БАРИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Главная › Металлы

20.10.2020

В Китае давно оценили свойства металла бария. С периода Западного Чжоу до конца династии Хань в империи пользовались красителями на основе бария. Это хань синий и хань фиолетовый (их еще называют китайским синим и китайским пурпурным). Аналогов таких пигментов не найдено в других странах мира.

Все началось с алхимии ????

История открытия этого тяжелого металла похожа на приключенческий роман.

А началось все с алхимии. Ее приверженцы всегда искали вещество, которое превратит любой металл в золото. Самим золотишком тоже не пренебрегали.

В 1602 году итальянский алхимик Касциароло обнаружил в горах около Болоньи очень тяжелый камень. Теперь известно, что это был сульфат бария, тяжелый шпат. Заподозрив в нем наличие золота, алхимик начал опыты с камнем. Сенсацией стало то, что прокаленный с олифой и углем камень засветился мрачным красноватым цветом.

БАРИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Событие вызвало сумятицу в рядах алхимиков. Они с азартом кинулись исследовать необычный минерал.

Позднее характеристики минерала исследовали минералоги.

Несколько названий получил тяжелый шпат:

  • болонский фосфор;
  • солнечный камень;
  • болонский камень;
  • барот;
  • барит.

Под двумя последними названиями минерал появляется в учебниках уже химии.

БАРИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

В минерале обнаружили «землю» (так назывались оксиды элементов). Назвали ее баритом. Было определено, что в тяжелом шпате содержится неизвестный металл, который без особой фантазии назвали барий (Barium) — тяжелый.

Свойства ????

БАРИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения
Рекомендуем:  КРЕМНИЙ — он нужен всем

Строением атома обусловлены свойства металла, его высокая химическая активность. Это сильнейший восстановитель. По этой причине его, как и металлический натрий, хранят в керосине или петролейном эфире.

Химические характеристики:

  1. Охотно взаимодействует с галогенами.
  2. При нагреве реагирует с серой и водородом.
  3. Энергично взаимодействует с кислотами.

Это щелочноземельный металл, ковкий, мягкий. Цвет имеет серебристо-белый.

У металла много изотопов. Природный барий состоит из 6 стабильных изотопов, и одного нестабильного. Период полураспада у него больше, чем возраст Вселенной.

Чаще всего проявляет степень окисления +2. Встречаются соединения со степенью окисления +1 (BaCl).

Свойства атома
Название, символ, номер

Атомная масса
(молярная масса)

Электронная конфигурация

Радиус атома

Химические свойства
Ковалентный радиус

Радиус иона

Электроотрицательность

Электродный потенциал

Степени окисления

Энергия ионизации
(первый электрон)

Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)

Температура плавления

Температура кипения

Уд. теплота плавления

Уд. теплота испарения

Молярная теплоёмкость

Молярный объём

Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки

Параметры решётки

Прочие характеристики
Теплопроводность

Номер CAS

Барий / Barium (Ba), 56
137,327(7)[1] а. е. м. (г/моль)
[Xe] 6s2
222 пм
198 пм
(+2e) 134 пм
0,89 (шкала Полинга)
-2,906
+2
 502,5 (5,21) кДж/моль (эВ)
3,5 г/см³
1 002 K
1 910 K
7,66 кДж/моль
142,0 кДж/моль
28,1[2] Дж/(K·моль)
39,0 см³/моль
кубическая
объёмноцентрированная
5,020 Å
(300 K) (18.4) Вт/(м·К)
7440-39-3

Добыча ⛏️

Основные местонахождения месторождений находятся в Англии, Румынии, на территории бывших республик СССР.

БАРИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Главная руда — барит, тяжелый шпат.

Минералы:

  • барит;
  • витерит;
  • нитробарит;
  • цельзиан;
  • гиалофан.

Металл из минералов ????

В получении бария лидирует Китай (более 50%).

Далее следуют:

  • Индия;
  • Марокко;
  • США;
  • Турция;
  • Иран;
  • Казахстан.

Применение ⚙️

Области использования Barium и его соединений обширна.

Соединение бария Применение
Хроматы и манганаты Наполнители в производстве резин и бумаги. Хорошие пигменты
Титанат Хороший сегнетоэлектрик
Оксиды, пероксиды, гидроксиды В пиротехнике; в производстве перекиси водорода
Перхлорат Отличный осушитель
Платиноцианид Для производства флуоресцирующих экранов
Цирконат Обладает хорошими огнеупорными свойствами; применяется в производстве керамических изделий
Сульфид С его помощью получают соли бария
Ацетат Для окрашивания ситцевых и шерстяных тканей

Рекомендуем:  БРОНЗА — сплав для всех времен и народов

Активный металл применяют в производстве типографских шрифтов. Металл входит в состав антифрикционных сплавов.

БАРИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторожденияБарий металлический Ba 99,9%

Металл и человек ????

Воздействие на человека металла изучено медиками. Чистый BaSO4 почти не опасен. Он используется при рентгеновском исследовании ЖКТ.

