Сочинение про барий по химии

Обновлено: 05.07.2024

БАРИЙ – химический элемент 2-й группы периодической системы, атомный номер 56, относительная атомная масса 137,33. Расположен в шестом периоде между цезием и лантаном. Природный барий состоит из семи стабильных изотопов с массовыми числами 130(0,101%), 132(0,097%), 134(2,42%), 135(6,59%), 136(7,81%), 137(11,32%) и 138 (71,66%). Барий в большинстве химических соединений проявляет максимальную степень окисления +2, но может иметь и нулевую. В природе барий встречается только в двухвалентном состоянии.

История открытия.

Барий в природе.

В земной коре содержится 0,065% бария, он встречается в виде сульфата, карбоната, силикатов и алюмосиликатов. Основные минералы бария – уже упоминавшиеся выше барит (сульфат бария), называемый также тяжелым или персидским шпатом, и витерит (карбонат бария). Мировые минерально-сырьевые ресурсы барита оценивались в 1999 в 2 млрд. тонн, значительная часть их сосредоточена в Китае (около 1 млрд. тонн) и в Казахстане (0,5 млрд. тонн). Большие запасы барита есть и в США, Индии, Турции, Марокко и Мексике. Российские ресурсы барита оцениваются в 10 миллионов тонн, его добыча ведется на трех основных месторождениях, расположенных в Хакасии, Кемеровской и Челябинской областях. Общая годовая добыча барита в мире составляет около 7 миллионов тонн, Россия производит 5 тыс. тонн и импортирует 25 тыс. тонн барита в год.

Получение.

Основным сырьем для получения бария и его соединений служат барит и, реже, витерит. Восстанавливая эти минералы каменным углем, коксом или природным газом, получают соответственно сульфид и оксид бария:

BaSO₄ + 4C = BaS + 4CO

BaCO₃ + C = BaO + 2CO

Металлический барий получают, восстанавливая его оксидом алюминия.

Кроме того, барий можно получить электролизом расплавленной смеси хлоридов бария и кальция.

Простое вещество.

Барий – серебристо-белый ковкий металл, при резком ударе раскалывается. Температура плавления 727° С, температура кипения 1637° С, плотность 3,780 г/см 3 . При обычном давлении существует в двух аллотропных модификациях: до 375° C устойчив a -Ba с кубической объемно-центрированной решеткой, выше 375° С устойчив b -Ba. При повышенном давлении образуется гексагональная модификация. Металлический барий обладает высокой химической активностью, он интенсивно окисляется на воздухе, образуя пленку, содержащую BaO, BaO₂ и Ba₃N₂, при незначительном нагревании или при ударе воспламеняется.

поэтому барий хранят под слоем керосина или парафина. Барий энергично реагирует с водой и растворами кислот, образуя гидроксид бария или соответствующие соли:

С галогенами барий образует галогениды, с водородом и азотом при нагревании – соответственно гидрид и нитрид.

Металлический барий растворяется в жидком аммиаке с образованием темно-синего раствора, из которого можно выделить аммиакат Ba(NH₃)₆ – кристаллы с золотистым блеском, легко разлагающиеся с выделением аммиака. В этом соединении барий имеет нулевую степень окисления.

Применение в промышленности и науке.

Соединения бария.

Наибольший практический интерес представляют соединения двухвалентного бария.

Оксид бария (BaO): промежуточный продукт в производстве бария – тугоплавкий (температура плавления около 2020° C) белый порошок, реагирует с водой, образуя гидроксид бария, поглощает углекислый газ из воздуха, переходя в карбонат:

Прокаливаемый на воздухе при температуре 500–600° C, оксид бария реагирует с кислородом, образуя пероксид, который при дальнейшем нагревании до 700° C вновь переходит в оксид, отщепляя кислород:

Так получали кислород вплоть до конца 19 в., пока не был разработан метод выделения кислорода перегонкой жидкого воздуха.

