Барий свойства история открытия - ABCD42.RU

Барий свойства история открытия

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

В ячейке под порядковым номером 56 периодической системы Менделеева располагается химический элемент барий. В таблице он находится в шестом периоде, второй группе, главной подгруппе (A). Обозначается барий символом Ba (от латинского наименования элемента — Barium). В периоде он окружен цезием и лантаном, в группе — стронцием и радием. Для бария характерна высокая химическая активность. Как и все элементы второй группы, он относится к щелочноземельным металлам.

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.

Свойства металла

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.

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 история

БАРИЙ ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ ЭЛЕМЕНТА

В 1774 г. шведский химик Карл Вильгельм Шееле и его друг Юхан Готлиб Ган исследовали один из самых тяжелых минералов — тяжелый шпат BaSО4. Им удалось выделить неизвестную раньше «тяжелую землю», которую потом назвали баритом (от греческого βαρυς — тяжелый).

А через 34 года Хэмфри Дэви, подвергнув электролизу мокрую баритовую землю, получил из нее новый элемент — барий. Следует отметить, что в том же 1808 г., несколько раньше Дэви, Пенс Якоб Берцелиус с сотрудниками получил амальгамы кальция, стронция и бария.

Так появился элемент барий.Естествен вопрос: почему барий не открыли раньше, ведь главный его минерал BaSО4 известен с XVII в.? «Вскрыть» этот минерал, выделить из него «землю», окисел, оказалось не под силу предшественникам Шееле и Гана. Еще алхимики прокаливали BaSО4 с деревом или древесным углем и получали фосфоресцирующие «болонские самоцветы». Но химически эти самоцветы не ВаО, а сернистый барий BaS.Интересно, что в чистом виде сульфид бария не светится: необходимы микропримеси веществ-активаторов — солей висмута, свинца, молибдена и других металлов.

Барий вокруг нас

В земной коре содержится 0,05% бария. Это довольно много — значительно больше, чем, скажем, свинца, олова, меди или ртути. В чистом виде в земле его нет: барий активен, он входит в подгруппу щелочноземельных металлов и, естественно, в минералах связан достаточно прочно.Основные минералы бария — уже упоминавшийся тяжелый шпат BaSO4 (чаще его называют баритом) и витерит ВаСО3, названный так по имени англичанина Уильяма Витеринга (1741—1799), который открыл этот минерал в 1782 г. В небольшой концентрации соли бария содержатся во многих минеральных водах и морской воде. Малое содержание в этом случае плюс, а не минус, ибо все соли бария, кроме сульфата, ядовиты.

Читайте также  История болезни - Педиатрия аллергический дерматит

Знаменитый польский писатель-фантаст и философ Станислав Лем в своей книге «Сумма технологии» высказал мысль, что природа — вовсе не такой уж гениальный конструктор, каким ее хотят представить многие ученые. Возможно, что это и так, но природе нельзя отказать в одном — в большой придирчивости. Так, создавая живое вещество, она из 107 известных нам элементов использовала около 20 (включая микроэлементы). И барию здесь повезло. Он попал в число «избранных», правда, в основном как спутник кальция. Барий встречается в стеблях морских водорослей, в известковом покрове морских животных, в золе деревьев и растений.

Чистый барий и баритовая вода

Барий можно получить разными способами, в частности при электролизе расплавленной смеси хлористого бария и хлористого кальция. Можно получать барий и восстанавливая его из окиси алюмотермическим способом. Для этого витерит обжигают с углем и получают окись бария:

ВаСО3 + С → ВаО + 2СО.

Затем смесь ВаО с алюминиевым порошком нагревают в вакууме до 1250° С. Пары восстановленного бария конденсируются в холодных частях трубы, в которой идет реакция:

Интересно, что в состав запальных смесей для алюмо-термии часто входит перекись бария ВаO2.Получить окись бария простым прокаливанием витерита трудно: витерит разлагается лишь при температуре выше 1800° С. Легче получать ВаО, прокаливая нитрат бария Ba(NO3)2:

И при электролизе и при восстановлении алюминием получается мягкий (тверже свинца, но мягче цинка) блестящий белый металл. Он плавится при 710° С, кипит при 1638° С, его плотность 3,76 г/см3. Все это полностью соответствует положению бария в подгруппе щелочноземельных металлов.Известны семь природных изотопов бария. Самый распространенный из них барий-138; его больше 70%.Барии весьма активен. Он самовоспламеняется от удара, легко разлагает воду, образуя растворимый гидрат окиси бария:

Водный раствор гидрата окиси бария называют баритовой водой. Эту «воду» применяют в аналитической химии для определения СO2 в газовых смесях. Но это уже из рассказа о применении соединений бария. Металлический же барий практического применения почти не находит. В крайне незначительных количествах его вводят в подшипниковые и типографские сплавы. Сплав бария с никелем используют в радиолампах, чистый барий — только в вакуумной технике как геттер (газопоглотитель).

