Що таке сульфат барію? Як одержують сульфат барію? Застосування барію Кристалічні грати барію.
В 1808 Деві Гемфрі отримав барій у вигляді амальгами електролізом його сполук.
Отримання:
У природі утворює мінерали барит BaSO 4 і вітер BaCO 3 . Отримують алюмотермією або розкладанням азиду:
3BaO+2Al=Al 2 O 3 +3Ba
Ba(N 3) 2 =Ba+3N 2
Фізичні властивості:
Сріблясто-білий метал з більш високою температуроюплавлення та кипіння і більшою щільністю, ніж у лужних металів. Дуже м'який. Тпл. = 727 ° С.
Хімічні властивості:
Барій є найсильнішим відновником. На повітрі швидко покривається плівкою оксиду, пероксиду і нітриду барію, загоряється при нагріванні або простому роздавлюванні. Енергійно взаємодіє з галогенами, при нагріванні з воднем та сіркою.
Барій енергійно взаємодіє з водою та кислотами. Зберігають, як і лужні метали, у гасі.
У сполуках виявляє ступінь окиснення +2.
Найважливіші сполуки:
Оксид барію.Тверда речовина енергійно взаємодіє з водою, утворюючи гідроксид. Поглинає вуглекислий газ, переходячи у карбонат. При нагріванні до 500°С реагує з киснем з утворенням пероксиду
Пероксид барію BaO 2 біла речовина, погано розчинний, окислювач. Застосовується в піротехніці для отримання пероксиду водню, відбілювач.
Гідроксид барію Ba(OH) 2 , октагідрат Ba(OH) 2 *8H 2 O, бесцв. крист., луг. Застосовують для виявлення сульфат та карбонат іонів, для очищення рослинних та тваринних жирів.
Солі баріюбезбарвний христ. речовини. Розчинні солі сильно отруйні.
Хлоридбарію отримують взаємодією сульфату барію з вугіллям та хлоридом кальцію при 800°С - 1100°С. Реактив на сульфат-іон. застосовується у шкіряній промисловості.
Нітратбарію, барієву селітру, компонент піротехнічних складів зеленого кольору. При нагріванні розкладається із утворенням оксиду барію.
Сульфатбарію практично нерозчинний у воді та в кислотах, тому малоотруйний. застосовується для відбілювання паперу, рентгеноскопії, наповнювач баритобетону (захист від радіоактивного випромінювання).
Застосування:
Металевий барій використовується як компонент ряду сплавів, розкислювач при виробництві міді та свинцю. Розчинні солі барію отруйні, ГДК 0,5 мг/м 3 . Див. також:
С.І. Венецький Про рідкісні та розсіяні. Розповіді про метали.
Барій - елемент головної підгрупи другої групи, шостого періоду періодичної системи хімічних елементівД. І. Менделєєва, з атомним номером 56. Позначається символом Ba (лат. Barium). Проста речовина - м'яка, ковка лужноземельний металсріблясто-білого кольору. Має високу хімічну активність.
Історія відкриття баріюБарій було відкрито як оксиду BaO в 1774 р. Карлом Шееле. У 1808 році англійський хімік Гемфрі Деві електролізом вологого гідроксиду барію з ртутним катодом отримав амальгаму барію; після випаровування ртуті під час нагрівання він виділив металевий барій.
У 1774 р. шведський хімік Карл Вільгельм Шееле та його друг Юхан Готліб Ган досліджували один із найважчих мінералів – важкий шпат BaSO 4 . Їм удалося виділити невідому раніше «важку землю», яку потім назвали баритом (від грецького βαρυς – важкий). А через 34 роки Хемфрі Деві, піддавши електроліз мокру баритову землю, отримав з неї новий елемент - барій. Слід зазначити, що в тому ж 1808 р., дещо раніше Деві, Єні Якоб Берцеліус із співробітниками отримав амальгами кальцію, стронцію та барію. Так виник елемент барій.
Стародавні алхіміки проколювали BaSO 4 з деревом або деревним вугіллям і отримували фосфоресцірующіе «болонські самоцвіти». Але хімічно ці самоцвіти не BaO, а сірчистий барій BaS.
походження назви
Свою назву отримав від грецького barys - «важкий», тому що його оксид (BaO) був охарактеризований, як щільність, що має незвичайно високу для таких речовин.
Знаходження барію у природіУ земній корі міститься 0,05% барію. Це досить багато – значно більше, ніж, скажімо, свинцю, олова, міді чи ртуті. У чистому вигляді землі його немає: барій активний, він входить у підгрупу лужноземельних металів і, природно, в мінералах пов'язаний досить міцно.
Основні мінерали барію - вже згадуваний важкий шпат BaSO 4 (частіше його називають баритом) і вітрит BaCOз, названий так на ім'я англійця Вільяма Вітеринга (1741 ... 1799), який відкрив цей мінерал в 1782 р. У невеликій концентрації солі барію містяться в багатьох мінеральних водахі морській воді. Мале зміст у разі плюс, а чи не мінус, бо всі солі барію, крім сульфату, отруйні.