В лаборатории оксид бария можно получить прокаливанием нитрата бария:

Сейчас оксид бария используется как водоотнимающее средство, для получения пероксида бария и изготовления керамических магнитов из феррата бария (для этого смесь порошков оксидов бария и железа спекают под прессом в сильном магнитном поле), но основное применение оксида бария – изготовление термоэмиссионных катодов. В 1903 молодой немецкий ученый Венельт проверял закон испускания электронов твердыми телами, открытый незадолго до этого английским физиком Ричардсоном. Первый из опытов с платиновой проволокой полностью подтвердил закон, но контрольный эксперимент не удался: поток электронов резко превышал ожидаемый. Поскольку свойства металла не могли измениться, Венельт предположил, что на поверхности платины есть какая-то примесь. Перепробовав возможные загрязнители поверхности, он убедился в том, что дополнительные электроны испускал оксид бария, входивший в состав смазки вакуумного насоса, используемого в эксперименте. Однако научный мир не сразу признал это открытие, так как его наблюдение не удавалось воспроизвести. Лишь почти через четверть века англичанин Колер показал, что для проявления высокой термоэлектронной эмиссии оксид бария нужно прогревать при очень низких давлениях кислорода. Объяснить это явление смогли только в 1935. Немецкий ученый Поль предположил, что электроны испускаются небольшой примесью бария в оксиде: при низких давлениях часть кислорода улетучивается из оксида, а оставшийся барий легко ионизируется с образованием свободных электронов, которые покидают кристалл при нагревании:

2BaO = 2Ba + O₂; Ba = Ba 2+ + 2е

Правильность этой гипотезы была окончательно установлена в конце 1950-х советскими химиками А.Бунделем и П.Ковтуном, которые измерили концентрацию примеси бария в оксиде и сопоставили ее с потоком термоэмиссии электронов. Сейчас оксид бария является активной действующей частью большинства термоэмиссионных катодов. Так например, пучок электронов, формирующий изображение на экране телевизора или компьютерного монитора, испускается оксидом бария.

Карбонат бария (BaCO₃). В природе – минерал витерит. Белый порошок, нерастворимый в воде, растворимый в сильных кислотах (кроме серной). При нагревании до 1000° С разлагается с выделением CO₂:

Карбонат бария добавляют в стекло для увеличения его коэффициента преломления, вводят в состав эмалей и глазурей.

Сульфат бария (BaSO₄). В природе – барит (тяжелый или персидский шпат) – основной минерал бария – белый порошок (температура плавления около 1680° C), практически нерастворимый в воде (2,2 мг/л при 18° C), медленно растворяется в концентрированной серной кислоте.

Сульфат бария входит в состав литопона – неядовитой белой краски с высокой кроющей способностью, широко востребованной на рынке. Для изготовления литопона смешивают водные растворы сульфида бария и сульфата цинка, при этом происходит обменная реакция и в осадок выпадает смесь мелкокристаллических сульфата бария и сульфида цинка – литопон, а в растворе остается чистая вода.

BaS + ZnSO₄ = BaSO₄ Ї + ZnS Ї

В производстве дорогих сортов бумаги сульфат бария играет роль наполнителя и утяжелителя, делая бумагу белее и плотнее, его используют и в качестве наполнителя резин и керамики.

Более 95% добываемого в мире барита используется для приготовления рабочих растворов для бурения глубоких скважин.

Сульфид бария (BaS). Промежуточный продукт в производстве бария и его соединений. Торговый продукт представляет собой серый рыхлый порошок, плохо растворимый в воде. Сульфид бария применяется для получения литопона, в кожевенной промышленности для удаления волосяного покрова со шкур, для получения чистого сероводорода. BaS – компонент многих люминофоров – веществ, светящихся после поглощения световой энергии. Именно его получил Касциароло, прокаливая барит с углем. Сам по себе сульфид бария не светится: необходимы добавки веществ-активаторов – солей висмута, свинца и других металлов.

Титанат бария (BaTiO₃). Одно из самых промышленно важных соединений бария – белое тугоплавкое (температура плавления 1616° C) кристаллическое вещество, нерастворимое в воде. Получают титанат бария сплавлением диоксида титана с карбонатом бария при температуре около 1300° C:

Титанат бария – один из лучших сегнетоэлектриков ( см. также СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКИ), очень ценных электротехнических материалов. В 1944 советский физик Б.М.Вул обнаружил незаурядные сегнетоэлектрические способности (очень высокую диэлектрическую проницаемость) у титаната бария, который сохранял их в широком температурном диапазоне – почти от абсолютного нуля до +125° C. Это обстоятельство, а также большая механическая прочность и влагостойкость титаната бария способствовали тому, что он стал одним из самых важных сегнетоэлектриков, используемых, например, для изготовления электрических конденсаторов. Титанат бария, как и все сегнетоэлектрики, обладает и пьезоэлектрическими свойствами: изменяет свои электрические характеристики под действием давления. При действии переменного электрического поля в его кристаллах возникают колебания, в связи с чем их используют в пьезоэлементах, радиосхемах и автоматических системах. Титанат бария применяли при попытках обнаружить гравитационные волны.

Другие соединения бария.

Нитрат и хлорат (Ba(ClO₃)₂) бария – составная часть фейерверков, добавки этих соединений придают пламени ярко-зеленую окраску. Пероксид бария входит в состав запальных смесей для алюминотермии. Тетрацианоплатинат(II) бария (Ba[Pt(CN)₄]) светится под воздействием рентгеновских и гамма-лучей. В 1895 немецкий физик Вильгельм Рентген, наблюдая свечение этого вещества предположил существование нового излучения, названного впоследствии рентгеновским. Сейчас тетрацианоплатинатом(II) бария покрывают светящиеся экраны приборов. Тиосульфат бария (BaS₂O₃) придает бесцветному лаку жемчужный оттенок, а, смешав его с клеем, можно добиться полной имитации перламутра.

Токсикология соединений бария.

Все растворимые соли бария ядовиты. Сульфат бария, применяемый при рентгеноскопии, практически нетоксичен. Смертельная доза хлорида бария составляет 0,8–0,9 г, карбоната бария – 2–4 г. При приеме внутрь ядовитых соединений бария возникают жжение во рту, боли в области желудка, слюнотечение, тошнота, рвота, головокружение, мышечная слабость, одышка, замедление пульса и падение артериального давления. Основной метод лечения отравлений барием – промывание желудка и употребление слабительных средств.

Основными источниками поступления бария в организм человека являются пища (особенно морепродукты) и питьевая вода. По рекомендации Всемирной организацией здравоохранения содержание бария в питьевой воде не должно превышать 0,7 мг/л, в России действуют гораздо более жесткие нормы – 0,1 мг/л.

Юрий Крутяков

Фигуровский Н.А. История открытия элементов и происхождения их названий. М., Наука, 1970
Венецкий С.И. О редких и рассеянных. Рассказы о металлах. М., Металлургия, 1980
Популярная библиотека химических элементов. Под. ред. И.В.Петрянова-Соколова. М., Наука, 1983
Информационно-аналитический обзор. Состояние и перспективы мирового и внутреннего рынков цветных, редких и благородных металлов. Выпуск 18. Барит. М., 2002

БАРИЙ (лат. Barium), Ba, химический элемент II группы периодической системы, атомный номер 56, атомная масса 137,33; относится к щелочноземельным металлам.

Минералы: барит BaSO4 и витерит BaCO3 .

Свойства: серебристо-белый мягкий металл. Плотность 3,78 г/см3, tпл 727 °C. Химически очень активен, при нагревании воспламеняется. Соединения бария, растворимые в воде, очень сильные яды. Признаки отравления: рвота, колики, спазмы, при дозах 500 — 800 мг наступает общий паралич и смерть.

Химические свойства: Образует устойчивый оксид:

Активно взаимодействует с водой:

Ba + 2H2 O = Ba(OH)2 + H2 .

Реагирует с кислотами:

Ba +2 HCl = BaCl2 + H2

Получение: 1. Нагревание оксида с кальцием или алюминием в вакууме.

2. Выпаривание ртути из амальгамы, которая образуется при электролизе растворов солей бария на ртутном катоде.

Применение: применяют в вакуумной технике как газопоглотитель, в сплавах (типографские, подшипниковые); соли бария — в производстве красок, стекол, эмалей, в пиротехнике, медицине.

2. История бария

В 1602 году болонский сапожник и по совместительству алхимик Касциароло подобрал в окрестных горах камень, который оказался настолько тяжелым, что не заподозрить в нем присутствие золота мог только полный профан. Но Касциароло был не таков. Перед ним засияли радужные перспективы, и он, притащив находку в свою сапожно-алхимическую мастерскую, тут же принялся за работу.

Для начала решено было прокалить камень с углем и олифой. И хоть выделить золото при этом почему-то не удалось, опыт принес явно обнадеживающие результаты: охлажденный продукт прокаливания светился в темноте красноватым светом.

Сейчас этот процесс проводится в вакууме при 1100 – 1200 С. Одновременно с восстановлением окиси бария алюминием происходит дистилляция восстановленного бария, который затем конденсируется в чистом виде.

Гораздо более широкое поле деятельности у соединений бария. С сернокислым барием, или тяжелым шпатом (тем самым камнем, что попался когда-то под ноги Касциароло), издавна связано производство красок. Правда, поначалу участие сернокислого бария в этом деле носило нелегальный характер: в измельченном виде шпат подмешивали к свинцовым белилам, в результате чего они оказывались значительно дешевле, и хоть качество их явно страдало, владельцы красильных заводов без зазрения совести продавали свою эрзац-продукцию почти по тем же ценам, неплохо нагревая руки на этой операции.

Но все эти петиции ни к чему не привели. Достаточно сказать, что в 1882 году в Ярославле был основан шпатовый завод, который, например, в 1885 году выпустил 50 тысяч пудов измельченного тяжелого шпата, предназначенного все для тех же целей. В начале 90-х годов прошлого века Д.И. Менделеев писал: "… В подмесь к белилам на многих заводах примешивается барит, так как и привозимые из-за границы белила, для уменьшения цены, содержат эту подмесь".

Поскольку речь зашла о рентгеновских лучах, уместно упомянуть о том, что их открытие связано с платиносинеродистым барием. В 1895 году зеленое свечение этого вещества в темноте навело выдающегося немецкого физика Вильгельма Конрада Рентгена на мысль о каком-то неведомом прежде излучении, под действием которого и светилась соль бария. Желая подчеркнуть загадочную природу новых лучей, ученый назвал их Х-лучами, но уже вскоре в большинстве стран они стали именоваться рентгеновскими – в честь своего первооткрывателя.

Все мы не раз любовались радужными переливами жемчуга или перламутра.

Если же их ввести в желатиновый или столярный клей и нанести слой его на изделия из дерева, картона или папье-маше, то можно добиться полной имитации перламутра.

Вот уже почти пять тысячелетий несет свою вахту страж египетских пирамид Большой сфинкс. Высеченный по велению фараона Хефрена из цельного куска известняковой скалы, он имеет львиное тело и голову, которой приданы черты самого Хефрена. Быть может, фараон и блистал красотой, но за долгие годы гигантская копия его явно потеряла привлекательность: под действием песчаных бурь, дождей и резких смен температуры сфинкс почти лишился носа, левый глаз его стал заметно косить, лицо покрылось глубокими морщинами.

Следующую интересную страницу в биографию окиси бария вписал в 1903 году молодой немецкий ученый Венельт. Произошло это, как говорится, нежданно-негаданно. Однажды ему поручили проверить на платиновой проволочке закон испускания электронов нагретыми телами, открытый незадолго до этого английским физиком Ричардсоном. Первый же опыт полностью подтвердил закон, но Венельт спустя некоторое время решил повторить эксперимент с другой проволочкой. Каково же было его удивление, когда платина стала испускать поток электронов, во много раз больший, чем накануне: прибор, измерявший электронную эмиссию, едва не вышел из строя.

Однако к такому выводу научный мир пришел не сразу. После того как Венельт опубликовал результаты своих опытов, многие физики занялись их проверкой.

Лишь спустя почти четверть века окисью бария заинтересовался англичанин Коллер. Он провел ряд более совершенных экспериментов и сумел установить, что если окись бария нагревать в вакууме при очень низких давлениях кислорода, то электронная эмиссия вещества будет весьма высокой; если же давление кислорода во время нагрева повышается, то эмиссия резко падает.

Этот вывод, с одной стороны, восстанавливал научное реноме Венельта, но, с другой, вполне совпадал с мнением его оппонентов. А так как при нагреве окись бария не меняла ни своего химического состава, ни кристаллической структуры, возникла новая загадка: почему одно и то же вещество ведет себя столь различно, хотя по всем законам его свойства должны быть одинаковыми?

Примерно в эти же годы немецкий ученый Поль обнаружил отклонения от общепринятых норм в поведении ряда других простых веществ и тем самым подлил масла в огонь. Впрочем, точнее сказать, он бросил в огонь соли.

Да-да, кристаллы обычной поваренной соли, или хлористого натрия. Прогревая эти кристаллы в парах натрия, Поль с удивлением наблюдал, как они становились фиолетовыми. Нечто подобное произошло и с кристаллами хлористого калия: при нагреве в калиевых парах вещество посинело. Но ведь и с этими соединениями, как и с окисью бария, в результате проведенных опытов ничего не должно было произойти.

В последние годы окись бария (вполне нормальная со стехиометрической точки зрения) понадобилась для изготовления так называемых керамических магнитов. Для этого смесь порошков окиси бария и железа спекают под прессом в сильном магнитном поле. Образующийся феррат бария обладает интересными магнитными свойствами и все чаще применяется в технике.

Но, пожалуй, самым важным соединением бария сегодня с полным правом можно считать его титанат, получивший мировое признание как отличный сегнетоэлектрик. Своим названием этот новый класс химических веществ обязан французскому аптекарю Э. Сеньету, который еще в середине XVII века открыл двойную калиево-натриевую соль винной кислоты — сегнетову соль, завоевавшую вскоре репутацию неплохого слабительного средства. На этом скромном поприще соль трудилась более двух с половиной столетий, пока в 1918 году американский ученый Д. Андерсон не установил, что в интервале температур от (-15) до +22 С она обладает весьма высокой диэлектрической проницаемостью, оставаясь поляризованной даже в отсутствие внешних электрических полей.

В 1944 году советский физик Б. М. Вул обнаружил незаурядные сегнетоэлектрические способности у титаната бария, который сохранял их в широком температурном диапазоне — почти от абсолютного нуля до +125ёС.

Поскольку титанат бария характеризуется большой механической прочностью и влагостойкостью и может быть получен без особых хлопот, неудивительно, что он занял среди сегнетоэлектриков одно из самых почетных мест, являясь прекрасным материалом для электрических конденсаторов. Благодаря сильно выраженному пьезоэффекту (изменению электрических характеристик под действием давления) эта соль бария нашла постоянную работу в пьезоэлементах.

В 1979 году с борта ракет, запущенных со шведского полигона в Кируне, в космическое пространство были также выброшены струи бария. Под действием солнечных лучей барий легко ионизировался и создал свечение, которое можно регистрировать на большом расстоянии с помощью сверхчувствительных телевизионных установок. Бариевое облако должно было пролить свет на некоторые процессы, связанные с полярным сиянием. Изучение характера движения облака позволит, в частности, судить об электрических полях, встречающихся на пути небесных скитальцев — ионов бария. Интересно, какие роли ждут барий завтра?

Барий — 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 — мягкий, ковкий щёлочноземельный металл серебристо-белого цвета. Обладает высокой химической активностью.

Содержание

История

Барий был открыт в виде оксида BaO в 1774 году Карлом Шееле и Юханом Ганом. 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

Нахождение в природе

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

Известны изотопы бария с массовыми числами от 114 до 153, и 10 ядерных изомеров. Природный барий состоит из смеси шести стабильных изотопов ( 132 Ba, 134 Ba, 135 Ba, 136 Ba, 137 Ba, 138 Ba) и одного изотопа с огромным периодом полураспада, много больше возраста Вселенной ( 130 Ba).

Получение

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

BaSO₄ + 4C → BaS + 4CO BaSO₄ + 2CH₄ → BaS + 2C + 4H₂O

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):

Получают металлический барий электролизом безводного расплава хлорида бария:

Физические свойства

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

Твёрдость по шкале Мооса 1,25.

Хранят металлический барий в керосине или под слоем парафина.

Химические свойства

Барий — щёлочноземельный металл. На воздухе барий быстро окисляется, образуя смесь оксида бария BaO и нитрида 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. Растворимые соли бария позволяют определить наличие в растворе серной кислоты и её растворимых солей по выпадению белого осадка сульфата бария, нерастворимого в воде и кислотах.

Легко вступает в реакцию с галогенами, образуя галогениды.

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

Реагирует при нагревании с аммиаком:

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

С жидким аммиаком даёт тёмно-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 углём.

С фосфором образует фосфид Ba₃P₂.

Барий восстанавливает оксиды, галогениды и сульфиды многих металлов до соответствующего металла.

Качественный и количественный анализ

Качественно в растворах барий обнаруживается по выпадению осадка сульфата бария BaSO₄, отличимого от соответствующих сульфатов кальция и сульфатов стронция крайне низкой растворимостью в неорганических кислотах.

Родизонат натрия выделяет из нейтральных солей бария характерный красно-бурый осадок родизоната бария. Реакция является очень чувствительной, специфичной, позволяя определить 1 часть ионов бария на 210000 массовых частей раствора.

Соединения бария окрашивают пламя в желто-зелёный цвет (длина волн 455 и 493 нм).

Количественно барий определяют гравиметрическим методом в виде BaSO₄ или BaCrO₄.

Применение

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.

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.

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

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

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

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

Оксид бария применяется для варки специального сорта стекла — применяемого для покрытия урановых стержней. Один из широкораспространённых типов таких стекол имеет следующий состав — (оксид фосфора — 61 %, BaO — 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 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, фторид, йодид, бромид, сульфид, 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, твёрдый неправильный пульс, судороги, позже возможны и параличи, синюшность 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 тяжёлого отравления смерть наступает внезапно или в течение одних суток. Тяжёлые отравления наступают при приёме внутрь 0,2—0,5 г солей бария, смертельная доза 0,8—0,9 г.

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

Барий (Ba)
Азид бария (Ba(N₃)₂) Тринидрид бария
Амид бария (Ba(NH₂)₂) Амид бария
Арсенид бария (Ba₃As₂) Барий мышьяковистый
Аурат бария (Ba[AuO₂]₂) Аурат бария
Ацетат бария (Ba(CH₃COO)₂) Барий уксуснокислый
Бромат бария (Ba(BrO₃)₂) Барий бромноватокислый
Бромид бария (BaBr₂) Барий бромистый
Вольфрамат бария (BaWO₄) Барий вольфрамовокислый
Гексаборид бария (BaB₆) Барий бористый
Гексацианоферрат II бария (Ba₂[Fe(CN)₆]) Гексацианоферроат бария
Гидрид бария (BaH₂) Барий водородистый
Гидроксид бария (Ba(OH)₂) Едкий барий
Гидросульфид бария (Ba(HS)₂) Сернистый барий кислый
Гидрофосфат бария (BaHPO₄) Фосфорнокислый барий кислый
Гипонитрит бария (BaN₂O₂) Барий азотноватистокислый
Дигидрофосфат бария (Ba(H₂PO₄)₂) Барий фосфорнокислый однозамещённый
Дитионат бария (BaS₂O₆) Барий дитионовокислый
Йодат бария (Ba(IO₃)₂) Барий йодноватокислый
Йодид бария (BaI₂) Барий йодистый
Карбид бария (BaC₂) Барий углеродистый
Карбонат бария (BaCO₃) Барий углекислый
Манганат бария (BaMnO₄) Барий марганцовистокислый
Молибдат бария (BaMoO₄) Барий молибденовокислый
Нитрат бария (Ba(NO₃)₂) Барий азотнокислый
Нитрид бария (Ba₃N₂) Барий азотистый
Нитрит бария (Ba(NO₂)₂) Барий азотистокислый
Оксалат бария (BaC₂O₄) Барий щавелевокислый
Оксид бария (BaO) Барий окись
Оксид иттрия-бария-меди (YBa₂Cu₃O₇−x) YBCO
Перманганат бария (Ba(MnO₄)₂) Барий марганцовокислый
Пероксид бария (BaO₂) Перекись бария
Пероксодисульфат бария (BaS₂O₆(O₂)) Барий надсернокислый
Перхлорат бария (Ba(ClO₄)₂) Барий хлорнокислый
Пирофосфат бария (Ba₂P₂O₇) Барий фосфорнокислый пиро
Селенат бария (BaSeO₄) Барий селеновокислый
Селенид бария (BaSe) Барий селенистый
Силикат бария (BaSiO₃) Барий кремнекислый
Сульфат бария (BaSO₄) Барий сернокислый
Сульфид бария (BaS) Барий сернистый
Сульфит бария (BaSO₃) Барий сернистокислый
Тиосульфат бария (BaSO₃S) Гипосульфит бария
Тиоцианат бария (Ba(SCN)₂) Барий роданистый
Титанат бария (BaTiO₃) Барий титановокислый
Формиат бария (C₂H₂BaO₄) Барий муравьинокислый
Фосфат бария (Ba₃(PO₄)₂) Барий фосфорнокислый
Фосфид бария (Ba₃P₂) Барий фосфористый
Фторид бария (BaF₂) Барий фтористый
Хлорат бария (Ba(ClO₃)₂) Барий хлорноватокислый
Хлорид бария (BaCl₂) Барий хлористый
Хромат бария (BaCrO₄) Барий хромовокислый
Цианид бария (Ba(CN)₂) Барий цианистый
Цирконат бария (BaZrO₃) Барий цирконивокислый

Eu, Sm, Li, Cs, Rb, K, Ra, Ba, Sr, Ca, Na, Ac, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Gd, Tb, Mg, Y, Dy, Am, Ho, Er, Tm, Lu, Sc, Pu,
Th, Np, U, Hf, Be, Al, Ti, Zr, Yb, Mn, V, Nb, Pa, Cr, Zn, Ga, Fe, Cd, In, Tl, Co, Ni, Te, Mo, Sn, Pb, H₂,
W, Sb, Bi, Ge, Re, Cu, Tc, Te, Rh, Po, Hg, Ag, Pd, Os, Ir, Pt, Au

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
Название и история открытия
Природное вещество и его местонахождение
Месторождения и их ценность
Процесс получения
Свойства металла
Области использования
Воздействие на человека

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

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.

Читайте также: