Барий

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Барий
← Цезий | Лантан →
56 Sr

Ba

Ra
ВодородГелийЛитийБериллийБорУглеродАзотКислородФторНеонНатрийМагнийАлюминийКремнийФосфорСераХлорАргонКалийКальцийСкандийТитанВанадийХромМарганецЖелезоКобальтНикельМедьЦинкГаллийГерманийМышьякСеленБромКриптонРубидийСтронцийИттрийЦирконийНиобийМолибденТехнецийРутенийРодийПалладийСереброКадмийИндийОловоСурьмаТеллурИодКсенонЦезийБарийЛантанЦерийПразеодимНеодимПрометийСамарийЕвропийГадолинийТербийДиспрозийГольмийЭрбийТулийИттербийЛютецийГафнийТанталВольфрамРенийОсмийИридийПлатинаЗолотоРтутьТаллийСвинецВисмутПолонийАстатРадонФранцийРадийАктинийТорийПротактинийУранНептунийПлутонийАмерицийКюрийБерклийКалифорнийЭйнштейнийФермийМенделевийНобелийЛоуренсийРезерфордийДубнийСиборгийБорийХассийМейтнерийДармштадтийРентгенийКоперницийНихонийФлеровийМосковийЛиверморийТеннессинОганесонПериодическая система элементов
56Ba
Cubic-body-centered.svg
Electron shell 056 Barium.svg
Внешний вид простого вещества
Мягкий, вязкий серебристо-белый металл
Barium2.jpg
Барий в пробирке
Свойства атома
Название, символ, номер Барий / Barium (Ba), 56
Атомная масса
(молярная масса)
137,327(7)[1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [Xe] 6s2
Радиус атома 222 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус 198 пм
Радиус иона (+2e) 134 пм
Электроотрицательность 0,89 (шкала Полинга)
Электродный потенциал -2,906
Степени окисления +2
Энергия ионизации
(первый электрон)
 502,5 (5,21) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.) 3,5 г/см³
Температура плавления 1 002 K
Температура кипения 1 910 K
Уд. теплота плавления 7,66 кДж/моль
Уд. теплота испарения 142,0 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 28,1[2] Дж/(K·моль)
Молярный объём 39,0 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки кубическая
объёмноцентрированная
Параметры решётки 5,020 Å
Прочие характеристики
Теплопроводность (300 K) (18.4) Вт/(м·К)
Номер CAS 7440-39-3
56
Барий
137,327
6s2

Ба́рийэлемент 2-й группы (по устаревшей классификации — 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.

История[править | править код]

Барий был открыт в виде оксида BaO в 1774 году Карлом Шееле и Юханом Ганом[3]. 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[править | править код]

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

Нахождение в природе[править | править код]

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[править | править код]

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[править | править код]

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[править | править код]

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:

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[править | править код]

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[источник не указан 2454 дня].

Твёрдость по шкале Мооса 1,25[4].

Хранение[править | править код]

Хранят металлический барий в керосине или под слоем парафина (в связи с его химической реактивностью)[5].

Химические свойства[править | править код]

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[6].

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[править | править код]

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. Реакция является очень чувствительной, специфичной, позволяя определить 1 часть ионов бария на 210000 массовых частей раствора[7].

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[править | править код]

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[8], 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 %, ВаО — 32 %, оксид алюминия — 1,5 %, оксид натрия — 5,5 %). В стекловарении для атомной промышленности применяется также и фосфат бария.

Химические источники тока

Фторид бария используется в твердотельных фторионных аккумуляторных батареях в качестве компонента фторидного электролита.

Оксид бария используется в мощных медноокисных аккумуляторах в качестве компонента активной массы (окись бария-окись меди).

Сульфат бария применяется в качестве расширителя активной массы отрицательного электрода при производстве свинцово-кислотных аккумуляторов.

Применение в медицине

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

Цены[править | править код]

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

Биологическая роль[править | править код]

Барий относится к токсичным микроэлементам. В человеческом организме ионы бария оказывают выраженное влияние на гладкие мышцы.

Суточная потребность организма человека в барии чётко не установлена; среднесуточное поступление бария в организм находится в пределах 0,3-1 миллиграммов[9].

Содержание бария в человеческом организме составляет 20-22 мг.

В микроколичествах барий находится во всех органах и тканях, но наивысшая концентрация данного микроэлемента приходится на головной мозг, селезёнку, мышцы, а также - на хрусталик глаза (барий находится во всех областях глаза). Около 90% всего микроэлемента концентрируется в костях и зубах.

Токсичность[править | править код]

Огнеопасность 3: Жидкости и твёрдые вещества, способные воспламеняться почти при температуре внешней среды. Температура вспышки между 23 °C (73 °F) и 38 °C (100 °F)Опасность для здоровья 3: Кратковременное воздействие может привести к серьёзным временным или умеренным остаточным последствиям (например, хлор, серная кислота)Реакционноспособность 2: Подвергается серьёзным химическим изменениям при повышенной температуре и давлении, бурно реагирует с водой или может образовывать взрывчатые смеси с водой (например, фосфор, калий, натрий)Специальный код W: Реагирует с водой необычным или опасным образом (например, цезий, натрий, рубидий)NFPA 704 four-colored diamond
3
3
2
NFPA 704 для бария

Барий и его некоторые соединения могут являться токсичными при превышении ПДК в пище и в воде. Предельно допустимая концентрация бария в питьевой воде составляет 0,7 мг/дм³ и в соответствии с российскими гигиеническими нормативами нормируется по санитарно-токсикологическому лимитирующему признаку вредности; класс опасности — 2 (вещества высокоопасные)[10].

Контакт металлического бария с кожей и слизистыми оболочками приводит к химическим ожогам[11]. Вследствие хорошей растворимости в воде из солей бария наиболее опасен хлорид[12], а также - опасны нитрит, гипохлорит, иодид, бромид, сульфид, хлорат, бромат и перманганат. При попадании на кожу в больших количествах могут вызвать химический ожог также оксид бария, пероксид бария, надпероксид бария и едкий барит.

Хорошо растворимые в воде соли бария быстро резорбируются в кишечнике. Смерть может наступить уже через несколько часов от паралича сердца.

Симптомы отравления растворимыми солями бария[править | править код]

Симптомы острого отравления растворимыми 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 растворимых солей бария, смертельная доза 0,8—0,9 г.

Помощь при отравлении[править | править код]

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.

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2013. — Vol. 85, no. 5. — P. 1047—1078. — doi:10.1351/PAC-REP-13-03-02.
  2. Редкол.:Кнунянц И. Л. (гл. ред.). Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — С. 241. — 623 с. — 100 000 экз.
  3. Барий. // Популярная библиотека химических элементов. — М.: Издательство «Наука», 1977.
  4. Поваренных А. С. Твёрдость минералов. — АН УССР, 1963. — С. 197—208. — 304 с.
  5. name=www.safework.ru_Барий
  6. Ходаков Ю. В., Эпштейн Д. А., Глориозов П. А. § 92. Качественная реакция на серную кислоту и её соли // Неорганическая химия: Учебник для 7—8 классов средней школы. — 18-е изд. — М.: Просвещение, 1987. — С. 212. — 240 с. — 1 630 000 экз.
  7. Н.С. Фрумина, Н.Н. Горюнова, С.Н. Еременко. Аналитическая химия бария (неопр.). — Москва: Наука, 1977.
  8. Обогащенный дырками купрат бария оказался высокотемпературным сверхпроводником
  9. name=https://www.pharmacognosy.com.ua_Барий: маг для гладких мышц
  10. name=https://books.Google.ru_Методы концентрирования и разделения микроэлементов
  11. name =https://safework.ru_Barium
  12. name=https://safework.ru_Хлорид бария

Литература[править | править код]

Ссылки[править | править код]