Corre el año de 1450, un frío glacial y húmedo flota en Erfurt, región de Turingia… días cortos y noches cada vez más largas. Basilius Valentinus, enfundado en su negro hábito benedictino, se dirige aceleradamente al convento de San Pedro para proseguir entre retortas, matraces, hornos, con su búsqueda de la transmutación de los metales. Es un monje alquimista, y su interés lo comparte con otros monjes de diversas órdenes religiosas, pues en busca de las manifestaciones palpables de la divinidad, interrogan a la naturaleza con experimentos. Primero deben extraer los metales de los minerales y luego seguir sus transformaciones. ¡Ah, los minerales! Esos frutos de la naturaleza tan bellos y que encierran la historia de la formación de la madre Tierra.

Basilius, con la satisfacción de haber recapitulado diversos métodos para separar de los minerales un metal, el antimonio, conocido desde tiempo atrás por egipcios y babilonios, un día recibió un extraño espécimen de la mina de Schneeberg, Sajonia. Y realizando sus procedimientos habituales para extraer los metales, encontró una masa blancuzca parecida al plomo e incluso al antimonio. No estaba seguro de qué cosa era, así que la llamó “wizmut” (masa blanca). Sin embargo, sus afanes estaban en otros minerales, así que lo dejó a un lado. Pasados algunos años, el médico/alquimista suizo Theophrastus Phillippus Aureolus Bombastus von Hohenheim, mejor conocido como Paracelso, quien se interesaba profundamente en la preparación de medicamentos basados en minerales, retoma el estudio del “wizmut” y encuentra que es una sustancia quebradiza, distinta al plomo, antimonio y estaño, conocidos ya en la medicina de la época; al igual que Basilius Valentinus, Paracelso no le da mayor importancia y abandona su búsqueda. Es en 1546, cuando Georgius Agricola, también estudioso de los minerales, escribe en el libro X de su obra De natura fossilium: “conseguí la separación de un nuevo metal… es similar al plomo y al estaño, pero es quebradizo y más duro que ambos, su densidad es intermedia”.

Ansidei Madonna, Rafael (1505)

También los alquimistas árabes estudiaban este elusivo metal; era difícil distinguirlo y por eso lo llamaron bi-ismid que significa “con las propiedades del antimonio“. Aunque no estaba claro para los alquimistas qué cosa era esa masa blanca, se utilizó aleada con el antimonio para fabricar los tipos para las planchas de las imprentas que Gutenberg había popularizado, porque debido a su bajo punto de fusión, era fácilmente “combinable” con otros metales. También se usó como pigmento gris por los artistas de la época, por ejemplo, Rafael en la Ansidei Madonna (1505), Francesco Granacci en el Retrato de un hombre con armadura (1510). Así transcurre el tiempo y es hasta 1753 que Claude-François Geoffroy demuestra en su manuscrito publicado en las Memorias de la Academia Francesa que el “wizmut” era un metal diferente al plomo, estaño o antimonio, por ello se le considera el descubridor del bismuto.

¿Cuáles son las propiedades de este elemento metálico por las que fue tan utilizado en la Edad Media? Por su bajo punto de fusión, 271.5 °C, se empleó para fabricar aleaciones: con plomo y estaño para la aleación conocida como “pewter” y con antimonio para los tipos de las imprentas. Este empleo del bismuto metálico también ocurrió allende Europa. En 1984, un grupo de arqueólogos explorando en Macchu Pichu, Perú, sede de la cultura Inca, encontró un cuchillo con cabeza de llama fabricado con dos tipos de bronce: uno con bajo contenido de estaño, el otro, extraordinario, es el bronce de la cabeza de la llama, pues contiene 18% de bismuto, que además de dotar con una tonalidad grisácea clara a la cabeza de la llama, resaltando su belleza, también facilitó el proceso de fundición doble, pues según los estudios realizados de esta pieza arqueológica en 1984, el bronce rico en bismuto no penetra las fronteras de grano de la matriz.

Hasta aquí dejamos la historia del descubrimiento de este elemento.