Статья на тему барий история

Барий – польза, возможности и опасность металла

Первое название этого химического элемента – тяжелая земля. Свойства бария ценят атомщики, врачи, металлурги. Его влияние на человека бывает фатальным.

  1. Что представляет собой
  2. Как был открыт
  3. Нахождение в природе
  4. Технология получения
  5. Физико-химические характеристики
  6. Где используется
  7. Атом, химия
  8. Другие отрасли промышленности
  9. Непромышленный сегмент
  10. Биологическое воздействие
  11. Предупреждение
  12. Стоимость

Что представляет собой

Барий – это химический элемент, занимающий ячейку 56 таблицы Менделеева:

  • Изначально это мягкое, пластичное с вязкой структурой вещество серебристого цвета.
  • Относится к щелочноземельным металлам.
  • Подобно другим элементам этого сегмента, наделен повышенной химической активностью.
  • По составу – конгломерат семи стабильных изотопов. Две трети (72%) приходится на Ba138. Синтезированы радиоактивные изотопы.

Самый востребованный из искусственных изотопов – Ba140. Этот продукт урано-торие-плутониевого распада служит маркером радиоактивности.

Международное обозначение – Ba (Barium).

Как был открыт

История открытия вещества связана с именами европейских ученых:

  • Первым продуктом стал оксид вещества. Его получили шведские химики Юхан Ган и Карл Шееле.
  • Спустя 34 года (1808 год) их английский коллега Гемфри Дэви «добыл» амальгаму бария, применив электролиз увлажненного гидроксида на катоде ртути, затем нагрев состав до температуры испарения ртути. Остатком был металл барий.

Название металла отражает «массивность» его оксида: древнегреческое βαρύς означает «тяжёлый». Не случайно Карл Шееле окрестил свое детище «тяжелой землей». Хотя в группу тяжелых металлов барий не входит.

Нахождение в природе

В природе чистый барий не найден. Он представлен минералами, самые распространенные – барит (тяжелый шпат) и витерит.

Минерал Барит

Вещество не относится к редким.

Тонна земной коры содержит 500 грамм бария, литр морской воды – 0,02 мг.

Для разработки рентабельны баритовые, с добавкой сульфидов и флюоритов гидротермальные жилы. Промышленный интерес представляют месторождения метасоматических пластов и россыпей.

Технология получения

Исходник для промышленного извлечения бария – сульфитовый продукт (82-96%). Его добывают флотацией барита. Цель металлургов – получение бария в виде металла. Методика предусматривает восстановление оксида порошковым алюминием при высоких температурах.

Барий металлический Ba 99,9%

  • Сульфат бария восстанавливают газом либо углем.
  • Сульфид нагревают.
  • Полученный гидроксид становится карбонатом, затем оксидом (850-1100°C).
  • Из оксида восстанавливают металлическую форму бария. Задействуется алюминий и термовоздействие (1220-1260°С).

Процесс происходит в вакууме. Алгоритм работы аппаратуры позволяет проводить в режиме нон-стоп полный технологический цикл: восстановление, дистилляция, конденсация, плавка металла.

Продукт повышенной чистоты (примесей менее 0,001%) получают плавкой либо двойной вакуумной перегонкой.

Физико-химические характеристики

Барий наделен типичными для щелочноземельных металлов свойствами:

  • Пластичен, хорошо куется, мягок (2 балла из 10 по Моосу).
  • Хрупок, от сильного удара разрушается.
  • Строение кристаллической решетки представлено двумя модификациями в зависимости от температуры (граница – 374,9°C).

По свойствам химический элемент барий сродни кальцию и стронцию, но более активен.

Активность проявляется даже при комнатных температурах:

  • На воздухе окисляется.
  • Бурно взаимодействует с галогенами, фосфором, водой, разбавленными кислотами.
  • Восстанавливает до металла большинство оксидов, галогенидов, сульфидов.

Загорается даже при малом нагреве. Эту характеристику нейтрализуют погружением активного металла в парафин либо керосин.

Свойства атома
Название, символ, номер Барий / Barium (Ba), 56
Атомная масса
(молярная масса)
137,327(7) 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
Уд. теплота плавления 7,66 кДж/моль
Уд. 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
объёмноцентрированная
Параметры решётки 5,020 Å
Прочие характеристики
Теплопроводность (300 K) (18.4) Вт/(м·К)
Номер CAS 7440-39-3

Вещество легко опознать по цвету пламени: соединения бария делают его желтовато-зеленым.

Где используется

Утилитарные характеристики металла (пластичность, ковкость, вязкость) обеспечили востребованность промышленниками и учеными. Чаще это соединения, сплавы, чем чистый металл. Область использования – от атомной станции до салюта.

