Войти
барий является химический элемент с символом Baи атомным номером 56. Это пятый элемент в группе 2 и мягкий серебристый щелочноземельный металл. Из-за своей высокой химической реакционной способности барий никогда не встречается в природе в качестве свободного элемента.
Наиболее распространенными минералами бария являются барит (теперь называется барит) (сульфат бария, BaSO 4) и витерит (карбонат бария, BaCO 3), оба нерастворимы в воде. Название барий происходит от алхимического производного «барита», от греческого βαρύς (барис), что означает «тяжелый». Барий - прилагательная форма бария. Барий был определен как новый элемент в 1774 году, но не превратился в металл до 1808 года с появлением электролиза.
. Барий имеет несколько промышленных применений. Исторически его использовали в качестве геттера для вакуумных трубок и в форме оксида в качестве излучающего покрытия на катодах с косвенным нагревом. Он является компонентом YBCO (высокотемпературных сверхпроводников ) и электрокерамики и добавляется в сталь и чугун для уменьшения размера зерен углерода в микроструктуре. Соединения бария добавляют в фейерверки для придания зеленого цвета. Сульфат бария используется как нерастворимая добавка к нефтяной скважине буровой раствор, а также в более чистом виде, как рентгеновские радиоконтрастные вещества для визуализации желудочно-кишечного тракта человека. Водорастворимые соединения бария ядовиты и использовались в качестве родентицидов.
Окисленный барий Барий - мягкий серебристо-белый металл с легким золотистым оттенком в сверхчистом состоянии.. Серебристо-белый цвет металлического бария быстро исчезает при окислении на воздухе с образованием темно-серого слоя, содержащего оксид. Барий имеет средний удельный вес и высокую электропроводность. Поскольку барий трудно очистить, многие из его свойств точно не определены.
При комнатной температуре и давлении металлический барий принимает объемно-центрированную кубическую структуру с барием-барием. расстояние 503 пикометров, расширяющееся при нагревании со скоростью приблизительно 1,8 × 10 / ° C. Это очень мягкий металл с твердостью по шкале Мооса 1,25. Его температура плавления 1000 K (730 ° C; 1340 ° F) является промежуточной между температурой более легкого стронция (1050 K или 780 ° C или 1430 ° F) и более тяжелого радия (973 K, 700 ° C или 1292 ° F). ; однако его температура кипения 2170 К (1900 ° C; 3450 ° F) превышает температуру кипения стронция (1655 К, или 1382 ° C, или 2519 ° F). Плотность (3,62 г / см) снова является промежуточной между плотностью стронция (2,36 г / см) и радия (≈5 г / см).
Барий химически подобен магний, кальций и стронций, но еще более активны. Он всегда имеет степень окисления +2. Большинство исключений составляют несколько редких и нестабильных молекулярных частиц, которые охарактеризованы только в газовой фазе, таких как BaF, но недавно сообщалось о разновидностях бария (I) в составе интеркалированного графита. Реакции с халькогенами очень экзотермичны (выделяется энергия); реакция с кислородом или воздухом происходит при комнатной температуре. По этой причине металлический барий часто хранят в масле или в инертной атмосфере. Реакции с другими неметаллами, такими как углерод, азот, фосфор, кремний и водород, обычно являются экзотермическими и протекают при нагревании. Реакции с водой и спиртами очень экзотермичны и выделяют газообразный водород:
Барий реагирует с аммиаком с образованием комплексов, таких как Ba (NH 3)6.
Металл легко подвергается воздействию кислот. Серная кислота является заметным исключением, поскольку пассивация останавливает реакцию за счет образования нерастворимого сульфата бария на поверхности. Барий соединяется с несколькими металлами, включая алюминий, цинк, свинец и олово, образующие интерметаллические фазы и сплавы.
| O. | S. | F. | Cl. | SO. 4 | CO. 3 | O. 2 | H. | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ca. | 3,34 | 2,59 | 3,18 | 2,15 | 2,96 | 2,83 | 2,9 | 1,7 |
| Sr. | 5,1 | 3,7 | 4,24 | 3,05 | 3,96 | 3,5 | 4,78 | 3,26 |
| Ba. | 5,72 | 4,3 | 4,89 | 3,89 | 4,49 | 4,29 | 4,96 | 4,16 |
| Zn. | 5,6 | 4,09 | 4,95 | 2,09 | 3,54 | 4,4 | 1,57 | — |
Соли бария обычно белые в твердом состоянии и бесцветные в растворенном состоянии. Они более плотные, чем аналоги стронция или кальция, за исключением галогенидов (см. Таблицу; цинк приведен для сравнения).
Гидроксид бария («барита») был известен алхимикам, которые получали его путем нагревания карбоната бария. В отличие от гидроксида кальция, он поглощает очень мало CO 2 в водных растворах и поэтому нечувствителен к атмосферным колебаниям. Это свойство используется при калибровке оборудования pH.
Летучие соединения бария горят от зеленого до бледно-зеленого пламени, что является эффективным тестом для обнаружения соединения бария. Цвет получается по спектральным линиям при 455,4, 493,4, 553,6 и 611,1 нм.