El bismuto (Bi) es un metal, reconocido y usado desde centurias atrás, que se puede separar de los minerales. ¿Cuáles son los minerales terrestres que lo contienen y en dónde se ubican los principales yacimientos?  Antes de responder la pregunta anterior consideremos el siguiente dato: la abundancia del bismuto en el universo es 7 x 10 -8 %, la cual es comparable con la de plata y  oro, que es  6 x 10-8 %.

Bismita. Foto de: Rob Lavinsky, iRocks.com

El bismuto “puro” es escaso; es más frecuente encontrarlo en minerales. A la fecha existen reportadas 229 especies minerales que contienen bismuto, las cuales varían en su composición química y contenido porcentual, que va desde el metal puro hasta un contenido de solamente 0.09%. Entre las especies que contienen más bismuto están la esferobismoita y la bismita (óxido de Bi, 92.89% y 89.70%, respectivamente), la silenita (silicato de Bi, 87.81%); la bismutita (carbonato de Bi, 81.96%) y la bismutinita (sulfuro de Bi, 81.29%). Los principales países productores según datos de 2017 son (en toneladas métricas): China (11,000), Laos (2,000), México (540), Japón (430), Kazajistán (140), Canadá (25) y Rusia (4).

¿Qué tan importante es el bismuto para la sociedad del siglo XXI? Por su baja toxicidad se utiliza cada vez más como sustituto del plomo en diversos materiales, pues tiene propiedades similares, tanto en forma elemental, como en forma iónica. Para entender esto y sus relaciones en la Tabla Periódica de los elementos, adentrémonos en su estructura atómica, esto es, describiremos cuántos protones, electrones y neutrones posee.

El Bi tiene un número atómico de 83, lo que significa que tiene 83 protones y 83 electrones; su masa atómica es igual a 208.98 umas, lo que implica que detenta 126 neutrones. Hasta 2003, se sabía que era el elemento metálico pesado más estable, con un solo isótopo, el 209; sin embargo, en ese año se detectó que es débilmente radioactivo, emite partículas alfa, con una vida media de ¡1.9 x 1019 años!, siendo el producto, talio 205. Para efectos prácticos medidos en escala de vida humana, el Bi sigue considerándose el elemento metálico pesado más estable.

El análisis de su configuración electrónica nos permitirá continuar conociéndolo mejor. En su estado basal, los 83 electrones están distribuidos en los siguientes orbitales: [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p3, sus cinco electrones más externos están en orbitales s y p, característica que comparte con el antimonio ([Kr] 4d10 5s2 5p3), el arsénico ([Ar] 3d10 4s2 4p3), el fósforo ([Ne] 3s2 3p3) y el nitrógeno ([He] 2s2 2p3), por ello forman un grupo, el de los “pnictógenos”.

¿Cuál es la energía necesaria para ionizar estos elementos? En la siguiente tabla se resumen los potenciales de ionización (P.I.) para los 5 electrones más externos.

Estos valores nos permiten entender de una manera simple por qué el bismuto es un metal y por qué es tan similar al antimonio; ambos tienen los potenciales de ionización más bajos del grupo. Si ahora comparamos estos datos con los de su vecino plomo, cuya configuración electrónica es [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p2

podemos entender por qué el Bi puede reemplazar al Pb en diversos compuestos. Otras propiedades notables del bismuto son su baja conductividad térmica, atípica entre los metales, 7.97 W/mK, además de que es el elemento químico más diamagnético que existe. C2

 

Referencias

Sobre el autor

Se doctoró en Química en la Universidad de Ginebra, Suiza. Sus líneas de investigación contemplan el estudio de la relación estructura-propiedades en materiales ferroicos y las estructuras jerárquicas en sistemas complejos. Es actualmente la Directora del Instituto de Física “Ing. Luis Rivera Terrazas”, de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla. Es nivel III del SNI.

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Se doctoró en Química en la Universidad de Ginebra, Suiza. Sus líneas de investigación contemplan el estudio de la relación estructura-propiedades en materiales ferroicos y las...

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