Особенно уязвимы для ионов металла:

  • глаза;
  • сердце;
  • иммунная система;
  • кожа.

Барий — от китайского синего до рентгеноскопии Ссылка на основную публикацию БАРИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения БАРИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Барий. Свойства бария. Применение бария

Тяжеловес в легком весе. Так можно представить барий. Его имя переводится с греческого, как «тяжелый». В сравнении с другими щелочноземельными элементами, вещество, действительно увесисто. В «сражении» же с металлами из иных групп, как правило, проигрывает.

БАРИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Имя бария связано с историей его открытия. В 17-ом веке была актуальна идея выделения золота из бросовых материалов. Сапожник из Болони Касциароло нашел исключительно тяжелый камень. Золото, как известно, металл не из легких. Вот мужчина и заподозрил его присутствие в булыжнике.

Выделить драгоценность не удалось. Зато, после прокаливания камень начал светиться красным. Явление привлекло внимание химика Карла Шееле. Он установил присутствие в породе нового элемента – «тяжелой земли». Когда же в 1808-ом году Гэмфри Дэви из Англии выделил эту «землю», она оказалась легкой. Но, менять название не стали.

Химические и физические свойства бария

Атомная масса бария равна 137-ми граммам на моль. Металл не только легкий, но и мягкий. Твердость по шкале Мооса не превышает 3-х баллов. Материал ковкий и слегка вязкий. Плотность элемента около 3,7 граммов на кубический сантиметр. Если присутствуют загрязнения ртутью, барий становится хрупким.

Цвет элемента серебристо-серый. Но, визитной карточкой бария считается зеленый. Он проявляется в характерной для 56-го вещества реакции. В ней участвуют соли элемента, к примеру, сульфат бария.

Если погрузить в него стеклянную палочку и поднести к горелке, вспыхнет зеленое пламя. Так можно определить присутствие даже ничтожно малых примесей тяжелого металла.

БАРИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Барий – вещество с кубической решеткой. Ее можно лицезреть не только в лабораторных условиях. Металл встречается в чистом виде и в природе. Известно 2-е модификации элемента. Одна из них устойчива до 365-ти градусов Цельсия, другая – от 375-ти до 710-ти. Закипает барий при температуре в 1696 градусов Цельсия.

Синтезировано несколько радиоактивных изотопов металла. Формула бария с атомной массой 140 – результат распада тория, плутония и урана. Изотоп извлекают хроматографическим способом, то есть абсорбируют, ориентируясь на цвет вещества.

133-ий барий образуется в процессе облучении цезия. На него воздействуют ядрами одного из изотопов водорода – дейтронами. Выделенная при этом радиоактивная форма щелочноземельного металла распадается чуть больше, чем за 3-е суток. Цикл 140-го бария длиннее, только на полураспад уходит 13,5 дней.

Как и все щелочноземельные металлы, барий химически активен. В группе числится в середнячках, опережая, к примеру, стронций и кальций. Последние хранят на воздухе. С барием такое не пройдет. 56-ой элемент помещают под парафиновое масло, или же петролевый эфир.

Взаимодействие бария с кислородом приводит к потере блеска. После, материал желтеет, коричневеет и, в итоге, становится серым. Так выглядит оксид бария – итог его разрушения на воздухе. Если атмосферу нагреть, 56-ой металл в ней взорвется.

Взаимодействие элемента с водой обратно реакции с кислородом. Здесь разлагается уже жидкость. Процесс возможен лишь при контакте с чистым металлом. После реакции он переходит в гидроксид бария.

БАРИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Если же изначально поместить в воду не самородный элемент, а его соли, ничего не произойдет. Хлорид бария, и не только, не растворимы в H2O, активно взаимодействуют лишь с кислотами.

Барий легко реагирует с водородом. Единственное условие – нагрев. Образуется гидрид металла. При нагреве реакция протекает и с аммиаком. Получается нитрид. Он может перейти в цианид, если продолжить повышать температуру.

Раствор бария синего цвета – итог взаимодействия все с тем же аммиаком, но в жидком виде. Из смеси выделяют аммиакат. У него золотистый цвет, вещество легко разлагается.

Стоит добавить платиновый катализатор, и получишь амид бария. Правда, применяется он лишь как реактив. А каково использование других соединений металла и его самого?

Применение бария

Поскольку чистый металл требует особой техники хранения, применяют его нечасто. Закрыть глаза на неудобство элемента готовы специалисты вакуумных технологий. Уж очень хорошо барий поглощает остаточные газы, то есть служит геттером.

В качестве очистителя металл применяют и при производстве некоторых сплавов свинца и меди. Здесь элемент впитывает не только газы, но и примеси серы, а так же, раскисляет смеси.

Как компонент сплавов 56-ой элемент применяют в дуэте со свинцом. Смесь идет на производство подшипников. Сплавы с барием, так же, вытесняют используемые ранее полиграфические составы из свинца и сурьмы. Щелочноземельный металл лучше упрочняет сплав.

Сплав с никелем – сырье для изготовления электродов запальных свечей. Они нужны в двигателях внутреннего сгорания и радиолампах. На этом применение чистого бария заканчивается. В игру вступают соединения металла.

Тяжелый камень, найденный когда-то в Болони, — известный краситель. По химическому составу порода является сернокислым барием, относится к классу шпатов. Сырье измельчают и добавляют в литопоний. Это белая краска известна кроющей способностью.

Читайте также:  МАЛАХИТ: Камень исполнения желаний & Чудо-поделки

БАРИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

На фото лампа, для производства которой используется барий

Бариевая порода присутствует и в дорогих сортах бумаги, к примеру, предназначенных для печати денег. Сульфат бария утяжеляет банкноты, делает их более плотными и белыми.

Интересно, что изначально болонский камень в красящей промышленности использовали нелегально. Дешевым компонентом разбавляли свинцовые белила. Качество продукта снижалось, зато предприниматели обогащались. В современных красителях бариевый шпат – добавка улучшающая, а не ухудшающая их параметры.

Осадки бария, в том числе сернокислую форму, применяют и в медицине. Шпат задерживает рентгеновские лучи. Сульфат бария добавляют в кашу и дают пациенту с подозрением на заболевания желудочно-кишечного тракта. После этого результаты рентгенографии проще расшифровывать.

Уравнения бария свидетельствуют о способности поглощать не только рентгеновские, но и гамма-лучи. Так что, соединения 56-го элемента защищают многие атомные реакторы.

Карбонат бария нужен для приготовления стекломассы. Нитрат бария – составная эмалей. Раствор гидроксида бария эффективно очищает животные жиры и растительные масла. В качестве яда используют раствор хлорида бария.

БАРИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

На фото салют — ещё одна отрасль, применяющая элемент барий

Из 56-го металла, так же, получают родизонат натрия. Барий используют даже для инъекций статуе Сфинкса. Песчаное изваяние разрушается. Тяжелый металл помогает укрепить конструкцию.

Добыча бария

Металлический барий получают несколькими путями. Их объединяет атмосфера. Реакции проводят в вакууме из-за бурного взаимодействия 56-го элемента с кислородом.

Метод металлотермического восстановления применяют к окиси и хлориду бария. Из последнего соединения элемент выделяют с помощью карбида кальция. С окисью работает порошок алюминия. Требуется нагрев до 1200-от градусов Цельсия.

Из гидрида и нитрида 56-го элемента тоже можно выделить чистый барий. Калий получают подобным образом, то есть не путем восстановления, а по средствам термического разложения.

Процесс проходит в герметичных капсулах и кварца или фарфора. Применяют и электролиз. Он подходит для работы с расплавленным хлоридом бария. Катод берут ртутный.

Цена бария

На металлический барий цены на рынке договорные. Товар специфический, редко запрашиваемый. Реализуют элемент, как правило, химические лаборатории и металлургические предприятия. Стоимость соединений металла – не секрет.

Хлористый барий, к примеру, обходится в 50-70 рублей за килограмм. Баритовый песок можно приобрести и по 10 рублей за 1000 граммов. Килограмм гидроокиси оценивают примерно в 80-90 рублей. За сернокислый барий просят минимум 50 рублей, обычно, около ста. При оптовых поставках ценник, зачастую, немного скидывают.

Барий

Барий был открыт в виде оксида BaO в 1774 году Карлом Шееле и Юханом Ганом. В 1808 году английский химик Гемфри Дэви электролизом влажного гидроксида бария с ртутным катодом получил амальгаму бария; после испарения ртути при нагревании он выделил металлический барий.

Происхождение названия

Своё название получил от др.-греч. βαρύς — «тяжёлый».

Нахождение в природе

Содержание бария в земной коре составляет 0,05 % по массе; в морской воде среднее содержание бария составляет 0,02 мг/л. Барий активен, он входит в подгруппу щелочноземельных металлов и в минералах связан достаточно прочно. Основные минералы: барит (BaSO4) и витерит (BaCO3).

Редкие минералы бария: цельзиан или бариевый полевой шпат (алюмосиликат бария), гиалофан (смешанный алюмосиликат бария и калия), нитробарит (нитрат бария) и пр.

Типы месторождений

По минеральным ассоциациям баритовые руды делятся на мономинеральные и комплексные.

Комплексные подразделяются на барито-сульфидные (содержат сульфиды свинца, цинка, иногда меди и железного колчедана, реже Sn, Ni, Au, Ag), барито-кальцитовые (содержат до 75 % кальцита), железо-баритовые (содержат магнетит, гематит, а в верхних зонах гетит и гидрогетит) и барито-флюоритовые (кроме барита и флюорита, обычно содержат кварц и кальцит, а в виде небольших примесей иногда присутствуют сульфиды цинка, свинца, меди и ртути).

С практической точки зрения наибольший интерес представляют гидротермальные жильные мономинеральные, барито-сульфидные и барито-флюоритовые месторождения.

Промышленное значение имеют также некоторые метасоматические пластовые месторождения и элювиальные россыпи.

Осадочные месторождения, представляющие собой типичные химические осадки водных бассейнов, встречаются редко и существенной роли не играют.

Как правило, баритовые руды содержат другие полезные компоненты (флюорит, галенит, сфалерит, медь, золото в промышленных концентрациях), поэтому они используются комплексно.

Изотопы

Основная статья: Изотопы бария

Известны изотопы бария с массовыми числами от 114 до 153, и 10 ядерных изомеров. Природный барий состоит из смеси шести стабильных изотопов (132Ba, 134Ba, 135Ba, 136Ba, 137Ba, 138Ba) и одного изотопа с огромным периодом полураспада, много больше возраста Вселенной (130Ba).

Получение

Основное сырьё для получения бария — баритовый концентрат (80—95 % BaSO4), который, в свою очередь, получают флотацией барита. Сульфат бария в дальнейшем восстанавливают коксом или природным газом:

 BaSO4 + 4C → BaS + 4CO  BaSO4 + 2CH4 → BaS + 2C + 4H2O

Далее сульфид при нагревании гидролизуют до гидроксида бария Ba(OH)2 или под действием CO2 превращают в нерастворимый карбонат бария BaCO3, который затем переводят в оксид бария BaO (прокаливание при 800 °C для Ba(OH)2 и свыше 1000 °C для BaCO3):

 BaS + 2H2O → Ba(OH)2 + H2S↑  BaS + H2O + CO2 → BaCO3 + H2S↑  BaCO3 → BaO + CO2 

Получают металлический барий электролизом безводного расплава хлорида бария:

 BaCl2 → Ba + Cl2 

Физические свойства

Барий — серебристо-белый ковкий металл. При резком ударе раскалывается. Существуют две аллотропные модификации бария: до 375 °C устойчив α-Ba с кубической объёмно-центрированной решёткой (а = 0,501 нм), выше устойчив β-Ba.

Твёрдость по шкале Мооса 1,25.

Хранят металлический барий в керосине или под слоем парафина.

Химические свойства

Барий — щёлочноземельный металл. На воздухе барий быстро окисляется, образуя смесь оксида бария BaO и нитрида бария Ba3N2, а при незначительном нагревании воспламеняется. Энергично реагирует с водой, образуя гидроксид бария Ba(ОН)2:

 Ba + 2H2O → Ba(OH)2 + H2↑

Активно взаимодействует с разбавленными кислотами. Многие соли бария нерастворимы или малорастворимы в воде: сульфат бария BaSO4, сульфит бария BaSO3, карбонат бария BaCO3, фосфат бария Ba3(PO4)2.

Сульфид бария BaS, в отличие от сульфида кальция CaS, хорошо растворим в воде.

Растворимые соли бария позволяют определить наличие в растворе серной кислоты и её растворимых солей по выпадению белого осадка сульфата бария, нерастворимого в воде и кислотах.

  • Легко вступает в реакцию с галогенами, образуя галогениды.
  • При нагревании с водородом образует гидрид бария BaH2, который, в свою очередь, с гидридом лития LiH даёт комплекс Li[BaH3].
  • Реагирует при нагревании с аммиаком:

 6Ba + 2NH3 → 3BaH2 + Ba3N2

Нитрид бария Ba3N2 при нагревании взаимодействует с CO, образуя цианид:

 Ba3N2 + 2CO → Ba(CN)2 + 2BaO 

С жидким аммиаком даёт тёмно-синий раствор, из которого можно выделить аммиакат [Ba(NH3)6], имеющий золотистый блеск и легко разлагающийся с отщеплением NH3. В присутствии платинового катализатора аммиакат разлагается с образованием амида бария:

 [Ba(NH3)6] → Ba(NH2)2 + 4NH3 + H2 

  1. Карбид бария BaC2 может быть получен при нагревании в дуговой печи BaO с углём.
  2. С фосфором образует фосфид Ba3P2.
  3. Барий восстанавливает оксиды, галогениды и сульфиды многих металлов до соответствующего металла.

Качественный и количественный анализ

Качественно в растворах барий обнаруживается по выпадению осадка сульфата бария BaSO4, отличимого от соответствующих сульфатов кальция и сульфатов стронция крайне низкой растворимостью в неорганических кислотах.

Родизонат натрия выделяет из нейтральных солей бария характерный красно-бурый осадок родизоната бария. Реакция является очень чувствительной, специфичной, позволяя определить 1 часть ионов бария на 210000 массовых частей раствора.

Соединения бария окрашивают пламя в желто-зелёный цвет (длина волн 455 и 493 нм).

Количественно барий определяют гравиметрическим методом в виде BaSO4 или BaCrO4.

Применение

Вакуумные электронные приборы

Металлический барий, часто в сплаве с алюминием используется в качестве газопоглотителя (геттера) в высоковакуумных электронных приборах.

Оксид бария, в составе твёрдого раствора оксидов других щёлочноземельных металлов — кальция и стронция (CaO, SrO), используется в качестве активного слоя катодов косвенного накала.

Антикоррозионный материал

Барий добавляется совместно с цирконием в жидкометаллические теплоносители (сплавы натрия, калия, рубидия, лития, цезия) для уменьшения агрессивности последних к трубопроводам, и в металлургии.

Сегнето- и пьезоэлектрик

Титанат бария используется в качестве диэлектрика при изготовлении керамических конденсаторов, а также в качестве материала для пьезоэлектрических микрофонов и пьезокерамических излучателей.

Оптика

Фторид бария применяется в виде монокристаллов в оптике (линзы, призмы).

Читайте также:  Синие драгоценные камни: ТОП-15

Пиротехника

Пероксид бария используется для пиротехники и как окислитель. Нитрат бария и хлорат бария используется в пиротехнике для окрашивания пламени (зелёный огонь).

Атомно-водородная энергетика

Хромат бария применяется при получении водорода и кислорода термохимическим способом (цикл Ок-Ридж, США).

Высокотемпературная сверхпроводимость

Пероксид бария совместно с оксидами меди и редкоземельных металлов, а также купрат бария, применяются для синтеза сверхпроводящей керамики, работающей при температуре жидкого азота и выше.

Ядерная энергетика

Оксид бария применяется для варки специального сорта стекла — применяемого для покрытия урановых стержней. Один из широкораспространённых типов таких стекол имеет следующий состав — (оксид фосфора — 61 %, BaO — 32 %, оксид алюминия — 1,5 %, оксид натрия — 5,5 %). В стекловарении для атомной промышленности применяется также и фосфат бария.

Химические источники тока

  • Фторид бария используется в твердотельных фторионных аккумуляторных батареях в качестве компонента фторидного электролита.
  • Оксид бария используется в мощных медноокисных аккумуляторах в качестве компонента активной массы (окись бария-окись меди).
  • Сульфат бария применяется в качестве расширителя активной массы отрицательного электрода при производстве свинцово-кислотных аккумуляторов.

Применение в медицине

Сульфат бария, нерастворимый и нетоксичный, применяется в качестве рентгеноконтрастного вещества при медицинском обследовании желудочно-кишечного тракта.

Цены

Цены на металлический барий в слитках чистотой 99,9 % колеблются около 30 долларов за 1 кг.

Биологическая роль и токсичность

Биологическая роль бария изучена недостаточно. В число жизненно важных микроэлементов он не входит.

Все растворимые в воде соединения бария высокотоксичны. Вследствие хорошей растворимости в воде из солей бария опасен хлорид, а также нитрат, нитрит, фторид, йодид, бромид, сульфид, хлорат и перхлорат. Хорошо растворимые в воде соли бария быстро резорбируются в кишечнике. Смерть может наступить уже через несколько часов от паралича сердца.

Симптомы острого отравления солями бария: слюнотечение, жжение во рту и пищеводе.

Боли в желудке, колики, тошнота, рвота, понос, повышенное кровяное давление, твёрдый неправильный пульс, судороги, позже возможны и параличи, синюшность лица и конечностей (конечности холодные), обильный холодный пот, мышечная слабость, в особенности конечностей, доходящая до того, что отравленный не может кивнуть головой. Расстройство походки, а также речи вследствие паралича мышц глотки и языка. Одышка, головокружение, шум в ушах, расстройство зрения.

В случае тяжёлого отравления смерть наступает внезапно или в течение одних суток. Тяжёлые отравления наступают при приёме внутрь 0,2—0,5 г солей бария, смертельная доза 0,8—0,9 г.

Для оказании первой помощи необходимо промыть желудок 1 % раствором сульфата натрия или магния. Клизмы из 10 % растворов тех же солей. Приём внутрь раствора тех же солей (20,0 частей соли на 150,0 частей воды) по столовой ложке каждые 5 мин.

Рвотные средства для удаления из желудка образовавшегося нерастворимого сульфата бария. Внутривенно 10—20 мл 3 % раствора сульфата натрия. Подкожно — камфора, кофеин, лобелин — по показаниям. Тепло на ноги. Внутрь слизистые супы и молоко.

Химический элемент барий (Ва) — строение, характеристика и свойства металла

Атом элемента и кристалл

К настоящему моменту науке известны бариевые изотопы, то есть разновидности атомов элемента, имеющие массовые числа от 114 до 153, а также ядерные изомеры в количестве 10 штук.

В форме простого вещества барий представляет собой металл светло-серебристого цвета. Показатели относительной молярной, атомной и молекулярной масс равные и составляют 137,33 г/моль. Для этого металла в чистом виде характерны:

  • мягкость;
  • ковкость;
  • вязкость.

В радиусе атом этого элемента равен 222 пикометрам. Схематичное строение атома бария с электронными слоями:

Заряд элемента всегда совпадает с его порядковым номером в периодической таблице, то есть у бария он равен 56. Конфигурация электронов на внешнем слое атома — 6s во второй степени. Электронная формула бария (в обычном и графическом представлении):

Кристаллическая решетка бария в форме простого вещества имеет кубическую структуру объемноцентрированного типа. Ее параметр, то есть размер ячейки, составляет 5,02 ангстрема.

Название и история открытия

Свое название этот элемент таблицы Менделеева получил от древнегреческого слова, означавшего «тяжелый». Открытие нового химического элемента — бария — произошло в 1774 году. Этот металл в форме оксида с формулой BaO обнаружили шведские химики Юхан Ган и Карл Шееле. Однако дальше исследования ученых не продвинулись.

Металлический барий в чистом виде был выделен химиком-англичанином Гемфри Дэви в 1808 году, после проведения опыта по получению бариевой амальгамы.

Сплав был получен Дэви путем электролиза ртутного катода и влажного едкого барита, то есть гидроксида бария.

Затем британский химик нагреванием выпарил ртуть из полученного вещества, в результате чего был впервые в истории выделен чистый металлический барий.

Природное вещество и его местонахождение

Природный барий включает в себя семь изотопов. Их доли в составе вещества (в порядке убывания) и массовые числа:

  • 71,66% — 138;
  • 11,32% — 137;
  • 7,81% — 136;
  • 6,59% — 135;
  • 2,42% — 134;
  • 0,101% — 130;
  • 0,097% — 132.

Изотоп с массовым числом 130 имеет огромный период полураспада, который во много раз превышает нынешний возраст Вселенной. Шесть других изотопов относятся к стабильному типу.

Что касается нахождения бария в природе, то в коре Земли он содержится в количестве 0,05% от общей массы этого слоя земного шара. В морской воде этот металл в среднем содержится в объеме 0,02 мг/л.

Природный барий из подгруппы щелочноземельных металлов активен. Его химические связи в составе минералов отличаются прочностью. Главными минералами, включающими в себя барий, считаются барит и витерит. К редким бариевым минералам относятся:

  • гиалофан — бариево-калиевый алюмосиликат смешанного типа;
  • цельзиан (также известен как бариевый полевой шпат) — бариевый алюмосиликат;
  • нитробарит — бариевый нитрат.

Месторождения и их ценность

Природные месторождения бария называются баритовыми рудниками. Добываемые вещества, то есть баритовые руды, по минеральным ассоциациям подразделяются на две категории: комплексную и мономинеральную.

Руды комплексного типа, в свою очередь, делятся на следующие подвиды:

  • барито-флюоритовый;
  • барито-сульфидный;
  • барито-кальцитовый;
  • железо-баритовый.

Состав баритовых руд мономинерального типа не нуждается в дополнительном пояснении. Именно месторождения руд этой категории представляют наибольшую ценность (особенно гидротермальные жильные). Также с практической стороны интересны месторождения руд барито-флюоритового и барито-сульфидного типов.

Кроме того, для промышленности особое значение имеют россыпи элювиального типа, а также пластовые месторождения метасоматического типа. Что касается редко встречающихся осадочных месторождений, образованных химическими осадками водоемов, то их ценность минимальна.

Баритовые руды, относящиеся к комплексной категории, содержат множество других полезных и ценных компонентов:

  • флюорит;
  • золото;
  • серебро;
  • галенит (источник свинца);
  • медь;
  • сфалерит (источник цинка);
  • железо;
  • олово;
  • никель;
  • кальцит;
  • кварц и так далее.

Дополнительные компоненты содержатся в баритовых рудах в промышленной концентрации. По этой причине комплексные руды имеют многоцелевое значение и применяются в самых разных областях и сферах.

Процесс получения

В качестве основного сырья в процессе получения бария используется так называемый баритовый концентрат — это 80-95-процентный бариевый сульфат (то же, что и сернокислый барий). Концентрированное вещество производится путем флотации (обогащения) барита — минерала, известного как тяжелый шпат.

Для последующего восстановления бариевого сульфата в производственном процессе используется либо каменноугольный кокс, либо природный газ. Затем сульфид нагревают для гидролиза до образования едкого барита — бариевого гидроксида. Альтернативный вариант (вместо нагревания и гидролиза) — превращение сульфида в бариевый карбонат нерастворимого типа посредством воздействия углекислым газом.

Следующее действие — перевод полученного вещества в бариевый оксид BaO. Для этого вещество прокаливают. Для прокаливания карбоната необходима температура свыше 1000 градусов Цельсия, а для гидроксида достаточно 800 градусов Цельсия.

Последний этап в процессе получения металлического бария — это электролиз расплава бариевого хлорида безводного типа. Вещество распадается на компоненты — барий и хлор отделяются друг от друга. Химическое уравнение, отражающее этот этап, максимально простое: BaCl2 = Ba + Cl2.

Барий обладает второй степенью окисления со знаком плюс. Валентность элемента совпадает с номером группы размещения в таблице Менделеева, то есть равна двум. Ковалентный радиус атома — 198 пикометров, а ионный — 134 пикометра.

По шкале Полинга показатель электроотрицательности бария составляет 0,89. Электродный потенциал элемента равняется -2,906. Энергия ионизации первого электрона достигает 502,5 кДж/моль, что равнозначно 5,21 электронвольта.

Согласно химическим свойствам бария, этот щелочноземельный металл:

  • быстро окисляется на воздухе (в результате этого взаимодействия образуется смесь бариевых соединений — оксида и нитрида);
  • воспламеняется даже при слабом нагревании;
  • с водой реагирует энергично (результатом этой реакции служит образование бариевого гидроксида);
  • с галогенами легко вступает в реакцию (образуются галогениды);
  • с кислотами разбавленного типа взаимодействует активно.
Читайте также:  САРДОНИКС: свойства, описание, кому подходит по знаку Зодиака, значение и стоимость украшений с камнем

Многие бариевые соли мало растворяются в воде или не растворяются полностью. К таким солям относятся:

  • фосфат;
  • сульфит;
  • сульфат;
  • карбонат.

Сульфид же, напротив, отлично растворяется в воде. Бариевые соли растворимого типа помогают установить содержание в растворе серной кислоты, а также ее растворимых солей. При их наличии в растворе выпадает осадок белого цвета — это бариевый сульфат, который не растворяется ни в кислотах, ни в воде.

Барий способен восстановить до соответствующего металла многие из таких соединений:

  • галогениды;
  • оксиды;
  • сульфиды.

При совместном нагревании бария и водорода образуется бариевый гидрид. Кроме того, барий при нагревании вступает в реакцию с аммиаком. Бариевые соединения при попадании в пламя окрашивают его в насыщенный желто-зеленый цвет.

Термодинамические и физические свойства бария в форме простого вещества:

  • молярный объем — 39 кубических сантиметров на моль;
  • молярная теплоемкость — 28,1 джоуля на кельвин-моль;
  • удельная теплота плавления — 7,66 килоджоуля на моль;
  • удельная теплота испарения — 142 килоджоуля на моль.

В нормальных условиях плотность этого металла составляет 3,5 грамма на кубический сантиметр. Плавится он при температуре 1002 кельвина, а кипит при температуре 1910 кельвинов. Теплопроводность металла составляет 300 кельвинов или 18,4 ватта на метр-кельвин.

Такая физическая характеристика, как ковкость, не мешает барию раскалываться при резком ударе. По шкале Мооса твердость этого металла равна 1,25. Для хранения бария требуется определенная среда. Ее обеспечивает керосин или слой парафина, которым покрывают металл.

Области использования

Этот металл используется в самых разных отраслях. В электровакуумных приборах он играет роль геттера или, проще говоря, газопоглотителя. В металлургической отрасли и в производстве теплоносителей он используется в качестве антикоррозийного материала.

Помимо этого, барию найдено применение в следующих сферах:

  • оптической;
  • пиротехнической;
  • медицинской и других.

Разумеется, это далеко не все области применения.

Воздействие на человека

Несмотря на активное использование бария в самых разных сферах, его биологическая роль пока мало изучена. К жизненно важным микроэлементам он не относится. Напротив, его воздействие на человеческий организм может быть смертельным.

В медицине применяется исключительно бариевый сульфат — это соединение нетоксично и нерастворимо. Что касается бариевых соединений, которые растворяются в воде, то их главная особенность — высокая токсичность. Абсолютно все они ядовиты и губительны для человеческого организма.

В зависимости от степени отравления бариевыми соединениями, человек может умереть всего за несколько часов (максимальный срок наступления летального исхода при сильном отравлении — сутки), поэтому крайне важно соблюдать максимальную осторожность при контакте с такими веществами и использовать их только по прямому назначению.

Барий

Барий (лат. Baryum), Ba, химический элемент II группы периодической системы Менделеева, атомный номер 56, атомная масса 137,34; серебристо-белый металл. Состоит из смеси 7 стабильных изотопов, среди которых преобладает 138Ва (71,66%).

При ядерном делении урана и плутония образуется радиоактивный изотоп 140Ва, используемый как радиоактивный индикатор. Барий был открыт шведским химиком К. Шееле (1774) в виде оксида ВаО, названной «тяжелой землей», или баритом (от греч. barys -тяжелый).

Металлический Барий (в виде амальгамы) получил английский химик Г. Дэви (1808) электролизом влажного гидрооксида Ва(ОН)2с ртутным катодом. Содержание Бария в земной коре 0,05% по массе, в свободном состоянии в природе не встречается.

Из минералов Бария промышленное значение имеют барит (тяжелый шпат) BaSO4 и реже встречающийся витерит ВаСО3.

Физические свойства Бария

Кристаллическая решетка Бария кубическая объемноцентрированная с периодом а = 5,019Å; плотность 3,76 г/см3, tnл710°С, tкип 1637-1640°С. Барий — мягкий металл (тверже свинца, но мягче цинка), его твердость по минералогической шкале 2.

Химические свойства Бария.

 Барий относится к щелочноземельным металлам и по химические свойствам сходен с кальцием и стронцием, превосходя их по активности. Барий реагирует с большинством других элементов, образуя соединения, в которых он, как правило, 2-валентен (на внешней электронной оболочке атома Бария 2 электрона, ее конфигурация 6s2).

На воздухе Барий быстро окисляется, образуя на поверхности пленку из оксида (а также пероксида и нитрида Ba3N2). При нагревании легко воспламеняется и горит желто-зеленым пламенем. Энергично разлагает воду, образуя гидрооксид бария: Ва + 2Н2О = Ва(ОН)2 + Н2. Из-за химические активности Барий хранят под слоем керосина.

Оксид ВаО — бесцветные кристаллы; на воздухе легко переходит в карбонат ВаСО3, с водой энергично взаимодействует, образуя Ва(ОН)2. Нагреванием ВаО на воздухе при 500 °С получают пероксид ВаО2, разлагающуюся при 700°С на ВаО и О2.

Нагреванием пероксида с кислородом под высоким давлением получен высший пероксид ВаО4 — вещество желтого цвета, разлагающееся при 50-60°С. С галогенами и серой Барий соединяется, образуя галогениды (например, ВаCl2) и сульфид BaS, с водородом — гидрид ВаН2, бурно разлагающийся водой и кислотами.

Из обычно применяемых солей Бария хорошо растворимы хлорид бария ВаCl2 и другие галогениды, нитрат Ba(NO3)2, сульфид BaS, хлорат Ва(ClО3)2, трудно растворимы — сульфат бария BaSO4, карбонат бария ВаСО3 и хромат ВаСrО4.

Получение Бария. 

Основным сырьем для получения Бария и его соединений служит барит, который восстанавливают углем в пламенных печах: BaSO4 + 4C = BaS + 4CO. Образующийся растворимый BaS перерабатывается на других соли Бария. Основной промышленный метод получения металлического Бария — термическое восстановление его оксида порошком алюминия: 4ВаО + 2Al = 3Ва + ВаО·Аl2О3.

Смесь нагревают при 1100-1200°С в вакууме (100 мн/м2, 10-3 мм рт. ст.). Барий улетучивается, осаждаясь на холодных частях аппаратуры.

Процесс ведут в электровакуумных аппаратах периодического действия, позволяющих последовательно проводить восстановление, дистилляцию, конденсацию и отливку металла, получая за один технологический цикл слиток Бария.

Двойной перегонкой в вакууме при 900°С металл очищают до содержания в нем примесей менее 1·10-4%.

Применение Бария.

 Практическое применение металлического Бария невелико. Оно ограничено также и тем, что манипуляции с чистым Барий затруднительны. Обычно Барий или помещают в защитную оболочку из другого металла, или сплавляют с каким-либо металлом, придающим Барию стойкость.

Иногда металлический Барий получают непосредственно в приборах, помещая в них таблетки из смеси оксидов Бария и алюминия и проводя затем термическое восстановление в вакууме. Барий, а также его сплавы с магнием и алюминием применяют в технике высокого вакуума в качестве поглотителя остаточных газов (геттера).

В небольших количествах Барий применяют в металлургии меди и свинца для их раскисления, очистки от серы и газов. В некоторые антифрикционные материалы добавляют незначительное количество Бария. Так, добавка Бария к свинцу заметно увеличивает твердость сплава, применяемого для типографских шрифтов.

Сплавы Барий с никелем применяют при изготовлении электродов запальных свечей двигателей и в радиолампах.

Широко применяются соединения Бария. Пероксид ВаО2 служит для получения пероксида водорода, для отбеливания шелка и растительных волокон, как дезинфицирующее средство и как один из компонентов запальных смесей в алюминотермии. Сульфидом BaS удаляют волосяной покров со шкур. Перхлорат Ва(ClО4)2 — один из лучших осушителей. Нитрат Ba(NO3)2 используют в пиротехнике.

Окрашенные соли Бария — хромат BaCrO4 (желтый) и манганат ВаМnO4 (зеленый) — хорошие пигменты при изготовлении красок. Платиноцианатом Бария Ba[Pt(CN)4] покрывают экраны при работе с рентгеновским и радиоактивным излучением (в кристаллах этой соли под действием излучений возбуждается яркая желто-зеленая флуоресценция). Титанат Бария ВаТiO3 — один из наиболее важных сегнетоэлектриков.

Поскольку Барий хорошо поглощает рентгеновские лучи и гамма-излучение, его вводят в состав защитных материалов в рентгеновских установках и ядерных реакторах. Соединения Бария являются инертными носителями при извлечении радия из урановых руд. Нерастворимый сульфат Бария нетоксичен и применяется как контрастная масса при рентгенологическом исследовании желудочно-кишечного тракта.

Карбонат Бария используется для уничтожения грызунов.

Барий в организме.

Барий присутствует во всех органах растений; его содержание в золе растения зависит от количества Бария в почве и колеблется от 0,06-0,2 до 3% (на месторождениях барита). Коэффициент накопления Бария (Барий в золе / Барий в почве) у травянистых растений равен 0,2-6, у древесных 1-30.

Концентрация Бария больше в корнях и ветвях, меньше — в листьях; она увеличивается по мере старения побегов. Для животных Барий (его растворимые соли) ядовит, поэтому травы, содержащие много Бария (до 2-30% в золе), вызывают у травоядных отравление. Барий отлагается в костях и в небольших количествах в других органах животных.

Доза 0,2-0,5 г хлористого Бария вызывает у человека острое отравление, 0,8-0,9 г — смерть.

Оставьте комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector