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.
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 атома, химические и физические свойства
Ba 56 Барий
137,327(7) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s2 5p6 6s2
Барий — элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 56. Расположен во 2-й группе (по старой классификации — главной подгруппе второй группы), шестом периоде периодической системы.
Атом и молекула бария. Формула бария. Строение бария
- Изотопы и модификации бария
- Свойства бария (таблица): температура, плотность, давление и пр.
- Физические свойства бария
Химические свойства бария. Взаимодействие бария. Реакции с барием
Получение бария
Применение бария
Таблица химических элементов Д.И. Менделеева
Атом и молекула бария. Формула бария. Строение бария:
Барий (лат. Barium, от др.-греч. βαρύς – «тяжёлый») – химический элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с обозначением Ba и атомным номером 56. Расположен в 14-й группе (по старой классификации — главной подгруппе второй группы), шестом периоде периодической системы.
- Барий – щёлочноземельный металл.
- Как простое вещество барий при нормальных условиях представляет собой мягкий, ковкий щёлочноземельный металл серебристо-белого цвета.
- Молекула бария одноатомна.
- Химическая формула бария Ba.
Электронная конфигурация атома бария 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 4f14 5s2 5p6 5d10 6s2. Потенциал ионизации атома бария равен 5,21 эВ (502,5 кДж/моль).
Строение атома бария. Атом бария состоит из положительно заряженного ядра (+56), вокруг которого по шести атомным оболочкам движутся 56 электронов. При этом 54 электрона находятся на внутреннем уровне, а 2 электрона – на внешнем.
Поскольку барий расположен в шестом периоде, оболочек всего шесть. Первая – внутренняя оболочка представлена s-орбиталью. Вторая – внутренняя оболочка представлена s- и р-орбиталями. Третья и пятая – внутренние оболочки представлена s-, р- и d-орбиталями.
Четвертая – внутренняя оболочка представлена s-, р-, d- и f-орбиталями. Шестая – внешняя оболочка представлена s-орбиталью. На внешнем энергетическом уровне атома бария – на 6s-орбитали находится два спаренных электрона. Поэтому барий проявляет валентность II и степень окисления +2.
В свою очередь ядро атома бария состоит из 56 протонов и 81 нейтрон. Барий относится к элементам s-семейства.
Радиус атома бария составляет 222 пм.
Атомная масса атома бария составляет 137,327(7) а. е. м.
Барий обладает высокой химической активностью.
Изотопы и модификации бария:
Свойства бария (таблица): температура, плотность, давление и пр.:
| Общие сведения | |
| Название | Барий/ Barium |
| Символ | Ba |
| Номер в таблице | 56 |
| Тип | Металл |
| Открыт | Карл Шеел и Юхан Ган, Швеция, 1774 г. Получен в чистом виде Гемфри Дэви, Англия, 1808 г. |
| Внешний вид и пр. | Мягкий, вязкий серебристо-белый металл |
| Содержание в земной коре | 0,034 % |
| Содержание в океане | 3,0×10-6 % |
| Свойства атома | |
| Атомная масса (молярная масса) | 137,327(7) а. е. м. (г/моль) |
| Электронная конфигурация | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s2 5p6 6s2 |
| Радиус атома | 222 пм |
| Химические свойства | |
| Степени окисления | +2 |
| Валентность | +2 |
| Ковалентный радиус | 198 пм |
| Радиус иона | (+2e) 134 пм |
| Электроотрицательность | 0,89 (шкала Полинга) |
| Энергия ионизации (первый электрон) | 502,5 кДж/моль (5,21 эВ) |
| Электродный потенциал | -2,906 В |
| Физические свойства | |
| Плотность (при 20 °C и нормальных условиях) | 3,5 г/см3 |
| Температура плавления | 727 °C (1000 K) |
| Температура кипения | 1845 °C (2118 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 |
| Давление паров | 0,1 мм.рт.ст. (при 724 °C), 1 мм.рт.ст. (при 861 °C), 10 мм.рт.ст. (при 1044 °C), 100 мм.рт.ст. (при 1300 °C) |
| Удельная теплоемкость при постоянном давлении | 0,209 Дж/г·K (при 0 – 100 °C) |
| Стандартная энтальпия образования ΔH (при 298 К, для состояния вещества – твердое тело) | 0 кДж/моль |
| Стандартная энергия Гиббса образования ΔG (при 298 К, для состояния вещества – твердое тело) | 0 кДж/моль |
| Стандартная энтропия вещества S (при 298 К, для состояния вещества – твердое тело) | 67 Дж/(моль·K) |
