Bismut: Faszinierendes Metall könnte elektronische Geräte mit Strom versorgen

Das chemische Element Bismut, das auch Wismut genannt wird, hat im Periodensystem die Ordnungszahl 83. Es schmilzt bei 271,3°C und wenn es dann schnell abkühlt, formt es rechteckige Kristalle. Sicher kennt ihr diese wie zufällig zusammengesetzte Blöcke aussehenden Kristallstrukturen. Wenn sie oxidieren, schimmern sie in verschiedenen Farben. Was auch schön ist: In neu entwickelten Photovoltaik-Anlagen eingesetzt sorgt Bismut dafür, dass mehr Licht und damit mehr Wellenlängen zur Erzeugung von elektrischem Strom genutzt werden können – nicht nur draußen, sondern auch drinnen. Das sagt zumindest Robert Hoye vom Imperial College London.

Bildquelle: Hier unter CC 4.0 Lizenz

Bismut: Dünne Photovoltaik-Platten für IoT-Geräte

Vor allem für Geräte aus dem Internet of Things (IoT) können die neuen Entdeckungen hilfreich sein. Denn statt Batterien und Akkus, die giftige Stoffe enthalten und entsprechend aufwändig entsorgt werden müssen, können Photovoltaik-Panels mit Bismut dafür sorgen, dass die Devices auch drinnen dauerhaft mit Strom versorgt werden. Das Metall ist dabei für Mensch und Umwelt unbedenklich. Das wird unter anderem in einem Beitrag zum Thema bei The Verge ausgeführt. Darin findet ihr neben ein bisschen Text auch ein spannendes Video, in dem u. a. Robert Hoye vom Imperial College London zu Wort kommt. Er erklärt die Vorzüge von Bismut.

Sparsame Bauweise soll die Seltenheit ausgleichen

Bismut, oder Bismuth wie es im Englischen heißt, ist nicht das am häufigsten vorkommende Metall der Welt. Deshalb kann man an den obigen Ausführungen vielleicht Kritik hegen – immerhin wird es zukünftig Millionen und Milliarden von IoT-Geräten geben, die Strom brauchen werden. Wie ihr im Video aber schon hören konntet, soll die hohe Nachfrage bei nicht zu großem Vorkommen geregelt werden, indem extrem dünne Photovoltaik-Platten zum Einsatz kommen. Es werden Bismut-Filme genutzt, die einen sparsamen Umgang ermöglichen. Zudem könnte der Einsatz in anderen Bereichen überdacht werden. Wo Bismut noch eingesetzt wird, sowie alles andere zum chemischen Element Bi lest ihr bei Wikipedia.

Anleitung: Bismut/Wismut kaufen und Kristalle züchten

Wer von den schönen Kristallen im Video fasziniert ist, der bekommt jetzt eine gute Nachricht: Man kann diese Kristalle auch sehr einfach selbst züchten und damit seine Kinder und vermutlich auch viele Bekannte beeindrucken. Was auf den Kristallen so schön schimmert, ist eine Oxidschicht, die sich automatisch durch den Kontakt mit der Luft bildet. Dahingehend muss man also wenig tun.

Wie man die schöne Kristallform erhält, zeige ich gleich in der folgenden Anleitung.

Bitte beachten: Bismut ist zwar weniger giftig als andere Schwermetalle, aber man sollte es trotzdem nicht in den Mund bekommen oder Gerätschaften sowohl für dieses Projekt als auch für Lebensmittel nutzen.

Was wir brauchen:

1. Als Grundstoff benötigt man Bismut (ist das gleiche wie Wismut) Brocken mit hoher Reinheit. Die findet man zum Beispiel hier auf Amazon.
2. Um das Bismuth zu schmelzen, nehmen wir einen Gasbrenner bzw. eine Lötlampe wie diese hier.
3. Die ganze Aktion findet in einer großen Metallschüssel statt, aber man kann ersatzweise auch einen alten Kochtopf nehmen (den man dann bitte nicht mehr zum Kochen nutzt!).
4. Um die Kristalle aus der Schmelze zu fischen, benötigen wir noch eine Metallpinzette mit Spitze, wie diese hier (schlechte Bewertung ignorieren, für uns ist dieses Modell genau richtig!).
5. Ein altes Glas mit Wasser, um die Kristalle abzukühlen.

Das Vorgehen

Ich beschreibe erstmal kurz, wie die Sache funktioniert: Man hat in der Schüssel eine ordentliche Menge des Bismut und schmilzt dies mit dem Brenner ein. Wenn alles flüssig ist, stellen wir den Brenner weg und beobachten, wo sich die ersten Kristalle auf der Oberfläche bilden.

Diese Kristalle greifen wir mit der Pinzette (oft bilden sich auch Kristalle um die Pinzettenspitze und bleiben haften. Nun zieht man die Pinzette laaaaangsam aus der Schmelze raus und sieht, wie sich immer mehr Kristalle an der Stelle bilden, welche an der Oberfläche des flüssigen Bismut ist.

In aller Kürze:

1. Bismutbrocken einschmelzen (mit Brenner).
2. Brenner abschalten und Pinzette holen.
3. Oberfläche der Schmelze beobachten und Kristalle, die sich bilden, langsam mit der Pinzette anheben.
4. Warten, bis die Farbe ansprechend ist und dann Kristall im Wasser abkühlen.

Krisitallfarbe einfrieren

Hat man ein Kristall komplett aus der Schmelze gehoben, kann man sich anschauen, wie sich die Farbe während des Abkühlens ändert. Wenn einem die Farbgebung gefällt, die der Kristall gerade hat, taucht man ihn in das Glas mit Wasser, um es abzukühlen. Sobald das Wasser den Kristall runtergekühlt hat, stoppt die chemische Reaktion, welche die Oberflächenfarbe des Metalls verändert.

Immer wieder schmelzen und ausprobieren

Um richtig schöne Kristalle zu erhalten, muss man ein bisschen experimentieren. Die Geschwindigkeit, mit welcher man den Kristall anhebt, die Geschwindigkeit des Abkühlens und viele mehr beeinflusst Größe, Form und Farbe der Bismutkristalle. Man muss also etwas Geduld mitbringen, bis man raus hat, wie man die schönsten Exemplare züchten kann.

Ich denke, ich werde demnächst nochmal einen eigenen Beitrag über das Züchten von Bismutkristallen machen. Das Thema ist auch ein schönes Eltern-Kinder-Bastelprojekt, wenn man ältere Kinder hat und genug Vorsicht walten lässt.

Johannes Domke

Johannes hat nach dem Abitur eine Ausbildung zum Wirtschaftsassistenten in der Fachrichtung Fremdsprachen absolviert. Danach hat er sich aber für das Recherchieren und Schreiben entschieden, woraus seine Selbstständigkeit hervorging. Seit mehreren Jahren arbeitet er nun u. a. für Sir Apfelot. Seine Artikel beinhalten Produktvorstellungen, News, Anleitungen, Videospiele, Konsolen und einiges mehr. Apple Keynotes verfolgt er live per Stream.