Типи родовищ баріюЗа мінеральними асоціаціями баритові руди поділяються на мономінеральні та комплексні. Комплексні поділяються на барито-сульфідні (містять сульфіди свинцю, цинку, іноді міді та залізного колчедану, рідше Sn, Ni, Au, Ag), барито-кальцитові (містять до 75% кальциту), залізо-баритові (містять магнетит, гематит, а у верхніх зонах гетит та гідрогетит) та барито-флюоритові (крім бариту та флюориту, зазвичай містять кварц і кальцит, а у вигляді невеликих домішок іноді присутні сульфіди цинку, свинцю, міді та ртуті).
З практичної точки зору найбільший інтерес представляють гідротермальні житлові мономінеральні, барито-сульфідні та барито-флюоритові родовища. Промислове значення мають також деякі метасоматичні пластові родовища та елювіальні розсипи. Осадові родовища, що являють собою типові хімічні опади водних басейнів, трапляються рідко і істотну роль не грають.
Як правило, баритові руди містять інші корисні компоненти (флюорит, галеніт, сфалерит, мідь, золото у промислових концентраціях), тому вони використовуються комплексно.
Ізотопи баріюПриродний барій складається із суміші семи стабільних ізотопів: 130 Ba, 132 Ba, 134 Ba, 135 Ba, 136 Ba, 137 Ba, 138 Ba. Останній є найпоширенішим (71,66%). Відомі і радіоактивні ізотопи барію, найважливішим з яких є 140 Ba. Він утворюється при розпаді урану, торію та плутонію.
Отримання баріюМетал можна отримати різними способами, зокрема при електролізі розплавленої суміші хлористого барію та хлористого кальцію Можна отримувати барій та відновлюючи його з окису алюмотермічним способом. Для цього вітрить обпалюють з вугіллям і одержують окис барію:
BaCO 3+C → BaO+2CO.
Потім суміш BaO з алюмінієвим порошком нагрівають у вакуумі до 1250°C. Пари відновленого барію конденсуються в холодних частинах труби, в якій йде реакція:
3BaO + 2Al → Al 2 O 3 + 3Ba.
Цікаво, що до складу запальних сумішей для алюмотермії часто входить перекис барію BaO 2 .
Отримати окис барію простим прожарюванням вітриту важко: вітрит розкладається лише за температури вище 1800°C. Легше отримувати BaO, прожарюючи нітрат барію Ba(NO 3) 2:
2Ba (NO 3) 2 → 2BaO + 4NO 2 + O 2 .
І при електролізі та при відновленні алюмінієм виходить м'який (твердіше свинцю, але м'якше цинку) блискучий білий метал. Він плавиться при 710°C, кипить при 1638°C, його густина 3,76 г/см 3 . Все це повністю відповідає положенню барію в підгрупі лужноземельних металів.
Відомі сім природних ізотопів барію. Найпоширеніший їх барій-138; його понад 70%.
Барій дуже активний. Він самозаймається від удару, легко розкладає воду, утворюючи розчинний гідрат окису барію:
Ba + 2H 2 O → Ba (OH) 2 + H 2 .
Водний розчин гідрату окису барію називають баритової води. Цю «воду» застосовують в аналітичній хімії для визначення CO2 у газових сумішах. Але це вже з розповіді про застосування сполук барію. Металевий барій практичного застосування майже не знаходить. У вкрай незначних кількостях його вводять у підшипникові та друкарські сплави. Сплав барію з нікелем використовують у радіолампах, чистий барій – лише у вакуумній техніці як геттер (газопоглинач).
Металевий барій одержують із оксиду відновленням алюмінієм у вакуумі при 1200-1250°С:
4BaO + 2Al = 3Ba + BaAl 2 O 4 .
Очищають барій перегонкою у вакуумі або зонною плавкою.
Одержання титану барію. Отримати його порівняно легко. Вітерит BaCO 3 при 700...800°C реагує з двоокисом титану ТЮ 2 , виходить саме те, що потрібно:
BaCO 3 + TiO 2 → BaTiO 3 + CO 2 .
основ. пром. метод отримання металевого барію з ВаО - відновлення його порошком А1: 4ВаО + 2А1 -> ЗВа + ВаО*А1 2 Про 3 . Процес проводять у реакторі при 1100-1200 °З атмосфері Аг чи вакуумі (останній спосіб кращий). Молярне співвідношення ВаО:А1 становить (1,5-2):1. Реактор поміщають у піч так, щоб температура його "холодної частини" (в ній конденсуються пари барію, що утворюються) була близько 520°С Перегонкою у вакуумі барій очищають до вмісту домішок менше 10~ 4 % по масі, а при використанні зонної плавки - до 10 ~ 6%.
Невеликі кол-ва барію отримують також відновленням ВаВеО 2 [синтезується сплавленням Ва(ОН) 2 і Ве(ОН) 2 ] при 1300°С титаном, а також розкладанням при 120°С Ba(N 3) 2 , що утворюється при обмінних р- ціях солей барію з NaN 3 .
Ацетат (ООССН 3), - бесцв. кристали; т. пл. 490 ° С (з разл.); щільн. 2,47 г/см 3 ; розтв. у воді (58,8 г на 100 г при 0°С). Нижче 25 ° С з водних розчинів кристалізується тригідрат, при 25-41 ° С - моногідрат, вище 41 ° С - безводна сіль. Отримують взаємодію. (ОН) 2 , СО 3 або BaS з СН 3 СО 2 Н. Застосовують як протраву при фарбуванні вовни і ситця.