| Теплопроводность (при 300 K) | 18,4 Вт/(м·К) |
| Электропроводность в твердой фазе | 2,9х106 См/м |
| Сверхпроводимость при температуре | |
| Твёрдость | 1,25 по шкале по Мооса |
| Структура решётки | кубическая объёмноцентрированная |
| Параметры решётки | 5,020 Å |
| Температура Дебая |
Физические свойства бария:
Химические свойства бария. Взаимодействие бария. Реакции с барием:
Получение бария:
Применение бария:
Таблица химических элементов Д.И. Менделеева
Таблица химических элементов Д.И. Менделеева
-
- карта сайта
- барий атомная масса степень окисления валентность плотность температура кипения плавления физические химические свойства структура теплопроводность электропроводность кристаллическая решетка
атом нарисовать строение число протонов в ядре строение электронных оболочек электронная формула конфигурация схема строения электронной оболочки заряд ядра состав масса орбита уровни модель радиус энергия электрона переход скорость спектр длина волны молекулярная масса объем атома
электронные формулы сколько атомов в молекуле бария барий
сколько электронов в атоме свойства металлические неметаллические термодинамические
Источник: https://xn--80aaafltebbc3auk2aepkhr3ewjpa.xn--p1ai/bariy-svoystva-atoma-himicheskie-i-fizicheskie-svoystva/
Строение атома бария (Ba), схема и примеры
Онлайн калькуляторы
На нашем сайте собрано более 100 бесплатных онлайн калькуляторов по математике, геометрии и физике.
Справочник
Основные формулы, таблицы и теоремы для учащихся. Все что нужно, чтобы сделать домашнее задание!
Заказать решение
Не можете решить контрольную?! Мы поможем! Более 20 000 авторов выполнят вашу работу от 100 руб!
Относится к семейству s-элементов. Металл. Обозначение – Ba. Порядковый номер – 56. Относительная атомная масса – 137,34 а.е.м.
Электронное строение атома бария
Атом бария состоит из положительно заряженного ядра (+56), внутри которого есть 56 протонов и 81 нейтрон, а вокруг, по шести орбитам движутся 56 электронов.
Рис.1. Схематическое строение атома бария.
- Распределение электронов по орбиталям выглядит следующим образом:
- +56Ba)2)8)18)18)8)2;
- 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p66s2.
- Внешний энергетический уровень атома бария содержит 2 электрона, которые являются валентными. Энергетическая диаграмма основного состояния принимает следующий вид:
Для атома бария характерно наличие возбужденного состояния. Электроны 6s-подуровня распариваются и один из них занимает вакантную орбиталь 6p-подуровня:
Наличие двух неспаренных электронов свидетельствует о том, что для бария характерна степень окисления +2.
Валентные электроны атома бария можно охарактеризовать набором из четырех квантовых чисел: n (главное квантовое), l (орбитальное), ml (магнитное) и s (спиновое):
| Подуровень | n | l | ml | s |
| s | 6 | 0 | 0 | +1/2 |
| s | 6 | 0 | 0 | -1/2 |
Примеры решения задач
| Понравился сайт? Расскажи друзьям! |
Источник: http://ru.solverbook.com/spravochnik/ximiya/11-klass/stroenie-atoma/barij/
Барий Ba
Барий в таблице менделеева занимает 56 место, в 6 периоде.
| Символ | Ba |
| Номер | 56 |
| Атомный вес | 137.3270000 |
| Латинское название | Barium |
| Русское название | Барий |
Как самостоятельно построить электронную конфигурацию? Ответ здесь Ba: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 Короткая запись:
Ba: [Xe] 6s2
- Одинаковую электронную конфигурацию имеют атом бария и Cs-1, Ce+2, Pr+3, Nd+4
- Порядок заполнения оболочек атома бария (Ba) электронами: 1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 6s → 4f → 5d → 6p → 7s → 5f → 6d → 7p.
- На подуровне ‘s’ может находиться до 2 электронов, на ‘s’ — до 6, на ‘d’ — до 10 и на ‘f’ до 14
- Барий имеет 56 электронов, заполним электронные оболочки в описанном выше порядке:
- 2 электрона на 1s-подуровне
- 2 электрона на 2s-подуровне
- 6 электронов на 2p-подуровне
- 2 электрона на 3s-подуровне
- 6 электронов на 3p-подуровне
- 2 электрона на 4s-подуровне
- 10 электронов на 3d-подуровне
- 6 электронов на 4p-подуровне
- 2 электрона на 5s-подуровне
- 10 электронов на 4d-подуровне
- 6 электронов на 5p-подуровне
- 2 электрона на 6s-подуровне
Степень окисления бария
Атомы бария в соединениях имеют степени окисления 2.
Степень окисления — это условный заряд атома в соединении: связь в молекуле между атомами основана на разделении электронов, таким образом, если у атома виртуально увеличивается заряд, то степень окисления отрицательная (электроны несут отрицательный заряд), если заряд уменьшается, то степень окисления положительная.
Ионы бария
Валентность Ba
Атомы бария в соединениях проявляют валентность II.
Валентность бария характеризует способность атома Ba к образованию хмических связей. Валентность следует из строения электронной оболочки атома, электроны, участвующие в образовании химических соединений называются валентными электронами. Более обширное определение валентности это:
Число химических связей, которыми данный атом соединён с другими атомами
Валентность не имеет знака.
Квантовые числа Ba
Квантовые числа определяются последним электроном в конфигурации, для атома Ba эти числа имеют значение N = 6, L = 0, Ml = 1, Ms = -½
Видео заполнения электронной конфигурации (gif): 
Источник: https://k-tree.ru/tools/chemistry/periodic.php?element=Ba&oxidation=2
Строение атома Бария Ba (молярная масса, объем, положение, температуры)
В 11:49 поступил вопрос в раздел Разное, который вызвал затруднения у обучающегося.
Вопрос вызвавший трудности
Строение атома Бария Ba (молярная масса, объем, положение, температуры)
Для того чтобы дать полноценный ответ, был привлечен специалист, который хорошо разбирается требуемой тематике «Разное». Ваш вопрос звучал следующим образом: 'Строение атома Бария Ba (молярная масса, объем, положение, температуры)'
После проведенного совещания с другими специалистами нашего сервиса, мы склонны полагать, что правильный ответ на заданный вами вопрос будет звучать следующим образом:
| Атомный номер | 56 |
| Внешний вид простого вещества | мягкий, слегка вязкий серебристо-белый металл |
| Свойства атома | |
| Атомная масса(молярная масса) | 137,327 а. е. м. (г/моль) |
| Радиус атома | 222 пм |
| Энергия ионизации(первый электрон) | 502,5 (5,21) кДж/моль(эВ) |
| Электронная конфигурация | [Xe] 6s2 |
| Химические свойства | |
| Ковалентный радиус | 198 пм |
| Радиус иона | (+2e) 134 пм |
| Электроотрицательность(по Полингу) | 0,89 |
| Электродный потенциал | |
| Степени окисления | 2 |
| Термодинамические свойства простого вещества | |
| Плотность | 3,5 г/см³ |
| Молярная теплоёмкость | 28,1 Дж/(K·моль) |
| Теплопроводность | (18.4) Вт/(м·K) |
| Температура плавления | 1 002 K |
| Теплота плавления | 7,66 кДж/моль |
| Температура кипения | 1 910 K |
| Теплота испарения | 142,0 кДж/моль |
| Молярный объём | 39,0 см³/моль |
| Кристаллическая решётка простого вещества | |
| Структура решётки | кубическаяобъёмноцентрированая |
| Параметры решётки | 5,020 Å |
Источник: http://uchees.ru/answer-13357.html
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.
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
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
- 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
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.
Природный барий состоит из смеси семи стабильных изотопов: 130Ва, 132Ва, 134Ва, 135Ва, 136Ва, 137Ва, 138Ва. Наиболее распространенным является изотоп 138Ва (71,66%) .Известно также 15 радиоактивных изотопов бария и четыре изомера. Изотопы 131Ва и 133Ва получают при облучении бария в ядерном реакторе.
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.
Окрашенные соединения бария (хромат, манганат) являются хорошими пигментами, используются в качестве наполнителя при производстве резины и бумаги. Платиноцианид бария используется для изготовления флуоресцирующих экранов.
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.
- Ниже приводятся важнейшие физические константы бария :
- Плотность (20° С), г/см3 3,76
- Температура плавления, °С 710
- Температура кипения, °С 1637 -1640
- Теплота плавления, кал/г-атом 2070±80
- Твердость по Бринелю, кГ/мм2 4,2
- Модуль упругости, кГ/мм2 1290
- Атомный радиус, А 2,21
- Ионный радиус Ва2+ А 1,38
- Энергия ионизации, ккал/г-атом
- Ва°—>Ва+ 119,6
- Ва+—>Ва2+ 229,3
- Нормальный потенциал, В (вычисл.) —2,92
- 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.
На холоду оксид бария взаимодействует с хлором, при нагревании — с кислородом, серой, азотом, углеродом, сероуглеродом, двуокисью серы, свинца и кремния, окисью хрома и железа.
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.
В твердом состоянии и в растворе на воздухе иодид бария темнеет. Хорошо растворим в воде (270 г BaJ2 в 100 г Н2О при 100° С) и спиртах.
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
