Барий и его характеристики

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.

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.

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.

Источник: https://nauka.club/khimiya/bariy.html

Барий. Свойства бария. Применение бария

Тяжеловес в легком весе. Так можно представить барий. Его имя переводится с греческого, как «тяжелый». В сравнении с другими щелочноземельными элементами, вещество, действительно увесисто. В «сражении» же с металлами из иных групп, как правило, проигрывает.

Имя бария связано с историей его открытия. В 17-ом веке была актуальна идея выделения золота из бросовых материалов. Сапожник из Болони Касциароло нашел исключительно тяжелый камень. Золото, как известно, металл не из легких. Вот мужчина и заподозрил его присутствие в булыжнике.

Выделить драгоценность не удалось. Зато, после прокаливания камень начал светиться красным. Явление привлекло внимание химика Карла Шееле. Он установил присутствие в породе нового элемента – «тяжелой земли». Когда же в 1808-ом году Гэмфри Дэви из Англии выделил эту «землю», она оказалась легкой. Но, менять название не стали.

Химические и физические свойства бария

Атомная масса бария равна 137-ми граммам на моль. Металл не только легкий, но и мягкий. Твердость по шкале Мооса не превышает 3-х баллов. Материал ковкий и слегка вязкий. Плотность элемента около 3,7 граммов на кубический сантиметр. Если присутствуют загрязнения ртутью, барий становится хрупким.

Цвет элемента серебристо-серый. Но, визитной карточкой бария считается зеленый. Он проявляется в характерной для 56-го вещества реакции. В ней участвуют соли элемента, к примеру, сульфат бария.

Если погрузить в него стеклянную палочку и поднести к горелке, вспыхнет зеленое пламя. Так можно определить присутствие даже ничтожно малых примесей тяжелого металла.

Барий – вещество с кубической решеткой. Ее можно лицезреть не только в лабораторных условиях. Металл встречается в чистом виде и в природе. Известно 2-е модификации элемента. Одна из них устойчива до 365-ти градусов Цельсия, другая – от 375-ти до 710-ти. Закипает барий при температуре в 1696 градусов Цельсия.

Синтезировано несколько радиоактивных изотопов металла. Формула бария с атомной массой 140 – результат распада тория, плутония и урана. Изотоп извлекают хроматографическим способом, то есть абсорбируют, ориентируясь на цвет вещества.

133-ий барий образуется в процессе облучении цезия. На него воздействуют ядрами одного из изотопов водорода – дейтронами. Выделенная при этом радиоактивная форма щелочноземельного металла распадается чуть больше, чем за 3-е суток. Цикл 140-го бария длиннее, только на полураспад уходит 13,5 дней.

Как и все щелочноземельные металлы, барий химически активен. В группе числится в середнячках, опережая, к примеру, стронций и кальций. Последние хранят на воздухе. С барием такое не пройдет. 56-ой элемент помещают под парафиновое масло, или же петролевый эфир.

Взаимодействие бария с кислородом приводит к потере блеска. После, материал желтеет, коричневеет и, в итоге, становится серым. Так выглядит оксид бария – итог его разрушения на воздухе. Если атмосферу нагреть, 56-ой металл в ней взорвется.

Взаимодействие элемента с водой обратно реакции с кислородом. Здесь разлагается уже жидкость. Процесс возможен лишь при контакте с чистым металлом. После реакции он переходит в гидроксид бария.

Если же изначально поместить в воду не самородный элемент, а его соли, ничего не произойдет. Хлорид бария, и не только, не растворимы в H2O, активно взаимодействуют лишь с кислотами.

Барий легко реагирует с водородом. Единственное условие – нагрев. Образуется гидрид металла. При нагреве реакция протекает и с аммиаком. Получается нитрид. Он может перейти в цианид, если продолжить повышать температуру.

Раствор бария синего цвета – итог взаимодействия все с тем же аммиаком, но в жидком виде. Из смеси выделяют аммиакат. У него золотистый цвет, вещество легко разлагается.

Стоит добавить платиновый катализатор, и получишь амид бария. Правда, применяется он лишь как реактив. А каково использование других соединений металла и его самого?

Применение бария

Поскольку чистый металл требует особой техники хранения, применяют его нечасто. Закрыть глаза на неудобство элемента готовы специалисты вакуумных технологий. Уж очень хорошо барий поглощает остаточные газы, то есть служит геттером.

В качестве очистителя металл применяют и при производстве некоторых сплавов свинца и меди. Здесь элемент впитывает не только газы, но и примеси серы, а так же, раскисляет смеси.

Как компонент сплавов 56-ой элемент применяют в дуэте со свинцом. Смесь идет на производство подшипников. Сплавы с барием, так же, вытесняют используемые ранее полиграфические составы из свинца и сурьмы. Щелочноземельный металл лучше упрочняет сплав.

Сплав с никелем – сырье для изготовления электродов запальных свечей. Они нужны в двигателях внутреннего сгорания и радиолампах. На этом применение чистого бария заканчивается. В игру вступают соединения металла.

Тяжелый камень, найденный когда-то в Болони, — известный краситель. По химическому составу порода является сернокислым барием, относится к классу шпатов. Сырье измельчают и добавляют в литопоний. Это белая краска известна кроющей способностью.

На фото лампа, для производства которой используется барий

Бариевая порода присутствует и в дорогих сортах бумаги, к примеру, предназначенных для печати денег. Сульфат бария утяжеляет банкноты, делает их более плотными и белыми.

Интересно, что изначально болонский камень в красящей промышленности использовали нелегально. Дешевым компонентом разбавляли свинцовые белила. Качество продукта снижалось, зато предприниматели обогащались. В современных красителях бариевый шпат – добавка улучшающая, а не ухудшающая их параметры.

Осадки бария, в том числе сернокислую форму, применяют и в медицине. Шпат задерживает рентгеновские лучи. Сульфат бария добавляют в кашу и дают пациенту с подозрением на заболевания желудочно-кишечного тракта. После этого результаты рентгенографии проще расшифровывать.

Уравнения бария свидетельствуют о способности поглощать не только рентгеновские, но и гамма-лучи. Так что, соединения 56-го элемента защищают многие атомные реакторы.

Карбонат бария нужен для приготовления стекломассы. Нитрат бария – составная эмалей. Раствор гидроксида бария эффективно очищает животные жиры и растительные масла. В качестве яда используют раствор хлорида бария.

На фото салют — ещё одна отрасль, применяющая элемент барий

Из 56-го металла, так же, получают родизонат натрия. Барий используют даже для инъекций статуе Сфинкса. Песчаное изваяние разрушается. Тяжелый металл помогает укрепить конструкцию.

Добыча бария

Металлический барий получают несколькими путями. Их объединяет атмосфера. Реакции проводят в вакууме из-за бурного взаимодействия 56-го элемента с кислородом.

Метод металлотермического восстановления применяют к окиси и хлориду бария. Из последнего соединения элемент выделяют с помощью карбида кальция. С окисью работает порошок алюминия. Требуется нагрев до 1200-от градусов Цельсия.

Из гидрида и нитрида 56-го элемента тоже можно выделить чистый барий. Калий получают подобным образом, то есть не путем восстановления, а по средствам термического разложения.

Процесс проходит в герметичных капсулах и кварца или фарфора. Применяют и электролиз. Он подходит для работы с расплавленным хлоридом бария. Катод берут ртутный.

Цена бария

На металлический барий цены на рынке договорные. Товар специфический, редко запрашиваемый. Реализуют элемент, как правило, химические лаборатории и металлургические предприятия. Стоимость соединений металла – не секрет.

Хлористый барий, к примеру, обходится в 50-70 рублей за килограмм. Баритовый песок можно приобрести и по 10 рублей за 1000 граммов. Килограмм гидроокиси оценивают примерно в 80-90 рублей. За сернокислый барий просят минимум 50 рублей, обычно, около ста. При оптовых поставках ценник, зачастую, немного скидывают.

Источник: https://tvoi-uvelirr.ru/barij-svojstva-bariya-primenenie-bariya/

Барий и его характеристики

Барий встречается в природе главным образом в виде сульфатов и карбонатов, образуя минералы барит BaSO4 и витерит BaCO3. Содержание бария в земной коре равно 0,05% (масс.), что значительно меньше, чем содержание кальция.

В виде простого вещества барий представляет собой серебристо-белый металл (рис. 1), который на воздухе покрывается желтоватой пленкой продуктов взаимодействия с составными частями воздуха. Барий по твердости напоминает свинец. Плотность 3,76 г/см 3. Температура плавления 727oС, кипения 1640oС. Имеет объемно центрированную кристаллическую решетку.

Рис. 1. Барий. Внешний вид.

Атомная и молекулярная масса бария

Поскольку в свободном состоянии барий существует в виде одноатомных молекул Ba, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 137,327.