Манганат(VI) МnО 4 - зелені кристали; не розкладається до 1000 °С. Отримують прожарюванням суміші Ba(NO 3) 2 з МnО 2 . Пігмент (касельова, або марганцова, зелень), який зазвичай використовується для фрескового живопису.
Хромат(VI)СrO 4 - жовті кристали; т. пл. 1380 ° С; - 1366,8 кДж/моль; розтв. у неорг. к-тах, не розтв. в воді. Отримують взаємодію. водних розчинів Ва(ОН) 2 або BaS з хроматами(VI) лужних металів. Пігмент (баритовий жовтий) для кераміки. ГДК 0,01 мг/м 3 (у перерахунку на Сг0 3). Пірконат ZrО 3 -бесцв. кристали; т. пл. ~269°С; - 1762 кДж/моль; розтв. у воді та водних розчинахлугів і NH 4 HCO 3 розкладається сильними неорг. до-тами. Отримують взаємодію. ZrO 2 з ОО, ВІН 2 або ВАС 3 при нагріванні. Цирконат в суміші з ТіO 3 -п'єзоелект-рик.
Бромид Вr 2 - білі кристали; т. пл. 847 ° С; щільн. 4,79 г/см 3 ; -757 кДж/моль; добре розтв. у воді, метанолі, гірше – в етанолі. З водних розчинів кристалізується дигідрат, що перетворюється на моногідрат при 75°С, у безводну сіль - вище 100°С У водних розчинах взаємод. з СО 2 і 2 повітря, утворюючи ВаСО 3 і Вr 2 . Отримують 2 взаємод. водних розчинів Ва(ОН) 2 або ВаСО 3 з бромистоводневою к-тою.
Йодид I 2 - бесцв. кристали; т. пл. 740 ° С (з разл.); щільн. 5,15 г/см 3 ; . -607 кДж/моль; добре розтв. у воді та етанолі. З гарячих водних розчинів кристалізується дигідрат (зневоднюється при 150 ° С), нижче 30 ° С - гексагідрат. Отримують 2 взаємод. водних розчинів Ва(ОН) 2 або ВаСО 3 з йодистоводневою к-тою.
Фізичні властивості баріюБарій – сріблясто-білий ковкий метал. При різкому ударі розколюється. Існують дві алотропні модифікації барію: до 375 °C стійкий α-Ba з кубічними об'ємно-центрованими гратами (параметр а = 0,501 нм), вище стійкий β-Ba.
Твердість за мінералогічною шкалою 1,25; за шкалою Моосу 2.
Зберігають металевий барій у гасі або під шаром парафіну.
Хімічні властивості баріюБарій – лужноземельний метал. Інтенсивно окислюється на повітрі, утворюючи оксид барію BaO і нітрид барію Ba 3 N 2 а при незначному нагріванні запалюється. Енергійно реагує з водою, утворюючи гідроксид барію Ba(ОН) 2:
Ba + 2Н 2 О = Ba(ОН) 2 + Н 2
Активно взаємодіє із розведеними кислотами. Багато солі барію нерозчинні або малорозчинні у воді: сульфат барію BaSO 4 , сульфіт барію BaSO 3 карбонат барію BaCO 3 фосфат барію Ba 3 (PO 4) 2 . Сульфід барію BaS, на відміну від сульфіду кальцію CaS, добре розчинний у воді.
Прир. барій складається із семи стабільних ізотопів з травня. ч. 130, 132, 134-137 та 138 (71,66%). Поперечний переріз захоплення теплових нейтронів 1,17-10 28 м2. Конфігурація зовніш. електронної оболонки 6s 2; ступінь окиснення + 2, рідко + 1; енергія іонізації ° -> + -> 2 + соотв. 5,21140 та 10,0040 еВ; електронегативність за Полінгом 0,9; атомний радіус 0,221 нм, іонний радіус 2+ 0,149 нм (координаційне число 6).
Легко входить у реакцію з галогенами, утворюючи галогеніди.
При нагріванні з воднем утворює гідрид барію BaH 2 який у свою чергу з гідридом літію LiH дає комплекс Li.
Реагує при нагріванні з аміаком:
6Ba + 2NH 3 = 3BaH 2 + Ba 3 N 2
Нітрид барію Ba 3 N 2 при нагріванні взаємодіє з CO, утворюючи ціанід:
Ba 3 N 2 + 2CO = Ba(CN) 2 + 2BaO
З рідким аміаком дає темно-синій розчин, з якого можна виділити аміакат, що має золотистий блиск і легко розкладається з відщепленням NH3. У присутності платинового каталізатора аміакат розкладається з утворенням аміду барію:
Ba(NH 2) 2 + 4NH 3 + Н 2
Карбід барію BaC 2 може бути отриманий при нагріванні в печі дугової BaO з вугіллям.
З фосфором утворює фосфід Ba 3 P 2 .
Барій відновлює оксиди, галогеніди та сульфіди багатьох металів до відповідного металу.
Застосування баріюСплав барію з А1 (сплав альба, 56%) - основа геттерів (газопоглиначів). Для отримання власне геттера барій випаровують із сплаву високочастотним нагріванням у вакуумованій колбі приладу, в результаті холодних частинах колби утворюється т. зв. барієве дзеркало (або дифузне покриття при випаровуванні в середовищі азоту). Активною частиною переважної більшості термоемісійних катодів є ВаО. Барій використовують також як розкислювач Сі та Рb, у кач-ві присадки до антифрикц. сплавів, чорним і кольоровим металам, а також до сплавів, з яких брало виготовляють друкарські шрифти для збільшення їх твердості. Сплави барію з Ni служать виготовлення електродів запальних свічок в двигунах внутр. згоряння та в радіолампах. 140 (T 1/2 12,8 днів) - ізотопний індикатор, що використовується при дослідженні сполук барію.
