Le caractère particulier du bismuth n’a été vraiment apprécié qu’au cours des 25 dernières années. Avant cela, les études chimiques de cet élément portaient principalement sur des aspects inorganiques traditionnels, tels que la chimie acido–basique et à l’état solide des halogénures et des chalcogénures, y compris leurs bismuthates correspondants. Ce travail a été complété par quelques composés de coordination simples et des espèces d’organobismuth et les premiers pas vers des composés peu communs avec des polycations et des polyanions.

L’appréciation plus récente et plus importante a eu lieu en raison de la connaissance de composés de bismuth très exceptionnels, dont les propriétés physiques et chimiques ne ressemblent pas à celles caractéristiques d’autres éléments et impactent de nombreuses disciplines scientifiques en chimie, physique et science des matériaux. Le bismuth est l’un des éléments essentiellement non radioactifs les plus lourds du Tableau périodique (209Bi a une demi-vie de 2,01 × 1019 ans!) et, en tant que tel, possède un couplage spin–orbite énorme. Cet élément présente également une seule paire d’électrons 6s2 stéréochimiquement active, peut adopter une grande diversité de nombres de coordination et de modes de liaison, forme des composés avec une large gamme de nucléarités et a la capacité d’adopter tous les états oxydés et réduits de 5 + à 3– dans les composés avec des interactions bismuth–bismuth, bismuth–métal et bismuth–non-métal. Pour mettre en évidence certains des attributs incroyables du bismuth, nous présentons ce Forum de chimie inorganique, « Bismuth – L’élément magique », afin de mettre en valeur la diversité de ses composés qui couvre les variantes hybrides inorganiques, organoélément et inorganiques–organiques et de souligner l’énorme potentiel de progrès qui existent encore dans les futures études de la science basée sur le bismuth.

D’un point de vue chimique fondamental, on reconnaît l’apparition de nouvelles classes de composés de bismuth aux structures et propriétés chimiques très peu communes qui ont émergé de nouveaux concepts synthétiques. Outre les grands polyanions et polycations de bismuth, cela inclut des cages hétéroatomiques, telles que les composés Bi–N rapportés par Axel Schulz et ses collègues (DOI: 10.1021 / acs.inorgchem.9b03221), ou d’énormes amas oxido de bismuth, tels que ceux présentés dans l’article de Michael Mehring et coauteurs rapportant un amas polynucléaire Bi-O dopé au cérium et sa dégradation en oxyde de bismuth dopé (DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03240).

Plusieurs articles dans ce numéro du Forum mettent en lumière la variabilité des états d’oxydation potentiels du bismuth, des partenaires de liaison et des environnements de coordination, qui ont été largement sous-estimés depuis longtemps. De nouveaux catalyseurs à base de bismuth sont en cours de développement et présentent un potentiel d’activation de liaison remarquable, et des composés pertinents avec de nouveaux motifs de coordination sont à l’étude pour élargir davantage ce domaine. Dans leur article de Forum sur la structure, l’hétéroaromaticité et l’acidité de Lewis des bismépines, Lichtenberg et ses coauteurs discutent des propriétés des composés de bismuth neutres et cationiques (DOI: 10.1021 / acs.inorgchem.9b03189).

Une autre direction très actuelle de la recherche sur le bismuth concerne les nouveaux matériaux. La propriété du bismuth étant un élément de période 6 — c’est—à–dire un élément affecté par des effets relativistes – le rend aussi spécial que ses voisins 6s-6p, le thallium, le plomb et le polonium, mais sans être aussi toxique. C’est donc un candidat idéal pour développer des composés et des matériaux fonctionnels qui peuvent également être durables. Cela est particulièrement vrai pour les matériaux de cellules photovoltaïques liés à la pérovskite qui pourraient remplacer les composés de plomb actuellement populaires mais toxiques, ce qui est abordé par plusieurs articles dans ce numéro du Forum. Ceux-ci incluent des rapports sur les trihalogénures de bismuth de Canepa, Cheetham et coauteurs (DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03214) ainsi que Mao, Seshadri et coauteurs (DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03415), bismuthates halogénido multiples par Heine et coauteurs (DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03287), et un cadre métal–organique semi-conducteur Bi2O2 (C4O4) préparé par Horcajada et ses coauteurs (DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03290).

