoxid
Bismutoxid wird im Handel aus Bismut-Subnitrat hergestellt, das durch Auflösen von Bismut in heißer Salpetersäure gewonnen wird. Bismutoxid fällt als dunkelgelbes Pulver durch Erhitzen der Mischung nach Zugabe eines Überschusses an Natriumhydroxid aus. Es kann auch durch Erhitzen von Bismuthypocarbonat auf etwa 400 °C oder durch Verbrennen von Bismuthydroxid gewonnen werden.
2. Reaktionen von Bismutoxid
Bismutoxid reagiert mit Mineralsäuren unter Bildung der entsprechenden Bismutsalze. Es reagiert leicht mit in Wasser gelöstem Kohlendioxid zu Bismuthypocarbonat. Die Reaktion mit Essigsäureanhydrid und Ölsäure ergibt Bismuttriolat.
3. Vorsichtsmaßnahmen bei der Handhabung und Lagerung
Bei der Handhabung und Lagerung sind folgende Vorsichtsmaßnahmen zu beachten:
- Behälter dicht verschließen und an einem kühlen, dunklen Ort lagern
- Nur im Freien oder in gut belüfteten Räumen verwenden
- Es ist darauf zu achten, dass kein Staub aufgewirbelt wird
- Bei der Verwendung Schutzhandschuhe und Schutzbrille tragen
- Nach der Handhabung die Hände gründlich waschen
- Bei Hautkontakt mit Wasser und Seife waschen
- Bei Berührung mit den Augen mehrere Minuten lang sorgfältig mit Wasser ausspülen