天生我材“铋”有用

背景

铋元素（Bi）位于第六周期第 VA 族，生活在稳定元素区和放射性元素区的交界处。与那些挖空心思要改变自己身份的放射性元素区的“卷王”邻居相比，铋元素立志待在稳定元素区做一个潇洒的“微躺青年”，以实现自我的人生价值。

图一、铋在周期表中的位置（图源自网络）

铋元素这种既不参与“内卷”，又不“摆烂躺平”的人生态度引来了放射性元素区的邻居们的特别关注，没过多久，它深藏多年的秘密就被它的“卷王”邻居们发现了，成了大家茶余饭后的谈资。这不，关于它的话题一直在热搜榜首，点击量只增不减。

01 铋的“怪异”特性

铋是最具反磁性的金属材料之一,在磁场中会被排斥开来,常被用于制造磁悬浮列车，这种列车的行驶速度能超过400 km/h[1]。

铋在冷却结晶过程中，表面会形成一层三氧化二铋(Bi2O3)薄膜，铋通过控制薄膜厚度的变化（薄膜干涉），能获取由黄到蓝渐变的效果，就像雨后的彩虹给人以美的感觉。三氧化二铋既可以作催化剂，也是一种叫“龙旦”的烟花的主料，这种烟花燃放时会先放射光影效果，然后爆炸[1]。除了薄膜干涉，结晶后的铋还会呈现出像台阶一样的阶梯状结构[2] 。

图二、铋晶体（图源自网络）

铋是最不像金属的金属，外观上它很脆，导电性几乎是所有金属中最低的，有时候甚至把铋称之为半金属[3]，而铋的氧化物却有很高的阳离子导电性，通常应用于固态氧化物燃料电池和氧传感器上。而且在接近绝对零度时，铋会变成超导体。

此外，铋是为数不多的冷缩热胀材料[3]，受热会收缩，遇冷会膨胀，与普通金属热胀冷缩的性质完全相反。铋的熔点为271.4℃，很容易就可以熔化,在铋的加热熔化过程中，未熔化的固体部分会漂浮在液态铋上，就像冰浮在水面上一样[4]。

02 走出自己的一片天空 

铋由于自身熔点低的特性，铋与其好兄弟镉和锡形成了低熔点的合金，来制造保险丝或焊料。铋和其他兄弟铅、锡、锑、铟等金属组成的合金，熔点低达47℃，可以用于消防装置、自动喷水器、锅炉的安全塞，一旦发生火灾，活塞熔化，可自动喷水灭火[3]。

铋作为兄弟姐妹中的老大哥，其原子序数大（83），相对原子质量大（208.98），能够衰减、屏蔽x射线或γ辐射，可用于医学成像中的造影或防护[3]。因为铋的化合物氯氧化铋对X光不透明的特性，可用于制造导尿管，以便于诊断和手术的进行。2020年，上海理工大学理学院的铋科学与生物医学医疗团队创新研制了一种具有超高光热转换效率的骨状铋基纳米材料，用于光热、光声和CT三模态成像引导下的肝癌肿瘤光热治疗/化疗增强联合治疗[5]。

图三、铋基纳米材料在癌症成像诊断与治疗中的作用[5]

既然谈到了铋在医学领域的一些成就，就不得不说说“铋药”，铋的化合物枸橼酸铋钾——治疗胃溃疡的特效药，它可以在胃液 pH 的条件下水解，形成保护性的、弥散性涂膜附着在溃疡处，隔离胃液和溃疡，从而缓解疼痛感，是胃溃疡患者的常备良药。

图四、枸缘酸铋钾胶囊（图源自网络）

说到这里，肯定会有人产生疑惑，“铋”家族成员很多都有毒，用铋制药，不会对人体有损害吗？虽然铋的兄弟姐妹都是有毒重金属，但道不同不相为谋，铋与它们的个性完全不同。它的单质和化合物通常低毒或无毒，有的毒性甚至低于NaCl[6]，，因此被称为绿色元素。也因为铋及其化合物这种人畜无害的特性，不仅在医药界大放异彩，也引来了化妆品界的关注。

例如，化妆所用的珠光眼影、高光等，之所以呈现出珍珠般的光泽，是因为其中含有氯氧化铋，氯氧化铋是一种具有平滑效果和珠光效果的新型且高档的环保材料,具有低油脂吸附、无毒性、珠光效果和皮肤附着力强的特点[7]。且氯化氧铋的晶格是层状的，经过一定的工艺结晶就可以得到非常薄的固体片。这种固体薄片具有很强的透光率，在使用时，混在化妆品中的这些小片会一层一层地堆叠起来。光照射在薄片表面时会，一部分发生反射，一部分会通过折射透过薄片。由于薄片是一层一层堆叠的，折射的光会在下面的薄片上发生反射[2]，最终映入眼帘。因此，我们能够看到珍珠般的闪亮光泽。

图五、珠光眼影

我们的“微躺青年”铋元素，在既不过渡消耗自己，又不完全躺平的情况下，利用自己的特性为人类谋福祉，为大家谋幸福，在自己的岗位上发光放热，获得了大家的一致好评。

03 拥抱更美好的未来

由于铋元素“佛系”的人生态度，似乎不那么惹人注目，甚至有人不知晓铋的存在。但铋的潜力却是不容小觑的，随着环境问题的日益凸显，铋作为绿色金属，前途无限光明。而且，我国作为铋生产大国，优势不言自明，铋的环境友好型产品和其它高端材料也将不断问世，铋会拥有更加美好的未来。