L’utilisation potentielle de bismuthates halido polaires en particulier comme matériaux diélectriques et optiques non linéaires motive également l’étude des propriétés ferroélectriques, comme détaillé dans l’article complet de Jakubas et al. sur l’hybride organique-inorganique à base de bismuth (C2H5NH3)2 et ses transitions de phase (DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03193). De plus, le bismuth se trouve dans certains des matériaux thermoélectriques les plus performants; par exemple, Schulz et ses coauteurs font état de nouvelles méthodes de synthèse à basse température à base de liquide ionique de nanoparticules de chalcogénure de bismuth cristallin pur en phase (DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03060). De plus, les énormes effets de couplage spin–orbite de l’élément sont responsables des propriétés topologiques et quantiques des matériaux, un domaine qui était pratiquement inconnu il y a dix ans. Ceci est examiné de manière exhaustive dans l’article d’Anna Isaeva et Michael Ruck (DOI: 10.1021 / acs.inorgchem.9b03461).

Des approches synthétiques contemporaines et innovantes ont conduit à de nouvelles expansions dans le développement de nouveaux solides à base de bismuth. Outre l’application de la synthèse à basse température telle que les méthodes à base de liquide ionique mentionnées ci-dessus, l’utilisation de techniques de flux de bismuth a ajouté à cet aspect ces dernières années. L’utilisation de l’élément pour la préparation du MgNi2Bi4 métallique est décrite par Latturner et ses coauteurs (DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03196), et la synthèse de bismuthides à métaux de transition à plusieurs composants ainsi préparés est rapportée par Ovchinnikov et Bobev (DOI: 10.1021 /acs.inorgchem.9b02881). Néanmoins, les méthodes conventionnelles peuvent également être optimisées et utilisées de manière plus contrôlée lors d’études approfondies, ce qui est abordé dans l’article par Nyman et ses coauteurs, qui ont étudié les cations de bismuth comme un bouton pour « régler” l’assemblage et le démontage contrôlés en synthèse inorganique et dans la nature (DOI: 10.1021 / acs.inorgchem.9b03646).

Le fait remarquable comme indiqué précédemment que le bismuth est le métal non radioactif le plus lourd du Tableau périodique et qu’il est pratiquement non toxique motive le développement d’une multitude de variantes de valeur potentielle en médecine et en soins de santé. En effet, les effets astringents, antiseptiques et diurétiques de ses composés sont connus et appliqués depuis l’époque alchimique. Le bien connu Pepto-Bismol (sous-salicylate de bismuth) et le De-Nol (sous-nitrate de bismuth colloïdal) sont des exemples célèbres, mais des recherches plus récentes ont été orientées vers le développement de nouveaux agents de contraste d’imagerie, de composés bioactifs de bismuth comme médicaments anti-inflammatoires, de métaux pour lutter contre la leishmaniose et d’agents antitumoraux et antimicrobiens. Dans ce contexte, Gu, Zhao et les coauteurs font rapport sur les nanofeuilles d’oxyde de bismuth en tant que radiosensibilisants à activité de type catalase pour le soulagement de l’hypoxie et la radiothérapie tumorale (DOI: 10.1021 / acs.inorgchem.9b03280). Cependant, comme ils le soulignent, la sélectivité de la cytotoxicité des composés de bismuth et leur effet potentiel sur les cellules saines restent problématiques. Une discussion critique du bismuth en tant que métal « vert” peut être trouvée dans une étude approfondie sur l’activité antimicrobienne et la cytotoxicité des complexes de thiolate d’organobismuth par Andrews et ses coauteurs (DOI: 10.1021 / acs.inorgchem.9b03550).

Compte tenu de l’expansion rapide et continue de la recherche liée au bismuth, qui reflète également la volonté des institutions de recherche et des agences de financement du monde entier de la soutenir, ce numéro du Forum n’est en aucun cas une image complète de ce qui se fait en chimie du bismuth de nos jours. Ici, nous avions l’intention de présenter une sélection représentative de sujets par des auteurs de première classe. Nous les remercions tous pour leurs belles contributions et, avec cette collection d’articles du Forum, nous espérons aiguiser l’appétit pour davantage de recherches et de développements continus de la fascinante et « magique” chimie du bismuth qui se déroule à travers le monde.