Барий

56 ЦезийБарийЛантан
Внешний вид простого вещества
Барий в пробирке
Мягкий, слегка вязкий серебристо-белый металл
Свойства атома
Имя, символ, номер

Барий/ Barium (Ba), 56

Атомная масса
(молярная масса)

137, 327 а. е. м. (г/моль

)
Электронная конфигурация

[Xe] 6s2

Радиус атома

222 пм

Химические свойства
Ковалентный радиус

198 пм

Радиус иона

(+2e) 134 пм

Электроотрицательность

0, 89 (шкала Полинга

)
Электродный потенциал

-2, 906

Степени окисления

2

Энергия ионизации
(первый электрон)

502, 5 (5, 21) кДж/моль (эВ

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

3, 5 г/см³

Температура плавления

1 002 K

Температура кипения

1 910 K

Теплота плавления

7, 66 кДж/моль

Теплота испарения

142, 0 кДж/моль

Молярная теплоёмкость

28, 1[1] Дж/(K·моль

)
Молярный объём

39, 0 см³/моль

Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки

кубическая
объёмноцентрированая

Параметры решётки

5, 020 Å

Прочие характеристики
Теплопроводность

(300 K) (18.4) Вт/(м·К

)
56
Барий
Ba
137, 327
6s2

Ба́рий — элемент главной подгруппы второй группы, шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 56. Обозначается символом Ba (латBarium). Простое вещество барий (CAS-номер: 7440-39-3) — мягкий, ковкий щёлочноземельный металл серебристо-белого цвета. Обладает высокой химической активностью

.

Содержание

История

Барий был открыт в виде оксида BaO в 1774 г. Карлом Шееле и Юханом Ганом[2]. 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», так как его оксид (BaO) был охарактеризован, как имеющий необычно высокую для таких веществ плотность

.

Нахождение в природе

Содержание бария в земной коре составляет 0, 05 % по массе; в морской воде среднее содержание бария составляет 0, 02 мг/литр. 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

Природный барий состоит из смеси семи стабильных изотопов: 130Ba, 132Ba, 134Ba, 135Ba, 136Ba, 137Ba, 138Ba. Последний является самым распространенным (71, 66 %). Известны и радиоактивные изотопы бария, наиболее важным из которых является 140Ba. Он образуется при распаде урана, тория и плутония

.

Получение

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

:
\mathsf{BaSO_4 + 4C \rightarrow BaS + 4CO}
\mathsf{BaSO_4 + 2CH_4 \rightarrow BaS + 2C + 4H_2O}

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

):
\mathsf{BaS +2H_2O \rightarrow Ba(OH)_2 + H_2S\uparrow}
\mathsf{BaS + H_2O + CO_2 \rightarrow BaCO_3 + H_2S\uparrow}
\mathsf{Ba(OH)_2 \rightarrow BaO + H_2O}
\mathsf{BaCO_3 \rightarrow BaO + CO_2}

Металлический барий получают из оксида восстановлением алюминием в вакууме при 1200—1250 °C

:
\mathsf{3BaO + 2Al \rightarrow 3Ba + Al_2O_3}

Очищают барий перегонкой в вакууме или зонной плавкой

.

Физические свойства

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

.

Твердость по минералогической шкале 1, 25.[3]

Хранят металлический барий в керосине или под слоем парафина

.

Химические свойства

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

:
\mathsf{Ba + 2H_2O \rightarrow Ba(OH)_2 + H_2\uparrow}

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

.

Легко вступает в реакцию с галогенами, образуя галогениды

.

При нагревании с водородом образует гидрид бария BaH2, который в свою очередь с гидридом лития LiH дает комплекс Li[BaH3

].

Реагирует при нагревании с аммиаком

:
\mathsf{6Ba + 2NH_3 \rightarrow 3BaH_2 + Ba_3N_2}

Нитрид бария Ba3N2 при нагревании взаимодействует с CO, образуя цианид

:
\mathsf{Ba_3N_2 + 2CO \rightarrow Ba(CN)_2 + 2BaO}

С жидким аммиаком дает темно-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

:
\mathsf{[Ba(NH_3)_6] \rightarrow Ba(NH_2)_2 + 4NH_3 + H_2}

Карбид бария BaC2 может быть получен при нагревании в дуговой печи BaO с углем

.

С фосфором образует фосфид Ba3P2

.

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[4]

.

Соединения бария окрашивают пламя в желто-зеленый 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

).

Пиротехника

Пероксид бария используется для пиротехники и как окислитель. Нитрат бария и хлорат бария используется в пиротехнике для окрашивания пламени (зеленый 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 применяется 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 широкораспространенных типов таких стекол имеет следующий состав — (оксид фосфора — 61 %, ВаО — 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 соединений бария 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, 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, твердый неправильный пульс, судороги, позже возможны и параличи, синюха 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 тяжелого отравления смерть наступает внезапно или в течение одних суток. Тяжелые отравления наступают при приеме внутрь 0, 2 — 0, 5 г солей бария, смертельная доза 0, 8 — 0, 9 г

.

Для оказании первой помощи необходимо промыть желудок 1%-ным раствором сульфата натрия или магния. Клизмы из 10%-ных растворов тех же солей. Приём внутрь раствора тех же солей (20, 0 ч. соли на 150, 0 ч. воды) по столовой ложке каждые 5 мин. Рвотные средства для удаления из желудка образовавшегося нерастворимого сульфата бария. Внутривенно 10-20 мл 3%-ного раствора сульфата натрия. Подкожно — камфора, кофеин, лобелин — по показаниям. Тепло на ноги. Внутрь слизистые супы и молоко

.

См. также

Примечания

  1. Редкол.:Кнунянц И. Л. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — С. 241. — 623 с. — 100 000 экз.
  2. Барий.// Популярная библиотека химических элементов. — М.: Издательство «Наука», 1977.
  3. Поваренных А. С. Твердость минералов. — АН УССР, 1963. — С. 197-208. — 304 с.
  4. Н.С. Фрумина, Н.Н. Горюнова, С.Н. Еременко. Аналитическая химия бария. — Москва: Наука, 1977.

Ссылки



Wikimedia Foundation. 2010.