Атом, химия

Материал востребован серьезными отраслями:

  • Источники тока (химические). Фторид – компонент электролита во фторионных, оксид – в медных, сульфат – в свинцово-кислотных аккумуляторах.
  • Сверхпроводники. Смесь оксидов бария, меди, редкоземельных элементов – ингредиент при производстве керамики-сверхпроводника.
  • Атомная промышленность. Оксид добавляют к стеклу-облицовке урановых стержней.

Это компонент «щита» рентгеновских и ядерных установок. Так используется свойство металла стягивать на себя рентген- и гамма-лучи.

Другие отрасли промышленности

Применение нашлось металлу и сплавам (особенно с алюминием) в гражданском сегменте:

  • «Впитыватель» газа в высоковакуумной электронике.
  • Добавка (с цирконием) в жидкие теплоносители для повышения порога коррозийности (трубопроводы, металлургическое оборудование).
  • В металлургии это раскислитель, очиститель меди, свинца от примесей.
  • Фторид – основа линз, призм, другой продукции оптического назначения.
  • Бариево-никелевый сплав – материал электродов свечей зажигания двигателей.

Барий в пробирке

Нарасхват идут соединения элемента:

  • Пероксид. Исходник отбеливателя волокон шелкопряда, хлопка, шерсти. Дезинфектор.
  • Сульфид. Истребитель волосяного покрова со шкур животных.
  • Перхлорат. Топ-осушитель.
  • Хромат, манганат. Желтый и зеленый пигменты в лако-красочном производстве.

Нитрат, хлорат создают зеленые огни салюта, других пиротехнических зрелищ.

Непромышленный сегмент

Карбонатом изничтожают грызунов.

Медициной востребован сульфат. Он нетоксичен, используется как контрастный материал при исследовании ЖКТ.

Биологическое воздействие

Барий не классифицируется как жизненно необходимый микроэлемент:

  • В организме человека порядка 20 мг вещества.
  • За сутки организм получает до 1 мг.
  • Микродозы выявлены во всех органах и тканях.
  • Больше всего вещества содержат селезенка, мышцы, головной мозг, хрусталик глаза.

Порядка 90% микроэлемента аккумулирует скелет и зубы.

Сколько бария нужно человеку, не установлено.

Предупреждение

Воздействие вещества на человека бывает опасным.

Барий, его растворимые соли токсичны:

  • Отравление наступает при превышении безопасной концентрации.
  • Особо опасны растворимые соли. Попадая в ЖКТ, они «высвобождаются». Затем провоцируют паралич сердца и смерть за несколько часов.
  • Тяжелое отравление (попадание в организм 0,19-0,49 г растворимых солей металла) влечет смерть в течение 24 часов. 0,79-0,89 г вызывают мгновенную смерть.
  • Среди симптомов интоксикации барием – расстройство речи, зрения, походки из-за паралича мышц. Плюс головокружение, одышка, шум в ушах.

На коже, слизистых оболочках металл оставляет химический ожог.

По стандартам РФ, барий относится ко 2-му классу опасности. Кубический дециметр воды (объем 10х10х10 см) не может содержать более 0,7 мг вещества.

Стоимость

На мировом рынке представлен ассортимент продукции из бария. Цены определяются чистотой продукта. Например, слитки чистотой 99,91% идут по $32-35 за кг.

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.

Читайте также  Культурно-историческая концепция Л. С. Выготского

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.

Свойства металла

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.

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 — от китайского синего до рентгеноскопии

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.

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.

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 🔬

Химический элемент барий (Barium) в периодической таблице Менделеева находится в VI периоде, во 2 группе. Барий относится к металлам.

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.

  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 Барий / Barium (Ba), 56
Атомная масса
(молярная масса)
137,327(7)[1] 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
Уд. теплота плавления 7,66 кДж/моль
Уд. теплота испарения 142,0 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 28,1[2] Дж/(K·моль)
Молярный объём 39,0 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки кубическая
объёмноцентрированная
Параметры решётки 5,020 Å
Прочие характеристики
Теплопроводность (300 K) (18.4) Вт/(м·К)
Номер CAS 7440-39-3

Добыча ⛏️

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

Главная руда — барит, тяжелый шпат.

  • барит;
  • витерит;
  • нитробарит;
  • цельзиан;
  • гиалофан.
Читайте также  Проблема маленького человека в произведениях Ф. М. Достоевского

Металл из минералов 🌎

В получении бария лидирует Китай (более 50%).

  • 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

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

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.

Мне 42 года и я специалист в области минералогии. Здесь на сайте я делюсь информацией про камни и их свойства — задавайте вопросы и пишите комментарии!

Барий

Барий / Barium (Ba), 56

0,89 (шкала Полинга)

Ба́рий — 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) — 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: 130 Ba, 132 Ba, 134 Ba, 135 Ba, 136 Ba, 137 Ba, 138 Ba. Последний является самым распространенным (71,66 %). Известны и радиоактивные изотопы бария, наиболее важным из которых является 140 Ba. 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:

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):

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

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:

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:

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

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:

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

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 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.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: