Der besondere Charakter von Wismut wurde erst in den letzten 25 Jahren wirklich gewürdigt. Davor, Chemische Untersuchungen dieses Elements bezogen sich hauptsächlich auf traditionelle anorganische Aspekte, wie die Behandlung der Säure–Base- und Festkörperchemie von Halogeniden und Chalkogeniden, einschließlich ihrer entsprechenden Wismutate. Diese Arbeit wurde durch einige einfache Koordinationsverbindungen und Organobismutspezies und die ersten Schritte zu ungewöhnlichen Verbindungen mit Polykationen und Polyanionen ergänzt.

Die jüngste, größere Wertschätzung hat aufgrund des Bewusstseins für sehr außergewöhnliche Wismutverbindungen stattgefunden, deren physikalische und chemische Eigenschaften nicht mit denen anderer Elemente übereinstimmen und viele wissenschaftliche Disziplinen in Chemie, Physik und Materialwissenschaften beeinflussen. Wismut ist eines der schwersten im Wesentlichen nicht radioaktiven Elemente des Periodensystems (209Bi hat eine Halbwertszeit von 2,01 × 1019 Jahren!) und besitzt als solche eine enorme Spin–Orbit-Kopplung. Dieses Element zeigt auch ein stereochemisch aktives 6s2-Elektronenpaar, kann eine große Vielfalt an Koordinationszahlen und Bindungsmodi annehmen, bildet Verbindungen mit einer breiten Palette von Nuklearitäten und hat die Fähigkeit, alle oxidierten und reduzierten Zustände von 5+ bis 3 anzunehmen– in Verbindungen mit Wismut–Wismut–, Wismut–Metall- und Wismut-Nichtmetall-Wechselwirkungen. Um einige der unglaublichen Eigenschaften von Wismut hervorzuheben, präsentieren wir dieses Forum für anorganische Chemie, „Wismut—Das magische Element“, um die Vielfalt seiner Verbindungen zu demonstrieren, die anorganische, Organoelement– und anorganisch-organische Hybridvarianten umfasst, und um das enorme Potenzial für Fortschritte hervorzuheben, die in zukünftigen Studien der wismutbasierten Wissenschaft noch bestehen.

Aus fundamentaler chemischer Sicht erkennt man das Auftreten neuer Klassen von Wismutverbindungen mit sehr ungewöhnlichen Strukturen und chemischen Eigenschaften, die aus neuen synthetischen Konzepten hervorgegangen sind. Dazu gehören neben großen Wismutpolyanionen und Polykationen auch heteroatomare Käfige, wie die von Axel Schulz und Kollegen berichteten Bi–N-Verbindungen (DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03221) oder riesige Wismutoxido-Cluster, wie sie in dem Artikel von Michael Mehring und Co–Autoren über einen Cer-dotierten mehrkernigen Bi-O-Cluster und dessen Abbau zu dotiertem Wismutoxid (DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03240).

Mehrere Artikel in dieser Forumsausgabe beleuchten die Variabilität der potenziellen Oxidationszustände, Bindungspartner und Koordinationsumgebungen von Wismut, die lange Zeit stark unterschätzt wurden. Derzeit werden neue Katalysatoren auf Wismutbasis entwickelt, die ein bemerkenswertes Bindungsaktivierungspotenzial aufweisen, und relevante Verbindungen mit neuen Koordinationsmotiven werden untersucht, um dieses Feld weiter auszubauen. In ihrem Forenartikel über Struktur, Heteroaromatik und Lewis-Acidität von Wismutverbindungen diskutieren Lichtenberg und Co-Autoren die Eigenschaften neutraler und kationischer Wismutverbindungen (DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03189).

Eine weitere hochaktuelle Richtung der Wismutforschung sind neue Materialien. Die Eigenschaft von Wismut, ein Element der Periode 6 zu sein — dh ein Element, das von relativistischen Effekten beeinflusst wird — macht es so besonders wie seine 6s–6p-Nachbarn Thallium, Blei und Polonium, ohne jedoch so giftig zu sein. Daher ist es ein perfekter Kandidat für die Entwicklung funktioneller Verbindungen und Materialien, die auch nachhaltig sein können. Dies gilt insbesondere für Perowskit-bezogene photovoltaische Zellmaterialien, die die derzeit beliebten, aber toxischen Bleiverbindungen ersetzen könnten, was in mehreren Artikeln in dieser Forumsausgabe angesprochen wird. Dazu gehören Berichte über Wismuttrihalogenide von Canepa, Cheetham und Co-Autoren (DOI: 10.1021 / acs.inorgchem.9b03214) sowie Mao, Seshadri und Koautoren (DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03415), mehrfachhalogenierte Wismutate von Heine und Co-Autoren (DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03287) und ein halbleitendes Bi2O2(C4O4) metallorganisches Gerüst, hergestellt von Horcajada und Co–Autoren (DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03290).

Die mögliche Verwendung von besonders polaren Halido-Wismutaten als nichtlineare dielektrische und optische Materialien motiviert auch die Untersuchung der ferroelektrischen Eigenschaften, wie in dem umfassenden Artikel von Jakubas et al. zum bismutbasierten organisch-anorganischen Hybrid (C2H5NH3)2 und seinen Phasenübergängen (DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03193). Darüber hinaus ist Wismut in einigen der leistungsstärksten thermoelektrischen Materialien enthalten; so berichten Schulz und Co-Autoren über neue Methoden der ionisch-flüssigen Tieftemperatursynthese von phasenreinen kristallinen Wismut-Chalkogenid-Nanopartikeln (DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03060). Darüber hinaus sind die enormen Spin–Bahn-Kopplungseffekte des Elements für topologische und quantenmaterielle Eigenschaften verantwortlich, ein Feld, das vor einem Jahrzehnt praktisch unbekannt war. Dies wird in dem Artikel von Anna Isaeva und Michael Ruck (DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03461).Zeitgemäße und innovative Syntheseansätze haben zu weiteren Expansionen bei der Entwicklung neuer wismutbasierter Feststoffe geführt. Neben der Anwendung von Tieftemperatursynthesen wie den oben erwähnten ionisch-flüssigen Methoden hat in den letzten Jahren die Verwendung von Wismut-Fluss-Techniken zu diesem Aspekt beigetragen. Die Verwendung des Elements zur Herstellung von metallischem MgNi2Bi4 wird von Latturner und Co-Autoren beschrieben (DOI: 10.1021 / acs.inorgchem.9b03196), und die Synthese von Mehrkomponenten-übergangsmetallhaltigen Bismutiden, die auf diese Weise hergestellt wurden, wird von Ovchinnikov und Bobev berichtet (DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b02881). Dennoch können herkömmliche Methoden auch nach eingehenden Studien optimiert und kontrollierter eingesetzt werden, was in dem Artikel von Nyman und Co-Autoren angesprochen wird, die Wismutkationen als Mittel zur „Abstimmung“ der kontrollierten Montage und Demontage in der anorganischen Synthese und in der Natur untersuchten (DOI: 10.1021 / acs.inorgchem.9b03646).

Die bereits erwähnte bemerkenswerte Tatsache, dass Wismut das schwerste nichtradioaktive Metall im Periodensystem ist und praktisch ungiftig ist, motiviert die Entwicklung einer Fülle von Varianten mit potenziellem Wert in Medizin und Gesundheitswesen. In der Tat sind die adstringierenden, antiseptischen und harntreibenden Wirkungen seiner Verbindungen seit alchemistischen Zeiten bekannt und angewendet. Die bekannten Pepto-Bismol (Wismutsubsalicylat) und De-Nol (kolloidales Wismutsubcitrat) sind berühmte Beispiele, aber neuere Forschungen wurden auf die Entwicklung neuer bildgebender Kontrastmittel, bioaktiver Wismutverbindungen als entzündungshemmende Arzneimittel, Metallodrugs zur Bekämpfung von Leishmaniose sowie Antitumor- und antimikrobieller Mittel gerichtet. In diesem Zusammenhang berichten Gu, Zhao und Mitautoren über Wismutoxid-Nanoblätter als Radiosensibilisatoren mit Katalase-ähnlicher Aktivität zur Hypoxie-Linderung und Tumor-Strahlentherapie (DOI: 10.1021 / acs.inorgchem.9b03280). Wie sie jedoch betonen, sind die Selektivität der Zytotoxizität von Wismutverbindungen und ihre mögliche Wirkung auf gesunde Zellen immer noch problematisch. Eine kritische Diskussion über Wismut als „grünes“ Metall findet sich in einer umfassenden Studie zur antimikrobiellen Aktivität und Zytotoxizität von Organobismutthiolatkomplexen von Andrews und Co-Autoren (DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03550).

Angesichts der rasanten und anhaltenden Ausweitung der wismutbezogenen Forschung, die auch die Bereitschaft von Forschungseinrichtungen und Förderorganisationen weltweit widerspiegelt, sie zu unterstützen, ist diese Forumsausgabe keineswegs ein vollständiges Bild dessen, was in der Wismutchemie heutzutage getan wird. Hierin wollten wir eine repräsentative Auswahl von Themen von einigen erstklassigen Autoren präsentieren. Wir danken allen für ihre guten Beiträge und hoffen, mit dieser Sammlung von Forenartikeln Appetit auf mehr Forschung und Weiterentwicklung der faszinierenden und „magischen“ Wismutchemie auf der ganzen Welt zu machen.