Барий

56	Цезий Барий Лантан
	56Ba
Внешний вид простого вещества
	; 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 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 в элемент главной подгруппы второй группы, шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 56. Обозначается символом Ba (лат. Barium). Простое вещество барий (CAS-номер: 7440-39-3) в мягкий, ковкий щёлочноземельный металл серебристо-белого цвета. Обладает высокой химической активностью.

Содержание

1 История
2 Происхождение названия
3 Нахождение в природе
- 3.1 Типы месторождений
4 Изотопы
5 Получение
6 Физические свойства
7 Химические свойства
8 Качественный и количественный анализ
9 Применение
10 Цены
11 Биологическая роль и токсичность
12 Примечания
13 Ссылки
14 См. также

[править] 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.

[править] Происхождение названия

Своё название получил от др.-греч. βαρύς в «тяжёлый», так как его оксид (BaO) был охарактеризован, как имеющий необычно высокую для таких веществ плотность.

[править] 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.

[править] 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.

[править] 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.

[править] Получение

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

$BaSO_{4} + 4C = BaS + 4CO{\uparrow}$

$BaSO_{4} + 2CH_{4} = BaS + 2C + 4H_{2}O{\uparrow}$

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):

$BaS + 2H_{2}O = Ba(OH)_{2} + H_{2}S{\uparrow}$

$BaS + H_{2}O + CO_{2} = BaCO_{3} + H_{2}S{\uparrow}$

$Ba(OH)_{2} = BaO + H_{2}O{\uparrow}$

$BaCO_{3} = BaO + CO_{2}{\uparrow}$

Металлический барий получают из оксида восстановлением алюминием в вакууме при 1200в1250 °C:

$4BaO + 2Al = 3Ba + BaAl_{2}O_{4}$ .

Очищают барий перегонкой в вакууме или зонной плавкой.

[править] Физические свойства

Барий в 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.

[править] Химические свойства

Барий в 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:

$Ba + 2H_{2}O = Ba(OH)_{2} + H_{2}{\uparrow}$

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:

$6Ba + 2NH_{3} = 3BaH_{2} + Ba_{3}N_{2}$

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

$Ba_{3}N_{2} + 2CO = Ba(CN)_{2} + 2BaO$

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:

$[Ba(NH_{3})_{6}] = Ba(NH_{2})_{2} + 4NH_{3} + H_{2}$

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.

[править] 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.

[править] Применение

[править] 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 в кальция и стронция (CaO, SrO), используется в качестве активного слоя катодов косвенного накала.

[править] 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.

[править] Сегнето- и пьезоэлектрик

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

[править] Оптика

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

[править] Пиротехника

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

[править] Атомно-водородная энергетика

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

[править] Высокотемпературная сверхпроводимость

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

[править] Ядерная энергетика

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

[править] 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.

[править] Применение соединений бария в медицине

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

[править] Цены

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

[править] 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 в 0,5 г солей бария, смертельная доза 0,8 в 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 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

[править] Примечания

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

[править] Ссылки

[править] См. также

Бария титанат

Это заготовка статьи о химическом элементе. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её.

[.D0.A5.D0.AD-0] в‘ Редкол.:Кнунянц И. Л. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т. в Москва: Советская энциклопедия, 1988. в Т. 1. в С. 241. в 623 с. в 100 000 экз.

[1] в‘ Барий. // Популярная библиотека химических элементов. в М.: Издательство «Наука», 1977.

[2] в‘ Поваренных А. С. Твердость минералов. в АН УССР, 1963. в С. 197-208. в 304 с.

[barium-3] в‘ Н.С. Фрумина, Н.Н. Горюнова, С.Н. Еременко. Аналитическая химия бария. в Москва: Наука, 1977.

[1]

[2]

[3]

[4]