Изотопы бария

Известно, что в природе барий может находиться в виде семи стабильных изотопов 130Ba, 132Ba, 134Ba, 135Ba, 136Ba, 137Ba и 138Ba, из которых 137Ba является наиболее распространенным (71,66%).

Их массовые числа равны 130, 132, 134, 135, 136, 137 и 138 соответственно.

Ядро атома изотопа бария 130Ba содержит пятьдесят шесть протонов и семьдесят четыре нейтрона, а остальные изотопы отличаются от него только числом нейтронов.

Существуют искусственные нестабильные изотопы бария с массовыми числами от 114-ти до 153-х, а также десять изомерных состояния ядер, среди которых наиболее долгоживущим является изотоп 133Ba с периодом полураспада равным 10,51 лет.

Ионы бария

На внешнем энергетическом уровне атома бария имеется два электрона, которые являются валентными:

1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25р 66s2.

В результате химического взаимодействия барий отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:

Ba0 -2e → Ba2+.

Молекула и атом бария

В свободном состоянии барий существует в виде одноатомных молекул Ba. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу бария:

Энергия ионизации атома, эВ	5,21
Относительная электроотрицательность	0,89
Радиус атома, нм	0,222

Примеры решения задач

Понравился сайт? Расскажи друзьям!

Источник: http://ru.solverbook.com/spravochnik/ximiya/ximicheskie-elementy/barij-i-ego-xarakteristiki/

Барий

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

Своё название получил от др.-греч. βαρύς — «тяжёлый».

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.

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

Основная статья: Изотопы бария

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

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):

 BaS + 2H2O → Ba(OH)2 + H2S↑  BaS + H2O + CO2 → BaCO3 + H2S↑  BaCO3 → BaO + CO2 

Получают металлический барий электролизом безводного расплава хлорида бария:

 BaCl2 → Ba + Cl2 

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:

 Ba + 2H2O → Ba(OH)2 + H2↑

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:

 6Ba + 2NH3 → 3BaH2 + Ba3N2

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

 Ba3N2 + 2CO → Ba(CN)2 + 2BaO 

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:

 [Ba(NH3)6] → Ba(NH2)2 + 4NH3 + H2 

1. Карбид бария BaC2 может быть получен при нагревании в дуговой печи BaO с углём.
2. С фосфором образует фосфид Ba3P2.
3. 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

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 (зелёный 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, а также купрат бария, применяются 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 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

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.

Источник: https://chem.ru/barij.html

Химия элементов: барий

Ключевые слова: барий, нахождение в природе бария, применение бария, физические и химические свойства бария, соединения бария: оксид бария, гидроксид бария, пероксид бария, карбонат бария, нитрат бария, галогениды бария, хлорид бария, бромид бария, сульфат бария, токсикология бария.

        Барий(Ba) находится в главной подгруппе II группы периодической системы элементов Д. И. Менделеева. Порядковый номер этого элемента 56, атомная масса 137,36.

Металлический барий — мягкий металл серебристого цвета, быстро разрушающийся на воздухе, кристаллизующийся в кубической гранецентрированной системе. Металлический барий впервые получил Дэви в 1808 г., затем — А. Гунтц в 1901 г.

путем  восстановления оксида бария металлическим алюминием.

Изотопы с атомной массой от 138 до 145 являются продуктами деления урана. Изотоп 138Ва с периодом полураспада 1,77 дней получают, облучая церий  тяжелым изотопом водорода дейтерием.Самый важный изотоп бария — 140Ва. Он образуется при распаде урана, тория, плутония; выход составляет 6,35%, период полураспада 13,4 дня.

140Ва хроматографически извлекают из смеси продуктов распада.

НАХОЖДЕНИЕ В ПРИРОДЕ БАРИЯ

Барий—довольно распространенный элемент. Содержание его в земной коре составляет 5 • 10-2 вес.%.  В космосе   приходится 3,68 атома  бария на 106 атомов кремния.В природе барий в основном встречается в виде различных минералов. Минералы бария (тяжелый шпат, оксид  бария, сульфат бария) были известны  начиная с  XVII в.

Барит BaSО4 (тяжелый шпат, персидский шпат) содержит ~65% ВаО. Барит встречается в природе в виде гранул, бесцветных трубчатых кристаллов; примеси окрашивают его в желтый, коричневый, красный, голубой, зеленый или черный цвет. Барит может содержать также сульфат стронция (баритоцелестин), сульфаты свинца и радия.

Витерит ВаСОз (~78% ВаО) — минерал с серым или желтым оттенком, встречается в небольших количествах в России, Англии, Японии, США. Витерит может содержать карбонат кальция или стронция.

Цельзиан Ba[Al2Si2О3] (бариевый полевой шпат) встречается редко (в Швеции, России, Англии), представляет собой бесцветные моноклинные призмы, может быть окрашен в красный и черный цвета оксидами железа и марганца.

Гиалофан K2Ba[Al2Si4О12] (бариевый полевой шпат) — бесцветные, прозрачные кристаллы (примеси окрашивают его в. желтый, голубой или красный цвет), встречается в России, Швеции, Швейцарии, Франции.

• Известны также следующие минералы бария:      
• барилит Ba4Al4Si7О24, бариевый брюстерит SrBa[Al2Si6O16](OH)2 • ЗН2О, бариевый апатит [Ва10(РО4)6]С12, бариевая селитра Ва(NO3)2), ураноцирцит Ва(UО2)2(РО4)2-8Н2О, алстонит (Са,Ва)СОз.
• ПРИМЕНЕНИЕ БАРИЯ

     Промышленный метод получения металлического бария основан на алюмотермическом восстановлении бария в вакууме при 1200—- 1250° С.

Сырой металлический барий очищают перегонкой в вакууме при температуре 800° С и давлении 1—1,5 мм рт. ст. в специальной аппаратуре.

Электролиз расплавленных солей бария ввиду высокой растворимости бария в расплавленных хлоридах применяется только для получения сплавов бария с тяжелыми металлами.

      Барий находит применение при металлотермическом восстановлении америция и кюрия. Излучения изотопов 138Ва и 137Ва используют в качестве стандартов в гамма-спектрометрии. Радиоактивные изотопы бария применяются для изучения перемещений прибрежных песков, исследования катодных потерь в электровакуумных лампах и процессов катализа.

        Сплавы бария с алюминием и магнием используют в технике глубокого вакуума в качестве поглотителей газов (геттеров). Барий входит также в антифрикционные сплавы на свинцовой основе и применяется в качестве присадок к никелю для цементирования рыхлых пород при бурении нефтяных скважин. Он является составной частью типографских сплавов и используется в радиотехнике.

    Оксид, пероксид и гидроксид бария находят применение для получения перекиси водорода и в пиротехнике для приготовления воспламенительных составов.

Сульфид бария служит сырьем для получения солей бария, фторид бария применяется в производстве эмалей, при рафинировании алюминия. Перхлорат бария — хороший осушитель. Титанат бария, благодаря простому способу приготовления, нашел применение в качестве сегнетоэлектрика.

Цирконат бария — огнеупорный материал, используется в керамической промышленности. Ацетат бария находит применение в качестве протравы при крашении шерсти и в ситцепечатании.

      Многие соединения бария поглощают рентгеновские лучи и   γ-излучение, служат в качестве защитных материалов в рентгеновских установках и ядерных реакторах, а также применяются в качестве контрастного вещества при рентгеноскопических исследованиях.

ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БАРИЯ.

 Барий представляет собой тягучий, ковкий металл серебристо-белого цвета.Он существует в двух аллотропных модификациях: α-модификация устойчива до 375° С; β-модификация возникает при 375° С и устойчива до температуры плавления. Барий кристаллизуется по типу кубической объемноцентрированной решетки.

1. Ниже приводятся важнейшие физические константы бария :
2. Плотность (20° С), г/см3                3,76
3. Температура плавления, °С          710
4. Температура кипения, °С              1637      -1640
5. Теплота плавления, кал/г-атом          2070±80
6. Твердость по Бринелю, кГ/мм2           4,2
7. Модуль упругости, кГ/мм2            1290
8. Атомный радиус, А                           2,21
9. Ионный радиус Ва2+   А                  1,38
10. Энергия ионизации, ккал/г-атом
11. Ва°—>Ва+                                          119,6
12. Ва+—>Ва2+                                       229,3
13. Нормальный потенциал, В (вычисл.)        —2,92
14. Поперечное сечение поглощения               тепловых нейтронов, барн/атом     1,17

   По химической активности барий превосходит кальций и стронций. Он быстро окисляется на воздухе, покрываясь слоем оксида, пероксида и нитрида. Хранят его под слоем керосина или петролейного эфира. При нагревании на воздухе барий легко воспламеняется и сгорает.

Энергично разлагает воду и образует соединения со многими элементами.При нагревании барий взаимодействует с водородом и азотом, образуя достаточно прочные соединения — гидриды и нитриды (ВаН2 и Ва3N2). Карбид бария ВаС2 может быть получен в дуговой печи при нагревании окиси бария с углем.

С фосфором барий образует устойчивое соединение — фосфид бария Ва3Р2, получаемый восстановлением фосфорнокислой соли сажей при температуре дуговой печи.При нагревании сульфата бария до 1200° С в восстановительной атмосфере получают сульфид бария.

Существует ряд полисульфидов бария, образующихся при взаимодействии BaS с серой; при 400° С все эти соединения вновь переходят в односернистое соединение. Барий способен непосредственно реагировать с галогенами, образуя соли соответствующих галогеноводородных кислот.

 Со свинцом, никелем, сурьмой, оловом, железом барий образует сплавы. При взаимодействии бария с разбавленными кислотами (НС1, H2SО4, HNО3) получаются соответствующие соли (ВаСl2, BaSО4, Ba(NО3)2). Все растворимые соли бария сильно ядовиты.

СОЕДИНЕНИЯ БАРИЯ

Наиболее характерная для бария степень окисления +2, но известны соединения, в которых степень окисления равна +1, например ВаС1.

Оксид бария ВаО образуется при взаимодействии бария с кислородом, имеет низкую температуру плавления, после охлаждения из расплавленного состояния застывает в кристаллическую массу. В технике ВаО большей частью получают прокаливанием карбоната бария с углем.

Оксид  бария представляет собой бесцветные кристаллы, плотность 5,98 г/см3, легко переходящие на воздухе в карбонат бария, энергично взаимодействует с водой с выделением тепла, переходя в гидроксид.

Оксид бария восстанавливается при нагревании магнием, цинком, алюминием, кремнием до металла.

Гидроксид бария Ва(ОН)2 в безводном состоянии представляет собой белый аморфный порошок, плавится не разлагаясь, образуется при действии воды на металлический барий или оксид бария. В промышленности для получения гидрооксида бария обрабатывают сульфид бария перегретым паром. При нагревании до 650° С в токе воздуха кристаллогидраты превращаются в оксид или пероксид бария.

При обычных условиях гидроксид бария Ва(ОН)2∙8Н2О — бесцветные моноклинные кристаллы. Растворимость Ва(ОН)2 в воде повышается с ростом температуры (90,8 г ВаО в 100 г Н2О при 80°С). Водный раствор Ва(ОН)2 (баритовая вода) применяется в лабораториях для открытия карбонат- и сульфат-ионов.

Пероксид  бария ВаО2 получают нагреванием окиси бария в токе воздуха до 600° С или сильным прокаливанием гидроокиси, нитрата или карбоната в токе воздуха в присутствии следов воды.

Соединение представляет собой белый порошок, трудно растворимый в воде, с водой образует гидраты, при 600° С ВаО2 разлагается до ВаО.

Применяется пероксид бария в основном как исходный продукт для получения перекиси водорода.

При нагревании пероксида бария под высоким давлением кислорода получают  ВаО4 — неустойчивое вещество желтого цвета, разлагающееся при 50—60° С.

Карбонат бария ВаСО3 — белые бесцветные кристаллы с ромбической решеткой; плотность 4,3—4,4 г/см3. В природе карбонат бария встречается в виде минерала витерита.

Карбонат бария отщепляет СО2 только при высокой температуре— 1400° С. В воде ВаСО3 труднорастворим, легко растворим в соляной и азотной кислотах.

Растворимость в воде повышается в присутствии солей аммония или угольной кислоты.

Нитрат бария  при обычных условиях — бесцветные кристаллы с простой кубической решеткой, плотность 3,24 г/см3. Растворимость Ba(NО3)2 составляет 32,2 г в 100 г воды при 100° С.

• Для нитрата бария характерны следующие кристаллогидраты:
• Ba(NО3)2∙4H2О, Ba(NО3)2∙2H2О. При сильном нагревании в присутствии восстановителей нитрат бария разлагается:
• 2Ba(NО3)2 →2BaО + 2N2 + 5О2

Галогениды бария. Хлорид бария при обычных условиях существует в виде дигидрата ВаС12∙2Н2О; представляет собой бесцветные кристаллы с моноклинной решеткой, плотность 3,10 г/см3.

При нагревании до 100° С теряет кристаллизационную воду.

Хлорид бария в безводном состоянии — белая масса, плавящаяся при 878° С, хорошо растворим в воде (60 г ВаС12 в 100 г Н2О при 104,1° С) почти нерастворим в спиртах, эфире. Сильно ядовит!

Бромид бария ВаВг2 в безводном состоянии—белая масса, плавящаяся при 847 С, уд. вес 4,79; хорошо растворяется в воде (149 г ВаВг2 в 100 г Н2О при 1000С); кристаллизуется из водных растворов в виде дигидрата ВаВг2∙2Н2О.     

Дегидратация происходит  только при температурах больше  100°С. Растворим в этиловом и метиловом спиртах.

Иодид бария из водных растворов кристаллизуется в виде гидратов с различным содержанием молекул воды, гигроскопичен.

Для иодида бария характерны следующие кристаллогидраты: BaJ2∙7H2О, BaJ2∙6H2О, BaJ2∙2H2О, BaJ2∙H2О. В безводном состоянии иодид бария представляет собой белую массу, уд. вес 4,92.

Фторид бария BaF2 получают в виде прозрачных мелких кристаллов, уд. вес 4,83; в воде практически не растворяется (1,63 г/л при 18°С), растворим в соляной, азотной и фтористоводородной кислотах.

Сульфид бария BaS — бесцветные кубические кристаллы, плотность 4,25 г/см3. Известен также гексагидрат сульфида бария BaS∙6H2О. Сульфид бария взаимодействует на холоду с водой и кислотами.

Выпариванием водного раствора сульфида бария при обычной температуре получают кислый сульфид бария (бисульфид), кристаллизующийся в виде бесцветных призм Ba(HS)2∙4H2О.

Дегидратацию  проводят в атмосфере водорода при нагревании.

Хлорат бария (хлорноватокислый барий) в обычном состоянии существует в виде моногидрата Ва(С1Оз)2∙Н2О; представляет собой бесцветные моноклинные кристаллы, плотность 3,18 г/см3 при нагревании до 120° С теряет кристаллизационную воду, при дальнейшем нагревании разлагается на хлористый барий и кислород. При трении, ударе или нагревании в смеси с горючими веществами хлорат бария взрывоопасен.

Платиноцианат бария при обычных условиях существует в виде кристаллогидрата Ba[Pt(CN4) ]∙4Н2О желто-зеленого цвета. При нагревании до 100° С теряет две, а при 150° С — четыре молекулы воды. Плохо растворим в воде. Под действием рентгеновых лучей или радиоактивного излучения флуоресцирует.

Сульфат бария BaSО4 встречается в природе в виде минерала барита. Плотность бесцветных моноклинных кристаллов равна 4,5 г/см3. Сульфат бария разлагается при 1600° С, плохо растворяется в воде; серная кислота (уд.

вес 1,853) растворяет до 14% BaSО4, который переходит в H2[Ba(SО4)2]. Ввиду низкой растворимости сульфат бария используется в качестве осаждаемой и весовой формы при аналитическом определении ионов SО42- и Ва2+.

Сульфат бария растворяется в хлорной воде, бромистоводородной и иодистоводородной кислотах, в бикарбонатах щелочных металлов.

Хромат бария (хромовокислый барий) — ярко-желтое кристаллическое вещество. Плохая растворимость его в воде используется в аналитической химии для отделения и определения бария.

ТОКСИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ БАРИЯ.

. Соединения бария вызывают воспалительные заболевания головного мозга и его мягкой оболочки с преимущественным поражением мозжечка, продолговатого мозга и дна четвертого желудочка . Действуют также на гладкую и сердечную мускулатуру — влияют на миокард, вызывая спазм сосудов.

При отравлении ВаСl2 доминирующим фактором является повышенная проницаемость капилляров, сопровождающаяся кровоизлияниями и отеками . Малые дозы ВаСl2 и Ba(NО3)2 стимулируют деятельность костного мозга, большие — угнетают ее и вызывают дегенеративные изменения печени, склероз селезенки. Смерть обычно наступает от паралича сердца.

Ядовитость солей бария зависит от степени их растворимости. Практически не ядовит сульфат бария (чистый), сильно токсичны — хлорид, нитрат, хлорат, ацетат, карбонат и сульфид.

При хроническом отравлении, накапливаясь преимущественно в костях, барий оказывает лейкозогенное действие на костный мозг; включаясь в минеральный обмен, энергично вытесняет фосфор  и кальций , что может привести к остеопорозу.

Источник: https://www.chemanalytica.ru/khimiya-elementov-bariy