Металевий барій, часто в сплаві з алюмінієм використовується як газопоглинач (гетер) у високовакуумних електронних приладах.
Антикорозійний матеріалБарій додається спільно з цирконієм в рідкометалеві теплоносії (сплави натрію, калію, рубідія, літію, цезію) для зменшення агресивності останніх до трубопроводів та металургії.
Фторид барію застосовується як монокристалів в оптиці (лінзи, призми).
Пероксид барію використовується для піротехніки та як окислювач. Нітрат барію та хлорат барію використовують у піротехніці для фарбування полум'я (зелений вогонь).
Хромат барію застосовується при отриманні водню та кисню термохімічним способом (цикл Ок-Рідж, США).
Оксид барію спільно з оксидами міді та рідкісноземельних металів застосовується для синтезу надпровідної кераміки, що працює при температурі рідкого азоту і вище.
Оксид барію застосовується для варіння спеціального сорту скла - застосовується для покриття стрижнів уранових. Один із широкопоширених типів такого скла має наступний склад - (оксид фосфору - 61 %, ВАО - 32 %, оксид алюмінію - 1,5 %, оксид натрію - 5,5 %). У скловаренні для атомної промисловості застосовується також і фосфат барію.
Фторид барію використовується в твердотільних акумуляторних фторіонних батареях як компонент фторидного електроліту.
Оксид барію використовується в потужних мідноокисних акумуляторах як компонент активної маси (окис барію-окис міді).
Сульфат барію застосовується як розширювач активної маси негативного електрода при виробництві свинцево-кислотних акумуляторів.
Карбонат барію BaCO 3 додають у скляну масу, щоб підвищити коефіцієнт заломлення скла. Сірчанокислий барій застосовують у паперовій промисловості як наповнювач; якість паперу багато в чому визначається її вагою, барит BaSO 4 обтяжує папір. Ця сіль обов'язково входить у всі дорогі сорти паперу. Крім того, сульфат барію широко використовується у виробництві білої фарби літопону – продукту реакції розчинів сірчистого барію з сірчанокислим цинком:
BaS+ZnSO4 → BaSO4+ZnS.
Обидві солі, що мають білий колір, випадають в осад, у розчині залишається чиста вода.
При бурінні глибинних нафтових і газових свердловин використовується як бурова рідина завись сірчанокислого барію у воді.
Ще одна барієва сіль знаходить важливе застосування. Це титанат барію BaTiO 3 – один з найголовніших сегнетоелектриків (сегнетоелектрики ж поляризуються самі по собі, без впливу зовнішнього поля. Серед діелектриків вони виділяються так само, як феромагнітні матеріали серед провідників. Здатність до такої поляризації зберігається лише за певної температури. Поляризовані більшою діелектричною проникністю), які вважаються дуже цінними електротехнічними матеріалами.
У 1944 р. цей клас поповнився титанатом барію, сегнетоелектричні властивості якого відкрили радянським фізиком Б.М. Вулом. Особливість титанату барію полягає в тому, що він зберігає сегнетоелектричні властивості у дуже великому інтервалі температури – від близької до абсолютного нуля до +125°C.
Барій знайшов застосування у медицині. Його сірчанокислу сіль застосовують при діагностиці шлункових захворювань. BaSO 4 змішують із водою і дають проковтнути пацієнту. Сульфат барію непрозорий для рентгенівських променів, і тому ті ділянки травного тракту, якими йде «барієва каша», залишаються на екрані темними. Так лікар отримує уявлення про форму шлунка та кишок, визначає місце, де може виникнути виразка.
Вплив барію на організм людини
Шляхи надходження до організму.
Основним шляхом надходження барію в організм людини є їжа. Так, деякі морські жителі здатні накопичувати барій із навколишньої води, причому в концентраціях у 7-100 (а для деяких морських рослин до 1000) разів, що перевищують його вміст у морській воді. Деякі рослини (соєві боби та помідори, наприклад) також здатні накопичувати барій із ґрунту в 2-20 разів. Однак у районах, де концентрація барію у воді висока, питна вода також може зробити внесок у сумарне споживання барію. Надходження барію з повітря незначне.
Небезпека здоров'ю.
У ході наукових епідеміологічних досліджень, проведених під егідою ВООЗ, не знайшли підтвердження дані про зв'язок між смертністю від серцево-судинних захворювань та вмістом барію у питній воді. У короткострокових дослідженнях на добровольцях не було виявлено шкідливого ефекту на серцево-судинну системупри концентраціях барію до 10 мг/л. Щоправда, при дослідах на щурах, при вживанні останніми води навіть із невисоким вмістом барію, спостерігалося підвищення систолічного. кров'яного тиску. Це свідчить про потенційну небезпеку підвищення кров'яного тиску і у людей при тривалому вживанні води, що містить барій (такі є у USEPA).