Органобариевые соединения представляют собой развивающуюся область знаний: недавно открыты диалкилбарий и алкилгалобарий.
Барий, обнаруженный в земной коре, представляет собой смесь семи первичных нуклидов, бария-130, 132 и 134–138. Барий-130 подвергается очень медленному радиоактивному распаду. От до ксенон -130 посредством двойного бета плюс распад с периодом полураспада (0,5–2,7) × 10 лет (примерно в 10 раз больше возраста Вселенной). Его содержание составляет ≈0,1% от природного бария. Теоретически барий-132 может аналогичным образом подвергаться двойному бета-распаду до ксенона-132; этот распад не обнаружен. Радиоактивность этих изотопов настолько мала, что они не представляют опасности для жизни.
Из стабильных изотопов барий-138 составляет 71,7% всего бария; другие изотопы имеют уменьшающееся содержание с уменьшением массового числа.
В целом, барий имеет около 40 известных изотопов с массой от 114 до 153. Наиболее стабильным искусственным радиоизотопом является барий-133 с период полураспада примерно 10,51 года. Пять других изотопов имеют период полураспада дольше суток. Барий также имеет 10 метасостояний, из которых барий-133m1 является наиболее стабильным с периодом полураспада около 39 часов.
Сэр Хамфри Дэви, который первый изолированный металлический барий Алхимики в раннем средневековье знали о некоторых минералах бария. Гладкие, похожие на гальку камни из минерального барита были найдены в вулканических породах около Болоньи, Италия, и поэтому были названы «Болонскими камнями». Они привлекали алхимиков, потому что после воздействия света они светились годами. Фосфоресцентные свойства барита, нагретого органическими веществами, были описаны В. Кашиоролусом в 1602 году.
Карл Шееле определил, что барит содержит новый элемент в 1774 году, но не смог выделить барий, только оксид бария. Йохан Готлиб Ган также выделил оксид бария два года спустя в аналогичных исследованиях. Окисленный барий сначала был назван «баротом» Гайтоном де Морво, но Антуан Лавуазье изменил это имя на барита. Также в 18 веке английский минералог Уильям Уизеринг заметил тяжелый минерал в свинцовых рудниках Камберленда, теперь известный как витерит. Барий был впервые выделен электролизом расплавленных солей бария в 1808 году сэром Хамфри Дэви в Англии. Дэви, по аналогии с кальцием, названным «барием» в честь бариты, с окончанием «-ium», обозначающим металлический элемент. Роберт Бунзен и Август Маттиссен получили чистый барий электролизом расплавленной смеси хлорида бария и хлорида аммония.
Производство чистого кислорода в процессе Брина представляло собой крупномасштабное применение пероксида бария в 1880-х годах, до того, как его заменили электролизом и фракционной перегонкой сжиженного воздуха в начале 1900-х годов. В этом процессе оксид бария реагирует с воздухом при температуре 500–600 ° C (932–1112 ° F) с образованием пероксида бария, который разлагается при температуре выше 700 ° C (1292 ° F) с выделением кислорода:
Сульфат бария был впервые применен в качестве радиоконтрастного агента при рентгеновской визуализации пищеварительной системы в 1908 году.
Содержание бария составляет 0,0425% в земной коре и 13 мкг / л в морской воде. Основным промышленным источником бария является барит (также называемый баритами или тяжелым шпатом), минерал сульфат бария. с депозитами во многих частях мира. Другой коммерческий источник, гораздо менее важный, чем барит, - витерит, карбонат бария. Основные месторождения расположены в Англии, Румынии и бывшем СССР.
Барит, слева направо: внешний вид, график, показывающий тенденции в производстве во времени, и карта, показывающая доли наиболее важных стран-производителей в 2010 году. Запасы баритов оцениваются от 0,7 до 2 миллиардов тонн. Максимальный объем производства, 8,3 миллиона тонн, был произведен в 1981 году, но только 7-8% было использовано для металлического бария или его соединений. Производство барита выросло со второй половины 1990-х годов с 5,6 миллиона тонн в 1996 году до 7,6 миллиона тонн в 2005 году и 7,8 в 2011 году. На долю Китая приходится более 50% этого производства, за ним следуют Индия (14% в 2011 году), Марокко (8,3 %), США (8,2%), Турции (2,5%), Ирана и Казахстана (по 2,6%).
Добытая руда промывается, дробится, классифицируется и отделяется от кварца. Если кварц проникает в руду слишком глубоко или содержание железа, цинка или свинца чрезмерно высокое, используется пенная флотация. Продукт представляет собой барит чистотой 98% (по массе); чистота должна быть не менее 95% с минимальным содержанием железа и диоксида кремния. Затем он восстанавливается углеродом до сульфида бария:
Водорастворимый сульфид бария является отправной точкой для других соединений: реакция BaS с кислородом производит сульфат, азотная кислота - нитрат, углекислый газ - карбонат и так далее. Нитрат можно термически разложить с образованием оксида. Металлический барий получают восстановлением алюминием при 1100 ° C (2010 ° F). Сначала образуется интерметаллическое соединение BaAl 4 :
BaAl 4 представляет собой промежуточный продукт, вступающий в реакцию с оксидом бария с образованием металла. Обратите внимание, что не весь барий восстанавливается.
Оставшийся оксид бария реагирует с образовавшимся оксидом алюминия:
и общая реакция
Пары бария конденсируются и упаковываются в формы в атмосфере аргона. Этот метод используется в коммерческих целях и позволяет получать сверхчистый барий. Обычно продаваемый барий имеет чистоту около 99%, основными примесями являются стронций и кальций (до 0,8% и 0,25%), а другие загрязняющие вещества составляют менее 0,1%.
Аналогичная реакция с кремнием при 1200 ° C ( 2190 ° F) дает барий и. Электролиз не используется, потому что барий легко растворяется в расплавленных галогенидах и продукт довольно загрязнен.
Кристаллы бенитоита на натролите. Минерал назван в честь реки Сан-Бенито в округе Сан-Бенито, где он был впервые обнаружен. Минерал бария, бенитоит (силикат бария и титана), встречается как очень редкий голубой флуоресцентный драгоценный камень и является официальным государственным драгоценным камнем Калифорния.
Барий, as металл или в сплаве с алюминием используется для удаления нежелательных газов (геттерирование ) из электронных ламп, таких как телевизионные кинескопы. Барий подходит для этой цели из-за его низкого давления паров и реакционной способности по отношению к кислороду, азоту, диоксиду углерода и воде; он может даже частично удалять благородные газы, растворяя их в кристаллической решетке. Это приложение постепенно исчезает из-за растущей популярности бескамерных ЖК-дисплеев и плазменных установок.
Другие применения элементарного бария незначительны и включают добавку к силумину (алюминиево-кремниевые сплавы), которые улучшает их структуру, а также сплавы
Амебиаз на рентгенограмме толстая кишка, заполненная барием Сульфат бария (минеральный барит, BaSO 4) важен для нефтяной промышленности как буровой раствор в нефтяных и газовых скважинах. Осадок соединения (называемый «blanc fixe» от французского «стойкий белый») используется в красках и лаках; в качестве наполнителя звенящих чернил, пластмасс и каучуков; как пигмент для покрытия бумаги; и в наночастицах для улучшения физических свойств некоторых полимеров, таких как эпоксидные смолы.
Сульфат бария имеет низкую токсичность и относительно высокую плотность, прибл. 4,5 г / см (и, следовательно, непрозрачность для рентгеновских лучей). По этой причине он используется в качестве радиоконтрастного агента в рентгеновских изображениях пищеварительной системы («бариевая мука » и «бариевая клизма "). Литопон, пигмент, содержащий сульфат бария и сульфид цинка, представляет собой стойкий белый цвет с хорошей укрывистостью, который не темнеет при воздействии сульфиды.
Зеленый фейерверк с барием Другие соединения бария находят только нишевое применение, ограниченное токсичностью ионов Ba (карбонат бария крысиный яд ), что не является проблемой для нерастворимого покрытия из BaSO 4.
| Опасности | |
|---|---|
| Пиктограммы GHS |  |
| Сигнальное слово GHS | Опасно |
| Указания об опасности GHS | H261 |
| Меры предосторожности GHS | P231 + 232, P335 + 334, P370 + 378, P402 + 404 |
| NFPA 704 (огненный алмаз) |  3 0 1 |
Из-за высокой реакционной способности металла токсикологические данные доступны только для соединений. Растворимые соединения бария ядовиты. В низких дозах ионы бария действуют как мышечный стимулятор, а более высокие дозы влияют на нервную систему, вызывая нарушения сердечной деятельности, тремор, слабость, беспокойство, одышку и паралич. Эта токсичность может быть вызвана блокировкой Ва каналов ионов калия, которые имеют решающее значение для правильного функционирования нервной системы. Другими органами, поврежденными водорастворимыми соединениями бария (например, ионами бария), являются глаза, иммунная система, сердце, дыхательная система и кожа, вызывающие, например, слепоту и сенсибилизацию.
Барий не является канцерогенным и не вызывает не биоаккумулируется. Вдыхаемая пыль, содержащая нерастворимые соединения бария, может накапливаться в легких, вызывая доброкачественное состояние, называемое баритозом. Нерастворимый сульфат нетоксичен и не классифицируется как опасный груз в транспортных правилах.
Чтобы избежать потенциально активной химической реакции, металлический барий хранят в атмосфере аргона или под минеральными маслами. Контакт с воздухом опасен и может вызвать возгорание. Следует избегать воздействия влаги, трения, тепла, искр, пламени, ударов, статического электричества и воздействия окислителей и кислот. Все, что может контактировать с барием, должно быть заземлено. Любой, кто работает с металлом, должен носить предварительно очищенную неискрящую обувь, огнестойкую резиновую одежду, резиновые перчатки, фартук, защитные очки и противогаз. Курение в рабочей зоне обычно запрещено. После работы с барием требуется тщательная промывка.
Категория: барий.