ビスマスは元素記号Bi、原子番号83の金属で、周期表では第15族に属する重い後遷移金属/準金属です。自然界では主に鉱石として産出され、材料・医薬・熱電デバイスなど多様な用途を持ちます。この記事では、ビスマスの性質や用途について、10問のクイズを通して詳しく解説します。クイズの内容は、ビスマスの元素特性、結晶構造、融点、同位体、化合物、凝固特性、毒性、熱電材料としの用途、低融点合金、磁性など、ビスマスに関する基礎から応用までを網羅しています。ビスマスの豊富な特徴をお楽しみください。
Q1 : 鉛と比較したときのビスマスの毒性に関する正しい説明はどれか？
ビスマスは一般に鉛に比べて毒性が低いとされ、鉛の代替として弾丸の芯や釣り用のシンカー、低毒性を求められる合金などに使われることが多いです。ただし完全に無毒というわけではなく、化学的形態や取り扱い条件によっては健康影響があるため、用途に応じた安全対策は必要です。
Q2 : 熱電変換材料としてよく利用されるのはどれか？
テルル化ビスマス（Bi2Te3）は室温付近での熱電材料として最も広く知られている化合物の一つで、温度差を電圧に変換するゼーベック効果で高効率を示します。冷却装置や発電用途の熱電モジュールに使われ、ビスマス系化合物はキャリア濃度や格子熱伝導を調整して熱電特性を最適化する研究が盛んです。
Q3 : 鉛を含まない低融点合金で知られるのはどれか？
Field's metalはビスマス・インジウム・スズを主成分とする低融点合金で、融点がおよそ62°C前後と低く、鉛を含まないため有害重金属を避けたい用途に使われます。これに対してWood's metalは低融点ですが鉛やカドミウムを含む組成であり、環境・健康面から鉛フリーのField's metalが代替として注目されています。
Q4 : ビスマスの磁性について正しい記述はどれか？
ビスマスは非常に強い反磁性（ダイア磁性）を示す元素の一つで、これは電子のバンド構造と低いキャリア密度に起因します。常温で超伝導や強磁性を示すことはなく、むしろ外部磁場に対して弱い反発を示すため、磁気特性の研究や磁場下での電子輸送現象の研究において興味深い材料となっています。
Q5 : ビスマスの金属構造はどれか？
ビスマスは菱面体（ラッセル記法ではA7）構造をとることで知られ、これはヒ素やアンチモンと同じタイプの結晶構造です。この構造は原子が菱面体的に配列するもので、物性としては半金属的な電気伝導や異常な磁気応答性などにつながります。結晶構造は融点や脆性、固化時の体積変化などの特徴にも影響を与えます。
Q6 : ビスマスの融点として最も近いものはどれか？
ビスマスの正式な融点は約271.4°Cであるため、選択肢の中では271°Cが正解です。融点は金属の加工や合金設計で重要な指標で、ビスマスは比較的低融点の金属に分類されます。そのためビスマスを主要成分とする低融点合金（Field's metalなど）は溶融温度が低く、溶接や安全装置、融解型金型など幅広い用途に利用されます。
Q7 : 天然に豊富な同位体Bi-209について正しい説明はどれか？
Bi-209は長らく''安定同位体''と考えられていましたが、より精密な測定によりアルファ崩壊が確認されており、半減期は極めて長く約1.9×10^19年程度と報告されています。したがって自然界ではほぼ安定と見なされる一方で、厳密には放射性である、というのが正確な説明です。
Q8 : 次のうち胃薬や制酸薬に使われるビスマス化合物はどれか？
ビスマスサリチル酸塩（bismuth subsalicylate）は市販の胃腸薬（例：Pepto‑Bismol等）の有効成分として用いられ、抗菌作用や胃粘膜保護作用を示します。酸化ビスマスや塩化ビスマスも工業的用途はあるものの、消化器薬として一般に使われるのはサリチル酸塩形態であり、正確には選択肢では2番が該当します。
Q9 : ビスマスが液体から固体へ冷却・凝固する際の体積変化はどうなるか？
多くの金属は凝固時に収縮しますが、ビスマスは凝固するときに体積が増加するという珍しい性質を持ちます。この性質は結晶構造と原子間配列が関係しており、鋳造や鑄造で細かい型取りが必要な用途や、繊細な鋳型への応用に利用されます。膨張する金属は金型から外れにくい反面、精密キャストに有利な場合もあります。
Q10 : ビスマスの元素記号と原子番号は何か？
ビスマスは元素記号Bi、原子番号83の元素です。周期表では第15族に近い位置にある重い後遷移金属／准金属で、自然界では主に鉱石として産出します。原子番号83という数値は陽子数を示し、化学的性質や同族元素（ヒ素As、アンチモンSb）との類似性を理解する基礎になります。Biは材料・医薬・熱電材料など多様な用途を持つことでも知られています。
まとめ
いかがでしたか？ 今回はビスマスクイズをお送りしました。
皆さんは何問正解できましたか？
今回はビスマスクイズを出題しました。
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次回のクイズもお楽しみに。