Дані USEPA також свідчать про те, що навіть разове вживання води, вміст барію в якій значно перевищує максимально допустимі значення, може призвести до м'язової слабкості та болів у черевній ділянці. Необхідно, щоправда, врахувати, що норматив барію, встановлений стандартом якості USEPA (2.0 мг/л) значно перевищує величину, рекомендовану ВООЗ (0.7 мг/л). Російськими санітарними нормами встановлено ще жорсткіше значення ГДК по барію у питній воді - 0.1 мг/л. Технології видалення води: іонний обмін, зворотний осмос, електродіаліз.
BaSO 4 + 2CH 4 = BaS + 2C + 4H 2 O
BaCO 3 + C = BaO + 2CO
Металевий барій одержують, відновлюючи його оксидом алюмінію.
BaO + 2 Al = 3 Ba + Al 2 O 3Вперше цей процес
cc здійснив російський фізико-хімік Н. Н. Бекетов. Ось як він описував свої досліди: «Я взяв безводний окис барію і, додавши до неї деяку кількість хлористого барію, як плавня, поклав цю суміш разом зі шматками глині (алюмінію) у вуглецю тигель і розжарював його кілька годин. Після охолодження тигля я знайшов у ньому металевий сплав зовсім іншого виду і фізичних властивостей, аніж глиній. Цей сплав має великокристалічну будову, дуже крихкий, свіжий злам має слабкий жовтуватий відблиск; аналіз показав, що він складається на 100 год з 33,3 барію та 66,7 глію або, інакше, на одну частину барію містив дві частини глини...». Наразі процес відновлення алюмінієм проводять у вакуумі при температурах від 1100 до 1250° C , при цьому утворюється барій випаровується і конденсується більш холодних частинах реактора.Крім того, барій можна отримати електролізом розплавленої суміші хлоридів барію та кальцію.
Проста речовина. Барій сріблясто-білий ковкий метал, при різкому ударі розколюється. Температура плавлення 727°, температура кипіння 1637°, щільність 3,780 г/см 3 . При звичайному тиску існує двох алотропних модифікаціях: до 375° C стійкий a - Ba з кубічними об'ємно-центрованими гратами, вище 375° С стійкий b - Ba . При підвищеному тискуутворюється гексагональна модифікація. Металевий барій має високу хімічну активність, він інтенсивно окислюється на повітрі, утворюючи плівку, що містить BaO , BaO 2 та Ba 3 N 2 при незначному нагріванні або при ударі запалюється.2Ba + O 2 = 2BaO; Ba + O 2 = BaO 2; 3Ba + N 2 = Ba 3 N 2тому барій зберігають під шаром гасу або парафіну. Барій енергійно реагує з водою та розчинами кислот, утворюючи гідроксид барію або відповідні солі:Ba + 2H 2 O = Ba(OH) 2 + H 2Ba + 2HCl = BaCl 2 + H 2
З галогенами барій утворює галогеніди, з воднем і азотом при нагріванні відповідно гідрид і нітрид.Ba + Cl 2 = BaCl 2; Ba + H 2 = BaH 2Металевий барій розчиняється у рідкому аміаку з утворенням темно-синього розчину, з якого можна виділити аміакат. Ba (NH 3) 6 | кристали із золотистим блиском, легко розкладаються з виділенням аміаку. У цьому вся з'єднанні барій має нульову ступінь окислення.Застосування у промисловості та науці. Застосування металевого барію дуже обмежене через його високу хімічну активність, з'єднання барію використовуються набагато ширше. Сплав барію з алюмінієм | сплав альба, що містить 56% Ba основа геттерів (поглиначів залишкових газів у вакуумній техніці). Для отримання власне геттера барій випаровують зі сплаву, нагріваючи його у вакуумованій колбі приладу, в результаті на холодних частинах колби утворюється барієве дзеркало. У невеликих кількостях барій використовується у металургії для очищення розплавлених міді та свинцю від домішок сірки, кисню та азоту. Барій додають у друкарські та антифрикційні сплави, сплав барію з нікелем використовується для виготовлення деталей радіоламп та електродів свічок запалювання у карбюраторних двигунах. Крім того, є нестандартні застосування барію. Одне з них створення штучних комет: випущені з борту космічного апаратупари барію легко іонізуються сонячними променями і перетворюються на яскраву плазмову хмару. Перша штучна комета була створена 1959 року під час польоту радянської автоматичної міжпланетної станції «Луна-1». На початку 1970-х німецькі та американські фізики, проводячи дослідження електромагнітного поляЗемлі, що викинули над територією Колумбії 15 кілограм дрібного порошку барію. Плазмова хмара, що утворилася, витягнулася вздовж ліній магнітного поля, дозволивши уточнити їх положення. У 1979 струмені барієвих частинок використовували вивчення полярного сяйва.З'єднання барію. Найбільший практичний інтерес становлять сполуки двовалентного барію.Оксид барію(
BaO ): проміжний продукт у виробництві барію тугоплавкий (температура плавлення близько 2020° C ) білий порошок, що реагує з водою, утворюючи гідроксид барію, поглинає вуглекислий газ з повітря, переходячи в карбонат:BaO + H 2 O = Ba(OH) 2; BaO + CO2 = BaCO3Прожарюється на повітрі при температурі 500°600° C оксид барію реагує з киснем, утворюючи пероксид, який при подальшому нагріванні до 700° C знову переходить в оксид, відщеплюючи кисень:2BaO + O 2 = 2BaO 2; 2BaO 2 = 2BaO + O 2Так отримували кисень аж до кінця 19 ст., Поки не був розроблений метод виділення кисню перегонкою рідкого повітря.В лабораторії оксид барію можна отримати прожарюванням нітрату барію:
2Ba(NO 3) 2 = 2BaO + 4NO 2 + O 2Зараз оксид барію використовується як водовіднімний засіб, для отримання пероксиду барію та виготовлення керамічних магнітів з феррату барію (для цього суміш порошків оксидів барію та заліза спікають під пресом у сильному магнітному полі), але основне застосування оксиду барію – виготовлення термоемісійних катодів. У 1903 році молодий німецький вчений Венельт перевіряв закон випромінювання електронів. твердими тіламивідкритий незадовго до цього англійським фізиком Річардсоном. Перший із дослідів із платиновим дротом повністю підтвердив закон, але контрольний експеримент не вдався: потік електронів різко перевищував очікуваний. Оскільки властивості металу було неможливо змінитися, Венельт припустив, що у поверхні платини є якась домішка. Перепробувавши можливі забруднювачі поверхні, він переконався, що додаткові електрони випускав оксид барію, що входив до складу мастила вакуумного насоса, що використовується в експерименті. Однак науковий світ не відразу визнав це відкриття, оскільки його спостереження не вдавалося відтворити. Лише майже через чверть століття англієць Колер показав, що для прояву високої термоелектронної емісії оксид барію потрібно прогрівати за дуже низький тисккисню. Пояснити це явище змогли тільки в 1935. Німецький вчений Поль припустив, що електрони випускаються невеликою домішкою барію в оксиді: при низьких тисках частина кисню випаровується з оксиду, а барій, що залишився, легко іонізується з утворенням вільних електронів, які залишають кристал при нагріванні:2BaO = 2Ba + O 2; Ba = Ba 2+ + 2е Правильність цієї гіпотези була остаточно встановлена наприкінці 1950-х радянськими хіміками А.Бунделем та П.Ковтуном, які виміряли концентрацію домішки барію в оксиді та зіставили її з потоком термоемісії електронів. Зараз оксид барію є активною частиною більшості термоемісійних катодів. Так, наприклад, пучок електронів, що формує зображення на екрані телевізора або комп'ютерного монітора, випускається оксидом барію.Гідроксид барію, октагідрат(
Ba (OH ) 2 · 8 H 2 O ). Білий порошок, добре розчинний у гарячій воді(більше 50% за 80° C ), гірше у холодній (3,7% при 20° C ). Температура плавлення октагідрату 78° C при нагріванні до 130° C він переходить у безводний Ba (OH ) 2 . Гідроксид барію отримують розчиняючи оксид у гарячій воді або нагріваючи сульфід барію в потоці перегрітої пари. Гідроксид барію легко реагує з вуглекислим газом, тому його водний розчин, званий «баритової водою» використовують в аналітичній хімії як реактив на CO 2 . Крім того, «баритова вода» служить реактивом на сульфат-і карбонат-іони. Гідроксид барію застосовується для видалення сульфат-іонів з рослинних та тваринних олій та промислових розчинів, для отримання гідроксидів рубідії та цезію, як компонент мастил.Карбонат барію(
BaCO 3). У природі - мінерал вітрить. Білий порошок, нерозчинний у воді, розчинний у сильних кислотах (крім сірчаної). При нагріванні до 1000 С розкладається з виділенням CO 2: BaCO 3 = BaO + CO 2Карбонат барію додають у скло для збільшення його коефіцієнта заломлення, вводять до складу емалей та глазурів.
Сульфат барію(
BaSO 4). У природі барит (важкий або перський шпат) основний мінерал барію білий порошок (температура плавлення близько 1680 ° C ), практично нерозчинний у воді (2,2 мг/л при 18° C ), повільно розчиняється в концентрованій сірчаній кислоті.З сульфатом барію давно пов'язане виробництво фарб. Щоправда, спочатку його використання мало кримінальний характер: у подрібненому вигляді барит підмішували до свинцевих білил, що значно здешевлювало кінцевий продукт і водночас погіршувала якість фарби. Тим не менш, такі модифіковані білила продавалися за тією ж ціною, що й звичайні, приносячи значний прибуток власникам фарбувальних заводів. Ще в 1859 до департаменту мануфактур і внутрішньої торгівлі надійшли відомості про шахрайські махінації ярославських заводчиків, що додавали до свинцевих білил важкий шпат, що «вводить споживачів в обман на рахунок справжньої якості товару, причому надійшло і прохання про заборону призначених заводчиків. ». Але ці скарги ні до чого не спричинили. Досить сказати, що в 1882 р. в Ярославлі було засновано шпатовий завод, який, у 1885 р. випустив 50 тисяч пудів подрібненого важкого шпату. На початку 1890-х Д.І.Менделєєв писав: «...У домішку до білилів на багатьох заводах домішується барит, так як і привезені з-за кордону білила, для зменшення ціни, містять цей підмішування».
Сульфат барію входить до складу літопону - неотруйної білої фарби з високою здатністю, що криє, широко затребуваної на ринку. Для виготовлення літопону змішують водні розчинисульфіду барію і сульфату цинку, при цьому відбувається обмінна реакція і в осад випадає суміш дрібнокристалічних сульфату барію і сульфіду цинку - літопон, а в розчині залишається чиста вода.
BaS + ZnSO 4 = BaSO 4 + ZnSУ виробництві дорогих сортів паперу сульфат барію відіграє роль наповнювача і обтяжувача, роблячи папір білішим і щільнішим, його використовують і як наповнювач гум і кераміки.
Більше 95% бариту, що видобувається у світі, використовується для приготування робочих розчинів для буріння глибоких свердловин.
Сульфат барію сильно поглинає рентгенівські та гамма-промені. Ця властивість широко використовується в медицині для діагностики шлунково-кишкових захворювань. Для цього пацієнту дають проковтнути суспензію сульфату барію у воді або його суміш з манною кашею «барієву кашу» і потім просвічують рентгенівськими променями. Ті ділянки травного тракту, якими проходить «барієва каша», на знімку виглядають темними плямами. Так лікар може отримати уявлення про форму шлунка та кишок, визначити місце виникнення захворювання. Сульфат барію використовується також для виготовлення баритобетону, який використовується при будівництві атомних електростанцій та атомних заводів для захисту від проникаючої радіації.
Сульфід барію(
BaS ). Проміжний продукт у виробництві барію та його сполук. Торговий продукт є сірий пухкий порошок, погано розчинний у воді. Сульфід барію застосовується для отримання літопону, у шкіряній промисловості для видалення волосяного покриву зі шкір, для одержання сірководню. BaS компонент багатьох люмінофорів речовин, що світяться після поглинання світлової енергії. Саме його отримав Касціароло, прожарюючи барит із вугіллям. Сам по собі сульфід барію не світиться: необхідні добавки речовин-активаторів солей вісмуту, свинцю та інших металів.Титанат барію(
BaTiO 3). Одне з найбільш промислово важливих сполук барію - біле тугоплавке (температура плавлення 1616 ° C ) кристалічна речовина, нерозчинна у воді. Отримують титанат барію сплавленням діоксиду титану з карбонатом барію при температурі близько 1300° C: BaCO 3 + TiO 2 = BaTiO 3 + CO 2Титанат барію - один з кращих сегнетоелектриків ( см. такожСЕГНЕТОЕЛЕКТРИКИ), дуже цінних електротехнічних матеріалів. У 1944 радянський фізик Б.М.Вул виявив неабиякі сегнетоелектричні здібності (дуже високу діелектричну проникність) у титанату барію, який зберігав їх у широкому температурному діапазоні майже від абсолютного нуля до +125°
C . Ця обставина, а також велика механічна міцність і вологостійкість барію титанату сприяли тому, що він став одним з найважливіших сегнетоелектриків, використовуваних, наприклад, для виготовлення електричних конденсаторів. Титанат барію, як і всі сегнетоелектрики, має і п'єзоелектричні властивості: змінює свої електричні характеристики під дією тиску. При дії змінного електричного поля в кристалах виникають коливання, у зв'язку з чим їх використовують у п'єзоелементах, радіосхемах і автоматичних системах. Титанат барію застосовували під час спроб виявити гравітаційні хвилі.Інші сполуки барію. Нітрат та хлорат (Ba (ClO 3) 2) барію | складова частина феєрверків, добавки цих сполук надають полум'я яскраво-зелене забарвлення. Пероксид барію входить до складу запальних сумішей для алюмінію. Тетраціаноплатинат( II) барію (Ba [Pt (CN ) 4 ]) світиться під впливом рентгенівських та гамма-променів. У 1895 р. німецький фізик Вільгельм Рентген, спостерігаючи свічення цієї речовини припустив існування нового випромінювання, названого згодом рентгенівським. Зараз тетраціаноплатінатом ( II ) барію покривають екрани приладів, що світяться. Тіосульфат барію ( BaS 2 O 3) надає безбарвному лаку перлинного відтінку, а, змішавши його з клеєм, можна досягти повної імітації перламутру.Токсикологія сполук барію. Усі розчинні солі барію отруйні. Сульфат барію, який застосовується при рентгеноскопії, практично нетоксичний. Смертельна дозахлориду барію становить 0,8 0,9 г, карбонату барію 2 4 г. При прийомі всередину отруйних сполук барію виникають печіння в роті, болі в області шлунка, слинотеча, нудота, блювання, запаморочення, м'язова слабкість, задишка, уповільнення пульсу та падіння артеріального тиску. Основний метод лікування отруєнь барієм - промивання шлунка та вживання проносних засобів.Основними джерелами надходження барію в організм людини є їжа (особливо морепродукти) та питна вода. За рекомендацією Всесвітньої організацією охорони здоров'я вміст барію в питній воді не повинен перевищувати 0,7 мг/л, у Росії діють набагато жорсткіші норми 0,1 мг/л.
Юрій Крутяков
ЛІТЕРАТУРА Фігуровський Н.А. Історія відкриття елементів та походження їх неназв. М., Наука, 1970Венецький С.І. Про рідкісні та розсіяні. Розповіді про метали. М., neМеталургія, 1980
Популярна бібліотека хімічних елементів. Під. ред.neІ.В.Петрянова-Соколова М., Наука, 1983
Інформаційно-аналітичний огляд Стан та перспективи світового та внутрішнього ринківкольорових, рідкісних та благородних металів. Випуск 18. Баріт. М., 2002
Барій- Елемент головної підгрупи другої групи, шостого періоду періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва, з атомним номером 56. Позначається символом Ba (лат. Barium). Проста речовина - м'який, ковкий лужноземельний метал сріблясто-білого кольору. Має високу хімічну активність. Історія відкриття барію
1 елемент таблиці МенделєєваБарій було відкрито як оксиду BaO в 1774 р. Карлом Шееле. У 1808 році англійський хімік Гемфрі Деві електролізом вологого гідроксиду барію з ртутним катодом отримав амальгаму барію; після випаровування ртуті під час нагрівання він виділив металевий барій.
У 1774 р. шведський хімік Карл Вільгельм Шееле та його друг Юхан Готліб Ган досліджували один із найважчих мінералів – важкий шпат BaSO4. Їм вдалося виділити невідому раніше «важку землю», яку згодом назвали баритом (від грецького βαρυς – важкий). А через 34 роки Хемфрі Деві, піддавши електроліз мокру баритову землю, отримав з неї новий елемент - барій. Слід зазначити, що в тому ж 1808 р., дещо раніше Деві, Єні Якоб Берцеліус із співробітниками отримав амальгами кальцію, стронцію та барію. Так виник елемент барій.
Стародавні алхіміки прожарювали BaSO4 з деревом або деревним вугіллям і отримували фосфоресцірующіе «болонські самоцвіти». Але хімічно ці самоцвіти не BaO, а сірчистий барій BaS.
Свою назву отримав від грецького barys — «важкий», тому що його оксид (BaO) був охарактеризований, як щільність, що має незвичайно високу для таких речовин.
У земній корі міститься 0,05% барію. Це досить багато – значно більше, ніж, скажімо, свинцю, олова, міді чи ртуті. У чистому вигляді землі його немає: барій активний, він входить у підгрупу лужноземельних металів і, природно, в мінералах пов'язаний досить міцно.
Основні мінерали барію - вже згадуваний важкий шпат BaSO4 (найчастіше його називають баритом) і вітрит BaCOз, названий так на ім'я англійця Вільяма Вітерінга (1741...1799), який відкрив цей мінерал у 1782 р. У невеликій концентрації солі барію містяться в багатьох мінеральних вод і морської води. Мале зміст у разі плюс, а чи не мінус, бо всі солі барію, крім сульфату, отруйні.
|
|||
| Властивості атома | |||
|---|---|---|---|
| Назва, символ, номер |
Барій / Barium (Ba), 56 |
||
| Атомна маса (Молярна маса) |
137,327(7)(г/моль) |
||
| Електронна конфігурація | |||
| Радіус атома | |||
| Хімічні властивості | |||
| Ковалентний радіус | |||
| Радіус іона | |||
| Електронегативність |
0,89 (шкала Полінга) |
||
| Електродний потенціал | |||
| Ступені окислення | |||
| Енергія іонізації (Перший електрон) |
502,5 (5,21) кДж/моль (еВ) |
||
| Термодинамічні властивості простої речовини | |||
| Щільність (за н. у.) | |||
| Температура плавлення | |||
| Температура кипіння | |||
| Уд. теплота плавлення |
7,66 кДж/моль |
||
| Уд. теплота випаровування |
142,0 кДж/моль |
||
| Молярна теплоємність |
28,1 Дж/(K·моль) |
||
| Молярний обсяг |
39,0 см³/моль |
||
| Кристалічні грати простої речовини | |||
| Структура ґрат |
кубічна |
||
| Параметри решітки | |||
| Інші характеристики | |||
| Теплопровідність |
(300 K) (18.4) Вт/(м·К) |
||
Барій - елемент головної підгрупи другої групи, шостого періоду періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва, з атомним номером 56. Позначається символом Ba (лат. Barium). Проста речовина барій (CAS-номер: 7440-39-3) - м'який, ковкий лужноземельний метал сріблясто-білого кольору. Має високу хімічну активність.
Знаходження у природі
Рідкісні мінерали барію: цельзіан або барієвий польовий шпат (алюмосилікат барію), гіалофан (змішаний алюмосилікат барію та калію), нітробарит (нітрат барію) та ін.
Отримання Барію
Метал можна отримати різними способами, зокрема при електроліз розплавленої суміші хлористого барію і хлористого кальцію. Можна отримувати барій та відновлюючи його з окису алюмотермічним способом. Для цього вітрить обпалюють з вугіллям і одержують окис барію:
BaCO 3+C > BaO+2CO.
Потім суміш BaO з алюмінієвим порошком нагрівають у вакуумі до 1250°C. Пари відновленого барію конденсуються в холодних частинах труби, в якій йде реакція:
3BaO + 2Al > Al 2 O 3 + 3Ba.
Цікаво, що до складу запальних сумішей для алюмотермії часто входить перекис барію BaO 2 .
Отримати окис барію простим прожарюванням вітриту важко: вітрит розкладається лише за температури вище 1800°C. Легше отримувати BaO, прожарюючи нітрат барію Ba(NO 3) 2:
2Ba (NO 3) 2 > 2BaO + 4NO 2 + O 2 .
І при електролізі та при відновленні алюмінієм виходить м'який (твердіше свинцю, але м'якше цинку) блискучий білий метал. Він плавиться при 710°C, кипить при 1638°C, його густина 3,76 г/см 3 . Все це повністю відповідає положенню барію в підгрупі лужноземельних металів.